第10章 新奥法隧道结构
隧道施工方法之新奥法
新奥法施工原理及特点新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下,采用毫秒爆破和光面爆破技术,进行全断面开挖施工,并了以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身,即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式,称为初次柔性支护,系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。
因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配,隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定,也就是说,承载地应力的主要是围岩体本身,而采用初次喷锚柔性支护的作用,是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥,第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。
新奥法的适用性很广,中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得成功。
但在下列情况下,一般都应采取适当的辅助措施才能施工:①涌水量大的地层;②因涌水产生流沙现象的地层;③围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难场合;④开挖面不能自稳的围岩。
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,允许围岩又一定的协调变形,而不使支护结构承受过大的压力。
新奥法适用范围:具有较长自稳时间的中等岩体;②弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩;③强风化的岩石;④刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩;⑤坚硬粘土,也有带坚硬夹层的粘土;⑥微裂隙的,但很少粘土的岩体;⑦在很高的初应力场条件下,坚硬的和可变坚硬的岩石;在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合①有强烈地压显现的岩体;②膨胀性岩体(要与仰拱与底部锚杆相配合);③在一些松散岩体中,要与钢背板与之配合;④在蠕动性岩体中,要与冻结法或预加固法等配合;在下列场合中应用应慎重①大量涌水的岩体;②由于涌水会产生流砂现象的围岩;③极为破碎,锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体;④开挖面完全不能自稳的岩体等。
新奥法的缺点:①实施不仅要求有良好的施工组织和管理,也要求技术人员和量测人员都十分熟练,没有这一点就易于发生错误;作业质量都与每一个人的仔细操作有关。
隧道新奥法施工原理
隧道新奥法施工原理新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念(或者说是一种隧道工程概念) , 是按科学制定的并已为实践所证明的原则和思想去修筑隧道。
其主要意图是充分调动岩体自身的承载能力, 使隧道施工更安全,更经济, 科学性过去的隧道修筑方法高, 因而不能单纯地将它看成是一种施工方法或支护方法, 也不能片面理解, 将仅用锚喷支护或运用新奥法部分原理施工隧道, 就认为是采用新奥法修建。
事实上锚喷支护并不能完全表达新奥法的含义, 新奥法的内容及范围是相当广泛、深入的。
因此, 新奥法应遵循一系列原则。
关于新奥法原理, 有的列了 22 条, 有的归纳了7 条, 还有的归纳了5 条。
但其基本精神1 条, 运用各种手段(开挖方法、支护、测量及地层预处理等)控制围岩, 最大限度地保护和调动围岩的自身能力。
介绍如下:(1)隧道是衬砌混凝土和围岩的整体化结构物, 从根本上讲, 起到隧道支护作用的是围岩。
(2)开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破, 并尽量采用大断面或较大的断面开挖, 以减少对围岩的扰动, 保证围岩起到支护作用,在开挖时必须不破坏围岩的原有强度, 极力防止围岩松弛。
尽可能避免围岩处于单轴或二轴应力状态。
(3)隧道开挖后, 尽量利用围岩的自身能力, 充分发挥围岩自身的支护作用。
采用喷射混凝土及时封闭开挖表面, 能有效地防止围岩松动。
(4)根据围岩的特征采取不同的支护类型和参数, 及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护, 以控制围岩的变形和松驰。
防止得越好, 安全性和经济性就越高。
(5)衬砌要在恰当的时候进行, 控制时间, 太早或太迟都不行。
支护的刚度要适宜,太硬不行, 太柔软也不行, 同时必须使用能发挥围岩强度的支护形式。
(6)在软弱破碎围岩地段, 使断面及早闭合, 以有效地发挥支护体系的作用, 保证隧道的稳定。
