復雜地層與土層施工方法課件

1、復雜地層與土層施工方法1第十二章第十二章復雜地層與土層施工方法復雜地層與土層施工方法2洞室混凝土襯砌施工洞室混凝土襯砌施工n復雜地層的分類復雜地層的分類n注漿法注漿法n盾構法盾構法n管棚樁法管棚樁法n格柵拱與模噴聯(lián)合支護格柵拱與模噴聯(lián)合支護n幾種強行穿越法幾種強行穿越法n涌水涌沙處理方法涌水涌沙處理方法復雜地層與土層施工方法3復雜地層的分類復雜地層的分類 資料統(tǒng)計表明，所有地下工程都會或多或少的遇到不良地層，因此我們有必要對不良地層做出分類分類： 塌陷或塌方區(qū) 斷層及破碎帶 含水層與流砂 軟弱膨脹流變巖層 土層與強風化地層復雜地層與土層施工方法4注漿法注漿法n定義定義：注漿法是漿液注入到巖土的

2、孔隙、裂隙或空洞中，漿液經擴散、凝固、硬化減小巖土的滲透性，增加其強度和穩(wěn)定性，達到巖土加固和堵水的目的。n分類分類：預注漿法是在井巷掘進到含水層之前所進行的注漿工程。后注漿法是在井巷掘進之后所進行的注漿工作。它往往是為了減少幫壁涌水、滲水和加強永久支護采用的治水、加固措施注漿法預注漿法后注漿法地面預注漿地下工作面預注漿復雜地層與土層施工方法5注漿法注漿法n常用的注漿材料常用的注漿材料 1、水泥漿液注漿常用的水泥品種有普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥。注漿水泥的水灰比變化范圍0.52.0，既要保證強度，又使注漿泵能方便壓送。優(yōu)點：結石體強度高、滲透性低、材料源廣、價廉，以及注漿設備和工藝操作均簡

3、單等復雜地層與土層施工方法6注漿法注漿法n常用的注漿材料常用的注漿材料 1、水泥漿液缺點：可注性和穩(wěn)定性差，凝固時間長，且凝固時間難以控制，為此，通常在水泥漿中加入添加劑，以改善其性能。添加劑種類：硅灰、氯化鈣或水玻璃、三乙醇胺或氯化鈉、膨潤土或高塑粘土復雜地層與土層施工方法7注漿法注漿法n常用的注漿材料常用的注漿材料 2、水泥水玻璃漿液 水泥水玻璃漿液又稱CS漿液，是一種雙液系統(tǒng)。3、其他漿液 丙烯酰胺系漿液、聚氨脂類漿液、鉻木素類漿液、脲醛樹脂類漿液等化學漿液是今年來國內外開始應用起來的注漿材料，使用時可參考有關資料或類比他人經驗。如表12-1復雜地層與土層施工方法8注漿法注漿法n主要注漿

4、設備與工具主要注漿設備與工具 1、鉆孔設備 2、注漿泵 3、止?jié){塞 4、混合器1、地面預注漿鉆機、2、隧道工作面注漿鉆機1、單液注漿泵2、雙液注漿泵1、孔口混合器2、孔內混合器復雜地層與土層施工方法9KD-150坑道鉆機復雜地層與土層施工方法10注漿泵復雜地層與土層施工方法11注漿法n注漿參數(shù)的選取注漿參數(shù)的選取 1、注漿壓力： 2、漿液有效擴散半徑：有效擴散半徑R與巖層的滲透系數(shù)、裂隙張開寬度或孔隙尺寸、注漿壓力、漿液注入量、凝膠時間成正比；與漿液濃度和粘度成反比。查表12-2和表12-3211032HPw）（復雜地層與土層施工方法12注漿法注漿法n注漿參數(shù)的選取注漿參數(shù)的選取3、漿液注入量

5、：對含水砂層用下式計算裂隙巖層的漿液注入量hncRQ2maHRQ2復雜地層與土層施工方法13注漿法n注漿法施工注漿法施工 1、地面預注漿： 注漿孔的鉆進 注漿工藝 2、地下工作面注漿：在注漿前必須構筑止?jié){墊；隧洞必須襯砌止?jié){墻，便于漿液有效地滲入注漿地層內。1鉆機的選型與安裝；2鉆孔作業(yè)；3鉆孔測斜與防偏；4洗孔1根據(jù)所用漿液材料不同確定是單液流程還是雙液流程；2注漿設備安裝；3壓水試驗；4壓注漿液；5清洗養(yǎng)護復雜地層與土層施工方法14注漿法n注漿法施工注漿法施工 3、井巷幫壁注漿定義：一般井巷永久支護后，由于滲水、漏水，要在支護層鉆孔至巖層內一定深度，進行固結止水。 水工有壓隧道永久支護后，

