隧道工程第7章隧道施工工艺及技术方法(1).ppt

1、 隧道工程 2017年4月14日 第7章隧道施工工艺及技术方法 第一节围岩预支护 预加固 第二节隧道爆破施工技术第三节装渣与运输 自学 第四节初期支护第五节监控量测与数据分析第六节防排水施工工艺 自学 第七节二次衬砌 自学 第八节辅助坑道 自学 7 1围岩预支护 预加固 软弱破碎围岩中 即使采取短进尺开挖 开挖面和开完后的坑道也可能不稳定 尤其在地下水丰富时更为严重 对于不稳定的围岩体系 掌子面前方围岩的预加固和预支护是控制和减少坑道开挖后周边收敛变形 防止坍塌的关键环节 掌子面 即开挖坑道 采煤 采矿或隧道工程中 不断向前推进的工作面 预留核心土喷射混凝土封闭开挖工作面超前锚杆 亦可用小钢管

2、 管棚临时仰拱封底水平旋喷超前预支护预切槽超前预支护 预支护措施 辅助施工方法 预加固措施 预注浆加固地层地表喷锚预加固超前深孔帷幕注浆 超前小导管注浆等 预支护与预加固双重作用 7 1 1超前锚杆 超前锚杆是指沿开挖轮廓线 以一定的外插角 向开挖面前方钻孔安装锚杆 形成对前方围岩的预锚固 在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业 超前锚杆设置方式 超前锚杆性能特点及适用条件锚杆超前支护的特点 柔性较大 整体刚度较小 隧道开挖后 杆体及周边固结的部分围岩支承上覆岩土体 防止围岩坍塌 减少洞室变形 主要适用于地下水较少的破碎 软弱围岩 如裂隙发育的岩体 断层破碎带 浅埋无显著偏压的隧道 锚固

3、剂或砂浆锚固 工艺简单 造价低 应用十分广泛 在砂土质松软地层中 砂浆与土体粘结力较低 限制其应用 因为一次施作距离短 预支护刚度小 在地应力较大 地层位移控制严时 也限制了它的使用 超前锚杆设计 施工遵循的原则 1 超前锚杆的长度 环向间距 外插角等参数 应视围岩地质条件 施工断面大小 开挖循环进尺和施工条件而定 一般超前长度为循环进尺的3 5倍 环向间距采用0 3 0 5m 外插角宜用10 30 搭接长度宜为超前长度的40 60 左右 即大致形成双层或双排锚杆 2 超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆 锚杆材料可用不小于 22mm的螺纹钢筋 3 超前锚杆的安装误差 一般要求孔位偏差不超过10c

4、m 外插角不超过1 2 锚入长度不小于设计长度的96 4 开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区 以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点 5 开挖后应及时喷射混凝土 并尽快封闭环形初期支护 6 开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂 起鼓等情况 以掌握围岩动态 及时调整开挖及支护参数 如遇地下水时 则可钻孔引排 超前锚杆设计参数见下表 注 1 外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角 2 锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑 3 中空锚杆目前的最小直径为25mm 管棚是指利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角 向开挖面前方打入钢管构成棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护

5、采用长度小于10m的钢管 称为短管棚 采用长度为10 45m且较粗的钢管 称为长管棚 7 1 2管棚 管棚设置方式 性能特点整体刚度较大 限制围岩变形能力较强 承受早期围岩压力 适用条件主要适用于围岩压力大 对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱 破碎围岩 在进洞口的地质条件非常差 如 沙土 破碎严重的岩石 黄土等 的情况下使用 一般长度10 45m 壁厚为3 5mm的钢管 直径一般为108mm 当然洞内地质条件非常差的时候也可以用管棚 如 洞内遇到冒顶现象造成的沿洞轴线长度较大 放量较大 可利用钢管注浆堵水和加固围岩 预支护措施中支护能力最强 施工技术也较复杂 造价较高 钢管注浆 从注浆管向

