基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式及其工程应用
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浅析浅埋暗挖法在隧道施工中的技术应用监测控制现场监控测量是本工法的重要组成部分,是监视设计与施工昌否正确,围岩与结构是束稳定的有效手段。
(1)现场量测资料应及时绘制成位移-时间曲线(或散点图),曲线的时间横坐标下注明施工工序和开挖工作面距量测断面的距离。
(2)当位移-时间曲线趋于平缓时,应进行数据处理或回归分析,以推算基本稳定时间、最终位移值和掌握位移变化规律。
(3)当位移-时间曲线出现反弯点,也即位移资料出现反常的急骤增长现象时,表明围岩与支护已呈不稳定状态,应加强监测,并适当加强支护,必要时应立即停止开挖并及时采取补强措施进行施工处理。
二坍塌事故处理1引起坍塌的原因或因素地层预加固效果不佳浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术。
若是松散地层,开挖的过程更主要的是支护的过程,地层加固是开挖成败的关键。
地层预加固效果不佳,极易引起坍塌。
开挖面暴露时间长在预加固后开挖过程中,围岩土体会出现一个短暂的稳定。
随着暴露时间延长,坍塌的可能性也越大。
受地面振动影响地面车辆行驶过程中产生的振动是坍塌重要的诱因之一,尤其夜间重车高速行驶时更为明显。
降水后地层残留水的影响土层隧道施工最为关键的是地下水。
由于地下水位较高,暗挖施工前都采取降水措施。
但北京地区冲洪积地层往往不是很好的连续体,且部分地层中形成砂和粘土的混合透镜体,管井和水平井很难达到疏干的目的,开挖过程中可能产生潜蚀作用,并造成流砂、坍塌现象。
2坍塌的预防措施坍塌的预防措施(1)采取各种手段调查隧道周边状况;(2)重视地下水及地表水的处理;(3)做好地层加固;(4)开挖后及时封闭;(5)加强监测、反馈施工;(6)重视特殊段施工;(7)建立应急机制为确保暗挖施工的安全,应建立应急机制。
施工前制定应急预案和应急措施,包括:坍塌的人员疏散、材料准备和调用、抢险组织等都要考虑周全;保证坍塌时人员疏散到安全地带,减少损失,同时有条不紊地开展处理工作等。
3坍塌的处理措施坍塌的处理措施(1)人员立即后撤至初期支护封闭地段,迅速抛掷预先准备好的加气砖、钢网片,喷10~20m厚混凝土封闭掌子面。
浅埋暗挖技术在地下工程中的应用浅埋暗挖技术在地下工程中的应用摘要:浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。
由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点,浅埋暗挖法在全国类似地层和各种地下工程中得到广泛应用。
本文介绍了浅埋暗挖技术的施工原理、适用范围和优缺点,分析了浅埋暗挖在隧道工程中的选择应用,总结了施工中的防水和沉陷控制措施。
关键字:浅埋暗挖;地下工程Abstract: WaFa shallow depth is in the distance is close to the surface of the underground various types of underground bijing a method. Due to the low cost, less changeable, agile, without special equipment and no interference ground traffic and the surrounding environment etc., shallow depth in the country WaFa similar formation and all kinds of underground engineering is widely used. This paper introduces the construction technology of shallow depth excavation principle, applicable scope and the advantages and disadvantages, this paper analyzes the shallow depth excavation tunnel engineering in the