地下工程施工

5地下工程施工

地下工程技術(shù)2023/12/245.1地下工程施工概述5.2巖石地下工程施工5.3軟土地下工程施工5.4地下工程施工的輔助工法

————圍巖（土）預(yù)加固技術(shù)5.5不良地質(zhì)條件下地下工程施工技術(shù)5.6地下工程施工監(jiān)測技術(shù)5.7地下工程防水技術(shù)本講內(nèi)容2023/12/245.1地下工程施工概述

1、地下工程施工內(nèi)容包括：（1）施工組織設(shè)計(jì)（2）施工技術(shù)管理（3）施工工藝（4）施工方案（5）施工方法（6）施工監(jiān)測（7）環(huán)境保護(hù)等2023/12/242、地下工程施工方法（1）按開挖方法劃分：放坡開挖法明挖法支護(hù)開挖法礦山法暗挖法新奧法盾構(gòu)法等頂管法非開挖法微型隧道法等2023/12/24（2）按圍巖（土）介質(zhì)劃分

礦山法鉆爆法

新奧法巖石地下工程施工方法

隧道掘進(jìn)機(jī)法（TBM）

明挖法

暗挖法蓋挖法軟土地下工程施工方法

盾構(gòu)法（TBM）沉井（管）法

頂管法微型隧道法等2023/12/243、地下工程施工方法選擇依據(jù)場地條件工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件地面交通狀況工期要求經(jīng)濟(jì)性2023/12/245.2巖石地下工程施工按開挖方式，巖石地下工程施工方法分為鉆爆法和隧道掘進(jìn)機(jī)法（TBM）施工。鉆爆法分為礦山法和新奧法。

礦山法鉆爆法新奧法隧道掘進(jìn)機(jī)法采用鉆爆法施工，開挖面（掌子面）和開挖后隧洞不能暫時(shí)穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)采用圍巖預(yù)加固技術(shù)進(jìn)行處理。2023/12/245.2.1礦山法一、概述1、開挖過程：鉆孔、裝藥、起爆、出渣爆破機(jī)理：爆破能產(chǎn)生孔周壓碎、徑向裂隙2、優(yōu)點(diǎn)：（1）適應(yīng)性強(qiáng)（地質(zhì)、幾何形狀）（2）作業(yè)面多，設(shè)備和工藝簡單（3）造價(jià)低2023/12/24缺點(diǎn)：（1）洞壁不平整，超、欠挖量大（2）作業(yè)區(qū)危險(xiǎn)、環(huán)境惡劣（3）對圍巖破壞擾動(dòng)大（范圍、程度），施工危險(xiǎn)，需加強(qiáng)支護(hù)