6、地层内注浆 钢管内注入混凝土 增加钢管刚度 管壁上留注浆孔 孔径为10 16mm 孔眼间距100 200mm 呈梅花形布置 管棚钢管构造 管棚设计 支护长度的选择 一般为10 45m 支护长度越长越节省辅助时间 提高施工效率 但受到钻孔机具 技术和钢管柔性弯曲等条件限制 管棚支护长度过长 难确保管棚的水平角度和排列整齐 仰角的确定 一般1 2 若上仰角度小 土层松软 钻杆重力 管棚向下弯曲侵限 若上仰角度大 管棚远离隧道失去支护作用 而且使管棚有效支护长度缩短 安装套拱中导向管 绑扎套拱钢筋网 套拱底模安装 套拱模板加固及泵管安装 套拱拆模后施钻管棚孔 套拱送管棚施工 管棚注浆后封孔 套拱施作

7、完成 管棚施工 预留核心土 7 1 3超前注浆小导管 超前注浆小导管是在开挖前 沿隧道周边 向前方围岩钻孔并安装带孔小导管 或直接打入带孔小导管 并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液 待浆液硬化后 坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈 即可安全地进行开挖等作业 超前小导管实际上是超前锚杆的发展 性能特点双重作用 一是起超前管棚作用 二是起注浆管的作用 通过注浆 加固软弱围岩 钢管本身支护能力不如管棚 但注浆加固地层的效果好 浆液在裂隙中硬化 整体加固 填塞裂隙阻水 适用条件一般软弱破碎围岩 含水的软弱破碎围岩 较干燥的砂土层 砂卵 砾 石层 软弱围岩浅埋段 工艺简单 造价低 砂 土质松软地

8、层中应用广泛 一次施作距离短 预支护刚度小 在地层压力大 地层位移控制要求严时 也限制了它的应用 小导管布置和安装小导管钻孔安装前 应对开挖面及5m范围内的坑道喷射5 10cm厚的混凝土封闭 小导管一般采用 32mm的焊接管或 40mm的无缝钢管制作 长度宜为3 6m 前端做成尖锥形 前段管壁上每隔10 20cm交错钻眼 眼孔直径宜为6 8mm 钻孔直径应较管径大35mm以上 环向间距应按底层条件而定 一般采用35 50cm 外插角应控制在3 15 之间 极破碎围岩或处理坍方时可采用双排管 地下水丰富的松软层 可采用双排以上的多排管 大断面或注浆效果差时 可采用双排管 小导管插入后应对外露一定

9、长度 以便连接注浆管 并用塑胶泥 40 Be水玻璃拌525号水泥 将导管周围孔隙封堵密实 注浆材料选取断层破碎带及砂卵石地层 裂隙宽度或颗粒粒径大于1mm 渗透系数k 5 10 4m s 等强渗透性地层中 应采用料源广便宜的注浆材料 无水的松散地层优先选用单液水泥浆 有水的强渗透地层选用水泥水玻璃双浆液 以控制注浆范围 细 粉砂层 细小裂隙岩层及断层地段等弱渗透地层中 宜选用渗透性好 低毒及遇水膨胀的化学浆液 如聚胺酯类 或超细水泥浆 不透水的黏土层 则宜采用高压劈裂注浆 注浆材料的配比采用水泥浆液时 水灰比可采用0 5 1 1 1 需缩短凝结时间 则可加入氯盐 三乙醇胺速凝剂 采用水泥 水玻

10、璃浆液时 水泥浆的水灰比可采用0 5 1 1 1 水玻璃浓度为25 40 Be 水泥浆与水玻璃的体积比宜为1 1 1 0 3 注浆P156注浆设备性能良好 工作压力满足注浆压力要求 现场试验运转 孔口最高压力应严格控制 以防压裂开挖面 注浆压力0 5 1 0MPa 止浆塞应能经受注浆压力 单管注浆能扩散到管周0 5 1 0m的半径范围内 注浆结束后 钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果 未达标补注浆 控制注浆量 每根导管内已达到规定注入量时 就可结束 孔口压力已达规定压力值而注入量仍不足 也应停止注浆 注浆后等待4h 水泥水玻璃浆 8h 水泥浆 方可开挖 保留一定长度的止浆墙 即超前注浆的最短超

