1、地 下 結(jié) 構(gòu) 與 技 術(shù),主講教師 ： 肖 明,第07章 淺埋暗挖法,第七章 淺埋暗挖法,7-1 概述 一、概念： 淺埋暗挖法：在特定條件下，不開(kāi)挖地面，在地下進(jìn)行開(kāi)挖和修筑襯砌的隧道施工方法。一般是在埋深較淺的土層中進(jìn)行地下施工。,管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè),淺埋暗挖法是一種在離地表很近的地下進(jìn)行各種類(lèi)型地下洞室暗挖施工的方法。,在軟弱圍巖淺埋地層中修建山嶺隧道洞口段、城區(qū)地下鐵道及其他淺埋結(jié)構(gòu)物。,淺埋暗挖法施工原理,定義：,設(shè)計(jì)思想：,應(yīng)用范圍：,第七章 淺埋暗挖法,二、優(yōu)點(diǎn)： 不影響交通和地面建筑。尤其是對(duì)建筑物密集、管線密布和交通繁忙的情況較適應(yīng)。 適用：不宜明

2、挖，含水量較小的各種地層，尤其是對(duì)地面沉陷要求較嚴(yán)，且需修造淺埋的地下工程。,第一步：先將鋼管打入地層，然后注入水泥漿或化學(xué)漿液，使地層加固。 第二步：然后進(jìn)行短進(jìn)尺開(kāi)挖，一般每循環(huán)在0.5-1.0米左右，隨后即作初期支護(hù)。 第三步：施作防水層。 最后，完成二次支護(hù)。,常用開(kāi)挖方法：,臺(tái)階法 分部開(kāi)挖法,三、施工步驟：,施工方法：管棚法、礦山法、盾構(gòu)法和頂管法。,7-2 管棚施工法,管棚法稱傘拱法。是在擬開(kāi)挖的襯砌拱圈隱埋線上，預(yù)先鉆孔安設(shè)慣性力矩較大的厚壁鋼管，起超前支護(hù)。 特點(diǎn)：地下工程開(kāi)挖前，采用超前注漿管棚支撐土體結(jié)構(gòu)，有效防止地面沉降，適用于大跨度和極破碎巖體地段。 分類(lèi)：短管棚（L

3、1045m）； 板棚（L10m）采用鋼插板。,一、管棚的布置形式,(a)門(mén)字形布置 適用洞室跨度較大， 邊墻土體不穩(wěn)的情況。 (b)口字形布置 適用大型洞室松軟土層段。,一、管棚的布置形式,(c)一字形布置 適用洞室跨度不大， 僅防上部土層坍塌。 (d)半圓拱布置 適用大跨度公路， 地鐵洞室不穩(wěn)定地段。,管棚法 施工,管棚透視圖,管 棚 施 工,二、管棚設(shè)計(jì)要點(diǎn),（1）根據(jù)地質(zhì)條件選擇長(zhǎng)度，應(yīng)保證有足夠的超前長(zhǎng)度 管棚長(zhǎng)度：一般為1012m，采用分段連接時(shí)選46m鋼管，縱向以絲扣連接，連接長(zhǎng)度不應(yīng)小于15cm。 （2）管棚鋼管采用厚壁鋼管。 管徑70180mm，鋼管中心間距200800 mm；

4、孔徑比管徑大2030mm。,（3）管棚應(yīng)沿隧洞縱向水平設(shè)置，并在管內(nèi)注漿；橫斷面采用鋼拱架環(huán)向支撐，鋼拱架多采用工字鋼和格柵鋼架。 （4）管棚縱向的水平搭接長(zhǎng)度不能小于1.5m，外插角12。,三、管棚施工,（1）開(kāi)挖工作室：為管棚施工提供操作場(chǎng)地。 工作室尺寸：以布置鉆機(jī)和鋼管推進(jìn)機(jī)為確定條件。 但需超出隧道或洞室輪廓線0.51.0m （2）鉆孔 鉆孔一般為水平，孔徑比管棚大2030mm.,三、管棚施工,（3）安裝管棚 坍方嚴(yán)重地段，一般將管棚的鋼管鉆入，鉆孔和安裝一次完成。 小于15m的短孔可用于人工或卷?yè)P(yáng)機(jī)頂入 深孔用鉆機(jī)頂進(jìn)，但傾斜度必須控制在 1o2 o范圍內(nèi)。,（4）管棚注漿 以水泥

