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岩石隧洞开挖方法及其分类

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:在岩石隧洞中,因围岩的结构作用,开挖面能够“自封闭”。隧洞开挖方法实际上是指开挖成形的方法,按开挖隧洞的横断面分部情况来分,开挖方法可分为全断面开挖法、断面分部法。(二)台阶开挖法台阶开挖法一般是将设计断面分成上、下断面分次开挖成型的开挖方法;有正台阶法和反台阶法。导洞可增加开挖爆破时的自由面,有利于探明隧洞的地质和水文地质情况,并为洞内通风和排水创造条件。图6-6隧洞导洞法开挖1~6—开挖顺序

岩石隧洞开挖方法及其分类

1963年,由奥地利学者L.腊布兹维奇教授命名的新奥地利隧道施工法(New Austria Tunneling Method,NATM,简称新奥法)正式出台。它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段,以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法,是理论、量测和经验相结合的一种施工方法。其核心是及时支护,充分利用围岩的自稳能力提高围岩与支护的共同作用。

应用新奥法施工必须遵循的基本原则如下:

(1)围岩是隧洞的主要承载单元,要在施工中充分保护和爱护围岩。

(2)容许围岩有可控制的变形,充分发挥围岩的结构作用。

(3)变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到。

(4)在施工中,必须进行实地量测监控,及时提出可靠的、足够数量的量测信息,指导施工和设计。

(5)在选择支护手段时,一般应选择能大面积牢固地与围岩紧密接触、能及时施设且应变能力强的支护手段。

(6)要特别注意,隧洞施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。

(7)在任何情况下,使隧洞断面能在较短时间内闭合是极为重要的。在岩石隧洞中,因围岩的结构作用,开挖面能够“自封闭”。而在软弱围岩中,则必须改变“重视上部、忽视底部”的观点,应尽量采用能先修筑仰拱(或临时仰拱)或底板的施工方法,使断面及早封闭。

(8)在隧洞施工过程中,必须建立设计—施工检验—地质预测—量测反馈—修正设计的一体化施工管理系统,以不断提高和完善隧洞施工技术。

以上隧洞施工的基本原则可扼要地概括为“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。新奥法的施工工序如图6-2所示。

隧洞开挖方法实际上是指开挖成形的方法,按开挖隧洞的横断面分部情况来分,开挖方法可分为全断面开挖法、断面分部法(台阶开挖法、导洞开挖法)。

(一)全断面开挖法

全断面开挖法是按设计开挖断面一次开挖成形(图6-3)。

全断面法适用于断面较小、围岩坚固稳定(f≥8~10)、洞径小于10m、配有充足大型开挖衬砌设备的平洞开挖。一般情况下,循环进尺可采用以下数值:

(1)在Ⅰ~Ⅲ类围岩中,用手风钻造孔时循环进尺宜为2.0~4.0m;用液压钻或多臂钻造孔时循环进尺宜为3.0~5.0m。

图6-2 新奥法施工工序框图

图6-3 全断面开挖法

1—全断面法开挖的工作面;2—锚喷支护;3—模筑混凝土衬砌(www.xing528.com)

(2)在Ⅳ类围岩中循环进尺宜为1.0~2.0m。

(3)在Ⅴ类围岩中,循环进尺宜为0.5~1.0m。

循环进尺应根据监测结果进行调整。

(二)台阶开挖法

台阶开挖法一般是将设计断面分成上、下断面(或上、中、下断面)分次开挖成型的开挖方法;有正台阶法和反台阶法。洞径或洞高在10m以上应采用台阶法开挖。

1.正台阶法

在大断面平洞施工中应用较为普遍,其上层开挖高度一般为6~8m,如图6-4所示。

图6-4 正台阶法

A—垂直钻机;B—水平钻机;C—通风管;D—水管;E—电缆管;F—风管

2.反台阶法

用于稳定性较好的岩层中施工,将整个隧洞断面分成几层,在底层先开挖较宽的下导坑,再由下向上分部扩大开挖,进行上层钻眼时需设立工作平台或采用漏渣棚架,后者可供装渣之用,如图6-5所示。

图6-5 反台阶法

1~3—台阶开挖序号;4—上台阶堆渣;5—施工支洞;6—漏渣棚架;7—运渣工具

(三)导洞开挖法

先开挖断面的一部分作为导洞,再逐次扩大开挖隧洞的整个断面,用于隧洞断面较大、地质条件或施工条件采用全断面开挖有困难的情况。导洞断面不宜过大,以能适应装渣机械装渣、出渣车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面,有利于探明隧洞的地质和水文地质情况,并为洞内通风和排水创造条件。导洞开挖后,扩挖可以在导洞全长挖完之后进行,也可以和导洞开挖平行作业。

根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件,确定采用下导洞、上导洞或上下导洞(图6-6):围岩较稳定时可采用下导洞法;围岩稳定性差时多采用上导洞法或上下导洞法;隧洞断面大、地下水丰富时多采用上下导洞法。

图6-6 隧洞导洞法开挖

1~6—开挖顺序

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