6、一般要求再鉆孔、注漿，以固結圍巖，提高其穩(wěn)定性，稱之為固結灌漿。復雜地層與土層施工方法15復雜地層與土層施工方法16盾構法盾構法n定義定義：盾構法或稱掩護筒法，是在地表以下土層中暗挖隧道的一種施工技術。n優(yōu)點優(yōu)點： 1、施工安全 2、暗挖方式 3、震動和噪音小，可控制地表沉陷，對施工區(qū)域環(huán)境影響較小 4、用盾構法進行水底隧道施工，可不影響航道通航。復雜地層與土層施工方法17盾構法n盾構的構造與分類盾構的構造與分類： 1、盾構的標準外形 2、盾構的基本構造 3、盾構分類圓筒形矩形馬蹄形半圓形盾構殼體（圖12-4）推進系統(tǒng)襯砌拼裝系統(tǒng)（圖12-5）手掘式擠壓式半機械式局部氣壓式水泥加壓式土壓平衡式

7、多功能式微型盾構復雜地層與土層施工方法18復雜地層與土層施工方法19復雜地層與土層施工方法20復雜地層與土層施工方法21復雜地層與土層施工方法22刀盤復雜地層與土層施工方法23模型復雜地層與土層施工方法24單圓盾構復雜地層與土層施工方法25盾構調頭后為重新進洞做準備復雜地層與土層施工方法26泥水盾構機復雜地層與土層施工方法27雙護盾盾構機復雜地層與土層施工方法28異形盾構復雜地層與土層施工方法29異形盾構復雜地層與土層施工方法30異形盾構復雜地層與土層施工方法31異形盾構復雜地層與土層施工方法32盾構法盾構法n盾構施工盾構施工： 1、盾構進出洞方法 臨時基坑法 逐步掘進法 工作井進出洞法（圖1

8、2-6）復雜地層與土層施工方法33盾構法盾構法n盾構施工盾構施工： 2、準備工作 盾構的拼裝、拆卸、檢修 盾構基座（控制掘進方向） 盾構后座（傳遞推力）復雜地層與土層施工方法34盾構法盾構法n盾構施工盾構施工： 3、盾構推進 切入土層 土體開挖 襯砌拼裝 壁后注漿盾構向前推進的動力是千斤頂產生的。千斤頂將切口環(huán)向前頂入土層，其最大距離是一個千斤頂行程。1、敞開式開挖（開挖程序一般是從頂部開始逐層向下挖掘）；2、機械切削開挖（全斷面旋轉切削刀盤開挖方式，開挖裝運機械化）；3、網格式開挖（盾構推進時，土體從格子里呈條狀擠出，應根據(jù)土質調節(jié)網格開孔面積）；4、擠壓式開挖（全擠壓式和局部擠壓式開挖，由

9、于不出土或只部分出土，對土層有較大的擾動）使用襯砌拼裝器將預制的襯砌片安裝在洞室周邊，形成襯砌支護層。將一定配比的 水泥砂漿注入襯砌層與圍巖壁面之間的孔隙層，從而形成支護力量均衡的襯砌支護層復雜地層與土層施工方法35引黃工程盾構拼裝井復雜地層與土層施工方法36盾構始發(fā)組裝復雜地層與土層施工方法37切削盤復雜地層與土層施工方法38管片復雜地層與土層施工方法39管棚樁法n定義定義：所謂管棚樁施工，就是在隧洞輪廓外邊緣，向隧洞欲穿過的土層或軟弱圍巖鉆進一定孔距、一定深度的鉆孔，同時將套管留在孔內并灌漿固結，在土層或軟弱圍巖內，形成一排理論上相互平行的管棚n作用作用：在隧洞開挖時，管棚成為縱向梁，在邊

10、開挖時邊支護鋼拱架或格棚拱，隧洞能安全地穿過土層，所以，管棚實質是一種超前錨桿。復雜地層與土層施工方法40管棚樁法n水平鉆機水平鉆機： 國產土星-881雙動力全液壓多功能鉆機。n管棚樁施工程序管棚樁施工程序： 1、施工工藝流程 2、鉆進管棚過程 鉆進（套管、定位、開孔） 接管（電弧焊、焊縫符合要求） 灌漿 （作用、注漿過程）復雜地層與土層施工方法41管棚樁法n適用范圍適用范圍：適合在重要設施或公路下的軟土地層掘進，城市地鐵中應用較多。n缺點缺點：目前管棚孔過度偏斜問題未能很好的解決，尤其是在含有礫石及不均質地層中，這影響了其使用范圍。 復雜地層與土層施工方法42復雜地層與土層施工方法43復雜地

