地下工程施工:隧道基本施工方法-精品资料文档整理.ppt
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1、隧道基本施工方法第二篇第二篇 地下工程暗挖法施工地下工程暗挖法施工 不挖开地面,采用矿山法、机械法等方法修不挖开地面,采用矿山法、机械法等方法修筑地下建筑物的方法,称为地下工程暗挖法。筑地下建筑物的方法,称为地下工程暗挖法。一般使用在山岭的公路、铁路隧道、城市地一般使用在山岭的公路、铁路隧道、城市地下铁道等的修建中。下铁道等的修建中。主要方法的分类见下框图。主要方法的分类见下框图。隧道基本施工方法地下工程暗挖法施工地下工程暗挖法施工全断面开挖上下导坑法分部开挖法掘进机(TBM)盾构法气压平衡土压破坏泥水平衡暗挖法 矿山法(钻爆法)机械法隧道基本施工方法地下工程暗挖法施工地下工程暗挖法施工施工准
2、备施工准备场地准备、测量定线、场地准备、测量定线、三通一平、人员组织三通一平、人员组织开挖爆破开挖爆破出渣运输出渣运输初期支护初期支护二次衬砌二次衬砌钻炮眼、装炸药、钻炮眼、装炸药、联结引炮装置、爆炸联结引炮装置、爆炸通风、消除通风、消除危石、装车危石、装车锚喷支护锚喷支护临时支撑临时支撑防水板铺设防水板铺设模注混凝土模注混凝土隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖 概述概述 分部开挖的主要目的:分部开挖的主要目的:是为了减小对围岩的扰动、保证掌子面的稳是为了减小对围岩的扰动、保证掌子面的稳定、并能便利支撑,以保安全。定、并能便利支撑,以保安全。分部开挖的方法:分部开挖的方法:是将掌子面
3、(工作面)分为多个工作面,分是将掌子面(工作面)分为多个工作面,分部实施。部实施。分部的大小与多少:分部的大小与多少:按地质条件与断面大小以及开挖和支护手段按地质条件与断面大小以及开挖和支护手段等,对周围环境影响等条件而定。等,对周围环境影响等条件而定。隧道基本施工方法隧道开挖实景照片隧道开挖实景照片隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖1 1、分部开挖方案、分部开挖方案 隧道施工方法有很多,但总归起来大体上有隧道施工方法有很多,但总归起来大体上有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类及若干变全断面法、台阶法和分部开挖法三大类及若干变化方案,如下图示。化方案,如下图示。隧道基本施工方法隧道的
4、分部开挖隧道的分部开挖隧道基本施工方法隧道基本施工方法隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖(1 1)全断面法)全断面法 常用在硬岩中,利于大型机械化作业,施工速度快。常用在硬岩中,利于大型机械化作业,施工速度快。(2 2)台阶法)台阶法 多用于较软而节理发育的围岩中,有三种变化方案:多用于较软而节理发育的围岩中,有三种变化方案:a a、长台阶法、长台阶法 上下台阶距离较远,上台阶超前上下台阶距离较远,上台阶超前50m以上或以上或5倍洞跨,施工中上下部倍洞跨,施工中上下部可配大中型机械平行作业。可配大中型机械平行作业。b b、短台阶法、短台阶法 上台阶长度小于上台阶长度小于5倍但大于倍但
5、大于11.5倍洞跨,适用于较软弱的围岩,上倍洞跨,适用于较软弱的围岩,上下台阶施工干扰较大。下台阶施工干扰较大。c c、超短台阶法、超短台阶法 上台阶仅超前上台阶仅超前35m,断面闭合较快。多用于机械化程度不高的各类,断面闭合较快。多用于机械化程度不高的各类围岩地段。围岩地段。隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖预留台阶预留台阶拱部开挖拱部开挖隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖(3 3)分部开挖法)分部开挖法 可分为三种变化方案:可分为三种变化方案:a、台阶分部开挖法 又称环形开挖留核心土又称环形开挖留核心土法,适用于一般土质或易法
6、,适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土支挡开挖工作部留核心土支挡开挖工作面,利于及时施作拱部初面,利于及时施作拱部初期支护增强开挖工作面的期支护增强开挖工作面的稳定,核心土及下部开挖稳定,核心土及下部开挖在拱部初期支护保护下进在拱部初期支护保护下进行,施工安全性好。一般行,施工安全性好。一般环形开挖进尺为环形开挖进尺为0.50.51m1m左右,不宜过长,左右,不宜过长,隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖 b b、单侧壁导坑法、单侧壁导坑法(CDCD法法-Center-Center diaphgramdiaphgram)围岩较差,跨度大,围岩较差,跨
