隧道及地下工程“眼鏡法”工法及土石方工程量計算規(guī)則

第1頁共1頁隧道及地下工程“眼鏡法”工法(YJGF-10-91)鐵道部第十六工程局隧道和地下工程常用的鉆爆施工方法，有全斷面法、臺階法和分部開挖法三大類?！把坨R法”是分部開挖的一種，這種施工方法是：先在隧洞兩側(cè)各開挖一個導(dǎo)坑，并施作初期支護(hù)形成封閉環(huán)，再進(jìn)行拱部環(huán)形開挖支護(hù)，最后開挖中間核心土，全斷面一次模筑混凝土襯砌。由于該法體現(xiàn)新奧法原理，采用分部開挖，分部封閉，自下而上地完成開挖、支護(hù)和襯砌，減少了對圍巖的擾動，使圍巖的變形得到有效控制。德國應(yīng)用該法成功地修建了法蘭克福地鐵，日本也應(yīng)用該法修建了成田新干線隧Ｂ2區(qū)和橫濱地鐵上町車站。我局與鐵道部第三勘測設(shè)計院合作，在大秦鐵路西坪隧道第四紀(jì)軟弱碎石土、卵石土的Ⅱ類圍巖中，完成了“眼鏡法”設(shè)計與施工技術(shù)的研究試驗，取得了成功經(jīng)驗，1987年“眼鏡法”通過了技術(shù)鑒定，并于同年獲鐵道建筑總公司科技進(jìn)步特等獎，1988年獲鐵道部科技進(jìn)步三等獎，1990年被建設(shè)部評為全國施工新技術(shù)項目。該法在大秦鐵路景忠山隧道得到應(yīng)用。目前，北京西單地鐵淺埋暗挖法施工中，“眼鏡法”又得到進(jìn)一步發(fā)展，并已獲得良好的效果。一、工法特點“眼鏡法”工法與傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相比，盡管在開挖形式上有類似之處，都是先挖側(cè)壁導(dǎo)坑，后挖拱部弧形導(dǎo)坑和中間核心土，但是所依據(jù)的理論有本質(zhì)上的不同?！把坨R法”是以新奧法的基本原理為指導(dǎo)，采用格柵拱網(wǎng)噴混凝土柔性支護(hù)作為主要支護(hù)手段，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過圍巖和支護(hù)的量測監(jiān)控來指導(dǎo)施工。而傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法則是以散粒體的松散壓力概念為基礎(chǔ)的，采用強(qiáng)大支撐，不考慮圍巖的自承能力，也沒有采用系統(tǒng)監(jiān)控量測等信息化管理手段。工程實踐表明，“眼鏡法”具有以下主要特點：(1)能有效地控制圍巖變形和地表下沉量。由于采用分部開挖、分部支護(hù)封閉，將大斷面改為小斷面施工，支護(hù)體系能及時、充分發(fā)揮作用，減少對圍巖的擾動，使圍巖的變形和地表下沉得到控制。(2)作業(yè)安全可靠。該法充分利用中間核心土的支撐作用，以格柵網(wǎng)噴混凝土為支護(hù)手段，自下而上地逐步完成開挖、支護(hù)和襯砌作業(yè)，使拱部開挖后的支護(hù)結(jié)構(gòu)坐落在堅固結(jié)實的基礎(chǔ)上，沒有下沉坍落之虞，提高了施工安全度。(3)采用格柵拱與掛網(wǎng)、噴混凝土相結(jié)合的柔性支護(hù)，能很好地適應(yīng)圍巖的變形，而且支護(hù)剛度能隨噴混凝土強(qiáng)度的增長而增大，使支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖形成一個整體，充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力。(4)應(yīng)用量測監(jiān)控等信息化管理方法作為指導(dǎo)設(shè)計施工、確定工藝參數(shù)的依據(jù)。通過信息反饋，使整個施工過程處于受控狀態(tài)。