ch7巖石隧道開挖與支護

1、區(qū)間隧道新奧法施工主要內(nèi)容：1巖石隧道建造簡介2巖石隧道開挖3巖石隧道支護4結(jié)束語5淺埋暗挖案例主要內(nèi)容：11.巖石隧道建造簡介1)開挖NATM（D&B） TBM 淺埋暗挖法 其它機械法2)支護:現(xiàn)澆混凝土、管片錨桿、噴射混凝土、鋼格柵、鋼筋網(wǎng)等主要內(nèi)容：21.巖石隧道建造簡介NATM主要施工過程：1超前支護2開挖3出渣4初期支護：鋼拱、格柵、錨桿、噴射混凝土5永久襯砌：現(xiàn)澆混凝土，預(yù)制管片6路面、裝修，機電、通風、照明等主要內(nèi)容：31.巖石隧道建造簡介主要特點：1堅硬巖石需要爆破或者破碎力2軟弱巖石需要臨時穩(wěn)定性措施3大多數(shù)巖體開挖后具有自穩(wěn)性，是結(jié)構(gòu)的一部分主要內(nèi)容：42.硬巖隧道開挖方法

2、2.1巖體開挖方法Rocks need to be broken into suitable sizes to be transported from tunnel face to outside. 1鉆爆法NATM全斷面、導(dǎo)坑法、臺階法等2TBM法3其它機械法4淺埋暗挖法52.2TBM法62.2TBM法通過刀盤（安裝了滾刀）壓和旋轉(zhuǎn)全斷面破碎巖體進行掘進. 破巖與巖石強度、脆性、耐磨、節(jié)理間距和方向有關(guān)。難點：軟弱巖體、不均勻地層、斷層破碎帶. 7主要內(nèi)容：82.3其它機械法部分斷面掘進機如roadheader 法92.4鉆爆法NATM102.4鉆爆法NATM全斷面開挖法臺階開挖法斷面分部開

3、挖法112.4鉆爆法NATM122.4鉆爆法NATM132.4鉆爆法NATM142.4鉆爆法NATM15主要開挖循環(huán)過程NATM（D&B）：1超前支護 2鉆孔 3裝藥4爆破 5通風 6找頂7出渣 初噴8錨桿 掛網(wǎng) 鋼拱架 縱向連接筋 鎖腳錨桿9噴混凝土 10防水層 仰拱 11模板 拱部鋼砼結(jié)構(gòu)12 裝修機電工程主要內(nèi)容：162.4鉆爆法NATM172.4鉆爆法NATM182.4鉆爆法NATM192.5、淺埋暗挖法 1、淺埋暗挖法的特點。（1）適用于各種地質(zhì)條件和地下水條件；（2）具有適合各種斷面形式（單線、雙線及多線、車站等）和變化斷面（過渡段、多斷面等）的高度靈活性。（3）通過分部開挖和輔助

4、工法，可以有效地控制地表下沉和坍塌；（4）與盾構(gòu)法比較，在較短的開挖地段使用，也很經(jīng)濟；（5）與明挖法比較，可以極大地減輕對地面交通和商業(yè)活動的影響，避免大量的拆遷； (6）綜合看，是比較常用的方法的一種方法。202、淺埋暗挖法的施工應(yīng)貫徹原則：（18字方針）管超前指采用超前導(dǎo)管注漿防護。實際上就是采用超前支護的各種手段提高掌子面的穩(wěn)定性，防止圍巖松弛和坍塌；2122嚴注漿在導(dǎo)管超前支護后，立即進行壓注水泥砂漿或其它化學(xué)漿液，填充圍巖空隙，使隧道周圍形成一個具有一定強度的殼體，以增強圍巖的自穩(wěn)能力； 23短開挖 一次注漿，多次開挖，即限制一次進尺的長度，減小圍巖的松弛；強支護 在淺埋的松軟地層

5、中施工，初期支護必須十分牢固，具有較大的剛度，以控制開挖初期的變形；快封閉 在臺階法施工中，如上臺階過長時，變形增加較快，為及時控制圍巖松弛，必須采用臨時仰拱封閉，開挖一環(huán)，封閉一環(huán)，提高初期支護的承載能力；勤量測 對隧道施工過程進行經(jīng)常性的量測，掌握施工動態(tài)，及時反饋，是淺埋暗挖法施工成敗的關(guān)鍵。 24 3. 開挖方法： 根據(jù)不同斷面和地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的施工方法1正臺階法第一步：拱部超前注漿小導(dǎo)管施工第二步：上斷面環(huán)形開挖留核心土第三步：下斷面開挖第四步：鋪設(shè)防水板，由下至上模筑二襯252中隔壁法（CD法）26第一步：左上斷面開挖第二步：左下斷面開挖第三步：右上斷面開挖第四步：右下斷面開挖第

