《地下工程施工》PPT课件

第十三章 地下工程施工,地下建筑物施工的主要内容包括：测量放线，开挖出渣，衬砌（支护）和其它辅助工作。,地下工程施工的特点：工作面小、工序多、干拢性大、施工条件差、施工组织复杂、受地质与水文地质条件影响大。 开挖掘进方法：钻爆法（钻架台车、轮胎式多臂钻岩机）、掘进机开挖。 衬砌和支护型式：混凝土衬砌、喷锚支护（新奥法施工）,12-1 地下工程开挖方式,一、平洞开挖方式 1、开挖方式的选择主要取决于隧洞围岩的类别，断面尺寸、施工机械化程度和施工水平。 2、有全断面开挖法和导洞开挖法。,全断面开挖法,1、在整个断面上一次钻爆开挖成型， 适用于围岩稳定性好，优点临时支护少，易于保证混凝土衬砌的整体性。 2、全断面开挖又分为垂直掌子面掘进（大型机械化施工）和台阶掌子面掘进（断面大、围岩稳定性好，无大型机械设备）,全断面开挖方法（单位 m） 开挖及衬砌程序,导洞开挖法,1、先开挖断面的一部分，然后开挖至整个设计断面。 2、根据导洞与扩大部分的开挖次序：专进法，并进法。 3、根据导洞在横断面位置的不同：下导洞、上导洞、中导洞、双导洞。 3、导洞的形状：上窄下宽的标形断面。,1、下导洞法： 1）适用：岩石稳定、地下水较多。 2）特点：运输方便、爆破效果好、排水容易、开挖与衬砌施工干扰小，施工速度快，顶部钻孔困难，施工安全性差。,下导洞开挖法施工顺序1下导洞；2顶部扩大；3上部扩大；4下部扩大；5边墙衬砌6顶拱衬砌；7底板衬砌；8漏斗棚架；9脚手架,2、上导洞开挖法： 1）适用：岩石稳定性差、地下水不多、机械化程度不高。 2）特点：顶部开挖规格易于掌握，支撑简单，施工安全性好，上部出碴线路需转移、排水不便，开挖与衬砌干扰、施工建度慢。,二、竖井、斜井的开挖方式 竖井和斜井是水电站地下厂房中常见的建筑物，竖井和斜井高度较高，断面相对较小，井线与水平夹角大于75的为竖井；井线与水平夹角为4075的为斜井；洞线与水平夹角为640的为斜洞。,竖井施工特点是竖向作业，即竖向开挖、竖向出碴和竖向衬砌。竖井的另一特点是与水平隧洞相通，因此，可先挖通与竖井相连通的水平通道，为竖井施工创造条件。一般竖井施工有全断面法和导井法。,大钻机开挖竖井 （a）钻导井；（b）导井扩大；（c）扩挖竖井,吊罐法开挖竖井 （a）自下而上开挖导井;（b）自上而下扩挖导井,倾角大于48的斜井，施工条件与竖井相近，可按竖井方法施工。倾角小于30的斜洞，一般采用自下而上的全断面开挖法，用卷扬机提升出渣，开挖完成后衬砌。倾角在3048的斜井，可采用自下而上挖导井，自上而下扩大开挖的方法，利用重力溜渣，由下部通道出渣。,三、地下厂房开挖方式 地下厂房的特点是，跨度大、边墙高，相邻洞室距离近，交叉洞口多。 大型洞室的施工，常采用先拱部后底部，先外缘后核心，由上而下、上下结合，留岩墙岩柱，跳格开挖，跳格衬砌支护等施工方法。,主厂房开挖程序示意图,第二节 钻孔爆破开挖,钻孔爆破法是地下建筑物施工中常用的开挖方法，其主要施工顺序是钻孔、装药爆破、出渣及相应的辅助工作。,一、钻孔爆破设计 1、钻孔爆破设计的主要任务是：确定开挖断面的炮孔布置（位置、方向和深度）；确保各类炮孔的装药量、装药结构及堵孔方式；确定各类炮孔的起爆方法和起爆顺序。 2、炮孔按作用分为掏槽孔、崩落孔和周边孔 3、为了减弱对围岩的影响和减少超欠开挖量，隧洞开挖常采用光面爆破。,4、 炮孔数量和装药量：常采用类比法或经验公式法，结合具体工程进行现场试验确定较合理的炮孔数量和各种炮孔类型的炮孔间距。 5、炮孔深度：根据开挖断面的大小，岩层性质、掏槽型式、钻机型式和掘进循环作业时间进行选择。根据经验，炮孔深度为隧洞开挖断面宽度的0.50.85倍，同时还应与循环作业时间相协调。,二、钻孔爆破循环作业 工序有钻孔准备、钻孔、装药、爆破、通风排烟、安全检查、出渣、延长运输线路和风水电管线等。,三、循环作业 掘进一次的工序组合，称为循环作业。在一昼夜中的循环次数应为整数，因此，常采用的循环时间为4、6、8、12h等。,第三节 掘进机开挖,1、掘进机是一种专用的隧洞掘进设备。它依靠机械的强大推力和剪切力破碎岩石，配合连续出碴，具有比钻爆法更高的掘进速度。 2、缺点，主要有初期投资（设备费用）大；刀具磨损快；刀具更换、电缆延伸、机器调整等辅助工作占时较长；掘进时释放热量大；要求通风能力强。,掘进机施工示意图,第四节 衬砌,1、地下洞室开挖后，为了防止围岩风化和坍落，保证围岩稳定，往往要对洞壁进行衬砌。 2、衬砌类型有现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌、混凝土预制块或条石安砌、预填骨料压浆衬砌等。,一、隧洞衬砌的分段分块及浇筑顺序 1、水工隧洞较长，纵向需要分段进行浇筑，当结构上设有永久伸缩缝时，可利用结构永久缝分段；当结构永久缝间距离过大或无永久缝时，可设施工缝分段，并作好施工缝的处理。 