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1、地 下 工 程,叶 洲 元 13975249589,总 论,地下建筑 地下铁道 公路隧道 水底隧道 地下电站 地下贮库 城市地下综合体,地下工程施工方法 盾构法 沉井法 沉管法 顶管法 矿山法 地下连续墙法,前 言,岩石洞室的开挖方案,地下建筑大都是岩石洞室，根据洞室的用途不同，洞室按体型可分为平洞、斜洞、竖井等多种形式。根据目前的技术条件，地下建筑采用的成洞方法概括为以下几类：,施工方法地下工程,暗挖法,明挖法,特 殊 施工法,矿山法,盾构法,顶进法,基坑法,逆作法,沉井法,沉管法,地下连续墙法,岩质 条件,土质 条件,岩质条件下的施工方法有坑道开挖法、盾构法、顶进结构法和基坑法4种。盾构
2、法用于岩质条件时常配合岩石掘进机进行，适合于各类岩石条件。对于特别破碎的岩体，如海底隧道，当有大断层和渗漏水压很大时，尚需配合以气压盾构和化学灌浆加固。顶进结构法适用于从已有建筑下的软岩中通过的隧道。基坑法适用于浅埋的地下洞室。矿山法亦即传统钻爆法，仍是迄今为止最为广泛采用的岩层成洞方法。,“逆作法”施工技术 采取地上与地下结构同时施工，或地下结构由上而下的施工方法称为逆作法施工。 逆作法施工又分为全逆作、半逆作两种方法： (1)全逆作法 全逆作法即地下主体结构向下施工的同时，同步进行地上主体工程结构施工的方法。 (2)半逆作法 半逆作法即地下主体结构由上向下施工，而地上主体工程待地下主体结构
3、完工后再进行施工的方法。,“逆作法”施工技术 采取地上与地下结构同时施工，或地下结构由上而下的施工方法称为逆作法施工。 逆作法施工又分为全逆作、半逆作两种方法： (1)全逆作法 全逆作法即地下主体结构向下施工的同时，同步进行地上主体工程结构施工的方法。 (2)半逆作法 半逆作法即地下主体结构由上向下施工，而地上主体工程待地下主体结构完工后再进行施工的方法。,施工方案选择,合理的洞室开挖方案，应满足下述基本要求： (1)保证安全施工，符合工程质量和建设工期要求； (2)有利于增强和维护围岩的稳定性； (3)充分利用洞室空间，实行多点、多面、多工种平行流水作业，力求快开挖、快成洞； (4)施工干扰
4、少，能改善劳动条件，提高工作效率； (5)有利于推广新工艺、新技术，充分发挥机械设备能力； (6)节约材料，降低工程成本。,7.1 导洞及洞口的开挖,7.1.1、导洞及其布置 1)导洞的作用、开挖特点和布置 根据洞室分部开挖的需要，在洞室断面上首先开挖的面积较小的那部分叫做导洞，又叫引洞或导坑。它的基本作用是为洞室开挖创造自由面，以便进一步扩挖最后形成符合设计要求的洞室空间。 由于导洞先行掘进，它还可用以查明和核实洞区的地质情况，以便及时修正设计或变更施工方案。开挖导洞因工作面狭窄，且为独头掘进，通风较难，劳动条件差，工效较低。但是，导洞断面较小，围岩的稳定问题不很突出，施工安全较有保障。导洞
5、开挖的主要要求就是如何在围岩稳定较有保障的条件下实现快速掘进。,7.1 导洞及洞口的开挖,7.1.1、导洞及其布置 1)导洞的作用、开挖特点和布置 选择导洞位置时，通常应考虑以下要求：利于开创和增多工作面，便于扩挖作业；对围岩扰动破坏小；利于通风、排水和运输；不移动或少移动施工管线等。常用导洞的布置见图7-2。高大洞室也可分层设置导洞，见图7-3。大跨度洞室在拱部也可设置多个导洞，见图7-4。,7.1 导洞及洞口的开挖,7.1.1、导洞及其布置 1)导洞的作用、开挖特点和布置 为满足施工对出碴、运输、通风、排水的需要，或工程规模较大，而工期要求紧迫，需另开作业面时，还可在洞室的开挖断面外增设辅
6、助导洞。设置辅助导洞应尽量考虑到一洞多用，长度短，以及工程投产后加以利用的可能性。辅助导洞一般以平洞为主，特殊情况下也可采用斜洞或竖井。图7-5,7.1 导洞及洞口的开挖,7.1.1、导洞及其布置 2)导洞断面的形状和尺寸的确定 导洞断面的形状，根据围岩性质和导洞所在的位置确定。常用的断面形状有弧形、矩形、梯形和单斜曲线形(顶侧导洞时)等。 导洞断面的尺寸，决定于导洞的用途和施工条件。主要应考虑：运输量的大小及要求的通行能力；装碴、运输机械的类型和外型尺寸；管线布置及临时支护形式；行人安全所需宽度等。 采用轨道运输时，一般单线导洞的宽度为2.02.5m；双线导洞宽度为3.03.5m。导洞高度由