（4）施工速度慢（5）對環(huán)境影響大2023/12/243、開挖方法分類如表4-1→（1）全斷面法（2）臺(tái)階法（長、短、微臺(tái)階法）2023/12/24（3）上、下導(dǎo)坑法（4）臺(tái)階分部法（5）單側(cè)壁導(dǎo)坑法（6）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法2023/12/244、選擇開挖方法的主要依據(jù)：（1）地質(zhì)條件（2）施工設(shè)備另需結(jié)合工期、輔助道設(shè)置及作業(yè)、運(yùn)輸?shù)冗M(jìn)行考慮2023/12/24二、開挖施工順序1、施工準(zhǔn)備（斷面軸線及周邊線）2、布眼（掏槽、周邊及輔助眼）3、鉆孔（手持、氣腿、臺(tái)車）4、裝藥填塞5、爆破：起爆方法6、通風(fēng)7、處理懸石8、排渣2023/12/24三、支撐與襯砌施工1、支撐施工：及時(shí)架設(shè)臨時(shí)支護(hù)材料：木、鋼軌、錨桿、砼等；類型：與上對應(yīng)方式：先挖后支、隨挖隨支、先支后挖要求：及時(shí)、適用、可靠、簡單、方便木支撐型式：（1）導(dǎo)坑木支撐（2）插板支撐2023/12/24（3）拱部分?jǐn)U大支撐（4）先拱后墻法支撐2023/12/242、襯砌（永久支撐）施工材料：石、模筑砼、噴射砼、噴錨等一般規(guī)定：地下工程一般應(yīng)設(shè)襯砌（整體式或復(fù)合式）。（略）2023/12/245.2.2地下工程新奧法施工一、新奧法概述全稱為新奧地利速度施工方法（NewAustrianTunnelingMethod）簡稱新奧法（NATM），由L.V.Rabcewiez和L.Muller等創(chuàng)建于20世紀(jì)50年代，1963年正式命名。1、產(chǎn)生背景：（1）錨桿支護(hù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用；（2）噴射砼研制成功并開始應(yīng)用；（3）巖石力學(xué)理論發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。2、概念：以控制爆破（光面、預(yù)裂爆破等）為開挖方法；以噴錨為主要支護(hù)手段；通過監(jiān)測控制圍巖變形，動(dòng)態(tài)修正設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法的一種隧道施工方法。核心內(nèi)容是充分發(fā)揮圍巖自承能力。是建立在科學(xué)實(shí)踐并經(jīng)大量實(shí)踐證明的具體應(yīng)用巖體動(dòng)態(tài)性質(zhì)的完整的工程概念。2023/12/24需要強(qiáng)調(diào)的問題：（1）新奧法不僅是一種隧道開挖支護(hù)方法或施工技術(shù)，而且是修建隧道的一種基本理論。（2）新奧法不等同于噴錨支護(hù)。新奧法使用噴錨支護(hù)的目的是：保護(hù)圍巖強(qiáng)度，控制圍巖變形，發(fā)揮圍巖自承能力。只有采用施工監(jiān)控量測，才能掌握動(dòng)態(tài)，控制圍巖變形。（3）新奧法重視施工監(jiān)控量測?，F(xiàn)場施工量測的數(shù)據(jù)是完善設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工的重要依據(jù)?？刂票?、噴錨支護(hù)和施工量測是新奧法三大要素。3、施工要點(diǎn)（1）圍巖是承載結(jié)構(gòu)的一部分，施工中要合理利用圍巖自承能力保持圍巖穩(wěn)定。2023/12/24（2）隧洞開挖盡量不干擾、破壞圍巖。對開挖面及時(shí)防護(hù)（如噴射砼等），控制圍巖早期變形，封閉圍巖節(jié)理、裂隙防止其松動(dòng)、塌落。（3）允許圍巖有一定變形，初期支護(hù)（多用噴射砼、錨桿和鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)）做成柔性（受剪為主）以便與圍巖緊密接觸，共同變形承載。（4）隧洞斷面盡量圓順無突角，避免應(yīng)力集中；盡早使襯砌結(jié)構(gòu)閉合以形成承載環(huán)。（5）量測洞周位移，及時(shí)修改設(shè)計(jì)和施工方案。（6）采取防排結(jié)合措施治理洞周圍巖滲漏，如兩層襯砌之間設(shè)置防水層等。以上原則的核心是：保護(hù)圍巖，充分發(fā)揮圍巖自承作用。2023/12/24二、新奧法施工方法1、全斷面法（1）定義：按設(shè)計(jì)斷面輪廓線一次爆破成型的施工方法。（2）施工順序：臺(tái)車鉆眼、裝藥、連線→退出臺(tái)車，引爆→排危石，裝拱部錨桿和噴射第一層砼→出渣→安裝邊墻錨桿和噴砼→下一輪循環(huán)→筑內(nèi)層襯砌（3）適用條件：Ⅰ～Ⅲ類完整硬巖；有大型設(shè)備；隧洞較長。（4）特點(diǎn)：工序少，干擾少，便于施工、管理；工作面大，便于大型機(jī)械化施工，進(jìn)度快。2023/12/242023/12/242023/12/242、臺(tái)階法（1）分類（如圖）：根據(jù)臺(tái)階長度分為長、短、微臺(tái)階法。選擇依據(jù)：①初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求；②上斷面施工設(shè)備對場地大小的要求。軟巖中以條件①為主；硬巖中以條件②為主。2023/12/24（2）長臺(tái)階法比全斷面法的開挖高度小，有利于維持開挖面穩(wěn)定，配中型鑿巖臺(tái)車即可。適用范圍更廣。2023/12/24（3）短臺(tái)階法可縮短襯砌閉合時(shí)間，有利于控制圍巖變形，適用范圍比長臺(tái)階法更廣，適于Ⅱ～Ⅵ類圍巖，特別適于Ⅳ～Ⅴ類圍巖，是新奧法施工中主要采用的方法之一。缺點(diǎn)是上下臺(tái)階施工干擾大。（4）微臺(tái)階法襯砌閉合時(shí)間更短，有利于控制圍巖變形和地表沉陷。適用于膨脹圍巖、土質(zhì)圍巖，要求盡早閉合斷面的情形。缺點(diǎn)是上下臺(tái)階施工干擾更大，只能交替作業(yè)，效率低，速度慢。臺(tái)階法開挖下半斷面（落底）要求：①下部開挖必須在上部初期支護(hù)基本穩(wěn)定后進(jìn)行。采用單側(cè)落底或雙側(cè)交錯(cuò)落底，避免上部初期支護(hù)兩側(cè)同時(shí)懸空。②下部邊墻開挖后立即噴射砼，按規(guī)定進(jìn)行初期支護(hù)。③及時(shí)量測，觀察拱頂、拱腳和邊墻位移。如位移速率增大，應(yīng)立即采取封底，或縮短進(jìn)尺，加強(qiáng)支護(hù)，分割工作面等措施。2023/12/243、分部開挖法（如圖）分為臺(tái)階分部開挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。（1）臺(tái)階分部開挖法：也稱環(huán)形開挖留核心土法。環(huán)形拱部1、2、3；上部核心4；下部臺(tái)階5。施工順序：開挖環(huán)形拱1、2、3，支護(hù)→開挖核心4→開挖下部5→封底。優(yōu)點(diǎn)：可比微臺(tái)階法的臺(tái)階長度更長；比側(cè)壁導(dǎo)坑法的機(jī)械化程度更高。常結(jié)合輔助措施預(yù)加固開挖面及前方巖體。2023/12/24（2）單側(cè)壁導(dǎo)坑法：將斷面分成側(cè)壁導(dǎo)坑1、上臺(tái)階2、下臺(tái)階3。施工順序：開挖導(dǎo)坑1，支護(hù)→開挖上臺(tái)階2，支護(hù)→開挖下臺(tái)階3，支護(hù)→封底→拆導(dǎo)坑臨空支護(hù)→建內(nèi)層襯砌。適于跨度大、地表易沉陷的軟弱松散圍巖。（3）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（眼鏡工法）：兩側(cè)導(dǎo)坑錯(cuò)開施工，其他與單側(cè)導(dǎo)坑同。適于跨度更大、地表沉陷控制要求更嚴(yán)格，圍巖條件特別差的情形。施工安全，但速度慢，成本高。2023/12/24二、新奧法施工中的可能問題與對策新奧法施工的基本原則是根據(jù)圍巖性質(zhì)允許其適量變形，但又不致圍巖松動(dòng)塌落。但在設(shè)計(jì)、施工過程中，常因各種原因造成圍巖松動(dòng)超出預(yù)計(jì)值。此時(shí)應(yīng)根據(jù)觀察和量測結(jié)果找出原因進(jìn)行改正。