selection, and summarized the application of construction waterproof and subsidence control measures.Key words: shallow depth excavation; Underground engineering中图分类号:TV554文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)浅埋暗挖技术概述(一)浅埋暗挖技术原理浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理,创建了信息化量测设计和施工的新理念;采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系,初期支护按全部承担基本荷载设计,二次模筑衬砌作为安全储备;初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。
1引言当今时代,城市建设的步伐越来越快,城市隧道在城市发展中起着重要的作用,因此,加强隧道施工建设,提高施工质量成为推动城市经济发展的重要手段。
浅埋暗挖施工技术目前在我国隧道工程中已经成为最受欢迎的技术,其在隧道施工中的应用越来越广泛。
2浅埋暗挖法概述隧道施工过程中,浅埋暗挖法发挥了重要的作用,特别是在城镇软弱围岩地层中具有较好的适用性。
浅埋暗挖法实施过程中,以地质条件优化为前提,并重视地表沉降控制,将喷锚与格栅作为支护手段,以此进行施工。
从本质原理来看,浅埋暗挖法可看作是新奥法的衍生方法,与其基本原理相近。
初期支护时以承担全部基础荷载进行初步设计,并通过二次模筑衬砌进行安全储备。
特殊荷载由初期支护与二次模筑共同担负。
与此同时,还会根据实际施工情况配合辅助施工方法,对围岩进行加固、调动等,并构建出联合支护体系,为隧道开挖提供保障。
为保证浅埋暗挖法充分发挥作用,可同时应用实时监控技术、信息反馈技术,做到安全施工、效率施工。
综合来看,浅埋暗挖法具有拆迁少、造价低、灵活性高的特征,对地面交通及施工周边环境不会产生太大影响,具有广泛的适用性。
3浅埋暗挖法施工原理浅埋暗挖法采用复合衬砌,初期支护承担全部基本荷载,二衬作为安全储备,初支、二衬共同承担特殊荷载,采用多种辅助工法,超前支护,改善加固围岩,调动部分围岩自承能力,采用不同开挖方法及时支护封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系,采用信息化设计与施工。
4浅埋暗挖法施工技术优势与传统的明挖法相比,浅埋暗挖法在支护、开挖和加固三个方面的优势表现尤为突出。
隧道工程的支护方式在工程中发挥着至关重要的作用,能够使隧道工程的稳定性和安全性得到进一步的提升,为后续的各项工作奠定了坚实的基础,能够从根本上提升隧道工程的质量和各项性能。
本文从以下几个方面对浅埋暗挖法施工技术的优势进行简单的分析。
浅埋暗挖法在隧道施工中的应用Application of the Shallow Buried Underground Excavation Method inTunnel Construction赵松(中铁二十局集团第四工程有限公司,山东青岛266061)ZHAO Song(NO.4EngineeringCorporationLimited ofCR20G,Qingdao266061,China)【摘要】随着城市化进程的不断加快,城市建设对隧道工程提出了更高的要求,这就要求隧道施工技术应不断进行更新,以提高隧道施工的质量。
市政工程隧道施工中浅埋暗挖技术的应用随着我国市政工程对隧道施工的要求逐渐提高,为此,市政工程隧道施工中常用浅埋暗挖技术,但是这种技术的专业性比较高,只有完全掌握相应的专业技术知识,才可以进行一系列操作。
在进行技术操作时,也要结合隧道施工的相关标准进行操作。
事实上,在进行深埋暗挖技术时,有很多注意事项,为此本文将进行深入分析。
标签:市政工程;隧道施工;浅埋暗挖技术引言在进行市政工程隧道施工过程中,浅埋暗挖技术具有一定的特殊性。
首先,要掌握相应的技术类型,然后,要以施工设计要求为基础并且要进行相应的落实。
而且很多因素都会影响到施工阶段,因此,对于隧道支护和防坍塌技术要重点关注,以防出现施工不当的问题。
一、浅埋暗挖技术分析浅埋暗挖技术主要是指矿山法在新奥法基础上进行的施工形式。
