地下工程施工技术期末复习.docx
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地下工程施工技术期末复习
注浆
定义：
用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂隙和空隙，以改善地基的物理力学性质，即将具有凝结能力的浆液注入地层或隧道围岩中以填充、渗透、压密等方式挤走土颗粒间或岩石裂隙中的水分，待浆液凝结后，使隧道围岩或土体形成一个抗渗性能良好、强度较高的整体，以达到填充、堵水和加固等围岩或土体的目的。
（作用）
工作机理：
（图见21-24）
渗透注浆
定义：
在压力作用下使浆液充填土的空隙和岩石的裂隙，排挤出空隙中自由水和气体，在空隙中形成具有一定强度和低透水性的结石体，起到加固和防渗作用。
适用地层：
中粗砂层、砂砾石层、砂卵石层和岩层裂隙中。
压密注浆
定义：
通过钻孔将不易流动的极浓的惰性注浆材料压入地层中，
在形成均匀固结浆泡的同时，压密周围土体的方法。
适用：
细砂地层并含有空洞。
劈裂注浆
定义：
浆液在较高压力的作用下，似利斧劈入土层，产生劈裂面，浆液的劈裂路线呈纵横交叉的脉状网络
适用：
中细砂层、粉细砂层、淤泥质粘土层、粉质粘土层中。
充填注浆
定义：
在残积层、岩石断层破碎带进行注浆施工，一般当注浆材料粒径能满足小于裂隙宽度的1/3～1/5时，均能产生裂隙填充。
适用：
断层破碎带。
材料三性质：
可控性，可注性，抗渗性。
（粘度低、流动性好；具有可调节控制的凝胶时间；结石率高、强度大、抗渗透性强；稳
定性好；价格低廉、来源富足，并且是不污染环境、对人体无害的物质。
）
工艺：
注浆设备：
主要包括钻机、钻具、注浆泵、搅拌机、注浆管路总成、止浆塞和混合器等
流程：
1注浆设计
2注浆孔施工
3安装注浆设备
4压水试验
5配置浆液
6注浆施工
7效果检查
注浆参数：
加固范围，注浆量，注浆压力，孔距
三要素：
扩散半径（加固范围），注浆量，注浆压力
注浆四要素：
工程对象；注浆材料；机械设备；注浆工艺。
常用注浆法：
花管注浆
适用条件
（1）与钻杆注浆法相比：
由于注浆管喷出的断面积明显增大，因此，大大
减小了压力急剧上升和浆液涌到地表层的可能性。
（4）与止浆塞组合，还可用于孔壁较好的裂隙岩体注浆。
（2）用于砂砾层渗透注浆。
（3）用于土体的水泥一水玻璃双液劈裂注浆。
袖阀管法注浆
适用范围：
（1）砂砾层渗透注浆。
（2）软土层劈裂注浆和深层土体劈裂注浆。
（3）有地表工作面条件的软弱地层的处理。
双重管法注浆
双液化学注浆
双重管双栓塞注浆
复合注浆
循环注浆
对吸浆率较小的裂隙岩体，注水泥
浆液或水泥粘土浆液，则可采用循环注浆
级配反滤注浆
地下水多
孔序与段序
顺序注浆：
以排除地下水为主的注浆顺序，先中间孔注浆后外围孔的开放式注浆。
可防止浆液逸失。
跳孔注浆：
它是在一孔注浆完后，间隔一孔或者多孔注浆，也可以在一排注浆完后，间隔一排或数排注浆。
水平注浆段序：
（1）分段前进式：
适用范围：
宜用于裂隙发育或破碎岩层，突水、涌泥超前隧道预加固
（2）后退式：
适用范围：
宜用于裂隙不甚发育的岩层，极其软弱地层的超前隧道预加固。
垂直注浆段序：
（1）分段下行注浆：
自上而下，钻一段注一段。
用止浆塞。
自下而上复注。
特点：
能控制浆液上冒，钻孔工作量大，工期长。
（2）分段上行注浆：
一次钻孔，分段上行注浆。
用止浆塞。
特点：
不重复钻孔，止浆塞要可靠。
（3）一次全深注浆：
扩散不均匀，要求供液能力大适用于均匀裂隙
浅埋暗挖法施工
定义：
浅埋暗挖法定义
在软弱围岩地层中，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅和锚喷砼作为初期支护手段，遵循“新奥法”理论，按照“十八字”方针进行隧道的设计和施工。
浅埋隧道定义
铁路隧道：
对于单线或双线隧道洞顶埋深小于：
VI级围岩35-40m、V级围岩18-25m、IV级围岩10-14m、III级围岩5-7m，为浅埋隧道。
城市地铁：
覆跨比H/D在0.6-1.5时为浅埋，H/D小于0.6时为超浅埋。
（H：
埋深；D：