當(dāng)原因不明確時(shí)，則應(yīng)針對所發(fā)生現(xiàn)象采取措施。表列一些常見的異常現(xiàn)象及其處理措施，實(shí)際中應(yīng)據(jù)圍巖條件、施工方法、變形狀態(tài)等進(jìn)行綜合判斷。2023/12/242023/12/242023/12/245.2.3地下工程圍巖預(yù)加固技術(shù)對于軟弱破碎圍巖，特別是地下水豐富情形，采用鉆爆法施工隧洞時(shí)應(yīng)合理采用輔助穩(wěn)定措施，確保地下工程施工簡捷、及時(shí)、有效，更具預(yù)防性和安全性。常見輔助穩(wěn)定措施有：超前錨桿、管棚、超前注漿小導(dǎo)管、超前深孔帷幕注漿、水平旋噴預(yù)支護(hù)、機(jī)械預(yù)切槽法等。選擇輔助穩(wěn)定措施應(yīng)考慮圍巖導(dǎo)致條件、地下水情況、施工方法、環(huán)境要求等方面因素，并盡量結(jié)合常規(guī)方法，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較，選用其中一種或幾種。2023/12/24一、超前錨桿1、構(gòu)造：沿開挖輪廓線以一定外插角向開挖面前方鉆孔安裝錨桿，對前方圍巖預(yù)錨固，在其形成的圍巖錨固圈保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)。如圖所示2023/12/242、特點(diǎn)：柔性大，工藝簡單，工效高。3、適用條件：地下水少的破碎、軟弱圍巖。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：（1）根據(jù)圍巖條件、施工面大小、開挖循環(huán)進(jìn)尺和施工條件確定：錨桿長度為3～5倍循環(huán)進(jìn)尺；錨桿環(huán)向間距0.3～1.0m;外插角10°～30°；錨桿搭接長度為超前長度的40%～60%，形成雙層或雙排錨桿。（2）采用全粘結(jié)式錨桿，安裝誤差符合規(guī)范要求。（3）開挖中保留前方有一定的錨固區(qū)，錨桿后端與鋼筋網(wǎng)及系統(tǒng)錨桿焊接。2023/12/24（4）開挖過程中應(yīng)密切觀察錨桿和噴射混凝土的變形、破壞情況，及時(shí)調(diào)整開挖與支護(hù)參數(shù)。若工作面有滑塌現(xiàn)象，則必須及時(shí)噴射混凝土封閉開挖面，并盡快打入下一排超前錨桿才能繼續(xù)開挖；若遇到地下水則應(yīng)鉆孔引排。（5）開挖后應(yīng)及時(shí)噴射混凝土形成封閉環(huán)形初期支護(hù)。2023/12/24二、管棚1、構(gòu)造：用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小外插角向開挖面前方打入鋼管構(gòu)成的棚架，形成對前方圍巖預(yù)支護(hù)，在其保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)。如圖所示。鋼管長度小于10米為短管棚；鋼管長達(dá)10～45米且較粗，稱為長管棚。2023/12/242、特點(diǎn)：整體剛度大，限制圍巖變形能力強(qiáng)。長短管棚比較：3、適用條件：圍巖壓力快且大、需嚴(yán)格控制圍巖變形和地表沉陷的破碎、軟弱圍巖。如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育巖體、破碎帶等。地下水較多時(shí)可利用鋼管注漿堵水。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：（1）根據(jù)圍巖條件和施工條件確定管棚參數(shù)：長管棚長度為10～45m，管徑70～180mm；環(huán)向間距0.2～0.8m;外插角1°～2°；兩組管棚間搭接長度不小于1.5m為;采用工字鋼拱架或格柵鋼架。（2）鋼管接頭錯(cuò)開布置，如結(jié)合灌漿用，應(yīng)在第一節(jié)鋼管前段鉆φ10～15排氣和出漿孔?？ㄣ@或塌孔地段應(yīng)先注漿后成孔。2023/12/24三、超前注漿小導(dǎo)管1、構(gòu)造：沿開挖輪廓線向開挖面前方圍巖打入帶孔小導(dǎo)管，通過小導(dǎo)管向圍巖注漿，在洞周形成一定厚度的注漿加固圈對前方圍巖預(yù)加固，在其保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)。如圖所示。鉆孔、插管一次完成的，稱為自進(jìn)式注漿錨桿。2023/12/242、特點(diǎn)：膠結(jié)加固裂隙圍巖；阻水。3、適用條件：含水的軟弱、破碎圍巖。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：（1）小導(dǎo)管長度為3～6m，管徑φ32～40mm，端部呈錐形，前段管壁交錯(cuò)布置鉆φ6～8＠100～200出漿孔；環(huán)向間距0.2～0.5m;外插角10°～30°。小導(dǎo)管外露長度應(yīng)滿足連接注漿管的要求，密封孔口與導(dǎo)管周圍間隙。極破碎圍巖或易塌方地段或大斷面應(yīng)布置雙排管；地下水豐富的松軟地層應(yīng)布置多排管。（2）注漿材料多用水泥或水泥-水玻璃。（3）注漿技術(shù)參數(shù)：注漿壓力0.5～1.0MPa。注漿量控制。。。2023/12/24四、超前深孔帷幕注漿1、概況：采用深孔向擬建隧洞范圍注漿，形成筒狀封閉加固區(qū)，開挖等施工作業(yè)在注漿加固區(qū)進(jìn)行。較好地解決了超前注漿小導(dǎo)管占有時(shí)間和循環(huán)次數(shù)多的問題?？稍诙磧?nèi)、導(dǎo)洞或地表進(jìn)行注漿，如圖所示。2023/12/242、注漿機(jī)理：（1）滲透注漿（2）劈裂注漿（3）壓密注漿（4）高壓噴射注漿3、適用條件：有壓地下水及地下水豐富的地層中，適合大中型機(jī)械化施工。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：（1）加固范圍為圍巖塑性破壞區(qū)；注漿量按圍巖充填率（注漿體積占孔隙總體積的比率）控制；注漿材料與注漿參數(shù)設(shè)計(jì)與前類似。2023/12/24（2）深孔注漿多采用分段注漿方式。注漿順序：先上后下、先內(nèi)后外、先無水后有水、先上游后下游。（3）注漿結(jié)束條件：根據(jù)注漿壓力和單孔注漿量確定。單孔結(jié)束條件：注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值80%以上。區(qū)段結(jié)束條件：所有注漿孔均符合單孔注漿結(jié)束條件，無漏注。五、其他方法1、水平旋噴預(yù)支護(hù)2、機(jī)械預(yù)切槽法2023/12/244.3.3地下工程隧道掘進(jìn)機(jī)法施工隧道掘進(jìn)機(jī)TBM（TunnelBorringMachine）是用于開挖地下工程通道的大型高科技專用施工設(shè)備。廣泛使用遙測、遙控、電子、信息技術(shù)對全部作業(yè)進(jìn)行控制和監(jiān)控。是集機(jī)械、電氣、液壓和自動(dòng)控制為一體化、智能化的設(shè)備，使掘進(jìn)過程始終處于最佳狀態(tài)。體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)、新材料、自動(dòng)化、信息化、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)等高新技術(shù)的綜合和發(fā)展。反映了綜合國力和科技水平。2023/12/24隧道掘進(jìn)機(jī)TBM（TunnelBorringMachine）特點(diǎn)：①開挖速度快（可連續(xù)開挖，國外已達(dá)日進(jìn)尺70米記錄）；②優(yōu)質(zhì)（洞壁光滑、施工質(zhì)量好等）；③安全經(jīng)濟(jì)；④環(huán)保；⑤勞動(dòng)強(qiáng)度低；⑥可解決鉆爆法存在問題，成洞直徑可達(dá)12米以上。缺點(diǎn)：①難以適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件（如斷層、破碎帶等）；②難以適應(yīng)復(fù)雜斷面（多局限于圓形斷面）；③硬巖、大直徑斷面中不經(jīng)濟(jì)。2023/12/24隧道掘進(jìn)機(jī)的類型一、按適用地層劃分：

