【文章內(nèi)容簡介】 2漏斗棚架法 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 也稱下導(dǎo)坑先墻后拱法。適用于較堅硬穩(wěn)定的巖層。施工時先開挖下導(dǎo)坑，在導(dǎo)坑上方開始由下向上作反臺階式的擴(kuò)大開挖，直至拱頂；隨后在兩側(cè)由上向下作正臺階式的擴(kuò)大開挖，直至邊墻底；全斷面完全開挖后，再由邊墻到頂拱修筑襯砌。施工順序見圖 2。此法在下導(dǎo)坑中設(shè)立的漏斗棚架 ,是用木料架設(shè)的臨時結(jié)構(gòu)。橫梁上鋪設(shè)輕便鋼軌，在下導(dǎo)坑運(yùn)輸線路上方留出縱向缺口 ,其上鋪橫木 ,相隔一定間距 ,留出漏斗口供漏碴用。在向上擴(kuò)大開挖時 ,棚架作工作平臺用。圖中 2至 5部爆出的石碴全落在棚架上，經(jīng)漏斗口卸 入下面的斗車運(yùn)出洞外。這種裝碴方式可減輕勞動強(qiáng)度。下導(dǎo)坑的寬度，一般按雙線斗車運(yùn)輸決定。由于寬度較大，在棚架橫梁下可增設(shè)中間立柱作臨時加固用。設(shè)立棚架區(qū)段的長度，安裝碴的各擴(kuò)大開挖部分的延長加上一定余量來決定。用漏斗棚架裝碴優(yōu)點(diǎn)顯著，故在中國以漏斗棚架命名。此法曾廣泛應(yīng)用于修建鐵路隧道。 3臺階法 又有正臺階法和反臺階法之分。①正臺階法系在穩(wěn)定性較差的巖層中施工時，將整個坑道斷面分為幾層，由上向下分部進(jìn)行開挖，每層開挖面的前后距離較小而形成幾個正臺階（圖 3a）。上部臺階的鉆眼作業(yè)和下部臺階的出碴， 可以平行進(jìn)行而使工效提高。全斷面完全開挖后，再由邊墻到頂拱筑襯砌。在坑道頂部最先開挖的第一層為一弧形導(dǎo)坑，需要鉆較多的炮眼，導(dǎo)坑超前距離很短，可使爆破時石碴直接拋落到導(dǎo)坑之外 ,以減輕扒碴工作量 ,從而提高掘進(jìn)速度。如坑道頂部巖層松動，應(yīng)即在導(dǎo)坑內(nèi)用錨桿或鋼拱架作臨時支護(hù)，以防坍塌。②反臺階法則用于穩(wěn)定性較好的巖層中施工，也將整個坑道斷面分為幾層，在坑道底層先開挖寬大的下導(dǎo)坑，再由下向上分部擴(kuò)大開挖（圖3b)。進(jìn)行上層的鉆眼時 ,須設(shè)立工作平臺或采用漏斗棚架，后者可供裝碴之用。 4全斷面法 將整個斷面 一次挖出的施工方法。適用于較好巖層中的中、小型斷面的隧道。此法能使用大型機(jī)械，如鑿巖臺車、大型裝碴機(jī)、槽式列車或梭式礦車、模板臺車和混凝土灌筑設(shè)備等進(jìn)行綜合機(jī)械化施工。新奧法的出現(xiàn)，擴(kuò)大了全斷面法和臺階法的適用范圍。 5上下導(dǎo)坑先墻后拱法 也稱全斷面分部開挖法。以前 ,在穩(wěn)定性較差的松軟巖層中，為提高襯砌的質(zhì)量，曾采用過此種先分部挖出全斷面，再按先墻后拱順序修筑襯砌的施工方法。采用此法開挖時，要用大量木料支撐，還需多次安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 頂替，施工既困難又不安全，故在中國未見采用。還稱之為奧國法或稱老奧法。 6 蘑菇形法 綜合先拱后墻法和漏斗棚架法的特點(diǎn)而形成的一種混合方案。開挖 1至 4部后呈現(xiàn)形似蘑菇狀的斷面，故名。在下導(dǎo)坑中設(shè)立漏斗棚架，供向上擴(kuò)大開挖時裝碴之用，同時當(dāng)拱部地質(zhì)條件較差時，為使施工安全可先筑頂拱。該法具有容易改變?yōu)槠渌椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)，遇巖層差時改為單純的先拱后墻法，巖層好時改為漏斗棚架法。在中國首先應(yīng)用于巖層基本穩(wěn)定的鐵路隧道施工，以后又用來修筑大斷面洞室，為減少設(shè)立模架作業(yè)及其所需材料，并加快施工進(jìn)度創(chuàng)造有利條件。 7側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法 簡稱側(cè)壁導(dǎo)坑法，也稱核心支持法。在很松軟、不穩(wěn)定 地層中修筑大跨度隧道時，為了施工安全，先沿坑道周邊分部開挖，隨即逐步由邊墻到頂拱修筑襯砌，以防止地層坍塌。開挖時可將臨時支撐和拱架都支承于坑道中間未被開挖的大塊核心地層上，在襯砌保護(hù)之下最后將此核心挖除，必要時再砌筑仰拱。側(cè)導(dǎo)坑的寬度較大，除包括邊墻以外，還須有通行出土斗車和工人以及砌筑邊墻的工作位置，才能使導(dǎo)坑開挖和邊墻襯砌作業(yè)同時進(jìn)行。