地下工程施工与管理讲义(严松宏2007)

地下工程施工与管理讲义严松宏兰州交通大学土木工程学院2007年8月2345678•作业•1怎样理解隧道施工的动态性？•2矿山法施工的现状及发展趋势？•3简述环境条件对隧道施工方法选择的影响。•4隧道施工的最基本原则是什么？•5隧道施工中对围岩变形的控制是怎样进行的。•6隧道施工中主要的支护有哪些手段？•7论述隧道断面闭和的重要性。•8怎样理解在软弱围岩中施工方法的工厂化程度有待提高。•9论述隧道施工的基本理念。12见表2-1－表2-434567891011121314151617181920•作业•1施工阶段围岩级别的判定有哪两种评定方法？各有什么特点？•2采用掌子面观察的方法进行围岩级别的评定，主要有哪些内容？•3采用数码相机进行掌子面的有关数据的摄取工作的优点•4用数码相机进行地质素描及掌子面前方预测的主要内容？•5什么是高地应力问题？在软弱围岩中是否回发生高地应力问题？在高地应力地区开挖隧道可能会出现哪些现象？•6隧道施工中可能会产生哪些涌水问题？对隧道有哪些影响？1234567891011121314•作业•1在坚硬围岩和软弱围岩进行隧道施工，保护围岩的措施有什么不同？•2在坚硬围岩中，保护围岩的主要方法有哪些？•3在隧道爆破施工中，影响超欠挖的主要因素是什么？•4超挖会产生哪些影响？•5爆破施工中，控制超欠挖的主要措施？•6预裂爆破的过程及效果？•7掘进机施工与常规钻爆法相比有哪些不同？•9自由断面掘进机的特点？•10简述“导坑超前+扩挖方法”的施工过程。1例于表4－1。234567891011121314151617181920•作业•1在软弱围岩中进行隧道施工，提高围岩的自支护能力的主要方法有哪些？•2在软弱围岩中掌子面不稳定的原因有哪些？•3砂质围岩掌子面自稳性的评价指标是什么？•4有涌水时，掌子面自稳的判断基准？•5埋深与掌子面自稳的关系。•6稳定掌子面的方法有哪些？•7采用单管超前支护时，怎样防止超挖过大？•8注浆小导管的注浆材料有哪几种？注浆压力约为多少？•9斜锚杆的作用？•10掌子面正面喷混凝土及正面锚杆的作用。•11稳定围岩及控制地表下沉的方法有哪几种？•12压注法的目的和适用范围。•13冻结法的适用范围。•14垂直锚杆的特点？•15管棚法的支护效果和适用范围。•16管棚的间隔怎样确定？在什么条件下使用大、中直径、带接头的钢管？•17简述水平高压旋喷压注法和高压喷射搅拌法的施工过程。•18预衬砌法的特点。•19断面及时封闭的措施有哪些？•20在CD法或CRD法施工中,中壁拆除应注意哪些问题?123456•6)压注压力压注流量•溶剂型药液为8-20L/min,悬浮型为20-30L/min.•7)压注孔的布置•单列和复列配置•考虑钻孔长度和压注长度的关系.•8)现场压注实验•9)施工管理•(1)材料管理7891011121314•作业：•1地下水控制对策的含义？•2施工中的涌水的处理分哪两大类？•3施工中在什么条件下采取止水方法？•4止水方法分为哪几种？•5压注法止水的目的和方法？•6怎样选择压注材料？压注材料的要求是什么？•7压注压力和压注流量怎样确定？•8在高水压富水地段为保护环境，在不允许隧道排水的条件下，如何安全可靠地进行隧道的设计和施工？•9压注效果的制定条件？•10压注试验的作用？•11止浆墙的作用？•12施工中的排水方法有哪几种？•13井点降水的原理和特征？123456789101112131415•作业：•1排水型和非排水型隧道的适用条件和特点？•2地下结构的自防水技术包括哪几类？•3防水混凝土的要求？•4施工缝、变形缝的防水要求？•5防水板防水存在的问题及施工中应注意的事项？•6喷膜法的特点？•7隧道排水系统包含哪些设施？12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940•作业•1坑道支护的分类？•2根据坑道稳定性的分级和构筑支护方式的组合情况，人工支护类型可分为哪几种？•3喷射混凝土的支护作用有哪些？