（1）軟土隧道掘進(jìn)機(jī)（亦稱盾構(gòu)）（2）軟巖隧道掘進(jìn)機(jī)（3）硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)二、按成洞方式劃分：

（1）全斷面型掘進(jìn)機(jī)（多用圓形）（2）部分?jǐn)嗝嫘途蜻M(jìn)機(jī)2023/12/24一、隧道掘進(jìn)機(jī)的類型

開式(open)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)閉式(close)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（1）開式全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)：切削時(shí)不用控制工作面地壓，按出渣系統(tǒng)運(yùn)渣能力掘進(jìn)。用于地表下沉控制要求不高的硬巖地層中快速掘進(jìn)。（2）閉式全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)：亦稱地壓平衡式掘進(jìn)機(jī)。通過控制螺旋運(yùn)輸機(jī)卸料門開啟，使切割刀盤前腔壓力與地壓平衡。特點(diǎn)是對地層擾動(dòng)小，可有效控制地表下沉。適于軟地層、流動(dòng)性地層掘進(jìn)。軟地層中施工的掘進(jìn)機(jī)也稱盾構(gòu)（shield）。2023/12/24TBM按系統(tǒng)型式劃分：支撐式TBM

敞開式全斷面支撐型設(shè)備，適合所有硬地層。擴(kuò)孔式TBM在刀盤后安裝支架時(shí)間最短護(hù)盾式TBM雙護(hù)盾TBM雙護(hù)筒TBM支撐殼TBM2023/12/241、支撐式TBM（如圖）結(jié)構(gòu)分為開挖、支護(hù)、驅(qū)動(dòng)組合體和運(yùn)輸裝置設(shè)備兩部分。2023/12/242、擴(kuò)孔式TBM先由TBM開挖φ4～4.5m導(dǎo)洞，再用擴(kuò)孔TBM進(jìn)行擴(kuò)孔開挖。在組裝和運(yùn)輸方面具有極大優(yōu)越性：擴(kuò)孔后TBM易于拆卸；開挖后隧洞全斷面可在后配套系統(tǒng)上及時(shí)支護(hù)。適合需超前探測特殊風(fēng)險(xiǎn)的地層。3、護(hù)盾式TBM：分為單護(hù)盾式和雙護(hù)盾TBM。（1）單護(hù)盾式TBM：整個(gè)設(shè)備由一個(gè)護(hù)盾保護(hù)，支護(hù)工作在護(hù)盾盾殼內(nèi)進(jìn)行，與洞壁不接觸。在遇到較多斷層或洞穴時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重問題，故需超前勘測鉆探，并采取灌漿、超前錨桿等措施加固圍巖。適于在刀盤后采用較多支護(hù)措施的無水破碎、不穩(wěn)定地層。（2）雙護(hù)盾TBM：如圖所示2023/12/24（2）雙護(hù)盾TBM：如圖可在雙護(hù)盾內(nèi)同時(shí)推進(jìn)和安裝管片襯砌。2023/12/24縱向分為三部分：（1）帶刀盤的前護(hù)盾（2）中間伸縮護(hù)盾（3）后接觸護(hù)盾2023/12/24二、TBM的工作原理1、掘進(jìn)作業(yè)：由機(jī)頭刀盤上球形滾刀旋轉(zhuǎn)破巖，由周邊鏟斗將棄渣鏟入漏斗、溜槽卸到膠帶運(yùn)輸機(jī)上，再轉(zhuǎn)入出渣車運(yùn)出。（1）掘進(jìn)階段：先將TBM后盾緊固在隧洞中，然后旋轉(zhuǎn)破巖（后配套輔助設(shè)備停在洞內(nèi)），進(jìn)尺約0.8米。在后盾安裝室內(nèi)調(diào)運(yùn)安裝砼管片，在安裝管片背后及圍巖間充填粒石和灌漿。（2）后盾和尾部設(shè)施前移階段：前護(hù)盾固定在巖壁上，由推力液壓油缸推動(dòng)后盾前移一個(gè)進(jìn)尺。并相應(yīng)前移車架、自動(dòng)延伸風(fēng)、水管及軌道，完成一次進(jìn)尺。2023/12/242、砼管片安裝：由機(jī)械手按設(shè)計(jì)調(diào)運(yùn)安裝→用高強(qiáng)水泥勾縫→防水→充填豆粒石→在TBM尾部回填灌漿。3、洞內(nèi)運(yùn)輸、出渣：2023/12/245.3軟土地下工程施工