这种技术不仅要结合工程施工的关键点,还要将隧道理论进行完善,并且要熟练运用操作方式,这样才可以将浅埋暗挖技术落实。
浅埋暗挖技术与新奥法不同点是,浅埋暗挖技术适用于开发城市的松散土,适合在介质围岩条件中使用,介质围岩条件和隧道埋深皆要大于隧道直径,而且在进行修建隧道时要采用比较小的地表沉降。
在进行城市交通设计阶段时,对浅埋技术的特点要做好相应的了解,在进行此技术时需要对土层进行充分利用,并且要充分掌握其自稳能力,并且落实相应的支护措施,从而形成封闭的围堰技术。
浅埋暗挖技术有着广泛的应用范围,并且在各种施工技术中省略很多程序,而且浅埋暗挖技术还能在有水条件的地层进行施工。
二、市政工程隧道施工的现状市政工程施工管理工作受到很多的影响因素。
不仅要满足隧道施工机制的详细要求,还要深入了解市政工程隧道施工的现状,并且要结合当地施工环境。
以下将从不同角度进行深入分析市政工程隧道施工现状:1、环境条件复杂隧道施工条件是相对复杂的,在进行分析建筑区域区域时,不仅要考虑各方面因素,如管线、建筑群和交通量等,还要在原有施工基础上进行优化。
在进行隧道施工时,不仅要注意管线位置,还要保障建筑安全且要严格管理施工过程。
简述浅埋暗挖法施工技术在隧道工程中的应用摘要:随着经济的发展,交通运输需求加剧,因此对于各地交通的要求也日益增加。
而如今土地资源十分紧张,是在有限的交通地带,尽可能的拓宽交通路线成了当今的热点问题之一,因此,各种地下工程的交通建设逐步展现其不可忽视的重要性。
目前出现的浅埋地下工程的施工方法主要有浅埋暗挖法、盾构法、盖挖法。
浅埋暗挖法相较于其他两法有着交通影响小、造价低、开工快等特点,所以在浅埋隧道工程中非常适用。
因此本文对隧道工程中浅埋暗挖法施工技术的探讨有着十分重要的现实意义。
关键词:浅埋暗挖法;施工技术;隧道工程;应用1.浅埋暗挖法施工技术概述浅埋暗挖法是在对隧道工程中的浅埋地段进行挖掘过程中,因为受到各种各样客观因素的影响必须且也只能够使用暗挖方法进行施工的一种常见施工方法,其基本施工环境如下图1所示。
浅埋暗挖法的施工原理主要是参照了“新奥法”原理,即在学会充分利用围岩本身具有自承能力的基础上,运用多种加固辅助措施再次增强围岩的稳固性,以此来实现保障隧道工程安全的目的。
浅埋暗挖法在开挖后必须要立即进行支护施工,支护与围岩形成一个联合的体系,一同作为保障隧道安全的重要结构。
图12.浅埋暗挖法施工的优势与传统的明挖法相比,浅埋暗挖法在支护、开挖和加固三个方面的优势表现得尤为突出,本文从以下几个方面对浅埋暗挖法施工技术的优势进行简单的分析。
2.1适应性比较强浅埋暗挖法与其他施工技术相比,具有更强的适应性,能够适应不同环境下的隧道工程建设。
该方法在隧道工程施工中更具有价值,能够在各种复杂环境下顺利完成隧道工程,并满足工期要求。
2.2操作比较简便与其他施工技术相比,浅埋暗挖法的操作流程相对简单。
简单的施工技术操作能够使隧道工程在施工阶段更为便捷,同时也降低了隧道工程的建设难度,从而提升隧道工程的工作效率。
由于浅埋暗挖法操作较为简单,相应地为隧道工程节省了一定的成本,并在成本减少的情况下使隧道工程项目达到施工要求。
市政隧道施工浅埋暗挖技术的应用摘要:浅埋暗挖技术主要是指在距离地表较近的地下进行各种地下室暗挖施工的一种方法,近年该技术得到迅猛发展,目前在市政工程隧道施工中被广泛运用。
因为隧道施工难度比较高,需要运用先进的技术手段辅助作业,这不仅能提高施工效率,也能降低施工风险系数。
而该施工技术具有很多优点,例如,造价低,拆迁少且灵活多变。
本文针对市政工程隧道施工中浅埋暗挖技术的应用展开分析,通过利用浅埋深挖技术能切实提高市政工程施工质量。
关键词:浅埋暗挖技术;市政工程;隧道施工;应用探讨前言:在市政工程隧道施工建设中面临施工技术水平有限,难以提高工程质量等问题,如需带动市政工程行业发展,应将浅埋暗挖技术广泛应用。
该技术具有在工程施工过程中不会干扰地面交通或这边环境,施工现场无需过多专业设备等优点。
为解决隧道施工中存在过往问题,须重视市政工程隧道施工中浅埋暗挖技术的应用,为后续隧道施工积累经验,加速市政工程行业发展。
1浅埋暗挖技术的特性根据目前理论依据来说,浅埋暗挖施工技术为新奥法,主要针对承载力小、地质条件差、围岩稳定性差的隧道工程施工,其主要作用为预加固围岩并对沉降进行有效控制,确保施工安全。
同时,将信息化设计以及信息化施工引入,能够实现施工过程的实时测量与控制。