6、五步：隧道仰拱防水層鋪設(shè)及模筑二襯第六步：滿鋪防水層，隧道拱墻二次襯砌3交叉中隔壁法（CRD法）274雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（眼鏡法）第一步第二步第三步第四步第五步第六步285側(cè)洞法第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步第八步296中洞法307洞樁法之一312.6巖體性質(zhì)與開挖可鉆性和切割性與巖石強度和耐磨性有關(guān)；巖體破碎與巖石強度和節(jié)理有關(guān). 地下水位和滲流性；大變形和膨脹性；巖爆與破碎；渣土的利用. 32施工原則：充分保護圍巖；容許圍巖有控制的變形； 合理地決定支護結(jié)構(gòu)類型、支護時間、以及各種支護手段的相互配合、底部封閉時間、掘進長度等；進行實地量測監(jiān)控；建立一體化的施工管理系統(tǒng)；選擇能及時施設(shè)

7、和應(yīng)變能力強的支護手段；應(yīng)盡量采用全斷面或大斷面分部的開挖方法；隧道斷面盡快閉合；二次襯砌應(yīng)采用先墻后拱的施工順序。 33選擇開挖方法應(yīng)考慮的因素施工設(shè)備和技術(shù)隊伍：施工隊伍技術(shù)力量（設(shè)備、技術(shù)熟練程度等）；圍巖條件：工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（圍巖級別）；工程規(guī)模：隧道長度、斷面尺寸；隧道埋深；淺埋，深埋工期要求；環(huán)境條件；342.7開挖方法選擇與巖體性質(zhì)鉆爆法：中、高等強度巖石；全斷面或者導(dǎo)坑、臺階法；地下水涌水問題. Roadheader：低、中等強度巖石. 分部開挖：軟弱圍巖. 淺埋暗挖法。TBM：低、高等強度巖石；封閉式也可以用于高地下水位；適應(yīng)地質(zhì)變化能力??；巖爆、破碎和大變形地質(zhì)問題

8、不適用. 353.隧道支護3.1基本方法(1) 巖體本身作為結(jié)構(gòu)的一部分，加固巖體可以代替內(nèi)部支撐；(2) 經(jīng)驗類比法； (3) 與施工方法、巖體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)；(4) 對于無類比的，可以采用數(shù)值模擬方法進行預(yù)測和推斷；(5) 現(xiàn)場監(jiān)測用于驗證和修改支護設(shè)計. 363.2基于巖體分級的方法373.2基于巖體分級的方法根據(jù)鐵路隧道設(shè)計規(guī)范(TB100032005)，隧道圍巖可劃分為六級: (1)級為飽和抗壓極限強度大于60MPa的堅硬巖石，圍巖基本質(zhì)量指標BQ大于550，一般是埋深達100m以上，地鐵隧道中很少遇到。 (2)級微風化硬質(zhì)巖，飽和抗壓極限強度大于30MPa的堅硬巖石，圍巖基本質(zhì)量指標

9、BQ在550451之間。(3)級圍巖，包括節(jié)理較為發(fā)育的微風化巖，中等風化圍巖，圍巖基本質(zhì)量指標BQ在450351之間。(4)級圍巖，包括強風化圍巖，呈砂土狀或碎石狀，圍巖基本質(zhì)量指標BQ在350251之間(5)級圍巖，為全風化圍巖，呈松散和松軟狀的積土，全風化土，圍巖基本質(zhì)量指標BQ小于250。(6)級圍巖，包括第四系的人工素填土，沖洪積可塑軟塑的淤質(zhì)黏土，粉質(zhì)黏土，中砂、粗砂、礫砂、圓礫，呈松散狀。RQD，級為飽和抗壓極限強度，完整性，高地應(yīng)力、地下水修正383.3軟弱圍巖支護 與圍巖和支護間的相互作用有關(guān)，多采用數(shù)值模擬方法進行分析：(1)FEM（變形分析） or DEM（穩(wěn)定性分析）；

10、 (2)數(shù)值方法用于推斷和檢查支護參數(shù)的合理性；(3)數(shù)值模擬計算中物理力學(xué)參數(shù)的選取會影響分析結(jié)果。39數(shù)值模擬方法. 403.4基本的支護結(jié)構(gòu)41噴射混凝土的作用：支撐圍巖；“卸載”作用；填平補強圍巖；覆蓋圍巖表面；阻止圍巖松動；分配外力42現(xiàn)實工程中的錨桿43現(xiàn)實工程中的噴射混凝土44現(xiàn)實工程中的鋼拱架45現(xiàn)實工程中的格柵46施工中的二次襯砌47483.5 支護結(jié)構(gòu)選擇中等到好巖體：錨桿、噴射混凝土；差巖體：鋼拱架、噴射混凝土、現(xiàn)澆混凝土；大變形巖體：鋼格柵（變形能力強）、噴射混凝土、現(xiàn)澆混凝土。494.結(jié)束語A、掌握巖體物理力學(xué)性質(zhì)及科學(xué)方法對于巖石隧道設(shè)計與施工的重要性；B、了解巖體

