山岭隧道的施工-矿山法.ppt
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1、,s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y,西南交通大学Southwest Jiaotong University,山岭隧道课程山岭隧道的施工第九章 矿山法,张俊儒 制作,基本作业 辅助作业 辅助工法 隧道防排水 施工组织作业 施工组织管理,主要内容,第三节 辅助工法,一、辅助工法概述,前面介绍隧道开挖方法时,都假定开挖面和开挖后的坑道能够暂时稳定,但事实并非如此,特别是对软弱围岩。因此需要采取一些围岩预加固或预支护技术,控制和减少坑道开挖后周边收敛变形,防止隧道坍塌。,一、辅助工法概述,施工中常用的辅助稳定措施:稳定工作面:预
2、留核心土挡护开挖面、喷射混凝土封闭工作面;超前锚杆;管棚超前支护前方围岩:小导管、大管棚,一、辅助工法概述,施工中常用的辅助稳定措施:水平旋喷超前预支护;预切槽超前预支护;注浆加固围岩和堵水:超前小导管注浆、超前深孔帷幕注浆,一、辅助工法概述,二、超前锚杆,超前锚杆是指沿开挖轮廓线,以一定的外插角,向开挖面前方钻孔安装锚杆,形成对前方围岩的预锚固,在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。,二、超前锚杆,性能特点及适用条件:柔性较大,整体刚度较小;它主要适用于地下水较少的破碎、软弱围岩隧道工程。如:裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋无显著偏压的隧道;采用风枪、凿岩机或专用的锚杆台车钻孔,锚固
3、剂或砂浆锚固,其工艺简单、工效高。,二、超前锚杆,设计、施工要点:超前长度为循环进尺的35倍,环向间距0.31.0 m;外插角1030;搭接长度为超前长度的4060左右;宜用早强砂浆全黏结式锚杆,锚杆材料可用不小于直径22mm的螺纹钢筋;安装孔位偏差不超过10 cm,外插角不超过12,锚入长度不小于设计长度的96。,二、超前锚杆,设计、施工要点:开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区,以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点,其尾端应尽可能多的与系统锚杆及钢筋网焊连;开挖后应及时喷射混凝土,并尽快封闭环形初期支护。开挖过程中密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、起鼓等情况。,二、超前锚杆,三、管
4、 棚,管棚超前支护作为地下工程辅助施工方法,是在地质条件恶劣和特殊条件下作为安全开挖预先提供增强地层承载力的临时支护方法,对控制塌方和抑制地表沉陷有明显的效果,是防止地中及地面结构物开裂、塌倒的有效方法之一。由于其施工精度要求高、要求专用设备、造价高、速度慢、纵向搭接设置第二排管棚难度大等原因,一般只在特殊地段采用。,三、管 棚,定义:管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。长度小于10m的叫短管棚,1045m之间且较粗的钢管叫长管棚。,三、管 棚,性能特点及适用条件:管棚采用钢管或钢插板作纵向预支撑,又采用钢拱架作环向支撑,其
5、整体刚度较大,对围岩变形的限制能力较强,且能提前承受早期的围岩压力。管棚主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱、破碎围岩隧道工程中。,三、管 棚,管棚的布设:在隧道洞口、浅埋段、拱顶地质松软易塌落、下穿公路与建(构)筑物、地表沉降要求严格的地段,沿着隧道断面周边的一部分或全部,以一定的间距环向布设,以形成管棚群。沿周边布设的长度及形状,主要取决于地形、地层以及地中或地面和周围建(构)筑物的状况,一般采用以下几种形状。,三、管 棚,管棚的布设:(1)扇形布设:用于隧道断面内地层比较稳定,但拱部附近的地层不稳定的场合。,三、管 棚,管棚的布设:(2)半圆形布设:用于