在市政隧道建设中实施浅埋暗挖技术,基本荷载作用力由初期支护和复合衬砌结构承担,二次衬砌结构起到安全储备作用,同时特殊荷载力由二次衬砌和初期支护来承担。
另外,浅埋暗挖技术在应用中还有其他施工技术的辅助配合,对围岩结构起到了加固作用,最大化利用了围岩承载力,同时结合隧道施工现场的实际情况来选择开挖技术,与围岩结构配合形成整体支护体系,保障了施工现场的安全。
2市政隧道施工应用浅埋暗挖技术2.1上台阶施工当前在开展现代化城市建设的过程中,对于城市功能的要求越来越多,这就使地下管线布局得越发复杂,数量也成倍递增。
为了确保市政工程隧道施工的安全,就需要施工前对设计图纸进行全方面分析,并开展实地勘测,确保对施工现场的地质情况有充分的了解,对周边的影响因素进行明确。
地铁隧道施工中浅埋暗挖技术的具体应用摘要:浅埋暗挖技术在地下空间建设中发挥了独特优势,该优势突出展现在城市地铁建设中。
浅埋暗挖技术将规范化设计、超前支护技术、结构防水技术、地面沉降控制技术等集合于一体,在地铁隧道施工中的应用不但保证了地表车辆交通不受影响,还可实现对生态环境的最大化保护。
但浅埋暗挖技术并非在任何环境下均适用,因不同地区地形地貌以底层复杂多变等特征,也就要求浅埋暗挖技术开展时先对隧道地层、支护材料与附近建筑物等情况作出全面监测,将监测到的信息综合利用起来,为后续施工提供参考,使施工设计方案更合理。
同时,施工时重点技术环节应严格参照设计要求完成,方可使浅埋暗挖技术发挥更大优势,提高地铁隧道施工质量,保证施工安全,延长地铁工程使用寿命。
关键词:地铁隧道施工;浅埋暗挖技术;具体应用1导言浅埋暗挖施工技术的优势主要表现在污染小、不易受外部环境影响等方面,可以实现施工效率的最大化,比较适用于地铁隧道等工期长、施工条件多变的工程类型。
但在实践的过程中这项技术也有一定的风险,这就要求相关的施工人员和部门能够认识到常见的技术风险,从而在最短的时间内处理好风险避免发生事故。
2浅埋暗挖技术的特点浅埋暗挖法属于一种在距离地表非常近的地下开展不同类型地下洞室暗挖施工的方法。
当明挖法、盾构法均不符合要求的情况下,即可考虑选用浅埋暗挖法。
如北京长安街下的地铁修建工程,则展现了浅埋暗挖法的应用优势。
浅埋暗挖法除了可作为独立施工方法进行应用(如深圳地铁六号线)外,还可和其它施工方法相结合,同时使用。
足以看出,浅埋暗挖法具有较强的兼容性,能与其它施工法协同使用。
现今,浅埋暗挖法的整体配套技术在全球的发展水平都处于领先地位。
浅埋暗挖技术的具体施工流程为:①先把钢管打进地层,再注入水泥或化学浆液,实现地层加固。
保证开挖面土体稳定为浅埋暗挖法安全开展的前提;②地层加固后,作短进尺开挖。
每次开挖进尺的要求也相当高,务必要控制在0.5m以内,开挖后应先初喷5cm厚混凝土,使自承能力提升,且即刻做好封闭,避免围岩风化;初期支护施工的顺序为初喷混凝土→架钢格栅支撑→挂钢筋网→再喷混凝土(20cm);③施作防水层。
市政隧道浅埋暗挖技术的应用摘要:市政建设与群众工作、生活密切相关工,其直接影响城市正常运转和城市整体形象。
在目前城市建设中,为了保证隧道安全、稳定性,必须加强对浅埋深挖技术展开研究。
本文通过对市政工程隧道施工现状进行分析,并对其在市政工程中的应用作了较为详细的介绍,仅供参考。
关键词:市政隧道;浅埋暗挖技术;策略;应用;方法引言:浅埋深挖法是一种在土层疏松、对介质围岩有一定要求的隧道施工技术,在实施浅埋深挖技术时,由于土质、基础设施等因素影响,导致工程质量达不到规范要求。
因此,在城市隧道工程采用浅埋暗挖法时,必须严格控制施工程序,使土层得到最大限度的利用。
此外,要掌握开挖时自稳性,并实施相应支护措施,以保证施工质量与安全。
一、城市隧道建设现状分析(一)复杂环境状况由于隧道地质情况比较复杂,所以在开挖前必须根据工程所在地区情况,综合考虑管线、建筑群、交通流量等因素,进行持续性优化设计。
因在施工期间,不会对管道和建筑物安全造成威胁。
在实际施工中,因地层软弱,地层中存在道路施工、管线施工、搬迁等问题,导致局部土壤疏松,并呈现流态。
在一些隧道构造区域,管道也容易发生渗漏,而居住排水沟中有大量水源,造成了严重沉降现象。
一些工程场地中有砂质、粘性土等,土壤质地不均匀,甚至有沉淀,容易发生塌陷,隧道结构容易发生变形。
(二)土质失稳现象由于隧道开挖区稳定性差,且以软弱地层为主,在施工中容易发生岩体坍塌,必须对隧道工程部位岩体进行分类。
