隧道新奥法施工技术

隧道新奥法施工技术
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隧道新奥法施工技术

隧道新奥法(NewAustrianTunnelingMethod,简称NATM)是一种基于岩体力学原理的现代隧道施工技术,起源于20世纪中叶的奥地利。该方法强调充分利用围岩的自承能力,通过合理支护与及时监测,实现安全、经济、高效的隧道开挖。

新奥法的核心理念是“边支护、边变形、边稳定”,即在开挖后立即施作柔性初期支护(如喷射混凝土、锚杆、钢筋网等),允许围岩产生可控的变形,从而释放部分应力,激发其自身承载潜力。同时,通过现场监控量测(如收敛观测、地表沉降、应力应变监测等)实时掌握围岩和支护结构的动态变化,依据监测数据动态调整支护参数和施工方案,实现信息化设计与施工。

与传统矿山法相比,新奥法具有支护灵活、适应性强、节约材料、安全性高等优点dbj╱t15-214-2021 深基坑钢板桩支护技术规程,尤其适用于地质条件复杂、围岩稳定性差的软弱地层。此外,该方法强调施工过程中的系统性和动态管理,要求施工、设计与监测紧密结合,形成“设计—施工—反馈—优化”的闭环体系。

目前,新奥法已广泛应用于铁路、公路、城市地铁及水利等各类山岭隧道工程中,成为现代地下工程建设的重要技术手段之一。随着监测技术与数值模拟的发展,新奥法不断融合新技术,向智能化、精细化方向发展,持续推动隧道工程技术进步。

6.6 钢拱架施工

钢拱架根据采用的材料不同分为型钢拱架和格栅钢架两大类,钢拱架加工、安装施工方法如下:

6.6.1 型钢拱架在加工场内采用电动冷弯机按设计圆弧分节加工成型,分节长度为3~5m。

6.6.2格栅钢架的主筋采用电动冷弯机加工成圆弧型,然后在模具上焊接将主筋、箍筋和连接筋焊接成格栅钢架。

6.6.3钢拱架加工尺寸应考虑隧道预留沉降量,并根据隧道实测沉降量进行调整。

6.6.4钢拱架安装要求如下:

6.6.4.1 钢拱架在洞身开挖并初喷后立即进行,钢拱架与围岩应尽量靠近,只留3cm左右保护层,钢拱架与围岩间的空隙可采用楔型块按60~80cm的间距塞紧。

6.6.4.2 钢拱架应架设在隧道横向竖直平面内,其垂直度允许误差为±20,拱架上下、左右允许偏差为±5cm;

6.6.4.3 钢拱架的拱脚应有15~20cm的埋置深度,拱脚超挖时,应设置钢板进行调整,必要时可用砼加固基底,当拱脚处围岩承载力不够时,应向洞身外侧(围岩侧)加大拱脚接触面积;

6.6.4.4 钢拱架应尽可能多的与锚杆、导管和钢筋网等焊接在一起;

6.6.4.5 钢拱架与钢拱架间采用纵向连接筋连接;

6.6.4.6 在膨胀性围岩地段,钢拱架接头应采用可缩性结构,可缩性节点不宜过早喷射砼,应在其收敛一定值后补喷砼。

6.7 结构防排水施工(复合式衬砌)

隧道结构防排水工作,应以排为主,按防、截、排、堵相结合的综合治理原则进行,结构防排水施工要点如下:

6.7.11 清除初期支护表面的钢筋头等尖锐物,并用砂浆抹平;

6.7.1.2 对初期支护表面凹凸不平部位补喷,要求基面表面凹入部位的矢跨比小于1:6;

6.7.1.3 初期支护表面漏水严重部位钻孔,用管将水流沿初支面引入洞内边沟。

6.7.2 排水设施施工

6.7.2.1暗沟、盲沟和引水管的设置根据隧道渗、漏情况进行;

6.7.2.2在初期支护面上钻孔固定排水设施;

