噴錨暗挖法

噴錨暗挖法

噴錨暗挖法指的是用開挖地下坑道的作業方式修建隧道的施工方法。它是一種傳統的施工方法。它的基本原理是,隧道開挖后受爆破影響,造成岩體破裂形成鬆弛狀態,隨時都有可能坍落。基於這種鬆弛荷載理論依據,其施工方法是按分部順序採取分割式一塊一塊的開挖,並要求邊挖邊撐以求安全,所以支撐複雜,木料耗用多。隨著噴錨支護的出現,使分部數目得以減少,並進而發展成新奧法

定義


噴錨暗挖法又稱為礦山法,對地層的適應性較廣,適用於結構埋置較淺,地面建築物密集,交通運輸繁忙、地下管線密布,及對地面沉降要求嚴格的城鎮地區地下構築物施工。噴錨暗挖法施工分為新奧法、淺埋暗挖法。

分類


噴錨暗挖法施工主要有新奧法和淺埋暗挖法等。
新奧法是應用岩體力學理論,以維護和利用圍岩的自承能力為基點,採用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段,及時的進行支護,控制圍岩的變形和鬆弛,使圍岩成為支護體系的組成部分,並通過對圍岩和支護的量測、監控來指導隧道施工和地下工程設計施工的方法和原則。
淺埋暗挖法沿用新奧法 (New Austrian Tunneling Method)基本原理,初次支護按承擔全部基本荷載設計,二次模築襯砌作為安全儲備;初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。應用淺埋暗挖法設計、施工時,同時採用多種輔助工法,超前支護,改善加固圍岩,調動部分圍岩的自承能力;並採用不同的開挖方法及時支護、封閉成環,使其與圍岩共同作用形成聯合支護體系;在施工過程中應用監控量測、信息反饋和優化設計,實現不塌方、少沉降、安全施工等,並形成多種綜合配套技術。
淺埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深淺(最小覆跨比可達0.2)、地層岩性差(通常為第四紀軟弱地層)、存在地下水(需降低地下水位)、周圍環境複雜(鄰近既有建、構築物)等特點。
由於造價低、拆遷少、靈活多變、無須太多專用設備及不干擾地面交通和周圍環境等特點,淺埋暗挖法在全國類似地層和各種地下工程中得到廣泛應用。在北京地鐵復西區間、西單車站、國家計委地下停車場、首鋼地下運輸廊道、城市地下熱力、電力管道、長安街地下過街通道及地鐵復—八線中推廣應用,在深圳地下過街通道及廣州地鐵一號線等地下工程中推廣應用,並已形成了一套完整的綜合配套技術。
同時,經過許多工程的成功實施,其應用範圍進一步擴大,由只適用於第四紀地層、無水、地面無建築物等簡單條件,拓廣到非第四紀地層、超淺埋(埋深已縮小到0.8m)、大跨度、上軟下硬、高水位等複雜地層及環境條件下的地下工程中去。
信息化技術的實施,實現了淺埋暗挖技術的全過程式控制制,有效地減小了由於地層損失而引起的地表移動變形等環境問題。不但使施工對周邊環境的影響降低到最低程度,由於及時調整、優化支護參數,提高了施工質量和速度,使淺埋暗挖法特點得到更進一步的發揮,為城市地下工程設計、施工提供了一種非常好的方法,具有重大的社會效益和環境效益,該方法在總體上達到國際領先水平。
常見的淺埋暗挖典型施工方法
全斷面法( full face excavation method)隧道工程中採用全斷面一次開挖成形的施工方法。一般在隧道和煤層開挖中多見。該法是將全部設計斷面一次開挖成型,再修築襯砌,一般可適用於Ⅴ~Ⅵ類圍岩,因開挖作業面大,鑽爆效率高可採用鑿岩台車和高效運裝機。
適用範圍:穩定岩體中的單拱單線區間隧道。
主要施工方法:
1)採用光面或預裂爆破開挖。
2)施工仰拱后根據設計做初期支護結構或直接進行二次襯砌施工。
該法施工優點是可以減少開挖對圍岩的擾動次數,有利於圍岩天然承載拱的形成,工序簡單,便於組織大型機械化施工;施工速度快,防水處理簡單;缺點是對地質條件要求嚴格,圍岩必須有足夠的自穩能力。
台階法是隧道及地下工程的施工方法之一。又有正台階法和反台階法之分。按台階長短有長台階、短台階和超短台階三種。由於大斷面隧道的設計,又有三台階臨時仰拱法,預留核心土台階法,甚至多台階法。
台階法施工就是將結構斷面分成兩個或者幾個部分,即分成上下兩個工作面或幾個工作面,分佈開挖。它能較早使支護閉合,有利於控制結構變形及由此引起的地面沉降。
開挖優點:
靈活多變,適用性強。凡是軟弱圍岩,第四紀沉積地層,必須採用正台階法,這是各種不同方法中的基本方法。
具有足夠的作業空間和較快的施工速度。當地層無水,洞跨小於12米時,均可採用該法。
缺點:台階數不宜過多,台階長度要適當。
正台階環形開挖法又稱環形開挖留核心土法,適用於地層較差,跨度≤12M的隧道工程。一般將斷面分成環形拱部(圖中的1、2、3)、上部核心土(圖中的4)、下部台階(圖中的5)等三部分。
根據斷面的大小,環形拱部又可分成幾塊交替開挖。環形開挖進尺為0.5-1.0M,不易過長。台階長度一般以控制在1D內(D一般指隧道跨度)為宜。
優點:與超短台階法相比,台階長度可以適度加長,以減少上下台階施工干擾;而與下述的側壁法相比,施工機械化程度可相對提高,施工速度可加快。
需注意下面問題:雖然核心土增強了開挖面的穩定,但開挖中圍岩要經受多次擾動,而且斷面分塊多,支護結構形成全斷面封閉的時間長,這些都有可能使圍岩變形增大。因此,它常要結合輔助施工措施對開挖工作面及其前方岩體進行預支護或預加固。
單側壁導坑法適用於斷面跨度大、地表沉陷難於控制的軟弱鬆散圍岩中。
其施工要點有:
1.將斷面分成側壁導坑①、上台階②、下台階③;
2.側壁導坑寬度不宜超過0.5倍洞寬,高度以到起拱線為宜;
3.導坑與台階的距離以導坑施工和台階施工不發生干擾為原則;
4.上、下台階的距離則視圍岩情況參照短台階法或超短台階法擬定。
雙側壁導坑法是隧道開挖的一種方式。又稱雙側壁導洞法或眼鏡工法。屬於新奧法的一個分支,以新奧法基本原理為依據。
(1) 開挖面分部形式:
一般將斷面分成四塊:左、右側壁導坑1、上部核心土2、下台階(3) 。導坑尺寸側壁導坑尺寸應本著充分利用台階的支撐作用,並考慮機械設備和施工條件而定。但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。高度以到起拱線為宜,這樣,導坑可分二次開挖和支護,不需要架設工作平台,人工架立鋼支撐也較方便。導坑與台階的距離沒有硬性規定,但一般應以導坑施工和台階施工不發生干擾為原則,所以在短隧道中可先挖通導坑,而後再開挖台階。上、下台階的距離則視圍岩情況參照短台階法或超短台階法擬定。左、右側導坑錯開的距離,應根據開挖一側導坑所引起的圍岩應力重分佈的影響不致波及另一側已成導坑的原則確定。
(2) 施工作業順序為;
①開挖一側導坑,並及時地將其初次支護閉合。
②相隔適當距離后開挖另一側導坑,並建造初次支護。
③開挖上部核心土,建造拱部初次支護,拱腳支承在兩側壁導坑的初次支護上。
④開挖下台階,建造底部的初次支護,使初次支護全斷面閉合。
⑤拆除導坑臨空部分的初次支護。
⑥建造二次襯砌。
特點是施工安全,但速度慢,成本高,防水效果差,初期支護拆除量大。

