浅埋矿山法介绍课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/8/1,#,#,2024/10/13,1,第六章 浅埋矿山法,第一节 矿山法 新奥法,2024/10/13,2,2024/10/13,3,新奥法简介,“,新奥地利隧道施工法,”,（,NATM,）法，由奥地利学派创始人之一米勒教授提出的。包括三方面的内容：,1,、支护,-,围岩共同作用原理。,2,、柔性支护观点,/,锚喷网综合支护主要支护手段。,3,、设计、施工、监测一条龙作业方式。,优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和施工顺序。,2024/10/13,4,􀂄,（,1,）良好的施工组织和管理，熟练的技术和量测人员；,􀂄,（,2,）开挖中暴露出的地质，会立刻改变其状态。要求施工地质人员天天亲临开挖面，以便发现问题；,􀂄,（,3,）用以控制施工过程的量测，常常会,给施工作业带来干扰或者不能及时提,量测信息；,新奥法的缺点,2024/10/13,5,1,、支护,-,围岩共同作用原理,围岩既是生产支护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构，支护,-,围岩作为整体相互作用，共同承担围岩压力。摒弃了过去岩体作为对支护结构的荷载采用厚衬砌的传统做法。,围岩压力是变形压力和松动压力的组合，大部分压力,(,特别是变形压力,),由围岩自身承担，只有少部分转移到支护结构上；支护荷载既取决于围岩的性质，又取决于支护结构的刚度和支护时间；围岩的松动区和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。,2024/10/13,6,支护,-,围岩共同作用原理图,支护,时间,刚度,早,晚,刚,柔,支护,2024/10/13,7,2,、柔性支护观点,支护刚度不必太大，当支护做完后，能与岩体一起生产一定的位移，释放部分变形能，但又能使支护足以保持平衡，保持围岩稳定。,柔性支护，尽早支护，既及时封闭围岩，防止风化，又能释放变形能，合理利用围岩与支护共同承担应力调整过程中的所有作用。,支护结构为闭合环，,锚喷网综合支护主要支护手段,。,2024/10/13,8,3,、设计、施工、监测一条龙作业方式,工程地质调查与相关实验,工程开挖与支护设计,施工与监测,是否稳定,2024/10/13,9,第二节 浅埋矿山法工序设计,1,、设计原理简述,基本思想：,应用岩石力学理论，提出充分利用围岩的自承载能力和开挖面空间约束作用，采用锚杆和喷砼为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护量测，监控来指导地下工程的设计与施工。,2024/10/13,10,浅埋矿山法的设计一般要经过“预设计”,和“修正设计”两个阶段。其施工要点可归纳,如下：,开挖作业，对完全的土质隧道可采用,机械或人工挖掘，对石质隧道多采用光面爆,破和预裂爆破，并尽量采用大断面或较大断,面开挖，以减少对围岩的扰动。尽量使隧道,断圆周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力,集小。,2024/10/13,11,初期支护，根据“预设计”采用不同的,文扩类型和参数及时施作喷射混凝土和锚,杆初期支护，以控制因岩的变形和松弛。在,浅埋软弱围岩地段，应使断面尽早闭合，以有,效地发挥支护体系的作用，保证隧道德定。,二次衬砌砌，在围岩与初期支护变形基,本稳定后修筑，围岩与支护结构形成一,个整体，因而提高体系的安全度。,2024/10/13,12,通过施工中对围岩和支护结构的动态观察、层测，合理安排施工程序，进行“修正设计”,及圈常的施工管理。,图,62,实施程序,2024/10/13,13,第三节 隧道掘进施工,目前在国内、外采用的方法大体上有以下几种：,全断面开挖法、台阶法、（其中包括长台阶法、短台阶法、超短台阶法；）分部开挖法（上半断面分部开挖、中隔壁法、）。,2024/10/13,14,隧道各种施工方法的选用及特点如下：,(1),全断面法,即全断面开挖法，是指按设计开挖面形。,优点：,全断面开挖有较大的工作空间，适用于大型配套机械化施工，施工速度较快，因单工作面作业，便于施工组织管理。,缺点：,但开挖面大，围岩相对稳定性降低，且每个循环工作量相对较大，因此要求具有较强的开挖、出渣能力相相应的支护能力。