5、砂漿注滿鋼管為止。當(dāng)圍巖或土層松軟破碎時(shí)，可事先在管棚鉆小孔，使?jié){擴(kuò)散至鋼管周?chē)?小導(dǎo)管注漿采用“注漿一段，開(kāi)挖一段，段段推進(jìn)”方式，根據(jù)每段的地質(zhì)和注漿情況及時(shí)調(diào)整漿液和支護(hù)參數(shù)。小導(dǎo)管外露20cm以利于安設(shè)注漿管路。,在隧道工作面開(kāi)挖前,沿隧道拱部開(kāi)挖輪廓線外打入帶孔小導(dǎo)管,并通過(guò)小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液,在隧道輪廓線外形成一個(gè)0.6m1.2m厚的弧型加固圈。在此加固圈的保護(hù)下即可安全地進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。 小導(dǎo)管注漿分單液漿和雙液漿兩種：本工程以雙液漿為主。,超前小導(dǎo)管注漿,深 化,雙液注漿,注漿過(guò)程中，嚴(yán)格控制注漿壓力，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、冒漿，危害地下構(gòu)筑物及地面建筑物等異?，F(xiàn)象。

6、當(dāng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí)，采用以下措施： 降低注漿壓力或采取間隙注漿，直到停止注漿；調(diào)整注漿實(shí)施方案。,注漿過(guò)程的控制措施,挖掘施工需在管棚注漿結(jié)束48小時(shí)后方可進(jìn)行。 (a)挖掘完后，應(yīng)及時(shí)架設(shè)鋼拱架： 作為初期支護(hù)，兩拱架的縱向間距不應(yīng)大于1.2m，在兩拱架之間應(yīng)設(shè)置直徑為2022mm的鋼撐桿。 (b)噴射砼：噴層應(yīng)及時(shí)，厚度1015cm. (c)施加二次支護(hù)： 在二次襯砌和一次襯砌之間一般設(shè)一道防水層。 砼二次襯砌一般為3545cm,（5）隧洞挖掘,鋼拱架結(jié)構(gòu),四、管棚變位、土層沉降監(jiān)控措施,管棚法施工在開(kāi)挖面前10.8倍開(kāi)挖直徑的上方地面會(huì)發(fā)生沉陷。沉陷順序是：管棚、圍巖、地表。防止措施有 （

7、1）加強(qiáng)檢測(cè)，及時(shí)反饋管棚下沉信息。 管棚拱頂位移時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，則位移發(fā)生突變，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，或停止施工。,（2）采用合理的開(kāi)挖方式： 變大跨度為小跨度，邊 挖邊支護(hù)，盡量減少對(duì) 圍巖擾動(dòng)。 根據(jù)圍巖條件，可采用 中導(dǎo)洞、邊導(dǎo)洞，分臺(tái) 階開(kāi)挖的開(kāi)挖方式，盡 可能減小圍巖擾動(dòng)。,風(fēng)道開(kāi)挖初期支護(hù)施工圖,開(kāi)挖橫斷面圖,1部洞室,2部洞室,4部洞室,6部洞室,5部洞室,3部洞室,（3）嚴(yán)格控制進(jìn)尺 一般的進(jìn)尺控制在1.0cm以內(nèi)。開(kāi)挖支護(hù)緊密配合。 （4）及時(shí)量測(cè)拱頂、拱底和邊墻的位移,7-3 礦山施工法,礦山法：（從礦山開(kāi)挖方法引入的方法）采用傳統(tǒng)鉆爆法和臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的方法。 適用：各類(lèi)