11、前量 7 1 4超前深孔帷幕注浆 超前注浆小导管对围岩加固的范围和止水的效果有限 作为软弱破碎围岩隧道施工的一项主要辅助措施 它占用的时间和循环次数较多 帷幕注浆是先在掌子面前方的围岩较大范围的筒状封闭加固区 然后在其范围内进行开挖作业 注浆机理及适用条件渗透注浆 对于渗透性地层 采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴 裂缝 孔隙里 将岩土或土颗粒胶结为整体 提高地层稳定性和强度 适用条件 破碎岩层 砂卵石石层 中细 粉砂层等有一定渗透性的地层 渗透扩散 中粗砂层采用超细水泥 水玻璃双液浆注浆固结图片 劈裂注浆 采用高压浆液强行挤压孔周 土体被劈裂并形成裂缝 浆液脉状固结作用起到挤压加固和增加高

12、强夹层加固作用 提高其强度和稳定性 适用条件 颗粒较细的黏土质不透水 浆 地层 用浓稠的浆液注入土层中 使土体形成浆泡 向周围土层加压使土层得到加固 压密注浆 高压喷灌注浆通过灌浆管在高压作用下 从管底部的特殊喷嘴中喷射出高速浆液射流 促使土粒在冲击力 离心力及重力作用下被切割破碎 随注浆管的向外抽出与浆液混合形成柱状固结体 以达到加固之目的 深孔预注浆可超前开挖面30 50m 形成筒状加固区 堵水效果更好 注浆作业次数减少 更适用于有压地下水及地下水丰富的地层中及大中型机械化施工 洞内超前注浆 地表超前注浆 平导超前注浆 隧道埋深较浅 则可在地面注浆 深埋长大隧道可利用辅助平行导坑对正洞进行

13、预注浆 避免与正洞施工的干扰 缩短施工工期 工作面预注浆 广州地铁地表深孔分段注浆技术 注浆范围即筒状加固区 可按岩体力学和弹塑性理论计算压力重分布后塑性破坏区的大小 R0 r0 即应加固的范围 注浆数量及注浆材料选择注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量来确定 工程中常用充填率来估算和控制注浆总量 充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率 注浆总量按下式计算 Q n a A式中Q 注浆总数量 m3 A 被加固围岩的体积 m3 n 被加固围岩的孔隙率 见表7 1 1 a 过去实践证实的充填率 见教材表7 1 1 钻孔布置及注浆压力浅埋隧道 可平行布置 即注浆钻孔均竖直方向并互相平行分布 每钻一孔

14、移动钻机 渗透性强的地层 注浆压力低 钻孔间距大 钻孔量少 平均单孔注浆量大 渗透式注浆时 注浆压力应大于待注浆地层静水压力 劈裂式注浆时 注浆压力应大于待注浆地层的水压力与土压之和 并取储备系数为1 1 1 3 施工要点1 注浆管和孔口套管一次式注浆时可不用注浆管 分段式注浆时用注浆管 采用带孔眼的钢管或塑料管 止浆塞有橡胶式 套管式 将止浆塞固定在注浆管上的设计位置一起放入钻孔 用压缩空气或注浆压力使其膨胀而堵塞注浆管与钻孔之间的间隙 主要用于深孔注浆 全孔注浆采用前进或后退式分段注浆 2 钻孔根据地层条件及成孔效果选择冲击式钻机或旋转式钻机 3 注浆顺序先上后下 先内圈后外圈 先无水孔后