,2024/10/13,15,2024/10/13,16,采用全断面法开挖时应注意事项：,摸清开挖面前方的地质情况随时限备好应急措施,(,包括改变施工方法,),，以确保施工安今。尤其应注意突然发生的地质条件恶化，如地下泥石流。,各工序使用的机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的使用效率相各工序之间的协调进行在保证隧道稳定安全的条件下，提高施工速度。,在软弱破碎围岩中使用全断面法开挖时，应加强对辅助施工方法的设计和作业检查，以及支护后围岩的动态量测与监控。,2024/10/13,17,(2),台阶法,即台阶开挖法，一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开按成形。也采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。,台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度。但上下部作业有干扰。台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就铰为安全，注意下部作业时对上部稳定性的影响。,2024/10/13,18,2024/10/13,19,台阶法,有三种变化方案：,􀂄,a,、长台阶法,􀂄,上下台阶距离较远，上台阶超前,50m,以上,或,5,倍洞跨，施工中上下部可配大中型机械平行作业。,b,短台阶法,C,超,短台阶法,2024/10/13,20,台阶外挖时应汀意以下事项：,台阶长度要适当 长台阶、短台阶、微台阶三种、选用何种台阶，应根据两个条件来确定；具一是初期支护形成闭合断面的时间要求，岩稳定性愈差，闭合时间越短,P98,2024/10/13,21,2024/10/13,22,2024/10/13,23,(3),分部开挖,目的：,􀂄,是为了减小对围岩的扰动、保证掌子面的稳定、并能便利支撑，以保安全。,分部开挖的方法：,􀂄,是将掌子面（工作面）分为多个工作面，分部实施。,2024/10/13,24,2024/10/13,25,􀂄,（,3,）分部开挖法,􀂄,可分为三种变化方案：,􀂄,a,、台阶分部开挖法,􀂄,又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或,易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土支挡开挖,工作面利于及,2024/10/13,26,􀂄,b,、单侧壁导坑法,（,CD,法,-Center,diaphgram,）,􀂄,围岩较差，跨度大，地表沉陷难于控制时采用，此法单侧壁导坑超前，,2024/10/13,27,2024/10/13,28,􀂄,c,、双侧壁导,坑法,􀂄,适用于浅埋,大跨度隧道，,地表下沉量要,求严格，围岩,条件特别差,时，此法安全,可靠但速度,2024/10/13,29,注意事项：,P98,2024/10/13,30,2024/10/13,31,2,、隧道开挖方法：,隧道及地下工程施工基本作业：开挖（钻眼、,爆破、出渣）；支护（初期支护、永久性支护）；,铺设。,在岩层中开挖隧道、钻眼、爆破作业是少不了,的，所以也称为钻爆法施工。,（,1,）钻爆法,2024/10/13,32,2024/10/13,33,2024/10/13,34,瑞典阿特拉斯液压凿岩台车,H178,2024/10/13,35,3,、 隧道光面爆破技术,1,） 概述,（,1,）传统的隧道钻爆开挖法,（,2,）光面爆破技术,1950,年起源于瑞典，,1952,年在加拿大首次应用。, 光面爆破、预裂爆破、控制爆破之间的区别与联系；,2024/10/13,36,光面爆破（包括预裂爆破）的主要特点：,爆破后轮廓成型规整，符合设计断面的轮廓要求；,围岩保持稳定，不产生或很少产生炮震裂隙；,能为施工创造舒适安全的条件，加快施工进度；,节省工程造价。,2024/10/13,37,2,） 光面爆破的定义与分类,（,1,）定义：,􀂃,光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的方法。,􀂃,2024/10/13,38,预裂爆破则是周边眼最先起爆。先装药密度要适当地比光面爆破大一些，周边眼间距适当小一些，崩落距离与光面爆破周边眼的组小抵抗线相比也要小一些。