地下工程_淺埋暗挖施工(課件)

1、1第10 章 礦山法隧道施工 隧道是在山體中開鑿或地層中建造的通道。修建隧道時(shí)，先按照設(shè)計(jì)尺寸在地層中挖出土石，以形成符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的隧道斷面輪廓，并及時(shí)進(jìn)行必要的支護(hù)和襯砌，以控制圍巖的變形，確保隧道安全和永久使用。 隧道按用途: 公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道、公共市政隧道； 隧道按工法：明（蓋）挖隧道、淺埋暗挖隧道、盾構(gòu)隧道、沉管隧道、頂管隧道、TBM隧道、礦山法隧道； 隧道按區(qū)域：山嶺隧道、水底隧道、市政隧道210-1 明(蓋)挖法隧道1、定義：是通過(guò)樁基等工程手段建立地下維護(hù)結(jié)構(gòu)、然后分段實(shí)施挖土、砌筑，完成的隧道；通常用于地鐵車站段施工，又分明挖法隧道和蓋挖法隧道；2、明挖法隧道

2、的施工程序：明挖則占用地面，開膛破肚往下掘襯施工；3、蓋挖法隧道施工程序：蓋挖則預(yù)作蓋板來(lái)少占路面。34、圍護(hù)結(jié)構(gòu)： 排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)（鋼板樁、挖孔樁、鉆孔樁、 SMW(水泥攪拌樁)； 地下連續(xù)墻； 土釘墻； 內(nèi)支撐形式： 現(xiàn)澆鋼筋混凝土水平框架： 圓形鋼管；H型鋼； 對(duì)口撐；角撐；斜撐45、明挖施工工藝過(guò)程維護(hù)結(jié)構(gòu)施工 基坑內(nèi)井點(diǎn)降水(基坑加固和封水)第一層開挖設(shè)置第一道支撐第N層開挖第N層支撐最底層開挖底板澆筑混凝土最下層支撐拆除混凝土內(nèi)襯澆筑自下向上逐步拆支架頂板澆筑混凝土56、蓋挖順作施工工藝在地表作業(yè)完成擋土墻結(jié)構(gòu)后，以定型的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)覆蓋結(jié)構(gòu)置于擋土結(jié)構(gòu)上，維持交通等需要，往下反復(fù)進(jìn)行開

3、挖和支撐，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，依次由下而上，施工主體結(jié)構(gòu)和防水措施，最后回填土和恢復(fù)管路系統(tǒng)，恢復(fù)道路。66、蓋挖順作施工工藝 定型的預(yù)制覆蓋板結(jié)構(gòu)由型鋼縱橫梁和鋼-混凝土復(fù)合路面板組成，路面板通常厚200mm、寬300mm 500mm、長(zhǎng)1500mm 2000mm，有吊裝孔，方便安裝和拆卸。77、蓋挖逆作施工工藝目的：1）減少地層沉降，2）及早恢復(fù)路面注意事項(xiàng)： 1）仍然需要少量增加預(yù)應(yīng)力橫撐； 2）中層樓板需要懸吊或支撐；87、蓋挖逆作施工工藝3)、單層墻防水結(jié)構(gòu)難做，雙層結(jié)構(gòu)防水結(jié)構(gòu)較好9108、蓋挖半逆作施工工藝 蓋挖半逆作法和逆作法的區(qū)別在于完成頂板及恢復(fù)路面后，向下挖土至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，澆筑

4、底板，再依次序向上逐層澆筑側(cè)墻、樓板。因此，一般需要加橫撐并施加預(yù)應(yīng)力。9、明挖、暗挖復(fù)合工藝： 很多車站受環(huán)境條件限制，無(wú)法采用全明挖或蓋挖施工的結(jié)構(gòu)模式，而全部采用暗挖難度大、工期長(zhǎng)、造價(jià)高，因此折中采用明挖和暗挖相結(jié)合的方法。1110-2 礦山法新奧法淺埋暗挖法二、新奧法（New Austrian Tunneling Method) 是由奧地利學(xué)者拉布謝維茨教授于1948年提出，1956年獲專利權(quán)，奧地利隧道施工法的簡(jiǎn)稱。 理論是：開挖應(yīng)盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)的方法，對(duì)完全的土質(zhì)采取機(jī)械和人工開挖，對(duì)于石質(zhì)采取光面爆破；在支護(hù)手段上，采取噴錨襯砌，把襯砌和圍巖堪稱一個(gè)整體，既發(fā)揮圍巖的自承

