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浅埋暗挖法施工工艺

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浅埋暗挖法施⼯⼯艺浅埋暗挖法是在软弱围岩浅埋地层中修建⼭岭隧道洞⼝段、城区地下铁路及其他适⽤于浅埋地下⼯程的施⼯⽅法。它适⽤于不宜明挖施⼯的⼟质或软弱⽆胶结的砂、卵⽯等第四纪地层,对于⽔位⾼的地层,需要采取堵⽔、降⽔和排⽔等措施。1、预加固和预⽀护地下⼯程浅埋暗挖法施⼯过程中,经常会遇到砂砾⼟、砂性⼟、黏性⼟或强风化基岩等不稳定地层,⾃稳时间短、⾃承载能⼒低,初期⽀护尚未施作时隧道围岩便开始坍塌。因此,该条件下需要采取地层预加固和预⽀护来提⾼地层的⾃稳能⼒,降低地表沉降。浅埋暗挖隧道施⼯时常⽤的预加固和预⽀护⽅法有:(1)注浆法。注浆法是浅埋暗挖法施⼯中应⽤最多的辅助⼯法。浆液在注浆压⼒作⽤下扩散并挤压⼟体,起到加固地层和堵⽔的作⽤,通常配合⼩导管和⼤管棚使⽤。注浆⽅式主要有⼩导管注浆、⼤管棚注浆、帷幕注浆和全断⾯注浆等。注浆材料有普通⽔泥、超细⽔泥、⽔泥⽔玻璃和化学浆液等。(2)降⽔法。采⽤降低地下⽔位的⽅法,为浅埋暗挖施⼯提供⼲燥的施⼯作业条件,尤其在地下⽔位较⾼的地区,必须采取降⽔措施,才能实现暗挖法施⼯。降⽔法主要有井点降⽔、管井降⽔、真空降⽔和电渗降⽔等。我国北⽅地区多采⽤地⾯深井降⽔法,也采⽤洞内轻型井点降⽔法;南⽅地区多采⽤基坑内管井降⽔法,也采⽤真空或电渗降⽔法。(3)超前⼩导管法。超前⼩导管⽀护是在松软地层施⼯时优先采⽤的地层预加固⽅法。通过超前⼩导管注浆,使地层得到加固改良,保证开挖⾯的稳定,降低地表沉降。超前⼩导管长度3~5m,直径30~50mm,环向间距20~30cm,通常沿着上半断⾯开挖轮廓线120°范围内向开挖⾯前⽅⼟层以⼀定仰⾓(10~15°)打⼊带孔⼩导管,并进⾏注浆,如图所⽰。(4)长管棚法。长管棚法⽤于暗挖隧道的超前加固,布置在隧道的拱部周边。⼤管棚法⼀般需要结合注浆以获得较好的地层加固效果。长管棚法适⽤于⾃稳能⼒差的地层或邻近重要建筑物等条件,它是将钢管沿隧道外轮廓线顺着轴线⽅向打⼊⼯作⾯前⽅的地层以⽀撑来⾃外侧的围岩压⼒。城市地铁多⽤于临近施⼯,如下穿既有线等,多采⽤直径为300mm左右的长管棚,利⽤定向钻或夯管锤施作。需要指出的是,管棚直径超过⼀定限度后并不能显著提⾼其防塌、控沉效果;相反,管棚直径越⼤对地层的扰动就越⼤,可能引起更⼤的地层沉降。因此,仅在临近既有线等特殊场合采⽤该法施⼯,⼀般情况下建议采⽤⼩导管注浆法。(5)⽔平旋喷法。在粉细砂层,低压渗透注浆难以形成连续致密的注浆体,不能有效起到超前⽀护和防沉作⽤。地层⽔平旋喷超前⽀护主要适⽤于局部地层异常松软需要加固和有重要建筑物需要特殊保护的条件,它是以⾼压泵为动⼒源,通过⽔平钻机钻杆前的喷嘴将浆液喷射到⼟体内,喷嘴边喷射边旋转,强制⼟颗粒与浆液搅拌混合,形成⽔平圆柱状⽔泥⼟固结体,即⽔平旋喷桩,当旋喷桩相互咬合后形成以同⼼圆形式在隧道拱顶和周边封闭的⽔平旋喷帷幕体,起到防流砂、抗滑移、防渗透及预⽀护的作⽤。在地表建筑物和管线密集地层施⼯中应⽤该⽅法⽐其他⽅法经济。⽔平旋喷桩拱部超前⽀护如图所⽰。(6)注浆——冷冻法。由于冷冻法易引起融沉,冷冻质量不易控制,故不适⽤于地下⽔流速过⼤的地层。在南⽅地区,建议采⽤注浆——冷冻法。通过注浆,在地层中形成⾻架,降低⽔流速度,再冷冻地层,可保证冷冻效果,减⼩解冻引起的地表沉降。2、隧道开挖在松散不稳定地层中采⽤浅埋暗挖法进⾏隧道开挖时,选⽤的施⼯⽅法及⼯艺应该保证最⼤限度得减少对地层的扰动,提⾼周围地层⾃承载能⼒和减少地表沉降;⽽在稳定地层中施⼯时可采⽤长台阶半断⾯施⼯⽅法,施⼯机械布置在上台阶,加快施⼯进度。浅埋暗挖法施⼯机械除局部坚硬岩层采⽤爆破施⼯外,⼀般均采⽤单臂掘进机,出渣⽅式可采⽤有轨或⽆轨运输。3、初期⽀护