明挖法

淺埋暗挖法

逆作法盾構(gòu)法

頂管法沉管（井、箱）法非開挖法2023/12/245.3.1地下工程明挖法施工1、明挖法是從地表向下挖開一定深度，形成基坑，然后澆筑結(jié)構(gòu)，回填土方，最終完成大小工程施工。2、特點(diǎn)：作業(yè)面多、速度快、工期短、造價(jià)低、質(zhì)量易于保證，因此常用。其缺點(diǎn)是：污染、破壞環(huán)境；影響交通；勞動(dòng)強(qiáng)度高，施工環(huán)境惡劣。多用于土，也可用于巖中。3、按地下工程主體結(jié)構(gòu)劃分：明挖順作法、蓋挖（順作、逆作、半逆作）法。后者也可劃歸暗挖法。4、明挖法施工的重點(diǎn)：邊坡穩(wěn)定計(jì)算、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基坑穩(wěn)定性計(jì)算2023/12/24明挖法施工程序：如圖5.3.1所示2023/12/24圍護(hù)結(jié)構(gòu)分類：2023/12/24挖孔樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)2023/12/24地下連續(xù)墻施工2023/12/242023/12/242023/12/242023/12/242023/12/245.3.2地下工程逆作法施工1、逆作法定義：施工時(shí)不設(shè)臨時(shí)支撐，利用先施工的地下連續(xù)墻（或柱列式擋土墻）擋土截水防滲，由上向下挖方和修筑主體結(jié)構(gòu)，直至底板形成大剛度支撐與擋土墻共同承受水土壓力。地上、地下可同時(shí)施工的稱為全逆作法，否則稱為半逆作法。2、逆作法優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)變形小，不用臨時(shí)支撐，施工安全，對環(huán)境影響小。（2）全逆作法工期短。（3）地基回彈量小。缺點(diǎn)：（1）臨時(shí)立柱和樁增加施工費(fèi)用。（2）增加臨時(shí)出土孔及其加強(qiáng)措施（3）不能用大型機(jī)械，施工效率低。2023/12/242023/12/243、逆作法適用條件：（1）工程的平面大，設(shè)置臨時(shí)支撐困難。（2）工程的深度大，避免上浮回彈。（3）工程的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（4）工程的周邊環(huán)境復(fù)雜，對環(huán)境要求高。（5）作業(yè)空間狹小。（6）工期緊迫（7）要求盡快恢復(fù)地面交通2023/12/244、逆作法施工難點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)的連接形式及其連接操作程序。5、逆作法應(yīng)用現(xiàn)狀：作業(yè)效率、環(huán)境、立柱施工精度及混凝土逆作交接處質(zhì)量等問題需要解決。6、蓋挖逆作法施工：（1）注意問題：分段分層挖土；及時(shí)安裝支撐，隨挖隨撐；準(zhǔn)確、牢固地安裝模板及支架；水下開挖須在坑內(nèi)進(jìn)行井點(diǎn)降水；做好施工監(jiān)測；新舊砼接縫處理。2023/12/24（2）蓋挖逆作法施工步驟2023/12/242023/12/242023/12/24蓋挖逆作法施工2023/12/245.3.3淺埋暗挖法施工該技術(shù)在國內(nèi)比較成熟、應(yīng)用廣泛。一、淺埋暗挖施工技術(shù)1、支護(hù)要求：要求采用剛性支護(hù)，且支護(hù)時(shí)間盡可能提前，以控制圍巖變形。與新奧法的本質(zhì)區(qū)別是其支護(hù)承載力大，圍巖變形小。2、設(shè)計(jì)程序：采用兩階段設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)程序與新奧法基本相同（如圖所示）。但因其支護(hù)原理不同，故有些內(nèi)容不同，如：淺埋暗挖法中的預(yù)留變形量是基礎(chǔ)下沉引起的結(jié)構(gòu)位移，新奧法中的預(yù)留變形量是圍巖壓力引起支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的柔性變形量。2023/12/242023/12/24一次支護(hù)承受全部設(shè)計(jì)荷載，二次支護(hù)僅作安全儲(chǔ)備。3、施工原則：管超前------采用管棚超前支護(hù)嚴(yán)注漿短開挖----開挖循環(huán)距離短強(qiáng)支護(hù)－－用格柵鋼架和速凝混凝土進(jìn)行較強(qiáng)初期支護(hù)早封閉勤測量。2023/12/242023/12/244、主要配套技術(shù)（1）超前支護(hù)：超前管棚、錨桿等（2）加固地層：采用注漿法。按斷面分為全斷面加固和局部加固；按縱向進(jìn)尺分為長進(jìn)尺加固和短進(jìn)尺加固。5、施工方法：正臺(tái)階法大斷面CRD法車站中洞法柱洞法側(cè)洞法2023/12/24CRD工法又稱交叉中隔壁法。在軟弱圍巖大跨隧道中，先開挖隧道一側(cè)的一部分，施作部分中隔壁和橫隔板，再開挖隧道另一側(cè)的一部分，完成橫隔板施工；然后再開挖最先施工一側(cè)的最后部分，并延長中隔壁，最后開挖剩余部分。主要應(yīng)用于Ⅳ級圍巖淺埋、偏壓地段以及Ⅴ級圍巖段的施工。

CRD工法施工是大跨度、軟弱圍巖隧道分部開挖、鋼架支撐、仰拱先行施工方法的一種。CRD工法一般上下分3層、左右兩側(cè)共6部施工。先開挖隧道一側(cè)的上、中層開挖及支護(hù)，施工橫豎中隔壁；待噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的70%后，進(jìn)行另一側(cè)的上、中層開挖及支護(hù)，施作橫中隔壁；最后開挖左右側(cè)底部，完成初期支護(hù)和中隔壁，形成帶有豎向中隔壁和2層橫向中隔壁的網(wǎng)格狀支護(hù)系統(tǒng)。最后，拆除中隔壁，施作仰拱、拱墻襯砌和填充。同時(shí)在施工中，加強(qiáng)監(jiān)控測量，依靠測量數(shù)據(jù)指導(dǎo)支護(hù)施工。CRD法的每部開挖均形成環(huán)形封閉支護(hù)體系。

優(yōu)點(diǎn)：各部開挖及支護(hù)自上而下，步步成環(huán)，及時(shí)封閉，各分部封閉成環(huán)時(shí)間短，中隔壁能有效的阻止支護(hù)結(jié)構(gòu)和收斂變形和下沉，在控制地面沉降和土體水平位移等方面優(yōu)于其他工法。

缺點(diǎn)：拆除中隔壁時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較大；工序繁雜，施工速度較慢。

2023/12/242023/12/24眼鏡工法側(cè)壁導(dǎo)坑法等二、主要技術(shù)措施：1、地層預(yù)加固、處理：采用超前小導(dǎo)管注漿、深孔帷幕注漿和大管棚超前支護(hù)等方法維護(hù)開挖面穩(wěn)定。2、隧洞開挖和初期支護(hù)：采用短進(jìn)尺的臺(tái)階法、分部開挖法等，初期支護(hù)常用鋼筋格柵、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土。隨挖隨著支護(hù)，盡可能縮短開挖面暴露時(shí)間，使初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)。3、二次襯砌：采用模筑混凝土4、監(jiān)控量測：用其信息指導(dǎo)施工，不可或缺。2023/12/24膠州灣海底隧道施工橫切面示意圖2023/12/24膠州灣海底隧道薛家島端效果圖（左右為主隧道口中為服務(wù)隧道口）

2023/12/24淺埋大斷面隧道下穿城市樓群

工程范圍內(nèi)新舊建筑并存，以7層以下建筑為主，局部有高層建筑，很多建筑建于五六十年代甚至解放前。工程地處老城區(qū)，主隧和匝道明挖段的建筑物拆遷量很大，暗挖段兩側(cè)及下穿的上方既有建筑物的保護(hù)是工程的關(guān)鍵所在。隧道施工對地下爆破振動(dòng)速度、爆破循環(huán)進(jìn)尺、地表沉降等施工提出了更高的要求，一旦爆破振動(dòng)速度和地表沉降超過地表建筑物的承受能力，很可能造成樓房等地表建筑物的開裂，后果將十分嚴(yán)重。進(jìn)洞處V級破碎圍巖超淺埋暗挖主隧道進(jìn)洞處覆蓋層厚度約為2.5m-10m，隧道開挖寬度為16.22m，屬于超淺埋隧道。洞頂范圍內(nèi)圍巖風(fēng)化嚴(yán)重。巖體呈散塊狀，圍巖無自穩(wěn)能力，沿線布置有大量民房。施工不當(dāng)易引起坍塌及危害周邊地表建筑物，施工過程中需采取超前探測、超前注漿支護(hù)、降低爆破振速等措施來保證施工安全。膠州灣青黃海底隧道工程2023/12/24

地表建筑物及地下管線的保護(hù)洞內(nèi)控制爆破措施：隧道周邊采用光面爆破、圍巖較軟處采用松動(dòng)爆破、核心掏槽采用拋擲爆破的綜合微震控制爆破技術(shù),采用低爆速、低密度的2號巖石乳化炸藥，控制單段最大起爆藥量，選擇不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，選擇最小抵抗線方向，采用微差延時(shí)起爆技術(shù)，減輕對圍巖和四周構(gòu)筑物的擾動(dòng),維護(hù)圍巖自身穩(wěn)定性,達(dá)到良好的輪廓成形。在Ⅱ、Ⅲ圍巖下穿居民區(qū)爆破掘進(jìn)過程中采用小導(dǎo)洞超前分部開挖法施工，增加了布藥的分散性和臨空面，減小了爆破振動(dòng)的速度，即減小了爆破振動(dòng)的強(qiáng)度;同時(shí)建立自己的爆破振動(dòng)測試體系，施工期間堅(jiān)持量測和紀(jì)錄爆破振動(dòng)。施工監(jiān)測與信息反饋是進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工的關(guān)鍵，根據(jù)監(jiān)測信息以及建筑物與主隧道的位置關(guān)系及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，使施工更安全、迅速和經(jīng)濟(jì)合理。洞口V級破碎圍巖超淺埋暗挖措施