结构跨度）
特点
优点：
结构形式灵活多变，对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少，扰民少，污染城市环境少等。
缺点：
施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水比较困难等。
十八字方针：
管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测
施工步骤：
1施工准备
2超前预支护
3注浆
4土方开挖
5钢格栅架立
6网片、连接筋
7喷射混凝土
8防水施工
9二次衬砌
超前支护准备（工艺流程）
在隧道开挖之前，通过向掌子面前方地层里注浆、冷冻、打入钢管、钢板、锚杆等技术措施，在隧道横断面上形成一个拱形连续体，使其加固开挖面前方地层，同时利用其支撑力保持前方土体的稳定，减少地表沉降量的技术总称。
超前支护方法主要包括：
管棚法，水平旋喷注浆法，超前小导管法，超前锚杆法、冻结法等。
管棚法
作用：
梁拱效应，加固效应，环槽效应，确保安全
工艺流程：
地质勘查、设计准备—管棚设计—测量定位—钻机定位—钻孔与清孔—管棚加工与制作—插入管棚—浆液制作—注浆加固—隧道开挖
小导管注浆技术：
定义：
超前小导管注浆技术应用于隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩预支护。
在开挖掘进前，先用喷混凝土将开挖面封闭，然后配合型钢钢架，沿着隧道拱部轮廓线将小导管打入围岩中，并向钢管内注浆，浆液即由导管渗透到地层中，在隧道拱部形成固结体并加固围岩。
工艺流程：
施工方案-混凝土封闭-拱部放样-钻孔成孔-清孔-插入小导管-注浆加固-隧道开挖
适用条件：
适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。
超前锚杆支护技术
定义：
沿开挖轮廓线，以外插角向前方安装锚杆，形成预锚固在围岩锚固圈保护下开挖。
适用条件：
适用于地下水较少的软弱围岩。
柔性较大，整体刚度较小。
旋喷预注浆技术
定义：
用旋喷注浆机沿开挖面周边设计位置旋喷现场旋喷柱体，通过固结体相互咬合形成预支护拱棚。
流程：
钻机成孔，随钻杆退出，将浆液旋喷注入空腔，高压射流切割腔壁土体，搅拌混合固结形成直径600mm左右固结体，地层受到压缩和固结，改善土体物理力学性能。
适用范围：
软弱地层，特别是含水软弱地层，如：
淤泥层、粘性土、砂类土、泥页岩、砂砾层、破碎带
工作面开挖方法（范围，断面形式，顺序）
一、全断面法
1适用范围
土质稳定、断面较小的隧道施工，适宜人工开挖或小型机械作业。
2施工顺序
采取自上而下一次开挖成形，沿着轮廓开挖，按照施工方案一次进尺并及时进行初期支护。
3优缺点
可以减少开挖对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成，工序简单。
对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力。
4断面形式
二、台阶开挖法
1适用范围
土质较好的隧道施工，软弱围岩、第四纪沉积地层隧道。
2施工顺序
分成上下两个工作面或几个工作面分部开挖，根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法和中隔壁台阶法。
正台阶法能较早使支护闭合，有利于控制地表沉降。
3优缺点
具有足够的作业空间和较快的施工速度，灵活多变，适应性强。
三、环形开挖预留核心土法
1适用范围
一般土质或易坍塌的软弱围岩、断面较大的隧道施工。
2施工顺序
将断面分成环形拱部，上部核心土，下部台阶三部分，环形开挖进尺为0.5-1.0m，不宜过长，台阶长度一般控制在1D以内。
开挖环形拱部---架立钢支撑---喷射混凝土。
3优缺点
核心土支撑着开挖面，，能迅速及时地建造拱部支护，安全性好。
台阶可以适当加长，减少施工扰动。
相比侧壁法，施工机械化程度可相对提高，施工速度可加快。
四、单侧壁导坑法
1适用范围
断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩隧道施工。
