地下工程施工技術(shù)(二)

三、隧道工程施工技術(shù)（一）隧道工程施工特點(diǎn)（二）隧道工程施工方法【例題】屬于淺埋及軟土隧道施工方法有（）。A.鉆爆法B.掘進(jìn)法C.盾構(gòu)法D.沉管法E.蓋挖法【答案】CE【解析】1．鉆爆法(1)鉆爆法施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。鉆爆破法是常規(guī)、傳統(tǒng)的開挖方法。其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在如下方面：4)可以適應(yīng)堅(jiān)硬完整的圍巖，也可以適應(yīng)較為軟弱破碎的圍巖。但是鉆爆法也有一定的局限性或缺點(diǎn)。對(duì)通風(fēng)要求較高。一般開挖隧洞，獨(dú)頭推進(jìn)長(zhǎng)度不能超過2km。鉆爆法由于采用爆炸，在城市人口密集地區(qū)不能采用。因此，一般短洞、地下大洞室、不是圓形的隧洞、地質(zhì)條件變化大的地方都常用鉆爆法；長(zhǎng)洞，又沒有條件布置施工支洞、施工斜井的，或者地質(zhì)條件很差，特別軟弱的地方，不利于鉆爆法。(2)鉆爆法施工的基本工序與要求。各工序中，鉆孔、出渣是開挖過程中需時(shí)最多的主要工序；支護(hù)是保證施工安全、順利、快速進(jìn)行的重要手段。開挖工作的機(jī)械化和先進(jìn)與否，主要體現(xiàn)在這三個(gè)工序中。5)通風(fēng)。地下工程的主要通風(fēng)方式有兩種：一種是壓入式，一種是吸出式。我國(guó)大多數(shù)工地均采用壓入式。2．TBM法（掘進(jìn)機(jī)法簡(jiǎn)稱TBM法）(1)全斷面掘進(jìn)機(jī)的開挖施工。全斷面掘進(jìn)機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是：適宜于打長(zhǎng)洞，因?yàn)樗鼘?duì)通風(fēng)要求較低；開挖洞壁比較光滑；對(duì)圍巖破壞較小，所以對(duì)圍巖穩(wěn)定有利；超挖少，襯砌混凝土回填量少。(2)獨(dú)臂鉆的開挖施工。該種設(shè)備適宜于開挖軟巖，不適宜于開挖地下水較多、圍巖不太穩(wěn)定的地層。(3)天井鉆的開挖施工。天井鉆是專用用來(lái)開挖豎井或斜井的大型鉆具。(4)帶盾構(gòu)的TBM掘進(jìn)法。當(dāng)圍巖是軟弱破碎帶時(shí)，若用常規(guī)的TBM掘進(jìn)，常會(huì)因圍巖塌落，造成事故，要采用帶盾構(gòu)的TBM法。3．盾構(gòu)法(1)盾構(gòu)機(jī)的類型與構(gòu)造。盾構(gòu)機(jī)基本構(gòu)造則是由鋼殼、推進(jìn)機(jī)系統(tǒng)、襯砌拼裝系統(tǒng)三部分構(gòu)成的。盾構(gòu)殼體一般由切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分組成。(2)盾構(gòu)工法的選擇。詳盡地掌握好各種盾構(gòu)機(jī)的特征是確定盾構(gòu)工法的關(guān)鍵。其中，選擇適合土質(zhì)條件的、確保工作面穩(wěn)定的盾構(gòu)機(jī)種及合理的輔助工法最重要。4．明挖法明挖法是淺埋隧道的一種常用施工方法。一般當(dāng)覆蓋層厚度小于5m時(shí)，可考慮明挖法。5．蓋挖法蓋挖法是先蓋后挖，即先以臨時(shí)路面或結(jié)構(gòu)頂板維持地面暢通，再向下施工。蓋挖法適用于松散的地質(zhì)條件、隧道處于地下水位線以上、地下工程明作時(shí)需要穿越公路、建筑等障礙物的情況。