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5、大直径、超长顶进、纠偏困难。
可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。
6、可以在很深的地下铺设管道。
F明挖法——指的是先将隧道部位的岩(土)体全部挖除,然后修建洞身、洞门,再进行回填的施工方法。
明挖法的关键工序是:
降低地下水位,边坡支护,土方开挖,结构施工及防水工程等。
其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。
新奥法修建隧道的设计和施工理念
新奥法施工,按其开挖断面的大小及位置,基本上又可分为:
全断面法、台阶法、分部开挖法三大类及若干变化方案。
按照隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法叫全断面法。
台阶法中包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种,其划分一般是根据台阶长度来决定的。
至于施工中究竟应采用何种台阶法,要根据以下两个条件来决定:
A.初期支护形成闭合断面的时间要求,围岩越差,闭合时间要求越短;
B.上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备对施工场地大小的要求。
分部开挖法可分为三种变化方案:
台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法
新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段,因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层,与围岩紧密粘结的可缩性支护结构,允许围岩有一定的协调变形,而不使支护结构承受过大的压力。
施工理念:
新奥法的施工作业必须根据事前的调查决定下列4个问题:
①开挖方法;
②支护布置及进行支护的最适宜时机;
③是否设置仰拱及设置的时间和方法;
④是否采用辅助施工方法及其种类等。
用新奥法施工的绝大多数工程均采用各种台阶法进行开挖,其次是采用全断面法。
新奥法要求保证光面爆破的质量,避免凹凸不平而引起应力集中和减少超挖,从而节约为填平表面所需的大量混凝土。
新奥法隧道支护结构体系的组成及其作用
①洞室开挖后,应使围岩自身承担主要的支护作用,而衬砌只是对围岩进行加固,使成为一个整体而共同发生作用。
因此,须最大限度地保持围岩的固有强度,以发挥围岩的自承能力。
如及时喷混凝土封闭岩壁,就能有效地防止围岩松弛,而不使其强度大幅度降低,同时也不存在因顶替支撑而使围岩变形松弛。
总之应使围岩经常处于三轴应力约束状态,最为理想。
②预计围岩有较大变形和松弛时,应对开挖面施作保护层,而且应在恰当的时候敷设,过早或过迟均不利。
其刚度不能太大或太小,又必须是能与围岩密贴,而要做成薄层柔性,允许有一定变形,以使围岩释放应力时起卸载作用,尽量不使其有弯矩破坏的可能。
这种支护和传统的支护不同,不是因受弯矩而是受压剪作用破坏的。
由于混凝土的抗压和抗剪强度比抗拉和抗弯强度大得多,从而具有更高的承载能力。
一次支护的位移收敛后,可在其光滑的表面上敷设高质量的防水层,并修筑为提高安全度的二次支护。
前后两次支护与围岩之间都只有径向力作用。
③衬砌需要加强的区段,不是增大混凝土的厚度,而是加钢筋网、钢支撑和锚杆,使隧道全长范围采用大致相同的开挖断面。
此外,因为新奥法不在坑道内架设杆件支撑,空间宽敞,从而提高了安全性和作业效率。
④为正确掌握和评价围岩与支护的时间特性,可在进行室内试验的同时,在现场进行量测。
量测内容为衬砌内的应力、围岩与衬砌间的接触应力以及围岩的变位,据以确定围岩的稳定时间、变形速度和围岩分类等最重要的参数,以便适应地质情况的变化,及时变更设计和施工。
量测监控是新奥法的基本特征,量测的重点是围岩和支护的力学特征随时间的变化动态。
衬砌的做法和施作时间是依据围岩变位量测决定的。
⑤隧道支护在力学上可看作厚壁圆筒。
它是由围岩支承环和衬砌环组成的结构,且两者存在共同作用。
圆筒只有在闭合后才能在力学上起圆筒作用,所以除在坚硬岩层之外,敷设仰拱使衬砌闭合是特别重要的。
围岩的动态主要取决于衬砌环的闭合时间。
当上半断面超前掘进过多时,就相应地推迟了它的闭合时间,在隧道纵方向形成悬臂梁的状态而产生大弯曲的不良影响。
另外,为防止引起围岩破坏的应力集中,断面应做到无角隅,最好采用圆形断面。
⑥围岩的时间因素还受开挖和衬砌等施工方法的影响,它对结构的安全性起着决定的作用。
