新預(yù)切槽支護(hù)隧道施工技術(shù)

新預(yù)切槽支護(hù)隧道施工技術(shù)NewPre-liningSupportMethod北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院趙伯明劉維寧BEIJINGJIAO-TONGUNIVERSITYBomingZHAOandWeiningLIU預(yù)切槽技術(shù)的概念和特點(diǎn)

預(yù)切槽技術(shù)是在開挖工作面之前，用特制的鏈?zhǔn)綑C(jī)械切刀沿隧道斷面周邊連續(xù)切割出一條厚約數(shù)十厘米深數(shù)米的窄槽，同時(shí)應(yīng)用和切刀一體化的混凝土灌注設(shè)備注入混凝土，從而形成一個(gè)連續(xù)的起預(yù)先支護(hù)作用的混凝土殼體。然后在該混凝土殼體的支護(hù)下進(jìn)行工作面機(jī)械挖掘。該技術(shù)兼?zhèn)涑邦A(yù)支護(hù)以控制地層的變形和提供施工支護(hù)及永久支護(hù)的功能。（1）由于預(yù)槽開挖和混凝土灌注同時(shí)完成，避免了導(dǎo)致土層應(yīng)變的應(yīng)力釋放。（2）由于沿隧道橫向預(yù)置連續(xù)拱殼，沿隧道縱向拱與拱之間也有搭接，從而形成連續(xù)的空間拱形結(jié)構(gòu)，具有高度的力學(xué)安定性。（3）由于采用機(jī)械化切割施工，可以減少對(duì)圍巖的破壞。（4）作為獨(dú)立的隧道挖掘施工技術(shù)使用。避免噴混凝土等二次襯砌和鋼支架支護(hù)等作業(yè)。預(yù)切槽技術(shù)的背景

預(yù)切槽技術(shù)50年代始于美國(guó)，70年代在法國(guó)得到發(fā)展和應(yīng)用。日本從80年代初期以來(lái)在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的同時(shí)，開發(fā)了適合本國(guó)國(guó)情的超前支護(hù)施工技術(shù)，例如LAP法，PATM法，PASS法，PSS法等。NewPLS技術(shù)是現(xiàn)階段最完善的超前支護(hù)施工工藝，并得到了工程實(shí)際應(yīng)用。日本道路公團(tuán)于1991年首次制作了NewPLS實(shí)驗(yàn)機(jī)，在北陸高速公路名立隧道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)際工程試驗(yàn)，取得了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該工藝的高度工程可行性。其后NewPLS被應(yīng)用于橫濱新道的3車道隧道擴(kuò)改工程(1995-1997)和橫須賀道路吉井隧道(1998-2000)等工程。日本建筑機(jī)械化協(xié)會(huì)，大林組等各大建筑公司以及建筑機(jī)械制造廠商聯(lián)合成立了NewPLS工法研究會(huì)。NewPLS預(yù)切槽機(jī)的概觀雙聯(lián)鏈?zhǔn)角械陡庞^（臂長(zhǎng)4米，自重約10噸）NewPLS機(jī)沿隧道縱斷面連續(xù)移動(dòng)作業(yè)示意圖切刀沿?cái)嗝鎸?dǎo)軌移動(dòng)開槽同時(shí)做成的連續(xù)預(yù)置混凝土拱圈操縱員與操縱臺(tái)位置機(jī)械沿縱向?qū)к壡昂笠苿?dòng)NewPLS預(yù)切槽機(jī)的施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間大預(yù)切槽機(jī)設(shè)備（名立隧道試驗(yàn)）NewPLS施工作業(yè)流程掌子面全斷面機(jī)械開挖NewPLS機(jī)前移至作業(yè)面鏈?zhǔn)角械肚腥氲貙舆B續(xù)切割出預(yù)槽，隨即灌注混凝土退出鏈?zhǔn)角械?，加注混凝土NewPLS機(jī)后退讓出作業(yè)面隧道縱向機(jī)械配置及作業(yè)順序