6、隧道下半部地层稳定,但起拱线以上的地层不稳定的场合。此外,即使地层比较稳定,但地表周围有结构物、埋深很小时,也多采用此种布设。,三、管 棚,管棚的布设:(3)门形布设:隧道基础稳定,但断面内地层及上部地层不稳定时采用。,三、管 棚,管棚的布设:(4)全周布设:用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等极差的场合。但不提倡采用全周布设,用垂直底部和边墙的锚杆注浆取代,效果更好。,三、管 棚,管棚的布设:(5)上部一侧布设:隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需防护,或斜坡地形可能形成偏压时采用。,三、管 棚,管棚的布设:(6)上部双层布设:用于隧道上部有重要设施,拱部地层是崩塌性的、不稳定的地段,或地铁车
7、站等大断面隧道施工或突破水下段施工时采用。,三、管 棚,管棚的布设:(7)一字形布设:在铁路、公路正下方施工,或在某些结构物下方施工时采用。,三、管 棚,设计、施工要点:长管棚长度一般为1045m;管径70180mm;孔径比管径大2030 mm,环向间距0.20.8m,外插角12;两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5m;第一节钢管前端要加工成尖锥状,以利导向插入;要打一眼,装一管,由上而下顺序安装;,三、管 棚,设计、施工要点:长钢管应用46m的管节逐段接长,打入一节,再连接后一节,连接头应采用厚壁管箍,上满丝扣,丝扣长度不应小于15cm;为保证受力的均匀性,钢管接头应纵向错开;当需增加管棚刚
8、度时,可在安装好的钢管内注入水泥砂浆,一般在第一节管的前段管壁交错钻1015mm孔若干,以利排气和出浆,或在管内安装出气导管,浆注满后方可停止压注。,三、管 棚,四、超前注浆小导管,超前注浆小导管是在开挖前,沿坑道周边,向前方围岩钻孔并安装带孔小导管,或直接打入带孔小导管,并通过小导管向围岩压注胶结作用的浆液,待浆液硬化后,坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈;在此加固圈的保护下即可安全进行开挖等作业。,四、超前注浆小导管,四、超前注浆小导管,性能特点及适用条件:浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后,不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用,而且堵塞了裂隙,阻隔了地下水渗流的通道,起到了堵水作用。
9、超前注浆小导管不仅适用于一般软弱破碎围岩,也适用于含水的软弱破碎围岩。,四、超前注浆小导管,小导管布置和安装:小导管钻孔安装前,应对开挖面及5m范围内的坑道喷射510cm厚的混凝土封闭;导管一般采用32mm的焊接管或40mm的无缝管,长度36m,前端做成尖锥形;钻孔直径较管径大35mm以上,环向间距采用3550cm;外插角315。,四、超前注浆小导管,注浆材料:无水的松散地层,优先选用单液水泥浆;有水的强渗透地层,选用水泥-水玻璃浆液;断层带优先选用水玻璃类和木胺类浆液;弱渗透地层,选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液,如聚氨酯类、超细水泥浆;不透水的粘土层采用高压劈裂注浆;注浆材料的配比应
10、根据地层情况和胶凝时间要求,经试验确定。,四、超前注浆小导管,注 浆:注浆压力0.51.0MPa;一般要求单管注浆能扩散到管周0.51.0m的半径范围;注浆结束,做一定数量的钻孔检查或声波探测仪检查注浆效果;注浆后视浆液种类,等待4h(水泥-水玻璃浆)8h(水泥浆)方可开挖,开挖长度不宜太长,以保留一定长度的止浆墙。,四、超前注浆小导管,五、注浆工法,注浆是将注浆材料按一定配合比制成的浆液,通过一定的方式压入隧道围岩或衬砌背后的空隙中,经凝结、硬化后起到堵水和加固围岩作用的一种辅助施工方法。围岩注浆的作用有:加固围岩,增强围岩的自身强度、承载能力、自稳能力;提高围岩的密实性,减少地下水的渗量,