11、在隧道開挖前、中 、后的力學(xué)行為；C、前期現(xiàn)場勘察的重要性；D、經(jīng)驗類比、巖石力學(xué)分析、數(shù)值模擬、反分析；; E、監(jiān)控量測與施工方法和支護參數(shù)動態(tài)設(shè)計；F、不同施工機械設(shè)備知識的掌握。50 1、總體方案 成都地鐵4號線二期東延線萬東區(qū)間礦山法隧道下穿成綿樂鐵路。 區(qū)間正線隧道開挖以及初期支護施工采用臺階法組織實施，嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的18字原則組織，采用人工風鎬配合挖掘機破碎錘進行開挖破除，洞內(nèi)運輸采用50裝載機運輸。 工程實例，淺埋暗挖法5132自進錨桿42鎖腳錨桿初噴砼鋼筋網(wǎng)、鋼格柵C40二襯砼正線隧道施工步序圖22砂漿錨桿初噴砼52現(xiàn)場掌子面巖層照

12、片53現(xiàn)場掌子面巖層照片54卡特120挖機破碎5590挖機破碎巖層5650側(cè)翻裝載機轉(zhuǎn)運渣土57鋼格柵 管棚108,d5mm32自進式錨桿間距0.4m1.5m格柵拱架間距0.5m/榀50cm厚C25砼墻,內(nèi)含玻璃纖維筋臨時支撐I22工字鋼，間距1m橫通道2、拆除橫通道（正線部位）鋼格柵，破除洞門，施工自進式錨桿，3、開挖上臺階土體，預(yù)留核心土。隨開挖工序同步掛網(wǎng)、噴砼、安裝鋼格柵，打設(shè)砂漿錨桿。4、開挖下臺階，首先開挖隧道兩側(cè)土體到底，安裝鋼格柵等初支，初期支護閉合成環(huán)后及時安排初支背后注漿。5、進行隧道端頭封堵。正線隧道施工步序圖 主要施工方法及工藝22砂漿錨桿58 正線隧道開挖前，先沿初襯

13、拱圈施打超前自進式32mm熱軋鋼管注漿加固地層，然后環(huán)行開挖上臺階土體。為穩(wěn)定掌子面，全風化層留設(shè)核心土，其正面投影面積不少于上臺階開挖面積的一半，初噴35cm厚砼，架設(shè)鋼架，施打徑向錨桿，掛網(wǎng)噴砼。為防止拱腳下沉，拱腳部位打設(shè)鎖腳錨桿。上臺階開挖支護完成5m后，再開挖下臺階，初噴砼后架設(shè)下臺階鋼架，施打錨桿，噴砼封閉，至此完成一個循環(huán)。592、正線隧道施工（1）超前大管棚施工正線隧道開挖前，進行超前大管棚支護，大管棚為108熱軋無縫鋼管、t=5mm，環(huán)向間距0.4m，設(shè)于拱部120范圍內(nèi)，暗挖斷通長布設(shè)。主要施工工藝流程詳見右圖所示：大管棚施工工藝流程60（2）超前自進式錨桿超前自進式錨桿采

14、用32mm熱軋鋼管，壁厚4mm，長度為3m。環(huán)縱間距0.4m1.5m，設(shè)于拱部15度范圍內(nèi)，外插角10度，注漿壓力0.81.2MP,注漿類型為1：1水泥漿液。自進式錨桿施工工藝流程61（3）隧道開挖及初噴礦山法區(qū)間隧道分左右雙線，線路長度均為51.162米。隧道開挖均采用上、下臺階法開挖。開挖采用120型挖掘機破碎錘破除，90型挖掘機清渣，50型側(cè)翻裝載機進行渣土的外運。為封閉工作面、防止因風化、滲水等，在開挖完成后及時組織進行初噴，噴層厚度為5cm。62（4）格柵鋼架安裝安裝控制要點：垂直度縱向連接筋連接質(zhì)量，采用221000mm,內(nèi)外側(cè)布置拱腳處鎖腳錨管安裝質(zhì)量63（5）砂漿錨桿施工工藝流