(7)为了把握衬砌时机, 要正确了解围岩的时间因素, 在事先进行室内试验的同时, 在隧道内进行变位测定, 掌握各类围岩的稳定时间和变形速度。
隧道施工——新奥法理论要点及施工要点
隧道施工——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。
隧道施工方法之新奥法
新奥法施工原理及特点新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下,采用毫秒爆破和光面爆破技术,进行全断面开挖施工,并了以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身,即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式,称为初次柔性支护,系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。
因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配,隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定,也就是说,承载地应力的主要是围岩体本身,而采用初次喷锚柔性支护的作用,是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥,第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。
新奥法的适用性很广,中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得成功。
但在下列情况下,一般都应采取适当的辅助措施才能施工:①涌水量大的地层;②因涌水产生流沙现象的地层;③围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难场合;④开挖面不能自稳的围岩。
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,允许围岩又一定的协调变形,而不使支护结构承受过大的压力。
新奥法适用范围:具有较长自稳时间的中等岩体;②弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩;③强风化的岩石;④刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩;⑤坚硬粘土,也有带坚硬夹层的粘土;⑥微裂隙的,但很少粘土的岩体;⑦在很高的初应力场条件下,坚硬的和可变坚硬的岩石;在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合①有强烈地压显现的岩体;②膨胀性岩体(要与仰拱与底部锚杆相配合);③在一些松散岩体中,要与钢背板与之配合;④在蠕动性岩体中,要与冻结法或预加固法等配合;在下列场合中应用应慎重①大量涌水的岩体;②由于涌水会产生流砂现象的围岩;③极为破碎,锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体;④开挖面完全不能自稳的岩体等。
新奥法的缺点:①实施不仅要求有良好的施工组织和管理,也要求技术人员和量测人员都十分熟练,没有这一点就易于发生错误;作业质量都与每一个人的仔细操作有关。
隧道新奥法施工 新奥法施工技术
新奥法施工技术
新奥法施工技术
五、新奥法施工
3、分部开挖法
分部开挖法包括环形开 挖预留核心土法、侧壁导坑 法、中洞法、中隔壁法等。
1)环形开挖留核心土法 环形开挖留核心土法常
用于Ⅵ级围岩单线和V-Ⅵ级 围岩双线隧道掘进。
①
③
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
②
②
①
③ ②
环形开挖留核心土法示意图
新奥法施工技术
新奥法施工技术
五、新奥法施工
短台阶法可缩短支护闭合时间,改 善初期支护的受力条件,有利于控制围 岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施 工干扰较大,不能全部平行作业。
1
1
2
2
L
>(1~1.5)L
短台阶法示意图
新奥法施工技术
五、新奥法施工 3)超短台阶法
新奥法施工技术
1 1
2
2
L
3~5m
超短台阶法示意图
适用于Ⅴ-Ⅵ级围岩,一般为3-5m的台阶长度。 超短台阶法上下断面相距较近,机械设备集中,作业时相互干扰 大,生产效率低,施工速度慢。
新奥法施工技术
新奥法施工技术
五、新奥法施工
1、全断面开挖法
➢ 适用条件 (1)I-Ⅲ级围岩,在用于Ⅲ级围岩时,围岩应具备从全断面开挖到
初期支护前这段时间内,保持其自身稳定的条件。 (2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。 (3)隧道长度或施工区段长度不宜太短,根据经验一般不应小于
1km,否则采用大型机械化施工,其经济性较差。
新奥法施工技术
新奥法施工技术
新奥法施工技术
一、新奥法的优点
(1)经济、快速
若以面积A为100m2,设计衬砌量B和超挖
隧道新奥法施工的原理及常见施工方法
动态管理决定乾坤or如何对待图纸的问题?
