地下工程輔助工法課件

§4-7輔助工法一、概述在隧道開挖和支護時，將使掌子面穩(wěn)定控制地表下沉和加強圍巖、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、風化花崗巖的圍巖和強風化巖；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。3/14/20231第四章第四節(jié)盾構(gòu)法三、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圍巖、地下水處理等３類。１、穩(wěn)定掌子面的輔助工法掌子面：施工中的開挖面。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中的重要問題。3/14/20232第四章第四節(jié)盾構(gòu)法采用各種輔助工法，提高掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定。3/14/20233第四章第四節(jié)盾構(gòu)法②凍結(jié)法地層凍結(jié)工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，恢復原地層的工法。特點：適用于構(gòu)筑地層；凍土堅固、遮水性高；容易預測凍結(jié)范圍，可靠性高；對大氣和地下水無污染；與其他工法比較工費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。3/14/20235第四章第四節(jié)盾構(gòu)法③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度。在防止地表下沉、穩(wěn)定隧道掌子面。處理偏壓、防止坡面崩塌等情況時十分有效。在淺埋的軟弱圍巖和滑坡地段等施工條件惡劣的地點，應用極為廣泛。

3/14/20236第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（２）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。①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度，并使鋼管與圍巖一體化的方法。一般多在洞口施工時采用。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。3/14/20237第四章第四節(jié)盾構(gòu)法②水平高壓旋噴法在掌子面與隧道軸線平行時，用特殊機械鉆孔，同時向管體內(nèi)高壓噴射水泥漿液，形成５０～７０ｃｍ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。缺點是設備龐大。

3/14/20239第四章第四節(jié)盾構(gòu)法３．地下水對策輔助工法涌水的對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）。（１）降低地下水位法①從地表降低地下水位在地面設深井點②從隧道內(nèi)降低地下水可在隧道內(nèi)設深井點、水平鉆孔、超前坑道等，3/14/202310第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（2）止水工法一般配合排水法進行藥液壓注工法壓氣工法凍結(jié)工法3/14/202311第四章第四節(jié)盾構(gòu)法(1)概念是指通過施工前和施工過程中對導洞、試驗洞或正洞的量測（包括拱頂沉降、洞周收斂變形、地中變位、支護與圍巖相互作用力等），以這些實測的量測值作反演分析，用來監(jiān)控圍巖和支護的動態(tài)及穩(wěn)定與安全，根據(jù)及時獲得的量測信息進一步修改和完善原設計；并指導下階段施工；確定支護施作方式和時間；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。3/14/202313第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（2）流程圖（P146、圖4-14）3/14/202314第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（3）過程：①預設計在初步地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖石力學試驗基礎上，通過理論分析或工程類比對支護結(jié)構(gòu)和施工決策做出預設計②現(xiàn)場監(jiān)測然后，在施工中對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的力學狀態(tài)的變化進行監(jiān)測，③數(shù)據(jù)分析和處理將所量測到的能反映隧道結(jié)構(gòu)體系力學狀態(tài)的物理量（如坑道周邊某些測點上的位移值，或某一基線上的凈空變化值）加以綜合和處理。3/14/202315第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、量測是信息化施工中非常關鍵的一環(huán)，不可缺少二、量測方法及設備1、收斂計（1）收斂：坑道開挖后，隨著圍巖應力重分布，坑道相對側(cè)壁的距離將產(chǎn)生變化，當圍巖應力趨于平衡時，這種變化逐漸趨于穩(wěn)定，這變化過程稱為“收斂”。（2）收斂量測這種相對距離的量測稱為收斂量測。3/14/202317第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（3）收斂計量測收斂的儀器稱為收斂計。