考虑掘进循环周期、衬砌中仰拱的闭合时间、拱部导坑的长度以及衬砌强度等变化因素,把围岩和支护作为一个整体来谋求稳定。
从应力重分布角度去考虑,全断面一次开挖是最有利的;
分部开挖会使应力反复分布而造成围岩受损。
⑦岩层内的渗透水压力,必须采取排水措施来降低。
新奥法修建隧道的主要施工方法及其特点
全断面法:
按照隧道设计轮廓线一次爆破成型。
全断面法适用于IV~VI类岩质较完整的硬岩中。
必须具备大型施工机械。
隧道长度或施工区段长度不宜太短,否则采用大型机械化施工的经济性差。
根据经验,这个长度不应小于1km。
根据围岩稳定程度亦可以不设锚杆或设短锚杆。
也可先出碴,然后再施作初期支护,但一般仍先施作拱部初期支护,以防止应力集中而造成的围岩松动剥落。
全断面法的优点是:
工序少,相互干扰少,便于组织施工和管理;
工作空间大,便于组织大型机械化施工,因此,施工进度高,目前,我国公路隧道一般都能保持月进成洞平均150m左右,高者已接近300m/月。
采用全断面法应注意下列问题:
摸清开挖面前方的地质情况,随时准备好应急措施(包括改变施工方法等),以确保施工安全;
各种施工机械设备务求配套,以充分发挥机械设备的效率;
加强各项辅助作业,尤其加强施工通风,保证工作面有足够新鲜空气;
加强对施工人员的技术培训,实践证明,施工人员对新奥法基本原理的了解程度和技术熟练状况,直接关系到施工的效果。
台阶法:
.初期支护形成闭合断面的时间要求,围岩越差,闭合时间要求越短;
分部开挖法:
台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法。
新奥法特点:
1及时性:
新奥法施工采用喷锚支护为主要手段,可以最大限度地紧跟开挖作业面施工,因此可以利用开挖施工面的时空效应,以限制支护前的变形发展,阻止围岩进入松动的状态,在必要的情况下可以进行超前支护,加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。
在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展,并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载,增强了岩层的稳定性。
2封闭性:
由于喷锚支护能及时施工,而且是全面密粘的支护,因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落,制止膨胀岩体的潮解和膨胀,保护原有岩体强度。
巷道开挖后,围岩由于爆破作用产生新的裂缝,加上原有地质构造上的裂缝,随时都有可能产生变形或塌落。
当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面,很好的充填围岩的裂隙,节理和凹穴,大大提高了围岩的强度。
(提高围岩的粘聚力C和内摩擦角)。
同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用,隔绝了水和空气同岩层的接触,使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开,导致围岩失去稳定。
3粘结性:
喷锚支护同围岩能全面粘结,这种粘结作用可以产生三种作用:
①联锁作用,即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落,则引起临近岩块的联锁反应,相继丧失稳定,从而造成较大范围的冒顶或片帮。
开巷后如能及时进行喷锚支护,喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏,防止个别威岩活石滑移和坠落,从而保持围岩的稳定性。
②复和作用,即围岩与支护构成一个复合体(受力体系)共同支护围岩。
喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力,同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统,具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用,从根本上改变了支架消极承担的弱点。
③增加作用。
开巷后及时继进行喷锚支护,一方面将围岩表面的凹凸不平处填平,消除因岩面不评引起的应力集中现象,避免过大的应力集中所造成的围岩破坏;
另一方面,使巷道周边围岩由双方向受力状态,提高了围岩的粘结力C和内摩擦角,也就是提高了围岩的强度。
4柔性:
喷锚支护属于柔性薄性支护,能够和围岩紧粘在一起共同作用,由于喷锚支护具有一定柔性,可以和围岩共同产生变形,在围岩中形成一定范围的非弹性变形区,并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展,使围岩的自承能力得以充分发挥。