15、有水孔 先上游 地下水 后下游 应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固 4 结束条件注浆压力和单孔注浆量 单孔结束条件 注浆压力达到设计终压 浆液注入量已达到计算值的80 以上 全段结束条件 所有注浆孔均已符合单孔结束条件 无漏注 注浆结束后检查注浆效果 如未达标 应补孔注浆 7 1 5 水平旋喷预支护 喷射注浆法 又称旋喷法 分为垂直和水平旋喷注浆 水平旋喷注浆法是以高压旋喷的方式压注水泥浆 从而在隧道开挖轮廓外形成拱形预衬砌的超前预支护方法 施工方法 旋喷注浆机沿掌子面周边的设计位置旋喷注浆形成旋喷柱体 通过固结体的相互咬合形成预支护拱棚 旋喷柱体的形成方法 水平钻机成孔 钻杆退出 水泥

16、浆或水泥 水玻璃双浆液旋喷注入孔腔 高压射流切割腔壁土体与浆液搅拌混合 固结形成直径600mm左右的固结体 同时压缩和固结周围地层 旋喷柱体沿隧道拱部形成环向咬合 纵向搭接的预支护拱棚 在松散不稳定地层隧道中 可有效控制坍塌和地层变形 水平旋喷桩抗弯性能不强 施工控制难度较大 目前我国的水平旋喷钻机性能不过关 制约了水平旋喷预支护技术的应用和发展 它主要适用于粘性土 砂类土 淤泥等地层 钻机定位 钻出旋喷孔 自孔底喷浆 形成固结体 可插入芯材 如钢筋或钢管 提高固结体的抗弯折能力 拔出喷头 木塞塞入孔口 制止浆液外流 a 意大利产重型水平悬喷钻机 b 1983年研制的轻型水平悬喷钻机 c 三一

17、重工2008年产中型水平悬喷钻机 7 1 6 机械预切槽法 机械预切槽法是利用专业的切槽机械 沿隧道外轮廓切割一定深度的切槽 切槽方式有带锯式和排钻式两种 在硬岩地层中 利用该切槽 作为爆破振动的隔振层 主要起隔振或减振的作用 在软石或砂质地层中 在切槽内填筑混凝土 形成预支护拱 提高隧道稳定性 下图为软岩中预切槽法示意图 NewPLS预切槽机的概观 双联链式切刀概观 臂长4米 自重约10吨 NewPLS机沿隧道纵断面连续移动作业示意图 NewPLS预切槽机的施工现场作业空间大 预切槽切割施工示意 试验施工 混凝土试样 外侧 侧向模板附近 中部 灌注口附近 内侧 地山内侧 作业过程 1 用预切

18、槽锯沿隧道外廓弧形拱深切一宽15 30cm 长约5m的切槽 2 在切槽内立即填充高强度喷射混凝土 形成长3 5m的整体连续拱 两次连续拱的搭接长度为0 5 2 0m 3 用挖掘机或臂式掘进机开挖掌子面 4 必要时 掌子面施设玻璃纤维锚杆稳定作业面并喷砼 5 安装隧道防水层 进行二次衬砌 机械预切槽法的优点 减轻硬岩爆破时振动的扩展 快速形成整体空间弧形拱 减小围岩变形与地表沉陷 作业全程机械化 进度快速均衡 节约成本 作业全程机械化 进度快速均衡 节约成本 预槽开挖和混凝土灌注同时完成 避免导致土层应变的应力释放 机械预切槽法的缺点 在硬岩地层中推进速度慢 较适合用于市区隧道工程 松散地层和大

19、断面隧道 7 2隧道爆破施工技术 7 2 1爆破对固体介质的破坏作用 炸药爆炸过程是爆轰波传播过程 也是炮轰成气体做功的过程 炸药爆炸 爆炸波轰击岩面 以冲击波形式向岩体内部传播 形成动态应力场 作用时间短 能量密度高 炮孔边岩石粉碎性破坏 爆炸气体静压和膨胀做功 岩石受切向拉力 强度达到岩石抗拉强度时 岩石破坏产生径向裂隙 在爆炸结束的瞬间 温度下降 气体逸散 介质又为释放压缩能回弹 可能产生环向裂缝 爆破力作用下 偏离径向450的方向上可能产生剪切裂缝 炸药的爆炸反应具有的特点 高温 高压和高速度 爆破作用的区域划分 爆破周围区域划分 1 压缩粉碎区指半径为R1范围的区域 介质距离药包最近