2施工顺序
将断面分成3块，侧壁导坑，上台阶和下台阶。
侧壁导坑宽度一般不宜超过0.5倍洞宽。
高度以起拱线为宜。
3优缺点
优点：
导坑可分两次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也很方便。
缺点：
每次开挖进尺较小，封闭性的导坑初次支护承载能力大，变形也较大。
五、双侧壁导坑法
1适用范围
又称为眼睛工法。
当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑无法控制围岩变形时。
2施工顺序
将断面分成4块，左右侧壁导坑，上部核心土，下台阶。
侧壁导坑宽度一般不宜超过1/3的洞宽。
开挖一侧导坑---支护闭合---开挖另一侧导坑---支护闭合---拆除导坑临空部分的初次支护---施作内衬结构。
3优缺点
优点：
施工中变形几乎不发展，地表沉陷为短台阶法的1/2。
缺点：
分块多，扰动次数多，全断面闭合时间长，施工速度慢，成本较高。
六、中隔壁法
1适用范围
又称为CD工法。
适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格。
当CD工法不能满足要求时，可在CD工法基础上加设临时仰拱，即交叉中隔壁法。
2施工顺序
在大跨度隧道中普遍应用，施工中应该严格遵守正台阶法的施工要求，每一步开挖必须快速，及时步步成环，工作面核心土用喷射混凝土封闭，防治应力松弛而增大沉降。
3优缺点
优点：
施工中变形几乎不发展，地表沉陷为短台阶法的1/2。
缺点：
分块多，扰动次数多，全断面闭合时间长，施工速度慢，成本较高。
沉降较小，工期短
沉降较大，工期长
七、中洞法、侧洞法
1适用范围
地质条件差，断面特别大时，一般设计成多跨结构，跨与跨之间有梁和柱连接，一般采用中洞法、柱洞法。
其核心思想是变大断面为小断面，提高施工安全度。
2施工顺序
先开挖中间部分，在中洞内施作梁、柱结构，然后开挖两侧部分。
并逐渐将侧洞顶部荷载通过中洞初期支护转移到梁。
3优缺点
优点：
施工中变形较易控制。
缺点：
中洞的施工若不够谨慎及可能发生坍塌。
沉降小
沉降大
支护方法：
（喷射混凝土方法，准备，冬季夏季措施）
1初期支护
为控制围岩变形，增加结构安全度，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层。
主要包括钢筋网喷射混凝土、锚杆-钢筋网喷射混凝土、钢拱架-钢筋网喷射混凝土等支护结构形式，可根据围岩的稳定状态，采用一种或几种结构组合。
2二次衬砌
隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌，与初期支护共组成复合式衬砌。
二次衬砌和初期支护相对而言，只要作用为加固支护、优化路线防排水系统、美化外观、方便设置通讯、照明、监测等设施的作用，以适应现代化高速道路隧道建设的要求。
2、喷射混凝土支护
1特点
（1）充填裂隙加固围岩
（2）封闭围岩壁面防止风化
（3）喷射混凝土与围岩组成共同承载体系
2优缺点
优点：
（1）柔性支护、支护及时。
（2）不用模板、拱架施工工艺简单。
缺点：
（1）回弹量大、止水性弱。
3喷射方式：
干喷湿喷潮喷
3、锚杆施工：
锚杆的分类：
机械式；粘结式；摩擦式。
锚杆的组成：
锚杆体；螺母；托板；减摩垫片；金属网；W型钢带。
4、
5、钢架支护：
型钢钢架，格栅网构钢架
二次衬砌流程
1工艺流程
混凝土拌合-混凝土运输-混凝土泵送-灌注混凝土（下）
施工准备-台车移位-台车定位-隐蔽检查-灌注混凝土
-脱模、台车退出-养护
断面检查中线水平放样检查安装盲沟、防水板绑扎钢筋
（1）
断面仪全站仪
（2）
水平定位立模拱部中心线定位立模边墙模板净空定位清理基底，涂脱模剂（3）
自检监理检查（4）
2施工准备
技术交底：
在施工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉隧道规范和二次衬砌的技术标准。
制定施工安全保证措施，提出应急预案。
技术要求：