6.7.2.3排水设施连接、固定应牢固,确保排水畅通。

6.7.3 防水层铺设

6.7.3.1 防水层应在基面处理完毕后,二次衬砌施作前进行;

6.7.3 .2 防水层在拱部和边墙按环状铺设,接头用自行式热合机焊接,搭接宽度不小于10cm,焊缝宽度不小于2.5cm,为双缝焊;

6.7.3.3用冲击钻在初支面上钻孔,塞入木条作为防水层固定点,固定点间距,拱部为50~70cm,边墙为100~120cm;

6.7.3.4 防水层用垫圈和绳扣吊挂在固定点上,固定点间防水板不得绷紧,保证灌注砼时板面与喷射砼面能密贴;

6.7.3.5 防水板与无纺布应密切叠合,整体铺挂;

6.7.3.6 停车带与正洞,横洞与正洞连接处的防水层应与正洞同时完成,其搭接处应平顺,不得有破损和折皱。

6.8 二次衬砌施工(复合衬砌)

6.8.1 一般地段二次衬砌的施作在围岩和初期支护变形基本稳定后进行;洞口浅埋段二次衬砌施工应及时进行,不必在围岩变形稳定后进行。

6.8.2 二次衬砌施工应在隧道结构防排水施作完毕并检查合格后进行。

6.8.3 一般地段隧道二次衬砌分小边墙(电缆沟盖板以下部分)和拱部二衬砼两次灌注;在有仰拱地段,应先施作仰拱衬砌砼。

6.8.4 二次衬砌模板放样时,衬砌轮廓线扩大5cm,确保衬砌不侵入隧道建筑限界。

6.8.5 二次衬砌模板采用整体式衬砌台车,衬砌台车应具有足够的刚度,台车的面板厚度应大于8mm;对于特长隧道,台车的平移系统和升降系统宜采用全自动液压系统,其它可采用机械式,台车首排观察孔高度不得大于2m,台车长度可按9~12m制作。若隧道短于200m,二衬砌模可采用简易台车。

6.8.6 二衬砼应在集中搅拌站搅制,砼的塌落度宜控制在12~16cm。

6.8.7 二衬砼运输采用简易砼运输车,入仓采用地泵泵送。

6.8.8 二衬砼灌注应左右两侧对称交错进行,两侧砼浇注面高差不得大于150cm。

6.8.9 二衬砼采用分层灌筑,分层高度应根据搅拌能力、运输距离、洞内气温和振捣等因素确定。

6.8.10 二衬砼振捣采用插入式振捣器进行。

6.8.11 二衬砼养护采用喷洒养护剂法养护。

6.8.12 二衬时围岩变形已基本稳定地段,二衬砼强度达到2.5MPa时方可拆模;二衬时围岩变形未稳定地段,二衬砼强度达到10MPa时方可拆模。

6.9 特殊地质地段施工

隧道工程施工中特殊地质地段主要有洞口浅埋偏压地段及当隧道通过膨胀土层、软弱黄土层、断层破碎带、岩爆、流沙层、松散地层、溶洞、高地温和瓦斯地层时,特殊地质地段施工除了按照一般地段施工方法进行施作外,还应采用辅助方法施工。山岭隧道工程中常遇的洞口浅埋偏压、断层破碎带、岩爆地段和溶洞地段的辅助施工方法要求如下:

(1)洞口浅埋偏压地段施工

洞口段往往具有埋深浅、偏压严重及围岩软弱的特点,是隧道工程施工的难点所在,洞口浅埋偏压地段施工要求如下:

1) 隧道掘进在洞口排水系统完善及边仰坡防护加固后进行。

2) 偏压严重的洞口地段,应采取措施消除洞身偏压,使洞身两侧的压力基本平衡。消除洞身偏压可采用以下两种方法:一、在偏压下方设置重力式挡土墙,挡土墙与隧道间的空隙部位采用透水性材料回填进行反压,使洞身两侧的压力基本平衡fg、在偏压上方地层挖切,以减轻隧道洞身偏压力。