20、 受到的压力最大 破坏最大 土壤或软岩时压缩形成一个环形体孔腔 硬岩时产生粉碎性破坏 震动区 抛掷区 破坏区 R 1 压缩粉碎区 2 抛掷区R1与R2之间的范围叫抛掷区 介质的结构被破坏成碎块 有多余能量使碎块获得运动速度 有临空面时 在临空面方向上被抛掷出去 产生抛掷运动 3 破坏区该区又叫松动区 是指R2与R3之间的区域 爆炸能量在此区域内只能使介质破裂松动 已没有能力使碎块产生抛掷运动 4 震动区R3与R4之间的范围叫爆破震动区 在此范围内 爆破能量只能使介质发生弹性变形 不能产生破坏作用 爆破周围区域划分 震动区 4 R 3 R 2 R R 1 压缩粉碎区 抛掷区 破坏区 7 2 2隧

21、道爆破设计 隧道施工所采用的爆破方法中 用得最多的是炮眼爆破法 爆破方法要研究的问题主要是炮眼布置 炮眼参数以及装药起爆等 炮眼参数 炮眼直径 炮眼数目 炮眼长度 装药起爆 正向起爆 反向起爆 双向起爆 非电起爆 电起爆 掘进工作面的炮眼可分为掏槽眼 辅助眼和周边眼 掏槽眼 在开挖断面的适当位置 一般在中央偏下部 布置几个掏槽炮眼 如图中的1号炮眼 作用 因只有一个临空面 为提高爆破效果 让其最先起爆 炸出一个槽腔 为临近炮眼的爆破创造临空面 辅助眼 作用 位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼 如图中2号炮眼 扩大掏槽炮眼炸出的槽口 为周边炮眼爆破创造临空面 周边眼沿隧道周边布置的炮眼 如图中3号

22、炮眼 作用 炸出一个合适的爆破轮廓 掏槽眼直接影响循环进尺和掘进效果 周边眼关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响 爆破的关键是 掏槽眼和周边眼的爆破 在隧道爆破施工中 首要要求是炮眼利用率高 开挖轮廓及尺寸准确 对围岩震动小 光面爆破是先引爆掏槽眼 接着引爆辅助眼 最后引爆周边眼 裂爆破先引爆周边眼 使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面 由于这个预裂面的存在 对后爆的掏槽眼和辅助眼的爆炸波能起反射和缓冲作用 可以减轻爆炸波对围岩的破坏影响 爆破后的开挖面整齐规则 光面爆破指爆破后断面轮廓整齐 超挖和欠挖符合规定要求的爆破 光面爆破是使周边炮眼起爆后优先沿各孔的中心连线形成贯通裂缝 然后受

23、爆炸气体的作用 裂解的岩体向洞内抛散 周边眼的控制爆破采用光面爆破与预裂爆破技术 可以控制爆破轮廓 尽量保持围岩的稳定 将开挖的石渣迅速装车运出洞外 是提高隧道掘进速度的重要环节 该项作业往往占全部开挖循环作业时间的35 50 控制着隧道的施工速度 因此 正确选择并准备足够的装渣运输方案 维修好线路 减少相互干扰 提高装渣效率是加快隧道施工速度 尤其是加快长大隧道施工速度关键 装碴运输作业由三个环节组成 装碴 运输和卸碴 卸碴工作主要考虑 选用达标的岩块加工成衬砌的粗骨料 用作路基或洞外工作场地填方 弃置于山谷或河滩 7 3装渣与运输 自学 为控制围岩应力适量释放和变形 增加结构安全度和方便施

