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隧道及地下建筑工程施工时,须先开挖出相应的空间,然后在其中修筑衬砌。施工方法的选择,应以地质、地形及环境条件以及埋置深度为主要依据,其中对施工方法有决定性影响的是埋置深度。埋置较浅的工程,施工时先从地面挖基坑或堑壕,修筑衬砌之后再回填,这就是明挖法。当埋深超过一定限度后,明挖法不再适用,而要改用暗挖法
隧道及地下工程施工时有下列特点:①受工程地质和水文地质条件的影响较大;②工作条件差、工作面少而狭窄、工作环境差;③暗挖法施工对地面影响较小,但埋置较浅时可能导致地面沉陷;④有大量废土、碎石须妥善处理。
隧道及地下工程的施工方法最初是采用矿山开拓巷道的方法,故称为矿山法,此法应用范围很广。
19世纪,为修筑水底隧道,创制了盾构,经100多年的改进,盾构法成为在松软地层中常用的方法之一。
为避免在水下施工,19世纪末又出现了沉管法,此法主要工序在地面上进行,优点显著,应用日益广泛。
在敷设管道或设置地道时,为了不影响地面房屋和其他工程设施,用千斤顶将预制的管段或箱涵配合挖土向前顶进,这就是顶管法。用这种方法穿过街道、路堤等障碍物是很有效的。
用沉井法(见地下工程沉井法施工)修筑地下建筑,具有占地面积小、挖土量少、施工方便、对周围设施影响较小等优点。已发展成一种在软土地层中修筑地下工业建筑物的方法。
城市中用明挖法施工,打设板桩时会产生很大噪声和振动,因此发明了减轻公害的地下连续墙法。它用专门机械开挖深槽,应用触变泥浆护壁,然后在槽中灌筑水下混凝土,以形成地下连续墙来挡土,或作为地下结构的一部分。此法的优点是产生的噪声和振动都很小。
地下工程的开挖工作很繁重,施工机械化要求特别迫切。随着机械制造及冶炼技术的进步,20世纪50年代制造出用硬合金刀具直接破岩的隧洞掘进机,实现了开挖工作的综合机械化,因此获得一定程度的推广。
随着岩体力学的发展,在结合现场经验的基础上,20世纪中叶创造了新奥法。此法的主旨是尽量利用围岩的自承能力,用喷锚支护控制围岩的变形及应力重分布,使达到新的平衡。这样就把支护和围岩组成一整体结构,而其中的主要承载部分是围岩。此法是在软弱围岩中施工的有效方法。
施工方法的发展,除了科技人员对于地下工程受周围介质的复杂影响逐渐加深认识以外,还有赖于系列化、自动化施工机械的研制和新材料的创造,使在开挖、运输和衬砌等作业中能综合运用,并形成新的施工方法,以缩短施工期限和保证工程质量。
(一)全断面开挖法
1.全断面开挖法适用于土质稳定、断面较小的隧道施工,适宜人工开挖或小型机械作业。
2.全断面开挖法采取自上而下一次开挖成形,沿着轮廓开挖,按施工方案一次进尺并及时进行初期支护。
3.全断面开挖法的优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数,有利于围岩天然承载拱的形成,工序简便;缺点是对地质条件要求严格,围岩必须有足够的自稳能力。
(二)台阶开挖法
1.台阶开挖法适用于土质较好的隧道施工,软弱围岩、第四纪沉积地层隧道。
2.台阶开挖法将结构断面分成两个以上部分,即分成上下两个工作面或几个工作面,分步开挖。根据地层条件和机械配套情况,台阶法又可分为正台阶法和中隔壁台阶法等。正台阶法能较早使支护闭合,有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。
3.台阶开挖法优点是具有足够的作业空间和较快的施工速度,灵活多变,适用性强。
(三)环形开挖预留核心土法
1.环形开挖预留核心土法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩、断面较大的隧道施工。
2.一般情况下,将断面分成环形拱部、上部核心土、下部台阶等三部分。根据断面的大小,环形拱部又可分成几块交替开挖。环形开挖进尺为0.5~1,Om.不宜过长。台阶长度一般以控制在1D内(D-般指隧道跨度)为宣。