(5)施工作業(yè)簡便，技術(shù)不復(fù)雜，不需要特殊機(jī)械設(shè)備，也不需要特種技術(shù)工人，適合我國國情，容易推廣應(yīng)用。(6)超前開挖的雙側(cè)導(dǎo)坑，還可起到地質(zhì)預(yù)報作用。二、工藝原理與適用范圍(一)工藝原理“眼鏡法”是以新奧法的基本原理為依據(jù)，在開挖上，劃大斷面為小斷面，縮小開挖跨度，減少擾動圍巖；分塊的斷面形狀近似橢圓，周邊輪廓圓順以避免應(yīng)力集中，初期支護(hù)采用格柵支撐與網(wǎng)錨噴混凝土相結(jié)合的柔性支護(hù)體系，并及時施作，使斷面及早閉合，以控制圍巖的變形，并充分利用圍巖自身的承載能力；建立一整套圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控量測系統(tǒng)，進(jìn)行信息化施工管理，隨時掌握施工過程中的動態(tài)變化，合理安排、調(diào)整施工工藝和設(shè)計參數(shù)，確保施工安全。(二)適用范圍本工法適用于Ⅰ、Ⅱ類圍巖無水(或少水)的各種軟弱土質(zhì)、砂質(zhì)、膨脹性土等隧道及地下洞室，對于淺埋、大跨度的松軟圍巖以及地表下沉量要求嚴(yán)格的隧道及地下工程尤為適用。三、施工工藝(一)施工程序（1）先開挖兩個側(cè)壁導(dǎo)坑，每個導(dǎo)坑分上、下兩層，并施噴一次早強(qiáng)混凝土(厚度5~7cm)。(2)安設(shè)導(dǎo)坑格柵支撐，上部打入局部錨桿，掛網(wǎng)施噴二次混凝土(厚度13~15cm)，使導(dǎo)坑支護(hù)封閉。(3)拱部環(huán)形人工開挖，并施噴一次早強(qiáng)混凝土(厚度5~7cm)。(4)安設(shè)拱部格柵支撐(下部與側(cè)壁導(dǎo)坑格柵連接)，掛網(wǎng)噴二次混凝土(厚度18~20cm)。(5)用反鏟開挖核心土部分。(6)用風(fēng)鎬人工拆除導(dǎo)坑內(nèi)側(cè)的臨時支撐。(7)開挖、灌筑仰拱。(8)立模一次灌筑內(nèi)層襯砌。(二)施工方法與作業(yè)要點“眼鏡法”的關(guān)鍵施工技術(shù)主要包括三個方面：一是保持合理的分部開挖斷面和平順的開挖輪廓線，減少圍巖的擾動；二是及時施作符合質(zhì)量要求的初期支護(hù)，并使開挖斷面盡早閉合，控制圍巖變形；三是加強(qiáng)對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控量測，進(jìn)行信息化施工管理。1.側(cè)壁導(dǎo)坑開挖側(cè)壁導(dǎo)坑的開挖尺寸，寬度取4~4.2m，高度取6.5m左右(鐵路雙線隧道邊墻底至起拱線高度)為宜。分上、下兩層開挖，這樣既不需要工作平臺，人工架設(shè)格柵支撐也比較方便；上、下層錯開長度4~6m，兩側(cè)導(dǎo)坑也前后錯開8~10m，每次掘進(jìn)進(jìn)度0.4~1.0m為宜，以減少對整個圍巖的擾動(見圖1)。2.側(cè)壁導(dǎo)坑的初期支護(hù)側(cè)壁導(dǎo)坑開挖后，要立即噴射一層5~7cm厚的早強(qiáng)混凝土，隨后人工架設(shè)格柵支撐，導(dǎo)坑內(nèi)側(cè)上部打入局部錨桿，外側(cè)布置系統(tǒng)錨桿；并掛網(wǎng)再噴一層早強(qiáng)混凝土，最后噴射普通混凝土將格柵支撐全部噴滿(見圖2)。格柵支撐斷面選用梯形，主筋為4Φ22(25)螺紋鋼筋，連接主筋的鋼筋為Ф10(12)圓鋼筋。每個導(dǎo)坑的格柵由4段(內(nèi)外側(cè)各兩段)組成，采用法蘭盤連接。格棚支撐縱向間距視情況選用0.4~1.0m，各榀之間用Φ22螺紋鋼筋連接(見圖3)。