二衬施工前先对初期支护质量和净空断面检测，只有在初期支护的质量符合范要求，并且断面净空能保证二衬厚度的情况下才能进行二衬施工。
变形基本稳定应符合下列条件：
（1）隧道周边变形速率明显趋于减缓。
（2）拱脚水平收敛小于0.2mm/d，拱顶下沉收敛速度小于0.15mm/d。
（3）施作二次衬砌前的累计位移值，已达极限相对位移值的80%以上。
（4）初期支护表面裂隙不再继续发展。
钢筋要求
（1）二衬钢筋净保护层厚度为50mm
（2）施工中根据实际情况分段，相邻连接位置应相互错开，且连接位置不得位于拱顶。
（3）钢筋接头应避开钢筋弯曲处，距弯曲点的距离不得小于钢筋直径的10倍
（4）在同一根钢筋上应少设接头。
（5）“同一截面”内，同一根钢筋上不得超过一个接头。
竖井与马头门的工艺流程
（1）路面破除
（2）竖井圈梁
（3）井架安装
（4）竖井初支
（5）破除马头门
（6）隧道初支
盾构法
盾构机主要由前部盾体、连接桥架、后配套台车三大部分组成，也称为切口环、支撑环和盾尾三部分构成。
1适用条件
（1）在松软含水地层，相对均质的地质条件。
（2）盾构法施工应该有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m。
（3）地面上必须有修建用于盾构进出洞和出土进料的工作井位置。
（4）隧道之间或隧道与其他构筑物之间夹土加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m。
（5）从经济角度讲，连续的盾构施工长度不宜小于300m。
掘进四要素
线形控制开挖控制一次衬砌注浆控制
始发与接收技术
盾构始发划分为：
洞口土体加固段掘进、初始掘进两个阶段。
盾构接收：
指自掘进距接收工作井一定距离（通常100m左右）到盾构机落到接收工作井内接收基座上止。
地层变形原理（原因和控制措施）
一、地层变形原因
1条件因素：
覆土厚度、盾构直径、隧道线形、衬砌背后间隙、衬砌种类。
2直接原因
（1）地层应力释放产生弹塑性变形，导致地层反力降低。
（2）土压增大产生的压缩变形，导致垂直土压增大或地层反力降低。
（3）附加土压产生的弹塑性变形，导致作用土压增大。
（4）伴随土的物理性能变化产生的弹塑性变形以及蠕变变形，导致地层承载力降低。
三、地层变形控制措施
1前期沉降控制
前期沉降控制的关键是保持地下水压。
保持地下水压的措施：
（1）合理控制土压（泥水压）控制值，并在掘进过程中保持稳定。
土压盾构机：
泥土的塑流化改良效果，根据地层特征选择改良材料与注入参数。
泥水盾构机：
泥浆性能，根据地层特征选择泥浆材料和配合比。
（2）防止地下水从盾构机、盾尾以及拼装好的衬砌结构渗入。
（3）土压式盾构机在地下水位高且渗透性好的地层掘进时，采取有效的放喷涌措施。
2开挖面前沉降控制
前期沉降控制的关键是土压管理。
保持土压稳定的措施：
（1）合理控制土压（泥水压）控制值，并在掘进过程中保持稳定。
土压盾构机：
泥土的塑流化改良效果，根据地层特征选择改良材料与注入参数
泥水盾构机：
泥浆性能，根据地层特征选择泥浆材料和配合比。
（2）加强排土量控制。
（3）对盾构推力、推进速度、刀盘扭矩等盾构参数进行控制。
3通过时沉降控制
（1）控制好盾构姿态，避免不必要的纠偏作业应本着“勤纠、少纠、适度”的原则操作。
（2）盾构外围与周围土体的粘滞阻力或摩擦较大时，应采取注浆减阻措施。
4盾尾空隙沉降控制
（1）采用同步注浆方式，及时填充盾尾空隙。
（2）合理选择单液注浆或双液注浆。
（3）加强注浆量与注浆压力控制。
（4）及时进行二次注浆。
5后续沉降控制
（1）盾构掘进、纠偏、注浆等作业时，尽可能减小对地层的扰动
（2）若后续沉降过大不满足地层沉降要求，可采取向特定部位地层内注浆的措施。
新奥法施工
概念
用薄层支护手段保持围岩强度、控制围岩变形，以发挥围岩自承载能力，并通过施工监控量测指导隧道的设计与施工。
基本原理内容
基本原理
1将地层视为连续介质体，在粘、弹、塑性理论的指导下，充分考虑了地层开挖隧道后，从变位发生、发展到岩土体出现破坏过程的时间效应特性，适时构筑柔性、薄壁、能与周围地层贴紧的支护结构，保护隧道周围地层的天然承载力，使其成为支护结构的重要组成部分，与人工构筑的支护结构共同作用，形成可靠的洞周支撑环，使隧道结构能保持长期稳定。