為了核心部分地層的穩(wěn)定，也須保持足夠的寬度 ,且其寬度愈大，留在最后的開挖量愈大 ,開挖費(fèi)用就愈小。此法通常適用于圍巖壓力很大、地層不穩(wěn)定的大跨度隧道（如雙線或多線鐵路隧道和 道路隧道、運(yùn)河隧道）。在堅硬巖層中修建大跨度洞室時也常采用，利用其核心部分作為支承頂拱和邊墻模板的基礎(chǔ)；開挖時臨時支撐可大為減少，甚至完全免除。該法在外文文獻(xiàn)中至今還稱德國法。此外，在大斷面洞室施工時，還采用先拱后墻法與核心支持法、先拱后墻法與正臺階法等的混合方案。 8爆破開挖 隧道及地下工程施工的爆破與一般石方工程的爆破要求不同。為了便于裝碴和不損壞附近的臨時支撐或永久性襯砌，不使巖層爆得粉碎或碎落的巖塊過大，又不使爆破時的巖塊拋擲很遠(yuǎn)，故一般用松動爆破。由鉆眼、裝藥、封口、起爆、排煙、臨時支 護(hù)和出碴等作業(yè)，組成一個爆破循環(huán)，其中鉆眼和出碴占用大部分時間，應(yīng)使之機(jī)械化，如采用鑿巖機(jī)、裝碴機(jī)、礦用牽引機(jī)車等。 為了提高爆破效果，避免超挖或欠挖，并使坑道的輪廓符合設(shè)計要求，除須根據(jù)巖層情況和坑道斷面大小，選擇炮眼的數(shù)目、直徑、深度和裝藥量等參數(shù)之外，炮眼布置也是重要影響因素。 為了在爆破時開辟新的自由面（即臨空面），不論在導(dǎo)坑開挖還是在全斷面開挖時，通常在開挖面上布置位于中央的掏槽眼，及其周圍用以擴(kuò)大爆破范圍的輔助眼，和控制安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 開挖面輪廓的周邊眼等三類炮眼，并按先掏槽后周邊的次序先后起爆。掏槽眼的布 置形式一般有直眼掏槽和斜眼掏槽。前者的炮眼軸線與開挖面垂直，可將幾個掏槽眼布置成一字形、梅花形或螺旋形；斜眼的軸線則與開挖面斜交，并隨地質(zhì)構(gòu)造的不同，布置成楔形、錐形或扇形。 爆破材料大多采用威力較低、價格較廉的硝銨炸藥，有水時則用硝化甘油炸藥。起爆時以往大多用火雷管作火花起爆；后來改用電雷管、毫秒雷管，用電起爆；近期又出現(xiàn)用導(dǎo)爆管的非電起爆。 爆破開挖時，為保證開挖面輪廓準(zhǔn)確而平整，并控制對圍巖的震動，近年來，在爆破技術(shù)上發(fā)展和應(yīng)用了光面爆破、預(yù)裂爆破和毫秒爆破等新技術(shù)，達(dá)到了預(yù)期的爆破效果。 新奧法 發(fā)展 新奧法 即 新奧地利隧道施工方法 的簡稱， 原文是 New Austrian Tunnelling Method 簡稱 NATM ， 新奧法概念是奧地利學(xué)者拉布西維茲 （ L. V. RABCEW ICZ） 教授于 50 年代提出的， 它是以隧道工程經(jīng)驗和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)， 將錨桿和噴射混凝土組合在一起，作為主要支護(hù)手段的一種施工方法，經(jīng)過一些國家的許多實踐和理論研究， 于 60年代取得專利權(quán)并正式命名。 之后這個方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速發(fā)展， 已成 為現(xiàn)代隧道 工程新技術(shù)標(biāo)志之一。六十年代 NATM 被介紹到我國， 七十年代末八十年代初得到迅速發(fā)展。至今，可以說在所有重點(diǎn)難點(diǎn)的地下工程中都離不開 種基本方法。 新奧法施工特點(diǎn) 1及時性 新奧法施工采用噴錨支護(hù)為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應(yīng)，以限制支護(hù)前的變形發(fā)展，阻止圍巖進(jìn)入松動的狀態(tài)，在必要的情況下可以進(jìn)行超前支護(hù)，加之噴射混凝土的早強(qiáng)和全面粘結(jié)性因而保證了支護(hù)的及時性和有效性。 在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護(hù)能有效地制止巖層變形的發(fā)展，并控制應(yīng)力降低區(qū)的伸展而減輕支護(hù)的承載，增強(qiáng)了巖層的穩(wěn)定性。 2封閉性 由于噴錨支護(hù)能及時施工，而且是全面密粘的支護(hù)，因此能及時有效地防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護(hù)原有巖體強(qiáng)度。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 巷道開挖后，圍巖由于爆破作用產(chǎn)生新的裂縫，加上原有地質(zhì)構(gòu)造上的裂縫，隨時都有可能產(chǎn)生變形或塌落。