隧道進(jìn)洞的加寬斷面寬度18.3m-16.4m,隧道拱頂覆土厚度在2.1米-11.0米,地質(zhì)條件為Ⅴ級圍巖,按照CRD工法進(jìn)行施工，同時(shí)輔以小管棚＋小導(dǎo)管超前支護(hù)。

2023/12/245.3.4沉管法施工沉管（ImmersedTubeTunneling）法也稱預(yù)制管段沉放法。先在干塢或船臺(tái)上預(yù)制好混凝土或砼－鋼組合的箱形構(gòu)件，兩端用臨時(shí)隔墻封閉，然后將其沉放到挖好的溝槽中連接起來，最后回填砂石并拆除隔墻形成隧道。工藝流程如圖所示。2023/12/242023/12/242023/12/241、管段制作：采用圓形鋼殼結(jié)構(gòu)或矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制作管段，然后浮運(yùn)、沉放就位。預(yù)制管段的關(guān)鍵技術(shù)為：混凝土容重及管節(jié)尺寸控制；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制。2、基槽浚挖：包括沉管基槽浚挖、航道臨時(shí)改線浚挖、出塢航道浚挖、浮運(yùn)管段線路浚挖、舾裝泊位浚挖。沉管基槽斷面如圖所示。2023/12/24浚挖設(shè)備：鏈斗（吸揚(yáng)、抓揚(yáng)、鏟揚(yáng)）式挖泥船。浚挖船隊(duì)組成：挖泥船、附屬船（拖輪、頂推輪、泥駁、運(yùn)輸船、發(fā)電船、起錨船）等浚挖方式及程序：浚挖作業(yè)一般分層、分段進(jìn)行。3、管段防水：分為自防水、外防水和接頭防水4、管段拖運(yùn)：包括拖運(yùn)線路、方案及時(shí)間安排5、沉放與水下連接：沉放方法分為吊沉法和拉沉法。采用水力壓接法連接。6、基礎(chǔ)處理：7、回填覆蓋：2023/12/24視頻：天津海河沉管隧道施工/show/-Uggjd8dRZAz5agfGfQpKQ...html2023/12/245.3.5沉井法施工先將地下構(gòu)筑物在地面做成井狀結(jié)構(gòu)，然后挖除井內(nèi)巖土體，使其在自重作用下沉入地下預(yù)定深度。一、施工工藝（如圖所示）：1、施工準(zhǔn)備：勘察、地基加固等2、井壁制作：分節(jié)制作（7～8M）、均勻分層對稱灌注（防傾）、外壁平滑3、沉井下沉：排水和不排水法；防傾糾傾4、接高井壁：高出地面約1米時(shí)2023/12/245、封底：干封底和水下封底6、內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工：隔墻、頂板等2023/12/24二、常見問題及其處理1、下沉困難：井外壁摩擦力過大：采取壁外側(cè)射水沖刷、涂抹潤滑劑或增加荷載等；刃腳下阻力過大：挖除腳下土體；遇到大塊石等障礙物：小型爆破清除2、突然下沉（突沉）：適當(dāng)增加下沉系數(shù)、控制均勻挖土、刃腳土體淺挖等3、沉偏（傾斜、水平移位）：挖土糾偏、偏心壓重、射水糾偏等2023/12/244、流砂：（1）減小臨界水力梯度：拋石壓重、水下開挖、井外降水等；（2）注漿止水2023/12/242023/12/242023/12/24泰州長江大橋沉井2023/12/24沉箱示意圖2023/12/24京唐港首鋼碼頭泊位碼頭沉箱

共48座預(yù)制沉箱，澆注混凝土6.9萬立方米。其中最大一座長20.25米，寬17.15米，高22.5米，沉箱自重達(dá)3708噸。2023/12/242300噸沉箱出運(yùn)2023/12/24沉井基礎(chǔ)施工技術(shù)計(jì)算機(jī)模擬（Japan）---/v_show/id_XNTIwOTQ3NTky.html視頻：南京長江四橋北錨定沉井----/programs/view/jNhkKrn-QyQ/視頻：泰州長江大橋中塔沉井封底----/programs/view/-j5BfrhgLWE/isRenhe=12023/12/245.3.6盾構(gòu)法施工利用盾構(gòu)機(jī)的盾殼作為支護(hù)，防止巖土層坍塌和地下水入侵，保證隧道巖土掘進(jìn)，同時(shí)安裝管片、注漿，形成質(zhì)量完好的洞身。一、盾構(gòu)機(jī)分類敞開式盾構(gòu)：使用漸少土壓式盾構(gòu)

土壓平衡式盾構(gòu)閉胸式盾構(gòu)泥土加壓式盾構(gòu)（有利控制圍巖穩(wěn)定）泥水平衡式盾構(gòu)2023/12/242023/12/24按機(jī)械化程度劃分手掘式盾構(gòu)（圖a）半機(jī)械式盾構(gòu)（圖b）機(jī)械式盾構(gòu)（圖c）2023/12/241、手掘式盾構(gòu)：構(gòu)造簡單，配套設(shè)備少，易于觀察地層、糾偏和清除障礙，但靠我們不夠穩(wěn)定。地質(zhì)條件較好的地層仍廣泛使用。2、網(wǎng)格式盾構(gòu)：在開挖面裝有切土網(wǎng)格，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)用于切土，停止推進(jìn)時(shí)可以穩(wěn)定開挖面。3、泥水平衡式盾構(gòu)：將配好的膨潤土或粘土漿從密封艙上部送入開挖工作面，有壓泥漿在開挖面快速形成護(hù)壁泥皮，平衡水土壓力，從刀盤切下泥土沉入艙下泥水中，通過吸泥管吸出送往泥渣分離場，渣、漿經(jīng)分離后，廢渣運(yùn)出，泥漿則重復(fù)利用。廣泛應(yīng)用于各種軟弱地層施工，特別適合滯水砂層、軟塑～流塑等特軟地層施工。2023/12/244、土壓平衡式盾構(gòu)：是近20多年新發(fā)展的技術(shù)先進(jìn)的新型盾構(gòu)機(jī)械。其原理是將切削下來的土渣被螺旋輸送器連續(xù)吸出，送上皮帶運(yùn)輸機(jī)裝入斗車運(yùn)出。由密封艙內(nèi)留置的土體壓力平衡維持開挖工作面的穩(wěn)定，其取土速度必須與切削進(jìn)土速度相適應(yīng)。與泥水平衡式盾構(gòu)的區(qū)別是沒有泥漿進(jìn)入工作面，無需泥漿輸送及渣土分離等系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)性更明顯，條件許可時(shí)應(yīng)盡量選用。適于軟粘土～砂礫土內(nèi)隧道施工。2023/12/24二、施工工藝（如圖所示）2023/12/241、盾構(gòu)組裝與拆卸：需布置豎井或基坑2、盾構(gòu)基座：用作安裝與穩(wěn)定盾構(gòu)，并作為導(dǎo)向固定裝置（安裝導(dǎo)軌）3、盾構(gòu)進(jìn)出洞：包括洞門預(yù)留塊制作、周圍土體加固、封門鑿除、盾構(gòu)在后座支撐下頂進(jìn)、施工參數(shù)調(diào)整。（出洞50米方可正常）盾構(gòu)出洞－在始發(fā)井內(nèi)盾構(gòu)按設(shè)計(jì)高程及方向推進(jìn)預(yù)留孔洞，進(jìn)入正常土層的過程。（見視頻）盾構(gòu)進(jìn)洞－盾構(gòu)在地層中完成某一區(qū)間隧道施工后，進(jìn)入盾構(gòu)接受井的過程4、盾構(gòu)開挖：開挖方式有敞開式、網(wǎng)格式、機(jī)械切削式、擠壓式等。為減少地層擾動(dòng)，應(yīng)先頂后挖。2023/12/245、襯砌拼裝及壁后注漿：用拼裝機(jī)將管片運(yùn)至盾構(gòu)機(jī)尾部，貼著隧洞拼成圓環(huán)狀，穿入縱橫向螺栓，整圓校正，逐段形成襯砌。襯砌與洞壁之間注漿充填，防止地表沉降。6、運(yùn)輸、供電、通風(fēng)、排水：2023/12/24視頻：盾構(gòu)機(jī)原理/programs/view/iw3XUaJsA2s/視頻：盾構(gòu)隧道施工法/programs/view/IujFJxZnlcw/視頻：廣州地鐵盾構(gòu)施工/programs/view/xdPOZYEQ5Rc/2023/12/245.3.7非開挖施工技術(shù)非開挖施工技術(shù)（No-Dig或TrenchlessTechnology）是利用各種巖土掘進(jìn)技術(shù)，在地表不開挖或只開挖少量作業(yè)坑（井）條件下鋪設(shè)、更換或修復(fù)地下管線的施工技術(shù)。1、特點(diǎn)（與明挖法比較）：不影響地面交通、不污染環(huán)境、施工周期短、成本低、效益顯著。2、應(yīng)用范圍：（1）穿越地面河流、機(jī)場等進(jìn)行市政管線鋪設(shè)、更換或修復(fù)；（2）用于水平排水工程、隧道工程、基礎(chǔ)工程、環(huán)境治理工程等2023/12/243、主要類型（如表）：2023/12/245.3.7.1頂管法施工頂管施工是借助主頂油缸和管節(jié)之間中繼千斤頂推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井內(nèi)穿過土層推到接受井，并緊隨其后將管道埋設(shè)在兩井之間。是一種非開挖鋪設(shè)管道的施工方法。工具管是推進(jìn)管前帶有鋼制刃口的管子，具有挖土保護(hù)和糾偏功能。視頻/show/MaR3rUTSjXzv3ecA.html原理：/show/-Uggjd8dRZAz5agfGfQpKQ...html2023/12/242023/12/242023/12/242023/12/24一、頂管分類1、按管徑劃分大口徑頂管：口徑2米以上中口徑頂管：口徑1.2～1.8米小口徑頂管：口徑0.5～1.0米微型頂管：口徑小于0.4米2023/12/242、按工具管作業(yè)形式劃分