另一方面,喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩,对围岩产生越来越大的支护反力,能够抑制围岩产生过大变形,防止围岩发生松动破坏。
新奥法理论要点及施工要点:
1新奥法与传统施工方法的区别:
传统方法认为巷道围岩是一种荷载,应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。
而新奥法认为围岩是一种承载机构,构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构(以喷射混凝土、锚杆为主要手段)并使围岩与支护结构共同形成支撑环,来承受压力,并最大限度地保持围岩稳定,而不致松动破坏。
新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分,因此,施工时应尽可能全断面掘进,以减少巷道周边围岩应力的扰动,并采用光面爆破、微差爆破等措施。
减少对围岩的震动,以保全其整体性。
同时注意巷道表面尽可能平滑,避免局部应力集中。
新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合,形成比较薄的衬砌层,即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩,使喷射层与围岩紧密结合,形成围岩-支护系统,保持两者的共同变形,故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。
2保护巷道围岩自身的承载能力:
新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合性措施:
构筑防水层、围岩巷道排水;
选择合理的断面形状尺寸;
给支护留变形余量;
开巷后及时做好支护、封闭围岩等,都是为保护巷道围岩的自身承载能力,使围岩的扰动影响控制在最小范围内,并加固围岩,提高围筵强度。
使其与人工支护结构共同承受巷道压力。
3允许围岩由一定量的变形,以利于发挥围岩的固有强度。
同时巷道的支护结构,也应具有预定的可缩量,以缓和巷道压力。
围岩的变形是控制在一定范围内的,必须避免围岩变形过大,从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳。
支护结构具有一定的变形量,允许巷道围岩产生一定的变形,以缓和来自巷道的巨大压力,更进一步减轻支护荷载。
4新奥法施工过程中量测工作的特殊性:
由于岩体生成条件与地质作用的复杂性,施工条件的复杂性,以及对工程设计参数的精确要求,得要通过许多量测手段,在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态和支护结构工作状态进行监测。
并用监测结果修改初步设计,指导施工。
新奥法隧道的防排水体系特点;
隧道的防排水包含两个方面:
一个是施工过程中的止水和排水,一个是结构物的防水与排水。
1地表洞口段防水措施:
将地表水排到隧道穿过的地表外侧,防止地表水的下渗和对洞口仰坡冲刷
2明洞段防排水措施:
浇筑过程中形成的微小裂隙会成为地下水的通道,破坏混凝土的耐久性,通常在回填碎石土上覆盖渗透系数较小粘土层,形成首要防线。
衬砌表面喷涂防水涂料(为防止回填碎石对防水涂料的破坏且进一步封闭地下水通道,在防水涂料表面施作水泥砂浆)或施作防水板(回填侧需布设双层土工布)。
此外,通过掺入外加剂提高明洞衬砌抗渗等级则为明洞防水的最后防线,而渗入回填碎石土中少量地下水可通过与暗洞段相连的纵向排水管一起排到洞外。
3明、暗洞交接处防水:
差异沉降较大,防水处理显的尤为重要。
明洞防水层需向暗洞内深入至少1m的搭接长度,并且在搭接处施作水泥砂浆做保护层。
明暗交接施工缝处设置中埋式止水带,并用沥青油毛毡、沥青麻筋填塞施工缝。
考虑到明暗交接处防水的重要性,建议增设背贴式止水带。
4洞身段防水措施:
有仰拱段需全包防水板,对于未设仰拱段处,在底板下挖去一定厚度岩体,用防水材料充填好形成防水层。
在特别破碎地段,通过全断面帷幕注浆;
对较破碎地区,通过超前拱部导管注浆,在隧道四周形成堵水圈,尽量封闭围岩中地下水流动通道。
在铺设防水层前,对初期支护表面渗水处进行补注浆处理。
5洞身段排水措施:
干燥段、少量渗水段、淋水段和突涌水段。
对干燥段,考虑到隧道开挖改变原有水路通道路径,施工时干燥段可能成为运营期渗漏水段,按照一定距离布置环向排水盲沟;
少量渗水处,布设排水盲沟自渗漏点引向纵向排水沟;
