地下工程-浅埋暗挖施工(课件).ppt

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1、1,第10 章 矿山法隧道施工,隧道是在山体中开凿或地层中建造的通道。修建隧道时，先按照设计尺寸在地层中挖出土石，以形成符合设计和规范要求的隧道断面轮廓，并及时进行必要的支护和衬砌，以控制围岩的变形，确保隧道安全和永久使用。隧道按用途:公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、公共市政隧道；隧道按工法：明（盖）挖隧道、浅埋暗挖隧道、盾构隧道、沉管隧道、顶管隧道、TBM隧道、矿山法隧道；隧道按区域：山岭隧道、水底隧道、市政隧道,2,10-1 明(盖)挖法隧道,1、定义：是通过桩基等工程手段建立地下维护结构、然后分段实施挖土、砌筑，完成的隧道；通常用于地铁车站段施工，又分明挖法隧道和盖挖法隧道；2、明挖法隧道

2、的施工程序：明挖则占用地面，开膛破肚往下掘衬施工；,3、盖挖法隧道施工程序：盖挖则预作盖板来少占路面。,3,4、围护结构：排桩围护结构（钢板桩、挖孔桩、钻孔桩、SMW(水泥搅拌桩)；地下连续墙；土钉墙；内支撑形式：现浇钢筋混凝土水平框架：圆形钢管；H型钢；对口撑；角撑；斜撑,4,5、明挖施工工艺过程,维护结构施工 基坑内井点降水(基坑加固和封水)第一层开挖设置第一道支撑第N层开挖第N层支撑最底层开挖底板浇筑混凝土最下层支撑拆除混凝土内衬浇筑自下向上逐步拆支架顶板浇筑混凝土,5,6、盖挖顺作施工工艺,在地表作业完成挡土墙结构后，以定型的预制标准覆盖结构置于挡土结构上，维持交通等需要，往下反复进行

3、开挖和支撑，直至设计标高，依次由下而上，施工主体结构和防水措施，最后回填土和恢复管路系统，恢复道路。,6,6、盖挖顺作施工工艺,定型的预制覆盖板结构由型钢纵横梁和钢-混凝土复合路面板组成，路面板通常厚200mm、宽300mm 500mm、长1500mm 2000mm，有吊装孔，方便安装和拆卸。,7,7、盖挖逆作施工工艺,目的：1）减少地层沉降，2）及早恢复路面注意事项：1）仍然需要少量增加预应力横撑；2）中层楼板需要悬吊或支撑；,8,7、盖挖逆作施工工艺,3)、单层墙防水结构难做，双层结构防水结构较好,9,10,8、盖挖半逆作施工工艺 盖挖半逆作法和逆作法的区别在于完成顶板及恢复路面后，向下挖

4、土至设计标高后，浇筑底板，再依次序向上逐层浇筑侧墙、楼板。因此，一般需要加横撑并施加预应力。9、明挖、暗挖复合工艺：很多车站受环境条件限制，无法采用全明挖或盖挖施工的结构模式，而全部采用暗挖难度大、工期长、造价高，因此折中采用明挖和暗挖相结合的方法。,11,10-2 矿山法新奥法浅埋暗挖法,二、新奥法（New Austrian Tunneling Method)是由奥地利学者拉布谢维茨教授于1948年提出，1956年获专利权，奥地利隧道施工法的简称。理论是：开挖应尽量减少对地层的扰动的方法，对完全的土质采取机械和人工开挖，对于石质采取光面爆破；在支护手段上，采取喷锚衬砌，把衬砌和围岩堪称一个整

5、体，既发挥围岩的自承能力，又能使得锚喷起到加固围岩的作用。,一、矿山法 开挖方法:人工和小型机械化、或钻爆法等；支护方式:支架(木头、型钢)、砌筑、浇筑或锚喷；掘砌工艺:全断面；横断面上分部开挖；纵断面上正台阶或反台阶开挖,12,人们常把“喷射混凝土、锚杆、量测”称为“新奥法”的三大要素。,13,新奥法的内涵：有人归结22条，有人归结7条，其实只有1条，就是保护围岩，调动和发挥围岩自承能力，以此来选择开挖方式、支护方式和作业时机。三、浅埋暗挖法（暗挖矿山法）1、浅埋暗挖的由来，它是上世纪80年代后期根据北京地铁隧道复兴门折返线施工总结出来的。曾用名“软弱地层新奥法”、“中国特色新奥法”、“北京