11、層與土層施工方法44復雜地層與土層施工方法45格柵拱與模噴聯(lián)合支護法n定義定義： 格柵拱是多根螺紋鋼現(xiàn)場按隧道斷面形狀焊接的一種鋼筋拱架n格柵拱的優(yōu)點格柵拱的優(yōu)點：與型鋼比較，具備更好的柔性，易于現(xiàn)場加工。n缺點及措施缺點及措施： 承載力有限、暴露鋼筋易銹蝕，采用格柵拱與模噴聯(lián)合支護來補這些不足復雜地層與土層施工方法46復雜地層與土層施工方法47格柵拱與模噴聯(lián)合支護法n格柵拱與模噴聯(lián)合支護的優(yōu)點格柵拱與模噴聯(lián)合支護的優(yōu)點： 支護速度快、柔性好、不用模架n格柵拱與模噴聯(lián)合支護的缺點格柵拱與模噴聯(lián)合支護的缺點：表面光滑度不理想n施工工藝施工工藝： 、加工格柵拱、格柵拱焊接在錨桿上、模板安裝在格柵拱

12、上、噴射砼、養(yǎng)護、拆模復雜地層與土層施工方法48幾種強行穿越法n短段掘砌短段掘砌：定義：該施工方法就是將開挖襯砌施工段由長化短，跨度由大化下，邊開挖邊掘進，邊支撐襯砌。 目的：減小圍巖臨空面，縮短圍巖暴露時間，減弱對圍巖的擾動。復雜地層與土層施工方法49幾種強行穿越法n超前支護超前支護：定義：該施工方法就是在穿越洞口土層與風化層、各種斷層之前或下段開挖之前的工作面上，預先打入超前支架，防止開挖后圍巖松動坍落，在支架下進行襯砌施工。圖12-10，類似于管棚樁法。 復雜地層與土層施工方法50幾種強行穿越法n側壁導坑（德國法）側壁導坑（德國法）：原理：從側壁底層開始，沿兩側墻先開挖小導坑，然后灌注邊

13、墻砼，再上移一層，同樣開挖小導坑，灌側墻，利用這樣一層一層的側導坑完成兩側墻的支護，最后以此為基礎，利用環(huán)挖法開挖拱部，用鋼拱架支撐或澆灌第一層砼襯砌，在襯砌保護下挖核心和仰拱。復雜地層與土層施工方法51涌水涌沙處理方法n超前導洞排水降壓超前導洞排水降壓：概念：當隧道開挖時，遇到大量涌水，以至影響開挖，可在隧道一側，與隧道相隔一定距離開挖與隧道同方向導洞，水將從導洞內排出大部分，減少隧道涌水量。 例：大瑤山隧道 復雜地層與土層施工方法52復雜地層與土層施工方法53復雜地層與土層施工方法54涌水涌沙處理方法n注漿法堵水注漿法堵水：概念：注漿法是將膠結材料配制成漿液注入巖層的裂隙或空洞中，漿液凝結

14、硬化后，堵塞裂隙、溶洞，在局部范圍起到固結巖層和封閉水源的作用。 原則：一般洞內涌水，以導為主，尤其是平巷、隧道，因為注漿堵水費工費時，成本高，不到非堵不可時不用，如在豎、斜井掘進時，涌水使工作無法正常進行下去，此時應選擇注漿堵水。 復雜地層與土層施工方法55塌方處理方法n引起塌方的因素引起塌方的因素：自然因素：工程地質不良造成塌方 設計因素：工程、水文地質勘察不細致，隧道路線選擇錯誤 ；預防塌方措施不當；隧道斷面形狀設計不當。 施工因素：施工方法不當；施工方案不當；管理上重開挖輕支護。復雜地層與土層施工方法56復雜地層與土層施工方法57復雜地層與土層施工方法58復雜地層與土層施工方法59復雜

15、地層與土層施工方法60塌方處理方法n塌方處理方法及實例塌方處理方法及實例：噴錨網加錨索聯(lián)合支護：噴錨法是塌方處理中最常用方法。最適用小塌方處理或邊墻坍塌處理，也可作為一種輔助方法用于某些大塌方處理。圖12-11 鋼管頂柱法：鋼管頂柱法采用鋼管頂撐洞室頂拱的圍巖，適用于搶險性質的一種臨時支護。圖12-12復雜地層與土層施工方法61塌方處理方法n塌方處理方法及實例塌方處理方法及實例：對頂支撐法：對頂支撐法是指將坍穴適當處理后，再用剛才、木材或預制構件將兩側邊墻對頂起來。此法適用于坍穴跨度小，而長度或高度大的塌方處。圖12-13 挑梁護頂法：挑梁護頂法是利用坍穴前沿支架作支撐，支立懸臂梁，并在其上用木材塞緊，以支撐坍穴上部的山巖壓力。圖12-14復雜地層與土層施工方法62塌方處理方法n塌方處理方法及實例塌方處理方法及實例：超前錨桿法：超前錨桿法是沿開挖輪廓線，以稍大的外插角，向開挖面前方安裝錨桿，形成對前方圍巖的預錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護下進行開挖等作業(yè)。這類超前支護的柔性較大，整體剛度較小。圖12-15復雜地層與土層施工方法63塌方處理方法n塌方處理方法