5、能力，又能使得錨噴起到加固圍巖的作用。一、礦山法 開挖方法:人工和小型機(jī)械化、或鉆爆法等； 支護(hù)方式:支架(木頭、型鋼)、砌筑、澆筑或錨噴； 掘砌工藝:全斷面；橫斷面上分部開挖； 縱斷面上正臺(tái)階或反臺(tái)階開挖12類別傳統(tǒng)礦山法新奧法理論依據(jù)圍巖松動(dòng)理論承巖理論信息化發(fā)展具體內(nèi)容開挖導(dǎo)致地層擾動(dòng)，圍巖坍塌，和松弛，需要支護(hù)由于松弛即將坍塌的巖體重量穩(wěn)定巖層有自承能力，喪失穩(wěn)定需要時(shí)間過(guò)程，在合理的時(shí)間上進(jìn)行合理的支護(hù)，能充分發(fā)揮巖體的自承能力，確保圍巖穩(wěn)定支護(hù)方法磚砌、鋼木支架錨噴支護(hù)人們常把“噴射混凝土、錨桿、量測(cè)”稱為“新奧法”的三大要素。13新奧法的內(nèi)涵：有人歸結(jié)22條，有人歸結(jié)7條，其實(shí)只

6、有1條，就是保護(hù)圍巖，調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖自承能力，以此來(lái)選擇開挖方式、支護(hù)方式和作業(yè)時(shí)機(jī)。三、淺埋暗挖法（暗挖礦山法）1、淺埋暗挖的由來(lái)，它是上世紀(jì)80年代后期根據(jù)北京地鐵隧道復(fù)興門折返線施工總結(jié)出來(lái)的。曾用名“軟弱地層新奧法”、“中國(guó)特色新奧法”、“北京地鐵淺埋暗挖法”。2、淺埋暗挖的“十八字”方針：“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，快封閉，勤量測(cè) ”。管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)、速反饋 14技術(shù)原型：以創(chuàng)造的小導(dǎo)管超前支護(hù)施工技術(shù)，包括“8”字形網(wǎng)構(gòu)鋼拱架設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，以正臺(tái)階環(huán)形開挖留核心土施工方法，以相應(yīng)的監(jiān)測(cè)儀器、監(jiān)測(cè)方法和用變位進(jìn)行反分析計(jì)算方法。 初次試驗(yàn)：于2

7、0 世紀(jì) 80 年代中期在大秦線軍都山鐵路隧道雙線進(jìn)口黃土試驗(yàn)段研究成功 。實(shí)施成功：1986 年 5 月 1987 年 5月，結(jié)合北京地區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，在北京地鐵復(fù)興門折返線工程設(shè)計(jì)與施工中，首次應(yīng)用淺埋暗挖技術(shù)并獲得成功。 153、淺埋暗挖工法的原理淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理，創(chuàng)建了信息化量測(cè)反饋設(shè)計(jì)和施工的新理念；采用先柔后剛復(fù)合式襯砌新型支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，初期支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計(jì)，二次模筑襯砌作為安全儲(chǔ)備；初期支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。應(yīng)用淺埋暗挖法進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)，同時(shí)采用多種輔助工法，超前支護(hù)，改善加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖的自承能力；采用不同的開挖方法及時(shí)支護(hù)、封

8、閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系；在施工過(guò)程中應(yīng)用監(jiān)控量測(cè)、信息反饋和優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不塌方、少沉降、安全生產(chǎn)與施工。 16適用范圍：是在軟弱圍巖淺埋地層中修建山嶺隧道洞口段、城區(qū)地下鐵道及其它淺埋結(jié)構(gòu)物的施工方法。它主要適用于不宜明挖施工的表土地層，覆跨比大于0.2的淺埋地下洞室。對(duì)于高水位的類似地層，采用堵水或降水、排水等措施后也適用。尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)埋置淺、地面建筑物密集、交通運(yùn)輸繁忙、地下管線密布，且對(duì)地面沉陷要求嚴(yán)格的都市地區(qū)更為適用。優(yōu)點(diǎn)：以城市地鐵為例，與明挖法（蓋挖法）相比，具有簡(jiǎn)單易行，無(wú)需多種專業(yè)設(shè)備，靈活方便，不同跨度、多種斷面，適合國(guó)情的好方法。(尤其對(duì)于區(qū)間隧道)

