地下工程 矿山法

2020/2/8第四章第三节矿山法1§4-4矿山法一、概述矿山法：修筑矿山地下工程中采用的方法的总称。它总是与钻眼、爆破技术联系在一起，也称为钻爆法。是山岭隧道最常用的施工方法。我国的铁路、公路、水工等地下工程的绝大多数是采用此法修筑的。矿山法可分为一般矿山法、浅埋矿山法。2020/2/8第四章第三节矿山法2二、一般矿山法目前在国内、外采用的方法大体上有以下几种：全断面开挖法、台阶法、（其中包括长台阶法、短台阶法、超短台阶法；）分部开挖法（上半断面分部开挖、中隔壁法、）。见P171图4-432020/2/8第四章第三节矿山法3１．选择施工方法的基本因素（1）工程地质和水文地质条件；围岩级别，地下水情况，不良地质（2)工程规模（长度、断面尺寸）；小断面可采用全断面开挖法、台阶法，大断面可用侧壁导坑法（3)埋深；（4)工期要求；（5)施工队伍技术力量（设备、技术熟练程度等）；（6）经济效益和社会效益；（7)环境条件；2020/2/8第四章第三节矿山法42、一般矿山法施工中遵循的技术原则（P179）（１）因为围岩是隧道的主要承载单元，所以在施工中必须充分保护围岩，应根据地质条件、断面尺寸及施工方法等，采用控制爆破技术。（2）为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有控制的变形。（３）在施工中必须合理地决定支护结构的类型、支护结构参与工作的时间、各种支护手段的相互配合、底部封闭时间、一次掘进长度等。2020/2/8第四章第三节矿山法5（４）在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的数量的量测信息，以指导施工和设计。（５）在隧道施工过程中，建立设计——施工检验——地质预测一量测反馈一修正的一体化施工管理系统，以不断提高和完善隧道施工技术。（６）在选择支护手段时，一般应选择能大面积牢固与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段，因此，多采用喷混凝土、锚杆金属网联合使用，有时也要与钢支撑或格栅等配合使用；临时仰拱也是重要的，是不容忽视的支护手段。2020/2/8第四章第三节矿山法6（７）要特别注意，隧道施工过程是力学状态不断变化的过程，减少分部，也就有可能减少因分部过多而引起的围岩内的应力变化和围岩的松弛。因此，在有可能的条件下，应尽量采用全断面或大断面分部的开挖方法。（8）使隧道断面在较短时间内闭合，应尽量采用先修筑仰拱（或临时仰拱）或铺底的施工方法。（９）二次衬砌应采用先墙后拱的施工顺序。2020/2/8第四章第三节矿山法73、矿山法施工的作业基本作业：钻爆与开挖、运输与出渣，支护和衬砌。辅助作业：施工通风与除尘、施工排水与供水、施工供电与照明、压缩空气的供应。2020/2/8第四章第三节矿山法84、支护结构坑道支护体系是由围岩和支护结构两部分组成的，在通常情况下，围岩是主要的承载单元，而支护结构是辅助性的，但也是不可缺少的。在某些特殊情况下，支护结构也是主要的承载单元。2020/2/8第四章第三节矿山法9初期支护和永久支护初期支护：是为了在施工过程中控制围岩的松弛和过度变形、并保证施工安全而施设的，它独自地或者是作为永久支护的一部分参与确保结构安全的结构；永久支护：是保证运营期间的结构净空及承受可能出现的后期荷载而设置的。2020/2/8第四章第三节矿山法10支护结构类型通常采用的支护结构的类型有：喷混凝土、锚杆、格栅（或钢支撑）、二次衬砌。（1）喷射混凝土2020/2/8第四章第三节矿山法11①支承围岩作用喷层能与围岩密贴和粘结，并给围岩表面以抗力和剪力，使围岩处于三向受力的有利状态，喷层本身的抗冲切能力阻止不稳定块体的塌滑②“卸载”作用喷层围柔性，能有控制地使围岩在不出现有害变形下，进入一定程度的塑性，从而使围岩“卸载”；同时喷层的柔性也能使喷层中的弯曲应力减小，有利于混凝上承载力的发挥2020/2/8第四章第三节矿山法12③填平补强围岩④覆盖围岩表面喷层直接粘贴岩面，形成防风化和止水的防护层：并阻止节理裂隙中充填物流失⑤阻止围岩松动喷层是紧跟开挖、及时进行支护的，早期强度较高，因而能及时向围岩提供抗力，阻止围岩松动⑥分配外力通过喷层把外力传给锚杆、网架等，使支护结构受力均匀2020/2/8第四章第三节矿山法13（２）钢纤维喷混凝土钢纤维喷射混凝土是在普通喷射混凝上中，拌入适量钢纤维后形成的一种新型复合材料。它具有高强度、大变形及破坏后存在较高残余强度的特点。使喷射混凝土的韧性、冲击阻力、抗弯强度。抗剪强度、耐用系数和疲劳极限等都得到极大改善，其柔性大大超过了普通喷射混凝土，抗弯强度大约增加50%~100%，抗压强度可以提高30%~50%，韧性及冲击阻力也比一般喷射混凝土提高数倍。