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1、,安徽建筑工业学院,地 下 结 构 工 程,主讲教师 ： 席培胜,第01章,隧道浅埋暗挖法施工技术,1.浅埋暗挖法施工原理,浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，创建了信息化量测设计和施工的新理念；采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护按全部承担基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。,2.浅埋暗挖法施工技术,应用浅埋暗挖法设计和施工时，采用多种辅助施工工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；初期支护和围岩为暗洞隧道的主要受力结构，“保护围岩”是浅埋暗挖施工的关键技术，一定要高度重视。 在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不
2、坍方、少沉降、安全生产和施工。施工中应坚持十八字方针：管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测。,2.浅埋暗挖法施工技术,浅埋暗挖法设计和施工，应用于第四纪软弱地层中的地下工程，严格控制施工诱发的地面移动变形、沉降量是关键，要求初期支护刚度大，支护及时；初期支护必须从上向下施工，二次模筑衬砌必须通过变位量测，在结构基本稳定后，才能施工，而且必须从下向上施工，决不允许先拱后墙施工。,3.浅埋隧道的确定原则,浅埋隧道分为浅埋、超浅埋。判断方法：采用拱顶覆土厚度H与结构跨度D之比覆跨比判断。当0.6H/D1.5时，均称为浅埋；当H/D1.5时，均称为超浅埋。 H（1.52.0)h0,4.浅埋暗
3、挖法施工的特点,浅埋暗挖法施工的缺点：施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水比较困难。优点：灵活多变，对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少，不扰民，不污染城市环境等优点。浅埋暗挖法施工成本（城市地下工程）较明（盖）挖法、盾构法低。,5.浅埋暗挖法施工的辅助措施,浅埋暗挖法的辅助施工措施较多，选择合理与否直接影响工程进度、施工安全和工程成本。常用的有： 环形开挖留核心土。 喷射混凝土封闭开挖工作面。 超前锚杆或超前小导管支护。 超前小导管周边注浆加固地层。,5.浅埋暗挖法施工的辅助措施,设置上半断面临时仰拱。 深孔注浆加固地层。 长管棚超前支护
4、或注浆加固地层。 水平旋喷法超前支护。 地面锚杆或高压旋喷加固地层。 降低洞内、洞外地下水位。 注浆加固地层和超前小导管支护是最常用的辅助施工措施。,施工中应注意的问题：,作为初期支护主体的喷射混凝土，其喷射厚度要合理，太厚、太薄都不利于发挥喷射砼材料的力学性能，一般喷射砼厚dD/40(D为洞室的开挖宽度)时，喷射混凝土支护接近于无弯矩状态，支护结构性能较好。因此用增加喷射混凝土厚度的方法来加强支护，效果较差，应采用合理的喷射方法和选择喷混凝土材料来提高喷射混凝土的力学性能，如采用潮喷或湿喷的方法，在喷料中掺加改性聚酯外加剂，提高喷射砼的抗裂性。,施工中应注意的问题：,施工方法的选择，一般情况
5、下，当开挖断面宽度大于10m时，应优先选用CRD或CD工法；当开挖断面宽度小于10m时，应优先选用正台阶法；在特殊条件下可考虑采用眼镜工法。 CRD和CD工法中的关键技术是中壁的拆除工艺。在中壁拆除作业的施工管理中，最重要的问题是判断中壁拆除时间和中壁拆除后的安全性。一般在隧道施工中维护断面的稳定基本上是通过拱顶下沉核净空收敛来判断的。因此，在中壁法中，中壁的拆除时间的确定和作业的安全性基准，也是以这种方法为依据。,基准值,基准值：拆除中壁时一般参考“一周的位移增量在1mm以下”基准，基于实测数据决定管理基准。考虑前后台阶的进度，以拱顶下沉7d的增量在2mm以下，作为拆除中壁的基准，即： 拱顶