•4什么是喷射混凝土的初期强度？•5速凝剂对喷混凝土的初期强度，长期强度有哪些影响？•6混合硅灰后可在哪些方面改善喷混凝土的性能？•7纤维喷混凝土的纤维有哪几种？与普通喷混凝土的最大区别是什么？纤维喷混凝土在什么条件下使用效果明显？•8什么是高粘性，高强度喷混凝土？其技术特性是什么？•9在什么情况下采用锚杆？决定锚杆长度和间隔时应考虑的围岩条件是什么？41•10锚杆设置垫板的作用？•11围岩种类与锚固材附着力的关系？•12格栅与钢支撑的力学作用有哪些不同？各有何优缺点？•13格栅的施工应注意哪三点？•14为充分发挥格栅和钢支撑的支护作用，在使用过程中应考虑哪些因素？•15目前，混凝土衬砌存在的主要问题是什么？•16采用“先墙后拱法”或“先拱后墙法”修筑衬砌有什么不同？•17模板有哪几种？目前模板使用上存在的问题是什么？•18用于修筑衬砌的混凝土，从拌和到灌注完成的时间是多少？•19混凝土振动捣固的标志是什么？•20隧道混凝土衬砌养生应注意的问题？•21什么是自充填混凝土？其优点有哪些？•22二次衬砌开裂的原因？解决方法有哪些？12345678910111213•作业•87施工过程中的质量控制的“三及时”原则是什么？•88利用摄影和图象处理的方法进行隧道变形量测，其特点是什么？•89衬砌质量及强度的早期检测方法有哪些？•90衬砌厚度及背后空洞状态的检测方法有哪几种？•91采用Boltometer011检测锚杆灌浆密实度的方法的原理是什么？1234567891011121314151617181920212223作业•1隧道施工对外部环境的影响主要有哪些？•2接近工程的对策有哪些？241234567891011121314•作业：•1动态施工系统的定义？•2动态施工管理系统的构成？•3信息获取的方法有哪些？•4量测管理标准的设定方法有哪些？•5当量测的净空位移比预计的大或小时，在设计上修正的方法有哪些？•6施工队伍管理水平的标志是什么？•7隧道施工机械化配套的基本原则？•8降低隧道工程造价的基本途径有哪些？1第十二部分盾构法盾构施工法是软土隧道掘进施工的一种有效方法，在城市地下铁道施工中已得到广泛应用。近十多年来盾构技术又有了飞跃发展，可适用于任何地层。盾构实质上就是软土隧道掘进机。不过，它既可能是机械开挖，也可能是人工开挖。它既是一种施工机具，又是一个强有力的临时支撑结构。在盾壳的保护下，既可进行开挖，又能进行衬砌；采用盾构施工，具有不影响地面交通、没有振动、对地面邻近建筑物危害较小；施工费用不受埋深的很大影响；在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性等优点。盾构由盾壳、推进机构、取土机构、拼装或现浇衬砌机构以及盾尾等部分组成(图12-1)。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井或基坑的后靠壁上。它是一个能支承地层荷载而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊的形状的钢筒结构。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内面安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止围岩松弛和地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。盾构的类型可以从不同的方面进行分类。1按开挖方式：①手掘式盾构，开挖和出土可用人工进行；②半机械式盾构，大部分的开挖工作和出土由机械进行；③机械式盾构，从开挖到出土均采用机械；2按开挖面的支护方式：①无固定支护式的盾构。如开胸式盾构（包括幅射式带转子构件的盾构在内），带隔板（隔开工作面）的盾构，开挖面带压板和旋转压板的盾构以及带有活动迭梁的盾构等；②固定机械支护式盾构。