8、巖層的地下工程（土層不采用） 要點(diǎn)：施工是鉆眼、爆破；支護(hù)鋼木支撐和噴錨支護(hù)兩種。 鉆爆開(kāi)挖和噴錨支護(hù)施工方法稱“新奧法”。,淺埋礦山法,礦山法施工支護(hù),一、施工機(jī)械,鉆爆施工機(jī)械：主要有風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)和液壓鑿巖機(jī)兩種。 原理：利用鑲嵌在鉆頭體前端的鑿刃反復(fù)沖擊并轉(zhuǎn)動(dòng)破碎巖石成孔。通過(guò)調(diào)節(jié)沖擊力大小和旋轉(zhuǎn)速度以適應(yīng)不同的巖體，達(dá)到最佳成孔效果。 1風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)：以壓縮空氣為動(dòng)力。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用安全； 缺點(diǎn)：空壓設(shè)備復(fù)雜，能耗大。,2液壓鑿巖機(jī)：以電力帶動(dòng)高壓油泵，通過(guò)改變油路，使活塞運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沖擊動(dòng)力。 優(yōu)點(diǎn)：能耗少，能量利用率高，可達(dá)到30%40%（風(fēng)動(dòng)為15%）； 鑿巖速度快，

9、比風(fēng)鉆快50%150%； 調(diào)節(jié)性能好，可適應(yīng)各種巖體； 工作環(huán)境好，噪音小。 缺點(diǎn)：輔助設(shè)備多，設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)大。,二、光面爆破設(shè)計(jì),光面爆破：通過(guò)調(diào)整周眼的各爆破參數(shù)，使爆炸先沿各孔的中心連線形成貫通的預(yù)裂縫，然后向內(nèi)圈裂解巖體。 目的：減少超欠挖，嚴(yán)格控制圍巖擾動(dòng),1、設(shè)計(jì)要點(diǎn)：,了解地質(zhì)特性 根據(jù)圍巖和斷面特征，設(shè)計(jì)炮眼布置，起爆順序，裝藥量等參數(shù)。 選擇合理的周邊眼的最小抵抗線，眼間距，裝藥結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)毫秒微差順序起爆順序。,2、光面爆破參數(shù)確定,普通爆破原則：盡量減小裝藥的不偶合系數(shù)，充分利用炮孔體積，使每個(gè)炮孔能爆破最大的體積巖石。 光面爆破原則：在保證炮孔向連線裂穿的條件下，盡量

10、減少裝藥量，以保證圍巖不受損壞。 光面爆破的主要參數(shù)： 不偶合參數(shù)K 、裝藥集中度q、周邊孔密集系數(shù),（1）不偶合參數(shù)K,不偶合參數(shù)K：炮孔直徑與藥卷直徑的比值，K反映了炮眼孔壁與藥卷之間的空隙程度。 K過(guò)大，炮孔直徑太大，起爆后炮孔壓力過(guò)小，不利使炮孔連線方向裂穿，達(dá)不到預(yù)裂效果。 K過(guò)小，炮孔直徑太小，起爆后炮孔壓力過(guò)大，不能控制爆破開(kāi)裂方向，使開(kāi)挖邊界破壞過(guò)大。,（1）不偶合參數(shù)K,合理的不偶合參數(shù)使炮孔連線產(chǎn)生應(yīng)力帶，使之與連線方向裂穿。 藥卷直徑不能小于炸藥的臨界直徑。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和工程類(lèi)比，一般取k=1.52.5之間。,（2）裝藥集中度q,q指每米炮眼裝藥的藥量。反應(yīng)裝藥在炮眼中的分

11、布情況，應(yīng)根據(jù)孔距E、最小抵抗線W、巖體特性綜合確定。 q大引起圍巖嚴(yán)重破壞，不利光面的形成。一般采用軸向空氣間隔裝藥，使裝藥沿孔均勻分布。 經(jīng)驗(yàn)值q=0.040.4kq/m。 炸藥：應(yīng)選擇爆速較低、爆度較小、爆力較大傳爆性能教好的炸藥。,（3）周邊孔密集系數(shù)m,周邊孔密集系數(shù) m=E / W 炮孔間距，最小抵抗線 過(guò)大，爆破后周邊會(huì)凸凹不平，過(guò)小產(chǎn)生超挖 過(guò)大，爆破后崩不下巖體，或者產(chǎn)生大塊崩裂 設(shè)計(jì)時(shí)，都不宜過(guò)大，否則裝藥量大，會(huì)造成巖體破壞。,光面爆破影響,（3）周邊孔密集系數(shù)m,一般可取E=4080cm，W=5090cm。 對(duì)于堅(jiān)硬巖體和破碎巖體E取較小值； 對(duì)于軟質(zhì)巖體和完整巖體E取