7、度大,地表沉陷难于控制时采地表沉陷难于控制时采用,此法单侧壁导坑超用,此法单侧壁导坑超前,中部和另一侧的断前,中部和另一侧的断面用正台阶法施工,故面用正台阶法施工,故兼有正台阶法和双侧壁兼有正台阶法和双侧壁导坑法的优点,且洞跨导坑法的优点,且洞跨可随机械设备等施工条可随机械设备等施工条件决定,件决定,隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖 该方法还有一些变该方法还有一些变化方法,如在开挖单侧化方法,如在开挖单侧壁导坑时也采用台阶法,壁导坑时也采用台阶法,并及时用斜支撑支护,并及时用斜支撑支护,一般将这种方法称为一般将这种方法称为CRDCRD法。法。隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部
8、开挖 c c、双侧壁导坑法、双侧壁导坑法 适用于浅埋大跨适用于浅埋大跨度隧道,地表下沉度隧道,地表下沉量要求严格,围岩量要求严格,围岩条件特别差时,此条件特别差时,此法安全可靠,但速法安全可靠,但速度慢,造价高。度慢,造价高。隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖导洞凿除导洞凿除隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖1 1、各种分部开挖的力学效果分析、各种分部开挖的力学效果分析 (1 1)台阶法的力学效果分析)台阶法的力学效果分析 在隧道施工中,台阶法使用最为广泛,不同在隧道施工中,台阶法使用最为广泛,不同的台阶长度对隧道的稳定性将有不同
9、的影响,的台阶长度对隧道的稳定性将有不同的影响,特别在地质条件差,埋深浅时,确定合理的台特别在地质条件差,埋深浅时,确定合理的台阶长度尤为重要。阶长度尤为重要。通过有限元法分析了台阶长度分别为通过有限元法分析了台阶长度分别为1.0D1.0D、0.75D0.75D、0.5D0.5D、0.25D0.25D(D D为隧道跨度)四种情为隧道跨度)四种情况下对浅埋隧道洞口稳定性的影响。况下对浅埋隧道洞口稳定性的影响。隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖不同台阶长度下的不同台阶长度下的地表下沉曲线地表下沉曲线隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖解析情况解析情况1.0D1.0D0.75D0.
10、75D0.5D0.5D0.25D0.25D塑性区示意塑性区示意塑性区深度塑性区深度(m m)7.07.05.55.55.05.04.04.0地表下沉地表下沉(mmmm)35.0535.0529.1829.1824.4624.4611.3811.38拱顶下沉拱顶下沉(mmmm)51.3451.3444.6044.6038.8238.8223.3023.30 不同台阶长度对隧道稳定性影响不同台阶长度对隧道稳定性影响 隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖由上表和图可以看出:由上表和图可以看出:1 1、塑性区随台阶长度减小而显著减小,台阶长度从、塑性区随台阶长度减小而显著减小,台阶长度从1.0
11、D1.0D减小到减小到0.25D0.25D,则塑性区深度减少,则塑性区深度减少82.86%82.86%。2 2、拱顶位移随台阶长度减小而减小明显,台阶长度从、拱顶位移随台阶长度减小而减小明显,台阶长度从1.0D1.0D减小到减小到0.25D0.25D,则拱顶位移减少,则拱顶位移减少54.62%54.62%。3 3、地表下沉随台阶长度减小而大幅减小,台阶长度从、地表下沉随台阶长度减小而大幅减小,台阶长度从1.0D1.0D减小到减小到0.25D0.25D,则地表下沉减少,则地表下沉减少67.53%67.53%。4 4、地表沉降槽宽度台阶长度减小而减小,台阶长度从、地表沉降槽宽度台阶长度减小而减小,