錨桿長度為1.4~1.6m，縱向間距0.5~0.7m，橫向間距1.0m，桿材為Φ22螺紋鋼筋；鋼筋網(wǎng)一般采用Ф6鋼筋，網(wǎng)格間距20×20cm。3.拱部環(huán)形開挖與初期支護(hù)一般采用人工開挖方法，從拱部中間向兩邊擴(kuò)挖。對于特別松散、自穩(wěn)時間極短的圍巖，應(yīng)事先采用打入超前小鋼管，必要時進(jìn)行預(yù)注漿等輔助施工措施，以穩(wěn)定開挖工作面。開挖中要挖一段噴一段，第一遍施噴一層5~7cm的早強(qiáng)混凝土，及時封閉開挖面。每次進(jìn)尺為0.4~1.0m左右，不宜過長。臺階長度也不宜過長，雙線鐵路隧道一般為1倍洞跨，以便翻碴。拱部的初期支護(hù)體系基本同側(cè)壁導(dǎo)坑。格柵支撐由三段組成。各段之間以及與導(dǎo)坑格柵均采用法蘭盤連接。與側(cè)壁導(dǎo)坑初期支護(hù)不同的，一是拱部一般不設(shè)錨桿，二是噴混凝土層的厚度加大到25cm(詳見表1)。四、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及控制(一)支護(hù)質(zhì)量檢驗初期支護(hù)質(zhì)量的好壞是“眼鏡法”施工成敗的關(guān)鍵工序之一，尤其是在圍巖條件特別差時，早期噴射混凝土至關(guān)重要。噴射混凝土的設(shè)計強(qiáng)度等級應(yīng)不低于C20。其設(shè)計強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)符合《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GBJ86-85)的規(guī)定。采用ZP型早強(qiáng)噴射混凝土?xí)r，其初期強(qiáng)度應(yīng)符合《鐵路隧道新奧法指南》表3.4.3規(guī)定的要求。施工時按《鐵路隧道錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計施工技術(shù)規(guī)則》規(guī)定進(jìn)行試塊抗壓強(qiáng)度試驗。噴射混凝土的厚度，采用預(yù)埋鋼筋頭，設(shè)置量測標(biāo)志進(jìn)行檢查，并實行驗收制度，不合格時立即補(bǔ)噴。格柵支撐是剛度可變的柔性支護(hù)，除了嚴(yán)格按設(shè)計下料、組焊和安設(shè)外，混凝土必須完全將格柵支撐噴滿噴實，這種全混凝土的格柵支撐的剛度可比無混凝土的格柵剛度大100~160%。現(xiàn)場可采用觀察和錘擊法進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有空鼓或不實之處，鑿開空洞重新補(bǔ)噴。(二)現(xiàn)場監(jiān)控量測量測的主要目的，在于掌握圍巖和支護(hù)的動態(tài)，判斷支護(hù)的可靠性，以保證施工安全和圍巖的穩(wěn)定。監(jiān)控量測有必測項目和選測項目。必測項目有：(1)地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察；(2)周邊位移量測；(3)拱頂下沉量測；(4)地表下沉量測。選測項目有：(1)格柵支撐主筋內(nèi)力、應(yīng)變量測；(2)圍巖內(nèi)應(yīng)力量測；(3)圍巖與初期支護(hù)間的接觸應(yīng)力量測。必測項目的量測斷面間隔一般為20~30m,在圍巖特別差的地段，可縮短至10~15m。量測的頻率、使用的工具及量測方法參照《鐵路隧道新奧法指南》選用。將實測的位移值所建立的位移-時間曲線和監(jiān)控基準(zhǔn)值相比較，即可判斷圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定情況。