24、工 隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层 称为初期支护 初期支护一般由锚杆 喷射混凝土 钢架 钢筋网等组合组成 7 4初期支护 锚喷支护灵活性 单独使用 组合使用 局部加固 整体加固 一次完成 分次完成 先柔后刚 按需提供 及时性 迅速支护围岩 时间上 早强性能 立即起作用 空间上 紧跟开挖面施工 锚杆还可超前支护 密贴性 喷砼与围岩密贴 抵抗岩块沿节理的剪切和张裂 体现 围岩一支护 思想 深入性 锚杆深入围岩 约束作用 尤其是系统锚杆 柔性 调节围岩变形 允许塑性区有限变形 发挥围岩承能力 封闭性 全面及时地封闭围岩 阻止水气侵蚀 减少膨胀性岩体的潮解软化和膨胀 阻止围

25、岩变形 使围岩较早进入变形收敛状态 一些隧道工程都优先采用锚喷的柔性支护结构 是为了能做到 容许围岩发生有限变形发挥围岩的自承能力节省工程造价 锚杆 1 锚杆的支护效应锚杆 索 是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件 1 支承围岩约束围岩变形 并向围岩施加压力 使洞室附近的围岩保持三相应力状态 因而能阻止围岩强度的恶化 3 提高层间摩阻力 形成 组合梁 2 加固围岩 4 悬吊作用 将不稳定岩层悬吊在坚固岩层上 阻止围岩移动滑落 5 减跨作用 在隧道顶板岩层中打入锚杆 相当于在顶板上增加了支点 使隧道跨度减小 从而使顶板岩体应力减小 喷射混凝土喷射砼是将水泥 砂子 石子 速凝剂按一定的

26、比例均匀的搅拌后送入喷射机 以高速喷射到岩壁表面凝结而成的砼 干喷湿喷 干喷 将骨料 水泥和速凝剂按一定比例干拌均匀 然后装入喷射机 用压缩空气使干集料在软管内呈悬浮状态压送到喷枪 再在喷嘴处与高压水混合 以较高速度喷射到岩面上 干喷使用的机械结构较简单 机械清洗和故障处理容易 但容易产生较大的粉尘 回弹量大 加水是由喷嘴处的阀门控制的 水灰比的控制比较难而且与操作手的熟练程度有关 湿喷 将骨料 水泥和水按设计比例拌和均匀 用湿式喷射机压送到喷头处 再在喷头上添加速凝剂后喷出 湿喷混凝土质量易控制 喷射过程中粉尘和回弹量很少 是应当发展的喷射工艺 但对喷射机械要求高 机械清洗和故障处理较麻烦

27、1 喷射砼的作用 具有不需模板 施作速度快 早期强度高 密实度好 与围岩紧密粘结 不留空隙的突出优点 作用 封闭岩面 防止风化松动 填充坑凹及裂隙 维护和提高围岩的整体性 帮助围岩发挥自身的结构作用 调整围岩应力分布 防止应力集中 控制围岩变形 防止掉块 防止坍塌 填充镶嵌作用 封闭作用 支撑作用 抗弯作用 加固作用 分载传递作用 2 喷混凝土的特点及力学性能 喷混凝土的特点强度增长快 黏结力强 密度大 抗渗性好 喷砼施工将输送 浇注 捣固几道工序合而为一 不需模板 施工快速 简捷 及早发挥承载作用 10min左右终凝 2h后具有强度 8h后达2MPa 16h后达5MPa 24h后达7 8MP

28、a 4d达到28d强度的70 左右 喷射混凝土与模筑混凝土相比 密实性和稳定性要差一些 喷层的力学性能喷射混凝土主要力学特性有强度和变形特性 评价喷射砼强度指标见P201表7 4 2 7 4 3 表7 4 4 锚喷联合支护结构 锚 锚网 喷联合支护是锚杆支护和喷混凝土支护二者作用原理的有机组合 在较好的围岩中 可将喷混凝土作为主要的支护手段 辅以锚杆加固 而在较差的围岩中 则以锚杆 尤其是预应力锚杆作为主要的岩体加固手段 并与喷混凝土 钢筋网喷混凝土或加钢拱的钢筋网喷混凝土配合使用 锚杆是深层加固围岩 而喷砼是表层及局部加固围岩 而张挂金属网 可以提高喷射砼支护层的抗拉能力 抗裂性及抗震性 锚