9、。缺點(diǎn)：速度慢，噴射砼粉塵多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高，以及高水位地層結(jié)構(gòu)防水差。 17軍都山隧道是中國(guó)第一座重載鐵路雙線隧道，位于北京市延慶縣東南，燕山北麓，大秦鐵路延慶車站與鐵爐村車站之間。全長(zhǎng)8460米，是我國(guó)已運(yùn)營(yíng)的第三座長(zhǎng)大鐵路隧道。隧道地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，進(jìn)口端有670米黃土砂質(zhì)粘土段，從拱頂?shù)降乇砻娴穆裆詈穸葍H有1223米，最薄地段只有3.6米；出口端有70米是洪積塊石土堆積層 18北京地鐵復(fù)興門車站折返線194、主要要工藝過(guò)程 1）人工或半機(jī)械輔助開挖（風(fēng)鎬）； 2）降排水施工；20 3）超前錨桿和小導(dǎo)管注漿超支護(hù)；219-6 預(yù)支護(hù)及輔助穩(wěn)定措施4）管棚長(zhǎng)距離超前支護(hù)22人工

10、掘進(jìn)、風(fēng)鎬掘進(jìn)235）管棚246）“ 8”字形鋼拱架257）噴射混凝土施工26噴射混凝土工藝27A類量測(cè)項(xiàng)目：圍巖及支護(hù)狀態(tài)描述；地表及建筑物沉降； 拱頂沉降；周邊凈空收斂;B類量測(cè)項(xiàng)目：圍巖內(nèi)部位移，圍巖壓力；格柵鋼筋內(nèi)力；初襯和二次襯砌的表面應(yīng)力；錨桿內(nèi)力;8）安全監(jiān)測(cè)289）出渣和排土 隧道掘進(jìn)中，裝渣運(yùn)輸作業(yè)在一定條件下會(huì)成為影響掘進(jìn)速度的重要因素。出渣排土由四個(gè)環(huán)節(jié)組成：裝(裝車)、調(diào)(調(diào)車)、運(yùn)(運(yùn)輸)、卸(卸渣)。 （1）裝渣：裝渣機(jī)具應(yīng)與運(yùn)輸車輛配套，應(yīng)能發(fā)揮機(jī)具的較高效率，從而提高裝渣速度。裝渣能力應(yīng)與每次開挖土石方量及運(yùn)輸車輛的容量相適應(yīng)。 （2）調(diào)車：運(yùn)輸作業(yè)的效率，與車

11、輛調(diào)度有很大關(guān)系。有軌運(yùn)輸時(shí)，開挖面應(yīng)有調(diào)車設(shè)備，以加快空車調(diào)入。29 （3）運(yùn)輸: 運(yùn)輸是把石渣運(yùn)到洞外，并在指定地點(diǎn)棄渣，此外，洞內(nèi)需要的材料、機(jī)具等(如洞內(nèi)用混凝土集料、支撐材料、回填材料、施工用機(jī)具)需運(yùn)入洞內(nèi)指定地點(diǎn)。運(yùn)輸方式分有軌式和無(wú)軌式，應(yīng)根據(jù)隧道長(zhǎng)度、開挖方法、機(jī)具設(shè)備、運(yùn)量大小等選用。 （4）卸渣:卸渣應(yīng)根據(jù)棄渣場(chǎng)地形條件、棄渣利用情況、車輛類型，妥善布置卸渣線，卸渣應(yīng)在卸渣線上依次進(jìn)行。此外，卸渣宜采用自動(dòng)卸渣或機(jī)械卸渣設(shè)備，并應(yīng)有專人指揮。卸渣場(chǎng)地應(yīng)修筑永久排水設(shè)施和其他防護(hù)工程，確保地表徑流不致沖蝕棄渣堆。軌道運(yùn)輸卸渣時(shí)，卸渣碼頭應(yīng)搭設(shè)牢固，并設(shè)掛鉤、欄桿，軌道末端應(yīng)

12、設(shè)置可靠的擋車裝置。3010、二次襯砌模筑臺(tái)車整體移動(dòng)式模板臺(tái)車穿越式分體移動(dòng)模板臺(tái)車拼裝式拱架模板31 模筑混凝土襯砌混凝土工藝施工灌注方向灌注方向輻射狀拱圈灌注灌注混凝土應(yīng)兩邊對(duì)稱分層灌注和搗固，超挖部分亦同時(shí)在兩側(cè)對(duì)稱回填。拱圈襯砌由兩側(cè)拱腳向拱頂對(duì)稱灌注，間歇及封頂?shù)膶用鎽?yīng)成輻射狀。壓漿、仰拱和底板；32木盒鋼拱架預(yù)留缺口模板缺口支撐千斤頂預(yù)留缺口拱頂死封頂方法已砌邊墻邊模板立帶已砌拱圈拱與墻連接處的墻頂封口3311、淺埋暗挖地鐵隧道的設(shè)計(jì)原理 淺埋暗挖地鐵隧道的設(shè)計(jì)是確定施工方法、支護(hù)手段、和襯砌結(jié)構(gòu)于一體的過(guò)程，這一點(diǎn)和地面建筑設(shè)計(jì)迥然不同。34 需要經(jīng)過(guò)“預(yù)先設(shè)計(jì)”和“修正設(shè)計(jì)”

