《黃土隧道施工技術(shù)》PPT課件.ppt

黃土隧道施工技術(shù),一、鄭西客運(yùn)專線黃土隧道圍巖分級(jí) 二、地表黃土陷穴、沖溝、塌滑體的處理 三、黃土隧道常用的施工方法 四、幾個(gè)觀點(diǎn),一、鄭西客運(yùn)專線黃土隧道圍巖分級(jí) 1.描述黃土性質(zhì)的定量參數(shù) (1)主要的物理性質(zhì)指標(biāo)有：密度、含水量、孔隙比、飽和度、液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等。物理指標(biāo)是黃土客觀存在狀態(tài)的描述，它綜合地表現(xiàn)了自身存在狀態(tài)和其環(huán)境的信息。 (2)主要的水理性質(zhì)指標(biāo)有：滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)等 。 (3)主要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有：變形指標(biāo)壓縮系數(shù)和壓縮模量，特殊指標(biāo)濕陷系數(shù)，強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力和內(nèi)摩擦角。力學(xué)指標(biāo)則是黃土在受到能量或物質(zhì)擾動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來的運(yùn)動(dòng)或演化過程及性狀的表示，是外因擾動(dòng)使內(nèi)因作出調(diào)整的、表現(xiàn)出自適應(yīng)的一種性質(zhì)，是一種功能性指標(biāo)，取決于人們的認(rèn)識(shí)水平和接受能力，它不僅僅取決于自身現(xiàn)在的客觀存在狀態(tài)，且人們的認(rèn)識(shí)能力、水平和實(shí)際需求有關(guān)，具體而言就是擾動(dòng)的方式、強(qiáng)度、頻次等，如工程類型、使用功能、結(jié)構(gòu)形式、尺寸大小、施工方法和循環(huán)進(jìn)尺等等。,2.分級(jí)選用的指標(biāo) 黃土隧道圍巖的分類應(yīng)主要以現(xiàn)在的物理指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)為主，其它因素（如埋深和地下水及結(jié)構(gòu)面等）為參考來進(jìn)行。 對(duì)前面的參數(shù)進(jìn)行篩選和比較后，選擇了16個(gè)能獲得的指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別是：埋深（H）、黃土類型（T）、含水量（）、密度（）、顆粒比重（Gs）、孔隙比（e）、飽和度（Sr）、液限（L）、塑限（P）、塑性指數(shù)（IP）、液性指數(shù)（IL）、壓縮系數(shù)（a1-2）、壓縮模量（Es）、粘聚力（C）、內(nèi)摩擦角（）、濕陷系數(shù)（）。 在分類之前，先將上述16個(gè)指標(biāo)按如下思路進(jìn)行簡(jiǎn)單區(qū)分： 按系統(tǒng)、環(huán)境和系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用分類 系統(tǒng)（內(nèi)因）：黃土類型（T）、密度（）、顆粒比重（Gs）、含水量（）、孔隙比（e）、飽和度（Sr）、液限（L）、塑限（P）、塑性指數(shù)（IP）、液性指數(shù)（IL）。 環(huán)境（外因）：埋深（H）。 相互作用（力學(xué)性質(zhì)）：壓縮系數(shù)（a1-2）、壓縮模量（Es）、濕陷系數(shù)（）、粘聚力（C）、內(nèi)摩擦角（）。,按參數(shù)獲取的方法精度分類 最精確：黃土類型（T）、含水量（）。 較精確：埋深（H）、密度（）、顆粒比重（Gs）、孔隙比（e）、飽和度（Sr）。 一般精確：液限（L）、塑限（P）、塑性指數(shù)（IP）、液性指數(shù)（IL）、壓縮系數(shù)（a1-2）、壓縮模量（Es）、濕陷系數(shù)（）、粘聚力（C）、內(nèi)摩擦角（）。 3.鄭西客運(yùn)專線大斷面黃土隧道的圍巖分級(jí)方案 首先，從工程應(yīng)用的實(shí)用性、便捷性以及參數(shù)的可靠性來看，最佳參數(shù)指標(biāo)應(yīng)為：密度（）、含水量（）和埋深（H）。