新奥法的基本要点及解读
• 为了充分发挥岩体的承载能力,应允许并控制岩体的变形。 一方面允许变形,使围岩中能形成承载环;另一方面又必 须限制它,使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能 力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加 强的柔性支护结构,例如,锚喷支护等。这样,就能通过 调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间(包括闭 合时间)来控制岩体的变形。 • 必须理解:这是对硬岩的要求。 • 必须延伸:软岩不允许变形,必须采用刚性支护
隧道新奥法施工的原理 及常见施工方法
管德鹏
云南.保山.2011.10
新奥法的发展
• 新奥法的发展可谓历尽坎坷。1951~ 1953 年建成的伊泽雷阿尔斯电站的压力隧洞, 采用锚杆支护取得成功。径向设置 的锚杆与隧道的围岩及喷射混凝土一起形成了一个拱圈。 可以说, 锚喷支护的发展直接为新奥法理论奠定了基础。新 奥法自1958 年申请专利以来, 在奥地利、德国、日本、中国、 英国、美国、意大利、法国、瑞士、巴基斯坦、希腊、韩 国等国家得到了应用。应用的隧道类型有: 水工隧洞、公路 隧道、铁路隧道、地铁隧道以及几乎所有其它的地下工程。 新奥法开始在岩质较好的地层中应用, 后来随着经验的不断 丰富, 较差地层中也开始应用新奥法并获得成功。
新奥法的发展
• 但是我国应用新奥法也存在发展不平衡的问题。实际上,软岩(土)中的新 奥法与硬岩中的新奥法是有原则区别的,需充分了解隧道开挖过程中地层 发生的变化,采取相应的加固方法和相应的支护措施,达到安全、经济的 目的,这才是新奥法的精神实质。世界各地有足够多的成功实例证明,只 要针对地层采用适当的施工方法,并采取正确的监测手段和实行严格的管 理和纪律,新奥法才是安全的、有效的、经济的。新奥法的理论基础是认 为围岩具有自承能力,分析围岩自承能力形成的力学机制对于正确选择设 计和施工方案有重要意义。
隧道中新奥法原理的注解
一、隧道设计施工的两大理论及其发展过程二十世纪以来,人类对地下空间的需求越来越多,因而对地下工程的研究有了一个突飞猛进的发展。
在大量的地下工程实践中,人们普遍认识到,隧道及地下洞室工程,其核心问题,都归结在开挖和支护两个关键工序上。
即如何开挖,才能更有利于洞室的稳定和便于支护:若需支护时,又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。
这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。
在隧道及地下洞室工程中,围绕着以上核心问题的实践和研究,在不同的时期,人们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系,每一种理论体系都包含和解决(或正在研究解决)了从工程认识(概念)、力学原理,工程措施到施工方法(工艺)等一系列工程问题。
一种理论是二十世纪20年代提出的传统的“松弛荷载理论”。
其核心内容是:稳定的岩体有自稳能力,不产生荷载:不稳定的岩体则可能产生坍塌,需要用支护结构予以支撑。
这样,作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。
这是一种传统的理论,其代表人物有泰沙基和普氏等人。
它类似于地面工程考虑问题的思想,至今仍被广泛的应用着。
另一种理论是二十世纪50年代提出的现代支护理论,或称“岩承理论”。
其核心内容是:围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力:不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的,如果在这个过程中提供必要的帮助或限制,则围岩仍然能够进入稳定状态。
这种理论体系的代表性人物有拉布西维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈等人。
这是一种比较现代的理论,它已经脱离了地面工程考虑问题的思路,而更接近于地下工程实际,近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用,并且表现出了广阔的发展前景。
由以上可以看出,前一种理论更注意结果和对结果的处理:而后一种理论则更注意过程和对过程的控制,即对围岩自承能力的充分利用。
由于有此区别,因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。