以大秦鐵路西坪隧道Ⅱ類圍巖段(老黃土、碎石土和卵石土)為例：當(dāng)其拱頂下沉量＜5mm/d時，認(rèn)為是正常的；拱頂下沉量為4~10mm/d且位移變化速度無明顯下降時，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，并適當(dāng)強(qiáng)化支護(hù)；拱頂下沉量＞10mm/d且位移變化急劇增長時，則為危險狀況，應(yīng)立即停止開挖，進(jìn)行處理，并改變施工方法、節(jié)奏和設(shè)計參數(shù)。五、施工安全措施本工法除應(yīng)遵照《鐵路隧道施工安全規(guī)則》及相應(yīng)的規(guī)范外，為確保安全，還應(yīng)采取以下措施：(1)對量測人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，提高其安全技術(shù)素質(zhì)，完善其崗位職責(zé)。(2)開挖的各分部在完成規(guī)定的進(jìn)尺后，必須立即噴5~7cm厚的早強(qiáng)混凝土，并架設(shè)格柵支撐，以減少圍巖的松馳變形。(3)下部開挖必須在鄰近作業(yè)面的初期支護(hù)具有一定強(qiáng)度后實施。(4)開挖臺階不宜過長，應(yīng)以能盡早使初期支護(hù)閉合而不造成兩部施工干擾為原則來確定臺階長度。(5)局部松散破碎地段，應(yīng)根據(jù)量測信息，適時用早強(qiáng)混凝土封閉掌子面，或采用有效的超前支護(hù)。(6)加強(qiáng)對圍巖和支護(hù)的動態(tài)監(jiān)測，進(jìn)行信息化管理。根據(jù)量測數(shù)據(jù)結(jié)合觀察報告正確分析圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性，并采用正確的對策，科學(xué)地組織施工，確保安全。(7)利用超前導(dǎo)坑，加強(qiáng)地質(zhì)分析及預(yù)報工作。六、機(jī)具設(shè)備(單口作業(yè))1.施工通風(fēng)及照明通風(fēng)機(jī)：1~3臺變壓器：1臺。2.開挖：壓風(fēng)機(jī)：2臺風(fēng)鎬：4臺挖掘機(jī)(反鏟)：1臺裝載機(jī)(950B)：1臺自卸運輸汽車：3~5臺兩輪手推車：5~10輛。3.初期支護(hù)鋼筋切斷機(jī)：1臺鋼筋折彎機(jī)：1臺電焊機(jī)：1臺鉆床：1臺噴射混凝土機(jī)：2臺強(qiáng)制式攪拌機(jī)：2臺風(fēng)動鑿巖機(jī)：2臺錨桿注漿器：2臺。4.襯砌混凝土攪拌機(jī)：2臺小型運輸車：2~4臺。插入式振搗器：4~6臺5.量測及測量儀器球鏈?zhǔn)绞諗績x：1臺靜動態(tài)電阻應(yīng)變儀：1臺頻率儀：1臺經(jīng)緯儀：1臺水平儀(S-2)：1臺。6.其他高壓風(fēng)管、水管、通風(fēng)管、照明燈具的規(guī)格和數(shù)量，應(yīng)根據(jù)隧道長度、設(shè)計水風(fēng)壓力、光照度等參數(shù)來確定。七、勞力組織(單口作業(yè))1.開挖風(fēng)鎬手(兼鉆錨桿眼)3~4人，裝渣4~6人，出渣2~4人，質(zhì)檢及記錄各1人，合計11~16人。2.初期支護(hù)錨桿、格柵支撐制作：4人(安裝與拆除由開挖工班負(fù)責(zé))。錨噴：錨桿安裝2人，混凝土噴射手1~2人，混凝土供料3~4人，攪拌機(jī)司機(jī)1人，質(zhì)檢、記錄各1人，合計9~11人。掛網(wǎng)(需要時)：4人。以上合計17~19人。3.