6、下沉量：7d的增量小于2mm； 净空收敛值：7d增量小于4mm；,安全性问题：,安全性问题：以拱顶下沉的增量作为管理水平，并提出中壁拆除的管理基准。（见表）,6.浅埋暗挖法技术在软弱围岩中的运用,在软弱围岩施工中最重要的是提高围岩的自支护能力，其基本方法是控制围岩的松弛、坍塌、“保护围岩”，具体的施工方法有： 稳定掌子面的方法：正面喷混凝土和锚杆；超前支护；留核心土。 及时闭合的方法：设临时仰拱或底部横撑；加固基脚；底部地层注浆加固；设底部锚杆；改变施工方法。 加固地层：注浆加固；超前支护；地表面加固。 初期支护：锚喷（网）混凝土。,术语,1.围岩自稳时间：开挖后在未进行任何支护情况下，能够自
7、行持续稳定的时间。 2.围岩自承能力：开挖后在未进行任何支护情况下，松驰区外侧应力重新分布，达到平衡状态并形成“平衡拱”及其承载上部荷重的能力。 3.中隔壁法（CD法）：先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再开挖另一侧。,术语,4.交叉中隔壁法（CRD法）：先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工的方法。 5.管棚：在隧道开挖前，沿开挖轮廓线外，按一定外插角插入直径为70180的钢管，压注水泥浆或水泥砂浆，然后将钢管尾部与钢架焊接为一体形成的支护体系。 6.回填注浆：二次衬砌完成后，为了填充二次衬砌与防水板之间的空隙而进行的注浆。,超前地
8、质预测、预报,断面开挖：1.双侧壁导坑法,2.中隔壁法（CD法）,3.交叉中隔壁法（CRD）,4.环形开挖预留核心土法,七 支护,1.一般规定： 喷锚支护施工中，应做好下列工作 1）喷锚支护施工记录 2）喷砼的强度、厚度、平整度等项检查和试验报告。 3）监控量测记录。 4）地质素描资料。,2.喷射混凝土,1）喷射混凝土胶凝材料用量不宜小于400m3 2）速凝剂掺量不宜大于水泥用量的5。 3）喷射混凝土的坍落度为813. 4）采用埋设钢筋头做标志，控制喷射混凝土厚度。,2. 喷射混凝土,初期支护表面平整度要求，用2m靠尺检查，允许偏差：侧壁5，拱部7。 喷射混凝土厚度要求：平均厚度不应小于设计厚
9、度；最小厚度不小于设计厚度的23；检查点数的80及以上大于设计厚度。 喷射混凝土终凝后3h内不得进行爆破作业。,3. 锚杆,锚杆类型：全厂式粘结型锚杆、自钻式锚杆、预应力锚杆、摩擦型锚杆、组合式锚杆 锚杆杆体抗拉力不小于180kN。 锚杆孔的深度应大于锚杆设计长度10。 锚杆安装应带置中器，确保锚杆砂浆的保护层不小于10。 注浆作业应遵守下列规定： 1）注浆开始或中途停止超过30min时应用水或稀砂浆润滑注浆灌及其管路。 2）注浆时注浆管插至距孔底50100mm，随砂浆的注入缓慢匀速拔出，杆体插入后孔口要求有砂浆溢出。,钢筋锚杆：一般采用早强药包锚固，锚固剂的数量以推入锚杆体后砂浆能填满锚孔为
10、准。 中空锚杆：锚杆体就是注浆管，压注浆液后不仅能锚固杆体，同时也起到加固围岩的作用。 目前国内隧道工程全长粘结性锚杆采用广泛，为了改善锚杆受力条件，增设垫板和锚头。 分步开挖时钢拱架拱脚应打设直径为22的锁脚锚杆，锚杆长度不小于3.5m，数量24根。,八 二次衬砌,1.深埋隧道二次衬砌施作应符合变形基本稳定条件：水平收敛小于0.2d，拱部下沉速度小于0.15 d。 2.浅埋隧道应及早施作二次衬砌，且二次衬砌予以加强。,隧道混凝土耐久性设计,1.正确选用混凝土材料：水泥采用硅酸盐、普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5号，水泥含碱量不超过水泥的0.6；骨料中氯离子含量不超骨料的2.0，硫酸盐及
