第7讲盾构法施工及喷锚暗挖矿山法施工Word下载.docx
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洞口土体加固段掘进、初始掘进两个阶段。
（二）始发段长度的确定
决定始发段长度有两个因素：
一是衬砌与周围地层的摩擦阻力，二是后续台车长度。
（四）初始掘进的主要任务
初始掘进的主要任务：
收集盾构掘进数据（推力、刀盘扭矩等）及地层变形量测量数据，判断土压（泥水压）、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。
因此，初始掘进阶段是盾构法隧道施工的重要阶段。
三、盾构接收施工技术要点
盾构接收是指自掘进距接收工作井一定距离（通常100m左右）到盾构机落到接收工作井内接收基座上止。
当盾构正常掘进至离接收工作井一定距离（通常50～100m）时，盾构进入到达掘进阶段。
到达掘进是正常掘进的延续，是保证盾构准确贯通、安全到达的必要阶段。
1K413033掌握盾构掘进技术
本条文以密闭式盾构为例简要介绍掘进技术。
一、主要施工步骤为：
盾构掘进控制的目的是确保开挖面稳定的同时，构筑隧道结构、维持隧道线形、及早填充盾尾空隙。
因此，开挖控制、一次衬砌、线形控制和注浆构成了盾构掘进控制四要素。
对教材中第82页表格应掌握开挖控制因素中的泥水式、土压式盾构的掘进控制内容。
学员要注意土压式开挖控制内容中比泥水式多一项“盾构参数”。
二、开挖控制
开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定。
（一）土压（泥水压）控制
1．土压式盾构，以土压和塑流性改良控制为主，辅以排土量、盾构参数控制。
泥水式盾构，以泥水压和泥浆性能控制为主，辅以排土量控制。
2．开挖面的土压（泥水压）控制值，按地下水压（间隙水压）+土压+预备压设定。
（2）土压有静止土压、主动土压和松弛土压，要根据地层条件区别使用。
按静止土压设定控制土压，是开挖面不变形的最理想土压值，但控制土压相当大，必须加大设备装备能力。
主动土压是开挖面不发生坍塌的临界压力，控制土压最小。
地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合，可采用松弛土压。
3．计算土压（泥水压）控制值时，一般沿隧道轴线取适当间隔（例如20m），按各断面的土质条件，计算出上限值与下限值，并根据施工条件在其范围内设定。
（上限值）Pmax＝地下水压+静止土压+预备压
（下限值）Pmax＝地下尔压+（主动土压或松弛土压）+预备压
为使开挖面稳定，土压（泥水压）变动要小；
变动大的情况下，一般开挖面不稳定。
（二）土压式盾构泥土的塑流化改良控制
土压平衡盾构
1．土压式盾构掘进时，理想地层的土特性是：
（1）塑性变形好；
（2）流塑至软塑状；
（3）内摩擦小；
（4）渗透性低。
改良材料必须具有流动性、易与开挖土砂混合、不离析、无污染等特性。
一般使用的改良材料有矿物系（如膨润土泥浆）、界面活性剂系（如泡沫）、高吸水性树脂系和水溶性高分子系四类（我国目前常用前两类），可单独或组合使用。
3．流动化改良控制是土压式盾构施工的最重要要素之一，要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性。
一般按以下方法掌握塑流性状态。
（1）根据排土性状.取样测定土砂的坍落度，采用的坍落度控制值取决于土质、改良材料性状与土的输送方式。
（2）根据土砂输送效率
（3）根据盾构机械负荷
（三）泥水式盾构泥浆性能控制
泥水平衡盾构
泥浆起着两方面的重要作用：
一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域，开挖面土体强度提高，同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的；
二是泥浆作为输送介质。
（四）排土量控制
1．开挖土量计算，
2．土压式盾构出土运输方法与排土量控制
土压式盾构的出土运输（二次运输）一般采用轨道运输方式。
土压式盾构排土量控制方法分为重量控制与容积控制两种。
我国目前多采用容积控制方法。
3．泥水式盾构排土量控制
泥水式盾构排土量控制方法分为容积控制与干砂量（干土量）控制两种。
Q>
Q3,一般表示泥浆流失。
Q<
Q3,一般表示涌水。
正常掘进时，泥浆流失现象居多。
干砂量。
V>
V3,一般表示泥浆流失。
V<
V3,一般表示超挖。