6、地铁浅埋暗挖法”。2、浅埋暗挖的“十八字”方针：“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”。,管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈,14,技术原型：以创造的小导管超前支护施工技术，包括“8”字形网构钢拱架设计与制造技术，以正台阶环形开挖留核心土施工方法，以相应的监测仪器、监测方法和用变位进行反分析计算方法。初次试验：于20 世纪 80 年代中期在大秦线军都山铁路隧道双线进口黄土试验段研究成功。实施成功：1986 年 5 月 1987 年 5月，结合北京地区地质和水文地质情况，在北京地铁复兴门折返线工程设计与施工中，首次应用浅埋暗挖技术并获得成功。,15,3、浅埋暗挖工

7、法的原理浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念；采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法进行设计和施工时，同时采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全生产与施工。,16,适用范围：是在软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其它浅埋结构物的施工方法。它主要适用于不宜明挖施工的

8、表土地层，覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。对于高水位的类似地层，采用堵水或降水、排水等措施后也适用。尤其对于结构埋置浅、地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地面沉陷要求严格的都市地区更为适用。优点：以城市地铁为例，与明挖法（盖挖法）相比，具有简单易行，无需多种专业设备，灵活方便，不同跨度、多种断面，适合国情的好方法。(尤其对于区间隧道)。缺点：速度慢，喷射砼粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水差。,17,军都山隧道是中国第一座重载铁路双线隧道，位于北京市延庆县东南，燕山北麓，大秦铁路延庆车站与铁炉村车站之间。全长8460米，是我国已运营的第三座长大铁路隧道。隧

9、道地质构造较为复杂，进口端有670米黄土砂质粘土段，从拱顶到地表面的埋深厚度仅有1223米，最薄地段只有3.6米；出口端有70米是洪积块石土堆积层,18,北京地铁复兴门车站折返线,19,4、主要要工艺过程 1）人工或半机械辅助开挖（风镐）；2）降排水施工；,20,3）超前锚杆和小导管注浆超支护；,21,9-6 预支护及辅助稳定措施,4）管棚长距离超前支护,22,人工掘进、风镐掘进,23,5）管棚,24,6）“8”字形钢拱架,25,7）喷射混凝土施工,26,喷射混凝土工艺,27,A类量测项目：围岩及支护状态描述；地表及建筑物沉降；拱顶沉降；周边净空收敛;B类量测项目：围岩内部位移，围岩压力；格栅

10、钢筋内力；初衬和二次衬砌的表面应力；锚杆内力;,8）安全监测,28,9）出渣和排土 隧道掘进中，装渣运输作业在一定条件下会成为影响掘进速度的重要因素。出渣排土由四个环节组成：装(装车)、调(调车)、运(运输)、卸(卸渣)。（1）装渣：装渣机具应与运输车辆配套，应能发挥机具的较高效率，从而提高装渣速度。装渣能力应与每次开挖土石方量及运输车辆的容量相适应。（2）调车：运输作业的效率，与车辆调度有很大关系。有轨运输时，开挖面应有调车设备，以加快空车调入。,29,（3）运输:运输是把石渣运到洞外，并在指定地点弃渣，此外，洞内需要的材料、机具等(如洞内用混凝土集料、支撑材料、回填材料、施工用机具)需运入

11、洞内指定地点。运输方式分有轨式和无轨式，应根据隧道长度、开挖方法、机具设备、运量大小等选用。（4）卸渣:卸渣应根据弃渣场地形条件、弃渣利用情况、车辆类型，妥善布置卸渣线，卸渣应在卸渣线上依次进行。此外，卸渣宜采用自动卸渣或机械卸渣设备，并应有专人指挥。卸渣场地应修筑永久排水设施和其他防护工程，确保地表径流不致冲蚀弃渣堆。轨道运输卸渣时，卸渣码头应搭设牢固，并设挂钩、栏杆，轨道末端应设置可靠的挡车装置。,30,10、二次衬砌模筑台车整体移动式模板台车穿越式分体移动模板台车拼装式拱架模板,31,模筑混凝土衬砌混凝土工艺施工,灌注混凝土应两边对称分层灌注和捣固，超挖部分亦同时在两侧对称回填。拱圈衬砌