2、分段浇筑的顺序有：跳仓浇筑、分段流水浇筑和分段留空档浇筑等三种方式。 3、衬砌施工在横断面上也采用分块浇筑。常采用的浇筑顺序为，先底拱（底板）、后边拱（边墙）和顶拱。,跳仓浇筑 分段流水浇筑 分段留空档浇筑,横断面分块浇筑,二、隧洞衬砌模板 1、按浇筑部位不同，可分为底拱模板、边拱（边墙）和顶拱模板。 2、底拱模板，当中心角较小时，用弧形样板将表面刮成弧形。对于中心角较大的底拱，一般采用悬挂式弧形模板。对洞径一致的中、大型隧洞的底拱浇筑，也可采用拖模法施工。但必须严格控制施工工艺。 3、边拱（边墙）和顶拱的模板，常用的有桁架式和移动式两种形状。,三、衬砌混凝土的浇筑和封拱 1、隧洞衬砌内的钢筋，是在洞外制作，运入洞内安装绑扎。扎筋工作，常在立好模板并预留端部挡板的时候进行。钢筋是靠预先插入岩壁的锚筋固定。 2、隧洞混凝土浇筑能力的关键是混凝土的运输组合。,3、在浇筑顶拱时，浇筑段的最后一个预留窗口的混凝土封堵，称为封拱。封拱工作,常采取以下两种措施：封拱盒封拱、混凝土泵封拱,采用封拱盒封拱,混凝土泵封拱示意图,四、隧洞灌浆 1、隧洞灌浆有回填灌浆和固结灌浆。前者的作用是填塞围岩与衬砌间空隙，所以只限于拱顶一定范围内；后者的作用是加固围岩，提高围岩的整体性和强度，所以其范围包括断面四周的围岩。 2、水工隧洞灌浆应按先回填后固结的顺序进行，回填灌浆应在衬砌混凝土达到70%设计强度后尽早进行。回填灌浆结束7天后再进行固结灌浆。,灌浆孔的布置,第五节 喷锚支护,1、喷锚支护是喷混凝土支护、锚杆支护、喷混凝土锚杆支护、喷混凝土锚杆钢丝网支护等不同支护型式的统称。 2、喷锚支护的施工特点，是在洞室开挖后，将围岩冲洗干净，适时喷上一层厚38cm的混凝土，防止围岩松动。如发现围岩变形过大，可视需要及时加设锚杆或加厚混凝土，使围岩稳定。不适用于地下水丰富的地区。 3、是新奥地利隧道工程法（新奥法）的主要支护措施。,一、喷锚支护原理,洞室开挖后，洞室周围的岩体（围岩）将向着临空面变形，变形是随时间而增大，增大到一定程度，围岩将产生坍塌。因此，在围岩产生一定变形前，应及时采用既有一定刚度又有一定柔性的薄层支护结构，使支护与围岩紧密地粘结成一个整体，既限制围岩变形又可与围岩“同步变形”, 从而加固和保护围岩，使围岩成为支护的主体，充分发挥围岩自身承载能力，增加了围岩的稳定性。,二、锚杆支护,锚杆是锚固在岩体中的杆件，锚杆插入岩体后，与围岩共同工作，提高了围岩的自稳能力。工程中常用的锚杆，按锚杆种类分,有钢筋锚杆和钢丝索锚索。按锚杆的受力条件分，可分为不加预应力锚杆和加预应力锚杆。按锚固方式可分为集中锚固和全长锚固。,围岩楔形体锚杆支护,三、喷混凝土施工,1、喷混凝土是将水泥、砂、石等骨料，按一定配合比拌和后，装入喷射机中，用压缩空气将混合料压送到喷头处，与水混合后高速喷到作业面上，快速凝固而成一种薄层支护结构。 2、喷射混凝土不但与围岩表面有一定的粘结力，而且能充填围岩的缝隙，提高了围岩的整体性和强度，增强了围岩抵抗位移和松动的能力，同时还起到了封闭围岩，防止风化的作用，是一种高效、早强、经济的轻型支护结构。,3、目前常用喷射混凝土有：素喷混凝土、钢纤维喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土。,施工工艺,喷射混凝土的施工方法有干喷、潮喷、湿喷和半湿喷四种。主要区别是投料的程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。,干喷工艺流程,混合喷射工艺流程,湿喷工艺流程,钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土中加入钢纤维，弥补了素喷混凝土的脆性破坏缺陷，改善了喷射混凝土的物理力学性能。 钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射素混凝土。主要用于软弱破碎围岩，更多的是与锚杆构成联合支护，在我国隧洞工程中应用较多。,施喷注意事项,（1）喷射时应分段（不超过6m）、分部（先下后上）、分块（2m2m）进行，先墙后拱。 （2）喷头与受喷面的倾斜角度不大于10，距离受喷面0.81.2m。喷头移动可采用S形往返移动前进，也可采用螺旋形移动前进。 （3）喷射时一次喷射厚度不得太薄或太厚。 （4）若设计喷射混凝土较厚，应分23层喷射。,（5）喷射混凝土的养护应在其终凝12h后进行，养护时间不得小于7d。 （6）冬季施工时，喷射混凝土作业区的气温不得低于5；混凝土强度未达到设计强度的50%时应注意采取保温防冻措施。 （7）回弹物料的利用。采用干法喷射混凝土时，应及时将洁净的尚未凝结的回弹物回收后，掺入混合料重新搅拌，但掺量不宜超过15%，且不宜用于顶拱。,