新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。
隧道施工新奥法
隧道施工新奥法
新奥法就是应用岩体力学的基本理论,以维护和利用围岩的自承能力,通过采用及时的“锚喷支护”或更进一步的喷锚预支护等联合支护手段有效的抑制围岩的松弛变形,并通过监控量测手段及信息处理,调整支护参数,从而使围岩成为支护体系的重要组成部分的一种施工原理。
概括的说,新奥法隧道施工的三大要素实质就是“光面爆破(控制爆破)、锚喷支护及监控量测”。
新奥法施工原则:“管超前,严注浆,短开挖,强支护,早封闭,勤量测”,结合实际制订出施工方案,确保安全生产。
具体措施如下:
(1)施工前应对设计提供的地质资料进行详细的了解、分析,进行必要的现场调查核实(超前地质预报)。
(2)超前预注浆,根据工作面地质情况,拟定注浆的方案,精心布管,严格注浆工作,控制好注浆压力,密切关注注浆量,确保达到理想的加固效果。
(3)严格控制开挖循环进尺,对不良地质地段,应适当缩短开挖进尺,环形开挖留核心土,必要时喷混凝土封闭开挖工作面,并选用具有足够刚度和早强的支护设计,适当加厚喷射混凝土喷层,及早完成锚喷网联合支护,必要时采用双层钢筋网或增设临时钢支撑措施,以控制围岩变形。
(4)及时施作仰拱形成封闭结构,为保证仰拱及早受力,仰拱设计可选用早强混凝土。
(5)初期支护封闭后及时进行背后回填注浆。
(6)加强施工现场监控量测,选择合理的监测项目,及时反馈信息,以掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度,以确定施工工序,保证施工安全。
隧道新奥法之分部开挖法
隧道新奥法之分部开挖法
新奥法是用薄层支护手段来保持围岩强度,控制围岩变形,以发挥围岩的自承能力,并通过施工监控测量来指导隧道工程的设计与施工。
新奥法是一种隧道施工的基本理论,是包含设计和施工内容的隧道工程新概念。
新奥法的隧道结构体系计算模型是采用岩体力学模型,将支护与围岩视为一体,作为共同承受荷载的隧道结构体系,围岩是直接的承载单元,支护结构只是用来约束和限制围岩的变形。
新奥法必须包括采用锚杆、喷射混凝土的锚喷支护结构,但不能误认为采用了锚喷支护就是新奥法,新奥法采用锚喷支护是为了达到保护围岩的强度、控制围岩变形、实现发挥围岩自承能力的目的。
此外新奥法十分重视施工监控测量,只有采用施工监控测量才能掌握围岩变形动态,做到监控变形,同时现场施工测量的资料是完善设计,指导施工的重要依据。
本文详细介绍新奥法施工中的分部开挖法。
隧道工程新奥法施工方法种详解
隧道工程新奥法施工方法种详解隧道工程是指为了穿越山体或水体等自然障碍物而进行的地下通道工程。
随着城市化进程的加速和交通运输的日益发达,隧道工程在现代社会中扮演着重要角色。
为了提高隧道施工的效率和质量,满足日益复杂的工程要求,新奥法施工方法应运而生。
一、盾构法盾构法是一种应用于城市地下管道工程和隧道的先进技术。
它通过一个推进力源推动盾构机进行推进,同时顺利地完成地下工程的施工。
盾构法的主要特点包括:施工速度快、安全可靠、对环境污染小等。
盾构法的施工过程主要包括以下几个步骤:准备工作、注浆加固、主体施工、地层处理等。
二、爆破法爆破法是隧道施工中常用的一种方法。
它利用爆炸的力量破坏地质层,从而达到开凿隧道的目的。
爆破法的施工流程一般包括以下几个步骤:采样和测试、钻孔排爆、起爆和清理、支护、拆除等。
爆破法的施工速度快,适用于一些地质条件较好的地区,但由于爆炸会产生噪音、震动和空气污染等问题,所以在城市区域一般较少采用。
三、全断面法全断面法是指在施工过程中将整个隧道的断面完全打通,然后再进行支护和衬砌。
全断面法具有施工速度快、质量好等优点,适用于稳定的地层和较大的断面。
全断面法的施工过程一般包括以下几个步骤:预制断面、准备工作、整体挖掘、合拢、洞口预支等。
四、机械化施工法机械化施工法是指利用机械设备进行隧道工程的施工。
这种方法可以大大提高施工效率和质量,减少人力资源的使用。
机械化施工法主要包括:挖掘机开挖法、推土机填挖法、掘进机掘进法等。
机械化施工法的施工过程一般包括以下几个步骤:设备准备、施工前的准备工作、主体施工、支护等。
五、隧道涂层法隧道涂层法是为了提高隧道的使用寿命和安全性而采用的一种施工方法。
它通过在隧道壁面涂刷一层保护材料来防止水分的渗透。
隧道工程施工技术:新奥法