12、台阶长度从1.0D1.0D减小到减小到0.25D0.25D,则地表沉降宽度减少,则地表沉降宽度减少50%50%以上。以上。可见在隧道洞口的施工过程中,当选用台阶法时应尽可见在隧道洞口的施工过程中,当选用台阶法时应尽量缩短台阶长度,以保证隧道的稳定性。量缩短台阶长度,以保证隧道的稳定性。隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖(2 2)单侧壁、双侧壁法和台阶法的力学效果分析比较)单侧壁、双侧壁法和台阶法的力学效果分析比较 分析中取隧道开挖宽度为分析中取隧道开挖宽度为14.28m,14.28m,隧道高度为隧道高度为8.68m8.68m。进行了有限元分析。进行了有限元分析。台阶法 单侧壁导坑法
13、双侧壁导坑法 各种施工方法的塑性区图各种施工方法的塑性区图 隧道基本施工方法二、隧道的分部开挖二、隧道的分部开挖情况情况 拱顶位移拱顶位移(cm)cm)边墙位移边墙位移(cm)(cm)仰拱位移仰拱位移(cm)(cm)台阶法台阶法5.3425.3426.0226.0229.4069.406单侧壁导坑法单侧壁导坑法4.3784.3783.7973.79714.30614.306双侧壁导坑法双侧壁导坑法3.5123.5123.313.3110.33910.339部分计算结果部分计算结果 隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖由上表和图可以看出:由上表和图可以看出:1 1、双侧壁导坑法位移最小,
14、拱顶位移为台阶法的、双侧壁导坑法位移最小,拱顶位移为台阶法的66%66%,边墙,边墙位移为台阶法的位移为台阶法的55%55%。塑性范围也最小。可以认为,在大。塑性范围也最小。可以认为,在大断面隧道施工中,双侧壁导坑法是较安全的方法。断面隧道施工中,双侧壁导坑法是较安全的方法。2 2、单侧壁导坑法与台阶法相比,拱顶位移为台阶法的、单侧壁导坑法与台阶法相比,拱顶位移为台阶法的82%82%,边墙位移为台阶法的,边墙位移为台阶法的63%63%。仰拱位移是台阶法的仰拱位移是台阶法的152%152%,塑性范围比台阶法大;拱部,塑性范围比台阶法大;拱部的塑性范围与台阶法略小。因此,单侧壁导坑法的薄弱部的塑性
15、范围与台阶法略小。因此,单侧壁导坑法的薄弱部位是仰拱。只要能够控制仰拱位移,将比台阶法优。位是仰拱。只要能够控制仰拱位移,将比台阶法优。3 3、从力学观点来看,双侧壁导坑法最优,单侧壁导坑法次、从力学观点来看,双侧壁导坑法最优,单侧壁导坑法次之,台阶法最次。隧道施工方法的选择涉及的因素很多,之,台阶法最次。隧道施工方法的选择涉及的因素很多,因此,应综合考虑确定。因此,应综合考虑确定。隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖(3 3)隧道仰拱的力学行为)隧道仰拱的力学行为 对隧道有仰拱和无仰拱的有限元分析。对隧道有仰拱和无仰拱的有限元分析。塑性区分布塑性区分布 隧道基本施工方法隧道的分部开挖
16、隧道的分部开挖有无仰拱有无仰拱拱顶拱顶拱肩拱肩边墙边墙墙角墙角仰拱仰拱无仰拱无仰拱2.02.08.08.02.02.08.88.86.06.0有仰拱有仰拱0 04.04.00.50.56.06.00 0减小(减小(%)100100505075753232100100 塑性区范围塑性区范围(m)(m)可以看出,有仰拱比无仰拱二次衬砌安全系数提高了可以看出,有仰拱比无仰拱二次衬砌安全系数提高了22%22%。仰拱对改善结构受力状态,提高承载能力有非常重要作用仰拱对改善结构受力状态,提高承载能力有非常重要作用。隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖3 3、分部开挖方法比选、分部开挖方法比选 注:
17、注:表示优选顺序表示优选顺序情况情况围岩条件围岩条件台阶法台阶法单侧壁导坑法单侧壁导坑法 双侧壁导坑法双侧壁导坑法 长长短短超短超短CDCDCRDCRD单线隧道单线隧道 软弱浅埋软弱浅埋 软弱偏压软弱偏压 双线隧道双线隧道 软弱浅埋软弱浅埋 软弱偏压软弱偏压 三线隧道三线隧道 软弱浅埋软弱浅埋 软弱偏压软弱偏压 隧道基本施工方法隧道的分部开挖隧道的分部开挖(施工方法基本条件比较施工方法基本条件比较施工方法基本条件比较施工方法基本条件比较)条件条件全断面法全断面法台阶法台阶法单侧壁法单侧壁法双侧壁法双侧壁法隧道断面隧道断面单、双、三线单、双、三线双、三线双、三线双、三线双、三线三线三线围岩条件围
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