當(dāng)噴射混凝土支護(hù)以較高的速度射向巖面，很好的充填圍巖的裂隙，節(jié)理和凹穴，大大提高了圍巖的強(qiáng)度。（提高圍巖的粘聚 力 C和內(nèi)摩擦角）。同時噴錨支護(hù)起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導(dǎo)致圍巖失去穩(wěn)定。 3粘結(jié)性 噴錨支護(hù)同圍巖能全面粘結(jié)，這種粘結(jié)作用可以產(chǎn)生三種作用： ① 聯(lián)鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊粘結(jié)在一起若圍巖的某塊危巖活石發(fā)生滑移墜落，則引起臨近巖塊的聯(lián)鎖反應(yīng)，相繼喪失穩(wěn)定，從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時進(jìn)行噴錨支護(hù)，噴錨支護(hù)的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別威巖活石滑移和墜落，從而保持圍巖的穩(wěn)定性。 ②復(fù)和作用， 即圍巖與支護(hù)構(gòu)成一個復(fù)合體（受力體系）共同支護(hù)圍巖。噴錨支護(hù)可以提高圍巖的穩(wěn)定性和自身的支撐能力，同時與圍巖形成了一個共同工作的力學(xué)系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用，從根本上改變了支架消極承擔(dān)的弱點(diǎn)。 ③增加作用。開巷后及時繼進(jìn)行噴錨支護(hù)，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不平引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免過大的應(yīng)力集中所造成的圍巖破壞；另一方面，使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態(tài)，提高了圍巖的粘結(jié)力 C和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。 4柔性 噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，能夠和圍 巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護(hù)具有一定柔性，可以和圍巖共同產(chǎn)生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護(hù)在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動破壞。 新奧法理論要點(diǎn)及施工要點(diǎn) 1 新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)松動圍巖。而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu)，構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護(hù) 結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成支撐環(huán)，來承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動破壞。 新奧法將圍巖視為巷道承載構(gòu)件的一部分，因此，施工時應(yīng)盡可能全斷面掘進(jìn)，以減少巷道周邊圍巖應(yīng)力的擾動，并采用光面爆破、微差爆破等措施。減少對圍巖的震動，以保全其整體性。同時注意巷道表面盡可能平滑，避免局部應(yīng)力集中。 新奧法將錨桿、噴射混凝土適當(dāng)進(jìn)行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和噴射混凝安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 土來支護(hù)圍巖，使噴射層與圍巖緊密結(jié)合，形成圍巖 支護(hù)系統(tǒng)，保持兩者的共同變形，故而可以最大限 度地利用圍巖本身的承載力。 