Tunnel Engineering目录01新奥法的概念02新奥法的施工流程03新奥法的施工原则课前导学山岭隧道施工方法采用钻爆开挖加钢、木构件支撑采用钻爆开挖加锚喷支护传统的矿山法新奥法新奥法的概念新奥法即奥地利隧道施工新方法(NATM),是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段,通过监测控制围岩的变形,便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。
核心内容充分保护,利用围岩的承载能力。
施工要点控制爆破、锚喷支护和施工监测。
实施方法设计、施工和监测三位一体的动态模式。
新奥法施工流程图二、新奥法施工流程图新奥法施工的基本原则三、新奥法施工的基本原则在施工中必须充分保护围岩,采用控制爆破技术;为了充分发挥围岩的承载力,应允许并控制围岩的变形必须在施工中进行实地量测监控,及时提出可靠的、足够数量的量测信息,以指导施工和设计;在施工过程中,必须建立设计-施工检验-地质预报-量测反馈-修正设计的一体化的施工管理系统,以不断的提高和完善隧道施工技术;选择支护手段,一般应选择大面积、牢固与围岩紧密接触、能及时施设和应变能力强的支护手段;多采用喷砼、并与锚杆、金属网联合使用要与钢支撑或格栅等配合使用临时仰拱也是重要的、不容忽视的支护手段在可能的条件下,应尽量采用全断面或大断面分部的开挖方法;在任何情况下,使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的;为保证二次衬砌的质量和整体性,在任何情况下,都应采用先墙后拱的施工顺序。
少扰动早支护勤量测紧封闭扰动次数扰动持续时间扰动强度扰动范围少扰动新奥法基本原则早支护WHATWHY初期锚喷支护使围岩的变形进入受控制状态新奥法基本原则勤量测以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态,或判断其动态发展趋势,以便及时调整支护形式、开挖方法。
新奥法基本原则紧封闭二一要适时对围岩施作封闭形支护喷射混凝土防护措施避免围岩因长时间暴露致强度和稳定性的衰减、新奥法概念新奥法施工流程十二字方针少扰动早喷锚勤量测紧封闭思考题为什么在可能的条件下,应尽量采用全断面或大断面分部的开挖方法?开挖断面对隧道施工有什么影响?Tunnel Engineering。
隧道施工新奥法、盾构法、TBM、浅埋暗挖法施工方法(121页)
工作示意图
竖井施工
竖井施工
盾构机安装
安装就位
推进
沙土搬运和管片运输
沙土搬运
衬砌
衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌,沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等 材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常是应用于隧道工程、水利 渠道中。衬砌简单说来就是内衬,常见的就是用砌块衬砌,可以是预 应力高压灌浆素混凝土衬砌。
探导坑。 美国罗宾斯(Robbins)公司1952年研制出第一台软岩TBM,1956年又成功研制
中硬岩TBM。
2020/5/12
53
TBM法的概述与应用
土压平衡盾构机结构图
刀盘
盾尾
施工
1.在盾构法隧道的起始端和终结端各建一个竖井,城市地铁一般利用 车站的端头作为始发或到达的竖井; 2.盾构在始发竖井内安装就位; 3.依靠盾构千斤顶推力(作用在竖井后壁或新拼装好的衬砌上)将盾 构从始发工作井的墙壁开孔处推出; 4.盾构在地层中沿着设计轴线推进,在推进的同时不断出土(泥)和 安装衬砌管片; 5.及时向衬砌背后的空隙注浆,防止地层移动和固定衬砌环位置; 6.盾构进入到达竖井并被拆除,如施工需要,也可穿越竖井再向前推 进。
管片
管片运输
管片运输
管片运输
管片拼装
管片拼装
盾构到达竖井
TBM
TBM发展历史简介
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine )是一种用机械破碎岩石、出碴与支护 实行连续作业的综合设备,它是由盾构技术发展而来的。
1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示,最早提出盾构雏形与施工方法。 1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。 1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩掘进未获成功。 1881年波蒙特开发出压缩空气式TBM,成功用于英吉利海峡隧道直径2.1m的勘
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Ps DL1 (cs t tg s )