11、硫化物中的SO3含量不超过骨料的0.5。 2.二次衬砌及围岩拱、墙和仰拱、及围岩仰拱、级围岩底板采用C35钢筋混凝土，其余衬砌采用C25素混凝土。仰拱填充采用C25素砼. 3.钢筋混凝土配筋率应满足裂缝控制要求，同时在钢筋砼中掺加带补偿收缩功能的外加剂。,九 特殊岩土和不良地质地段隧道,1.富水软弱破碎围岩： 1）开挖要求：施工中宜采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水；隧道埋深在20米以内时，可采用地表注浆；埋深超过20米时，则应采用开挖工作面预注浆。单线隧道宜采用正台阶预留核心土开挖法。双线隧道采用中隔壁法、交叉中隔壁法或双侧壁导坑法。掘进循环进尺宜为0.51.0m。 2）隧道支护要求：宜采用超
12、前小导管注浆、管棚、钢架、钢筋网、喷射混凝土等多种支护手段，构成强支护体系。 3）隧道仰拱必须及早施作，形成封闭结构。,2. 岩溶隧道,1）岩溶发育隧道，施工中应建立地震波法为宏观控制、超前钻探法为主，其他物探法为辅，红外线探测连续施测的综合预报管理体系。 2）开挖方法宜采用台阶法、双侧壁导坑法。 3）爆破开挖时，应做到多打眼、打浅眼，严格控制装药量。 4）当隧道穿越堆积物时，不得随意清理堆积体，应采用超前预支护加固周围的堆积体。,浅埋暗挖法隧道工作面模型,其基本假设如下： 假设土体为均质、各向同性弹塑性材料且土体本身不可压缩； 隧道工作面在开挖一次进尺尚未支护前，可以看作一无限体中的孔洞，土
13、体由原岩状态到工作面前，其应力路径为从原岩应力到0应力状态； 由均质各向同性假设可知，该球形对称位移场是光滑、连续的； 假设土体服从Tresca屈服准则，并符合相关联流动假设，土体特征可用c, Es, vs来描述；,屈服准则： 本构方程： 平衡方程：,土体塑性径向应变。,管棚水平荷载分析,浅埋暗挖法施工监测,地表沉降；拱顶沉降；3内径变位；支护结构受力；孔隙水压力监测；土体垂直位移监测；土体水平位移监测；孔隙水压力监测；近地建筑物倾斜监测等；,浅埋暗挖法理论设计原则,应结合工程环境条件、隧道本身的安全要求综合制定地表下沉控制基准值,而不是统一的+10mm、-30mm的最严格值。 综合地表沉降、
14、施工安全、工期、造价等因素选定开挖工法。 强调采用预加固措施(超前管棚、锚杆、注浆等) 。 隧道支护应考虑时间和空间效应。 隧道开挖后应尽早提供具有足够刚度和早强的初期支护,以控制围岩变形,而不是最大限度地选择围岩的自身承载能力。,尽早施作仰拱,并封闭成环,仰拱距工作面的距离越近越好,最大不宜大于一倍洞径。 一般情况下二次衬砌在围岩和初期支护变形基本稳定后施作。但在采取辅助措施后,尚未满足稳定性要求的,也可提前施作二次衬砌(由于浅埋隧道荷载较明确,提前施作二次衬砌是可能的),这多在超浅埋大垮车站之处应用。 加强监控量测,及时反馈信息,及时调整支护参数。 衬砌应采用复合式衬砌形式,两层之间设防水
15、隔离层,该层一是防水,二是防裂,只要达到两层之间剪力为零时,二次衬砌才不会开裂。,结构设计计算,以工程类比为依据的经验法(Empirical Method) 。 以测试为依据的实用法,包括收敛- 约束法(Convergenceconfinement Method) 、现场和实验室的岩土力学试验、应力(应变)量测以及实验室模型试验。 作用- 反作用模型(Action - reaction Model) ,例如弹性地基框架、弹性地基圆环(全部支承或部分支承)等。这种模型亦可称为荷载- 结构法或简称结构力学法。 连续介质模型(Continuum Model) ,包括解析法和数值法两种主要方法,解析法又分为封闭解和近似解两种,日前逐渐被解析法所取代。数值法以有限元法为主。这种模型亦可称之为连续介质力学法。,浅埋暗挖法理论认为,浅埋隧道按松散荷载计算,超浅埋隧道则按全土柱加地面动、静换算荷载计算。提倡采用岩柱理论和太沙基公式进行结构分析计算。,