(1)蓋挖法特點(diǎn)。蓋挖法優(yōu)點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)的水平位移小，能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降；有利于保護(hù)鄰近建筑物和構(gòu)筑物；基坑底部土體穩(wěn)定，隆起小，施工安全；對(duì)地面影響小，只在短時(shí)間內(nèi)封鎖地面交通，施工受外界氣候影響?。蝗秉c(diǎn)是蓋板上不允許留下過多的豎井，后續(xù)開挖土方需要采取水平運(yùn)輸，出土不方便；施工作業(yè)空間較小，施工速度較明挖法慢，工期較長(zhǎng)；和基坑開挖，支擋開挖相比，費(fèi)用較高。(2)蓋挖法施工類型。蓋挖法可分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法及蓋挖半逆作法。6．淺埋暗挖法(1)淺埋暗挖法特點(diǎn)。（略）(2)淺埋暗挖法施工方針。淺埋暗挖法施工中必須堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”。(3)淺埋暗挖法的適用條件。首先，淺埋暗挖法不允許帶水作業(yè)。其次，采用淺埋暗挖法要求開挖面具有一定的自立性和穩(wěn)定性。增加施工的安全性。7．沉管法(1)沉管隧道施工方式。總體上可分為兩種：一是不需要修建特殊的船塢，用浮在水上的鋼殼箱體作為模板制造管段的“鋼殼方式”；二是在干船塢內(nèi)制造箱體，而后浮運(yùn)、沉放的“干船塢方式”。項(xiàng)目鋼殼方式干船塢方式用途雙車道公路、單線鐵路、下水管道等管段在10m以內(nèi)的多車道寬度大的公路（鐵道、人行道并置的情況也在內(nèi)）斷面形狀圓形，外廓為變形的八角形的矩形材料鋼殼及鋼筋混凝土鋼筋混凝土管段預(yù)制地點(diǎn)船臺(tái)臨時(shí)干船塢（三）噴射混凝土1．施工準(zhǔn)備(1)噴射混凝土的施工機(jī)具?；炷羾娚錂C(jī)分為于式和濕式，干式噴射設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，能進(jìn)行遠(yuǎn)距離壓送，易加入速凝劑，噴嘴脈沖現(xiàn)象少，但施工粉塵多，回彈比較嚴(yán)重。(2)待噴面準(zhǔn)備。噴射作業(yè)區(qū)段的寬度，一般應(yīng)以1.5～2．Om為宜。2．施工工藝(1)噴射混凝土的施工工藝。分為干式噴射混凝土和濕式噴射混凝土。(2)施工要點(diǎn)。1)工作風(fēng)壓。選擇適宜的工作風(fēng)壓，是保證噴射混凝土順利施工和較高質(zhì)量的關(guān)鍵。2)噴嘴處水壓。噴嘴處的水壓必須大于工作風(fēng)壓，并且壓力穩(wěn)定才會(huì)有良好的噴射效果。水壓一般比工作風(fēng)壓大0.lOMPa左右為宜。3)一次噴射厚度。一次噴射厚度主要與噴射混凝土層與受噴面之間的黏結(jié)力和受噴部位有關(guān)。一次噴射厚度太薄，噴射時(shí)骨料易產(chǎn)生大的回彈；一次噴射的太厚，易出現(xiàn)噴層下墜、流淌，或與基層面間出現(xiàn)空殼。4)分層噴射的時(shí)間間隔。一般分2～3層進(jìn)行分層噴射。一般在常溫下(15℃～20℃)，采用紅星一型速凝劑時(shí)，可在5～10min后，進(jìn)行下一次噴射；而采用碳酸鈉速凝劑時(shí)，最少在30min后，才能進(jìn)行復(fù)噴。5)噴頭與作業(yè)面之間的距離。