用新奥法挖隧道要遵循“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的原则,支护、施工、二次衬砌施工的工序进行,下面是施工原则、工序、基本要点的具体介绍,一起来了解下。
一、新奥法施工的基本原则
1、少扰动
在进行隧道开挖时,要尽量地减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。
2、早喷锚
开挖后及时施作初期锚喷支护,使围岩的变形进入受控制状态。
3、勤量测
以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态,或判断其动态发展趋势,以便及时调整支护形式和开挖方法,确保施工安全和顺利进行。
4、紧封闭
一方面采取喷射混凝土等防护措施,避免围岩因长时间暴露而致使强度和稳定性的衰减,尤其是对于易凤化的软弱围岩;另一方面更为重要的是适时对围岩施作封闭支护,这样不仅可以及时阻止用岩变形,而且可以使支护和围岩能进入良好的共同工作状态。
二、新奥法施工工序
第1步:超前支护--超前长管棚
隧道进口处,往往处于浅埋地段,围岩松散,为了保证施工安全,此时多采取打设长管棚的形式超前支护,为进洞开挖做准备。
第2步:上台阶开挖支护
常用的台阶法,先开挖上台阶,如果预留核心土,那么开挖工作平台就需要为核心土位置留出空间。
第3步:钢支撑支护
施工上台阶钢支撑支护,型钢分节预制,节与节之间采用螺栓连接。架设时尤其需要注意拱顶的高度以及拱脚位置的稳固,如果拱脚松软,则需要垫块石或者型钢。采用连接钢筋与前一榀型钢焊接,拱脚打锁脚锚杆固定。
第4步:钢筋网支护
钢筋网可以加工成网片,也可以现场布置绑扎。钢筋网应与连接钢筋焊接成整体。
第5步:锚杆支护
锚杆支护是通过围岩内部的锚杆及其注入的水泥浆液,改变围岩本身的力学状态,在隧道周围固结形成一个整体而又稳定的岩石带。锚杆需按比例留出后期进行拉拔试验的试验锚杆,试验锚杆尾端需伸出喷射混凝土面30cm以上。
第6步:超前小导管预支护
在打设锚杆的同时,向前方围岩顶部倾斜30°打设超前小导管,在开挖前方围岩后,原则上应该看不到这些钢管,但是若出现注浆固结效果不好,顶部围岩碎裂掉落,就会露出小导管的真面目。有此可见,锚杆的注浆和小导管的注浆,对于围岩稳定都是十分重要的。
第7步:喷射混凝土支护
对上述支护工作均完成后,进行喷射混凝土支护,由于前面所有工作都将被隐蔽,所以一定要记得报检验收才行。
第8步:下台阶施工
隧道下台阶初期支护应在上台阶达到一定强度后进行。与上台阶的工作内容一致,也需要立钢支撑(按照设计)、挂钢筋网、打锚杆和喷射混凝土。
下台阶喷射混凝土作业
为了检查混凝土强度,需按照验收标准对初期支护喷射混凝土钻芯取样。
第9步:仰拱初期支护
围岩情况不好时,需对隧道初期支护尽早成环,以免出现收敛过大,加大安全风险。仰拱初期支护施工在下台阶支护完成后进行,内容与下台阶一致。仰拱的成环对隧道初期支护的整体受力具有重要意义。
第10步:仰拱施工
仰拱初期支护成环完成后,紧锣密鼓的工作就是仰拱施工,因为成环后,隧道周围的压力作用在底部钢支撑上,可能会使底部隆起。因此必须尽快进行仰拱和填充混凝土的施工。
第11步:隧道排水设施和防水板施工
仰拱与其填充施工完成后,在预留出来的沟槽中敷设排水管,排水管上半圆有很多小孔,上部用碎石覆盖。以使水能够渗入管道中。
隧道排水管安放:
敷设衬砌背后排水盲管。在防水板施工前,挂设排水盲管,它对隧道渗水起引流作用。
防水板焊接:防水板采用电热焊接。
第12步:二次衬砌施工
二衬施工前,监控量测反映的初期支护下沉和收敛应基本稳定,这是新奥法利用围岩的自承能力的主要特点。
防水板施工完成,进行焊接质量验收。验收通过后布设二次衬砌内的钢筋。如果围岩情况好,设计中可能不设置二衬钢筋。
