1、2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,1,4-7 輔助工法 一、概述 在隧道開挖和支護(hù)時(shí)，將使掌子面穩(wěn)定控制地表下沉和加強(qiáng)圍巖、地下水處理等的施工方法統(tǒng)稱為“輔助工法”。 二、采用輔助工法的情況 1、未固結(jié)圍巖和膨脹性圍巖； 2、砂層砂礫層圍巖和互層圍巖； 3、風(fēng)化花崗巖的圍巖和強(qiáng)風(fēng)化巖； 4、軟弱的粘土質(zhì)巖和蛇紋巖； 5、結(jié)晶片巖和古生層的破碎帶、 6、大量高壓涌水的圍巖； 7、淺埋隧道和接近結(jié)構(gòu)物的隧道。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,2,三、輔助工法的分類 輔助工法按其作用目的分為穩(wěn)定掌子面、控制地表下沉和加強(qiáng)圍巖、地下水處理等類。 、穩(wěn)定掌子面的輔助工法 掌子面：施

2、工中的開挖面。 近年由于山嶺隧道的增加，在自穩(wěn)性差的圍巖中施工的情況愈來愈多，掌子面穩(wěn)定問題成為隧道開挖技術(shù)中的重要問題。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,3,采用各種輔助工法，提高掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,4,穩(wěn)定地表及地表下沉的輔助工法 分為改善整體圍巖和改善掌子面上方圍巖為目的的兩大類。 （）改善整體圍巖的輔助工法 有藥液壓注法、凍結(jié)法及垂直錨桿法。 藥液壓注法 壓注法是向地層中壓注漿液，造成固結(jié)土，降低地層的透水性，同時(shí)強(qiáng)化地層，是構(gòu)筑地下結(jié)構(gòu)物中不可缺少的輔助工法。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,5,凍結(jié)法 地層凍結(jié)工

3、法是地層改良工法的一種，在軟弱地層和有地下水的地層暫時(shí)地人工凍結(jié)形成凍土，利用凍土的穩(wěn)定作用和遮水作用構(gòu)筑結(jié)構(gòu)物，工程完成后再把凍土解凍，恢復(fù)原地層的工法。 特點(diǎn)： 適用于構(gòu)筑地層；凍土堅(jiān)固、遮水性高；容易預(yù)測(cè)凍結(jié)范圍，可靠性高；對(duì)大氣和地下水無污染；與其他工法比較工費(fèi)高等 該法分為低溫液化氣方式（直接方式）和鹽水方 式（間接方式）兩種。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,6,垂直錨桿法 在隧道開挖前，在隧道上部鉆孔，鉆孔中插入粗鋼筋，再充填砂漿或水泥漿，在地層中形成任意程度的棒狀的鋼筋加固體，可以阻止因開挖產(chǎn)生的圍巖變形，提高圍巖的抗剪切強(qiáng)度。 在防止地表下沉、穩(wěn)定隧道掌子面。處理

4、偏壓、防止坡面崩塌等情況時(shí)十分有效。在淺 埋的軟弱圍巖和滑坡地段等施工條件惡劣的地點(diǎn)，應(yīng)用極為廣泛。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,7,（）改善掌子面上方圍巖 改善掌子面上方圍巖的輔助工法有管棚法、水平高壓旋噴法兩種。 管棚 是在隧道開挖之前，沿隧道開挖斷面外輪廓，以一定間隔與隧道平行鉆孔、插入鋼管，再 從插入的鋼管內(nèi)壓注充填水泥漿或砂漿，來增加鋼管外周圍巖的抗剪切強(qiáng)度，并使鋼管與圍巖一體化的方法。一般多在洞口施工時(shí)采用。根據(jù)使用的鋼筋直徑分類，有小直徑鋼管管棚和中、大直徑鋼管的管棚。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,8,管棚工法的效果主要為梁效應(yīng)和加強(qiáng)效應(yīng)： 梁效應(yīng)

5、是指鋼管先行施設(shè)后，在掘進(jìn)時(shí)，鋼管在掌子面和后方的支撐下，形成梁式 結(jié)構(gòu)，可防止圍巖的崩塌和松弛。 加強(qiáng)效應(yīng)是指鋼管插入后，壓注水泥漿，加強(qiáng)了鋼管周邊的圍巖。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,9,水平高壓旋噴法 在掌子面與隧道軸線平行時(shí)，用特殊機(jī)械鉆孔，同時(shí)向管體內(nèi)高壓噴射水泥漿液，形成的圓柱體（樁）的工法。 是改善掌子面自穩(wěn)性和控制地表下沉的較好的方法。缺點(diǎn)是設(shè)備龐大。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,10,地下水對(duì)策輔助工法 涌水的對(duì)策工法大體上分為兩大類，即排除涌水的方法（降低地下水位法）和阻止涌水 的方法（止水法）。 （）降低地下水位法 從地表降低地下水位 在地

