地下工程輔助工法課件

§4-7輔助工法一、概述在隧道開(kāi)挖和支護(hù)時(shí)，將使掌子面穩(wěn)定控制地表下沉和加強(qiáng)圍巖、地下水處理等的施工方法統(tǒng)稱(chēng)為“輔助工法”。二、采用輔助工法的情況1、未固結(jié)圍巖和膨脹性圍巖；2、砂層砂礫層圍巖和互層圍巖；3、風(fēng)化花崗巖的圍巖和強(qiáng)風(fēng)化巖；4、軟弱的粘土質(zhì)巖和蛇紋巖；5、結(jié)晶片巖和古生層的破碎帶、6、大量高壓涌水的圍巖；7、淺埋隧道和接近結(jié)構(gòu)物的隧道。3/14/20231第四章第四節(jié)盾構(gòu)法三、輔助工法的分類(lèi)輔助工法按其作用目的分為穩(wěn)定掌子面、控制地表下沉和加強(qiáng)圍巖、地下水處理等３類(lèi)。１、穩(wěn)定掌子面的輔助工法掌子面：施工中的開(kāi)挖面。近年由于山嶺隧道的增加，在自穩(wěn)性差的圍巖中施工的情況愈來(lái)愈多，掌子面穩(wěn)定問(wèn)題成為隧道開(kāi)挖技術(shù)中的重要問(wèn)題。3/14/20232第四章第四節(jié)盾構(gòu)法采用各種輔助工法，提高掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定。3/14/20233第四章第四節(jié)盾構(gòu)法②凍結(jié)法地層凍結(jié)工法是地層改良工法的一種，在軟弱地層和有地下水的地層暫時(shí)地人工凍結(jié)形成凍土，利用凍土的穩(wěn)定作用和遮水作用構(gòu)筑結(jié)構(gòu)物，工程完成后再把凍土解凍，恢復(fù)原地層的工法。特點(diǎn)：適用于構(gòu)筑地層；凍土堅(jiān)固、遮水性高；容易預(yù)測(cè)凍結(jié)范圍，可靠性高；對(duì)大氣和地下水無(wú)污染；與其他工法比較工費(fèi)高等該法分為低溫液化氣方式（直接方式）和鹽水方式（間接方式）兩種。3/14/20235第四章第四節(jié)盾構(gòu)法③垂直錨桿法在隧道開(kāi)挖前，在隧道上部鉆孔，鉆孔中插入粗鋼筋，再充填砂漿或水泥漿，在地層中形成任意程度的棒狀的鋼筋加固體，可以阻止因開(kāi)挖產(chǎn)生的圍巖變形，．提高圍巖的抗剪切強(qiáng)度。在防止地表下沉、穩(wěn)定隧道掌子面。處理偏壓、防止坡面崩塌等情況時(shí)十分有效。在淺埋的軟弱圍巖和滑坡地段等施工條件惡劣的地點(diǎn)，應(yīng)用極為廣泛。

3/14/20236第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（２）改善掌子面上方圍巖改善掌子面上方圍巖的輔助工法有管棚法、水平高壓旋噴法兩種。①管棚是在隧道開(kāi)挖之前，沿隧道開(kāi)挖斷面外輪廓，以一定間隔與隧道平行鉆孔、插入鋼管，再?gòu)牟迦氲匿摴軆?nèi)壓注充填水泥漿或砂漿，來(lái)增加鋼管外周?chē)鷰r的抗剪切強(qiáng)度，并使鋼管與圍巖一體化的方法。一般多在洞口施工時(shí)采用。根據(jù)使用的鋼筋直徑分類(lèi)，有小直徑鋼管管棚和中、大直徑鋼管的管棚。3/14/20237第四章第四節(jié)盾構(gòu)法②水平高壓旋噴法在掌子面與隧道軸線平行時(shí)，用特殊機(jī)械鉆孔，同時(shí)向管體內(nèi)高壓噴射水泥漿液，形成５０～７０ｃｍ的圓柱體（樁）的工法。是改善掌子面自穩(wěn)性和控制地表下沉的較好的方法。缺點(diǎn)是設(shè)備龐大。

3/14/20239第四章第四節(jié)盾構(gòu)法３．地下水對(duì)策輔助工法涌水的對(duì)策工法大體上分為兩大類(lèi)，即排除涌水的方法（降低地下水位法）和阻止涌水的方法（止水法）。（１）降低地下水位法①?gòu)牡乇斫档偷叵滤辉诘孛嬖O(shè)深井點(diǎn)②從隧道內(nèi)降低地下水可在隧道內(nèi)設(shè)深井點(diǎn)、水平鉆孔、超前坑道等，3/14/202310第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（2）止水工法一般配合排水法進(jìn)行藥液壓注工法壓氣工法凍結(jié)工法3/14/202311第四章第四節(jié)盾構(gòu)法(1)概念是指通過(guò)施工前和施工過(guò)程中對(duì)導(dǎo)洞、試驗(yàn)洞或正洞的量測(cè)（包括拱頂沉降、洞周收斂變形、地中變位、支護(hù)與圍巖相互作用力等），以這些實(shí)測(cè)的量測(cè)值作反演分析，用來(lái)監(jiān)控圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定與安全，根據(jù)及時(shí)獲得的量測(cè)信息進(jìn)一步修改和完善原設(shè)計(jì)；并指導(dǎo)下階段施工；確定支護(hù)施作方式和時(shí)間；調(diào)整施工參數(shù)：以期獲得最優(yōu)地下結(jié)構(gòu)物的一種方法。