29、喷联合支护不同于传统的开挖 支撑 模注衬砌施工方法 它是将隧道全断面一次掘出 在开挖洞室的同时 尽可能迅速地连续观测围岩的位移和变形 并以及时的锚喷作为临时支护 称其为第一次衬砌 起到稳定围岩 控制围岩应力和变形 防止松弛 坍塌和产生松散压力等作用 所谓 及时 对差的围岩是指 尽快 对好的围岩是指 适时 凝结后即连续地对支护喷层的变形进行检测 在临时支护基础上逐步增加支护措施 把喷层加厚 或增设长锚杆 钢筋网等 待其基本稳定后 再加做模筑混凝土 二次衬砌 此时 原来的临时支护 锚喷支护 成为永久衬砌的一个组成部分 而 二次 衬砌基本上是不承载或承载很小的 主要是为了结构物的安全 耐久 防水和饰

30、面的需要 小结 为什么不能过早或过晚进行支护 隧道开挖后 若支护非常快 且支护刚度又很大 没有或很少变形 若某点取得平衡 支护需提供很大的支护力 围岩仅负担产生弹性变形的压力 故刚度大的支护是不合理的 此时围岩自由变形 洞室周边位移将达到最大值 变形压力很小或接近零 围岩出现松弛 散落 坍塌的情况 此时围岩对支护的压力就不是变形压力 而是围岩坍塌下来的岩石重量 因此该情况是不允许存在的 若隧道开挖后不加支护 或支护不及时 相反 支护应有相当的柔性变形能力 并也允许围岩产生一定量的变形 适度的变形有助于围岩通过应力调整 形成足够大的塑性区 充分发挥塑性区岩体的卸载作用 使传到支护上的压力大为减小

31、 锚喷支护施工原则 原则一 采取各种措施 确保围岩不出现有害松动 1 洞室的布置和造型选取 2 采用控制爆破技术 3 减少对围岩的扰动次数 4 初期支护及时快速 5 合理利用开挖面空间效应抑制围岩变形 6 尽量减少其他外界因素 水 潮 对围岩的影响 原则二 使围岩变形适度发展 合理利用围岩自承能力 1 支护分次施作 2 调节支护封底时间 控制围岩变形 3 在稳定情况下适当延迟支护时间 原则三 保证锚喷支护与围岩形成共同体 1 施工方法和施工措施上保证 2 将一些关键质量问题列入施工质量检测项目 原则四 选择合理支护类型和参数 并充分发挥其功效 1 综合考虑各种因素确定支护类型 围岩地质特点 工

32、程断面大小和使用条件要求等 2 选择合理的锚杆类型与参数 在围岩中形成有效承载圈锚杆最小长度应超过松动圈厚度 以不超过塑性区为宜 3 合理选择喷层厚度 充分发挥喷层与围岩自身承载力 4 合理选择和配置钢筋网和钢支撑 原则五 合理安排施工程序 施工方法的正确性和合理性对锚喷支护的成败和效果有重大影响 特别是开挖程序 掘进进尺 支护和闭合时机等至关重要 对于断面积小的隧道 或较好的围岩 应尽量采用全断面或分上下台阶一次开挖的方案 以减少扰动次数 提高工效 对于大跨度隧道 尤其在松散岩体中 则可采用分部开挖方案 化大断面为小断面 减小扰动的强度 对于松散 自稳性差的围岩 进尺应短些 且对开挖面与支护