7、装碴、运输机械类型和作业要求净空而定，一般取2.23.0m。,7.1 导洞及洞口的开挖,2、洞口开挖 洞口的开挖又叫做切口。对洞口开挖的基本要求是：既要保证洞口的围岩及仰坡、边坡的稳定，又要有利于尽快进洞。首先必须将山坡上的危石先行清除或加固，合理组织截排洞口上方的地表水；然后合理确定切口的形状和大小。洞口段不允许采用过药量爆破，成洞口后应及时支护，明堑边坡应根据具体情况采取喷浆、喷混凝土、锚固等护坡措施。 目前常采用的有两种切口方法-大、小切口方案。大切口方案是明槽一次开挖到设计面。此法虽然工作单一，作业干扰少，占用工期较长，不能及时进洞。,7.1 导洞及洞口的开挖,2、洞口开挖 小切口方案
8、是按导洞位置分层切口，保证了导洞尽快掘进，图7-7。其优点是能保证及早进洞，进洞后施工不受气候影响，各工序能全面展开，能缩短工期。 当山体坡度较缓，坡积层很厚，岩石风化严重时，一般切口工程量巨大，此时为赢得工期或避开雨季，可采用小切口方案。当山坡较陡，岩体坚硬，风化轻微时，一般切口工作量不大，可采用大切口方案。,7.1 导洞及洞口的开挖,2、洞口开挖 在洞室或导洞按循环正式进行开挖前，洞口工程的内容及程序如下图。,7.2 水平洞室的开挖,7.2 水平洞室的开挖,1、导洞开挖方法 导洞开挖法主要适用于围岩稳定性较差或虽围岩稳定性较好，但洞室跨度较大的情况。 虽然这种开挖法洞室作业面狭窄，单独开挖
9、循环次数多，因而相对工效低，进度慢，工程成本高，但为了维护围岩稳定，保证安全开挖，不得不采取这一方法。其实质是通过控制围岩有效暴露面积来控制围岩的稳定。 1)先拱后墙法 (1)几种典型的施工方案及特点 先拱后墙法按其导洞所处位置的不同，又可分为上导洞法、上下导洞法、拱部双侧导洞法和拱部多导洞法。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (1)几种典型的施工方案及特点,图中数字表示开挖顺序，并用罗马数字表示支护作业在施工中的顺序，以示区别。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (1)几种典型施工方案及特点 (a)上导洞法特点：对围岩的扰动小，拱部支护后，再开挖下部，施工安全。但施工作业面小，
10、施工干扰大，通风出碴较困难，工效低，先拱后墙，混凝土衬砌的整体性差。 上导硐法适用于中等坚硬、裂隙较发育，但无大量渗漏水的地层；此外，洞室长度不宜太长。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (1)几种典型施工方案及特点 (b)上下导洞法特点：工作面较多，用漏斗孔连通上、下导洞，通风、运输、排水等条件有所改善，施工进度较快，拱部支护领先，下部施工较为安全。 但两个导洞同时施工，工序干扰大，临时支护耗用材料也多，工程费用较高，先拱后墙，衬砌的整体性较差。 上下导洞法适用范围较广，一般中硬或软弱较破碎的岩层，以及不同长度的洞室都可采用。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (1)几种典型施工
11、方案及特点 (c)拱部双侧导洞法特点：拱部开挖的进度较快，先支护拱部，下部开挖时较安全，开挖进度快。 拱部双侧导洞法适用范围较广，为一般大型断面(跨度大于15m)的一种基本开挖方案。 当岩体破碎时，采用分段跳格开挖，拱部衬砌跳格支护。下部开挖可分层或分台阶进行，每层开挖的高度视钻孔及出碴机具性能而定，若具有大型钻机及出碴机械时，每层高度可至58m。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (1)几种典型施工方案及特点 (d)拱部多导洞先拱后墙法中，拱部导洞1、2、3按序纵向连续开挖；拱部及拱脚扩挖4，须视围岩情况采取分段跳格开挖，分段的宽度一般取48m。即是开挖一段，随即支护一段，再开挖另一段