3.施工作业流程:用人工或单臂掘进机开挖环形拱部一架立钢支撑,喷混凝土。在拱部初次支护保护下,为加快进度,宜采用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶,随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。视初次支护的变形情况或施工步序,安排施工二次衬砌作业。
(四)单侧壁导坑法
l_单侧壁导坑法适用于断面跨度大,地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中隧道施工。
2.单侧壁导坑法是将断面横向分成3块或4块:侧壁导坑(1)、上台阶(2)、下台阶(3),侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用,并考虑机械设备和施工条件而定。
3.一般情况下侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽,高度以到起拱线为宜,这样导坑可分二次开挖和支护,不需要架设工作平台,人工架立钢支撑也较方便。
(五)双侧壁导坑法
1.双侧壁导坑法又称眼镜工法。当隧道跨度很大,地表沉陷要求严格,围岩条件特别差,单侧壁导坑法难以控制围岩变形时,可采用双侧壁导坑法。
2.双侧壁导坑法一般是将断面分成四块:左、右侧壁导坑、上部核心土(2)、下台阶(3)。导坑尺寸拟定的原则同前,但宽度不宜超过断面最大跨度的三分之一。左、右侧导坑错开的距离,应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。
3.施工顺序:开挖一侧导坑,并及时地将其初次支护闭合。相隔适当距离后开挖另一侧导坑,并建造初次支护。开挖上部核心土,建造拱部初次支护,拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。开挖下台阶,建造底部的初次支护,使初次支护全断面闭合。拆除导坑临空部分的初次支护。施作内层衬砌。
(六)中隔壁法和交叉中隔壁法
1.中隔壁法也称CD工法,主要适用于地层较差和不稳定岩体、且地面沉降要求严格的地下工程施工。
2.当CD工法不能满足要求时,可在CD工法基础上加设临时仰拱,即所谓的交叉中隔壁法(CRD工法)。
3.CD工法和CRD工法在大跨度隧道中应用普遍,在施工中应严格遵守正台阶法的施工要点,尤其要考虑时空效应,每一步开挖必须快速,必须及时步步成环,工作面留核心土或用喷混凝土封闭,消除由于工作面应力松弛而增大沉降值的现象。
(七)中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩法
当地层条件差、断面特大时,一般设计成多跨结构,跨与跨之间有梁、柱连接,一般采用中洞法、侧洞法、柱洞法及洞桩法等施工,其核心思想是变大断面为中小断面,提高施工安全度。
1.中洞法施工就是先开挖中间部分(中洞),在中洞内施作梁、柱结构,然后再开挖两侧部分(侧洞),并逐渐将侧洞顶部荷载通过中洞初期支护转移到梁、柱结构上。由于中洞的跨度较大,施工中一般采用CD、CRD或双侧壁导航法进行施工。中洞法施工工序复杂,但两侧洞对称施工,比较容易解决侧压力从中洞初期支护转移到梁柱上时的不平衡侧压力问题,施工引起的地面沉降较易控制。中洞法的特点是初期支护自上而下,每一步封闭成环,环环相扣,二次衬砌自下而上施工,施工质量容易得到保证。
2.侧洞法施工就是先开挖两侧部分(侧洞),在侧洞内做梁、柱结构,然后再开挖中间部分(中洞),并逐渐将中洞顶部荷载通过初期支护转移到梁、柱上,这种施工方法在处理中洞顶部荷载转移时,相对于中洞法要困难一些。两侧洞施工时,中洞上方土体经受多次扰动,形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形或楔形土体,该土体直接压在中洞上,中洞施工若不够谨慎就可能发生坍塌。 2100433B
喷锚暗挖是一种施工工艺,是隧道开挖过程中,隧道已经开挖成型后,将一定数量、一定长度的锚杆,按一定的间距(数量、长度、间距都是通过计算得来的)垂直锚入岩(土)体,在锚杆外露端挂钢筋网,再在隧道表面喷射混...