三、管片拼装控制
（一）拼装方法
1．拼装成环方式
盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。
除特殊场合外，大都采取错缝拼装。
在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。
2．拼装顺序
一般从下部的标准（A型）管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接（B型）管片，最后安装楔形（K型）管片。
3.盾构千斤顶操作
拼装时，随管片拼装顺序分别缩回盾构千斤顶非常重要。
4.紧固连接螺栓
先紧固环向（管片之间），后紧固轴向（环与环之间）连接螺栓。
5、楔形管片安装方法
6、连接螺栓再紧固
（二）真圆保持
管片拼装呈真圆，并保持真圆状态，对于确保隧道尺寸精度、提高施工速度与止水性、及减少地层沉降非常重要。
管片环从盾尾脱出后，到注浆浆体硬化到某种程度的过程中，多采用真圆保持装置。
（三）管片拼装误差及其控制
拼装管片时，各管片连接面要拼接整齐，连接螺栓要充分紧固。
盾构纠偏应及时连续，过大的偏斜量不能采取—次纠偏的方法，纠偏时不得损坏管片，并保证后一环管片的顺利拼装。
四、注浆控制
（一）注浆目的
注浆的主要目的具体如下：
l．抑制隧道周边地层松弛，防止地层变形。
2．及早使管片环安定，千斤顶推力平滑地向地层传递。
3．形成有效的防水层。
（二）注浆材料的性能
（三）一次注浆
一次注浆分为同步注浆、即时注浆和后方注浆三种方式
1．同步注浆
2，即时注浆
一环掘进结束后从管片注浆孔注入的方式。
3．后方注浆
掘进数环后从管片注浆孔注入的方式
一般盾构直径大，或在冲积黏性土和砂质土中掘进，多采用同步注浆；
而在自稳性好的软岩中，多采取后方注浆方式。
（四）二次注浆
二次注浆是以弥补一次注浆缺陷为目的进行的注浆。
具体作用如下：
1．补足一次注浆未充填的部分；
2，补充由浆体收缩引起的体积减小；
3．以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充。
以上述1、2为目的的二次注浆，多采用与一次注浆相同的浆液；
若以3为目的，多采用化学浆液。
（五）注浆量与注浆压力
注浆控制分为压力控制与注浆量控制两种。
应同时进行压力和注浆量控制。
1．注浆量
2．注浆压力
1K413034熟悉盾构法施工地层变形控制措施
本条文以密闭式盾构为主简要介绍盾构施工地层变形其控制措施。
二、盾构施工与地层变形控制
（一）地层变形原因
1．地层变形的主要原因大致分为条件因素和直接原因两类。
条件因素主要有：
覆土厚度、盾构直径、隧道线形、衬砌背后间隙、衬砌种类等。
2．直接原因由盾构掘进引发，主要有开挖面失稳、地下水位降低、推力过大、频繁纠偏、洞体土层失稳、盾体与洞体的摩擦力、衬砌背后产生间隙、注浆压力、衬砌变形、衬砌漏水等。
虽然地层变形的直接原因有很多，但大体可分为以下4类：
（1）地层应力释放产生的弹塑性变形，导致地层反力降低；
（2）土压增大产生的压缩变形，导致垂直土压增大或地层反力降低；
（3）附加土压产生的弹塑性变形，导致作用土压增大；
（4）伴随土的物理性能变化产生的弹塑性变形以及徐变变形，导致地层承载能力降低。
四、盾构施工与既有结构物防护
（四）新建隧道与既有结构物之间采取的措施
1．新建隧道与既有结构物之间采取的措施，主要有三种（如图1K413034-3所示）：
（1）盾构隧道周围地层加固；
（2）既有结构物基础地层加固；
（3）隔断盾构掘进地层应力与变形。
2．盾构隧道周围地层加固
盾构隧道周围地层加固的目的是提高周围土体强度，以减小盾构掘进时对周围地层的扰动，使加固区以外的地层不产生松弛，从而保护既有结构物。
通常采用的方法有：
注浆加固、高压喷射搅拌等。
3．既有结构物基础地层加固
既有结构物基础地层加固，是以提高结构物地基承载力、减小结构物地基变形为目的。
通常采用的方法同样是：
4．隔断盾构掘进地层应力与变形
隔断盾构掘进地层应力与变形，就是在盾构隧道与既有结构物之间构筑刚性好的构造体，以隔断地层变形对既有结构物的影响。
通常的方法就是在盾构隧道与结构物之间施作隔断桩，具体可选用高压旋喷桩、钢管桩、柱桩、连续墙等形式。
1K413035了解盾构机型选择要点
本条文简要介绍盾构机形式与分类。
二、盾构机类型与适用条件
（一）盾构机类型
盾构机可按照不同的分类方法进行分类。
1．按开挖面是否封闭划分（见图1K413035—1），可分为密闭式和敞开式两类。