当围岩产生位移时,锚杆单位长度上的承载 力Ps/L1与 t 的合力阻止围岩位移的发展, 产生支护力,并使在锚杆间的围岩产生压缩 和成拱作用,提高了围岩强度并缩小了围岩 的承载跨度(等于锚杆间距),从而达到稳 定和加固围岩的目的。
(4)锚杆的整体加固作用
通过有规律布置的一系列 锚杆,将邻近的岩体联结 在一起,能阻止不稳定岩 石的滑移,促使岩石之间 的间隙面压紧,同时使隧 道四周一定范围内的围岩 组成一个承载环。
r
由于锚杆支护力的作用,压缩带 获得径向支护力,使压缩带中的 岩体处在三向受压状态。
砂浆锚杆的加固作用
砂浆锚杆的承载力可用下式表示
VI :呈巨块状整体结构硬质岩石, Rb>60MPa V :呈大块状砌体结构硬质岩石, Rb>30MPa IV :呈块(石)碎(石)状镶嵌结构 III :略具压密或成岩作用的粘性土 、砂性土 II :湿的一般碎、卵石土,圆砾、角砾土及黄 土 I:软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等
表10-3
2
简化为:
Q浅 W H tg
2
W Bt H
Q浅 H ( Bt Htg )
竖向均布荷载和水平侧压力
q浅 Q浅 Bt H (1 H tg ) Bt
e1 H e 2 h
1 e (e1 e 2 ) 2
10.3 锚喷支护结构
(2)埋深H大于hq、小于Hp
在这种情况下,隧道上覆土体下滑时要考 虑滑面阻力的影响,否则计算出的压力值 过大。
本讲要点
理解新奥法和喷锚支护的实质与联系; 掌握深埋和浅埋隧道围岩压力的计算。
(2)埋深H大于hq、小于Hp
EFHG岩(土)体下沉,带动两侧三棱土体(如图中FDB及ECA)下沉受到阻力T, 整个土体ABDC下沉时,又要受到未扰动岩(土)体的阻力F; AC或BD表示假定的破裂面 与水平成 角;
H p (2.0 ~ 2.5)hq
hq
q
在新奥法施工的条件下,Ⅰ~Ⅲ类围岩 取 H p 2.5hq ,Ⅳ~Ⅵ类围岩 H p 2.0hq。
(1)埋深H小于或等于荷载等 效高度hq
围岩压力完全由上覆岩(土)柱的重力 产生,视为均布时,垂直压力和水平压 力为:
q H
Ht 2 o e (H )tg (45 ) 2 2
《建筑边坡工程技术规范》 (GB 50330—2002)规定:
用锚杆加固局部不稳定块体时,锚杆抗 力应满足下列要求:
a.加固受拉破坏的不稳定危岩块体,锚杆抗拉 承载力应满足:
2 As f y 1.1 QG0
b.加固受剪破坏的不稳定危岩块体,锚杆抗剪 承载力应满足:
v As f v (G2 tg s cs A) 1.1 QG1
锚杆支护可以根据不同围岩的岩层产状 和稳定状况灵活进行。 其作用原理主要有联结作用、组合作用 和整体加固作用。
(2)锚杆的联结作用
用锚杆将它们联合起来,并将锚杆尽可能深 入到稳定的岩层中,考虑锚杆承担全部不稳 定岩块的重量。 ①锚杆承载力计算
Q G0 sin i sin G0 sin( i ) N sin
第10章 新奥法隧道结构
10.1 概述 10.1.1 新奥法简介
奥地利学者L.V.Rabcewicz二十世纪60年代出提出了“新奥 地利隧道施工法” 。 New Austrian Tunnelling Method简称为“新奥法” (NATM)。 “欧洲隧道掘进法”或“收敛约束法”(Convergence Confinement Method)。
Q浅 W 2T ' W 2T sin
三棱体ECA中,受到三个力:T F W运 用正弦定理:
W1 sin( ) sin[90o ( )] T
T未知
1 h W1 h 2 tg
T sin( ) W1 o sin[90 ( )]
Байду номын сангаас
2)锚喷支护的适用条件及要求
配合光面爆破等控制爆破技术,使开挖断面轮廓 平整、准确,便于锚喷成型,并减少回弹量;
减轻爆破对围岩的松动破坏,维持围岩强度和自 承能力。
10.1.3 新奥法与锚喷支护
不能将新奥法等同于锚喷支护; 既有密切联系又有原则区别; 锚喷支护的快速有效的支护施工手段,才 有可能使新奥法的基本原则得以实现。 不把围岩看成自承结构,不充分发挥围岩 本身的作用,即使大量采用锚喷支护,也 不能认为是应用了新奥法。
新奥法 :围岩本身具有“自承”能力,若采用正 确的设计施工方法,最大限度地发挥这种自承能力, 即可以使得经济效果达到最佳 。
要点
尽可能不扰动周边围岩,开挖之后及时进行一 次支护,然后视需要进行二次支护。
支护都是柔性的,以适应围岩的变形。 目前采用经验统计类比的方法做预设计,再在 施工过程中不断监测围岩的应力、应变状况,
