地下工程辅助工法.ppt

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1、2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,1,4-7 辅助工法一、概述在隧道开挖和支护时，将使掌子面稳定控制地表下沉和加强围岩、地下水处理等的施工方法统称为“辅助工法”。二、采用辅助工法的情况1、未固结围岩和膨胀性围岩；2、砂层砂砾层围岩和互层围岩；3、风化花岗岩的围岩和强风化岩；4、软弱的粘土质岩和蛇纹岩；5、结晶片岩和古生层的破碎带、6、大量高压涌水的围岩；7、浅埋隧道和接近结构物的隧道。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,2,三、辅助工法的分类辅助工法按其作用目的分为稳定掌子面、控制地表下沉和加强围岩、地下水处理等类。、稳定掌子面的辅助工法掌子面：施工中的开挖面。近年由于山岭隧道

2、的增加，在自稳性差的围岩中施工的情况愈来愈多，掌子面稳定问题成为隧道开挖技术中的重要问题。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,3,采用各种辅助工法，提高掌子面和拱顶的稳定。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,4,稳定地表及地表下沉的辅助工法分为改善整体围岩和改善掌子面上方围岩为目的的两大类。（）改善整体围岩的辅助工法有药液压注法、冻结法及垂直锚杆法。药液压注法 压注法是向地层中压注浆液，造成固结土，降低地层的透水性，同时强化地层，是构筑地下结构物中不可缺少的辅助工法。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,5,冻结法地层冻结工法是地层改良工法的一种，在软弱地层和有地下水的地

3、层暂时地人工冻结形成冻土，利用冻土的稳定作用和遮水作用构筑结构物，工程完成后再把冻土解冻，恢复原地层的工法。特点：适用于构筑地层；冻土坚固、遮水性高；容易预测冻结范围，可靠性高；对大气和地下水无污染；与其他工法比较工费高等该法分为低温液化气方式（直接方式）和盐水方式（间接方式）两种。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,6,垂直锚杆法在隧道开挖前，在隧道上部钻孔，钻孔中插入粗钢筋，再充填砂浆或水泥浆，在地层中形成任意程度的棒状的钢筋加固体，可以阻止因开挖产生的围岩变形，提高围岩的抗剪切强度。在防止地表下沉、稳定隧道掌子面。处理偏压、防止坡面崩塌等情况时十分有效。在浅埋的软弱围岩和滑坡地段

4、等施工条件恶劣的地点，应用极为广泛。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,7,（）改善掌子面上方围岩 改善掌子面上方围岩的辅助工法有管棚法、水平高压旋喷法两种。管棚 是在隧道开挖之前，沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道平行钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆，来增加钢管外周围岩的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化的方法。一般多在洞口施工时采用。根据使用的钢筋直径分类，有小直径钢管管棚和中、大直径钢管的管棚。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,8,管棚工法的效果主要为梁效应和加强效应：梁效应是指钢管先行施设后，在掘进时，钢管在掌子面和后方的支撑下，形成梁式结构，可

5、防止围岩的崩塌和松弛。加强效应是指钢管插入后，压注水泥浆，加强了钢管周边的围岩。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,9,水平高压旋喷法 在掌子面与隧道轴线平行时，用特殊机械钻孔，同时向管体内高压喷射水泥浆液，形成的圆柱体（桩）的工法。是改善掌子面自稳性和控制地表下沉的较好的方法。缺点是设备庞大。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,10,地下水对策辅助工法 涌水的对策工法大体上分为两大类，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）。（）降低地下水位法从地表降低地下水位 在地面设深井点从隧道内降低地下水可在隧道内设深井点、水平钻孔、超前坑道等，,2023/9/7

6、,第四章 第四节 盾构法,11,（2）止水工法一般配合排水法进行药液压注工法压气工法冻结工法,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,12,4-8 量测技术一、信息化施工、量测的必要性隧道工程是实践很强的学科，既不能单靠理论推导也不能完全采用工程类比。近年来，普遍采用的信息化施工，即可使经验方法科学化，又可使理论分析具有实际的背景。1、信息化施工（情报化设计）,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,13,(1)概念是指通过施工前和施工过程中对导洞、试验洞或正洞的量测（包括拱顶沉降、洞周收敛变形、地中变位、支护与围岩相互作用力等），以这些实测的量测值作反演分析，用来监控围岩和支护的动态及稳

7、定与安全，根据及时获得的量测信息进一步修改和完善原设计；并指导下阶段施工；确定支护施作方式和时间；调整施工参数：以期获得最优地下结构物的一种方法。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,14,（2）流程图（P146、图4-14）,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,15,（3）过程：预设计在初步地质调查和室内岩石力学试验基础上，通过理论分析或工程类比对支护结构和施工决策做出预设计现场监测然后，在施工中对围岩和支护结构的力学状态的变化进行监测，数据分析和处理将所量测到的能反映隧道结构体系力学状态的物理量（如坑道周边某些测点上的位移值，或某一基线上的净空变化值）加以综合和处理。,2023

8、/9/7,第四章 第四节 盾构法,16,信息反馈通过所谓“反分析”技术，根据监测的信息反推出表征围岩性态及其地质环境的初始参数，然后再将它输入模型中重新进行理论分析，并根据新的计算结果及时调整和确定支护结构的参数和施工决策。（4）特点施工监测、理论分析、经验判断相结合，调查、设计、施工相交叉的设计、施工流程，非常符合隧道工程特点的。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,17,2、量测是信息化施工中非常关键的一环，不可缺少二、量测方法及设备1、收敛计（1）收敛：坑道开挖后，随着围岩应力重分布，坑道相对侧壁的距离将产生变化，当围岩应力趋于平衡时，这种变化逐渐趋于稳定，这变化过程称为“收敛”。

