隧道施工讲义多媒体(2)

第2章 新奥法隧道施工2.1 隧道新奥法施工程序与原则一、隧道新奥法施工程序（见下图示）二、新奥法隧道施工要点新奥法的要点：保护和充分利用围岩的自承能力（控制爆破技术）；喷锚柔性支护技术；复合式衬砌技术：二次衬砌砼在围岩-初期支护结构基本趋于稳定后施作；施工监控量测技术-反馈修正预设计。新奥法施工组织设计主要内容：合理开挖施工方法的选择；1图1.1 隧道新奥法施工总体程序2隧道总体开挖施工程序框图3现场监控量测布设； 施工工期和工序安排；隧道施工管理机构和劳动作业人员的组织隧道施工机械设备；隧道施工材料供应与计划。三、新奥法施工基本原则少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭42.2 新奥法开挖施工方法一、全断面法:1.施工顺序:全断面开挖喷锚支护二次衬砌2.适用条件:类(级)以上较好的围岩 3. 优点:施工工序较少,互相干扰较少,便于施工组织和管理;开挖断面较大,可采用深眼爆破来加快掘进速度;便于大型配套机械化作业,提高工作效率。缺点：每次深孔爆破震动较大，因而要求进行精心的钻爆设计和严格的控制爆破作业。5全断面开挖法工作面设备布置 674.注意事项：机械设备要配套,各工序要衔接好；各种辅助作业和设备的管理（如高压风管、高压 水管、通风管、电线和运输路线）要保持良好状 态；加强施工水文与工程地质条件的调查与预测；加强和重视施工操作人员的培训，改进施工管理 ；及时跟进施作喷锚初期支护。8l 上下台阶法图示92018/8/1410二、台阶法1.施工顺序:上台阶开挖与喷锚支护下台阶开挖与喷锚支护二次衬砌2.适用条件:类(级) 围岩 3. 优点:仍有较大的工作空间和较快的施工速度;超前的上台阶可起到地质超前预报作用;上台阶开挖岩支护后，对下部台阶开挖安全较为有利。缺点：围岩扰动次数增加，上下部作业相互干扰影响。114. 注意事项:台阶数不宜过多,台阶间的长度要合适；妥善解决好上下台阶作业的相互干扰问题；上部台阶开挖后，应注意拱部的安全；下部台阶开挖应注意上部围岩的稳定和安全；采用光面爆破或预裂爆破技术，尽量减少扰动影响。12三、台阶分部法1.施工顺序:与台阶法基本类似,但其上台阶又分为弧形导坑和残留核心土开挖两个步序。2.适用条件:类(级) 围岩为主 3. 优缺点:与台阶法基本类似4.注意事项：与台阶法基本类似13l台阶分部开挖法与侧壁导坑开挖法图示142018/8/14四、单侧壁导坑法（中壁工法或CD工法）1.施工顺序:上下、左右都分部开挖，中间设立柱钢架。2.适用条件:类(级) 围岩、进口加强段或大断面隧道3.特点：上下和左右都分部开挖施工，围岩扰动次数增加，上下部作业相互干扰影响。五、双侧壁导坑法（眼睛工法）1.施工顺序:上下且左中右都分部来开挖，中间设二道弧形临时立柱钢架。2.适用条件:类(级)及以下软弱围岩、特大断面隧道3.特点：上下和左中右都分部开挖施工，围岩扰动次数增加，上下部作业相互干扰影响。15CRD工法超浅埋大跨度施工技术162、CD法和CRD法 1718193、双侧壁导坑法 20三线大跨双侧壁导坑施工2122单、双侧壁导坑法施工注意事项：作业面多而窄，施工相互干扰大，须统一指挥、协调；围岩开挖扰动次数多，稳定性差，要加强对爆破的控制，尽量采用短进尺松动弱爆破；下部开挖要注意对上部支护结构的影响；上下部型钢要对接好，使初期支护与围岩形成整体；两侧马口开挖要交错开，避免上部断面两侧拱脚同时悬空；下部边墙要短进尺开挖，并及时施作初期支护；监控量测工作应跟踪实施。23242.3 隧道开挖爆破简介一、炮眼类型与布置1.周边眼:其作用是爆破后使隧道断面达到设计的形状和尺寸。眼口位置一般沿设计轮廓线均匀布置。2.辅助眼：其作用是进一步扩大掏槽体积和爆破量，并逐步接近开挖断面形状，为周边眼创造有利的爆破条件。