6、面設(shè)深井點(diǎn) 從隧道內(nèi)降低地下水 可在隧道內(nèi)設(shè)深井點(diǎn)、水平鉆孔、超前坑道等，,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,11,（2）止水工法 一般配合排水法進(jìn)行 藥液壓注工法 壓氣工法 凍結(jié)工法,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,12,4-8 量測(cè)技術(shù) 一、信息化施工、量測(cè)的必要性 隧道工程是實(shí)踐很強(qiáng)的學(xué)科，既不能單靠理論推導(dǎo)也不能完全采用工程類比。 近年來，普遍采用的信息化施工，即可使經(jīng)驗(yàn)方法科學(xué)化，又可使理論分析具有實(shí)際的背景。 1、信息化施工（情報(bào)化設(shè)計(jì)）,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,13,(1) 概念 是指通過施工前和施工過程中對(duì)導(dǎo)洞、試驗(yàn)洞或正洞的量測(cè)（包括

7、拱頂沉降、洞周收斂變形、地中變位、支護(hù)與圍巖相互作用力等），以這些實(shí)測(cè)的量測(cè)值作反演分析，用來監(jiān)控圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定與安全，根據(jù)及時(shí)獲得的量測(cè)信息進(jìn)一步修改和完善原設(shè)計(jì)；并指導(dǎo)下階段施工；確定支護(hù)施作方式和時(shí)間；調(diào)整施工參數(shù)：以期獲得最優(yōu)地下結(jié)構(gòu)物的一種方法。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,14,（2）流程圖（P146、圖4-14）,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,15,（3）過程： 預(yù)設(shè)計(jì) 在初步地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過理論分析或工程類比對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工決策做出預(yù)設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 然后，在施工中對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 數(shù)據(jù)分析和處

8、理 將所量測(cè)到的能反映隧道結(jié)構(gòu)體系力學(xué)狀態(tài)的物理量（如坑道周邊某些測(cè)點(diǎn)上的位移值，或某一基線上的凈空變化值）加以綜合和處理。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,16,信息反饋 通過所謂“反分析”技術(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)的信息反推出表征圍巖性態(tài)及其地質(zhì)環(huán)境的初始參數(shù)，然后再將它輸入模型中重新進(jìn)行理論分析，并根據(jù)新的計(jì)算結(jié)果及時(shí)調(diào)整和確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)和施工決策。 （4）特點(diǎn) 施工監(jiān)測(cè)、理論分析、經(jīng)驗(yàn)判斷相結(jié)合，調(diào)查、設(shè)計(jì)、施工相交叉的設(shè)計(jì)、施工流程，非常符合隧道工程特點(diǎn)的。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,17,2、量測(cè)是信息化施工中非常關(guān)鍵的一環(huán)，不可缺少 二、量測(cè)方法及設(shè)備 1、

9、收斂計(jì) （1）收斂： 坑道開挖后，隨著圍巖應(yīng)力重分布，坑道相對(duì)側(cè)壁的距離將產(chǎn)生變化，當(dāng)圍巖應(yīng)力趨于平衡時(shí)，這種變化逐漸趨于穩(wěn)定，這變化過程稱為“收斂”。 （2）收斂量測(cè) 這種相對(duì)距離的量測(cè)稱為收斂量測(cè)。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,18,（3）收斂計(jì) 量測(cè)收斂的儀器稱為收斂計(jì)。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,19,2、機(jī)械式鉆孔位移 機(jī)械式鉆孔位移計(jì)的原理是在孔內(nèi)設(shè)一根測(cè)桿，一端固定在鉆孔底部，另一湍于孔口，用百分表測(cè)量鉆孔口壁與鉆孔底固定點(diǎn)間相對(duì)位移，如果鉆孔深度位于原巖，可粗略認(rèn)為測(cè)值值為絕對(duì)位移。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,20,液壓式測(cè)試

10、元件 液體的流動(dòng)性和體積不可壓縮性，使它可成為傳遞壓力和變形的理想介質(zhì)。液壓式元件 就是利用液體作為傳遞介質(zhì)的一種元件。其代表性元件有壓力枕和液壓式壓力盒兩種。 錨桿拉力計(jì) 錨桿拉力計(jì)主要用于錨桿拉拔試驗(yàn)。 振弦式測(cè)試元件 金屬弦的自振頻率，與其受力有關(guān)，可用于測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變、壓力等。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,21,巖土壓力盒 主要用來測(cè)定邊界的接觸壓力、壓力盒的量程和精度取決于受力的膜的厚度。 7、隧道激光斷面測(cè)量?jī)x 主要是采用非接觸測(cè)量方式，并通過全斷面測(cè)量采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并提供斷面圖形以及各測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，獲得實(shí)際斷面與設(shè)計(jì)斷面的差異。如超欠挖狀況，通過噴錨前后和襯砌前后的

