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浅埋暗挖法支护设计特点
1.工程类比是浅埋暗挖设计的主要依据,工程设计前,首先 要把本段的地质条件和类似的工程地质条件以及结构形式进行充 分分析对比,以便确定出本工程的预选设计方案. 2.按荷载结构模式进行结构计算,其计算结果和结构实际受 力情况比较接近. 3.控制围岩变形是浅埋暗挖法设计施工的核心问题. 4.设计和施工应紧密结合,设计应充分考虑施工措施可行性 ,可操作性. 5.由于浅埋隧道地质条件较明确,予设计应尽量准确,对施 工组织和支护结构进行大规模的变更会造成工期和工程费用的变 动,应尽量避免.
浅埋暗挖法的概念:新奥法(New Austrian Tunnelling MethodNATM)是六十年代奥地利专家L.V.Rab -cewiz总结前人在隧道工 程中累积的经验后所提出来的一套隧道设计,施工新技术,它的 核心是利用围岩支护隧道使围岩本身形成支承环.中国工程师在 新奥法的基础上,结合中国国情,创立了浅埋暗挖法,它的特点 是沿用新奥法原理分析体系,建立量测信息反馈设计和施工,同 时采取超前支护和改良地层,注浆加固等配套技术来完成隧道的 设计与施工. 浅埋暗挖法名称的确定:北京地铁首次采用浅埋暗挖法设计,建 成了复兴门车站折返线工程.由于取得了很大的经济效益和社会 效益,于1987年8月25日由北京市科委,铁道部科技司共同组织了 国家级成果鉴定,与会专家和各级领导对该法进行了认真的讨论, 最后否定了"软弱地层新奥法","中国特色新奥法","北京 地铁浅埋暗挖法"等名称,确定采用"浅埋暗挖法"这个名称. 它更能反映该方法的特点,说明该方法不仅可在北京地层中应用, 而且也可以在全国类似的各种地下工程中应用.
1.2 浅埋暗挖法的应用及发展情况 .
国外在70年代初开始将新奥法应用于浅埋地层的研究,到 70年代末80年代初已基本形成一套完整技术并应用于城市地 铁,市政工程等.目前,德国,日本,美国,法国,意大利, 韩国,香港等国家和地区都有NATM法成功应用的实例.日 本的城市地铁多修建在浅埋软弱地层中,过去大多采用明挖 法施工,自1976年采用新奥法技术以后,就逐渐地把山岭隧 道使用的新奥法技术转移到了城市地铁中来,目前用新奥法 技术修建的城市地下工程越来越多,如粟山,大贯,第一原, 旭丘,北四番丁等城市隧道和横滨市地铁区间及地铁车站等. 德国是当今地下工程中应用新奥法技术最多的国家,他们不 仅在地铁区间隧道应用,而且还在多层多线路大断面地铁车 站中广泛应用,如慕尼黑,法兰克福,埃森,波鸿,纽伦堡 地铁车站等,其施工技术已发展到了较高水平.
60 m
1240 m
770 m
70-80 m
我国于70年代末80年代初开始将新奥法应用于地下工程施 工,并于80年代中后期开始系统研究新奥法在浅埋软弱地层 中的应用,1984年首先在大秦线军都山隧道进口黄土段研究 实验成功,之后又成功地运用在北京地铁复兴门车站折返线 工程,并首先在地铁复-西区间,西单车站,国家计委地下 停车场,首钢地下运输廊道,城市地下热力,电力隧道,长 安街地下过街通道,深圳地上过街通道等地下工程中推广应 用,经过多年的不断总结,完善,这一方法已在城市地铁, 市政,电力隧道,城市地下过街通道,地下停车场等工程中 推广应用,并已形成一套完整的配套技术.并形成各地域各 城市的特色如南京地铁软流塑地层暗挖施工工法,广州地铁 含水砂层暗挖施工工法等.以北京地铁工程为实例形成的 "隧道与地铁浅埋暗挖工法"已被建设部批准为国家级工法.