如带有开挖面封闭衬板（闭胸式）盾构，用粘土作护壁面移动或是在盾构下面隔板上设有小孔的盾构，以及刀盘可以调节岩石进入量的转子开缝式盾构；③工作面近旁带有气压室的盾构，用一定的压气平衡地下水，以稳定工作面。这类盾构由于喷射压缩空气易发危险面较少采用。近年来在德国和法国，研制了利用压缩空气使触变性溶液注入开挖面表面形成粘土表层，使压缩空气不再喷出。图12-1盾构的组成④泥水加压式盾构。这种盾构(图12-2)的旋转切削头后面有一个用隔板密封起来的泥浆室，其间充满从地面泥水处理设备输送来的有压泥浆，泥浆的压力比开挖面的地下水压力高，从而保持开挖面稳定。弃碴与泥浆混合后由输泥管抽出洞外进行碴泥分离处理。使用泥水加压盾构，能在很浅覆盖层的砂卵石地层中，在很高的水压下挖掘，而不会2像气压盾构施工那样有喷气的危险。施工人员可以在常压下工作，不会像在气压盾构的高压下工作那样困难。但此种盾构需要附有庞大的泥水处理设备，成本较高。它适宜于粘性软土或砂质含水地层的施工。此类盾构自1975年问世以来，用此法修建的工程数量剧增。⑤土压式盾构。这种盾构（图12-3）把旋刀切削下来的土留存于储土室内，然后根据掘进量并在保持对开挖面施加一定压力的条件下，由螺旋输送器自动控制出土量，连续出土。这样不仅可以防止开挖面坍塌，滞留在螺旋输送器内的土砂还可以起隔水墙的作用来抵抗地下水压力。基本型土压盾构适用粘结性土壤的开挖。这类盾构比泥水加压式盾构具有更明显的优越性。故自1974年问世以来以更快的速度发展。近年来已超过泥水加压式盾构的发展速度。盾构法的施工过程：①在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，和向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。；②盾构掘进相当于装配式衬砌的一环长度；③千斤顶顶在已拼装好的管片上，使盾构前进；④缩回千斤顶；⑤用举重设备拼装管片衬砌，同时在开挖面进行开挖。图12-4为盾构的施工概貌。345图12-4为盾构的施工概貌。第十三部分沉管法全名叫预制管段沉埋法，它是用来修筑穿越江河、港湾、海峡的水底隧道的方法之一。1894年采用沉管法在美国波士顿建成—条城市下水道工程和1904年建成底特律水底铁路隧道宣告沉埋法的成功诞生。自1959年加拿大迪斯(Deas)隧道成功的采用水力压接法进行管段水下连接后，很快为世界各国普遍采用，使得沉管法变得更加优越。我国在台湾1984年首先建成了高雄海底沉管隧道。1984年开始进行沉埋法修建广州珠江和宁波甬江水底隧道的论证，对沉埋法的各项关键技术进行了大量的基础理论研究及关键：工序的施工工艺研究。1993年在广州珠江建成我国第一条沉管隧道，1995年又在宁波甬江建成我国第二条沉管隧道。这二条沉管隧道的建成为我国进一步在长江、黄河、海峡修建沉管隧道积累了丰富的经验。我国香港特别行政区穿越维多利亚海湾连接九龙半岛与香港岛的通道中，没有修建一座桥梁，均为沉管隧道。目前已建成5座沉管隧道，这样既解决了交通问题，又不影响海湾船舶通航，同时保持了海湾的自然景观的美感。此法的要点是先在船坞中或船台上预制隧道管段，它可以是钢壳混凝土的，也可以是钢筋混凝土的，管段的长度一般为60—100m。然后两端用临时封墙密闭，浮放在水中，用拖轮拖运到设计的隧道位置上，在此以前，已经在预定的隧址处用水下施工挖好沟槽，整好地基。接着往管段里灌水，使之下沉至预定的标高，并将沉放就位的各节管段在水下连接起来，再在隧道上覆土回填。最后抽出隧道内的水，拆除管段的密封墙，完成内部装修。图13-16图13-1是一般沉埋管段水底隧道的纵断面图。图13-2是沉埋管段的横断面图，铁路隧道多用圆形断面，因其顶部可用来悬挂供电接触网。而公路隧道则多用矩形断面，因为公路隧道多数是多车道的，圆形断面不经济。图13-2由于管段沉放前，基槽开挖不平整，使槽底表面与沉管底面之间存在很多不规则的空隙，而使地基受力不均，产生局部破坏，从而引起地基不均匀沉降，使沉管结构受到较大的局部应力而开裂。因此在沉管隧道施工中必须进行基础处