11、斷面對(duì)比，可獲得其噴層厚度和襯砌厚度。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,22,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,23,三、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的設(shè)計(jì) 1、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控且測(cè)的技求要求 （）快速埋沒測(cè)點(diǎn)； （）一次量測(cè)的時(shí)間盡可能短； （3）量測(cè)元件有足夠精度，良好的防震、防沖擊波的能力，埋沒后能長(zhǎng)期、有效的工作； （）量測(cè)數(shù)據(jù)直觀。準(zhǔn)確可靠，不必復(fù)雜計(jì)算即可直接應(yīng)用。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,24,2、監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目 a、以監(jiān)控地下結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性為目的項(xiàng)目 （1）地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察； （2）周邊收斂、拱頂下沉量測(cè)； （3）地表、地中下沉、圍巖松弛范圍量測(cè)； （4）圍巖內(nèi)

12、部位移量測(cè)（地表或洞內(nèi)設(shè)點(diǎn)）； （5）襯砌內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變量測(cè)（切向或徑向的應(yīng)力）： （6）噴層表面應(yīng)力，接觸應(yīng)力和錨桿軸力量測(cè)。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,25,2、以監(jiān)控質(zhì)量為目的項(xiàng)目 （1）錨桿拉拔力量測(cè)； （2）噴射混凝土與巖石粘結(jié)力試驗(yàn)； （3）噴射混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的控制和單軸抗壓極限強(qiáng)度的驗(yàn)收； （4）噴射混凝土厚度檢查和粉塵測(cè)定； （5）初期支護(hù)外觀與隧道斷面尺寸的檢驗(yàn)； （6）二次襯砌抗壓強(qiáng)度和厚度的檢查。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,26,四、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的方法 1、 地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)觀察 地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)觀察包括工作面觀察和支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果觀察。

13、 （）觀察頻率 每一循環(huán)進(jìn)尺，都必須進(jìn)行一次工作面觀察，對(duì)已成洞地段主要是支護(hù)效果的觀察。 （）觀察內(nèi)容 工作面工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況觀察和描述。 工作面附近初期支護(hù)狀態(tài)觀察和已成洞的支護(hù)效果觀察：包括錨桿錨固效果，噴層開裂部位、寬度長(zhǎng)度及深度，模筑混凝土襯砌的整體性，防水效果等，,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,27,周邊位移量測(cè)（P218） （1）基本概念 收斂 隧道內(nèi)壁面兩點(diǎn)聯(lián)線方向的位移之和稱為“收斂”， 收斂量 周邊位移量測(cè)稱“收斂量”。 相對(duì)收斂 收斂速度,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,28,（2）收斂量測(cè)設(shè)計(jì) 量測(cè)斷面間距 應(yīng)保證沿隧道軸線每類圍巖至少有

14、一個(gè)量測(cè)斷面。 量測(cè)頻率 按P218表一取值， 原始記錄及量測(cè)資料整理,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,29,拱頂下沉量測(cè) （1）拱頂下沉值 隧道拱頂內(nèi)壁的絕對(duì)下沉量 （2）拱頂下沉速度 單位時(shí)間內(nèi)的拱頂下沉值 。 拱頂下沉量測(cè)的斷面間距、頻率、初讀數(shù)的測(cè)取等要求同收斂量測(cè)。每個(gè)斷面布置個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)設(shè)在拱頂中心及附近。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,30,4、地表及地中下沉量測(cè) 淺埋隧道開挖時(shí)必然引起地面沉陷，量測(cè)的目的是了解地面下沉范圍和量值，地面及 地中下沉隨工作面推進(jìn)的規(guī)律，以及下沉穩(wěn)定的時(shí)間。一般用水平儀量測(cè)。 圍巖內(nèi)部位移量測(cè) 是選擇量測(cè)項(xiàng)目，主要目的是了解

15、隧道圍巖的徑向位移分布和松弛區(qū)域范圍，獲得決定錨桿長(zhǎng)度的判斷資料。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,31,錨桿軸力量測(cè) 量測(cè)錨桿中的變形，求出錨桿軸力。與收斂量測(cè)及圍巖內(nèi)位移量測(cè)一起研究和修正錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)。 主要使用量測(cè)錨桿。量測(cè)錨桿的桿體是用中空的鋼材制成，其材質(zhì)同錨桿一樣。 襯砌應(yīng)力量測(cè) 襯砌應(yīng)力量測(cè)量是為了研究一次襯砌或二次襯砌內(nèi)的應(yīng)力分布以及外荷載情況，作為分析和評(píng)定安全性的依據(jù)。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾構(gòu)法,32,五、量測(cè)數(shù)據(jù)的反饋 1、信息反饋修正設(shè)計(jì) 信息反饋修正設(shè)計(jì)指在隧道開挖后，根據(jù)施工信息對(duì)施工前預(yù)設(shè)計(jì)所確定的結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)參數(shù)。預(yù)留變形量。施工工藝和方法以及備工序施作的時(shí)間等的檢驗(yàn)和修正，貫穿于整個(gè)施工過程的設(shè)計(jì)階段。 信息反饋修正設(shè)計(jì)包括施工方法變更的建議、施工工序的更改、預(yù)留變形量的 修改或確認(rèn)、設(shè)計(jì)參數(shù)的修改和確認(rèn)、采用輔助施工措施的建議等。,2020/8/23,第四章 第四節(jié) 盾