2020/2/8第四章第三节矿山法142020/2/8第四章第三节矿山法15（3）锚杆①支承围岩锚杆能限制约束围岩变形，并向围岩施加压力，从而使处于二向应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三向应力状态，因而能制止围岩强度的恶化②加固围岩由于系统锚杆的加固作用，使围岩中，尤其是松动区的节理裂隙、破裂面等得以联结，因而增大了锚固区围岩的强度，有助于裂隙岩体和松动区形成整体成为“加固带”2020/2/8第四章第三节矿山法16③提高层间摩阻力，形成“组合梁”对于水平或缀倾斜的层状围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学观点来着，就形成了“组合梁”④“悬吊”作用所谓“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落，用锚杆将其同稳定围岩联结起来，这种作用主要表现在加固局部失稳的岩体2020/2/8第四章第三节矿山法172020/2/8第四章第三节矿山法182020/2/8第四章第三节矿山法19（４）格栅格栅是由钢筋焊接而成的构架，其在纵、横向的强度、刚度和稳定性基本相同，且能和锚杆、超前支护的构成连成一体。主筋直径不宜小于２0mm，断面高度应与喷射混凝土厚度相适应，一般为120～180mm。2020/2/8第四章第三节矿山法20（５）钢拱架钢拱架为刚性拱架，以往我国采用工字钢、旧钢轨和钢管制造。这种刚架的刚度和强度大，可作临时支撑并单独承受较大的围岩压力，也可设于混凝土内作为永久衬砌的一部分。工字钢和钢轨的垂直、水平方面不是等强度和等刚度的，容易横向失稳、扭曲破坏。钢管钢架断面的各向强度和刚度相同，抗压、抗扭曲强度高，钢管内充填砂浆或混凝土时，其强度更高。2020/2/8第四章第三节矿山法21（６）二次衬砌（永久衬砌）主要介绍下各种类型：①直墙拱顶衬砌直墙拱顶衬砌是采用最普遍的一种型式，由拱圈、竖直边墙和底板（或仰拱）组成。有一定水平压力的洞室可采用拱顶直墙衬砌。衬砌与围岩间空隙应密实回填，使衬砌与围岩能整体受力。2020/2/8第四章第三节矿山法22②曲墙拱顶衬砌曲墙拱顶衬砌由拱圈、曲墙和底板（或仰拱）组成。围岩具有较大水平压力时，可采用曲墙拱顶衬砌。隧道底部地层软弱或为膨胀性地层时，应采用底部结构为仰拱的曲墙拱顶衬砌，将整个衬砌围成封闭型式，以加大结构的整体刚度。2020/2/8第四章第三节矿山法23③锚喷衬砌由喷混凝土、钢筋网喷混凝土、锚杆喷混凝土或锚杆钢筋网喷混凝上、钢纤维喷混凝土等构成的衬砌。由于锚喷支护是一种柔性结构，故能更有效地利用围岩的自支承能力维护洞室稳定，其受力性能一般优于整体式衬砌。2020/2/8第四章第三节矿山法24④装配式衬砌由预制构件在洞内拼装而成的衬砌称为装配式衬砌。2020/2/8第四章第三节矿山法25⑤复合式衬砌分两次修筑、中间加设薄膜防水层的衬砌称为复合式衬砌（图４一５６）。复合式衬砌的外层常为锚喷支护，内层常为混凝上整体式衬砌2020/2/8第四章第三节矿山法26三、浅埋暗挖法1、明挖法的不足：城市浅埋地下工程，以往多是采用传统的明挖法施工。明挖法简单易行，也较经济，但会给附近居民带来很多不方便，同时也会不同程度地影响地面交通和商业活动的正常运行和开展，在建筑物密集、交通繁忙的城市市中心区尤为严重。同时，明挖法还要拆迁和维修大量的地下管网和地面建筑物，其经济损失也是很大的。2020/2/8第四章第三节矿山法272、城市浅埋地下工程的特点：①覆土薄、地质条件差、自稳能力差。承载力小、变形快②隧道附近往往有重要的地面建筑物或地下管网，对施工要求严格等。3、浅埋暗挖法特点：浅埋暗挖法是在新奥法的基础上，针对城市地下工程的特点发展起来的2020/2/8第四章第三节矿山法28（１）适用于各种地质条件和地下水条件；（２）具有适合各种断面形式（单线、双线及多线、车站等）和变化断面（过渡段、多断面等）的高度灵活性（３）通过分部开挖和辅助工法，可以有效地控制地表下沉和坍塌；（4）与盾构法比较，在较短的开挖地段使用，也很经济；（５）与明挖法比较，可以极大地减轻对地面交通和商业活动的影响，避免大量的拆迁（６）从综合效益观点出发，是比较经济的一种方法。2020/2/8第四章第三节矿山法294、基本施工方法（P181表4-24）为了有效的控制围岩松弛及由此引起的地表下沉（沉陷），采用的基本施工方法有：①正台阶或上半断面法；②导坑法，包括双导坑法（眼镜法）和单导坑法；③中隔壁法，包括带仰拱的中隔壁法。2020/2/8第四章第三节矿山法305、浅埋暗挖法的施工应贯彻以下原则：①管超前指采用超前导管注浆防护。实际上就是采用超前支护的各种手段提高掌子面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌；一般有大管棚，小导管注浆等②严注浆在导管超前支护后，立即进行压注水泥砂浆或其他化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力；2020/2/8第四章第三节矿山法31③短开挖一次注浆，多次开挖，即限制一次进尺的长度，减小围岩的松弛；④强支护在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形；⑤快封闭在台阶法施工中，如上台阶过长时，变形增加较快，为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖一环、封闭一环，提高初期支护的承载能力；2020/2/8第四章第三节矿山法32⑥勤量测对隧道施工过程进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。