經(jīng)驗(yàn)表明，噴頭與噴射作業(yè)面的最佳距離為1m，6)含水量的控制。骨料在使用前應(yīng)提前8h灑水，使之充分均勻濕潤(rùn)，保持適宜的含水率。噴射混凝土所用骨料的含水率，一般以5%—7%為宜。（四）錨桿施工1．錨桿布置（略）2．錨桿施工要點(diǎn)(1)普通水泥砂漿錨桿施工要點(diǎn)。是以普通水泥砂漿作為膠粘劑的全長(zhǎng)粘接式錨桿。1)砂漿強(qiáng)度等級(jí)不低于M20；2)桿體材料宜用20MnSi鋼筋，一般采用A3鋼筋；5)粘接砂漿應(yīng)拌和均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿應(yīng)在初凝前用完。(2)早強(qiáng)水泥砂漿錨桿施工要點(diǎn)。早強(qiáng)水泥砂漿錨桿的施工與普通水泥砂漿錨桿基本相同，所不同的是早強(qiáng)水泥砂漿的粘接劑是由硫酸鋁鹽早強(qiáng)水泥砂，Ⅱ型早強(qiáng)劑和水組成。因此，它具有早期強(qiáng)度高、承載快、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在軟弱、破碎、自穩(wěn)時(shí)間短的圍巖中使用早強(qiáng)水泥砂漿錨桿能顯示出優(yōu)越性。(3)縫管式摩擦錨桿施工要點(diǎn)。(4)脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨索施工要點(diǎn)。該錨桿常用于中等以上的圍巖中，可在較小的施工現(xiàn)場(chǎng)中作業(yè)，常用于高邊坡、大壩以及在大跨度地下隧道洞室的搶修加固及支護(hù)。四、地下工程特殊施工技術(shù)（一）地下工程施工中的幾種特殊開挖方法1．氣壓室法氣壓室法需額外的設(shè)備投資，而且施工的速度將降低，一般只是在不得已時(shí)采用2．凍結(jié)法這個(gè)方法非常昂貴，非不得已，一般不采用。3．分部開挖、分部支護(hù)法在軟弱地層中開挖較大的洞室，目前常用的辦法是先開挖一小部分，然后用噴錨支護(hù)做全斷面保護(hù)，再逐步擴(kuò)挖，逐步支護(hù)。4．超前灌漿、超前錨桿法在地下水很豐富的地方，如海底隧道、河底隧道，常采用超前灌漿法。（二）長(zhǎng)距離頂管技術(shù)1．頂管技術(shù)的基本設(shè)備工具管是長(zhǎng)距離頂管的關(guān)鍵設(shè)備，它安裝在管道前端，外形與管道相似，其作用是定向、糾偏、防止塌方、出泥等。工具管從前向后由沖泥倉(cāng)、操作室和控制室組成。2．頂管施工的關(guān)鍵技術(shù)與措施長(zhǎng)距離頂管的主要技術(shù)關(guān)鍵是：(1)頂力問題。目前有兩種方法：即采用潤(rùn)滑劑減阻和中繼接力技術(shù)。(2)方向控制。必須有一套能準(zhǔn)確控制管段頂進(jìn)方向的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。上海基礎(chǔ)工程公司頂管系統(tǒng)中，采用三段雙鉸工具管來(lái)完成。(3)制止正面坍方。在深層頂管中，制止坍方實(shí)際上是制服地下水的問題。為了解決上述技術(shù)關(guān)鍵，在長(zhǎng)距離頂管中主要采用的技術(shù)措施如下：1)穿墻。2)糾偏與導(dǎo)向。3)局部氣壓。易產(chǎn)生正面坍方，常采用局部氣壓。4)觸變泥漿減阻。5)中繼接力頂進(jìn)。在管道中設(shè)置中繼環(huán)，分段克服摩擦阻力。（三）氣動(dòng)夯管錘鋪管施工1．