隧道预埋件施工。隧道中有各种各样的检测、通信、报警、消防等设备,如果事前不把预埋件图纸看清楚,造成缺漏,后期可是个大麻烦,试想在已经浇筑好的混凝土中凿出这些箱体和管槽,不仅影响质量,还影响外观,更带来成本的巨大浪费。
二次衬砌模板台车就位与检查。需要满足二衬混凝土厚度要求,同时也要满足净空设计要求。在模板台车就位前,进行前面钢筋、预埋件等工作的隐蔽验收。
二次衬砌施工
台车就位完成,端头封堵严密,止水带、止水条安装合格,进行浇筑前检查验收。完成后浇筑二次衬砌混凝土。
二衬施工的结束,预示着土建主要工序的完成。隧道施工,周而复始,三班循环,直至贯通。工序紧密衔接,安全风险大,需要管理人员以勤为先,及时准确了解情况,排除隐患,保证安全有序。
三、新奥法的基本要点
1、洞室开挖后,应使围岩自身承担主要的支护作用,而衬砌只是对围岩进行加固,使成为一个整体而共同发生作用。因此,须最大限度地保持围岩的固有强度,以发挥围岩的自承能力。如及时喷混凝土封闭岩壁,就能有效地防止围岩松弛,而不使其强度大幅度降低,同时也不存在因顶替支撑而使围岩变形松弛。总之应使围岩经常处于三轴应力约束状态,最为理想。
2、预计围岩有较大变形和松弛时,应对开挖面施作保护层,而且应在恰当的时候敷设,过早或过迟均不利。其刚度不能太大或太小,又必须是能与围岩密贴,而要做成薄层柔性,允许有一定变形,以使围岩释放应力时起卸载作用,尽量不使其有弯矩破坏的可能。这种支护和传统的支护不同,不是因受弯矩而是受压剪作用破坏的。由于混凝土的抗压和抗剪强度比抗拉和抗弯强度大得多,从而具有更高的承载能力。一次支护的位移收敛后,可在其光滑的表面上敷设高质量的防水层,并修筑为提高安全度的二次支护。前后两次支护与围岩之间都只有径向力作用。
3、衬砌需要加强的区段,不是增大混凝土的厚度,而是加钢筋网、钢支撑和锚杆,使隧道全长范围采用大致相同的开挖断面。此外,因为新奥法不在坑道内架设杆件支撑,空间宽敞,从而提高了安全性和作业效率。
4、为正确掌握和评价围岩与支护的时间特性,可在进行室内试验的同时,在现场进行量测。量测内容为衬砌内的应力、围岩与衬砌间的接触应力以及围岩的变位,据以确定围岩的稳定时间、变形速度和围岩分类等最重要的参数,以便适应地质情况的变化,及时变更设计和施工。量测监控是新奥法的基本特征,量测的重点是围岩和支护的力学特征随时间的变化动态。衬砌的做法和施作时间是依据围岩变位量测决定的。
5、隧道支护在力学上可看作厚壁圆筒。它是由围岩支承环和衬砌环组成的结构,且两者存在共同作用。圆筒只有在闭合后才能在力学上起圆筒作用,所以除在坚硬岩层之外,敷设仰拱使衬砌闭合是特别重要的。
围岩的动态主要取决于衬砌环的闭合时间。当上半断面超前掘进过多时,就相应地推迟了它的闭合时间,在隧道纵方向形成悬臂梁的状态而产生大弯曲的不良影响。另外,为防止引起围岩破坏的应力集中,断面应做到无角隅,最好采用圆形断面。
6、围岩的时间因素还受开挖和衬砌等施工方法的影响,它对结构的安全性起着决定的作用。考虑掘进循环周期、衬砌中仰拱的闭合时间、拱部导坑的长度以及衬砌强度等变化因素,把围岩和支护作为一个整体来谋求稳定。从应力重分布角度去考虑,全断面一次开挖是最有利的;分部开挖会使应力反复分布而造成围岩受损。
7、岩层内的渗透水压力,必须采取排水措施来降低。
新奥法的支护结构至今仍处于经验设计的阶段,它的前提是要科学地进行围岩分类,并根据已经修建的类似工程的经验,提出支护设计参数或标准设计模式。这种工程类比法还只考虑了岩体结构、岩块单轴抗压强度、弱面特性等工程地质性质、坑道的跨度以及围岩自稳时间等主要因素,需在各种设计与施工规程的实施过程中,依据量测数据加以修正。现场监控设计,一般分成预先设计阶段和最后设计阶段,后者是根据现场监控量测数据,经分析比较或计算后,最后提出设计。理论解析和有限元数值计算,至今还不能得出充分可靠和满意的结果,必须由上述两种方法即经验和量测加以验证。
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