[交通运输]城市矿山法隧道施工安全与风险控制

➢信息化施工
➢信息化施工
4 近接建（构）筑物施工
一、基本概念
三大基本类型： （1）新建工程接近既有隧道施工 (2) 新建隧道接近既有工程 （3）两条及以上隧道近距离同期施工
一、基本概念
近接施工最主要的问题是新建工程将会 对既有工程原来的稳定性产生影响。这种影 响最本质的原因是由于新建工程的施工引起 围岩应力状态再次重分布，从而导致一系列 的力学行为变化。这种受力特征会因工程修 建的时间先后关系、空间位置关系及其施工 方法的不同而不同。
一、城市隧道的基本环境特征
1.地质类型 （2）硬岩（北欧）
一、城市隧道的基本环境特征
2.埋深特点 普遍较浅（中国）
一、城市隧道的基本环境特征
3.周边环境 邻近既有建（构）筑物 施工相互影响大，风险高
二、城市矿山法概述
1.全断面开挖法
l-全断面开挖；Ⅱ-衬砌 全断面一次开挖法
二、城市矿山法概述
地层损失理论
地层移动由地层损失引起，并认为地表沉陷槽的体积 应等于地层损失的体积。
该法的理论基础是:在隧道施工过程中产生了一定的地 层损失，相当于从地层中挖去一块岩土体，形成一个空洞， 从而导致上部的岩土体产生移动和变形，最终该空洞被填 充，而在地表则形成体积等于空洞体积的沉降槽。
二、隧道塌方机理
对三种计算工况进行规律分 析，建立影响分区如下：
青岛胶州湾海底隧道接线工程应用
35.0
34.9
7.6 5.4
2.7
7.6 5.4 10.8
1号楼房
55.0 13.7
强影响区
弱影响区
无影响区
16.2
4号楼房
11.3
中洞法
二、城市矿山法概述
4.其他一些适合于特大断面隧道开挖方法
二、城市矿山法概述
4.其他一些适合于特大断面隧道开挖方法
盾构辅助法
开 挖 方 向 1开 挖 双 侧 壁 导 坑
预衬砌法
2灌 注 双 侧 壁 导 墙 部 混 凝 土
工 作 面 长 锚 索 （ 新 意 法 ）
2 围岩变形特征与破坏机理
一、隧道开挖后的围岩变形特征
➢有效支护
➢隧道埋深选择 将隧道建在合适的深度，减小施工风险
➢曲线变轨
利用曲线变轨原理，根据先前监测数据预 测有可能塌方时，提前改变施工方法或支护参 数，使其沉降曲线改变原有轨迹，朝安全、稳 定方向发展。
➢各分部的贡献率
通过分析各分部对
拱顶沉降的贡献率，做
A
到“好钢用在刀刃上”，
重点控制主要块，快速
应该说，隧道开挖后，围岩的变形是不可避免的，但 是如果在开挖后及时采取有效措施，则围岩变形处于可控 范围，反之，在围岩变形超过某一极限值后发生塌方。
二、隧道塌方机理
二、隧道塌方机理
3 施工安全与风险控制
1）有效支护 2）隧道埋深选择 3）曲线变轨 4）各分部开挖的贡献率 5）掌子面的预加固 6）信息化施工
二、城市矿山法概述
3.分部开挖法 环形开挖留核心土法
二、城市矿山法概述
3.分部开挖法 单Βιβλιοθήκη Baidu壁导坑法
侧壁导坑法
双侧壁导坑法
返回
二、城市矿山法概述
3.分部开挖法 CD法
中隔壁法
CRD法
二、城市矿山法概述
3.分部开挖法
在连拱隧道或分叉隧 道的喇叭口地段,先开 挖两洞之间的立柱(或 中墙)部分,完成立柱 (或中墙)混凝土浇筑后, 再进行左右两洞开挖的 施工。
1.全断面开挖法
➢ 适用条件 1）整体性好的围岩； 2）有大型施工机械； 3）适于采用大型机械化配合施工。
➢优点 ➢缺点
二、城市矿山法概述
2.台阶法
台阶法根据台 阶长度不同,可划 分为长台阶法、 短台阶法和超短 台阶法三种。
二、城市矿山法概述
（1）长台阶法。上台阶一般50m以上或大于5倍洞径，上 下步可采用同类机械平行作业。
优缺点：干扰少、机械配套、通风和测量工作简单、可进 行单工序作业，但要求围岩稳定性较好。
（2）短台阶法。上台阶长度小于5倍大于1～1.5洞径。 优缺点：可缩短仰拱封闭时间，利于开挖面稳定，但上下 台阶作业干扰较大。
（3）超短台阶法。上台阶长度仅3～5m，适用于机械化程 度不高的地段。
优缺点：断面闭合较快，利于开挖面稳定，但上下台阶作业 干扰很大。
施工次要块。
➢掌子面和侧墙对某点沉降的贡献率
径向锚杆固然重要，掌 子面变形引起的土体变位也 不容忽视。有时掌子面前方 的超前锚杆显得更为重要。 如“新意法”理念就是重视 掌子面前方锚杆作用。
未有超前加固措施的 超前加固后
用玻璃纤维筋加固前方土体
作为新奥 法三大要素 之一的信息 化施工，对 于施工安全 控制至关重 要。
二、近接影响分区 建筑荷载下的地基附加应力场
二、近接影响分区 单一隧道的二次应力场影响范围
3σy 1.1σy
2.67r
1.01σy
7.27r
λ=0
2σy 1.1σy
3.16r
1.01σy
10r
λ=1
二、近接影响分区
由于建筑物地基的附加应力影响和隧道开挖 引起的应力重分布都是局部的。从相距的远 到近，有一个应力场逐渐叠加的过程。
二、近接影响分区
近接施工的影响不仅存在着局域性， 而且在局部的范围内应力重分布是有梯度 变化的，这也表明影响程度是不同的，因 此提出近接施工影响分区及标准。
二、近接影响分区
既有规范，我们认为仅适用于软土
硬岩地层 评判指标：安全系数 实现方法：强度折减法 多工况数值模拟
安全系数计算结果
考虑相对尺度的影响，分别计算了“隧道-建 筑物”相对尺寸（D/B）为2、1、1/2的三种情 况
一、隧道开挖后的围岩变形特征
土体移动的空间效应
沉降影响范围
一、隧道开挖后的围岩变形特征
=1 5 .6 ° 横向断面地层沉降形状
一、隧道开挖后的围岩变形特征
土体分层沉降示意图
前期沉降 掌子面
施工沉降 固结沉降
施工沉降
一、隧道开挖后的围岩变形特征
地表下沉曲线 隧道
地层移动的时间效应
一、隧道开挖后的围岩变形特征
二、城市矿山法概述
2.台阶法 至于施工中究竟采用何种台阶法（长、短、超 短），要根据以下两个条件来决定： ➢ 初次支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差， 闭合时间要求越短； ➢ 上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设 备施工场地大小的要求。
二、城市矿山法概述
3.分部开挖法
分部开挖法可分为：环形开挖留核心 土法、侧壁导坑法、中隔壁法（CD法 和CRD法）、中洞法等。