隧道穿越地层以砂质粘土为主,部分为冲击砂层,且由于地质条件较差,在实际开挖过程中,周围围岩会产生自重作用力降低,容易发生坍塌,从而对施工造成较大的影响。
(三)施工次序不合理在隧道建设中,由于要考虑到上部滞水和稳定,必须对水源进行准确控制,以保证结构稳定。
在风管结构中,总体上比较饱和情况下,部分地层中会产生气泡、孔隙等。
此外,由于降雨工作滞后,对隧道的开挖工作也有一定负面作用二、市政工程隧道浅埋深挖技术的应用实践(一)浅埋深挖技术在真空降水中的应用采用管道和真空泵相结合方法,使其与辐射井内水平渗透水相连通,达到控制渗漏目标。
市政隧道工程施工中浅埋暗挖技术的应用摘要:当前市政建设步伐加快,其建设规模与难度不断增加,市政隧道工程亦是如此为了缓解城市交通出行压力,当前市政隧道的数量与规模不断增加,为市政隧道施工带来发展机遇,同时也带来了新的挑战。
由于浅埋暗挖技术具有提供支护、高灵活性等特点,在市政隧道工程中得到了广泛的应用。
浅埋暗挖技术通过提高围岩的承载能力,避免围岩变形,提高了市政隧道工程的质量,已在许多市政隧道工程的实际应用中,显示出了良好的经济性与实用性。
虽然浅埋暗挖技术应用的较成熟,但由于市政隧道工程环境复杂及其他客观因素影响,浅埋暗挖技术在实际应用中还经常出现各种问题,因此在加强市政隧道施工中浅埋暗挖技术的应用已势在必行。
本文针对市政隧道工程施工中浅埋暗挖技术应用进行研究,分析了浅埋暗挖技术的基本概念及应用的原则,剖析了市政隧道工程施工中出现的问题,并就浅埋暗挖技术在隧道工程中的实际应用进行了阐述。
最后,本文提出了优化浅埋暗挖技术的方向,希望能够为市政隧道施工提供实质性的帮助。
关键词:浅埋暗挖技术;市政隧道工程;施工绪论浅埋暗挖技术能够给市政隧道工程提供及时的支护,且具有较高的灵活性,能适应断面处的问题处理,因此在市政隧道工程中应用十分广泛。
在应用浅埋暗挖技术时要遵循应用原则,不断加以优化,提高隧道的质量。
1浅埋暗挖技术的相关概念1.1概念浅埋暗挖技术以新奥地利旌工方法为原理依据,它能够加固围岩,增加围岩的承载能力。
在开始挖掘隧道之后又能给围岩及时的支护,然后再对围岩进程封闭处理,使围岩形成一个环并和支护的系统,避免围岩出现变形和过大。
浅埋暗挖技术在市政隧道工程中具有独特的优势,但其缺点也较为明显,即施工的具体过程十分复杂。
浅埋暗挖技术涉及到复合式衬砌的过程。
复合式衬砌包含内外两层的衬砌施工,当开启隧道挖掘工作后,会在外层衬砌的支护上应用钢筋网、钢架和喷射混凝土来完成支护工作,然后测验支护的稳定性,待稳定性符合规定的标准之后再对内层衬砌开展支护工作。
第26卷 第10期岩石力学与工程学报 V ol.26 No.102007年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .,2007收稿日期:2007–02–28;修回日期:2007–09–03基金项目:国家高技术发展专项(863计划)资助项目(2006AA11Z102);上海市自然科学基金资助项目(04ZR14135)作者简介:丁文其(1969–),男,博士,1992年毕业于同济大学土建结构工程专业,现任教授,主要从事岩土及地下工程施工力学方面的教学与研究工作。
E-mail :dingwq2004@基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式及其工程应用丁文其1,2,王晓形1,2,杨林德1,2(1. 同济大学 地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092)摘要:为满足浅埋大跨度地下洞室内壁保持原貌、避免大开挖以保护地表环境以及降低支护造价等要求,提出一种基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式。
这是一种内嵌支护方式,即在覆盖层中植入纵横向小隧道棚支护结构,形成围岩与支护结构共同作用的支护体系。
该支护方式可在浅埋洞室工程中有效地控制围岩发挥其部分自承载能力。
将该支护方式应用于某旅游景点的大跨度浅埋地下洞室中,监测数据表明该支护方式可行,围岩的自承载比例达47%。