12、由两侧拱脚向拱顶对称灌注，间歇及封顶的层面应成辐射状。压浆、仰拱和底板；,32,拱顶死封顶方法,拱与墙连接处的墙顶封口,33,11、浅埋暗挖地铁隧道的设计原理,浅埋暗挖地铁隧道的设计是确定施工方法、支护手段、和衬砌结构于一体的过程，这一点和地面建筑设计迥然不同。,34,需要经过“预先设计”和“修正设计”两个阶段。,35,1）标准设计：根据我国的围岩分类，制定了单线和双线隧道的标准支护参数。套用标准设计。2）类比设计：对拟建项目的围岩条件进行分级，与已经完工的项目进行对比，考察地质条件、围岩条件、色剂条件的类似性，然后确定施工方法和支护参数3）解析设计：建立结构力学模型或岩石力学模型，进行设计和

13、计算。,36,开挖顺序：1.全断面开挖；2.锚喷支护；3.灌筑衬砌,1）、全断面法,12、隧道（浅埋暗挖）施工方案,37,1）、全断面法 在围岩稳定、完整，开挖后不需临时支护，施工有大型机具设备的情况下，可采用全断面开挖法。该法特点是：开挖断面与作业净空大，便于大型机具设备的应用，工序简单，各工序干扰少，断面一次挖成，能够较好地发挥深孔爆破的优越性，提高钻爆效果；各种管线铺设便利并较少被爆破损坏，运输、通风、排水等条件均较有利；便于施工组织与施工管理。但是由于应用大型机具，需要相应的施工便道、组装场地、检修设备、足够的能源，因此该法的应用往往受到条件限制。适用范围：IVVI类围岩的石质隧道施工

14、。,二、台阶法,38,（一）正台阶法开挖1、上下两部分开挖法，,39,二）台阶法 台阶法按上台阶超前长度分为长台阶法(台长50m以上)、短台阶法(台长550m)和微台阶法(35m)三种。采用长台阶法时，上下部可配属同类较大型机械平行作业，当机械不足时也可交替作业。当遇短隧道时，可将上部断面全部挖通后，再挖下半断面。该法施工干扰较少，可进行单工序作业。短台阶或微台阶二种方法可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但施工干扰较大，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助开挖措施稳定开挖面，以保证施工安全。适用范围：IVII类较软或节理发育的围岩。,40,41,2、多部分步开挖核心土台阶 1.5

15、D,42,2、多部分步开挖核心土,台阶法地层变位,43,44,开挖顺序：1.下导坑开挖；2.上弧形导坑开挖；3.拱部锚喷支护 4.拱部衬砌；5.设漏斗，随着推进开挖中核 6.下半部中部开挖；7.边墙部开挖；8.边墙锚喷支护衬砌,二、导坑开挖法,45,4）上下导坑法 此法设有两个导坑，先挖出上部断面，然后把拱圈修筑好，在拱圈保护之下开挖下部断面，然后再修筑边墙等。上导坑位置应考虑到围岩压力增长有可能顶部支撑不能拆除，在永久支护修筑之前支撑有一定沉落，因此支撑需架设在设计轮廓线外，并根据地质情况预留沉落量。沉落量的大小，土质隧道为3060cm，石质隧道为2040cm。该法最大优点是施工安全。设两个

16、导坑，运输、通风、排水、管线路布置等都易解决，能拉开工作面，便于使用小型机具。遇地质情况变化，变换施工方法较易。缺点是该法工序多、干扰大，施工管理不便，两个导坑也增加开挖费用。,46,5）上导坑法 上导坑法是导坑法的一种，此法在隧道上部断面设有一个导坑，先挖出此断面，然后按顺序开挖其它部位。适用范围：IIIII类围岩的洞口段辅助开挖。,开挖说明：1.上导坑开挖 2.上半部其它部位开挖 3.拱部锚喷支护 4.拱部衬砌 5.下半部中部开挖 6.边墙部开挖 7.边墙锚喷支护及衬砌,三、分部台阶开挖法,（一）单侧壁导坑超前台阶法（二）中隔墙法（CD）和交叉中隔墙法（CRD）（三）双侧壁导坑超前中间台阶