9、（2）收敛量测这种相对距离的量测称为收敛量测。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,18,（3）收敛计量测收敛的仪器称为收敛计。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,19,2、机械式钻孔位移 机械式钻孔位移计的原理是在孔内设一根测杆，一端固定在钻孔底部，另一湍于孔口，用百分表测量钻孔口壁与钻孔底固定点间相对位移，如果钻孔深度位于原岩，可粗略认为测值值为绝对位移。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,20,液压式测试元件 液体的流动性和体积不可压缩性，使它可成为传递压力和变形的理想介质。液压式元件就是利用液体作为传递介质的一种元件。其代表性元件有压力枕和液压式压力盒两种。锚杆拉

10、力计 锚杆拉力计主要用于锚杆拉拔试验。振弦式测试元件 金属弦的自振频率，与其受力有关，可用于测应力、应变、压力等。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,21,岩土压力盒 主要用来测定边界的接触压力、压力盒的量程和精度取决于受力的膜的厚度。7、隧道激光断面测量仪主要是采用非接触测量方式，并通过全断面测量采集数据，处理数据并提供断面图形以及各测点坐标，获得实际断面与设计断面的差异。如超欠挖状况，通过喷锚前后和衬砌前后的断面对比，可获得其喷层厚度和衬砌厚度。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,22,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,23,三、现场监控量测的设计1、现场监控且测的

11、技求要求（）快速埋没测点；（）一次量测的时间尽可能短；（3）量测元件有足够精度，良好的防震、防冲击波的能力，埋没后能长期、有效的工作；（）量测数据直观。准确可靠，不必复杂计算即可直接应用。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,24,2、监控量测项目a、以监控地下结构物稳定性为目的项目（1）地质和支护状况观察；（2）周边收敛、拱顶下沉量测；（3）地表、地中下沉、围岩松弛范围量测；（4）围岩内部位移量测（地表或洞内设点）；（5）衬砌内的应力和应变量测（切向或径向的应力）：（6）喷层表面应力，接触应力和锚杆轴力量测。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,25,2、以监控质量为目的项目（1

12、）锚杆拉拔力量测；（2）喷射混凝土与岩石粘结力试验；（3）喷射混凝土强度质量的控制和单轴抗压极限强度的验收；（4）喷射混凝土厚度检查和粉尘测定；（5）初期支护外观与隧道断面尺寸的检验；（6）二次衬砌抗压强度和厚度的检查。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,26,四、现场监控量测的方法1、地质和支护状态观察 地质和支护状态观察包括工作面观察和支护结构的支护效果观察。（）观察频率 每一循环进尺，都必须进行一次工作面观察，对已成洞地段主要是支护效果的观察。（）观察内容 工作面工程地质和水文地质情况观察和描述。工作面附近初期支护状态观察和已成洞的支护效果观察：包括锚杆锚固效果，喷层开裂部位、宽

13、度长度及深度，模筑混凝土衬砌的整体性，防水效果等，,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,27,周边位移量测（P218）（1）基本概念收敛隧道内壁面两点联线方向的位移之和称为“收敛”，收敛量周边位移量测称“收敛量”。相对收敛收敛速度,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,28,（2）收敛量测设计 量测断面间距 应保证沿隧道轴线每类围岩至少有一个量测断面。量测频率 按P218表一取值，原始记录及量测资料整理,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,29,拱顶下沉量测（1）拱顶下沉值 隧道拱顶内壁的绝对下沉量（2）拱顶下沉速度单位时间内的拱顶下沉值。拱顶下沉量测的断面间距、频率、初读数的

14、测取等要求同收敛量测。每个断面布置个测点，测点设在拱顶中心及附近。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,30,4、地表及地中下沉量测浅埋隧道开挖时必然引起地面沉陷，量测的目的是了解地面下沉范围和量值，地面及地中下沉随工作面推进的规律，以及下沉稳定的时间。一般用水平仪量测。围岩内部位移量测是选择量测项目，主要目的是了解隧道围岩的径向位移分布和松弛区域范围，获得决定锚杆长度的判断资料。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,31,锚杆轴力量测 量测锚杆中的变形，求出锚杆轴力。与收敛量测及围岩内位移量测一起研究和修正锚杆的设计参数。主要使用量测锚杆。量测锚杆的杆体是用中空的钢材制成，其材质

15、同锚杆一样。衬砌应力量测 衬砌应力量测量是为了研究一次衬砌或二次衬砌内的应力分布以及外荷载情况，作为分析和评定安全性的依据。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,32,五、量测数据的反馈 1、信息反馈修正设计 信息反馈修正设计指在隧道开挖后，根据施工信息对施工前预设计所确定的结构形式、支护参数。预留变形量。施工工艺和方法以及备工序施作的时间等的检验和修正，贯穿于整个施工过程的设计阶段。信息反馈修正设计包括施工方法变更的建议、施工工序的更改、预留变形量的修改或确认、设计参数的修改和确认、采用辅助施工措施的建议等。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,33,2、反分析计算（1）目的是利用已经得到的量测信息，进行反分析计算，提供开挖工作面附近已经开挖地段和尚未开挖地段的地应力大小、方向和围岩的物性指标，预测开挖工作面前方某范围内的未来动态，以便提前采取工程措施；验证设计参数和施工方法的正确性。常称“信息反馈”。,2023/9/7,第四章 第四节 盾构法,34,（2）方法a、用围岩内部或洞周壁面的位移测量值计算的位移反分析法，量测简单，数据处理容易，采用较多b、利用围岩或支护结构内部应力测量值计算的荷载反分析法。,