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浅埋暗挖法资料


3.1.1 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。支护的作用是保持围岩完整,与围岩共 同作用形成稳定的承载环。 2.尽量保持围岩原有的结构和强度,防止围岩的松动和 破坏。宜采用控制爆破(预裂、光面爆破)或全断面掘进机等 开挖方法。 3.尽可能适时支护。通过工程类比,施工前的室内试验 和施工过程中对洞室围岩收敛变形、锚杆应力及喷混凝土支护 应力的监测,正确了解围岩的物理力学特性与空支护均为不利。
3.1.2新奥法适用条件及要求
◆ 适用条件 不同的地质条件——不论是好岩石还是坏岩石,都可以采 用,甚至可以在土层中采用。 各种不同埋深的条件下均可采用新奥法。最有利的是中等 埋深,地应力不是很大,而围岩块体之间又能互相咬合,容易 发挥“自承”作用的条件。 各种不同形状、不同大小的洞室均能采用新奥法。圆形、 马蹄形洞形、卵形、矩形洞室均可采用新奥法。圆形、卵形洞 室周围的应力分布状况最好,最有利于围岩自承稳定。马蹄形 洞形稍差,矩形洞室最差。
喷锚支护与新奥法具有密切联系的。正是由于发展了各种 各样的喷锚支护和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。但若不是按照新奥法的要求适时进行 喷锚支护,不是把围岩看作自承结构,不充分发挥围岩本身的 作用,并考虑其它原则和手段,那么即使大量采用了喷锚支护, 也不能认为是采用了新奥法。
现 代 岩 土 施 工 技 术
岩土工程教研室
3 浅埋暗挖法与辅助施工技术
新奥法 本 章 内 容 管棚法 顶管法
浅埋暗挖法是城市地下工程施工的主要方法之一。它适用于 不宜明挖施工的含水量较小的各种地层,尤其对城市地区地面 建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布,且对地面沉降要 求严格的情况下,修建埋置较浅的地下结构工程更为合适。对 于含水较大的松散地层,采取堵水或降水等措施后该法仍能适 用。 浅埋暗挖法的技术核心是依据新奥法(New Austrian unneling Method)的基本原理,施工中采用多种辅助措施加 固围岩,充分调动围岩的自承能力,开挖后及时支护、封闭成 环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系,是一种抑制围岩 过大变形的综合配套施工技术。
◆ 新奥法要求
1)要求勘测、设计、施工、控制各环节密切配合,不断根 据现场情况,调整施工方法及支护措施。一环扣一环,时间性 很强。因此,各项作业的操作人员必须受过专门的训练,工艺 操作熟练,工艺作风严格,能够及时正确地处理各种问题。 2)要求尽可能地发挥围岩的“自承”作用,因此,要求尽 可能减轻对围岩的破坏扰动。所以,开挖洞室时一定要采用控 制爆破,即采用预裂爆破或光面爆破。在岩石条件较差时尤为 重要。这对开挖钻眼工作虽然增加了一些工作量,但对围岩稳 定、支护效果、施工安全、减少出渣量、较少混凝土衬砌量等 各方面都是有利的,应该从全局出发,强调这一要求。
◆ 新奥法施工顺序
◆ 新奥法施工方法
3.2 管棚法
管棚法(Pipe Roof)或称伞拱法,是地下结构工程浅埋暗 挖时的超前支护技术。管棚法即先在开挖断面外钻孔,然后在 管子的内外注浆,以加固开挖断面。这种方法,可以加固堆积 层和断层破碎带等不稳定围岩,能有效防止开挖的围岩松动。 管棚法的实质是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈 隐埋弧线上,预先钻孔并安设惯性力矩较大的厚壁钢管,起临 时超前支护作用,防止土层坍塌和地表下沉,以保证掘进与后 续支护工艺安全运作。 管棚施工技术适用于:在交通繁忙的城市公路,铁路或建筑 物下修建横惯隧道或地下仓库、车场等结构工程;地下工程特 殊或困难地段,如极破碎岩体、塌方体及岩堆地区等,管内辅 以灌浆效果更好。
北京地铁蒲黄榆车站管棚断面
(1)扇形布置,适用于隧道断面内地层比较稳定,但拱部附近 的地层不稳定的场合;(2)半圆形布置,用于隧道下半部地层是稳 定的,但起拱线以上的地层不稳定的场合。此外,即使地层比较 稳定,但地表、周围有结构物、埋深很浅时也多采用此种布 置;(3)门形布置,隧道基础是稳定的,断面内地层及上部地层不稳 定时采用;(4)全周布置,用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等 围岩极差的场合;(5)上部一侧布置,隧道一侧有公路、铁路、重 要结构物、需防护或斜坡地形可能形成偏压时采用;(6)双层布 置,用于隧道上部有重要设施、拱部地层是坍塌性、不稳定或地 铁车站等大断面隧道或穿越河海底段施工时;(7)一字形布置,在 铁路、公路正下方施工或在某些结构物下方施工时采用。
3.1.3 新奥法的优点
1.经济、快速。 2.第二个优点是安全、适应性强。 3.可以成功地控制地表下陷量。 4. 施工具有较大的灵活性。 5. 新奥法宜于做防水层。 图3.1左侧表示以往的老方法 所需开挖的断面及衬砌量,右 侧表示用新奥法所需开挖的断 面及衬砌量。若以面积A为 100%,则设计衬砌量B,超 挖量的面积c分别如表3.1所示。 图3.1 新老方法对比
3.1 新奥法
20个世纪60年代初奥地利学者L.v.Rabcewicz等人总 结出了新奥地利隧洞施工法,英文全名为New Austrian Tunneling Method,因而简称为NATM。 新奥法认为围岩本身具有“自承”能力,采用正确的设 计施工方法,最大限度地发挥围岩的“自承”能力,可以得 到最好的经济效果。新奥法的要点是:尽可能地不要恶化围 岩中的应力分布。开挖之后立即进行一次支护,防止围岩进 一步松动;然后,视围岩变形情况再进行第二次支护。所有 支护都具有相当的柔性,能适应围岩的变形。在施工过程中 密切监测围岩变形、应力等情况,以便调整支护参数和支护 时机,控制围岩变形。
表3.1新老方法对比
由此可以看出,新奥法的开挖量为老方法的73%,衬砌量 为老方法的20%。因此,有人统计认为,新奥法的造价可比老 方法节省30%~50%。我国冶金、煤炭、铁道、水电、军工等 部门统计,认为新奥法比老方法可以节省20%以上的开挖量, 省去全部木模和40%以上的混凝土,降低支护成本30%以上。
4.支护本身应具有薄、柔,与围岩密贴和早强等特性,支 护的施工应能快速有效,使围岩尽快封闭而处于三向受力状态。 锚杆、喷混凝土及钢丝网、钢筋与喷混凝土相结合的支护措施 具有上述特点,应尽量采用,但必须作好排水,防止渗水对支 护的破坏作用。 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,避免应力集中。围岩较差的情况下应尽快封闭底拱,使支 护与围岩共同形成闭合的环状结构,以利稳定。 6. 合理安排防渗、排水、开挖、出碴、支护、封闭底拱, 导洞进度等项工序,形成稳定合理的工作循环,也是新奥法施 工所遵循的原则之一。
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