12、。跳格开挖的基本方案有小跳格和大跳格两种。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (1)几种典型施工方案及特点 小跳格开挖：间隔一段开挖一段，如围岩不好，可间隔两段或三段。其特点是支护工程始终跟在开挖作业之后，干扰少。 大跳格开挖：全洞分为几个大段：I，II，III等。每一大段又分为若干小段，即1，2，3，按1，5，9扩挖一段，进行支护衬砌；再按2，6，10次序扩挖和支护。该方法的特点是缩短了围岩暴露时间，适合于围岩较差的情况。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (2)侧墙开挖方法 在地质条件较差，或虽地质条件较好，但洞室跨度较大的洞室开挖中，主要矛盾是如何保证围岩的稳定。在开挖侧墙时
13、，关键的问题是如何保证已成拱圈的稳定，防止拱圈的下沉、变形和开裂。 常用的办法有如下几种： 马口开挖和加固拱脚两种方式。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (2)侧墙开挖方法 马口开挖：即在开挖侧墙时，每次开挖段不宜过长，且需分段间隔进行。开挖分段长度，应据围岩情况确定，一般4-8m。 马口开挖法的实质是不允许同一段拱圈的拱脚均被悬空，或交错开挖时，悬空的长度也不能过长，以保证拱圈稳定。 对角跳挖法的施工顺序是先开挖马口1，并衬砌支护，待混凝土强度达70以后，再按顺序开挖。拱圈工作缝应布置于1、2马口的中部。,大小马口交错法中小马口1应布置在拱圈中部和接缝处，待1混凝土强度达70以后，再
14、按序施工。在地质条件好的地段，2、3可同时开挖。,7.2 水平洞室的开挖,1)先拱后墙法 (2)侧墙开挖方法 加固拱脚：用马口法开挖侧墙是一种很麻烦而进度又较慢的方法，另外，施工中难免不发生拱圈下沉或变形的情况。所以，根据围岩性质和洞室跨度大小，还须采用加固拱脚的措施与马口开挖法配合应用；或者加固拱脚后，侧墙开挖可按一般方法连续开挖，或酌情分段开挖。 常见的拱脚加固的措施如图7-13所示。,采用大拱脚加固的实质是加大拱脚支承面积，让拱圈荷载大部分由拱脚下的基岩传递。 拱脚下设卧梁可以承受开挖下部侧墙拱脚悬空产生的弯矩。,7.2 水平洞室的开挖,2)先墙后拱法 先拱后墙法的基本点是先解决拱部围岩
15、稳定，即先作好拱圈，保证下部开挖的安全。当拱部的围岩差，侧壁围岩也同样会很破碎，造成拱座很难成型；或者洞室跨度大，拱圈传下的荷载也大，拱脚处围岩不能承受拱圈传下的巨大荷载。在此情况下，宜采用先墙后拱法。 先墙后拱法常在底部设置侧壁导洞，由下而上地开挖和衬砌边墙，既解决了侧壁围岩的稳定又为拱圈提供了稳固的基础，这就是底设侧壁导洞先墙后拱法的出发点和基本特征。,7.2 水平洞室的开挖,2)先墙后拱法 先墙后拱法的施工顺序：开挖下部两侧导洞I，而后衬砌下部边墙II；第一层边墙混凝土达到设计强度后，开挖第二层3，并随即衬砌边墙；开挖上导洞5；拱部扩挖6，根据围岩情况采用分段跳格开挖的方法；拱部衬砌VI
16、I；最后开挖核心8。,先墙后拱法拱部设置一个导洞，这种布置又叫品形导洞法。若洞室跨度较大时，可顶部设置双侧导洞。核心部分8保留至最后开挖，能简化或有利于临时支撑或模板支撑，这种方法又叫做核心支撑法。,7.2 水平洞室的开挖,2、台阶开挖法 台阶开挖法主要适用于地质条件好，围岩稳定，或虽地质条件较差，但洞室跨度较小的洞室开挖。 台阶开挖法按所设台阶的位置及台阶的开挖顺序又可分为下台阶开挖、上台阶开挖和侧台阶开挖。 1)下台阶开挖法：首先将上部断面在全长(或开挖区段)范围内开挖完，然后再挖下部断面。其优点是：先支护拱部，下部作业安全；拱部支护工程的费用较低；开挖下部台阶时，爆破效率高，工程成本低。其缺点是：需有两个单独开挖循环，工期较长，工程费用较高。这种方法最适用于用中小型机械开挖高度和长度大，而拱部又需及时支护的工程。,7.2 水平洞室的开挖,2、台阶开挖法 2)上台阶开挖法 要点是首先将洞室下部断面在全长范围内开挖完，然后再开挖上台阶，又叫反台阶开挖法。 为保证实现登碴作业，在下