手掘式頂管：人在管內(nèi)挖土，正面敞開，適于硬粘土。擠壓式頂管：土被擠進(jìn)工具管內(nèi)再處理，正面有網(wǎng)格切土裝置，適于深埋軟粘土。3、按掘進(jìn)機(jī)作業(yè)形式劃分（機(jī)械頂管）（推進(jìn)管前的鋼制殼體內(nèi)有開挖、運(yùn)輸機(jī)械）

泥水平衡式頂管（后述）氣壓平衡式頂管（后述）

土壓平衡式頂管（后述）巖石掘進(jìn)機(jī)式頂管2023/12/244、按管材劃分鋼筋混凝土頂管鋼管頂管其他管材頂管5、按頂管軌跡劃分直線頂管曲線頂管6、按工作井和接受井的距離劃分普通頂管長距離頂管2023/12/24氣壓平衡式頂管用壓縮空氣平衡開挖面土體和地下水壓力，分為全氣壓式和局部氣壓式（氣壓掘進(jìn)）。采用液壓頂進(jìn)、人工挖掘。泥水平衡式頂管的工具管正面設(shè)置刮土刀盤，后設(shè)密封艙（注入護(hù)壁泥漿以穩(wěn)定正面土體）。刮土刀盤刮下泥土沉入艙下泥水中，通過水力運(yùn)輸管道排出地表。挖掘面由一層隔水泥膜阻止泥水向挖掘面滲透，泥水本身則平衡水土壓力，控制地表隆起和沉降。適用范圍很廣。設(shè)備包括：掘進(jìn)機(jī)主體、千斤頂推進(jìn)系統(tǒng)、泥水輸送系統(tǒng)、激光導(dǎo)向定位系統(tǒng)、潤滑與灌漿裝置和泥水處理六個(gè)部分。2023/12/24土壓平衡式頂管是利用土艙內(nèi)土體壓力平衡外部水土壓力，其排出的渣土或泥漿不需進(jìn)行泥水分離處理。設(shè)備包括：掘進(jìn)機(jī)、排土機(jī)構(gòu)、輸土系統(tǒng)、土質(zhì)改良系統(tǒng)、操控系統(tǒng)和千斤頂頂進(jìn)系統(tǒng)六個(gè)部分。二、頂管施工1、施工過程：（1）施工頂管工作井：布設(shè)在管道設(shè)計(jì)線路上的一些小基坑，作為一段頂管的起點(diǎn)和終點(diǎn)。（2）預(yù)制管節(jié)出入口：設(shè)在工作井側(cè)壁，為圓孔；（3）承壓壁：頂管出口孔壁的對面，裝千斤頂和承壓板。（4）用千斤頂將工具管頂出工作井出口孔壁；2023/12/24（5）以工具管為先導(dǎo)，依次將預(yù)制管節(jié)頂入土中，直至工具管后第一管節(jié)前端進(jìn)入下一工作井的進(jìn)口孔壁。2、頂管主要特點(diǎn)：（1）施工速度快（200～300mm/min）；（2）施工人員不需進(jìn)入施工點(diǎn)；（3）管道隨頂進(jìn)而移動(dòng)；（4）能較好控制地表隆起和沉降。適于0.3～4米管徑的地下管線施工。3、主要技術(shù)措施：（1）穿墻止水：穿墻管應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度和止水要求。2023/12/24（2）觸變泥漿減阻：采用注漿法在管外形成完整的潤滑泥漿套，以減阻和加快頂進(jìn)速度。觸變泥漿由膨潤土、CMC（粉末化學(xué)漿糊）、純堿和水按一定比例配制。視頻：頂管施工技術(shù)：/show/MaR3rUTSjXzv3ecA.html頂管施工原理：/show/-Uggjd8dRZAz5agfGfQpKQ...html頂管施工介紹/v_show/id_XNDM0NzI1Mzky.html德國頂管設(shè)備/v_show/id_XNDQ0OTYyMzA4.html定向鉆/v_show/id_XNTI3MjkxNzA4.html2023/12/245.4地下工程施工的輔助工法

——巖土預(yù)加固技術(shù)當(dāng)天然巖土體不能滿足地下工程的施工和使用要求時(shí)，必須對其進(jìn)行綜合處理。對于軟弱破碎圍巖，采用鉆爆法施工地下工程的常見輔助穩(wěn)定措施有超前錨桿、管棚、超前注漿小導(dǎo)管、超前深孔帷幕注漿、水平旋噴預(yù)支護(hù)、機(jī)械預(yù)切槽法等。對于軟弱土體，地下工程施工中進(jìn)行地基處理的輔助工法有：物理方法如凍結(jié)法、降水法、動(dòng)力壓密法、擠密樁法、加筋土法等；化學(xué)方法有注漿法、深層攪拌樁法等。2023/12/245.4.1地下工程圍巖預(yù)加固技術(shù)對于軟弱破碎圍巖，特別是地下水豐富情形，采用鉆爆法施工隧洞時(shí)應(yīng)合理采用輔助穩(wěn)定措施，確保地下工程施工簡捷、及時(shí)、有效，更具預(yù)防性和安全性。常見輔助穩(wěn)定措施有：超前錨桿、管棚、超前注漿小導(dǎo)管、超前深孔帷幕注漿、水平旋噴預(yù)支護(hù)、機(jī)械預(yù)切槽法等。選擇輔助穩(wěn)定措施應(yīng)考慮圍巖導(dǎo)致條件、地下水情況、施工方法、環(huán)境要求等方面因素，并盡量結(jié)合常規(guī)方法，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較，選用其中一種或幾種。2023/12/24一、超前錨桿1、構(gòu)造：沿開挖輪廓線以一定外插角向開挖面前方鉆孔安裝錨桿，對前方圍巖預(yù)錨固，在其形成的圍巖錨固圈保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)。如圖所示2023/12/242023/12/242、特點(diǎn)：柔性大，工藝簡單，工效高。3、適用條件：地下水少的破碎、軟弱圍巖。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：2023/12/24二、管棚1、構(gòu)造：用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小外插角向開挖面前方打入鋼管構(gòu)成的棚架，形成對前方圍巖預(yù)支護(hù)，在其保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)。如圖所示。鋼管長度小于10米為短管棚；鋼管長達(dá)10～45米且較粗，稱為長管棚。2023/12/242、特點(diǎn)：整體剛度大，限制圍巖變形能力強(qiáng)。長短管棚比較：3、適用條件：圍巖壓力快且大、需嚴(yán)格控制圍巖變形和地表沉陷的破碎、軟弱圍巖。如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育巖體、破碎帶等。地下水較多時(shí)可利用鋼管注漿堵水。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：2023/12/242023/12/24三、超前注漿小導(dǎo)管1、構(gòu)造：沿開挖輪廓線向開挖面前方圍巖打入帶孔小導(dǎo)管，通過小導(dǎo)管向圍巖注漿，在洞周形成一定厚度的注漿加固圈對前方圍巖預(yù)加固，在其保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)。如圖所示。鉆孔、插管一次完成的，稱為自進(jìn)式注漿錨桿。2023/12/242、特點(diǎn)：膠結(jié)加固裂隙圍巖；阻水。3、適用條件：含水的軟弱、破碎圍巖。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：2023/12/242023/12/24四、超前深孔帷幕注漿1、概況：采用深孔向擬建隧洞范圍注漿，形成筒狀封閉加固區(qū)，開挖等施工作業(yè)在注漿加固區(qū)進(jìn)行。較好地解決了超前注漿小導(dǎo)管占有時(shí)間和循環(huán)次數(shù)多的問題?？稍诙磧?nèi)、導(dǎo)洞或地表進(jìn)行注漿，如圖所示。2023/12/242、注漿機(jī)理：（1）滲透注漿（2）劈裂注漿（3）壓密注漿（4）高壓噴射注漿3、適用條件：有壓地下水及地下水豐富的地層中，適合大中型機(jī)械化施工。4、設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)：2023/12/24五、水平噴射注漿預(yù)支護(hù)高壓噴射注漿法包括：定噴法（用于防滲帷幕等）擺噴法（常用）垂直旋噴法（常用）旋噴法傾斜旋噴法（少用）