爆破后，能精确地沿周边眼连线形成断裂面，把设计要求爆除的部分崩落下来，而使围岩稳定性不因爆破而遭到明显的破坏。,（,2,）光面爆破的三大类型：即轮廓线钻眼法、光面爆破法、预裂爆破法,2024/10/13,39,轮廓线钻眼法：最原始光面爆破方法。,要点：通过大量钻眼，人为制造弱面，使岩体沿弱面切开，形成平整的岩壁，,“,隔离,”,振动、应力波和裂缝传递，保护围岩稳定。,优点：能获得较好的光面爆破效果。,缺点：钻眼工作量大，费用高。,应用：在断层破碎带，软弱岩体以及城市为减轻振动影响的地区。,2024/10/13,40,预裂爆破法：,周边眼最先起爆的光面爆破方法。,要点：通过先起爆轮廓线炮眼，预裂制造出相互贯通的由炮眼组成的弱面，与原岩体分隔开来，使后续爆破不影响岩体，而造成光滑的平整壁面。,应用：完整的硬岩、中硬岩中深眼及深眼爆破。,优点：通过预裂起到较大的隔震作用。,2024/10/13,41,光面爆破法：修边爆破法，与预裂爆破法恰好相反，轮廓线炮眼是在其他炮眼爆破后最后起爆。,要点：合理设计周边眼参数，才能达到光面爆破目的。,应用：软岩、中硬岩隧道浅眼爆破。,比较：周边轮廓线上炮眼数一般,“,少于,”,预裂爆破法情况。,（,2024/10/13,42,3,）对光面爆破和预裂爆破技术的初步评价,目的（优点）：,􀀹,降低施工费用；,􀀹,改善隧道围岩稳定状况；,􀀹,改善支护结构物的受力状况；,􀀹,确保施工安全；,􀀹,延长使用寿命。,2024/10/13,43,缺点：,􀀹,炮眼数较一般爆破法要多一些，钻眼的准确性要求较高，,钻爆作业单项工序时间一般要增加一些；,􀀹,需要一些特殊器材，如专用炸药，毫秒雷管，导爆索（传爆线,2024/10/13,44,2),机械开挖法,2024/10/13,45,第四节 锚喷衬砌,初期支护,初期支护和永久支护,初期支护：是为了在施工过程中控制围岩的松弛和过度变形、并保证施工安全而施设的，它独自地或者是作为永久支护的一部分参与确保结构安全的结构；,永久支护：是保证运营期间的结构净空及承受可能出现的后期荷载而设置的。,2024/10/13,46,支护结构类型,通常采用的支护结构的类型有：喷混凝土、锚杆、格栅（或钢支撑）、二次衬砌。,2024/10/13,47,由喷混凝土、钢筋网喷混凝土、锚杆喷混凝土或锚杆钢筋网喷混凝土、钢纤维喷混凝土 等构成的衬砌。由于锚喷支护 是一种柔性结构，故能更有效地利用围岩的自支承能力维护洞室稳定，其受力性能一般优于整体式衬砌。,2024/10/13,48,1,、 锚杆,锚杆,(,索,),支扩在技术、经济方而的优越件，伎其在地铁工招领域中得到广泛应用和发展锚杆种类技其与支外体锚固形式可分为：,2024/10/13,49,端头锚固锚杆，利用内、外锚头的锚固来限制围岩变形松动。安装容易，工艺简单，安装后即可以起到支护作用，并能对围岩施加须应力。,但杆体易腐蚀，锚头易松动影响长期锚固力，一般用于硬岩地下工程中的临时加固。在隧道工程中，常用做局部锚杆。,2024/10/13,50,2024/10/13,51,2024/10/13,52,全长粘结式锚杆，采用水泥砂浆,(,或树脂,),作为填充粘结料，不仅有助于锚杆的抗剪和抗拉以及防腐蚀作用，而且具有较强的长期锚因能力，约束围岩位移。,安装简便，在无特殊要求的各类地下工程中，可大量用于初期支护和永久支护。隧道工程中，常用做系统锚杆前锚秆,2024/10/13,53,2024/10/13,54,2024/10/13,55,摩擦式锚杆是用一种沿纵向开缝,(,或领变形,),的钢管，桨人比钢管外径小的钻孔内，对孔壁,施加摩擦力，从而约束孔周岩体变形。安装容易，安装后立即起作用能及时控制围岩变形，又能与孔周变形相协调。但其管壁易锈蚀，故一般不适于作永久交护。,2024/10/13,56,混合式锚固锚杆是端头锚固方式与全长粘结锚固方式的结合使用，它既可以施加顶应力,又具有全长粘结锚杆的优点。