3/14/202313第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（2）流程圖（P146、圖4-14）3/14/202314第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（3）過(guò)程：①預(yù)設(shè)計(jì)在初步地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析或工程類(lèi)比對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工決策做出預(yù)設(shè)計(jì)②現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)然后，在施工中對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，③數(shù)據(jù)分析和處理將所量測(cè)到的能反映隧道結(jié)構(gòu)體系力學(xué)狀態(tài)的物理量（如坑道周邊某些測(cè)點(diǎn)上的位移值，或某一基線上的凈空變化值）加以綜合和處理。3/14/202315第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、量測(cè)是信息化施工中非常關(guān)鍵的一環(huán)，不可缺少二、量測(cè)方法及設(shè)備1、收斂計(jì)（1）收斂：坑道開(kāi)挖后，隨著圍巖應(yīng)力重分布，坑道相對(duì)側(cè)壁的距離將產(chǎn)生變化，當(dāng)圍巖應(yīng)力趨于平衡時(shí)，這種變化逐漸趨于穩(wěn)定，這變化過(guò)程稱(chēng)為“收斂”。（2）收斂量測(cè)這種相對(duì)距離的量測(cè)稱(chēng)為收斂量測(cè)。3/14/202317第四章第四節(jié)盾構(gòu)法（3）收斂計(jì)量測(cè)收斂的儀器稱(chēng)為收斂計(jì)。

3/14/202318第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、機(jī)械式鉆孔位移機(jī)械式鉆孔位移計(jì)的原理是在孔內(nèi)設(shè)一根測(cè)桿，一端固定在鉆孔底部，另一湍于孔口，用百分表測(cè)量鉆孔口壁與鉆孔底固定點(diǎn)間相對(duì)位移，如果鉆孔深度位于原巖，可粗略認(rèn)為測(cè)值值為絕對(duì)位移。3/14/202319第四章第四節(jié)盾構(gòu)法６．巖土壓力盒主要用來(lái)測(cè)定邊界的接觸壓力、壓力盒的量程和精度取決于受力的膜的厚度。7、隧道激光斷面測(cè)量?jī)x主要是采用非接觸測(cè)量方式，并通過(guò)全斷面測(cè)量采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并提供斷面圖形以及各測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，獲得實(shí)際斷面與設(shè)計(jì)斷面的差異。如超欠挖狀況，通過(guò)噴錨前后和襯砌前后的斷面對(duì)比，可獲得其噴層厚度和襯砌厚度。3/14/202321第四章第四節(jié)盾構(gòu)法3/14/202322第四章第四節(jié)盾構(gòu)法三、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的設(shè)計(jì)1、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控且測(cè)的技求要求（１）快速埋沒(méi)測(cè)點(diǎn)；（２）一次量測(cè)的時(shí)間盡可能短；（3）量測(cè)元件有足夠精度，良好的防震、防沖擊波的能力，埋沒(méi)后能長(zhǎng)期、有效的工作；（４）量測(cè)數(shù)據(jù)直觀。準(zhǔn)確可靠，不必復(fù)雜計(jì)算即可直接應(yīng)用。