2．按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构机又可分为土压式（常用泥引压式）和泥水式两种。
敞开式盾构机按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。
3．按盾构机的断面形状划分，有圆形和异形盾构机两类，其中异形盾构机主要有多圆形、马蹄形和矩形。
1K413040喷锚暗挖（矿山）法施工
1K413041掌握喷锚暗挖法的掘进方式选择
市政公用地下工程，因地下障碍物和周围环境限制通常采用喷锚暗挖（矿山）法施工，本条以浅埋暗挖法为主介绍喷锚暗挖（矿山）法掘进方式选择。
一、浅埋暗挖法与掘进方式
浅埋暗挖法施工因掘进方式不同，可分为众多的具体施工方法，如全断面法、正台阶法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法、中洞法、侧洞法、柱洞法等。
（一）全断面开挖法
1.全断面开挖法适用于土质稳定、断面较小的隧道施工，适宜人工开挖或小型机械作业。
2．全断面开挖法采取自上而下一次开挖成形，沿着轮廓开挖，按施工方案一次进尺并及时进行初期支护。
3．全断面开挖法的优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成，工序简便；
缺点是对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力。
（二）台阶开挖法
1.台阶开挖法适用于土质较好的隧道施工，软弱围岩、第四纪沉积地层隧道。
2.台阶开挖法将结构断面分成两个以上部分，即分成上下两个工作面或几个工作面，分步开挖。
根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法和中隔壁台阶法等。
正台阶法能较早使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。
3．台阶开挖法优点是具有足够的作业空间和较快的施工速度，灵活多变，适用性强。
（三）环形开挖预留核心土法
1.环形开挖预留核心土法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩、断面较大的隧道施工。
2．一般情况下，将断面分成环形拱部、上部核心土（4）、下部台阶（5）等三部分。
（四）单侧壁导坑法
1．单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中隧道施工。
（五）双侧壁导坑法
1．双侧壁导坑法又称眼镜工法。
当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。
（六）中隔壁法和交叉中隔壁法
1、中隔壁法也称CD工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体、且地面沉降要求严格的地下工程施工。
2．当CD工法不能满足要求时，可在CD工法基础上加设临时仰拱,即所谓的交叉中隔壁法（CRD工法）。
（七）中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩法（适用于地铁车站）
当地层条件差、断面特大时，一般设计成多跨结构，跨与跨之间有梁、柱连接，一般采用中洞法、侧洞法、柱洞法及洞桩法等施工，其核心思想是变大断面为中小断面，提高施工安全度。
1K413042掌握喷锚加固支护施工技术
一、喷锚暗挖与初期支护
（一）喷锚暗挖与支护加固
1．浅埋暗挖法施工地下结构需采用喷锚初期支护，主要包括钢筋网喷射混凝土、锚杆一钢筋网喷射混凝土、钢拱架一钢筋网喷射混凝土等支护结构形式。
2．在浅埋软岩地段、自稳性差的软弱破碎围岩、断层破碎带、砂土层等不良地质条件下施工时，若围岩自稳时间短、不能保证安全地完成初次支护，为确保施工安全，加快施工进度，应采用各种辅助技术进行加固处理，使开挖作业面围岩保持稳定。
（二）支护与加固技术措施
1.暗挖隧道内常用的技术措施
（1）超前锚杆或超前小导管支护；
（2）小导管周边注浆或围岩深孔注浆；
（3）设置临时仰拱。
2．暗挖隧道外常用的技术措施
（1）管棚超前支护；
（2）地表锚杆或地表注浆加固；
（3）冻结法固结地层；
（4）降低地下水位法。
二、暗挖隧道内加固支护技术
（一）主要材料
1．喷射混凝土应采用早强混凝土，其强度必须符合设计要求。