关键词:岩石力学;暗挖法;地下洞室;支护方式;小隧道棚;环境保护中图分类号:TU 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2007)10–2049–07NEW SUPPORTING METHOD FOR SHALLOW-BURIED CA VERN BASEDON MINING METHOD AND ITS ENGINEERING APPLICATIONDING Wenqi 1,2,WANG Xiaoxing 1,2,YANG Linde 1,2(1. Department of Geotechnical Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China ;2. Key Laboratory of Geotechnicaland Underground Engineering of Ministry of Education ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :In order to meet the requirements of maintaining the original condition of rock face of underground cavern ,avoiding heavy excavation to protect ground environment ,and reducing support cost of large-span shallow buried cavern ,a new supporting method for shallow-buried cavern based on the mining method is presented. It is a built-in method that some crisscross small tunnel sheds are embedded in the overburden layer. So the supporting system of interaction between the surrounding rock and supporting structure is formed. The surrounding rock can display its self load-bearing capacity in the shallow-buried cavern according to this method. And the self load-bearing capacity is controllable in some degree. The method is applied in a large-span shallow-buried cavern ,which locates in a tourism spot. The monitoring data reveal that the method is feasible and the proportion of rock self load-bearing reaches forty-seven percent.Key words :rock mechanics ;mining method ;underground cavern ;supporting style ;small tunnel shed ;environmental protection1 引 言随着国家基础设施建设的增多以及地下工程建设技术的成熟,许多大跨度地下洞室以及下穿越工程得以顺利实施。
早期的地下工程施工以明挖法为主,严重干扰交通、破坏环境;浅埋暗挖法解决了这些问题,对周边环境扰动控制也比较成熟。
王梦 恕[1]对浅埋暗挖法技术进行了定义:以加固和处理软弱地层为前提、采用足够刚性的复合式衬砌结构,选用合理的开挖方法,应用信息化量测反馈设计和施工,以保证施工安全,控制地面沉降。
目前国内外浅埋暗挖法的辅助工法方法主要有冻结法[2,3]、管棚法[4~6]、管幕法[7~9]、箱涵法等[8,9]。
冻结法是在隧道周围布置水平冻结孔,并在冻结孔中循环低温盐水,使冻结孔附近的含水地层结冰,形成强度高、封闭性好的冻结壁(冻土帷幕),然后在冻结壁的保护下进行隧道开挖与构筑施工;管棚法在岩石• 2050 • 岩石力学与工程学报 2007年以及软土低水位地下工程的施工中得到了广泛应用,对于饱和软土大跨度地下工程由于地下水的影响很难进行,而且对环境污染较大,对地表以及周围环境影响较大;箱涵法施工时必须保持开挖面的稳定,由于高地下水位的影响,工程造价也较高;管幕法是一种新型的地下工程暗挖技术,是在小型管幕的基础上构筑大跨度大断面地下工程的施工方法。