3) 洞身开挖宜采用分部台阶法进行,围岩特别软弱地段,可以考虑采用单侧壁导坑法乃至双侧壁导坑法,洞口段施工严禁采用全断面法掘进。

4) 洞身掘进宜采用人工配合风镐的方式进行,弧石应采用松动爆破进行分解,但应严格控制装药量。

5) 宜采用超前锚杆、超前注浆小导管、长管棚、钢拱架和注浆加固围岩等辅助措施进行支护,对于掌子面自稳能力差地段宜采用注浆加固掌子面或采用喷射砼封闭掌子面。

6) 加强洞内施工排水,防止因拱脚泡水降低地基承载力。

7) 采用台阶法施工时,下台阶开挖前宜在拱脚设置锁脚锚杆和钢托梁。

8) 加强地表下沉、拱顶下沉和周边收敛等的量测工作。

(2)断层破碎带施工

1)洞身开挖宜采用分部台阶法进行,围岩特别软弱地段,可以考虑采用单侧壁导坑法,断层破碎带施工严禁采用全断面法掘进。

2)对于风化严重,且裂隙内有大量填充物的断层破碎带,洞身掘进宜采用人工配合风镐的方式进行,其它的断层破碎带洞身掘进宜采用预裂爆破。

3)宜采用超前锚杆、超前注浆小导管、钢拱架和注浆加固围岩等辅助措施进行支护,对于掌子面为土层且富水地段宜采用注浆加固掌子面。

4)加强洞内施工排水,防止因拱脚泡水降低地基承载力。

5)采用台阶法施工时,下台阶开挖前宜在拱脚设置锁脚锚杆和钢托梁。

6)加强拱顶下沉和周边收敛等量测工作。

岩爆主要发生在埋藏较深的隧道工程,在高应力、脆性岩体中,由于施工爆破振动原岩,岩体受到破坏,使掌子面附近的岩体突然释放出潜能,产生脆性破坏。

1)采用声波探测,加强岩爆预报工作。

2)岩爆防治措施主要有二:一是强化围岩,强化围岩的主要措施有喷射砼、喷射钢钎维砼、锚喷网联合支护、钢拱架网喷联合,这些措施的出发点是给围岩一定的径向约束,使围岩的应力状态较快地从平面转向三维应力状态,以达到抑制岩爆发生的目的。二是弱化围岩,弱化围岩的主要措施是注水、超前预裂爆破、排孔法和切缝法,其目的是改变岩石的物理力学性质,降低岩石的脆性和储存能量的能力,达到抑制岩爆的目的。

3)对于岩爆较弱地段超长混凝土结构专项施工方案,洞身开挖后采取在岩面上洒水消除岩爆。

4)对于岩爆较强地段,宜采用摩擦型锚杆,增大锚杆的初锚固力,采用喷射钢钎维砼抑制开挖面拱部的剥落,必要时采取挂钢筋网并设置钢支撑进行支护。

(4)溶洞地段施工方案

溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主,间有潜蚀和机械坍馅作用而造成的沿水平方向延伸的通道。溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞比较容易处理,而活、湿、大的溶洞处理方法较为复杂。

1)岩溶地段隧道处理溶洞可采用方法有“引、堵、越、绕”四种:

A、引,当遇到暗河或溶洞有水时,宜排不宜堵。在查明水源流向及其与隧道位置的关系后,用暗管、涵洞、小桥等设施排泄水流或开凿泄水洞将水排出洞外。

B、堵,对已停止发育、跨径较小,无水的溶洞,可根据其与隧道相交的位置及其充填情况,采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭或加深边墙基础dbj50∕t-229-2015 建筑地基处理技术规范,加固隧道底部。

C、越,当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞,可加深该侧的边墙基础通过。

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