矿山法地铁隧道施工技术

矿山法地铁隧道施工技术1.矿山法定义传统矿山法采用圆木、型钢、钢轨等形成支架，对开挖面形成强力支承。传统矿山法的依据是“松弛理论”，认为围岩可能由于扰动产生坍塌，支护需要支承围岩在一定范围内由于松弛可能坍塌的岩体重量。在80年代及以前，因施工工艺落后、钢材紧张而普遍采用。因安全性差，现已完全淘汰。奥地利学者米勒（Muller.L）发明。在支护手段上，采用喷射混凝土和锚杆为衬砌，把衬砌和围岩看作是一个相互作用的整体，既发挥围岩的自承能力，又使锚喷衬砌起到加固围岩的作用。初期支护能随着围岩变形，充分发挥围岩的自承能力。新奥法采用锚喷支护的新奥法与采用钢木支护的传统矿山法相比，不仅仅是支护手段上的革新，更重要的是工程概念的不同。与前二者相比，限制围岩变形，是矿山法的概念。城市地铁工程基本属于浅埋矿山法。浅埋矿山法2.矿山法隧道施工方法开挖台阶法1全断面法2CD法3CRD法4双侧壁导坑法5中导洞法7冷冻法8偏洞法62.1台阶法爆破和台阶法人工开挖施工工序施做超前支护,注浆加固地层；留核心土开挖1部土体并支护开挖2部核心土，并施作临时仰拱、封闭开挖3部土体，施作初期支护（封闭成环）施做仰拱二次衬砌拆除临时仰拱，施作拱部二次衬砌，封闭成环2.2台阶法（环形台阶法）控制要点•做好开挖工作面及前方岩体的预支护或预加固•上部每循环开挖进尺控制在0.5m内，轮廓线尽可能圆顺，以减小应力集中•在开挖后立即进行支护，以便尽早封闭拱顶及掌子面暴露面•同一台阶中的各部开挖，相互滞后，距离不小于5～7m为宜，各台阶距离不小于10～14m①、②…表示开挖顺序，Ⅰ表示超前支护，Ⅱ、Ⅳ…表示初支及二次衬砌顺序2.3CD法①、②…表示开挖顺序，Ⅰ表示超前支护，Ⅱ、Ⅳ…表示初支及二次衬砌顺序控制要点•每分部开挖后及时支护，使每分部及早封闭成环•工序变化处之钢架应设φ42锁脚钢管，以确保钢架基础稳定•右部导洞开挖，应滞后于左部导洞，距离不小于15m为宜•临时钢架的拆除应等洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后，方可进行2.4CRD法控制要点•要加强对超前小导管施工及注浆效果的控制•上导坑①、③部的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距（0.6～0.75m）•中间支护系统的拆除要在围岩变形稳定后拆除，一次拆除长度不宜超过6m•中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动①、②…表示开挖顺序，Ⅰ表示超前支护，Ⅱ、Ⅳ…表示初支及二次衬砌顺序2.5双侧壁导坑法控制要点•加强超前支护施工的质量控制，保证效果•两侧壁导坑开挖支护施工超前中槽部位10~15m•中槽开挖后，拱部钢架与两侧壁钢架的连接是难点，两侧壁导坑钢架的位置应准确定位•初期支护稳定后拆除临时支护，一次拆除长度不得大于6m，并及时施作仰拱及二次衬砌①、②…表示开挖顺序，Ⅰ表示超前支护，Ⅱ、Ⅳ…表示初支及二次衬砌顺序2.6偏洞法控制要点•对先施工的单洞，中墙部分也一并开挖支护和衬砌，中墙顶部围岩应根据具体情况加强支护•后开挖的单洞，必须严格控制下台阶的开挖长度，开挖后要及时施作二次衬砌，最大限度地缩短不对称结构•后开挖的洞要在先开挖的洞施工完主体结构后才能进行，尤其是要在仰拱施工后•后开挖的洞，在开挖靠中墙部分的围岩时，可以通过控制爆破，减少对中墙的破坏已经完成的偏洞法开挖2.7中导洞法控制要点•中导洞初衬施作完后,应尽快施作中隔墙•正洞开挖循环进尺与设计钢架间距相同•工序变化处之钢架应设φ42锁脚钢管，以确保钢架基础稳定•钢架之间纵向连接钢筋应按要求设置，及时施作并连接牢固•右洞开挖应滞后于左洞，距离不小于6m为宜。•临时钢架的拆除应等洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后，方可进行。