对淋水段,可在渗透水处凿孔后引入洞内施工用水沟排出洞外,并根据渗水量及范围大小选用多排排水盲沟引入纵向排水管;
对于突涌水段,通常进行钻孔注浆将地下水封闭在围岩之外,必要时进行适量的排泄后进行封堵。
根据已运营的隧道渗漏水情况,建议隧道洞身段沿围岩壁面的排水系统不仅按照施工阶段设置,还需考虑运营过程中可能出现的渗透水情况,以及隧道洞身段按照一定间隔沿开挖轮廓布设环向排水系统。
初期支护防水:
喷射混凝土紧贴围岩壁面,封堵一部分围岩壁面裂隙。
防水板防水:
对于排水型隧道,防水板靠近初期支护一侧布置土工布形成复合式防水板。
对于防水型隧道,防水板外可不设置土工布。
二次衬砌自防水:
防水混凝土
施工缝、变形缝、沉降缝防排水:
在施工缝处采用中埋式遇水膨胀止水条(见图1),沉降缝、变形缝采用中埋式橡胶止水带,并在缝中填沥青木丝板等防水材料。
新奥法隧道监控量测的主要项目及其特点
①必测项目:
地质及支护状况观察描述(观察并描述隧道围岩地质、地下水情况,衬砌支护情况。
)
周边位移、
拱顶下沉(量测断面的拱顶中心埋设一自制的钢筋预埋件)
锚杆拉拔力
②选测项目(双连拱隧道)
围岩内部位移(原洞内埋设,为提高埋设质量,拟多投入费用,改为地表埋设)
围岩内部位移(地表埋设)
接触压力(围岩和初衬,初衬与二衬)
钢拱架压力(或钢格栅支撑内力)
衬砌内力
中墙内力
拱与中墙的相对变位
衬砌裂缝
边坡稳定监测
根据具体情况还可以选定其他的项目如地质预报等等
厦门翔安海底隧道的设计和施工特点;
简介:
厦门海底隧道是一项规模宏大的跨海工程,隧道位于厦门岛东部,连接岛内五通和对岸翔安大陆架,隧道长6.05km,跨越海域宽约4.2km,是我国大陆第一座采用钻爆暗挖法修建的大断面水底隧道。
该隧道为三孔隧道,两侧为行车主洞,中间为服务隧道,各洞之间的净间距为22m。
行车隧道建筑内轮廓净宽约14m,净高约11m,隧道最大纵坡为3%,最深处位于海平面下约70m,海域最大水深约30m。
根据不同的工程地质状况,开挖方法包括CRD法和双侧壁导坑法。
在CRD法中要求快速施做临时仰拱,同时控制长短台阶的长度以控制变形。
初期支护背后及时径向充填注浆加固,可以改良初支背后围岩,增强初支与围岩的密贴程度,提高围岩和初支的承载力和自稳力,控制沉降和变形。
设置锁脚锚杆,可以减小拱顶下沉和下部水平收敛。
及时抽排拱脚积水,减轻基底浸泡弱化引起沉降量的增加。
钢拱架拱脚设置垫块,以增大拱脚作用面积,分散拱脚集中作用力。
采用仰拱注浆,其可以在一定程度上减小拱顶下沉。
设计施工特点
1、开挖断面大,使用了钻爆法施工
2、长距离浅埋和超期浅埋
3、地质复杂、水量大、水压高、施工难度大
4、V型纵坡,下坡施工,排水困难
5、施工风险大
6、隧道结构防腐、抗渗要求
新奥法修建隧道的优缺点;
优点:
1、经济、快速
2、安全、适用性强
3、可有效控制地表沉陷量
4、施工有较大的灵活性
5、可有效保证防水层的防水效果
缺点:
1、需进行专业爆破设计,若涉及不合理则可能在放炮过程中扰乱周围围岩性状,造成开挖面过大即超挖或者是会造成大面积欠挖。
2、施工中测量控制不好的话,往往会给施工带来麻烦,超挖或欠挖。
3、开挖放炮、出渣需要一段时间进行人工初喷,造成工序循环间隔时间长。
山岭隧道和城市隧道防排水设计的差别
1、山岭隧道承受的压力水头往往比较大,所以一般要允许排水。
虽然山岭隧道对隧道排水的放排量要求不严格,但要控制排水量,以保持山岭的水量不至于大量流失。
城市隧道埋深较浅,压力水头小,但城市隧道对排放量要求很严格,不能影响城市地下水的水位,按照地铁设计的要求每延米排放量不大于1方每天。
2、山岭隧道对结构抗渗等级要求相对较低,城市隧道要求较高,不能有湿迹。
广州修建地铁隧道的主要施工方法及其特点
广州地铁三号线设计跨度大、断面类型多、地质复杂、埋深浅。
主要施工方法采用台阶法、CRD法、中墙+侧洞法、中墙+台阶法。
开挖方法:
采用非爆破和弱爆破相结合的开挖方法。
广州地铁二号线(新-磨段)采用明挖法施工。
车陂南-万胜维段过江隧道采用泥水平衡盾构法。
盾构机的主要组成体系
盾构壳体、刀盘及驱动系统、螺旋输送机、管片拼装机、推进系统,皮带输送机、人行闸、液压系统、电气控制系统、集中润滑系统,泡沫系统、水冷却系统、盾尾密封系统、衬背注浆系统等
土压平衡的优缺点与泥水压的区别
土压平衡式盾构特点:
施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施,节省技术措施费,并对环境无污染;
根据土压变化调整出土和盾构推进速度,易达到工作面的稳定,减少了地表变形;
对掘进土量能形成自动控制管理,机械自动化程度高、施工速度快。
泥水平衡盾构特点:
在易发生流砂的地层中能稳定开挖面,可在正常大气压下施工作业,无需用气压法施工;