工藝


噴錨暗挖是一種施工工藝,是隧道開挖過程中,隧道已經開挖成型后,將一定數量、一定長度的錨桿,按一定的間距(數量、長度、間距都是通過計算得來的)垂直錨入岩(土)體,在錨桿外露端掛鋼筋網,再在隧道表面噴射混凝土,使混凝土、鋼筋網、錨桿組成一個防護體系。

施工方針


管超前,嚴注漿,短開挖,強支護,快封閉,勤量測。

噴錨加固支護


1、噴錨初期支護:鋼筋網噴射混凝土、錨桿-鋼筋網噴射混凝土、鋼拱架-鋼筋網噴射混凝土。 
2、暗挖隧道內的技術措施:
(1)超前錨桿或超前小導管支護;
(2)小導管周邊注漿或周圍深孔注漿;
(3)設置臨時仰拱;
(4)管棚超前支護。
暗挖隧道外的技術措施:
(1)地表錨桿或地表注漿加固;
(2)凍結法固結地層;
(3)降低地下水位。 
3、噴射混凝土應採用早強混凝土。嚴禁選用鹼活性集料,要求初凝時間不大於5min,終凝時間不大於10min。鋼筋網材料採用Q235鋼,直徑為6-12mm,網格尺寸採用150-300mm。鋼筋加工成的格柵的主筋直徑不宜小於18mm。 
4、噴射混凝土前的準備工作:檢查開挖斷面尺寸,清除開挖面、拱腳、牆腳的雜物,設置噴層厚度標誌,對基面有積水應該埋管疏干。宜採用濕噴方式,厚度為50-100mm;鋼架應在開挖或噴射混凝土后及時架設;超前錨桿、小導管支護宜與鋼拱架、鋼筋網配合使用;長度宜為3-3.5m,並應大於循環進尺的2倍。 
5、噴射混凝土應分段、分層、分片,由下而上順序進行。鋼架應全部被噴射混凝土覆蓋,保護層厚度不小於40mm。
6、地表錨桿:按照矩形或梅花形布置,鑽孔-吹凈鑽孔-灌漿-插錨桿-固定桿體。
錨桿類型根據:地質條件、使用要求、錨固特性進行選擇。選用中空注漿錨桿、樹脂錨桿、自鑽式錨桿、砂漿錨桿、摩擦性錨桿。
7、凍結法固結地層:優點——地層強度高;地下水封閉效果好;地層整體固結性好;對工程環境污染小。缺點——成本較高;有一定的技術難度。