通省隧道衬砌支护及施工组织设计_毕业设计

通省隧道衬砌支护及施工组织设计_毕业设计内容摘要：

留出漏斗口供漏碴用。 在向上扩大开挖时 ,棚架作工作平台用。 图中 2至 5部爆出的石碴全落在棚架上，经漏斗口卸 入下面的斗车运出洞外。 这种装碴方式可减轻劳动强度。 下导坑的宽度，一般按双线斗车运输决定。 由于宽度较大，在棚架横梁下可增设中间立柱作临时加固用。 设立棚架区段的长度，安装碴的各扩大开挖部分的延长加上一定余量来决定。 用漏斗棚架装碴优点显著，故在中国以漏斗棚架命名。 此法曾广泛应用于修建铁路隧道。 3台阶法 又有正台阶法和反台阶法之分。 ①正台阶法系在稳定性较差的岩层中施工时，将整个坑道断面分为几层，由上向下分部进行开挖，每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶（图 3a）。 上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴， 可以平行进行而使工效提高。 全断面完全开挖后，再由边墙到顶拱筑衬砌。 在坑道顶部最先开挖的第一层为一弧形导坑，需要钻较多的炮眼，导坑超前距离很短，可使爆破时石碴直接抛落到导坑之外 ,以减轻扒碴工作量 ,从而提高掘进速度。 如坑道顶部岩层松动，应即在导坑内用锚杆或钢拱架作临时支护，以防坍塌。 ②反台阶法则用于稳定性较好的岩层中施工，也将整个坑道断面分为几层，在坑道底层先开挖宽大的下导坑，再由下向上分部扩大开挖（图3b)。 进行上层的钻眼时 ,须设立工作平台或采用漏斗棚架，后者可供装碴之用。 4全断面法 将整个断面 一次挖出的施工方法。 适用于较好岩层中的中、小型断面的隧道。 此法能使用大型机械，如凿岩台车、大型装碴机、槽式列车或梭式矿车、模板台车和混凝土灌筑设备等进行综合机械化施工。 新奥法的出现，扩大了全断面法和台阶法的适用范围。 5上下导坑先墙后拱法 也称全断面分部开挖法。 以前 ,在稳定性较差的松软岩层中，为提高衬砌的质量，曾采用过此种先分部挖出全断面，再按先墙后拱顺序修筑衬砌的施工方法。 采用此法开挖时，要用大量木料支撑，还需多次 6 顶替，施工既困难又不安全，故在中国未见采用。 还称之为奥国法或称老奥法。 6 蘑菇形法 综合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点而形成的一种混合方案。 开挖 1至 4部后呈现形似蘑菇状的断面，故名。 在下导坑中设立漏斗棚架，供向上扩大开挖时装碴之用，同时当拱部地质条件较差时，为使施工安全可先筑顶拱。 该法具有容易改变为其他方法的优点，遇岩层差时改为单纯的先拱后墙法，岩层好时改为漏斗棚架法。 在中国首先应用于岩层基本稳定的铁路隧道施工，以后又用来修筑大断面洞室，为减少设立模架作业及其所需材料，并加快施工进度创造有利条件。 7侧壁导坑先墙后拱法 简称侧壁导坑法，也称核心支持法。 在很松软、不稳定 地层中修筑大跨度隧道时，为了施工安全，先沿坑道周边分部开挖，随即逐步由边墙到顶拱修筑衬砌，以防止地层坍塌。 开挖时可将临时支撑和拱架都支承于坑道中间未被开挖的大块核心地层上，在衬砌保护之下最后将此核心挖除，必要时再砌筑仰拱。 侧导坑的宽度较大，除包括边墙以外，还须有通行出土斗车和工人以及砌筑边墙的工作位置，才能使导坑开挖和边墙衬砌作业同时进行。 为了核心部分地层的稳定，也须保持足够的宽度 ,且其宽度愈大，留在最后的开挖量愈大 ,开挖费用就愈小。 此法通常适用于围岩压力很大、地层不稳定的大跨度隧道（如双线或多线铁路隧道和 道路隧道、运河隧道）。 在坚硬岩层中修建大跨度洞室时也常采用，利用其核心部分作为支承顶拱和边墙模板的基础；开挖时临时支撑可大为减少，甚至完全免除。 该法在外文文献中至今还称德国法。 此外，在大断面洞室施工时，还采用先拱后墙法与核心支持法、先拱后墙法与正台阶法等的混合方案。 8爆破开挖 隧道及地下工程施工的爆破与一般石方工程的爆破要求不同。 为了便于装碴和不损坏附近的临时支撑或永久性衬砌，不使岩层爆得粉碎或碎落的岩块过大，又不使爆破时的岩块抛掷很远，故一般用松动爆破。 由钻眼、装药、封口、起爆、排烟、临时支 护和出碴等作业，组成一个爆破循环，其中钻眼和出碴占用大部分时间，应使之机械化，如采用凿岩机、装碴机、矿用牵引机车等。 为了提高爆破效果，避免超挖或欠挖，并使坑道的轮廓符合设计要求，除须根据岩层情况和坑道断面大小，选择炮眼的数目、直径、深度和装药量等参数之外，炮眼布置也是重要影响因素。 为了在爆破时开辟新的自由面（即临空面），不论在导坑开挖还是在全断面开挖时，通常在开挖面上布置位于中央的掏槽眼，及其周围用以扩大爆破范围的辅助眼，和控制 7 开挖面轮廓的周边眼等三类炮眼，并按先掏槽后周边的次序先后起爆。 掏槽眼的布 置形式一般有直眼掏槽和斜眼掏槽。 前者的炮眼轴线与开挖面垂直，可将几个掏槽眼布置成一字形、梅花形或螺旋形；斜眼的轴线则与开挖面斜交，并随地质构造的不同，布置成楔形、锥形或扇形。 爆破材料大多采用威力较低、价格较廉的硝铵炸药，有水时则用硝化甘油炸药。 起爆时以往大多用火雷管作火花起爆；后来改用电雷管、毫秒雷管，用电起爆；近期又出现用导爆管的非电起爆。 爆破开挖时，为保证开挖面轮廓准确而平整，并控制对围岩的震动，近年来，在爆破技术上发展和应用了光面爆破、预裂爆破和毫秒爆破等新技术，达到了预期的爆破效果。 新奥法 发展 新奥法 即 新奥地利隧道施工方法 的简称， 原文是 New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM ， 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 （ L. V. RABCEW ICZ） 教授于 50 年代提出的， 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础， 将锚杆和喷射混凝土组合在一起，作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究， 于 60年代取得专利权并正式命名。 之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展， 已成 为现代隧道 工程新技术标志之一。 六十年代 NATM 被介绍到我国， 七十年代末八十年代初得到迅速发展。 至今，可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开 种基本方法。 新奥法施工特点 1及时性 新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。 在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。 2封闭性 由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。 8 巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂缝，加上原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产生变形或塌落。 当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度。 （提高围岩的粘聚 力 C和内摩擦角）。 同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。 3粘结性 喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三种作用： ① 联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。 