严禁选用具有碱活性集料。
可根据工程需要掺用外加剂，速凝剂应根据水泥品种、水灰比等，通过不同掺量的混凝土试验选择最佳掺量，使用前应做凝结时间试验，要求初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。
2．钢筋网材料宜采用QZ35钢，钢筋直径宜为6—12mm，网格尺寸宜采用150～300mm，搭接长度应符合规范。
钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固。
3．钢拱架宜选用钢筋、型钢、钢轨等制成，采用钢筋加工而成格栅的主筋直径不宜小于18mm。
（二）喷射混凝土前准备工作
1．喷射混凝土前，应检查开挖断面尺寸，清除开挖面、拱脚或墙脚处的土块等杂物，设置控制喷层厚度的标志。
对基面有滴水、淌水、集中出水点的情况，采用埋管等方法进行引导疏干。
2。
应根据工程地质及水文地质、喷射量等条件选择喷射方式，宜采用湿喷方式；
喷射厚度宜为50～100mm。
3．钢架应在开挖或喷射混凝土后及时架设；
超前锚杆、小导管支护宜与钢拱架、钢筋网配合使用；
长度宜为3.0～3.5m，并应大于循环进尺的2倍。
4。
超前锚杆、小导管支护是沿开挖轮廓线，以一定的外插角，向开挖面前方安装锚杆、导管，形成对前方围岩的预加固。
（三）喷射混凝土
1．喷射混凝土应紧跟开挖工作面，应分段、分片、分层，由下而上顺序进行，当岩面有较大凹洼时，应先填平。
分层喷射时，一次喷射厚度可根据喷射部位和设计厚度确定。
2．钢架应与喷射混凝土形成一体，钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实，钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40mm。
（五）隧道内锚杆注浆加固，锚杆施工应保证孔位的精度在允许偏差范围内，钻孔不宜平行于岩层层面，宜沿隧道周边径向钻孔。
锚杆必须安装垫板，垫板应与喷混凝土面密贴。
三、暗挖隧道外的超前加固技术
（一）降低地下水位法
1．当浅埋暗挖施工地下结构处于富水地层中，且地层的渗透性较好，应首选降低地下水位法达到稳定围岩、提高喷锚支护安全的目的。
含水的松散破碎地层宜采用降低地下水位法，不宜采用集中宣泄排水的方法。
2．在城市地下工程中采用降低地下水位法时，最重要的决策因素是确保降水引起的沉降不会对已存在构筑物或拟建构筑物的结构安全构成危害。
3．降低地下水位通常采用地面降水方法或隧道内辅助降水方法。
4．当采用降水方案不能满足要求时，应在开挖前进行帷幕预注浆，加固地层等堵水处理。
根据水文、地质钻孔和调查资料，预计有大量涌水或涌水量虽不大，但开挖后可能引起大规模塌方时，应在开挖前进行注浆堵水，加固围岩。
（二）地表锚杆（管）
1．地表锚杆（管）是一种地表预加固地层的措施，适用于浅埋暗挖、进出工作井地段和岩体松软破碎地段。
2．地面锚杆（管）按矩形或梅花形布置，先钻孔一吹净钻孔一用灌浆管灌浆一垂直插入锚杆杆体一孔口将杆体固定。
地面锚杆（管）支护，是由普通水泥砂浆和全粘结型锚杆构成地表预加固地层或围岩深孔注浆加固地层。
3．锚杆类型应根据地质条件、使用要求及锚固特性进行选择，可选用中空注浆锚杆、树脂锚杆、自钻式锚杆、砂浆锚杆和摩擦型锚杆。
（三）冻结法固结地层
1．冻结法是利用人工制冷技术，用于富水软弱地层的暗挖施工固结地层。
1K413043掌握衬砌及防水施工要求
喷锚暗挖（矿山）法施工隧道通常采用，以便保证隧道结构使用功能和运行安全。
本条文简要介绍防水结构施工要点。
一、防水结构施工原则
（二）复合式衬砌与防水体系
1．喷锚暗挖（矿山）法施工隧道通常采用复合式衬砌设计，衬砌结构是由初期（一次）支护、防水层和二次衬砌所组成。
2．喷锚暗挖（矿山）法施工隧道的复合式衬砌，以结构自防水为根本，辅加防水层组成防水体系，以变形缝、施工缝、后浇带、穿墙洞、预埋件、桩头等接缝部位混凝土及防水层施工为防水控制的重点。
三、复合式衬砌防水施工
（一）复合式衬砌防水层施工应优先选用射钉铺设。
（二）防水层施工时喷射混凝土表面应平顺，不得留有锚杆头或钢筋断头，表面漏水应及时引排，防水层接头应擦净。
防水层可在拱部和边墙按环状铺设，开挖和衬砌作业不得损坏防水层，铺设防水层地段距开挖面不应小于爆破安全距离，防水层纵横向铺设长度应根据开挖方法和设计断面确定。
（三）衬砌施工缝和沉降缝的止水带不得有割伤、破裂，固定应牢固，防止偏移，提高止水带部位混凝土浇筑的质量。