辅助眼由内向外，逐层布置，逐层起爆。3.掏槽眼：一般布置在断面中央偏下部位，其作用是在开挖面上先掏出一个小型槽口，以形成新的临空面，为后爆辅助炮增创更有利的临空面，提高爆破效率。25掏槽方式：斜眼掏槽、直眼掏槽斜眼掏槽：炮眼与掌子面斜交，又可分为楔形掏槽（常用）、锥形掏槽和（向上）单向掏糟三种亚类。优点：可以按岩层的实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，容易把石渣抛出，而且掏槽眼的个数较少。缺点：眼深受工作面尺寸的限制，也不便于多台钻机同时钻眼，钻眼方向不易控制好。直眼掏槽：其延伸方向垂直于掌子面，也可分为多种形式。2627直眼掏槽的优点：便于多机同时钻眼和不受工作面尺寸对爆破进尺的限制，可采用深孔爆破，从而为加快掘进速度提供了有利条件，掏槽石渣抛掷距离较短。目前现场多采用直眼掏槽。直眼掏槽的缺点：炮眼个数较多，炸药单耗量也要加大，炮眼位置和方向要求有较高的精度，才能保证良好的爆破效果。28二、光面爆破技术光面爆破是通过调整周边眼的各个爆破参数，使爆破先沿孔的中心连线形成贯通的破裂缝，然后内圈岩体裂解并向临空面方向抛掷。光面爆破在围岩中产生的裂缝较少，其技术要点如下：不耦合装药：即所采用的药卷直径小于炮孔直径，使炮孔内壁和药卷之间留有间隙。不耦合系数一般制在1.252.5。严格控制周边眼间距（E）、抵抗线（W）、相对距离（E/W）和装药集中度（q）29光 面 爆 破 主 要 参 数 表岩石周边边眼 间间距/cm装药药不偶 合系数D周边边眼 最小抵抗 线线W/cm相对对距 离E/W装药药集中 度q Kg/m硬 岩55701.251.570850.810.30.35中硬岩45601.5260750.810.20.3软软岩305022.540600.50.8 0.070.1530光 面 爆 破 效 果 要 求序号项项目硬岩中硬岩软软岩1平均超挖量/cm1015102最大超挖量/cm2025153炮痕率/%80604局部欠挖量/cm5555炮眼利用率/%90909531采用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好及爆炸威力大的炸药（如2号岩石硝铵炸药）；炮眼起爆顺序为：掏槽眼-辅助眼-周边眼-底板眼，辅助眼则由里层向外层逐层起爆；保证周边眼同时起爆。一般采用毫秒雷管、导爆管起爆。32三、预裂爆破预裂爆破的分区起爆顺序为：周边眼-掏槽眼-辅助眼-底板眼。它是以预先爆破周边炮的办法，沿设计轮廓线炸出一个贯通预裂缝（预留光面层），从而把开挖部分的主体岩石与其外部围岩分割开，使紧随其后爆炸的掏槽炮和辅助炮爆炸时，其主体爆破产生的冲击波的破坏作用被预裂面所隔断而受到大量衰减，因而更有效地减少了对围岩的扰动和减少超欠挖的目的，因而运适用于稳定性差的软岩或破碎岩层中。33预 裂 爆 破 主 要 参 数 表岩 石周边边眼间间距 E/cm周边边眼抵抗 线线W/cm装药药集中度q(Kg/m)硬 岩4050400.350.4中硬岩4045400.250.35软软 岩3040300.090.1934普通爆破 （A）预裂爆破 （B）降低比 （B/A）爆 破 参 数总炸药Ill（kg) 单位炸药M (kg/m3） 炮眼数（个） 单位炮眼数（个/m3）44.4 0.90 93 2.816.5 0.34 69 2.10.37 0.37 0.74 0.75爆 破 振 动振动速度（cm/s)水平 垂直1.00 2.750.32 0.300 .32 0.11k值（）掏槽水平 垂直478 65539 470.08 0.07扩大水平 垂直138 14923 290.17 0 .19普通爆破与预裂爆破的试验比较 352.4 出渣运输出渣作业:装渣、运渣、卸渣一、装渣计算单循环虚渣体积 Z=R*L*S式中 R:岩体松胀系数; :超挖系数，一般取1.151.25; L:设计设计 循环进环进 尺/m;S:开挖断面面积积/m2。