国籍
联邦德国
联邦德国
法国
日本
奥地利
工程 名称
法兰克福地铁25 号工区
幕尼黑地铁 9号区段
里尔地铁一号 线4工区
北陆高速公路 泊隧道
维也那地铁U61工区
施工 年代
1969-71年
1975-78年
1985年
1983-85年
1983 -85年
地质及水文 地质条件
粘土层,石灰岩 和含水砂层,无 水
第三纪菱铁矿砂 层和泥灰岩,遇 水时其塑性和粘 土一致
图3——2-2
图3——2-3
3.浅埋暗挖法的机理
3.1 浅埋暗挖法的原理及特点
新奥法的理论是建立在岩石的刚性压缩特性和岩石的三 向压缩应力,应变特性以及莫尔学说基础上的,并考虑到隧 道掘进时的空间效应和时间效应提出的新理论.这一理论集 中在支护结构种类,支护结构构筑时机,岩压,围岩变位这 四者的关系上,贯穿在不断变更的设计施工过程中.浅埋暗 挖法理论源于新奥法,但强调预支护,及时支护,控制地面 沉降,保证施工和地面地下建筑物的安全,十八字方针"管 超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤量测"是其精 髓.浅埋暗挖法机械化程度低,主要靠人工施工,机动灵活, 对工程的适应性强,可作成各种结构型式,在地质情况较差 的情况下要采取辅助施工措施.
3.2 浅埋暗挖法的适用条件 .
一是掌子面能够自稳 如不能自稳创造条件自稳——冷冻,注浆加固,水平旋喷 二是无水 如有水则降(洞内轻型井点,地表深井),堵(扬体区间, 深圳向西路过街道,结论),排 应用范围: 应用范围:地域性 举例:上海地铁
上海地铁浦三路站浅埋暗挖出入口
3.3暗挖矿山法修建广州地铁综合配套技术 暗挖矿山法修建广州地铁综合配套技术
浅谈浅埋暗挖法设计与施工
肖广智 2005.03
提纲
浅埋暗挖法的历史 浅埋,超浅埋,深埋的确定 浅埋暗挖法的机理 浅埋暗挖法的支护及衬砌 浅埋暗挖法的施工工法 对浅埋暗挖法设计施工中几个问题的认识与建 议 附:断面结构型式
1.浅埋暗挖法的历史 浅埋暗挖法的历史
1.1 浅埋暗挖法概念的提出 .
粘土及砂等
冲,洪积 粘土
第三纪流砂层, 粘土层和砂卵 石层,地下水 位在拱顶附近
埋深
11-13 m
8-26 m
约15 m
5-15 m
8-20 m
断面 形式 (m)
圆形直径 6.68m
最大跨度11.5最 大高度7.5
最大跨度6.8 最大高度5.8
最大跨度11.4 最大高度8.6
最大跨度8.5断 面约60m2
锚 杆 长 3.5-5m, 喷厚25cm,钢支 撑 TH-21 或 网 构 拱 TH-21 , 钢 筋 砼内衬厚40cm
钢支撑加背板, 钢筋砼内衬厚 50cm
锚 杆 长 4m , 喷 厚 20cm , 钢 支 撑 H-200 , 衬砌60cm
喷 厚 20cm , 钢 支撑钢筋砼内 衬厚40cm
长度
420 m
施工 方法
全断面台阶法施 工,使用反铲挖 掘机
双侧导坑法,使 用掘进机及反铲 挖掘机和地面井 点降水
上下台阶分部 开挖,两台掘 进机,弃渣用 泵输送至洞外
超前侧壁导坑 及分部开挖法, 人工开挖环形 部分反铲开挖 核心土
侧壁导坑法, 使用掘进机及 反铲挖掘机, 必要时拱部插 板支护.
主要支 护形式
锚杆长3-4m,钢 筋 网 喷 厚 1518cm , 钢 拱 架 TH-48 , 钢 筋 砼 内 衬 厚 15-18cm .