开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏，防止个别威岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。 ②复和作用， 即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护围岩。 喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。 ③增加作用。 开巷后及时继进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不平引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力 C和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。 4柔性 喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围 岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发挥。 另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。 新奥法理论要点及施工要点 1 新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。 而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护 结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。 新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施。 减少对围岩的震动，以保全其整体性。 同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。 新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝 9 土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩 支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限 度地利用围岩本身的承载力。 2保护巷道围岩自身的承载能力 新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、围岩巷道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护巷道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩，提高围筵强度。 使其与人工支护结构共同承受巷道压力。 3 允许围岩由一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。 同时巷道的支护结构，也应具有预定的可缩量，以缓和巷道压力。 围岩的变形是控制在一定范围内的，必 须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳。 支护结构具有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓和来自巷道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载。 4新奥法施工过程中量测工作的特殊性 由于岩体生成条件与地质作用的复杂性，施工条件的复杂性，以及对工程设计参数的精确要求，得要通过许多量测手段，在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态和支护结构工作状态进行监测。 并用监测结果修改初步设计，指导施工 .量测的结果可以作为施工现场分析参数和修改设计的依据，因而能够预见事故和险情，以便 及时采取措施，防患于未然提到施工的安全程度。 由上所述，新奥法的支护原则是：围岩不仅是载物体，而且是承载结构；围岩承载圈和支护体组成巷道的统一体，是一个力学体系；巷道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务。 新奥法的主要支护手段与施工顺序 新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。 施工顺序可以概括为：开挖→一次支护→二次支护。 开挖 作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。 开挖作业与一次支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支撑能力，第一次支护工作应尽快进行。 为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破（控制爆破）或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖。 一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。 岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些。 一般在中硬岩中长度约为 米，在膨胀性地层中大约为 米。 10 第一次支护作业包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土 ，在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土（ 35mm），为争取时间在较松散的围岩掘进中第一次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣。 按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起临时支护作用，同时又是永久支护的一部分。 复喷后应达到设计厚度（一般为 1015mm），并要求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内。 完成第一次支护的时间非常重要，一 般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。 目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三小时内完成，主要由施工条件决定。 在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如风华花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，为了给一次支护争取时间，安全的作业，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然后再开挖。 在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或测点，进行围岩位移和应力的现场测量：依据测量得到的信息来了解围岩的动态，以及支护抗力与围岩的相适应程度。 一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底 ，即永久性的支护（或是补喷射混凝土，或是浇注混凝土内拱），起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到。 对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定。 新奥法适用范围。