36岩 体 松 胀 系 数 R 值岩体 类别类别土石 名称砂砾砾粘性 土砂夹夹 卵石硬粘 土石质质石质质石质质石质质松胀胀 系数 R1.151.251.31.351.61.71.81.8537二、装渣方式 1.人力装渣:劳动强度大，速度慢，少用；仅在导坑分部法机械无法使用时采用。2.机械装渣：劳动强度小，速度快。常用装渣机有(教材P.3133图示)： 翻斗式装渣机; 蟹爪式装渣机; 立爪式装渣机; 挖斗式装渣机; 铲斗式装渣机。38三、出渣运输1.无轨运输:常用各种自卸式汽车运输车出渣。优点：机动灵活，能适用于弃渣场离洞口较远和道路 坡度较大的场合。缺点：多采用内燃机驱动，作业时在整个洞中排出废气，污染洞内空气，需要机械通风。2.有轨运输:需辅设专用小型轨道，多采用电力驱动，仅适用于斜井辅助坑道和煤层瓦斯隧道的施工。弃渣应作综合利用考虑，可用作骨料或洞外路堤填方。弃渣场地应作统一设计，注意环境保护。39大吨位柴油机车40大吨位电力机车41有轨运输机械化运输作业线42自动翻渣设备43无轨运输机械化作业线442.5 隧道施工中涌水处理方法一、超前钻孔或辅助坑道排水超前钻孔排水技术要求：使用轻型探水钻机或凿岩机钻孔；钻孔孔底应在水流的上方，孔口应有保护装置；洞内要有配套排水措施，以保证能迅速将水排出洞；超前钻孔应 超前开挖面2个以上的循环进尺。45辅助坑道排水施工要求：辅助坑道应尽量和正洞平行；辅助坑道底标高应低于正洞底标高；辅助坑道应超前正洞1020m。二、超前小导管预注浆法堵水小导管采用32以上的花管，长度35m；外插角10º 30º，环向间距20 50cm；钻孔及注浆顺序应由外圈向内圈进行；宜采用水泥浆或水泥-水玻璃浆液，注浆压力0.51MPa。46三、井点降水法（条件：埋深不大时）在隧道两侧地面按间距20m左右布置井点，井底应挖至隧底以下35m，用井泵抽取地下水，从而降低地下水位，形成降水漏斗，处治涌水。472.6 隧道施工初期支护2.6.1 喷锚支护特点、作用与效果一、特点灵活性； 及时性； 密贴性；深入性； 柔性； 封闭性。二、喷锚支护作用与效果1. 锚杆支护作用与效果:支承围岩;加固固岩;提高层间摩阻力,形成“组合梁”; “悬吊作用”。48喷 射 混 凝 土 的 施 工 场 景492. 喷射砼的作用与效果:防护与支承作用;“卸载”作用;填平补强围岩;覆盖围岩表面;阻止围岩松动;分配外力。3. 钢筋网及钢纤维的作用与效果:防止收缩裂隙或减少裂隙数量和限制裂缝宽度；提高支护的抗震能力；使喷层应力得到均匀分布，改善变形性能，增强喷锚支护的整体性；增强喷层的柔性；提高喷层承载力。504. 钢拱架的作用与效果: 加强限制围岩变形：因钢拱架的刚度较大，它对围岩松驰变形的限制作用更强硬，可以及时阻止有害松动。 作为超前支护的后支点； 承受部分松驰荷载。2.6.2 喷锚支护的主要设计方法工程类比法;现场监控法;理论计算法512.6.3 锚杆施工一、锚杆种类按锚固形式分为以下四大类型：1.端头锚固式锚杆:机械式、粘结式内锚头锚杆二个亚类2.全长粘结式锚杆:又可分为水泥浆、砂浆、树脂全粘结式锚杆三个亚类.3.摩擦式锚杆：又可分为缝管式、楔管式锚杆二个亚类.4.混合式锚杆：又可分为先张拉后灌浆预应力锚杆和先灌浆后张拉预应力锚杆二个亚类.52锚杆的锚固 方式53自进式锚杆54锚杆台车图55二、锚杆施工原则开挖后一般先钻孔安设锚杆，然后再挂网和喷射砼；锚杆的直径、长度、间距、方向应符合设计要求；锚杆的尾端宜加垫片；锚杆杆体露出岩面的长度不应大于喷层的厚一度。三、锚杆质量与技术要求1.砂浆锚杆杆体应调平直、除锈；优先使用普通硅酸盐水泥；采用清洁、坚硬中细砂，粒径不宜大于3mm。562.缝管式摩擦锚杆质量与要求 3.楔缝式内锚头