行業(yè)資訊
隧道施工方法之淺埋暗控法
隧道施工方法淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進(jìn)行各種類(lèi)型地下洞室暗挖施工的一種方法。繼1984年王夢(mèng)恕院士在軍都山隧道黃土段試驗成功后,又于1986年在具有開(kāi)拓性、風(fēng)險性、復雜性的北京復興門(mén)地鐵折返線(xiàn)工程中應用,在拆遷少、不擾民、不破壞環(huán)境下獲得功。同時(shí),結合中國的地域特點(diǎn)及水文地質(zhì)系統,創(chuàng )造了小導管超前支護技術(shù)、8字形網(wǎng)構鋼拱架設計、制造技術(shù)、正臺階環(huán)形開(kāi)挖留核心土施工技術(shù)和變位進(jìn)行反分析計算的方法,提出了“管超前、嚴注漿、短進(jìn)尺、強支護、早封閉、勤量測”十八字方針,突出時(shí)空效應對防塌的重要作用,提出在軟弱地層快速施工的理念。由此形成了淺埋暗挖法,創(chuàng )立了適用于軟弱地層的地下工程設計、施工方法。
淺埋暗挖法沿用新奧法基本原理,初次支護按承擔全部基本荷載設計,二次模筑襯砌作為安全儲備;初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。應用淺埋暗挖法設計、施工時(shí),同時(shí)采用多種輔助工法,超前支護,改善加固圍巖,調動(dòng)部分圍巖的自承能力;采用不同的開(kāi)挖方法及時(shí)支護、封閉成環(huán),使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系;在施工過(guò)程中應用監控量測、信息反饋和優(yōu)化設計,實(shí)現不塌方、少沉降、安全施工等,并形成多種綜合配套技術(shù)。
淺埋暗挖法是以加固和處理軟弱地層為前提,采用足夠剛性的復合式襯砌結構,選用合理的開(kāi)挖方式,應用信息化測量反饋設計和施工,以保證施工安全,控制地面沉降。
一、施工工藝流程
施工工藝流程如圖2 -2所示。
二、適用條件
1.不允許帶水作業(yè)
如果含水地層達不到疏干要求,帶水作業(yè)是非常危險的。開(kāi)挖面的穩定性時(shí)刻受到水的威脅,甚至會(huì )發(fā)生塌方。把地下水,尤其是上層滯水能否處理好是非常關(guān)鍵的環(huán)節,它直接影響淺埋暗挖法的成敗。大范圍的淤泥質(zhì)軟土、粉細砂地層,降水有困難或者經(jīng)濟上不合算的地層,不適宜采用淺埋暗挖法。
2.開(kāi)挖面具有一定的自立性和穩定性
1997年日本學(xué)會(huì )曾提出開(kāi)挖工作面土體穩定的定量判別標準:土壤中的細顆粒( <74ʯm)含量≤10%,且均勻系數Uc <-5%土壤不具備自立性。我國對土壤自立性提出定性要求:工作面土體的自立時(shí)間,應足以進(jìn)行必要的初期支護作業(yè)。因此開(kāi)挖面前方對地層的預加固和預處理,是淺埋暗挖法的必要前提,目的在于加強開(kāi)挖面的穩定性,增加施工的安全性。
三、施工要求
1.淺埋暗挖法的十八字方針
淺埋暗挖法的十八字方針為“管超前、嚴注漿、短開(kāi)挖、強支護,快封閉、勤量測”。
(1)地層的預加固和預處理(超前小導管和超前長(cháng)管棚)。
(2)隧道開(kāi)挖和初期支護強調“隨開(kāi)挖、隨支護”的基本原則,選擇適當的開(kāi)挖方法,做到利用土體有限的自立時(shí)間進(jìn)行開(kāi)挖和支護,使土體開(kāi)挖后暴露的時(shí)間盡可能短,使初期支護盡早封閉成環(huán)。
開(kāi)挖方法:短臺階法、帶臨時(shí)仰拱的長(cháng)臺階法、中隔壁法(CD法)、交叉隔壁法(CRD法)、側壁導坑法(眼鏡法)、弧形導坑留核心土法等。
初期支護:具有足夠的強度和剛度,主要采用鋼筋格柵,主要有以下原因:①鋼筋格柵與噴射混凝土能緊密結合;②鋼筋格柵在拼裝成環(huán)后,具有一定的強度和剛度,在噴射凝土尚未具備足夠強度前,鋼筋格柵可以單獨承擔來(lái)自土層的一部分荷載。
(3)二次襯砌,提高初期支護強度和剛度、增強初期支護安全儲備的需要,也是支撐中間的防水隔離層、承受水壓力的需要。
(4)監控量測數據對隧道支護的受力變形狀態(tài)起著(zhù)重要的監控作用,量測數據的及時(shí)性和準確性應得到高度重視。
監控量測的項目:地表位移、拱頂下沉、隧道周邊收斂(必測項目)、土壓力、土體位移、支護應力(選測項目)。
隧道穩定性判別:當測點(diǎn)位移時(shí)間曲線(xiàn)變化率呈明顯收斂趨勢,隧道水平收斂變化率小于0.2mm/d,拱頂下沉變化率小于0.1mm/d,而且所測的位移值大于預計總位移值的80%以上。
2.淺埋暗挖法施工技術(shù)