10.3.1 锚喷支护的设计步骤 5个步骤进行: (1)调查地质和水文地质情况,分析围岩的稳定条件; (2)用工程类比方法选择支护类型及设计参数,对锚喷支 护进行受力分析和结构计算,并提出施工注意事项; (3)支护施工中,严密监测地质情况的变化,及时修改设 计参数,变更施工工序; (4)支护完成后,分析隧道的稳定状况,对其长期稳定性 作出评价。必要时,可对支护变形和应力进行量测,包括 施工阶段的监测; (5)总结经验,改进设计与施工。掌握岩体变形、坍塌的 规律之后,在恰当的时间,采用适当的办法进行支护。
T
1 2 h 2 cos
tg tg tg [1 tg ( tg tg ) tgtg ]
极限状态下可以求得 破裂面的夹角
d 0 d
(1 tg2 ) tg tg tg tg tg
总垂直压力 :
Q浅 W 2T sin W h tg
10.1.2 锚喷支护简介
锚喷支护(Shotcrete and Bolting)是采用喷 射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚杆喷射混凝 土或锚杆钢筋网喷射混凝土等在毛洞开挖后及 时地对地层进行加固的结构。
1)锚喷支护的优点
节省、加快施工进度;
符合岩体力学原理的积极支护方法 ; 柔性好,它能与围岩变形一致,从而与之构成一 个共同工作的承载体系 ; 锚喷支护技术不再把围岩仅仅视作荷载(松散压 力),同时还把它视为承载结构的组成部分。锚 喷支护结构承受荷载的性质为围岩的形变压力。
10.3.2 锚喷支护的受力分析 和结构计算
影响因素比较复杂,多种计算方法,尚处于半经验 半理论阶段 .
锚杆支护结构; 喷射混凝土支护;
1)锚杆支护结构
①全长粘结型锚杆:普通水泥砂浆锚杆、早强
水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆和水泥卷锚杆;
②端头锚固型锚杆;机械锚固锚杆、树脂锚固
锚杆、快硬水泥卷锚固锚杆;
(2)安全、适应性强
表10-1 老方法与新奥法 工程量对比
老方法 有效使用面积A 混凝土衬砌面积B 超挖面积C B+C 100 36 15 51 新奥法 100 7 3 10
新奥法的主要原则
(1)围岩是洞室的主要承载结构,而不是单纯的荷载,它 具有一定的自承能力。 (2)尽量保持围岩原有的结构和强度; (3)尽可能作到适时支护。 (4)支护本身应具有薄、柔、与围岩密贴和早强等特性, 支护施工应及时快速,使围岩尽快封闭而处于三向受力状 态。 (5)洞室尽可能为圆形断面,或由光滑曲线连接而形成的 断面,以避免应力集中。 (6)良好的施工组织和施工人员的良好素质对洞室结构施 工的安全、经济非常重要。
围岩类别
Ⅵ、Ⅴ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
e
0
<0.15q
(0.15~0.3)q
(0.3~0.5)q
(0.5~1.0)q
必须同时具备下列条件:
(1)H/B<1.7,H为隧道开挖高度,B为 隧道开挖宽度。 (2)不产生膨胀力的围岩及偏压不显著 的隧道; (3)采用钻爆法施工的隧道。
2)浅埋隧道围岩压力的确定
按荷载等效高度的判定式为:
②锚杆长度
锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚 段的长度之和,并应满足下列要求: a.锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面 的长度计算;预应力锚杆自由段长度应 不小于5m,且应超过潜在滑裂面; b.锚杆锚固段长度应按式(10-22)、 (10-23)进行计算,并取其中大值 。
构造
土层锚杆的锚固段长度不应小于4m,且 不宜大于10m; 岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m,且 不宜大于45D(D为锚固体直径)和6.5m, 或55D和8m(对预应力锚索);
围岩类别 Ⅵ Ⅴ
各类围岩的重度
Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ
(kN/m3)
25.5~27.4 24.5~26.5 22.5~24.5 18.6~21.6 16.7~19.6 14.7~16.7
注:对Ⅲ类围岩的老黄土采用16.7~17.6kN/m3; 对Ⅱ类围岩的新黄土采用14.7kN/m3。
表10-4
围岩水平均布压力e
(3)锚杆的组合作用
锚杆的组合作用是依靠 锚杆将数层薄层的岩层 组合在一起,形成组合 拱或组合梁,以提高岩 层整体的抗剪、抗弯的 能力 。