13、兩個(gè)階段 。351）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)：根據(jù)我國(guó)的圍巖分類，制定了單線和雙線隧道的標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)參數(shù)。套用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。2）類比設(shè)計(jì)：對(duì)擬建項(xiàng)目的圍巖條件進(jìn)行分級(jí)，與已經(jīng)完工的項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比，考察地質(zhì)條件、圍巖條件、色劑條件的類似性，然后確定施工方法和支護(hù)參數(shù)3）解析設(shè)計(jì)：建立結(jié)構(gòu)力學(xué)模型或巖石力學(xué)模型，進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。36開挖順序：1.全斷面開挖； 2.錨噴支護(hù)； 3.灌筑襯砌 1）、全斷面法 12、隧道（淺埋暗挖）施工方案371）、全斷面法 在圍巖穩(wěn)定、完整，開挖后不需臨時(shí)支護(hù)，施工有大型機(jī)具設(shè)備的情況下，可采用全斷面開挖法。 該法特點(diǎn)是：開挖斷面與作業(yè)凈空大，便于大型機(jī)具設(shè)備的應(yīng)用，工序簡(jiǎn)單，各工序干擾少，斷

14、面一次挖成，能夠較好地發(fā)揮深孔爆破的優(yōu)越性，提高鉆爆效果；各種管線鋪設(shè)便利并較少被爆破損壞，運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等條件均較有利；便于施工組織與施工管理。但是由于應(yīng)用大型機(jī)具，需要相應(yīng)的施工便道、組裝場(chǎng)地、檢修設(shè)備、足夠的能源，因此該法的應(yīng)用往往受到條件限制。 適用范圍：IVVI類圍巖的石質(zhì)隧道施工。二、臺(tái)階法 38（一）正臺(tái)階法開挖1、上下兩部分開挖法，39 二）臺(tái)階法 臺(tái)階法按上臺(tái)階超前長(zhǎng)度分為長(zhǎng)臺(tái)階法(臺(tái)長(zhǎng)50m以上)、短臺(tái)階法(臺(tái)長(zhǎng)550m)和微臺(tái)階法(35m)三種。采用長(zhǎng)臺(tái)階法時(shí)，上下部可配屬同類較大型機(jī)械平行作業(yè)，當(dāng)機(jī)械不足時(shí)也可交替作業(yè)。當(dāng)遇短隧道時(shí)，可將上部斷面全部挖通后，再挖下半斷

15、面。該法施工干擾較少，可進(jìn)行單工序作業(yè)。短臺(tái)階或微臺(tái)階二種方法可縮短仰拱封閉時(shí)間，改善初期支護(hù)受力條件，但施工干擾較大，當(dāng)遇軟弱圍巖時(shí)需慎重考慮，必要時(shí)應(yīng)采用輔助開挖措施穩(wěn)定開挖面，以保證施工安全。 適用范圍： IVII類較軟或節(jié)理發(fā)育的圍巖。40412、多部分步開挖核心土臺(tái)階 1.5D422、多部分步開挖核心土臺(tái)階法地層變位 4344開挖順序： 1.下導(dǎo)坑開挖； 2.上弧形導(dǎo)坑開挖； 3.拱部錨噴支護(hù) 4.拱部襯砌； 5.設(shè)漏斗，隨著推進(jìn)開挖中核 6.下半部中部開挖；7.邊墻部開挖；8.邊墻錨噴支護(hù)襯砌二、導(dǎo)坑開挖法 454）上下導(dǎo)坑法 此法設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)坑，先挖出上部斷面，然后把拱圈修筑好，在