（1）預(yù)切槽及施作混凝土殼體預(yù)支護(hù)（2）作業(yè)面全斷面開挖（3）地山及殼體噴混凝土（必要時(shí)）作業(yè)面隧道縱向機(jī)械配置及作業(yè)順序施工作業(yè)縱向俯視圖施工作業(yè)縱向立面圖NewPLS機(jī)NewPLS機(jī)切刀在左墻最下部時(shí)切刀在最上部時(shí)預(yù)切槽槽切割割施工工示意意（試試驗(yàn)施施工））混凝土土試樣樣外側(cè)（（側(cè)向向模板板附近近）中部（（灌注注口附附近））內(nèi)側(cè)（地山山內(nèi)側(cè)側(cè)）雙聯(lián)鏈?zhǔn)角械稊嗝鎴D混凝土灌注口混凝土雙鏈切刀滑模混凝土雙鏈切刀滑動(dòng)型側(cè)向模具預(yù)槽切割方向切割方向雙聯(lián)鏈鏈?zhǔn)角星械陡└┮暿臼疽鈭D圖切割渣土回收裝置操作臺(tái)速凝劑混合系統(tǒng)拱形梁架移動(dòng)型側(cè)向模具（滑模）切刀混凝土混凝土管切刀移動(dòng)型側(cè)向模具混凝土預(yù)切槽槽機(jī)縱縱向與與橫向向立面面示意意連續(xù)混混凝土土殼體體與作作業(yè)面面的詳詳細(xì)位位置關(guān)關(guān)系切刀的切削深度2800mm混凝土灌注深度2200mm搭接長(zhǎng)度200mm預(yù)切槽側(cè)向模板埋深800挖掘長(zhǎng)度2000mm一體化的鏈?zhǔn)降毒吆突炷凉嘧⒃O(shè)備混凝土殼體施工前的作業(yè)面位置混凝土殼體施工后的作業(yè)面位置必要時(shí)時(shí)可以以配合合二次次襯砌砌和錨錨桿加加固預(yù)支護(hù)護(hù)殼體體混凝凝土施施工流流程圖圖現(xiàn)場(chǎng)混凝土站早強(qiáng)混凝土速凝劑加注速凝劑混合裝置預(yù)支護(hù)殼體混凝土切割裝置側(cè)向模具有關(guān)混混凝土的的基本本要求求流動(dòng)性早早期期強(qiáng)度度(不變形形)高強(qiáng)度度早強(qiáng)劑凝固調(diào)整劑速凝劑水泥的種類骨料最大粒徑SlumpSlump時(shí)間早期強(qiáng)度(時(shí)間)壓縮強(qiáng)度保土的谷隧道例吉井隧道例保土的谷隧道吉井隧道早強(qiáng)劑的添加量與早期強(qiáng)度的關(guān)系混凝土配合的實(shí)例有關(guān)混混凝土的的基本本要求求流動(dòng)性早早期期強(qiáng)度度(不變形形)高強(qiáng)度度工程實(shí)實(shí)例北陸高高速公公路名名立隧隧道(1991)首次進(jìn)進(jìn)行的的NewPLS實(shí)地試試驗(yàn)，，進(jìn)行行樣機(jī)機(jī)的試試制和和實(shí)際際工程程挖掘掘，證證實(shí)了了該工工法的的工程程可行行性，，明確確了需需要克克服的的問題題。橫濱新新道新新保土土的谷谷隧道道(1995-1997)應(yīng)用NewPLS進(jìn)行大大斷面面隧道道擴(kuò)幅幅施工工（將將2車道擴(kuò)擴(kuò)至3車道）），右右距既既有隧隧道2.5m，覆蓋蓋層厚厚為2-17m，上部部有住住宅和和重要要管線線。左側(cè)為為施工工中的的三車車道隧隧道隧道中的NewPLS和切刀檢驗(yàn)施作的混凝土殼體左表為為名立立隧道道實(shí)驗(yàn)驗(yàn)機(jī)規(guī)規(guī)格，，右表表為保保土的的谷隧隧道實(shí)實(shí)際工工程用用機(jī)規(guī)規(guī)格保土的的谷隧隧道標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)斷斷面圖圖左圖隧道為兩車道擴(kuò)至三車道施工，右圖為既有鄰接隧道，兩隧道相距2.5m地表及及地層層內(nèi)各各個(gè)位位置的的沉降降結(jié)果果（隧隧道橫橫向））保土的的谷隧隧道工工程實(shí)實(shí)例地表各各個(gè)位位置的的沉降降結(jié)果果（隧隧道縱縱