15、程為：鉆孔清孔注漿插入桿體安裝錨桿墊板。施工采用YT-28氣腿式風動鑿巖機鉆孔。控制要點：砂漿至少填充錨桿孔體積的2/3后方可停止注漿，及時將加工好的桿體插入孔內(nèi)，安裝錨桿墊板，并將錨桿與鋼筋網(wǎng)焊為整體。錨桿終凝后按規(guī)范要求抽樣進行錨桿抗拔試驗。 64（6）噴射砼施工噴射機械安設(shè)調(diào)整好后，先注水、通風，清除管道雜物。上料保證連續(xù)性，校正好配料的輸出比。操作順序：噴射時，先開外加劑，后開風，再送料，以易粘接，回彈量小，表面濕潤光澤為準。噴射機工作風壓嚴格控制在0.5至0.7Mpa范圍內(nèi)，從拱部到邊墻腳，風壓由高變低。拱部的風壓為0.40.65Mpa，邊墻的風壓為0.30.5Mpa。嚴格控制好噴嘴

16、與巖面的距離和高度。噴嘴與巖面垂直，有鋼筋時角度適當放偏30左右，噴嘴與巖面距離控制在0.81.0m范圍內(nèi)。噴射料束運動軌跡，噴射順序自上而下，先墻角后墻頂，先拱腳后拱頂，避免死角。料束呈旋轉(zhuǎn)軌跡運動，一圈壓半圈，縱向按蛇形狀。65（7）初支背后注漿初期支護施工時應(yīng)在拱部120范圍內(nèi)預(yù)埋42鋼花管作注漿管，壁厚3.5mm長度為0.7m。注漿管間距1.0m1.0m，梅花型布置，每當初期支護閉合成環(huán)后及時根據(jù)初支背后壓注水泥漿。對于開挖后地下水出露較多地段，初襯及回填注漿后仍有滲漏水地段以及圍巖破碎地段應(yīng)視具體情況向襯砌背后更深層圍巖進行注漿。采用注漿泵注1:1水泥漿液。凡出現(xiàn)滴漏和濕漬處，均反復(fù)

17、壓注漿液，直至無濕漬，以封閉水路。注漿參數(shù)按設(shè)計控制，如無設(shè)計此控制：P=0.30.5Mpa，當?shù)貙幼{止水效果較差時，可選擇水泥水玻璃復(fù)合漿液或在水泥漿摻加適量膨潤土和粉煤灰混合漿液進行注漿。66隧道仰拱采用定型鋼模，商品砼泵送入模，仰拱施作后，搭設(shè)簡易臺架鋪設(shè)邊墻及拱部防水層，綁扎襯砌鋼筋，利用簡易臺架一次性澆注邊墻和拱頂砼。（8）二次襯砌施工67A、防水層鋪設(shè)防水層采用高分子塑料防水板。鋪設(shè)前對初期支護背后注漿，直至無水漬時才鋪防水層，同時清理噴砼面，凸鑿凹補，使之平整，無鋼筋頭；底板防水層采用縱向鋪設(shè)，拱墻部采用環(huán)向鋪設(shè)，鋪設(shè)由拱頂向兩側(cè)順序進行；鋪設(shè)做到平順，無吊空、起鼓及皺褶；雙焊

18、完好，搭接長度，寬度符合規(guī)范要求；B、鋼筋工程鋼筋施工按施工圖的配筋要求及技術(shù)規(guī)范進行鋼筋制作、綁扎，并做好對防水卷材的保護措施。鋼筋在加工場加工，鋼筋的綁扎、安裝在施工現(xiàn)場進行。68C、二襯砼澆筑仰拱在開挖初支完成后進行，采用定型鋼模立模，鋼管支架加固，泵送砼灌注，插入式搗固器搗固。首先鋪設(shè)仰拱防水層，澆注防水保護層，然后綁扎仰拱鋼筋，利用定型仰拱模板澆注仰拱砼，仰拱砼采用商品砼，泵送砼灌注入模。仰拱模板支撐體系69仰拱施作后，采用簡易臺架鋪設(shè)邊墻及拱部防水層，綁扎襯砌鋼筋，澆筑砼，模板采用P3015組合鋼模板。70D、二襯拱背注漿初期支護與二次襯砌之間的回填注漿在二襯砼強度達到設(shè)計強度75以后進行?；靥钭{孔在隧道拱部布置，環(huán)向間距小于3.0m（起拱線以上布35個孔），縱向間距小于5.0m，梅花型布設(shè)?；靥钭{采用微膨脹水泥砂漿，有特殊要求的地段可采用強度高、流動性好的自流平水泥漿。注漿分為兩步進行：第一次注漿壓力為0.30.5Mpa，注漿結(jié)束標準以達到結(jié)