但安装施工较复杂，一殷用于大体积、大范围工程结构的加固,2024/10/13,57,（,3,）锚杆,支承围岩,锚杆能限制约束围岩变形，并向围岩施加压力，从而使处于二向应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三向应力状态，因而能制止围岩强度的恶化,加固围岩,由于系统锚杆的加固作用，使围岩中，尤其是松动区的节理裂隙、破裂面等得以联结，因而增大了锚固区围岩的强度，有助于裂隙岩体和松动区形成整体成为“加固带”,2024/10/13,58,提高层间摩阻力，形成“组合梁”,对于水平或缀倾斜的层状围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学观点来着，就形成了“组合梁”,“悬吊”作用,所谓“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉落或滑,落，用锚杆将其同稳定围岩联结起来，这种作用主要表现在加固局部失稳的岩体,2024/10/13,59,2024/10/13,60,2,、喷射混凝土,喷射混凝土是使用混凝土喷射机，按,定的混合程序。将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速圃结成一层支护结构从而对围岩起到文护作用。,2024/10/13,61,2024/10/13,62,2024/10/13,63,2024/10/13,64,自动喷浆机,2024/10/13,65,（）钢纤维喷混凝土,钢纤维喷射混凝土是在普通喷射混凝上中，拌入适量钢纤维后形成的一种新型复合材料。,它具有高强度、大变形及破坏后存在较高残余强度的特点。,使喷射混凝土的韧性、冲击阻力、抗弯强度。抗剪强度、耐用系数和疲劳极限等都得到极大,改善，其柔性大大超过了普通喷射混凝土，抗弯强度大约增加,50%100%,，抗压强度可以提,高,30%50%,，韧性及冲击阻力也比一般喷射混凝土提高数倍。,2024/10/13,66,3,、钢拱架,钢拱架是对锚喷复合衬砌的再加强。钢拱架整体刚度大，能很好地与锚杆、钢筋网、喷射沿凝土结合，形成可靠的初期复合衬砌。,钢拱架的构造可以采用型钢、工宁钢、钢管或钢筋制成。现场采用以钢筋制作的格栅钢架较多。,2024/10/13,67,格栅,格栅是由钢筋焊接而成的构架，其在纵、横向的强度、刚度和稳定性基本相同，且能和锚杆、超前支护的构成连成一体。,主筋直径不宜小于,0mm,，断面高度应与喷射混凝土厚度相适应，一般为,120,180mm,。,2024/10/13,68,第五节 模筑混凝土施工,复合式衬砌,分两次修筑、中间加设薄膜防水层的衬砌称为复合式衬砌（复合式衬砌的外层常为锚喷支护，内层常为混凝土整体式衬砌，,2024/10/13,69,衬砌台车,暗洞,2024/10/13,70,明洞,2024/10/13,71,2024/10/13,72,主要施工设备,支护架设机,2024/10/13,73,仰拱栈桥,2024/10/13,74,自动喷浆机,2024/10/13,75,钻孔台车,2024/10/13,76,衬砌台车,暗洞,2024/10/13,77,明洞,2024/10/13,78,管棚钻机,2024/10/13,79,工作平台车,2024/10/13,80,挪威博依特,D600T,铲装机,2024/10/13,81,2024/10/13,82,2024/10/13,83,第六节 预支护及辅助稳定措施,隧道掌子面的直接开挖是以良好地层为前提的。但事实上这个假定只能是对稳定性较好的围岩成立，对于软弱破碎围岩则不然。,在这种情形中，即使是采取短进尺开挖，开挖面也会向下坍塌。其结果是造成文护和开挖面前方的更大坍塌，甚至影响后方的施作文护部分的稳定或波及地表沉陷。当地下水丰富时这种情况就更为严重。隧道工程事故主要来自于这一阶段。,2024/10/13,84,对软弱破碎围岩，需采取一些辅助稳定措施，诸如：在开挖过程中留核心土稳定工作面，施作超前锚杆钳固前方围岩，临时仰拱封底，管棚超前支护前方围岩，注浆加固围岩和堵水等。,1,超前锚杆和超前小钢管,超前锚杆,:,沿开挖轮廓线，将锚杆以一定的外插角斜向插入前方即将开挖的轮廓外周形成对前方围岩的预锚固，使得掌子面的开挖作业在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行。,特点：柔性较大，整体刚度较小。它们都可以与系统锚杆焊接以增强其整体性，在围岩应力较大时，其后期支护刚度仍有些不够大。,2024/10/13,85,适用条件：,围岩应力较小、地下水较少、岩体软弱破碎，开挖工作面有可能坍滑的隧道施工中，适合小型机械施工。,2024/10/13,86,2024/10/13,87,超前锚杆和超前小钢管的设计参数包括；直径、超前量、环向间距、外插角等。应视围岩类别、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件等，参照经验资料选用。