3/14/202318第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、機械式鉆孔位移機械式鉆孔位移計的原理是在孔內(nèi)設一根測桿，一端固定在鉆孔底部，另一湍于孔口，用百分表測量鉆孔口壁與鉆孔底固定點間相對位移，如果鉆孔深度位于原巖，可粗略認為測值值為絕對位移。3/14/202319第四章第四節(jié)盾構(gòu)法６．巖土壓力盒主要用來測定邊界的接觸壓力、壓力盒的量程和精度取決于受力的膜的厚度。7、隧道激光斷面測量儀主要是采用非接觸測量方式，并通過全斷面測量采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并提供斷面圖形以及各測點坐標，獲得實際斷面與設計斷面的差異。如超欠挖狀況，通過噴錨前后和襯砌前后的斷面對比，可獲得其噴層厚度和襯砌厚度。3/14/202321第四章第四節(jié)盾構(gòu)法3/14/202322第四章第四節(jié)盾構(gòu)法三、現(xiàn)場監(jiān)控量測的設計1、現(xiàn)場監(jiān)控且測的技求要求（１）快速埋沒測點；（２）一次量測的時間盡可能短；（3）量測元件有足夠精度，良好的防震、防沖擊波的能力，埋沒后能長期、有效的工作；（４）量測數(shù)據(jù)直觀。準確可靠，不必復雜計算即可直接應用。3/14/202323第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、以監(jiān)控質(zhì)量為目的項目（1）錨桿拉拔力量測；（2）噴射混凝土與巖石粘結(jié)力試驗；（3）噴射混凝土強度質(zhì)量的控制和單軸抗壓極限強度的驗收；（4）噴射混凝土厚度檢查和粉塵測定；（5）初期支護外觀與隧道斷面尺寸的檢驗；（6）二次襯砌抗壓強度和厚度的檢查。3/14/202325第四章第四節(jié)盾構(gòu)法四、現(xiàn)場監(jiān)控量測的方法1、地質(zhì)和支護狀態(tài)觀察地質(zhì)和支護狀態(tài)觀察包括工作面觀察和支護結(jié)構(gòu)的支護效果觀察。（１）觀察頻率每一循環(huán)進尺，都必須進行一次工作面觀察，對已成洞地段主要是支護效果的觀察。（２）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狀態(tài)觀察和已成洞的支護效果觀察：包括錨桿錨固效果，噴層開裂部位、寬度長度及深度，模筑混凝土襯砌的整體性，防水效果等，3/14/202326第四章第四節(jié)盾構(gòu)法３．拱頂下沉量測（1）拱頂下沉值隧道拱頂內(nèi)壁的絕對下沉量（2）拱頂下沉速度單位時間內(nèi)的拱頂下沉值。拱頂下沉量測的斷面間距、頻率、初讀數(shù)的測取等要求同收斂量測。每個斷面布置１～３個測點，測點設在拱頂中心及附近。3/14/202329第四章第四節(jié)盾構(gòu)法4、地表及地中下沉量測淺埋隧道開挖時必然引起地面沉陷，量測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的規(guī)律，以及下沉穩(wěn)定的時間。一般用水平儀量測。５．圍巖內(nèi)部位移量測是選擇量測項目，主要目的是了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛區(qū)域范圍，獲得決定錨桿長度的判斷資料。3/14/202330第四章第四節(jié)盾構(gòu)法６．錨桿軸力量測量測錨桿中的變形，求出錨桿軸力。與收斂量測及圍巖內(nèi)位移量測一起研究和修正錨桿的設計參數(shù)。主要使用量測錨桿。量測錨桿的桿體是用中空的鋼材制成，其材質(zhì)同錨桿一樣。７．襯砌應力量測襯砌應力量測量是為了研究一次襯砌或二次襯砌內(nèi)的應力分布以及外荷載情況，作為分析和評定安全性的依據(jù)。3/14/202331第四章第四節(jié)盾構(gòu)法五、量測數(shù)據(jù)的反饋1、信息反饋修正設計信息反饋修正設計指在隧道開挖后，根據(jù)施工信息對施工前預設計所確定的結(jié)構(gòu)形式、支護參數(shù)。預留變形量。施工工藝和方法以及備工序施作的時間等的檢驗和修正，貫穿于整個施工過程的設計階段。信息反饋修正設計包括施工方法變更的建議、施工工序的更改、預留變形量的修改或確認、設計參數(shù)的修改和確認、采用輔助施工措施的建議等。3/14/202332第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、反分析計算（1）目的是利用已經(jīng)得到的量測信息，進行反分析計算，提供開挖工作面附近已經(jīng)開挖地段和尚未開挖地段的地應力大小、方向和圍巖的物