16、拱圈保護(hù)之下開挖下部斷面，然后再修筑邊墻等。上導(dǎo)坑位置應(yīng)考慮到圍巖壓力增長(zhǎng)有可能頂部支撐不能拆除，在永久支護(hù)修筑之前支撐有一定沉落，因此支撐需架設(shè)在設(shè)計(jì)輪廓線外，并根據(jù)地質(zhì)情況預(yù)留沉落量。沉落量的大小，土質(zhì)隧道為3060cm，石質(zhì)隧道為2040cm。 該法最大優(yōu)點(diǎn)是施工安全。設(shè)兩個(gè)導(dǎo)坑，運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、管線路布置等都易解決，能拉開工作面，便于使用小型機(jī)具。遇地質(zhì)情況變化，變換施工方法較易。缺點(diǎn)是該法工序多、干擾大，施工管理不便，兩個(gè)導(dǎo)坑也增加開挖費(fèi)用。465）上導(dǎo)坑法 上導(dǎo)坑法是導(dǎo)坑法的一種，此法在隧道上部斷面設(shè)有一個(gè)導(dǎo)坑，先挖出此斷面，然后按順序開挖其它部位。 適用范圍： IIIII類圍巖

17、的洞口段輔助開挖。開挖說(shuō)明： 1.上導(dǎo)坑開挖 2.上半部其它部位開挖 3.拱部錨噴支護(hù) 4.拱部襯砌 5.下半部中部開挖 6.邊墻部開挖 7.邊墻錨噴支護(hù)及襯砌三、分部臺(tái)階開挖法（一）單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺(tái)階法（二）中隔墻法（CD）和交叉中隔墻法（CRD）（三）雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法（四）雙隔墻中間預(yù)留核心土法471.中壁墻法CD法(Central Diaphragm)48發(fā)展了正臺(tái)階法將大、中跨的硐室變成中、小跨的硐室臺(tái)階長(zhǎng)度57mCRD施工順序：兩側(cè)交叉開挖，步步封閉成環(huán)，將大段面分為小段面；49I部開挖支護(hù)II開挖支護(hù)III埠開挖支護(hù)-IV開挖支護(hù) V部分開挖支護(hù)VI部開挖支護(hù)拆除十字中隔墻

18、二次支護(hù)5051 中壁法 CD法 中壁法與臺(tái)階法開挖相比，中壁法開挖引起的地表下沉量較小，因此特別適用于扁坦大跨度淺埋隧道開挖。施工時(shí)，需注意臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)要堅(jiān)固可靠、及時(shí)，必要時(shí)用“先撐后挖”方式進(jìn)行開挖(如插板法等)。 該法優(yōu)點(diǎn)是安全可靠，坑道暴露時(shí)間短，開挖面小，對(duì)圍巖擾動(dòng)小。襯砌為先墻后拱，質(zhì)量較好。但施工進(jìn)度慢，導(dǎo)坑多，造價(jià)高，通風(fēng)排水困難。 適用范圍：地質(zhì)條件較差、斷面大、地表沉降需要控制的場(chǎng)合。52（三）雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺(tái)階法（眼鏡法）雙側(cè)壁導(dǎo)抗中間臺(tái)階開挖順序533）分部臺(tái)階法 臺(tái)階分部法是將開挖面分成環(huán)形拱部、上部核心及下部臺(tái)階三部分，根據(jù)地質(zhì)好壞，將環(huán)形拱部斷面分成一塊或幾

19、塊開挖。環(huán)形開挖進(jìn)尺一般不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，以0.51.0m為宜。 臺(tái)階分部法的主要優(yōu)點(diǎn)：與微臺(tái)階法相比，其臺(tái)階可以加長(zhǎng)，一般可取1倍洞跨；與側(cè)壁導(dǎo)坑法相比，其機(jī)械化程度較高，施工速度可加快；核心土及下部開挖在拱部初期支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行，施工安全性好。 適用范圍： IIIII類圍巖或一般土質(zhì)圍巖地段。54（四）雙隔墻中間預(yù)留核心土法地層條件差，CD/CRD/眼鏡法不行時(shí)；跨度10m時(shí)采用55北京地鐵東單車站共設(shè)兩座風(fēng)道,其中東南風(fēng)道與車站主體結(jié)構(gòu)正交,北側(cè)在長(zhǎng)安街下,中部及南側(cè)穿過(guò)居民區(qū),風(fēng)道全長(zhǎng)43.4m,其中部設(shè)有與風(fēng)道軸線垂直的冷風(fēng)機(jī)房及設(shè)備房各一座。圖 風(fēng)道穿過(guò)的建內(nèi)大街74#民院,均為磚砌平房,共居住10戶居民?？紤]了臺(tái)階法、眼鏡法、樁柱法三種施工方案。臺(tái)階法施工,地表沉陷量大,不能滿足基本要求,因此不予采用。在此基礎(chǔ)上,從地面沉陷量、方案可靠性、造價(jià)、工期等方面對(duì)眼鏡法和樁柱法進(jìn)行了比選,決定采用后者施工。洞樁法：北京地鐵東單車站風(fēng)道施工565758596061 北