中导洞法开挖中间为中导洞，两边为CD法3矿山法隧道施工工序•人工•机械•爆破开挖•地面注浆•洞内深孔注浆•洞内水平旋喷超前预加固•防水板•止水带•注浆防水层•钢筋•混凝土二次衬砌•锚杆•格栅•喷砼初期支护开始完成3.1.1超前预加固（洞内深孔劈裂注浆）注浆目的减少开挖面渗漏水改良地层，防止过大沉降、坍塌控制标准水泥浆水灰比0.8：1~1：1水玻璃模数2.6~2.8，水玻璃浓度35B注浆后地层渗透系数应不大于10-6cm/s注浆压力1~4Mpa施工注意事项要进一步核实地质情况，先试后作，选定最佳注浆参数注浆过程中详细记录注浆量、注浆压力及注浆工序的作业时间等，及时分析总结，改进注浆作业。注浆过程中随时观察注浆量及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止注浆中堵管、串管和漏管。双液浆注浆机（注浆机进浆管）双液浆注浆机（非工作状态）洞内注浆工作面（废水废浆很少）注浆后开挖效果洞内上台阶人工开挖洞内下台阶机械开挖（注浆效果好）洞内下台阶钢筋（等待喷混）3.1.2超前预加固（洞内水平旋喷桩）水平旋喷桩：通过水平钻机把浆液以高压旋喷流的形式喷射到土体内，在缓慢旋转和进退的同时切割土体，强制土颗粒与浆液混合，凝固后形成水泥土柱状固结体旋喷形成桩土体相互咬接以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷桩帷幕体原理优点可控性：浆液注入部位和范围可控均匀性：设计桩径范围内的土体加固均匀程度较好综合效果好：提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支护等作用水平旋喷桩典型设计水平旋喷桩设计技术要点特制精品水晶图表集桩长、桩径的选择•应根据钻机的能力，即钻机的扭矩和钻杆的刚度而定，钻机的扭矩和钻杆的刚度大则桩长和桩径可以选择大一些；反之，则应小一些。对于普通锚杆钻机，其所配最大直径钻杆为D=80mm的钻杆，桩长不宜超过20m，桩径宜选择400～600mm。•如果桩太长，由于钻杆的刚度不够，桩的底部在钻杆的自重作用下会逐渐向下方偏移最终会侵入开挖轮廓线以内而失去作用；如果桩径过大，由于钻杆的扭矩不够，则会使钻进速度降低，或根本钻不进去。咬合厚度的选择•相邻桩间咬合厚度的大小应根据桩径和桩长来进行选择，如果桩较长，桩径较大，则咬合厚度可以大一些；反之则应小一些。•一般水平搅拌桩的咬合厚度以5cm为宜。水平旋喷桩设计技术要点特制精品水晶图表集外插角的选择•由于前后环桩之间存在一个搭接问题，故水平搅拌桩不能沿隧道轴线方向钻进，必须向外偏移一个角度，这就是常说的外插角。•水平搅拌桩的外插角应根据桩长、桩径及两环桩之间的搭接长度和搭接间隙大小经计算而选定。•对于侧墙部位的桩，其外插角直接采用计算值就可以；对于拱部的桩考虑到钻杆自重的作用可能桩底会向下偏移，其外插角可以在计算值的基础上再增加0.5度。旋喷技术参数•应按照设计确定的桩径、桩长现场施工试验确定。•对于桩径600mm，桩长12~18m的水平旋喷桩，一般的旋喷注浆压力大于21MPa，后退速度20cm/min~25cm/min，旋转速度20r/min~25r/min；喷嘴个数及直径：双喷嘴，A2.5mm~2.8mm。水平旋喷桩主要机械设备配置设备名称型号规格单位数量设备动力/kw备注水平旋喷钻机MY-2X型台125×2空压机10m3台175×1高压注浆泵YL-500台175×1搅拌机Nj-1000台15.5×1排污泵FC15台23.0×1高压注浆管A25mmm150环形机架施工过程水平旋喷桩施工机械——国内水平旋喷桩应用于CRD法隧道现场水平旋喷桩应用于单线洞水平旋喷桩施工技术措施钻机就位机座平稳，立轴要与孔位正对，孔位偏差不大于50mm，倾角与设计误差不大于1°1旋喷桩施工必须间隔2孔进行跳打，严禁用清水钻进；宜采用带浆钻进或空压机风动成孔2钻机距离高压泵的距离每超过50m，应调高注浆泵压1MPa，保证旋喷桩桩径达到设计要求3浆液配置必须按水灰比1：1严格执行，复合速凝剂在旋喷前加入搅拌罐，并尽快送浆进行旋喷4水平旋喷桩施工技术措施钻头钻进至设计深度时，先做原地旋喷，待返浆由导浆管流出后，方可开始提升（后退）5旋喷提升中，钻杆搭接长度不小于200mm，以避免出现断桩6卸钻杆时，动作要快；先停止后退、送浆后，尽快卸接管，恢复给浆后再旋转数圈方可后退7封堵孔口：喷头退至离孔口1.5m~1m时停止旋喷，待无清浆外流后用木塞封堵防止浆液外流8水平旋喷桩与深孔注浆的优缺点对比施工周期长，标准断面旋喷桩一个循环需要15天左右，而超前注浆只需要4~5天，注浆完成2小时就可以开挖。