围岩开挖后应⽴即进⾏必要的⽀护,并使围岩与⽀护结构密贴贴实。隧道初期⽀护施作的及时性以及⽀护的强度和刚度,对保证隧道的稳定性、减少地层扰动和地表沉降等都具有决定性的影响。钢架锚喷混凝⼟⽀护的施⼯⼯艺流程:

(1)喷射混凝⼟。喷射混凝⼟时借助喷射机械,利⽤压缩空⽓或其他动⼒,将⼀定配合⽐的搅合料通过管道并⾼速喷射到受喷⾯上,凝结硬化⽽成的⼀种混凝⼟。在⾼速喷射时(速度达到70m/s),⽔泥和集料反复连续撞击⽽使混凝⼟密实,故可采⽤较⼩的⽔胶⽐0.4~0.5,以获得较⾼的强度和良好的耐⽔性。特别是与受喷⾯之间具有⼀定的粘结强度,可以在结合⾯上传递拉应⼒和剪应⼒,对于任何形状的受喷⾯都可以良好地结合,不留空隙。

(2)锚杆。浅埋暗挖法中常⽤的锚杆是预应⼒或⽆预应⼒的砂浆锚杆或树脂锚杆锚杆。杆体由热轧钢筋制成,锚杆孔内灌⽔泥砂浆,强度不低于M20,锚杆杆体的抗拉⼒不应⼩于150kN。锚杆必须安装垫板,垫板应与喷射⼟⾯密贴。

(3)钢架。钢架⽀撑的作⽤主要是在喷射混凝⼟还未达到必要强度之前,承担地层压⼒及约束地层变形。钢拱架⽀撑按照按材料可分为两⼤类:第⼀类是型钢钢拱架⽀撑,包括⼯字钢⽀撑、钢管⽀撑、H型钢⽀撑、U型刚⽀撑等;第⼆类是格栅拱架⽀撑。4、⼆次衬砌

(1)基本要求。⼆次衬砌可在围岩和初期⽀护变形基本稳定后施作,但在松散地层应及时施作⼆次衬砌。通过监控量测,掌握初期⽀护后⼯作⾯动态,指导⼆次衬砌施作时间,这是浅埋暗挖法施⼯与⼀般隧道衬砌施⼯的主要区别,其他⼯艺和机械设备与⼀般隧道衬砌施⼯基本相同。⼆次衬砌模板可采⽤临时⽊模板、⾦属定性模板和衬砌台车。

(2)衬砌模板。⼆次衬砌模板可采⽤临时⽊模板或⾦属定性模板,更多情况则使⽤衬砌台车,因为地下结构的断⾯尺⼨基本不变,便于使⽤衬砌台车,加快⽴模及拆模的速度。

(3)混凝⼟的浇筑与捣固。混凝⼟浇筑以前,应做好地下⽔引排⼯作。浇筑混凝⼟时,⾃由落⾼不得超过2m,应按照搅拌能⼒、运输距离、浇筑速度、振捣等因素确定⼀次浇筑的厚度、次序、⽅向,⼀般情况下应保持连续浇筑。

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