12、較大值； 合理的m值對(duì)光面爆破影響很大，一般取m.,三、光面爆破施工,1、施工方法 （1）全斷面施工：采用全斷面一次爆破開(kāi)挖。 或先光爆，再分次爆 適應(yīng)：圍巖基本穩(wěn)定，工程斷面不是很大。 （2）分層施工：采用臺(tái)階法分層爆破施工。 按臺(tái)階長(zhǎng)短分：長(zhǎng)臺(tái)階法，短臺(tái)階法和超臺(tái)階法 適用：巖層較穩(wěn)定，斷面高度較大。 （3）導(dǎo)洞施工法 先挖小斷面導(dǎo)洞，然后在擴(kuò)大到設(shè)計(jì)斷面。 適用：地質(zhì)條件復(fù)雜，工程斷面大,2、光面爆破的幾個(gè)要點(diǎn),（1）鉆眼：質(zhì)量要求較高，炮眼外斜率不應(yīng)大于； （2）掏槽、中空、周邊眼布置。 掏槽：掏出一些空眼，增加自由面，提高爆破效果。 中空眼：采用鉆機(jī)鑿一些大直徑的空眼，為掏槽孔爆破提

13、供臨空面。 周邊眼：沿開(kāi)挖設(shè)計(jì)輪廓線布置，減小超欠挖量。,2、光面爆破的幾個(gè)要點(diǎn),（3）裝藥結(jié)構(gòu)：徑向或軸向間隔裝藥。 （4）起爆順序與傳爆方向：微差爆破 （5）爆破器材根據(jù)起爆網(wǎng)路確定,炮眼布置,四、施工支護(hù),錨噴和襯砌支護(hù)是礦山法支護(hù)最常用的支護(hù)措施。 1、錨噴支護(hù)特性 錨噴支護(hù)：由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)等支護(hù)組成，通常采用噴射砼和錨桿進(jìn)行的初期支護(hù)，與開(kāi)挖交叉作業(yè)。 支護(hù)結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：,（1）靈活性：可根據(jù)需要分別選擇噴層、錨桿和鋼筋網(wǎng)進(jìn)行組合支護(hù)，也可根據(jù)需要局部單獨(dú)采用。所以噴錨支護(hù)是“先柔后剛，按需提供”。 （2）及時(shí)性：能夠在開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行，較早地提供支護(hù)抗力，限制圍巖變形，

14、還能采用錨桿進(jìn)行超前支護(hù)。,錨噴支護(hù)特性,錨噴支護(hù)特性,（3）密貼性：噴射混凝土能與圍巖緊密粘貼，可以阻止巖塊沿節(jié)理的剪切和張開(kāi)，提高洞室的整體性。 (4)協(xié)同性：錨桿插入圍巖一定深度后，對(duì)圍巖起到約束作用，使錨桿和圍巖形成整體的拱或梁，以抵抗圍巖變形。,(5)柔性：噴錨支護(hù)是一種柔性支護(hù)，能適應(yīng)圍巖變形，以充分發(fā)揮圍巖的自承能力。 (6)封閉性：噴錨支護(hù)能及時(shí)封閉圍巖，阻止空氣中的水對(duì)圍巖的侵蝕，防止巖體膨脹和軟化。,錨噴支護(hù)特性,2、噴錨支護(hù)設(shè)計(jì),（1）工程類(lèi)比方法 （2）數(shù)值仿真模擬方法 （3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和監(jiān)測(cè),首先進(jìn)行混凝土噴護(hù)； 根據(jù)錨桿設(shè)計(jì)，選擇錨桿材料，類(lèi)型、規(guī)格； 根據(jù)圍巖特性選