水平旋噴法（少用）傾斜、水平旋噴法因鉆機(jī)尚未過關(guān)，故應(yīng)用不廣。該法適用于砂類土、粘性土等地層。但流塑軟粘土中應(yīng)慎用。2023/12/24高噴注漿拱棚超前支護(hù)2023/12/24六、機(jī)械預(yù)切槽法采用專業(yè)切槽機(jī)械沿隧道外輪廓切割一定深度的切槽。在硬巖地層中作為爆破的隔振層；在軟巖或砂質(zhì)地層中，在槽內(nèi)填筑混凝土（必要時(shí)加裝玻纖錨桿）形成預(yù)支護(hù)拱。切槽方式有帶鋸式和排鉆式兩種。適合市區(qū)隧道工程和松動(dòng)地層、大斷面隧道。2023/12/245.4.2地基處理技術(shù)一、注漿法（灌漿法）1、原理：通過注漿機(jī)械將化學(xué)漿液（如水泥漿等）注入地層，以充填、切割、滲透等方式趕走巖土空隙中的水、氣并占據(jù)其位置，待漿液凝固后，將散體或裂隙固結(jié)，形成高強(qiáng)防滲人造石。2、注漿類型及機(jī)理（如圖所示）（1）滲透注漿（2）劈裂注漿（3）壓密注漿（4）噴射注漿2023/12/24劈裂注漿示意2023/12/24錨桿二次劈裂注漿管2023/12/243、注漿加固技術(shù)（1）單向閥管注漿：工藝流程為：鉆孔→下單閥套管→封孔→插入帶塞注漿芯管。（2）花管注漿：①注漿花管入土：錘擊、振沉或機(jī)械壓入②注漿程序：一次注漿法、自下而上分段注漿法、自上而下分段注漿法③雙液注漿：雙泵雙漿在三通處混合入土（如圖）④水灰比0.45～0.6，摻2～5%水玻璃速凝⑤冒漿、串漿處理:2023/12/242023/12/24二、深層攪拌法（Clay-Mixing-Consolidation）1、原理：采用深層攪拌機(jī)械將地基深部軟土與水泥（或石灰）強(qiáng)制拌和，使之結(jié)成一定強(qiáng)度的加固體（整體性和水穩(wěn)定性都比較好）。2、攪拌樁分類：（1）按固化材料：水泥攪拌樁石灰攪拌樁（2）按固化物狀態(tài)：粉體攪拌樁漿體攪拌樁2023/12/242023/12/24（3）按攪拌機(jī)類型：單軸攪拌樁（圓形）雙軸攪拌樁（“∞”形）三軸攪拌樁四軸攪拌樁六軸攪拌樁八軸攪拌樁3、攪拌樁適用性：（1）含水量高的軟土；（2）加固深度10～20米，最深50米；（3）置換部分軟土形成復(fù)合地基；2023/12/24（4）作為基坑、邊坡、岸坡的支護(hù)結(jié)構(gòu)或止水帷幕；（5）加固坑底軟土，防止土體隆起。不適合硬土、雜填土、含塊石等地層4、攪拌樁布置：（1）攪拌樁內(nèi)可加筋（抗彎）或不加筋（受壓）；（2）平面布置可用枝狀、塊狀、壁狀、格柵狀和拱狀2023/12/24三、SMW工法SMW（SoilMixingWall）工法也稱勁性水泥土地下連續(xù)墻技術(shù)。采用多軸攪拌鉆機(jī)在原地層中切碎土體，由鉆機(jī)前端注入水泥漿，壓縮空氣將漿液與切碎土體拌和均勻成水泥土柱列式擋墻（重力式擋土墻且可做止水幕墻），并據(jù)需要在墻體中插筋抗彎、抗剪。1、特點(diǎn)：（1）不擾動(dòng)臨近土體，對周圍地基和建、構(gòu)筑物影響?。唬?）鉆進(jìn)、攪拌相間反復(fù)進(jìn)行，拌和均勻，墻無接縫，止水可靠；（3）工期短，廢土外運(yùn)量少；（4）型鋼等插筋可重復(fù)回收利用；（5）適用范圍廣（粘性土～巖層；墻厚550～1300，深度50～80m）2023/12/24SMW工法2023/12/242、用途：（1）地下?lián)跬翂?；?）基坑、邊坡、堤壩的止水墻；（3）盾構(gòu)工作井圍護(hù)及其周圍土體加固；（4）軟基加固。3、施工要點(diǎn)：（1）沿墻筑一條溝槽，用以排除施工返漿；（2）攪拌成樁的70～80%的水泥漿在鉆進(jìn)時(shí)注入，其余在回鉆提升時(shí)注入；（3）嚴(yán)格控制提升速度。施工工藝如圖所示：2023/12/242023/12/24四、凍結(jié)法：利用人工制冷法將低溫冷媒送入地層，把需開挖土體周圍地層凍結(jié)成封閉的連續(xù)凍土墻承壓和隔水。（1）直接法：用泵將液氮或固體CO2酒精溶液（兼作制冷劑與冷媒）注入地層凍結(jié)管內(nèi)，經(jīng)與地層發(fā)生熱交換的尾氣從管的另一端排出。用于高達(dá)建筑物地下施工和事故處理，如流砂、管涌、塌陷等工程搶險(xiǎn)。具有快速、方便和凍土墻承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。（2）間接法：用氟利昂或液氨為制冷劑，氯化鈣或氯化鈉溶液作冷媒，通過壓縮機(jī)冷站系統(tǒng)和地層凍結(jié)系統(tǒng)（冷媒泵、凍結(jié)管等）將冷媒與地層凍結(jié)，用于流砂地層中盾構(gòu)（頂管）進(jìn)出工作井加固、地鐵區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)道施工和盾構(gòu)水底對接施工等。設(shè)計(jì)（略）2023/12/24凍結(jié)法施工旁通道2023/12/24五、降水法：1、原理：通過降低地下水位，增強(qiáng)地基抗剪強(qiáng)度（提高c、φ值），提高土體整體穩(wěn)定性，防止流砂、管涌。2、降水方法：（1）明溝排水：適于開挖深度小于3米（2）井點(diǎn)降水（輕型井點(diǎn)降水）：適于開挖深度3～6米；用作防范流砂和增加邊坡穩(wěn)定性、使坑底無積水。（3）噴射井點(diǎn)降水（循環(huán)高速水流負(fù)壓吸出地下水）：適于降水深度8～20米；用作防范流砂和增加邊坡穩(wěn)定性、使坑底無積水。（4）管井井點(diǎn)與深井井點(diǎn)：適于降水深度15米以下；用作降低深部承壓水位或含水層厚且深的情形。（5）電滲降水：適于滲透性極差的地層；用于增加地基抗剪強(qiáng)度，提高土體整體穩(wěn)定性。2023/12/242023/12/245.5不良地質(zhì)條件下地下工程施工地下工程施工中的不良地質(zhì)條件主要包括：膨脹土、松散地層、溶洞、斷層、流砂、巖爆等。在這些特殊地質(zhì)地段，地下工程開挖、支護(hù)過程中可能發(fā)生坍塌、支撐變形、襯砌斷裂等問題，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、安全和質(zhì)量。因此在施工中應(yīng)注意以下幾方面：（1）深入調(diào)查和掌握特殊地段情況，制定相應(yīng)施工方案和措施。（2）掌握施工指導(dǎo)原則：先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進(jìn)。2023/12/24（3）對于自穩(wěn)時(shí)間短的軟弱破碎巖體、淺埋軟巖、巖溶流泥地段、砂礫層、斷層破碎帶、涌水地段，可采用超前錨桿、小導(dǎo)管、管棚、圍巖預(yù)注漿等輔助施工措施，對地層進(jìn)行預(yù)加固、超前支護(hù)或止水。對于先護(hù)后挖仍不能成型的極差圍巖，應(yīng)先用注漿法加固，提高其自穩(wěn)性。（4）充分利用現(xiàn)場監(jiān)控量測結(jié)果指導(dǎo)施工，掌握施工中圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定程度。2023/12/24一、膨脹土圍巖1、基本特性：吸水顯著膨脹軟化，失水收縮硬裂。導(dǎo)致隧道頂部、兩側(cè)向內(nèi)擠入，底部隆起，導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)、支撐、襯砌變形破壞。（1）超固結(jié)特性：隧道開挖引起土體儲(chǔ)存的較高初始應(yīng)力釋放，圍巖強(qiáng)度降低，產(chǎn)生較大塑性變形的卸荷膨脹，具有塑性流變特性。（2）多裂隙性：初期圍巖變形大，發(fā)展速度快。（3）脹縮循環(huán)效應(yīng)增大圍巖壓力，破壞圍巖和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2、危害：（1）產(chǎn)生圍巖裂縫：開挖使土體原始應(yīng)力釋放產(chǎn)生膨脹，開挖面脫水收縮產(chǎn)生裂縫，同時(shí)兩者使圍巖原始裂縫擴(kuò)大。拱部拉裂縫與圍巖周邊裂縫貫通，形成局部變形區(qū)。2023/12/24（2）隧道下沉：因上部壓力大，下部膨脹土體承載能力低而下沉。造成支撐變形、失效，主體坍塌。（3）圍巖膨脹突出、坍塌：（4）底鼓：洞底圍巖卸荷膨脹和浸水膨脹（5）襯砌變形破壞：3、施工要點(diǎn)：（1）加強(qiáng)調(diào)查和量測圍巖壓力和流變（2）合理選擇施工方法，盡量采用防止施工擾動(dòng)和水浸的方法，如無爆破掘進(jìn)，及時(shí)封閉開挖面等（3）防止圍巖濕度變化，及時(shí)噴射砼封閉（4）合理進(jìn)行圍巖支護(hù)：噴錨支護(hù)，穩(wěn)定圍巖；襯砌結(jié)構(gòu)盡早閉合2023/12/24二、塌方（坍方）塌方是巖土工程的常見病害之一，如圖。地下工程施工必須預(yù)防、避免發(fā)生塌方。查明塌方主要原因預(yù)防塌方的施工措施塌方的處理措施2023/12/24石武高鐵黃陂木蘭隧道進(jìn)口塌方湘桂線陡嶺山隧道口塌方（200平方）內(nèi)蒙卓資隧道坍塌合寧鐵路亭子山2號隧道塌方（07）2023/12/24道塌方（10）廣西賓陽隧道塌方（10云南廣硯高速隧道坍塌困25人2023/12/24108國道山體塌方清連高速塌方渝武高速塌方2023/12/24甬臺(tái)溫高速塌方休寧公路塌方塌方造成運(yùn)行列車脫軌鐵路隧道塌方2023/12/24二、塌方（坍方）1、隧道塌方的主要原因：（1）自然因素：不良地質(zhì)水文條件①遇到斷層、破碎帶、薄層褶曲、松散堆積體等；②覆蓋地層過薄，隧道淺埋；③地下水作用（軟化、浸泡、沖蝕、溶解），降低巖體強(qiáng)度，加劇失穩(wěn)、塌方。（2）人為因素：A.設(shè)計(jì)考慮不周：對隧道位置的地質(zhì)水文情況缺乏詳細(xì)調(diào)查、分析、掌握；2023/12/24B.施工方法和措施不適當(dāng)：①施工方法與地質(zhì)條件（變化）不適應(yīng)：如工序間距安排不當(dāng)、支護(hù)不及時(shí)或質(zhì)量不合要求、地層暴露過久等；②沒按規(guī)定量測或信息反饋不及時(shí)，決策失誤、措施不力；③裝藥量過多，爆破震動(dòng)引起坍塌；④危石檢查、處理不及時(shí)或措施不當(dāng)引起坍塌。2、預(yù)防塌方的施工措施：（1）選擇安全合理的施工方法和措施：遇到圍巖破碎地段，采取“先排水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤量測”的施工方法，制定切實(shí)可行的施工方案和安全措施。2023/12/24（2）加強(qiáng)塌方預(yù)測：高度重視塌方預(yù)兆，及時(shí)分析其嚴(yán)重性，采取可靠措施處理隱患，控制塌方。①觀測法：(a)在掘進(jìn)工作面用超前探孔了解前方地質(zhì)水文情況；對掘進(jìn)工作面進(jìn)行地質(zhì)素描。分析判斷掘進(jìn)前方有無塌方可能。(b)觀察洞內(nèi)圍巖受力、變形狀態(tài)及其松動(dòng)掉塊情況；巖層結(jié)構(gòu)面變化情況；支護(hù)結(jié)構(gòu)變形發(fā)展情況；地表沉降情況等。②常規(guī)測量：按時(shí)觀測位移、應(yīng)力，分析其發(fā)展趨勢。③微地震儀、聲波儀預(yù)測（3）加強(qiáng)初期支護(hù)，控制塌方：如采用早強(qiáng)噴射混凝土、早強(qiáng)錨桿和鋼支撐等及時(shí)有效地進(jìn)行支護(hù)，防止局部坍塌，提高隧道整體穩(wěn)定性。2023/12/243、塌方的處理措施：（1）隧道塌方應(yīng)及時(shí)迅速處理。制定處理方案時(shí)應(yīng)查明塌方原因和地下水活動(dòng)情況及其塌方范圍、形狀等。（2）處理塌方應(yīng)先加固可能塌方但尚未塌地段，防止塌方繼續(xù)發(fā)展。①小塌方（塌穴不高、縱向延伸不長）：先加固兩端洞身，并盡快用噴射混凝土或噴錨聯(lián)合支護(hù)封閉塌穴頂部和側(cè)部，或用其它臨時(shí)支架進(jìn)行有效穩(wěn)定，然后再清理塌渣。②大塌方（塌穴高、塌渣量大）：采用先護(hù)后挖法處理，如管棚法和注漿法。待支護(hù)基本穩(wěn)定之后，再按先上部后下部順序清渣。按“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉”原則清除塌體，并盡快襯砌。③隧洞冒頂：清渣前先支護(hù)陷穴口，用洞內(nèi)管棚或鋼支撐，或在2023/12/24陷穴口附近地面打設(shè)地表錨桿。④洞口塌方：采用暗洞明作法處理。（3）處理塌方時(shí)應(yīng)先加強(qiáng)排水工作，防止地表水和地下水滲入塌方體而擴(kuò)大塌方。具體措施：

①用不透水土夯填密實(shí)地表沉陷和裂縫，并挖截水溝防止地表水滲入坍體；②塌方通頂時(shí)，在陷穴口地表四周挖溝排水，并設(shè)雨棚遮蓋穴頂；③用管槽引出塌體內(nèi)地下水至排水溝。（4）根據(jù)坍穴大小和地質(zhì)情況加強(qiáng)塌方地段襯砌：①坍穴小，用漿砌片石或干砌石填滿坍穴；②坍穴大，下部用漿砌片石或干砌石填，上部用鋼支撐。（5）加設(shè)量測點(diǎn)，增加量測頻率（淺埋隧道需測地表沉降）2023/12/24三、巖爆巖爆直接影響安全（人員、