隧道施工技术—王建宇rev

二次衬砌
NATM理念
初期支护是确保围岩稳定的主要手段
新 奥 法NATM
收敛-约束法 RSST 喷锚构筑法
新奥地利隧道修建方法（简称新奥法）遵循 这样一个原理,即主动地使隧道围岩（岩土 体）成为环状承载“结构”的一部分。
奥地利国家地下空间委员会 1980
The New Austrian Tunneling Method （NATM）is based on a concept whereby the ground （rock and soil） surrounding an underground opening becomes a load bearing structural component through activation of a ring-like body of support ground.
锚杆专用 注浆机 （螺杆泵） （遥控器）
W/C=0.3~0.4
排气式灌浆锚杆
中空杆体
中孔排气锚杆
组合式锚杆
锚杆的正确安设方向
为什么要搞湿喷?
混凝土的两类工艺 干喷（潮喷）
干拌和物 速凝剂
湿喷
坍落度 成品混凝土 8~12cm
压缩空气
喷射机 压缩空气 稀薄流 干拌和物
水
稀薄流
喷射机
成品混凝土 坍落度 12~16cm 喷射机 稠密流
锚杆（主动型支护)
桁架式
八字形
三角形
超前锚杆（和小导管）与径向锚杆 的不同功能
超前锚杆 临时作用
径向锚杆 永久作用
管棚不能取代锚杆！
防止岩土体坍落 保证施工安全
阻止围岩松动？ 荷载方向同构件垂直
必须同锚杆等支护措施配合使用
锚杆质量控制关键问题
• 注浆质量 机具 • 杆体力学性能
• •
排气
强度 ＋ 韧性 ＋ 表面摩阻
[
]
块状围岩
悬吊+抗剪
层状围岩 锚杆支护作用
• 层间挤压 摩擦力 抗剪销
层状围岩
教训！
万山寺隧道掉拱
锚杆对软弱围岩加固作用
锚固点？
杆体
砂浆 杆体剪切力 （表面力） 杆体拉应力
全长锚固锚杆
控制围岩变形
防止岩性劣化
“重钢架，轻锚杆”？
钢架（被动型支护）
接触 贴合 围岩松动 拱脚问题 锁脚锚杆？
中铁西南院 王建宇 2015-3-10
隧道工程的技术进步
•修建速度
修建长大地下工程能力
施工机械化程度
高效能机具
•不良地质条件下隧道修建技术
隧道修建新理念 新奥法 新型初期支护技术 （锚杆 喷射混凝土 围岩预加固）
被动支撑
主动控制
21世纪隧道工程技术发展的主题
• 施工安全 • 工程品质（质量）
可靠性 耐久性 使用条件
围岩力学行为过程
平衡 块状围岩 松动 软弱围岩 变形 溃散 坍塌 掉块 坍塌 松弛 坍塌 再平衡
镶嵌 咬合
坍塌形态
关键块 key block
NATM : 立足于早期控制
初期支护是稳定围岩 的主要措施
主动支护 喷射混凝土 锚杆 围岩注浆 施作及时 同围岩结合紧密 早期控制： 松动 变形 构架式支护
机动性 长距离输送 受喷面淋水（特殊措施） 设备便宜 粉状速凝剂便宜 回弹 墙15~40% 拱20~50% 钢纤维 磨耗 非金属纤维 飘逸 速凝剂无准确计量 水灰比的离散性
支承塌体
NATM 传统理念
隧道安全事故
2起,占8% 2起,占8% 2起,占8% 3起,占12% 16起,占64%
2003-2007 围岩坍塌
突水突泥 洞内火灾 火工品爆炸 其他
经规院 赵勇提供
“关门式”坍塌的主要原因:
二衬不紧跟？or 初支不到位？
“二次衬砌是硬道理”吗？
强调 二次衬砌距掌子面 Ⅳ <90m Ⅴ,Ⅵ <70m（施工困难！） 二次衬砌的主要功能： 耐久性 防水 安全储备 施工安全不能靠“二衬紧跟”，要立足于加强初期支护 即使“紧跟”其及时性也难以满足 挤压性围岩后患
空心杆体 壁厚<4mm × 热处理 × 表面形状 光面（所谓“锚管”） × 螺纹 √ 波纹
• • • • • •
√ • 不要滥用管材作锚杆杆体！灌浆Leabharlann 杆的几种形式“先灌后锚” 式
注浆密实性是关键
药包式
• • • •
压力恒定 1.2MPa 小水灰比 0.35：1 流量可调0.1～1.2 m3/h 操作方便
卸载拱Разглужающий свод М.Протодьяконов
散体介质 任其坍塌 最后结果
《中国隧道及地下工程修建技术》p.63人民交通出版社。2010
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卵石模拟试验
1972年
棉线网 5~10mm卵石 临时挡条 模拟锚杆
0
悬吊作用？
挤紧 咬合 自承
加固作用
锚杆的悬吊作用
稳定层 （“老顶”）
松散岩体
В.И. Гришаев . Железнодорожные Тоннели . 1963 Москва
锚杆的类型
点状锚固
全长锚固
销钉 Dowel
锚杆在块状围岩（硬岩）中的 抗剪（销钉）作用 (M.Panet)
C = a + b tan ϕ No
C 1.07 sin 2 (θ + δ ) Rc0.14 (0.85 + 0.15 tan ϕ ) = (1.55 + 0.0011Rc No
不能淡化初期支护中锚杆的作用！
（径向锚杆 系统锚杆）
锚杆的使用情况堪忧！
“土质隧道、浅埋隧道、设置 大管棚地段隧道的拱部可取消径 向锚杆；其他地质条件下隧道， 经论证后也可减少或取消径向锚 杆。”
?
软弱围岩锚杆无用？
“隧道开挖形成的平衡拱高度很大” “没有锚固点，起不到锚固作用” 结论： “在软弱地层取消系统锚杆； 顶部锚杆施作危险，处于围岩脱离区，不论地层硬软 均应取消”p.65
速凝剂
通过比例泵计量
湿喷的定义
欧洲规范（EFNARC）第3条
• “水泥、骨料和水计量搅拌后再喂入专用机械， 经软管输送至喷嘴，藉助压缩空气喷射至受喷 面。”
• “潮喷” 不是湿喷： 加水不计量 × 粉状速凝剂不计量 ×
干喷机
活塞-转子式 湿喷机
干喷机 和 湿喷机
干干喷 喷
湿喷
粉尘较小：机旁≈0 喷嘴：粉尘 水雾
• 工程与环境的和谐
生态保护 低碳
几个热点问题
• 1.初期支护是突出的薄弱环节 • 2.监控量测技术 • 3.围岩挤压性大变形和可让式支护 • 4.高水头地下水的处治
1.初期支护是我国隧道工程中 突出的薄弱环节
隧道施工
掘进
主动性 喷射混凝土 钢筋网 锚杆（径向） 围岩预注浆 格栅钢架
初期支护
永久性支护 被动型 型钢钢架 超前小导管 超前锚杆 管棚 掌子面预支护 施工支护