对于浅埋暗挖法更多地是从工法上去考虑,以先开挖后支护的方式为多,或者结合施工前注浆等超前支护再施工。
传统方法中对浅埋洞室围岩压力的确定通常采用全自重模型。
一般认为H≤2.5B,即当隧道埋深较小时,由于建造洞室而导致岩体的位移一直可延续到覆盖层表面,因此覆盖层的岩石不作为承载结构来看待,即不考虑围岩的自承载作用及其与洞室结构共同作用的效应[10]。
如何在围岩质量相对较好的浅埋洞室中发挥围岩的自承载能力从而降低支护造价是值得研究的。
2 浅埋洞室支护方式在设计地下洞室支护结构时,首先要确定所采用的开挖及支护方式,即从安全、经济、施工技术以及外部环境等角度,选择开挖面的形状、大小、开挖方式以及与开挖方式相适应的施工方案[10]。
开挖方式主要可以分为明挖、半明挖及暗挖三大类。
对于采用暗挖法的地下洞室,其支护形式从支护位置来划分,可以大致分为3种:内部支护、外部支护以及内嵌支护(见图1)。
一般来说,在选择洞室位置时,首先要考虑洞顶覆盖深度,即洞顶以上应留有足够的新鲜岩层,其厚度应能在节理裂隙面上产生足够的正应力,以便拱顶能够自成拱[11],对于拱顶以上厚度不满足要求的情形,一般采用大开挖。
锚杆、预应力锚索、注浆加固等作为3种支护形式必不可少的辅助手段以提高围岩整体承载力。
(a) 内部支护(b) 外部支护(c) 内嵌支护图1 暗挖法地下洞室支护形式Fig.1 Supporting styles for mining method 外部支护和内嵌支护一般应用于浅埋洞室,以避免大开挖。
对于埋深很浅的地下洞室,较多采用大开挖,但是大开挖破坏地面环境,占用的施工场地大,施工时间长,开挖难度较高,施工费用也高。
也有采用“明顶暗墙法”(见图2),其设计和施工方法是先浅开挖浇注完成洞顶,回填覆土后再用洞挖法完成下部洞室结构,这种设计和施工方法较大开挖优越,占用的场地由于上部开挖方量的减少而较小,开挖难度也较小,施工费用也相对较低。
图2 明顶暗墙法Fig.2 Open top and subwall method对于跨度不大的浅埋偏压段隧道,可采用反压护拱施作方法(见图3),能确保隧道施工安全进洞,加快工程进度,节约成本[12]。
也可采用挖孔桩帷幕暗挖法[13](见图4)。
表1给出了各种暗挖法支护方图3 反压护拱法Fig.3 Loading umbrella arch method(a) 挖孔桩断面布置图(b) 挖孔桩平面布置图图4 挖孔桩帷幕暗挖法Fig.4 Hole piles curtain method地表第26卷 第10期 丁文其,等. 基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式及其工程应用 • 2051 •表1 基于暗挖法的浅埋地下洞室支护方式比较 Table 1 Comparison of supporting styles for shallow-buriedcavern based on mining method支护 方式 地表沉降 控制 环境 保护 支护 造价 施工 难度 约束 条件 内部支护难较好高容易在质量较差的围岩中进洞困难 外部支护 较难 差 低 较难一般与内部支护相结合 内嵌支护 容易 好 较高 难一般与内部支护相结合式的比较情况。
3 小隧道棚支护方式当围岩应力状态超过岩体的强度极限时,洞室周围出现塑性区,产生塑性变形,如果变形过大,就要采用控制变形的支护结构。
支护结构约束围岩变形,同时支护结构也将受到围岩的作用,即支护结构与围岩之间是相互作用的[14](见图5)。
图5 围岩特征曲线[14]Fig.5 Characteristic curve of surrounding rock [14]图5中:u 为围岩的变形;eu 为弹性变形;pu为塑性变形;R u 为一定支护约束下的变形,其对应的R P 即为支护荷载;P 0为开挖后的释放荷载,可由弹塑性理论求解或现场测试得到。
地下洞室开挖后,释放荷载由围岩和支护结构共同承担,假定支护结构承担的部分是R P ,则支护结构承担的荷载比例为0R /P P =α (1)R P 随u 的增大而减少,u u max =的情况相当于无支护情况(点A ),围岩自稳,对于浅埋洞室在变形发展到一定程度时即以松弛荷载的形式作用在支护结构上;0=u 的情况相当于绝对刚性支护(点C ),开挖引起的释放荷载完全由支护结构承担,围岩不产生任何变形。