淺埋暗挖法施工步驟是:①先將鋼管打入地層,然后注入水泥或化學(xué)漿液,使地層加固,開(kāi)挖面土體穩定是采用淺埋暗挖法的基本條件;②地層加固后,進(jìn)行短進(jìn)尺開(kāi)挖,一般每循環(huán)0.5 -1.0m,隨后即作初期支護;③施做防水層,開(kāi)挖面的穩定性時(shí)刻受到水的威脅,嚴重時(shí)可導致塌方,處理好地下水是非常關(guān)鍵的環(huán)節;④完成二次支護,一般情況下,可注入混凝土,特殊情況下要進(jìn)行鋼筋設計。當然,淺埋暗挖法的施工需利用監控測量獲得的信息進(jìn)行指導,這對施工的安全與質(zhì)量都是重要的。
淺埋暗挖法沿用新奧法基本原理,初次支護按承擔全部基本荷載設計,二次模筑襯砌作為安全儲備;初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。應用淺埋暗挖法設計、施工時(shí),同時(shí)采用多種輔助工法,超前支護,改善加固圍巖,調動(dòng)部分圍巖的自承能力;采用不同的開(kāi)挖方法及時(shí)支護、封閉成環(huán),使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系;在施工過(guò)程中應用監控量測、信息反饋和優(yōu)化設計,實(shí)現不塌方、少沉降、安全施工等,并形成多種綜合配套技術(shù)。
淺埋暗挖法是以加固和處理軟弱地層為前提,采用足夠剛性的復合式襯砌結構,選用合理的開(kāi)挖方式,應用信息化測量反饋設計和施工,以保證施工安全,控制地面沉降。
一、施工工藝流程
施工工藝流程如圖2 -2所示。

1.不允許帶水作業(yè)
如果含水地層達不到疏干要求,帶水作業(yè)是非常危險的。開(kāi)挖面的穩定性時(shí)刻受到水的威脅,甚至會(huì )發(fā)生塌方。把地下水,尤其是上層滯水能否處理好是非常關(guān)鍵的環(huán)節,它直接影響淺埋暗挖法的成敗。大范圍的淤泥質(zhì)軟土、粉細砂地層,降水有困難或者經(jīng)濟上不合算的地層,不適宜采用淺埋暗挖法。
2.開(kāi)挖面具有一定的自立性和穩定性
1997年日本學(xué)會(huì )曾提出開(kāi)挖工作面土體穩定的定量判別標準:土壤中的細顆粒( <74ʯm)含量≤10%,且均勻系數Uc <-5%土壤不具備自立性。我國對土壤自立性提出定性要求:工作面土體的自立時(shí)間,應足以進(jìn)行必要的初期支護作業(yè)。因此開(kāi)挖面前方對地層的預加固和預處理,是淺埋暗挖法的必要前提,目的在于加強開(kāi)挖面的穩定性,增加施工的安全性。
三、施工要求
1.淺埋暗挖法的十八字方針
淺埋暗挖法的十八字方針為“管超前、嚴注漿、短開(kāi)挖、強支護,快封閉、勤量測”。
(1)地層的預加固和預處理(超前小導管和超前長(cháng)管棚)。
(2)隧道開(kāi)挖和初期支護強調“隨開(kāi)挖、隨支護”的基本原則,選擇適當的開(kāi)挖方法,做到利用土體有限的自立時(shí)間進(jìn)行開(kāi)挖和支護,使土體開(kāi)挖后暴露的時(shí)間盡可能短,使初期支護盡早封閉成環(huán)。
開(kāi)挖方法:短臺階法、帶臨時(shí)仰拱的長(cháng)臺階法、中隔壁法(CD法)、交叉隔壁法(CRD法)、側壁導坑法(眼鏡法)、弧形導坑留核心土法等。
初期支護:具有足夠的強度和剛度,主要采用鋼筋格柵,主要有以下原因:①鋼筋格柵與噴射混凝土能緊密結合;②鋼筋格柵在拼裝成環(huán)后,具有一定的強度和剛度,在噴射凝土尚未具備足夠強度前,鋼筋格柵可以單獨承擔來(lái)自土層的一部分荷載。
(3)二次襯砌,提高初期支護強度和剛度、增強初期支護安全儲備的需要,也是支撐中間的防水隔離層、承受水壓力的需要。
(4)監控量測數據對隧道支護的受力變形狀態(tài)起著(zhù)重要的監控作用,量測數據的及時(shí)性和準確性應得到高度重視。
監控量測的項目:地表位移、拱頂下沉、隧道周邊收斂(必測項目)、土壓力、土體位移、支護應力(選測項目)。
隧道穩定性判別:當測點(diǎn)位移時(shí)間曲線(xiàn)變化率呈明顯收斂趨勢,隧道水平收斂變化率小于0.2mm/d,拱頂下沉變化率小于0.1mm/d,而且所測的位移值大于預計總位移值的80%以上。
2.淺埋暗挖法施工技術(shù)
淺埋暗挖法施工步驟是:①先將鋼管打入地層,然后注入水泥或化學(xué)漿液,使地層加固,開(kāi)挖面土體穩定是采用淺埋暗挖法的基本條件;②地層加固后,進(jìn)行短進(jìn)尺開(kāi)挖,一般每循環(huán)0.5 -1.0m,隨后即作初期支護;③施做防水層,開(kāi)挖面的穩定性時(shí)刻受到水的威脅,嚴重時(shí)可導致塌方,處理好地下水是非常關(guān)鍵的環(huán)節;④完成二次支護,一般情況下,可注入混凝土,特殊情況下要進(jìn)行鋼筋設計。當然,淺埋暗挖法的施工需利用監控測量獲得的信息進(jìn)行指導,這對施工的安全與質(zhì)量都是重要的。
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