,超前长度为循环进尺的,35,倍，搭接长度宜为超前长度的,40,60,左右，即大致形成双层或双排锚杆。,一舷可以仅在拱部设置，必要时也可以在边墙局部设置。,2024/10/13,88,2,管棚,管棚是利用钢管或钢插板作为纵向支撑、钢拱架作为横向环形支撑的一种复合衬砌形式。,管棚结构纵、横向整体刚度较大，能阻止和限制围岩变形，并能提前承受早期围岩压力。,管棚适用于特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、岩锥地段、砂土质地层、强膨胀性地层、流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩条件。如遇流塑状岩体或岩溶严重流泥地段，采用管棚与围岩预注浆相结合措施，亦是行之有效,的预支护方法如图,616,所示。,2024/10/13,89,2024/10/13,90,管棚预支护结构设计要点：管棚支护结构，一般按松弛荷载理论进行设计。根据围岩地质条件和施工条件及力学计算，如需要可在钢管内港注水泥砂浆、混凝土或放置钢筋笼并灌注水泥砂浆，可增加钢管刚度；钢管直径,80,180mm,，钢倍中心距离为,3050cm,。钢管长度一般为,1045m,。,2024/10/13,91,2024/10/13,92,3.,超前小导管注浆,超前小导管注浆施工，是在掌子面开挖前，先对掌子面及一定长度,(,通常,5m),范围内的坑道喷射,510cm,混凝土，或采用模筑混凝土封闭，然后沿开挖外轮廓线,(,即坑道周边,),向前以一定角度，打入管壁带小孔的小导管，并以一定压力,(,注浆压力应为,0.51.0MPa),向管内压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后坑道周围岩体便形成了具有一定厚度的加固圈。,2024/10/13,93,超前小导管局壁预注浆加固的机理为：,浆液被超前压注到岩体裂隙中并硬化后，它将破碎岩块或颗粒胶结成整体，同时，注浆填充了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水、防水的作用。,超前小导管周壁注浆适用于自稳时间很短的砂层、砂卵,(,砾,),石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋地段或处理塌方地段、地下水较多的软弱破碎围岩等地段。,2024/10/13,94,1,监控量测项目、测点布量与量测频率,隧道施工前，应根据埋深、地质、地面环境、开挖断面和施工方法，制定的测量项目,拟定监控量测方案。隧道断面上监控量测的测点布置可参见图,618,。,第七节 监控量测,应用监控量测信息指导设计与施工是锚喷暗挖法施工的重要组成部分。,2024/10/13,95,2024/10/13,96,必测项目,2024/10/13,97,选测项目,2024/10/13,98,2,监控量测信息对施工的控制,监控量测的各种变量如位移、应力、应变等，应及时绘出时态曲线：位移一时间曲线、应力一时间曲线、应变一时间曲线。,横坐标为时间，纵坐标为各类变量,(,位移、应力、应变,),。这些曲线可能形成极不规则的散点联线，如果将工序标在水平坐标上，就可以看各工序对隧道变形的影响；,这个散点图是作为分析的第一手原始资料，判断地层是否稳定的重要依据。,2024/10/13,99,反馈作用有以下几点：,最大允许位移值的控制。,根据隧道周边位移,(,收敛,),且测数据确定净空预留量。,二次衬砌施作时间的控制,测试数据对设计的反馈。,2024/10/13,100,3,。隧道施工中出现下列情况之一时，应立即停工，采取措施进行处理,周边及开挖面塌方、滑坡及破裂。,地表沉降量测数据有不断增大的趋势。,支护结构变形过大或出现明显的受力裂缝且不断发展。,时态曲线长时间没有变缓的趋势。,2024/10/13,101,新奥法主要包括哪些内容,?,浅埋矿山法的施工要点有哪些？,喷锚暗挖法的常用的开挖方法有哪些,?,喷锚暗挖法的常见支护措施有哪些,?,控制爆破包括那些内容？各自的起爆顺序是怎样的？,锚杆的种类有哪些？它的支护机理是什么？,2024/10/13,102,在软弱地层中实施喷锚暗挖法时，常见的辅助稳定措施有哪些,?,在喷锚暗挖法施工中，监控量测的项目有哪些？它对施工的反馈作用有哪些？,9.,什么是复合式衬砌？,