將勘測(cè)資料，按照埋深進(jìn)行歸納整理，分析黃土工程性質(zhì)隨埋深、含水量及密度的變化規(guī)律。,其次，分別按照新黃土（主要是Q3）和老黃土（Q2、Q1），考慮含水量和黃土的砂質(zhì)、粘質(zhì)（按塑性指數(shù)的分類），分別進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)采用的數(shù)據(jù)是未區(qū)分埋深因素的所有勘測(cè)、試驗(yàn)資料，涉及的參數(shù)主要有：密度、含水量、孔隙比、飽和度、液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、壓縮系數(shù)、壓縮模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角等。 最后，通過對(duì)各參數(shù)的變異性評(píng)價(jià)、單個(gè)變量之間的相關(guān)分析、力學(xué)參數(shù)和物理參數(shù)之間的多元線性回歸分析，確定影響鄭西客運(yùn)專線黃土隧道圍巖的工程性質(zhì)和穩(wěn)定性的主要參數(shù)指標(biāo)及其特征值或界限值，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合已公開發(fā)表的相關(guān)研究成果、部分現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)和測(cè)試資料和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，劃分鄭西客運(yùn)專線黃土隧道的圍巖分級(jí)方案，并對(duì)全線黃土隧道圍巖進(jìn)行分級(jí)及統(tǒng)計(jì)。,4.鄭西客運(yùn)專線大斷面黃土隧道的圍巖分級(jí)結(jié)果,二、地表黃土陷穴、沖溝、塌滑體的處理 在隧道的勘查、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)階段都應(yīng)該時(shí)刻關(guān)注地表黃土情況，妥善處理好陷穴、沖溝、塌滑體等不良地質(zhì)地段。 1黃土陷穴及人為坑洞的處理 在隧道勘查階段，應(yīng)該有關(guān)于陷穴及人為坑洞（例如掏沙洞）的專門的勘探資料，描繪陷穴的分布情況、形狀、大小，地下是否有水囊等。,設(shè)計(jì)單位在與施工單位、監(jiān)理單位進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)，應(yīng)明確陷穴情況及回填方案。施工單位在進(jìn)場(chǎng)時(shí)首先要做的就是對(duì)隧道上方地表陷穴的回填或注漿，確?；靥蠲軐?shí)，施做防水層及排水坡,并且順溝。切忌形成新的積水坑，產(chǎn)生新的陷穴。處理完地表后才能進(jìn)洞開挖。在隧道的整個(gè)施工期間，時(shí)刻觀察地表情況，一旦出現(xiàn)新的陷穴立即進(jìn)行回填封堵。,2沖溝的處理 對(duì)主溝施做漿砌片石水溝，水溝溝壁低于地面2030cm。對(duì)易積水洼地或坡度太小的沖溝采用順溝措施，以利能順利引排地表徑流。其它地表部位修建排水坡，排水坡不能太小，以便地表水流順利流入排水溝。在隧道的整個(gè)施工期間，施工單位注意檢查排水坡，對(duì)損壞的水溝重新修補(bǔ)，經(jīng)常對(duì)排水溝進(jìn)行清淤，以保證排水暢通。,3塌滑體的處理 由于隧道洞口的開挖或者是塌方等造成的塌滑體，需要及時(shí)處理，通過坡腳防護(hù)、坡頂減載、塌滑面防水處理、地表水流的引排等措施穩(wěn)定塌滑體，避免造成二次災(zāi)害。,返回,三、黃土隧道常用的施工方法 根據(jù)不同性狀黃土的力學(xué)特性及穩(wěn)定性狀況，為了適應(yīng)地質(zhì)條件差、斷面大、對(duì)初期支護(hù)施工不利的影響，減少隧道及地表的下沉量，預(yù)防在黃土中開挖隧道的大變形和坍塌問題，采用弧形導(dǎo)坑核心土法（又稱環(huán)形開挖留核心土法），結(jié)合噴射砼及時(shí)封閉開挖面，用超前小導(dǎo)管、超前管棚支護(hù)、鋼拱支撐、掛網(wǎng)、打鎖拱錨桿（管）等來加強(qiáng)土體強(qiáng)度及限制圍巖應(yīng)力重新分布，按照“管超前，短進(jìn)尺，少擾動(dòng)，早噴錨，強(qiáng)支護(hù)，,緊封閉，勤量測(cè)”的原則，隨挖隨支，各道工序緊密銜接，環(huán)環(huán)緊扣，實(shí)施短開挖和快循環(huán)來減少對(duì)土體的擾動(dòng)，是目前黃土隧道施工的較完整的方法。 