氣動(dòng)夯管錘鋪管施工設(shè)備和配套機(jī)具2．氣動(dòng)夯管錘鋪管的特點(diǎn)(1)地層適用范圍廣。夯管錘鋪管幾乎適應(yīng)除巖層以外的所有地層。(2)鋪管精度較高。氣動(dòng)夯管錘鋪管屬不可控向鋪管。(3)對(duì)地表的影響較小。(4)夯管錘鋪管適合較短長(zhǎng)度的管道鋪設(shè)，為保證鋪管精度，在實(shí)際施工中，可鋪管長(zhǎng)度按鋼管直徑（以mm為單位）除以10就得到夯進(jìn)長(zhǎng)度（以m為單位）。(5)對(duì)鋪管材料的要求。夯管錘鋪管要求管道材料必須是鋼管；(6)投資和施工成本低。施工條件要求簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快，材料消耗少，施工成本較低。(7)工作坑要求低。通常只需很小施工深度，無(wú)須進(jìn)行很復(fù)雜的深基坑支護(hù)作業(yè)。(8)穿越河流時(shí)，無(wú)須在施工中清理管內(nèi)土體，無(wú)滲水現(xiàn)象，能確保施工人員安全。（四）導(dǎo)向鉆進(jìn)法施工1．導(dǎo)向鉆進(jìn)法施工的基本原理大多數(shù)導(dǎo)向鉆進(jìn)采用沖洗液輔助破碎，鉆頭通常帶有一個(gè)斜面。導(dǎo)向鉆頭內(nèi)帶有一個(gè)探頭或發(fā)射器。成孔方式有兩種：干式和濕式。干式鉆具由擠壓鉆頭、探頭室和沖擊錘組成，靠沖擊擠壓成孔，不排土。濕式鉆具由射流鉆頭和探頭室組成，以高壓水射流切割土層，有時(shí)以頂驅(qū)式?jīng)_擊動(dòng)力鉆頭來(lái)破碎大塊卵石和硬地層。。2．鉆頭的選擇依據(jù)(1)在淤泥質(zhì)黏土中施工，一般采用較大的鉆頭，以適應(yīng)變向的要求。(2)在干燥軟黏土中施工，采用中等尺寸鉆頭一般效果最佳（土層干燥，可較快地實(shí)現(xiàn)方向控制）。(3)在硬黏土中，較小的鉆頭效果比較理想，但在施工中要保證鉆頭至少要比探頭外筒的尺寸大12mm以上。(4)在鈣質(zhì)土層中，鉆頭向前推進(jìn)十分困難，所以，較小直徑的鉆頭效果最佳。(5)在粗粒砂層，中等尺寸的鉆頭使用效果最佳。在這類地層中，一般采用耐磨性能好的硬質(zhì)合金鉆頭來(lái)克服鉆頭的嚴(yán)重磨損。另外，鉆機(jī)的錨固和沖洗液質(zhì)量是施工成敗的關(guān)鍵。(6)對(duì)于砂質(zhì)淤泥，中等到大尺寸鉆頭效果較好。在較軟土層中，采用較大尺寸的鉆頭以加強(qiáng)其控制能力。(7)對(duì)于致密砂層，小尺寸錐形鉆頭效果最好，但要確保鉆頭尺寸大于探頭筒的尺寸。在這種土層中，向前推進(jìn)較難，可較快地實(shí)現(xiàn)控向。另一方面，鉆機(jī)錨固是鉆孔成功的關(guān)鍵。(8)在礫石層中施工，鑲焊小尺寸硬質(zhì)合金的鉆頭使用效果較佳。(9)對(duì)于固結(jié)的巖層，使用孔內(nèi)動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)效果最佳。3．導(dǎo)向孔施工4．?dāng)U孔施工（五）逆作法（略）（六）沉井法(4)挖土下沉。沉井下沉施工可分為排水挖土下沉和不排水挖土下沉。①排水挖土下沉當(dāng)沉井所穿過的土層透水性較差，涌水量不大，排水時(shí)不致產(chǎn)生流沙現(xiàn)象，可采用排水挖土下沉。②不排水挖土下沉若沉井穿過的土層中有較厚的亞砂土和粉砂土，地下水豐富，土層不穩(wěn)定，有產(chǎn)生流沙的可能性時(shí)，沉井就宜采用不排水挖土下沉，下沉中要使井內(nèi)水