泥水压力传递速度快而均匀,开挖面平衡土压力的控制精度高,对开挖面周边土体的干扰少,地面沉降量的控制精度高;
盾构出土由泥水管道输送,速度快而连续;
减少了电机车的运输量,施工进度快;
刀具、刀盘磨损小,易于长距离盾构施工;
刀盘所受扭矩小,更适合大直径隧道的施工;
需要较大规模的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。
地铁路网、线路规划需考虑的主要因素
地铁路网、线路规划需考虑的主要因素一般有如下三个方面:
1)客流量
地铁路网、线路规划首先必须很好地分析及预测其相关区域的客流需求,因为迅速有效地运送客流是轨道交通建设的直接且主要目的。
其相关因素有:
1城市的性质及地位。
城市现在及其所规划的性质与地位,在战略上决定着城市的人口、用地发展规模及潜力,也决定着对其外部区域的影响力。
2城市人口及土地的利用规模及分布形态。
城市人口密度、房屋建筑密度、工作岗位及商业区的集中程度对客流的产生及其流向有重要的影响,因此,要分析现状及规划的城市人口分布及大型客流集散分布,包括重要的工业区、商业网点、文化中心、旅游点、住宅区等。
3市内公共交通枢纽及对外交通枢纽。
城市内部公交枢纽、火车站、码头、航空港等是客流集散的重要场所,其当前位置及规划位置对城市客流的分布也有着重要的影响。
2).制约条件
要保证轨道交通能够顺利建成并正常投入运营,其线路位置必须满足城市地形、地质、历史文物等自然条件及人文地理条件的限制要求。
1城市自然地理条件。
城市的地质、地形、地貌等自然条件会限制城市轨道交通的线路走向及位置。
2城市人文地理条件。
必须遵守国家对历史文物、自然风景区的保护等方面的法规,当轨道交通的线路位置与之相抵时必须避让或者重新确定线路的走向。
另外,城市既有的地面建筑物、地下建筑物、地下管线对轨道交通选线也有一定的影响。
3城市经济基础。
轨道交通建设需要花费巨大的投资,城市的经济实力会影响城市轨道交通网的合理规模的确定,也会影响规划路网的实施进度。
4轨道交通的建筑特点。
轨道交通线路位于地下隧道内,还是在高架桥或地面上,所考虑的因素都有所不同。
3).运营
快速轨道交通建成后往往要使用百年以上,为了节省运输成本,减少乘客的出行时间,提高路网的运输效率,规划时应当充分考虑到轨道交通路网的运营特点。
1路网结构。
以同样地线路长度按照不同的结构组成的路网,对路网中各条线路荷载的空间分布、运输效率以及路网的后续发展等都有影响。
2线路的起终点及换乘站的位置。
线路的起终点决定线路的长度,不仅影响线路的运营组织及效率,还在一定程度上决定车辆段及停车场的位置。
换乘站将会是人流密集的场所,周围的土地利用强度可能大大提高,设计时必须与城市规划结合考虑。
盾构机选型需考虑的主要因素
一般来说,用盾构施工的地层都是复杂多变的,因此对于复杂的地层要选定较为经济的盾构是当前的一个难题。
实际上,在选定盾构时,不仅要考虑到地质情况,还要考虑到盾构的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等,而且还要综合研究工程施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。
综合盾构机的特性与选型的依据,盾构机选型石先要看该盾构机是否有利于开挖面的稳定,其次才考虑环境、工期、造价等限制因素,同时还必须将宜用的辅助工法也必须加以考虑。
只有这样才能选择出一种较为合适的盾构机。
以下为盾构机选型的具体分析:
1)、根据地质条件选择盾构机类型
砂质土类自立性能较差的地层,应尽量使用密闭型的盾构施工。
若为地下水较丰富且透水性较好的砂质土,则应优先考虑使用泥水平衡盾构;
对粘性土,则可首先考虑土压平衡盾构。
砂砾和软岩等强度较高的地层自立性能较好,应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。
因在相同条件下,盾构复杂,操作困难,造价高,反之,盾构简单,制造使用方便,造价低。
针对地下水条件,若其压力值较高(大于0.1MPa),就应优先考虑使用密封型的盾构,以保证工程的安全,条件许可也可采用降水或气压等辅助方法。
对于砾径较小的地层,可以考虑各种盾构的使用。
若砾径较大,除自立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外,一般应使用土压平衡盾构,若需采用泥水平衡盾构的话,须增加一个鳄式碎石机,在输出泥浆前,先将大石块粉碎。
2)、盾构机选型的其它条件
1工期制约条件。
因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多,机