1废泥浆多，高压水对土体进行的切割、搅拌，置换出大量废泥浆，积存在隧道内，造成文明施工差，而深孔注浆只产生冲洗管道的少量废水2代价高，工法需要专业高压旋喷设备、制浆、注浆设备和专业的操作人员，水泥消耗量大，造成每米单价很高，一般只在淤泥质土体采用3无法替代超前注浆，一般只设计在上半拱施做旋喷桩，对掌子面和下半拱仍需要进行超前注浆，才能形成完整的挡水墙体。高压对相邻工序影响也较大4旋喷桩加固咬合效果旋喷后拱顶旋喷桩细部3.2.开挖方法适用范围1.适用于V、VI级围岩2.对防震要求高、沉降要求很高的地段，如房屋下方、桩基切除方法人工及小型挖掘机开挖人、机开挖法钻爆法光面爆破1.适用于I、II、III级围岩2.掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼预裂爆破1.适用于III、IV级围岩2.周边眼→掏槽眼→辅助眼→底板眼适用范围1.IV、V级围岩2.对防震要求高、沉降要求较高的地段，如城市地铁微震爆破法开挖方法分类3.2.3开挖——微震爆破控制控制目的减小爆破震动对周边建筑的影响施工沉降控制在允许范围内杜绝坍塌事故控制标准最大爆破振速控制在1.5cm/s以内或更小沉降控制2.5cm以内或更小控制措施缩短每循环进尺，一般0.5~1.5米选用震动烈度小的炸药多分段，减小单段用药量。最大单段用药量Q计算如下：（K、α经验回归数据，一般取120、2.0，R距离，ν震速控制标准）关键部位采用静态爆破或人工开挖/3max3KvRQ3.3.初期支护•超前锚杆•超前小导管•大管棚超前支护•湿喷工艺•厚度•平整度喷混凝土•系统锚杆•药卷锚杆•锁脚锚管锚杆•钢筋格栅•型钢格栅格栅完成开始安装钢架铺挂钢筋网喷混凝土3.4防水工程防水设计以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理初支防水+防水层+二衬防水形成复合防、堵水体系变形缝、后浇带、施工缝、预埋件、预留通道接头、各种结构的接口等部位设置加强措施防水等级为二级，不允许漏水复合式防水体系初支防水1.喷射混凝土防水效果差，需要在初期支护完成后进行注浆处理，同时填充初支与围岩之间的空隙2.围岩有明显渗漏地段需要进行注浆处理，铺设防水层前不能有明显渗漏防水层1.防水板+无纺布形成防水第二道防线2.防水板焊接质量是关键二衬防水1.二衬混凝土自防水能力，砼防水等级P102.施工缝、沉降缝防水措施3.注浆填充二衬与初支之间的空隙以及混凝土本身的空隙。水泥浆是最好的注浆材料防水层施工质量控制关键点•初支表面基本平整•无尖锐物基面处理焊接质量•尽量采用机械焊接•充气检验铺设要求•防水板铺设不宜紧绷•平顺、贴紧成品保护•钢筋加工期间保护•混凝土灌注期间保护钢筋头处理注浆管处理基面处理方法锚杆头处理砂浆抹平拱部应满足D/L≤1/8基面处理方法防水层铺设要求标出隧道拱顶中心线，根据基面凹凸情况留足富余量，由拱部向两侧铺设。用射钉将热塑性垫圈和缓冲层平顺地固定在基面上，固定点间距宜为0.5~0.8m。缓冲层接缝搭接宽度不得小于5cm，一般仅设环向接缝，铺设的缓冲层应平顺，无隆起，无皱褶。缓冲层施工防水板的铺设松紧适度并留有余量，实铺长度与初期支护基面弧长的比值为10:8。采用电热压焊器热熔缓冲层热塑性垫圈，使防水板与热塑性垫圈融化粘结为一体。两幅防水板的搭接宽度不应小于15cm，分段铺设的防水板的边缘部位应预留至少60cm的搭接余量。防水板铺设防水板固定图防水板焊接焊接要求真空检查缝隙粘接结合部位焊接设备焊接要求风热式爬焊机防水层施工施工缝防水设计要求注意事项止水带埋置位置要准确，平直，固定牢固先浇混凝土表面必须凿毛，凿毛时，混凝土必须达到一定的强度充分振捣，保证混凝土与止水带紧密结合止水带凿毛变形缝防水设计要求注意事项钢边橡胶止水带安设位置要准确，其