浅埋暗挖法的支护原则是:由于该法多在松软第四纪地层中修 浅埋暗挖法的支护原则是 建,所以围岩自身承载能力很差,为避免对地表建筑物和地中 构筑物造成破坏,地表沉降量要严格控制,为此要求一次支护 刚度要大,支护要及时,从图1-1的围岩和支护的刚度曲线中 可以看出,交点C(稳定点)应尽量靠近A点工作,尽量避免 较大的地层损失. 图1-1 隧道支护特征曲线
2. 2分界判别标准 分界判别标准 1.应用埋深等于坍方统计平均高度两倍的方法.因围岩变形过大时隧道上 方会形成塌落拱(压力拱),见图3——2-1.而坍方是围岩失稳破坏最直观的形 式,大量统计资料证明,当埋深大于两倍塌方高度时,才能用塌落拱公式计 算.塌落拱高度与围岩类别有很大关系,根据我国铁路隧道调查资料,Ⅲ级 以上围岩岩体强度较高,一般未出现由于浅埋而失稳破坏的情况,因此,通 常在Ⅲ～Ⅵ级围岩中才考虑浅埋隧道的设计问题,铁路隧道新奥法指南规定: 当埋深大于:Ⅵ级围岩4D～6D,Ⅴ级围岩2.0D～3.0D,Ⅳ级围岩1.OD～ 2.OD,Ⅲ级围岩0.5～1.OD;铁路隧道设计规范规定:当埋深大于:Ⅵ级围岩 35～40m,Ⅴ级围岩18～25m,Ⅳ级围岩10～l2m,Ⅲ级围岩5～6m为深埋隧 道,反之为浅埋隧道. 2.应用实测压力P和垂直土柱重量γH之比来确定深埋,浅埋,超浅埋的判 别方法.根据国内外近50个试验段 图3——2-1
2
深埋,浅埋,超浅埋的判定
目前深埋,浅埋,超浅埋的提法很多,但都不太确切,有必要进 行区分,二种埋置深度隧道的设计和施工方法都有区别.通常深埋隧 道荷载按塌落拱计算,可按新奥法原则设计,可利用围岩自身承载力,主要 问题是隧道本身的施工安全;浅埋隧道按松散荷载计算,超浅埋隧道则 按全土柱加地面动,静换算荷载计算,主要问题是控制地层位移,环境保 护.目前,根据工程类比,参照国内外工程实践和理论计算,进行了 一系列现场试验,模型试验和有限元电算分析,并对全国己运营隧道 衬砌裂缝 100多公里隧道进行了调查,结合围岩测定和坍方的调查资料 进行分析,现提出深埋,浅埋,超浅埋隧道分界深度的建议值. 2.1.对己建成隧道裂缝的调查分析 隧道衬砌裂缝约有2/3发生在浅埋段,裂缝发生的规律是:拱腰多, 拱顶少;衬砌与地层不密贴多,密贴地层少;无防水隔离层多,有防 水隔离层少;先拱后墙法施工多,先墙后拱法施工少;全断面一次模 筑衬砌多,全断面间隙灌注少;养护不好多,养护适当少;刚性大衬 砌厚多,刚性柔衬砌薄少;按矿山法施工多,按新奥法施工少;小断 面开挖施工多,大断面,全断面开挖施土少.从以上规律看出裂缝的 产生与埋深的关系很大,是判断隧道合理埋深的重要考虑条件.
4.浅埋暗挖法的支护及衬砌 浅埋暗挖法的支护及衬砌
■设计规范强制性条文:10.5.1 第10条 暗挖法施工的结构, 设计规范强制性条文 应及时向其衬砌背后压注结硬性浆液,保证围岩与结构的共 同作用. 需要注意的条文:初期支护应按主要承载结构设计,初期 ■需要注意的条文 支护和二次衬砌共同承担永久荷载,应考虑在长期使用过程 中外部荷载因初期支护材料性能退化和刚度下降向二次衬砌 的转移,作用在不排水型结构上的水压力由二次衬砌承担.