33、面的距离要做限制 支护顺序及初期支护时机与围岩自稳时间关系密切 若自稳时间长 可先锚后喷 若自稳时间短 则应改成 喷 锚 喷 施工顺序 初期支护一般应作为永久支护的一部分 不允许初期喷层完全破裂 原则六 依据现场监测数据指导施工 由于锚喷支护理论目前还不成熟 故需依靠现场监控量测来掌握围岩动态 修正设计 指导施工以及对支护效果作出正确评价 钢拱架 对于松软破碎严重的围岩 其自稳性差 开挖后要求早期支护具有较大的刚度 以阻止围岩的过度变形和承受部分松弛荷载 此时 就需要采用刚度较大的钢拱架支护 另外 在浅埋 偏压隧道 当早期围岩压力增长快 需要提高初期支护的强度和刚度时 也多采用钢拱架支护 可以

34、采用型钢 工字钢 钢管或钢筋制成 多采用以钢筋制作的格栅钢架 5 施工中可能发生的问题及其对策新奥法施工的基本原则 是根据围岩性质允许产生适量的变形 但又不使围岩松动塌落 在施工过程中 若对围岩性质判断不准 或喷射混凝土 打锚杆 立钢支撑时间和方法有误 围岩松动就会超过预计 施工中的现象及其处理措施 课本P215 施工中的现象及其处理措施 施工中的现象及其处理措施 7 5隧道施工现场监控量测 在隧道的施工过程中 使用各种仪器设备和量测元件 对地表沉降 围岩与支护结构的变形 应力 应变进行量测 据此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度 围岩的稳定性和支护的工作状态 这种工作称为新奥法的现场监

35、控量测 采用新奥法设计和施工的隧道 应将监控量测项目列入文件 并在施工中实施 1 监控量测的目的 提供监控设计的依据和信息 监控量测目的 预报及监视险情 校核隧道工程理论计算结果 完善工程类比法 掌握围岩力学形态的变化规律 掌握支护的工作状态信息并及时反馈 指导施工作业 作出工程预报 确定施工对策与措施 监视险情 以确保安全施工 为理论解析 数值分析提供计算数据与对比指标 为工程类比提供参考依据 为隧道工程设计和施工积累经验资料 2 监控项目与内容 1 地质和支护状态现场观察 开挖面附近的围岩稳定性 围岩构造情况 支护变形与稳定情况 准确掌握围岩情况 2 岩体 岩石 力学参数测试 抗压强度Rb

36、 变形模量E 黏聚力c 内摩擦角 泊松比 3 应力应变测试 岩体原岩应力 围岩应力 应变 支护结构的应力 应变 4 压力测试 支护上的围岩压力 渗水压力 5 位移测试 围岩位移 含地表沉降 支护结构位移 6 温度测试 岩体 围岩 温度 洞内温度 洞外温度 7 物理探测 弹性波 声波 测试 监控量测项目可分为必测项目和选测项目 不同级别的围岩必测项目和选测项目也不同 1 必测项目 是为设计 施工中确保围岩稳定 并通过判断围岩的稳定性来指导设计 施工的经常性量测 必测项目对监视围岩稳定性 指导设计与施工有直接意义 2 选测项目 是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行补充测试 以求更深入地掌握稳定

37、状态与锚喷支护的效果 对未开挖区的设计与施工具有指导意义 一般只根据需要选择其中部分项目进行测试 课本P216 周边相对位移 收敛 在开挖后的洞壁上及时安设测点 用收敛计 如图 量测两测点间的距离 两次测定的距离之差为该时段的收敛值 根据收敛值或位移速度 可判断围岩与支护是否稳定 每10 50m一个断面 每断面2 3对测点 相应量测的基线就有1条 2条 3条 6条等 如图所示 在隧道浅埋段 每5 50m一个断面 每断面7 11个测点 如下图所示 用水准仪和塔尺进行量测 地表下沉 围岩与初期支护间压力量测 初期支护与二衬间压力量测 压力量测 钢筋计测格栅应力 量测数据分析与反馈 对观测数据进行回归分析 推算出最终值和变化规律 回归曲线方程函数有对数型 指数型和双曲型等 第六节防排水施工工艺 自学 第七节二次衬砌 自学 第八节辅助坑道 自学 第七章END