施工作業(yè)線按4條主作業(yè)線、3條輔助作業(yè)線布置。4條主作業(yè)線即開挖作業(yè)線、裝碴運(yùn)輸作業(yè)線、噴錨支護(hù)作業(yè)線、襯砌作業(yè)線。3條輔助作業(yè)線為通風(fēng)降塵作業(yè)線、注漿作業(yè)線、排水作業(yè)線。 （一）施工方法 針對(duì)不同的黃土隧道可選擇的施工方法如下：,1弧形導(dǎo)坑核心土法 2七步開挖短臺(tái)階法 3雙層支護(hù)短臺(tái)階法 4CD法 5CRD法 6單側(cè)壁導(dǎo)坑法 7雙側(cè)壁導(dǎo)坑法,七步開挖短臺(tái)階法,1,2,3,4,5,6,7,七步開挖短臺(tái)階法工法簡(jiǎn)介: 洞身開挖采用短臺(tái)階七步開挖法施工，是指隧道整個(gè)斷面開挖分七個(gè)開挖面，以前后七個(gè)不同的位置相互錯(cuò)開同時(shí)開挖，然后分部同時(shí)支護(hù)，形成支護(hù)整體，盡量縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，逐步向縱深推進(jìn)的作業(yè)方法。 七步開挖短臺(tái)階法施工程序: 第1步：拱部進(jìn)行超前支護(hù)后，采取上弧導(dǎo)預(yù)留核心土短臺(tái)階開挖。開挖后及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)工字鋼架，并復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，形成較穩(wěn)定的承載拱。,第2、3步：在承載拱的支護(hù)下，分別開挖中臺(tái)階左右邊墻，以一定的時(shí)間差進(jìn)行中臺(tái)階邊墻初期支護(hù)，使同一斷面處暴露開挖面僅限于一側(cè)。 第4、5步：在完成上、中臺(tái)階支護(hù)后，分段左右開挖下臺(tái)階馬口，以一定的時(shí)間差施作下臺(tái)階初期支護(hù)。 第6步：開挖中部上、中、下臺(tái)階預(yù)留土。 第7步：下臺(tái)階開挖落底，并及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)及仰拱砼，及時(shí)封閉成環(huán)。,返回,（二）工藝要點(diǎn) 1黃土隧道土質(zhì)比較松散，且層厚一般為2060cm，開挖后易形成分層坍塌，故需較強(qiáng)的初期支護(hù)，采用超前小管棚方案較適宜。根據(jù)工地實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并施打超前管棚（若需要）。鋼管直徑一般為60 mm，長(zhǎng)4.5m，間距30cm，外插角20，首尾相接長(zhǎng)度不少于1.5m。鋼管內(nèi)充填20號(hào)砼或者水泥砂漿。 2上半斷面人工用風(fēng)鎬及電鏟掏槽。掏槽寬度視工法和施工機(jī)械而定，縱向掏槽深度每次約0.8m。嚴(yán)禁放炮，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，避免坍塌。,3如有必要，開挖后立即射砼封閉斷面。噴射4cm厚的20號(hào)砼，封閉開挖斷面，以免孔隙水從斷面處滲出，而使土體失穩(wěn)。 4架鋼拱及掛網(wǎng)。鋼拱規(guī)格為20a，按設(shè)計(jì)斷面計(jì)算用量。拱架之間的間距依每次開挖長(zhǎng)度約為0.8m（假設(shè)），每榀鋼拱縱向用20鋼筋連接，鋼筋間距不大于1.2m。管棚尾端焊接于拱架腹部，以增強(qiáng)共同支護(hù)作用。8鋼筋網(wǎng)格間距為20cm20cm。鋼拱架下增設(shè)鋼筋混凝土墊塊，墊塊寬度取35cm，高度20cm，縱向長(zhǎng)度與開挖進(jìn)尺相一致，保證立拱質(zhì)量。,5在鋼拱架處打鎖拱錨桿（管，注漿），將拱架鎖定，以防止拱架及圍巖的變形與下沉。可用50鎖腳錨管，管內(nèi)壓注水泥砂漿，對(duì)于新黃土段長(zhǎng)度取4.5m，老黃土段長(zhǎng)度取3.5cm。,不可輕視的鎖腳注漿錨桿的作用，初期支護(hù)體系的剛度與穩(wěn)定性是通過鋼拱架來體現(xiàn)的。,設(shè)計(jì)圖中應(yīng)該標(biāo)注鎖拱（腳）錨桿的施作位置、長(zhǎng)度、打入的方向和角度。 