基本内容
（1）钻爆开挖时宜采用对围岩扰动较小的控制爆破，尽可能采用大断面少部分的开挖方法，减少对围岩的扰动，以免破坏岩体的稳定。
（2）隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩的自身支护作用。
（3）根据围岩级别，采用不同的初期支护，及时施作密贴于围岩的柔性支护（如钢拱架、喷射混凝土和锚杆等），以控制围岩的变形和松弛。
（4）在软弱破碎地段，使断面及早闭合，从而增加支护结构的刚度，有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性。
（5）二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修建，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高支护体系的安全度。
（6）尽量使开挖后的隧道断面周边轮廓光滑、圆顺，避免棱角突变处应力集中。
（7）在施工中对围岩和支护结构进行合理的监控测量，以便能够合理安排施工程序，修整不合理的设计和施工方法。
开挖方法断面形式
全断面法
长台阶
分部开挖法：
环形开挖
侧壁导坑
中隔壁
常用掘进方式
钻眼爆破掘进、单臂掘进机掘进、人工掘进。
TBM
TBM概念
隧道掘进机（TunnelBoringMachine）是一种用机械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构技术发展而来的。
TBM的分类：
开敞式TBM；单护盾TBM；双护盾TBM
TBM的基本构造：
TBM由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调向机构及吸尘、通风装置等几部分组成。
TBM与盾构区别：
TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机或泥浆泵通过管道出碴；TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖面水土压力。
软弱围岩处理措施
超前预报
超前加固
——注浆法，主要分全断面注浆和局部注浆两种。
在富水断层地带，常采取全断面。
——超前大管棚或小导管：
超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用；超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使用。
——水平旋喷桩：
软塑土体、含水砂层等可采用水平旋喷进行超前加固与支护。
开挖
常用的开挖工法有台阶法、环形导坑（预留核心土）法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等。
初期支护方式：
锚网喷；锚网喷+钢拱架，钢架形式有格栅钢架、工字钢、H型钢。
特殊地质条件下使用喷钢纤维混凝土。
二次衬砌
沉管法
顶管法的定义：
顶管法与盾构法都是修建地下管道和隧道的重要方法。
采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地。
沉管法的定义：
沉管法亦曾称作预制管段沉放法。
先在隧址以外的预制场制作隧道管段，两端用临时封墙密封，制成以后用拖轮拖运到隧址指定位置上。
预先在设计位置处，挖好水底沟槽。
待管段定位就绪后，往管段中注水加载，使之下沉，然后将沉设完毕的管段在水下连接起来，覆土回填，完成隧道，此之谓“沉管隧道”。
箱涵法的概念：
箱涵顶进施工又叫城市地道桥施工。
当穿越铁路、公路及城市市区道路不便断绝交通，而现场条件又不能修筑便道时；或修筑便道工程量较大、街道狭窄、两侧建筑物多、可能造成大量拆迁时，设计通常采用地道桥方案。
结合本工程实际情况，箱涵顶进施工分为：
工作坑、后背、箱涵预制、顶进设备及顶进方法选择等四个方面。
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