17、法（四）双隔墙中间预留核心土法,47,1.中壁墙法CD法(Central Diaphragm),48,发展了正台阶法将大、中跨的硐室变成中、小跨的硐室台阶长度57m,CRD施工顺序：两侧交叉开挖，步步封闭成环，将大段面分为小段面；,49,I部开挖支护II开挖支护III埠开挖支护-IV开挖支护 V部分开挖支护VI部开挖支护拆除十字中隔墙二次支护,50,51,中壁法 CD法 中壁法与台阶法开挖相比，中壁法开挖引起的地表下沉量较小，因此特别适用于扁坦大跨度浅埋隧道开挖。施工时，需注意临时支护结构要坚固可靠、及时，必要时用“先撑后挖”方式进行开挖(如插板法等)。该法优点是安全可靠，坑道暴露时间短，开挖

18、面小，对围岩扰动小。衬砌为先墙后拱，质量较好。但施工进度慢，导坑多，造价高，通风排水困难。适用范围：地质条件较差、断面大、地表沉降需要控制的场合。,52,（三）双侧壁导坑超前中间台阶法（眼镜法）,双侧壁导抗中间台阶开挖顺序,53,3）分部台阶法 台阶分部法是将开挖面分成环形拱部、上部核心及下部台阶三部分，根据地质好坏，将环形拱部断面分成一块或几块开挖。环形开挖进尺一般不应过长，以0.51.0m为宜。台阶分部法的主要优点：与微台阶法相比，其台阶可以加长，一般可取1倍洞跨；与侧壁导坑法相比，其机械化程度较高，施工速度可加快；核心土及下部开挖在拱部初期支护的保护下进行，施工安全性好。适用范围：III

19、II类围岩或一般土质围岩地段。,54,（四）双隔墙中间预留核心土法,地层条件差，CD/CRD/眼镜法不行时；跨度10m时采用,55,北京地铁东单车站共设两座风道,其中东南风道与车站主体结构正交,北侧在长安街下,中部及南侧穿过居民区,风道全长43.4m,其中部设有与风道轴线垂直的冷风机房及设备房各一座。图 风道穿过的建内大街74#民院,均为砖砌平房,共居住10户居民。考虑了台阶法、眼镜法、桩柱法三种施工方案。台阶法施工,地表沉陷量大,不能满足基本要求,因此不予采用。在此基础上,从地面沉陷量、方案可靠性、造价、工期等方面对眼镜法和桩柱法进行了比选,决定采用后者施工。,洞桩法：北京地铁东单车站风道施

20、工,56,57,58,59,60,61,北京地铁四号线马家楼站石榴庄路站（暗挖法）及石榴庄路站工程，车站总长 188.04 m，车站主体两端采用明挖顺作法施工，为保证石榴庄路的交通不受影响，在过石榴庄路下的结构采用中洞法施工。结构形式为单层双柱三连拱结构，暗挖段隧道宽 20.8m，高 13.2 m，顶板埋深 7.75 m。站位地层自地表以下依次为：人工填土、第四纪全新世冲洪积地层（厚约为 10 m）、以下为晚更新世冲洪积地层。车站主要修建在粉质粘土、粉细砂、圆砾卵石和粘土层中，底板进入圆砾卵石层中。在车站范围内，自地面下 20 m 范围内的饱和粉土及砂类土不液化。地下水位为地下 22 m，在车

21、站结构的底板以下。,中洞法施工（实例之二）,62,63,64,65,66,67,地铁5号线天坛东门站中洞法施工,68,实例：光华路车站效果图,69,总平面布置图,东南出入口,东南竖井,东北出入口,京广桥,东三环中路,光华桥,西北竖井,西北出入口,西南出入口,70,主体结构横断面,地铁隧洞,站台层,站台,站厅层,71,二、机械开挖法 机械开挖法适合于软弱破碎围岩,在全断面一次开挖中已采用大型掘进机械,在分部开挖中多选用小功率、小尺寸的小型挖掘机。,72,73,74,75,76,77,作 业,盖明挖隧道的围护结构有哪些？简述明挖顺作法，盖挖顺作法、盖挖逆作的施工工艺？隧道的种类有那些?新奥法的三要素是什么，内涵概括一句话是什么？浅埋暗挖的施工原理是什么？预支护和辅助稳定措施有哪些？浅埋暗挖施工的检测项目包括哪些？,你对本课程有何建议？愿意选择土木工程施工课程的作为考研的课程吗，为什么？有何建议？,78,