6噴射砼填充鋼拱間空隙。拱架與開挖輪廓之間的所有間隙用20號(hào)砼噴射充填密實(shí)，先噴拱架與輪廓之間空隙，再噴拱架，然后再噴拱架之間，直至噴到規(guī)定的厚度。 7按上述15的方式開挖5m左右后，開挖支撐掌子面的核心土支持部分。,8在上半斷面初期支護(hù)穩(wěn)定的條件下，開始開挖下半斷面，如有必要在上半斷面的鋼拱的拱腳處補(bǔ)打鎖腳錨桿（管）或擴(kuò)大拱腳，以防止拱架及圍巖變形與下沉。鋼拱架下增設(shè)鋼筋混凝土墊塊，墊塊寬度取35cm，高度20cm，縱向長(zhǎng)度與開挖進(jìn)尺相一致，保證立拱質(zhì)量。 9開挖出碴完成后立即噴射砼封閉圍巖，然后架鋼拱支撐和掛網(wǎng)，在鋼拱架處打鎖拱錨桿（管，注漿），長(zhǎng)度在3.5m以上，經(jīng)分層噴射砼直到設(shè)計(jì)厚度。,10如果初期支護(hù)采用立拱架人工澆筑混凝土，受施工空間限制及混凝土自身塌落的影響，拱頂部分混凝土存在不密實(shí)及與頂部土體間存在少量空隙現(xiàn)象，給上方土體變形提供了空間并造成松動(dòng)圈擴(kuò)大的惡化現(xiàn)象，砼不密實(shí)又造成襯砌強(qiáng)度不足給今后拱頂?shù)淖冃伍_裂提供了有利的條件。針對(duì)這一不利條件，應(yīng)采取在初次襯砌拆模后立即在拱部4m范圍內(nèi)壓注高標(biāo)號(hào)水泥砂漿的方式填塞空隙，加強(qiáng)混凝土不密實(shí)部位的襯砌結(jié)構(gòu)。 11施做仰拱及底部鋪底，注意使仰拱與邊墻形成剛性聯(lián)結(jié)。,仰拱的作用有三個(gè)方面： 抵御底部圍巖壓力； 防止或減少襯砌沉降； 使襯砌形成一個(gè)環(huán)狀的封閉整體結(jié)構(gòu)。 如果仰拱與邊墻不是剛性聯(lián)結(jié)，就無法將邊墻的豎向荷載通過仰拱均勻傳遞到基底上。 仰拱整體澆筑，避免基底翻漿冒泥，實(shí)施仰拱鋪底的限裂設(shè)計(jì)。 12鋪設(shè)土工布防水板，土工布要有一定的松弛度，確保混凝土灌注后防水板能與鋪設(shè)砼面密貼，無空洞。注意焊縫質(zhì)量和初襯表面的平整度。,13澆筑二次襯砌，注意三縫（施工縫、沉降縫和伸縮縫）的防水處理。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)施作二次襯砌，二次襯砌采用先墻后拱法施工。采用全液壓整體襯砌臺(tái)車，混凝土由電子計(jì)量拌和站攪拌，輸送車運(yùn)輸，濕凝土泵泵送，以保證二次襯砌內(nèi)實(shí)外美，表面光潔平整。,（三）質(zhì)量控制要點(diǎn) 1嚴(yán)格控制管棚角度 2噴射混凝土采用濕噴技術(shù)，達(dá)到降低混凝土回彈損失、改善作業(yè)環(huán)境和提高噴射混凝土質(zhì)量的目的。 3嚴(yán)格噴射砼工藝，按配合比拌制砼料，特別要嚴(yán)格控制外加劑摻量。新舊砼面要清洗至露出砼的本色，沒有泥土或雜物。分層噴射，以保證噴射砼的質(zhì)量。 4保證立拱質(zhì)量。注意螺栓松緊程度和連接筋的焊接質(zhì)量。,5確保鋼筋網(wǎng)與圍巖緊密相貼，鋼筋網(wǎng)必須連接牢固，否則噴射砼時(shí)會(huì)振動(dòng)鋼筋網(wǎng)，從而降低噴射砼質(zhì)量。 6保證核心土的大小和長(zhǎng)度 7清除拱腳積水與淤泥，通過打拱腳錨桿（保證鎖腳錨桿的施工質(zhì)量）或擴(kuò)大拱腳認(rèn)真加固拱腳，加強(qiáng)縱向聯(lián)結(jié)，使初期支護(hù)與圍巖形成完整體系。 8盡量單側(cè)落底或雙側(cè)交錯(cuò)落底，避免上半斷面兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空；控制落底長(zhǎng)度，視圍巖情況采用1-3m，不大于6m。,9減少上、下臺(tái)階施工的相互干擾，并及時(shí)封閉成環(huán)。 10找出每道工序的合理施工時(shí)間，各工序嚴(yán)格按標(biāo)定時(shí)間進(jìn)行控制，從而縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，減少開挖面土體的暴露時(shí)間。 11仰拱超前施工，盡可能早的形成封閉的受力結(jié)構(gòu)。 12及時(shí)監(jiān)控量測(cè)圍巖，觀察拱頂，拱腳的收劍情況，據(jù)此調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)。