向））保土的的谷隧隧道工工程實(shí)實(shí)例預(yù)切槽槽技術(shù)術(shù)的應(yīng)應(yīng)用范范圍基于預(yù)預(yù)切槽槽的施施工原原理和和支護(hù)護(hù)拱殼殼的力力學(xué)合合理性性，主主要適適用于于未固固結(jié)地地層和和軟巖巖地層層的鐵鐵路，，高速速公路路等大大斷面面隧道道的施施工有效控控制覆蓋蓋層沉沉降，，適合合覆蓋層層很薄薄的未固結(jié)結(jié)地層層和軟軟巖地地層有效控控制對(duì)對(duì)地表表構(gòu)造造物的的影響響，適適合城城市等等建筑筑物密集集地點(diǎn)點(diǎn)的施施工有效控控制對(duì)對(duì)地下下鄰接構(gòu)造物物的影影響，，適合合超接接近隧隧道，，地下下建筑筑物，，地下下管線線的施施工基于全全斷面面開挖挖工藝藝，作作業(yè)空空間大大，適適于大大型機(jī)機(jī)械作作業(yè)掌子面面作業(yè)業(yè)人員員少，，且在在拱殼下下作業(yè)業(yè)，保保障安安全和和施工工環(huán)境境由于避避免錨錨桿作作業(yè)，，也適適合小小斷面面隧道道施工工施工為為單純純重復(fù)復(fù)型工工藝過過程，，可以以縮短短工期期，降降低造造價(jià)預(yù)切槽槽技術(shù)術(shù)的幾幾個(gè)重重要數(shù)數(shù)據(jù)以下的的數(shù)據(jù)據(jù)是基基于日日本道道路公公團(tuán)的的特定定機(jī)械械以及及日本本式的的施工工管理理模式式和作作息制制度得得出的的，僅僅作為為參考考總結(jié)結(jié)如下下。其其指標(biāo)標(biāo)可以以通過過技術(shù)術(shù)革新新加以以改善善。（1）考慮慮到切切刀的的磨耗耗，宜宜用于于抗壓壓強(qiáng)度度小于于100kgf/cm2(10MPa)的地層層。切刀具具有切切割100kgf/cm2以上的的混凝凝土殼殼體的的能力力。（2）施工工能力力為月月進(jìn)尺尺50米以上上，和和城市市NATM（新奧奧法））基本本相同同。（3）地層層中的的碎石石，礫礫石的的粒徑徑不宜宜大于于切槽槽厚度度。（4）100l/min地下涌涌水時(shí)時(shí)，不不影響響混凝凝土的的灌注注施工工和質(zhì)質(zhì)量。。（5）有關(guān)關(guān)施工工原價(jià)價(jià)和預(yù)預(yù)槽機(jī)機(jī)價(jià)格格等具具體數(shù)數(shù)據(jù)，，正在在調(diào)查查。曲線パパイププルーーフにによるる隧道道施工工法（（雙設(shè)設(shè)隧道道）曲線管管棚的的隧道道施工工法(雙拱隧隧道)曲線パパイププルーーフにによるる隧道道施工工法（（雙設(shè)設(shè)隧道道）曲線ボボーリリンググによよる隧隧道斷斷面拡拡大工工法使用曲曲線鉆鉆孔的的隧道道斷面面擴(kuò)大大法曲線パパイププルーーフにによるる隧道道斷面面拡大大工法法使用曲曲線管管棚的的隧道道斷面面擴(kuò)大大法補(bǔ)助助工工法法補(bǔ)助工工法（（湧水水対策策を除除く））補(bǔ)助助工工[先受けけ工]超前支支護(hù)プレラライニニンググ工法法の種種類アーチチ構(gòu)造造梁構(gòu)造造超前支支護(hù)的的種類類槽式混混凝土土方式式水平旋旋噴加加固超前管管幕支支護(hù)拱式結(jié)結(jié)構(gòu)粱結(jié)構(gòu)構(gòu)長(zhǎng)尺鋼鋼管フフォアアパイイリンング超前管管幕支支護(hù)ＡＧＦＦ工法法の施施工概概念図図ＡＧＦＦ工法法ビビットトの例例鋼管打打設(shè)時(shí)時(shí)ビットト回収収時(shí)AGF工法鉆鉆頭頭打設(shè)鋼鋼管時(shí)時(shí)回收鉆鉆頭時(shí)時(shí)注入方方法（（AGF工法））（１１）バルブブ注入入方式式ステッップ注注入方方式一次性性注入入方式式分步注注入方方式注入方方式（（ＡＧＧＦ工工法））（２２）ステッップ注注入方方式（（ダブブルパパッカカー））分步注注入方方式(雙管注注漿)ＰＡＳＳＳ工工法（（施工