11、承担外水压力;减轻初期支护喷射混凝土层承受的外荷载,降低其刚度,增强其柔性,提高其抗渗能力。,五、注浆工法,注浆机理及适用条件:渗透注浆:适用有一定渗透性的地层,如破碎岩层、砂卵石层、中细沙层等;采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴、裂缝、孔隙里,凝固后将岩土或土颗粒胶结成整体,以提高地层的稳定性和强度。,五、注浆工法,注浆机理及适用条件:劈裂注浆:对于颗粒更细的粘土质不透水地层,采用高压浆液强行挤压孔周,在注浆压力的作用下,浆液作用的周围土体被劈裂并形成裂缝,通过土体中形成的浆液脉状固结作用对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层加固作用,以提高其强度和稳定性。,五、注浆工法,注浆机理及适用条件:
12、压密注浆:即用浓稠的浆液注入土层中,使土体形成浆泡,向周围土层加压使土层得到加固。高压喷灌注浆:通过灌浆管在高压作用下,从管底部的特殊喷嘴中喷射出高速浆液射流,促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下被切割破碎,随注浆管的向外抽出与浆液混合形成柱状固结体,以达到加固之目的。,五、注浆工法,注浆机理及适用条件:深孔预注浆一般可超前掌子面3050m,可以形成有相当厚度和较长区段的筒状加固区,从而使得堵水的效果更好,也使得注浆作业次数减少,它更适用于有压地下水及地下水丰富的地层中,也更适用于采用大中型机械化施工。,五、注浆工法,注浆机理及适用条件:如果隧道埋深较浅,则注浆作业可在地面进行;对于深埋长大隧
13、道可利用辅助平行导坑对正洞进行预注浆,这样就可以避免与正洞施工的干扰,缩短施工工期。看几幅图!,五、注浆工法,洞内超前注浆,五、注浆工法,地表超前注浆,平导超前注浆,五、注浆工法,注浆方法:注浆方法主要包括小导管预注浆工法、帷幕注浆工法、径向局部注浆工法、地表旋喷桩加固工法等。,五、注浆工法,注浆方法:(1)小导管预注浆工法隧道周围小导管注浆,是在开挖面前方,沿隧道开挖轮廓线外钻孔安管注浆,起稳定开挖面和止水作用,同时小导管还起到超前管棚支护作用。该工法具有施工设备少、工艺简单、成本低、质量可靠、安全等特点。,五、注浆工法,注浆方法:(1)小导管预注浆工法在隧道开挖前,沿开挖面的拱部外周打入直
14、径为3870mm的钢管,压注浆液,开挖时用钢架支护等支承这种钢管。小导管预注浆法适用于拱顶薄层松软带、断层破碎带、有地下水影响的地质下稳定、易于塌落掉块的、级围岩隧道段,它常同台阶法施工配合使用。,五、注浆工法,注浆方法:(1)小导管预注浆工法拱脚径向小导管注浆法还具有锁脚锚杆的功能,对防止正台阶落底时的下沉非常有利。,五、注浆工法,注浆方法:(2)帷幕注浆工法 帷幕注浆是在隧道开挖前,为了固结围岩,填充空隙或堵水而沿着开挖面及周围进行的注浆。帷幕注浆工法主要适用于极软弱围岩、大的富水断层破碎带、地下水发育可能引起大量地下水流失的隧道。,五、注浆工法,注浆方法:(2)帷幕注浆工法,五、注浆工法
15、,注浆方法:(3)径向局部注浆工法 径向局部注浆是在隧道开挖后,沿隧道径向进行的局部钻孔注浆。径向局部注浆工法主要适用于封堵隧道周边局部股流或小面积渗水以及固结局部围岩。,五、注浆工法,注浆方法:(3)径向局部注浆工法,五、注浆工法,注浆方法:(4)地表旋喷桩加固工法 地表旋喷桩加固是指在需要进行加固的土体上方,垂直钻设灌浆孔,高压注入空气、水及水泥浆,撕裂土体扩大灌浆范围,并利用水泥浆固结土壤,达到增加土壤自承力不足的作用。地表旋喷桩加固工法主要适用于软岩浅埋隧道、基础支承承载力不足、地下水位较高的明挖法围护结构的防水等。,五、注浆工法,注浆材料:常用的注浆浆液有水泥浆液、超细水泥浆液、特种
16、水泥浆液、水泥水玻璃浆液及各种化学浆液(如铬木素、聚氨酯、丙凝)等。注浆材料在很大程度上直接影响到堵水防渗和固结的效果,并关系到注浆工艺、工期及工程费用。选用注浆材料时,应注意以下几点:,五、注浆工法,注浆材料:(1)浆液在地层中要有良好的可灌性,即在一定的压力下,能渗到一定宽度的空隙和裂隙中。(2)浆液凝胶时间可以调节。(3)固化时收缩小,与岩石、混凝土、土壤等有一定的粘结力。(4)固结后有一定的抗压、抗拉强度和抗渗性、耐久性。,五、注浆工法,注浆材料:(5)稳定性好,以免过早地发生沉淀,影响浆液的压注。(6)为便于施工和增大浆液的扩散范围,浆液须具有良好的流动性。(7)当地下水有侵蚀性时,
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