三万里河东入海,五千仞岳上摩天.
不一样,浅埋暗挖的概念更大些。浅埋暗挖和深埋暗挖是埋深不同,相对于明挖,沉井的施工方法;矿山法属于暗挖工法的一种,以前用于矿山巷道开挖的一种方法,暗挖工法中还有新奥法、新意法、盾构法等等。
浅埋暗挖法
浅埋暗挖施工技术 浅埋暗挖法法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室 暗挖施工的一种方法。具有造价低、拆迁少、灵活多变、无需太多专 用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点。 经过在许多工程中的成 功实施,其应用范围进一步扩大,由只适用于第四纪地层、无水、地 面建筑物较少等简单条件,拓展到非第四纪地层、超浅埋(埋深已缩 小到 0.8m)、大跨度、上软下硬、高水位等复杂地层及环境条件下的 地下工程中。 一、工程特点 (一)埋深浅 所谓隧道深埋或浅埋, 并非单纯指洞顶地层厚度, 还应结合上覆 地层的工程地质条件综合判定, 包括围岩结构构造特征, 风化、破碎、 断层影响的程度,结构强度,松散状况以及地下水等因素。 对于浅埋地下工程而言,其显著特点是埋深浅,在施工过程中, 地层承载力差, 开挖引起的地层应力波迅速传到地表, 从而引起明显 的地表沉降,对周边环境的影响较大,超过一定限度,会导致整体
盾构空推过暗挖法隧道施工工法
通过工程实践,从施工方面详细介绍了深圳地铁二期工程盾构空推过暗挖法隧道施工技术,明确了该施工方法的适用范围,详细总结了该工法的原理、主要施工工艺及质量控制要点,对今后类似条件下的盾构空推过暗挖法隧道施工有很好的参考作用。
喷锚暗挖法施工主要有新奥法和浅埋暗挖法等。
新奥法是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时的进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。 |
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浅埋暗挖法沿用新奥法 (New Austrian Tunneling Method)基本原理,初次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;初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法设计、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;并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、安全施工等,并形成多种综合配套技术。 浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深浅(最小覆跨比可达0.2)、地层岩性差(通常为第四纪软弱地层)、存在地下水(需降低地下水位)、周围环境复杂(邻近既有建、构筑物)等特点。 由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点,浅埋暗挖法在全国类似地层和各种地下工程中得到广泛应用。在北京地铁复西区间、西单车站、国家计委地下停车场、首钢地下运输廊道、城市地下热力、电力管道、长安街地下过街通道及地铁复—八线中推广应用,在深圳地下过街通道及广州地铁一号线等地下工程中推广应用,并已形成了一套完整的综合配套技术。 同时,经过许多工程的成功实施,其应用范围进一步扩大,由只适用于第四纪地层、无水、地面无建筑物等简单条件,拓广到非第四纪地层、超浅埋(埋深已缩小到0.8m)、大跨度、上软下硬、高水位等复杂地层及环境条件下的地下工程中去。 信息化技术的实施,实现了浅埋暗挖技术的全过程控制,有效地减小了由于地层损失而引起的地表移动变形等环境问题。不但使施工对周边环境的影响降低到最低程度,由于及时调整、优化支护参数,提高了施工质量和速度,使浅埋暗挖法特点得到更进一步的发挥,为城市地下工程设计、施工提供了一种非常好的方法,具有重大的社会效益和环境效益,该方法在总体上达到国际领先水平。 |
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常见的浅埋暗挖典型施工方法 |
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全断面法( full face excavation method)隧道工程中采用全断面一次开挖成形的施工方法。一般在隧道和煤层开挖中多见。该法是将全部设计断面一次开挖成型,再修筑衬砌,一般可适用于Ⅴ~Ⅵ类围岩,因开挖作业面大,钻爆效率高可采用凿岩台车和高效运装机。 适用范围:稳定岩体中的单拱单线区间隧道。 主要施工方法: 1)采用光面或预裂爆破开挖。 2)施工仰拱后根据设计做初期支护结构或直接进行二次衬砌施工。 该法施工优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数,有利于围岩天然承载拱的形成,工序简单,便于组织大型机械化施工;施工速度快,防水处理简单;缺点是对地质条件要求严格,围岩必须有足够的自稳能力。 |