15、擇鉆孔機(jī)具； 根據(jù)設(shè)計(jì)布置鉆孔位置，作出標(biāo)記； 按要求鉆孔，孔向應(yīng)盡可能垂直巖面和開(kāi)挖結(jié)構(gòu)面； 插入錨桿，并及時(shí)灌漿或施加預(yù)應(yīng)力。,3、噴錨支護(hù)施工要點(diǎn)：,概括： 礦山法施工：鉆孔，裝藥放炮，出渣，初期支護(hù)，永久支護(hù).,噴射混凝土圍巖襯砌技術(shù)和無(wú)堿速凝劑噴射混凝土在地下工程施工中的應(yīng)用是十分廣泛的,7-3 混凝土噴射技術(shù),一、噴射混凝土的應(yīng)用,噴射混凝土的施工特點(diǎn)： 不需要模板，臨空工作面施工簡(jiǎn)潔、方便 噴射混凝土的應(yīng)用： 隧道建設(shè) 地下倉(cāng)庫(kù) 地下廠房 豎井 各類(lèi)礦井,水灰比 0.4， 使用 “聚羧酸高效減水劑” 新一代無(wú)堿速凝劑,噴射混凝土的質(zhì)量,時(shí)間,70s,80s末期,80/90s,90

16、s,95,2000,80s,噴射混凝土的質(zhì)量隨著技術(shù)發(fā)展不斷提高,干噴工藝,強(qiáng)度40 MPa 抗?jié)B性現(xiàn)澆混凝土 耐久性現(xiàn)澆混凝土,用噴射混凝土來(lái)進(jìn)行圍巖永久支護(hù),Costain,用噴射混凝土來(lái)取代現(xiàn)澆混凝土作圍巖永久支護(hù)，已經(jīng)在越來(lái)越多的工程上實(shí)現(xiàn) 能夠?yàn)闃I(yè)主和施工單位帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益,噴射混凝土從臨時(shí)支護(hù)到永久支護(hù)的轉(zhuǎn)變,一次襯砌臨時(shí)支護(hù),二次襯砌永久支護(hù),一次襯砌永久支護(hù),二次襯砌永久支護(hù),節(jié)省開(kāi)挖量 節(jié)省混凝土 節(jié)省施工時(shí)間 大量的降低施工成本,噴射混凝土作臨時(shí)支護(hù),噴射混凝土作永久支護(hù),噴射混凝土,現(xiàn)澆混凝土,噴射混凝土,噴射混凝土規(guī)范,EFNARC 歐洲噴射混凝土規(guī)范和指南 對(duì)噴射

17、混凝土的配合比有明確的規(guī)范 對(duì)噴射混凝土各組分的選擇有全面的指南 對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)方法有相應(yīng)的規(guī)定 對(duì)施工單位、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理機(jī)構(gòu)和業(yè)主都有很大的參考價(jià)值,文件下載： ,影響噴射混凝土質(zhì)量的主要因數(shù),噴射工藝： 濕噴工藝還是干噴工藝 混凝土的配合比 速凝劑的選擇 噴射施工,濕噴工藝和干噴工藝的對(duì)比：濕噴工藝能生產(chǎn)出和現(xiàn)澆混凝土一樣高質(zhì)量的混凝土,噴射混凝土的配合比,水泥 硅酸鹽水泥CEM I 42.5 or CEM II 52.5 水泥用量一般在400kg/m3 以上 骨料 避免破碎骨料，圓形骨料最佳 河砂為最佳 骨料最大為10mm, 最好是8mm以下 優(yōu)化級(jí)配,坍落度：1620 cm 坍落度損失 1

18、小時(shí),噴射混凝土的配合比,外加劑/摻和料 使用高性能減水劑， 保證低水灰比 （0.45） 使用硅灰和鋼纖維 必要時(shí)需要其他高性能添加劑,坍落度：1620 cm 坍落度損失 1小時(shí),水灰比直接影響噴射混凝土的凝結(jié)時(shí)間,速凝劑的選擇 無(wú)堿速凝劑對(duì)操作手和混凝土性能無(wú)害，性價(jià)比好,1,0.1,1,10,100,0.001,0.01,0.1,10,100,J,1,J,2,J,3,6,10,30,3,2,1,6,12,9,1,3,7,90,56,28,14,0.2,0.3,0.4,0.5,2,3,4,5,20,30,40,50,噴射混凝土早期強(qiáng)度要求Austrian Concrete Society, Sprayed Concrete Guidelines,J1: 適應(yīng)于不需要馬上受力支撐的巖層面，低厚度噴射，回彈極小 J2： 適應(yīng)于需要馬上受力支撐的巖層面，或一次噴射厚度要求較高的