3/14/202323第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、以監(jiān)控質(zhì)量為目的項(xiàng)目（1）錨桿拉拔力量測(cè)；（2）噴射混凝土與巖石粘結(jié)力試驗(yàn)；（3）噴射混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的控制和單軸抗壓極限強(qiáng)度的驗(yàn)收；（4）噴射混凝土厚度檢查和粉塵測(cè)定；（5）初期支護(hù)外觀與隧道斷面尺寸的檢驗(yàn)；（6）二次襯砌抗壓強(qiáng)度和厚度的檢查。3/14/202325第四章第四節(jié)盾構(gòu)法四、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的方法1、地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)觀察地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)觀察包括工作面觀察和支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果觀察。（１）觀察頻率每一循環(huán)進(jìn)尺，都必須進(jìn)行一次工作面觀察，對(duì)已成洞地段主要是支護(hù)效果的觀察。（２）觀察內(nèi)容工作面工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況觀察和描述。工作面附近初期支護(hù)狀態(tài)觀察和已成洞的支護(hù)效果觀察：包括錨桿錨固效果，噴層開(kāi)裂部位、寬度長(zhǎng)度及深度，模筑混凝土襯砌的整體性，防水效果等，3/14/202326第四章第四節(jié)盾構(gòu)法３．拱頂下沉量測(cè)（1）拱頂下沉值隧道拱頂內(nèi)壁的絕對(duì)下沉量（2）拱頂下沉速度單位時(shí)間內(nèi)的拱頂下沉值。拱頂下沉量測(cè)的斷面間距、頻率、初讀數(shù)的測(cè)取等要求同收斂量測(cè)。每個(gè)斷面布置１～３個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)設(shè)在拱頂中心及附近。3/14/202329第四章第四節(jié)盾構(gòu)法4、地表及地中下沉量測(cè)淺埋隧道開(kāi)挖時(shí)必然引起地面沉陷，量測(cè)的目的是了解地面下沉范圍和量值，地面及地中下沉隨工作面推進(jìn)的規(guī)律，以及下沉穩(wěn)定的時(shí)間。一般用水平儀量測(cè)。５．圍巖內(nèi)部位移量測(cè)是選擇量測(cè)項(xiàng)目，主要目的是了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛區(qū)域范圍，獲得決定錨桿長(zhǎng)度的判斷資料。3/14/202330第四章第四節(jié)盾構(gòu)法６．錨桿軸力量測(cè)量測(cè)錨桿中的變形，求出錨桿軸力。與收斂量測(cè)及圍巖內(nèi)位移量測(cè)一起研究和修正錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)。主要使用量測(cè)錨桿。量測(cè)錨桿的桿體是用中空的鋼材制成，其材質(zhì)同錨桿一樣。７．襯砌應(yīng)力量測(cè)襯砌應(yīng)力量測(cè)量是為了研究一次襯砌或二次襯砌內(nèi)的應(yīng)力分布以及外荷載情況，作為分析和評(píng)定安全性的依據(jù)。3/14/202331第四章第四節(jié)盾構(gòu)法五、量測(cè)數(shù)據(jù)的反饋1、信息反饋修正設(shè)計(jì)信息反饋修正設(shè)計(jì)指在隧道開(kāi)挖后，根據(jù)施工信息對(duì)施工前預(yù)設(shè)計(jì)所確定的結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)參數(shù)。預(yù)留變形量。施工工藝和方法以及備工序施作的時(shí)間等的檢驗(yàn)和修正，貫穿于整個(gè)施工過(guò)程的設(shè)計(jì)階段。信息反饋修正設(shè)計(jì)包括施工方法變更的建議、施工工序的更改、預(yù)留變形量的修改或確認(rèn)、設(shè)計(jì)參數(shù)的修改和確認(rèn)、采用輔助施工措施的建議等。3/14/202332第四章第四節(jié)盾構(gòu)法2、反分析計(jì)算（1）目的是利用已經(jīng)得到的量測(cè)信息，進(jìn)行反分析計(jì)算，提供開(kāi)挖工作面附近已經(jīng)開(kāi)挖地段和尚未開(kāi)挖地段的地應(yīng)力大小、方向和圍巖的物