（四）二衬混凝土施工
1.二衬采用补偿收缩混凝土，具有良好的抗裂性能，主体结构防水混凝土在工程结构中不但承担防水作用，还要和钢筋一起承担结构受力作用。
．
2．二衬混凝土浇筑应采用组合钢模板体系和模板台车两种模板体系。
对模板及支撑结构进行验算，以保证其具有足够的强度、刚度和稳定性，防止发生变形和下沉。
模板接缝要拼贴平密，避免漏浆。
1K413044熟悉小导管注浆加固技术
小导管注浆是喷锚暗挖法隧道施工是浅埋暗挖隧道的常规施工工序。
本条文简要介绍小导管注浆加固技术及其施工要点。
一、适用条件与基本规定
（一）适用条件
1．小导管注浆支护加固技术可作为暗挖隧道常用的支护措施和超前加固措施，能配套使用多种注浆材料，施工速度快，施工机械简单，工序交换容易。
2．在软弱、破碎地层中成孔困难或易塌孔，且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，宜采取超前小导管注浆和超前预加固处理方法。
（二）基本规定
1．小导管支护和超前加固必须配合钢拱架使用。
用作小导管的钢管钻有注浆孔，以便向土体进行注浆加固，也有利于提高小导管自身刚度和强度。
二、技术要点
（一）小导管布设
1.常用设计参数：
钢管直径30～50mm，钢管长3—5m，焊接钢管或无缝钢管；
钢管钻设注浆孔间距为100～150mm，钢管沿拱的环向布置间距为300～500mm，钢管沿拱的环向外插角为5～15，小导管是受力杆件，因此两排小导管在纵向应有一定搭接长度，钢管沿隧道纵向的搭接长度一般不小于lm。
（二）注浆材料
1．注浆材料可采用改性水玻璃浆、普通水泥单液浆、水泥一水玻璃双液浆、超细水泥四种注浆材料。
一般情况下改性水玻璃浆适用于砂类土，水泥浆和水泥砂浆适用于卵石地层。
2．水泥浆或水泥砂浆主要成分为P．042．5级及以上的硅酸盐水泥、水泥砂浆；
水玻璃浓度应为40～45Be，外加剂应视不同地层和注浆法工艺进行选择。
（三）注浆工艺
1.应根据土质条件选择注浆工艺（法）。
2．在砂卵石地层中宜采用渗入注浆法；
在砂层中宜采用劈裂注浆法；
在黏土层中宜采用劈裂或电动硅化注浆法；
在淤泥质软土层中宜采用高压喷射注浆法。
三、施工控制要点
（二）保证注浆效果
1．浆液必须配比准确，符合设计要求。
2．注浆时间和注浆压力应由试验确定，应严格控制注浆压力。
一般条件下：
改性水玻璃浆、水泥浆初压宜为0．1～0．3MPa，砂质土终压一般应不大于0．5MPa，黏质土终压不应大于0．7MPa。
水玻璃—水泥浆初压宜为0.3～1.0MPa，终压宜为1.2～1.5MPa。
3，注浆施工期应进行监测，监测项目通常有地（路）隆起面、地下水污染等，特别是要采取必要措施防止注浆浆液溢出地面或超出注浆范围。
1K413045熟悉管棚施工技术
管棚超前支护是喷锚暗挖（矿山）施工隧道超前加固的辅助施工方法（简称管棚法）。
本条文简要介绍管棚法的施工技术。
一、结构组成与适用条件
（一）结构组成
2．管棚是由钢管和钢拱架组成。
钢管人土端制作成尖靴状或楔形，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打人钢管或钢插板，末端支架在钢拱架上，形成对开挖面前方围岩的预支护。
3．管棚中的钢管应按照设计要求进行加工和开孔，管内应灌注水泥浆或水泥砂浆，以便提高钢管自身刚度和强度。
（二）适用条件
1．适用于软弱地层和特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩，并对地层变形有严格要求的工程。
2．通常，在下列施工场合应考虑采用管棚进行超前支护：
（1）穿越铁路修建地下工程；
（2）穿越地下和地面结构物修建地下工程；
（3）修建大断面地下工程；
（4）隧道洞口段施工；
（5）通过断层破碎带等特殊地层；
（6）特殊地段，如大跨度地铁车站、重要文物保护区、河底、海底的地下工程施工等。
（一）主要材料要求
L管棚所用钢管一般选用直径70～180mm，壁厚4～8mm无缝钢管。
管节长度是工程具体情况而定，一般情况下短管棚采用的钢管每节长小于10m，长管棚采用的钢管每节长大于10m，或可采用出厂长度。
2．水泥砂浆主要成分为P．042．5级及以上的硅酸盐水泥，水泥砂浆宜采用中砂或粗砂；
外加剂应视不同地层选用；
配比应根据工程土质条件，经试验确定。
（二）施工技术要点
1．施
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