,（四）施工原則 1按新奧法原理組織施工的原則，但是要注意砂質(zhì)新黃土可以利用的圍巖自承能力非常有限。 2依靠信息反饋，實(shí)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工的原則。 3突出超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)并納入施工工序的原則。 4堅(jiān)持“管超前，短進(jìn)尺，少擾動(dòng)，早噴錨，強(qiáng)支護(hù)，緊封閉，勤量測(cè)”原則。,5嚴(yán)格控制隧道內(nèi)施工用水，并做好施工用水排放管理的原則。 6加大設(shè)備投入，組織機(jī)械化、專業(yè)化施工的原則。 7施工機(jī)械與施工方法配套，優(yōu)化資源配置的原則。 8突出科技創(chuàng)新的原則。,（五）施工注意事項(xiàng) 由于黃土圍巖的特殊性，黃土隧道的施工應(yīng)注意以下事項(xiàng)： 1首先做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。 2在進(jìn)洞開挖前，必須做好洞口護(hù)拱或超前管棚導(dǎo)向墻，并認(rèn)真做好超前支護(hù)后方可進(jìn)行土石方開挖。 3開挖后必須先初噴，然后掛網(wǎng)、架設(shè)鋼拱架、施作鎖腳錨管等，各工序緊跟，嚴(yán)禁長(zhǎng)距離開挖。,4在含有地下水的黃土層中施工時(shí)，洞內(nèi)排水溝應(yīng)進(jìn)行鋪砌，必要時(shí)應(yīng)配合井點(diǎn)降水等法將地下水位降至隧道襯砌底部以下，以保施工順利進(jìn)行。 5在干燥無水的黃土層中施工，應(yīng)管理好施工用水，不使廢水漫流。 6如發(fā)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)用噴混凝土封閉、加設(shè)錨桿、架立鋼支撐等加強(qiáng)支護(hù)。,7采用臺(tái)階法施工時(shí)，對(duì)于下面土體加固多采用留設(shè)核心土的方法，核心土的留設(shè)可使工作面前方土處于三向應(yīng)力狀態(tài)，可降低工作面土體的松馳范圍，因此對(duì)于核心土的留設(shè)應(yīng)引起足夠的重視。 8采用上下臺(tái)階法開挖時(shí)，其臺(tái)階總長(zhǎng)度宜控制在1D 左右，核心土長(zhǎng)度可在0.5D 左右；采用三臺(tái)階法施工時(shí)，其臺(tái)階總長(zhǎng)度控制在1.5D 左右，核心土長(zhǎng)度可在0.5D 左右。,9施工時(shí)要特別注意拱腳與墻腳處斷面，除了必要的大拱腳外，如超挖過大，應(yīng)用漿砌片石回填，避免用碎石、土塊回填。如發(fā)現(xiàn)該處土體承載力不夠，應(yīng)立即加設(shè)錨桿或采取其它措施進(jìn)行加固。 10拱腳處為了方便鎖腳錨管施工，其工作空間可適當(dāng)增大，鎖腳錨管需與鋼拱架同步施工，嚴(yán)禁滯后補(bǔ)作。保證鎖拱錨桿的施做質(zhì)量，真正起到鎖定鋼拱架的作用。,11增加鋼拱架臨時(shí)支撐：黃土地層承載力一般為120-300kpa。鋼拱架下增設(shè)鋼筋混凝土墊塊，墊塊寬度取35cm，高度20cm，縱向長(zhǎng)度與開挖進(jìn)尺相一致，保證立拱質(zhì)量。 12盡量縮短各個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)度，及時(shí)施做加強(qiáng)的初期支護(hù)，盡可能早的形成封閉的受力結(jié)構(gòu)，避免或減少圍巖的松弛變形。 13無水黃土的粘滯系數(shù)大，圍巖壁立性較好，但拱部地層穩(wěn)定性較差，同時(shí)初期支護(hù)與圍巖的粘結(jié)力較低，易產(chǎn)生拱腳步或墻腳步失穩(wěn)，因此應(yīng)注意對(duì)拱腳、墻腳以及邊墻部位的保護(hù)。,14在開挖與灌筑仰拱前，為防止邊墻向內(nèi)位移，宜加設(shè)橫梁頂緊。 15噴射機(jī)所用的壓力，一般以不超過0.2MPa為宜。 16若拱部位于砂層時(shí)，為防止噴混凝土層塌落，可用4mm的密鋼絲網(wǎng)緊貼開挖面作為固定初噴混凝土用。密網(wǎng)用兩根8mm、長(zhǎng)35cm的錨釘加以固定；也可用2根22mm的環(huán)向鋼筋將網(wǎng)