襯砌立模6~8人，混凝土供料4~6人，成品混凝土運輸4~6人，混凝土灌筑6~10人，合計20~30人。另配備攪拌機(jī)司機(jī)2人，質(zhì)檢、記錄各1人。4.測量及量測測量放樣3~4人，量測4人(其中兼職安全員1人)。5.其他壓風(fēng)機(jī)司機(jī)1人，電工2人，管道工2人，試驗員2人，調(diào)度及管理人員4~6人。八、綜合效益分析(1)本工法為較軟弱土質(zhì)和特殊地層的隧道及地下工程暗挖施工提供了新的途徑。(2)技術(shù)可靠，施工安全度大。一是充分發(fā)揮核心土的支撐作用；二是多部開挖減少了對圍巖的擾動，提高了其自穩(wěn)性能；三是柔性支護(hù)能適應(yīng)圍巖變形，部分地發(fā)揮地層自承拱作用；四是能直觀、敏感的反映圍巖及初期支護(hù)的穩(wěn)定性(通過位移、應(yīng)力-應(yīng)變量測)。以大秦線西坪隧道為例，運用此法施工安全穩(wěn)妥，在歷時兩年的洞內(nèi)施工中，沒有發(fā)生傷亡事故。(3)通過調(diào)整施工程序、節(jié)奏和初期支護(hù)剛度的途徑，可以有效地控制圍巖松馳和地表沉陷，從而對于地下淺埋工程施工，保證地面建筑和公共設(shè)施的安全，均具有重大的意義。(4)工程質(zhì)量好。采用短進(jìn)尺的多部開挖方法，使毛洞開挖成型好，并減少了超欠挖；內(nèi)層襯砌質(zhì)量與傳統(tǒng)的施工方法相比，結(jié)構(gòu)功能、整體性更強(qiáng)。(5)經(jīng)濟(jì)效益明顯。以大秦鐵路西坪隧道為例，“眼鏡法”與傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相比，可節(jié)約鋼材462.2~561.4kg/雙延米；與同樣地質(zhì)條件下的管棚法相比，可節(jié)約水泥10t/雙延米，節(jié)約鋼材331~432.7kg/雙延米，綜合造價降低2，026元/雙延米。九、工程實例大秦鐵路西坪隧道為電氣化雙線鐵路隧道，全長298m，洞身穿過嚴(yán)重風(fēng)化的白云巖、頁巖互層和Ⅱ類膨脹性老黃土、碎(卵)石土和砂土，洞頂覆蓋層厚度3~36m，為典型的復(fù)雜地層中的淺埋大跨型隧道。此隧道于1984年9月動工，1987年10月竣工。1984年12月，當(dāng)西坪隧道采用半斷面法從出口方向開挖98m時，發(fā)生大坍方，初期支護(hù)被沖跨30m，地表沉陷為約12m直徑的大漏斗，坑周土呈環(huán)狀開裂，波及范圍達(dá)30多米。坍方體由新(老)黃土、碎(卵)石土組成，呈松散堆積狀。我局與鐵道部第三勘測設(shè)計院聯(lián)合，共同研究開發(fā)“眼鏡法”處理隧道坍方獲得成功，取得直接效益113.4萬元。這項技術(shù)為確保施工安全和新奧法的推廣應(yīng)用提供了范例。繼西坪隧道施工之后，“眼鏡法”在我局施工的大秦鐵路大團(tuán)尖隧道、景忠山隧道推廣應(yīng)用，并取得良好效果。1989年，“眼鏡法”在我局施工的西單地鐵車站淺埋暗挖中又加以應(yīng)用和創(chuàng)造，發(fā)展成“雙眼鏡法”。北京地鐵西單車站是我國第一座淺埋型大跨度雙層地鐵車站，標(biāo)準(zhǔn)斷面為三拱兩柱雙層結(jié)構(gòu)，開挖寬度26.14m、高度13.6m；覆蓋土層厚度僅6~7m，其中表層(2~3m)為雜填土，其下為非完全固結(jié)粉細(xì)砂土，地質(zhì)松散，自穩(wěn)能力差。西單車站工程于1989年7月動工，采用“雙眼鏡法”開挖、大管棚護(hù)頂、小導(dǎo)管注漿、格柵支撐初期支護(hù)技術(shù)，施工進(jìn)展順利，經(jīng)量測檢驗沉降量均小于規(guī)定值(30mm)。序號：13課程名稱：建筑工程定額與預(yù)算