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台阶法是隧道及地下工程的施工方法之一。又有正台阶法和反台阶法之分。按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。由于大断面隧道的设计,又有三台阶临时仰拱法,预留核心土台阶法,甚至多台阶法。 台阶法施工就是将结构断面分成两个或者几个部分,即分成上下两个工作面或几个工作面,分布开挖。它能较早使支护闭合,有利于控制结构变形及由此引起的地面沉降。 开挖优点:
缺点:台阶数不宜过多,台阶长度要适当。 |
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正台阶环形开挖法又称环形开挖留核心土法,适用于地层较差,跨度≤12M的隧道工程。一般将断面分成环形拱部(图中的1、2、3)、上部核心土(图中的4)、下部台阶(图中的5)等三部分。 根据断面的大小,环形拱部又可分成几块交替开挖。环形开挖进尺为0.5-1.0M,不易过长。台阶长度一般以控制在1D内(D一般指隧道跨度)为宜。 优点:与超短台阶法相比,台阶长度可以适度加长,以减少上下台阶施工干扰;而与下述的侧壁法相比,施工机械化程度可相对提高,施工速度可加快。 需注意下面问题:虽然核心土增强了开挖面的稳定,但开挖中围岩要经受多次扰动,而且断面分块多,支护结构形成全断面封闭的时间长,这些都有可能使围岩变形增大。因此,它常要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。 |
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单侧壁导坑法适用于断面跨度大、地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。 其施工要点有: 1.将断面分成侧壁导坑①、上台阶②、下台阶③; 2.侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽,高度以到起拱线为宜; 3.导坑与台阶的距离以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则; 4.上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。 |
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双侧壁导坑法是隧道开挖的一种方式。又称双侧壁导洞法或眼镜工法。属于新奥法的一个分支,以新奥法基本原理为依据。 (1) 开挖面分部形式: 一般将断面分成四块:左、右侧壁导坑1、上部核心土2、下台阶(3) 。导坑尺寸侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用,并考虑机械设备和施工条件而定。但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。高度以到起拱线为宜,这样,导坑可分二次开挖和支护,不需要架设工作平台,人工架立钢支撑也较方便。导坑与台阶的距离没有硬性规定,但一般应以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则,所以在短隧道中可先挖通导坑,而后再开挖台阶。上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。左、右侧导坑错开的距离,应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。 (2) 施工作业顺序为; ①开挖一侧导坑,并及时地将其初次支护闭合。 ②相隔适当距离后开挖另一侧导坑,并建造初次支护。 ③开挖上部核心土,建造拱部初次支护,拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。 ④开挖下台阶,建造底部的初次支护,使初次支护全断面闭合。 ⑤拆除导坑临空部分的初次支护。 ⑥建造二次衬砌。 特点是施工安全,但速度慢,成本高,防水效果差,初期支护拆除量大。 |
喷锚暗挖法又称为矿山法,对地层的适应性较广,适用于结构埋置较浅,地面建筑物密集,交通运输繁忙、地下管线密布,及对地面沉降要求严格的城镇地区地下构筑物施工。喷锚暗挖法施工分为新奥法、浅埋暗挖法 。
浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上,又于1986年在具有开拓性、风险性、复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用,在拆迁少、不扰民、不破坏环境下获得成功。同时,结合中国特点及水文地质系统,创造了小导管超前支护技术、8字型网构钢拱架设计、制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工技术和变位进行反分析计算的方法,提出了“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测” 18字方针,突出时空效应对防塌的重要作用,提出在软弱地层快速施工的理念。由此形成了浅埋暗挖法,创立了适用于软弱地层的地下工程设计、施工方法。