2保護(hù)巷道圍巖自身的承載能力 新奧法施工在巷道開挖后采取了一系列綜合性措施：構(gòu)筑防水層、圍巖巷道排水；選擇合理的斷面形狀尺寸；給支護(hù)留變形余量；開巷后及時做好支護(hù)、封閉圍巖等，都是為保護(hù)巷道圍巖的自身承載能力，使圍巖的擾動影響控制在最小范圍內(nèi)，并加固圍巖，提高圍筵強(qiáng)度。使其與人工支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受巷道壓力。 3 允許圍巖由一定量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強(qiáng)度。同時巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)具有預(yù)定的可縮量，以緩和巷道壓力。 圍巖的變形是控制在一定范圍內(nèi)的，必 須避免圍巖變形過大，從而導(dǎo)致圍巖強(qiáng)度的削弱以致引起垮落、失穩(wěn)。支護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的變形量，允許巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形，以緩和來自巷道的巨大壓力，更進(jìn)一步減輕支護(hù)荷載。 4新奧法施工過程中量測工作的特殊性 由于巖體生成條件與地質(zhì)作用的復(fù)雜性，施工條件的復(fù)雜性，以及對工程設(shè)計參數(shù)的精確要求，得要通過許多量測手段，在施工過程中對圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。并用監(jiān)測結(jié)果修改初步設(shè)計，指導(dǎo)施工 .量測的結(jié)果可以作為施工現(xiàn)場分析參數(shù)和修改設(shè)計的依據(jù)，因而能夠預(yù)見事故和險情，以便 及時采取措施，防患于未然提到施工的安全程度。 由上所述，新奧法的支護(hù)原則是：圍巖不僅是載物體，而且是承載結(jié)構(gòu)；圍巖承載圈和支護(hù)體組成巷道的統(tǒng)一體，是一個力學(xué)體系；巷道的開挖和支護(hù)都是為保持改善與提高圍巖的自身支撐能力服務(wù)。 新奧法的主要支護(hù)手段與施工順序 新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護(hù)為主要支護(hù)手段，因錨桿噴射混凝土支護(hù)能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結(jié)的可縮性支護(hù)結(jié)構(gòu)，允許圍巖有一定的協(xié)調(diào)變形，而不使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過大的壓力。 施工順序可以概括為：開挖→一次支護(hù)→二次支護(hù)。 開挖 作業(yè)的內(nèi)容依次包括：鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)、出渣等。開挖作業(yè)與一次支護(hù)作業(yè)同時交叉進(jìn)行，為保護(hù)圍巖的自身支撐能力，第一次支護(hù)工作應(yīng)盡快進(jìn)行。為了沖分利用圍巖的自身支撐能力開挖應(yīng)采用灌面爆破（控制爆破）或機(jī)械開挖，并盡量采用全斷面開挖，地質(zhì)條件較差時可以采用分塊多次開挖。一次開挖長度應(yīng)根據(jù)巖質(zhì)條件和開挖方式確定。巖質(zhì)條件好時，長度可大一些，巖質(zhì)條件差時長度可小一些，在同等巖質(zhì)條件下，分塊多次開挖長度可大一些，全斷面開挖長度就要小一些。一般在中硬巖中長度約為 米，在膨脹性地層中大約為 米。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 第一次支護(hù)作業(yè)包括：一次噴射混凝土、打錨桿、聯(lián)網(wǎng)、立鋼拱架、復(fù)噴混凝土 ，在巷道開挖后，應(yīng)盡快地噴一層薄層混凝土（ 35mm），為爭取時間在較松散的圍巖掘進(jìn)中第一次支護(hù)作業(yè)是在開挖的渣堆上進(jìn)行的，待把未被渣堆覆蓋的開挖面的一次噴射混凝土完成后再出渣。按一定系統(tǒng)布置錨桿，加固深度圍巖，在圍巖內(nèi)形成承載拱，由噴層、錨桿及巖面承載拱構(gòu)成外拱，起臨時支護(hù)作用，同時又是永久支護(hù)的一部分。復(fù)噴后應(yīng)達(dá)到設(shè)計厚度（一般為 1015mm），并要求將錨桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架等覆裹在噴射混凝土內(nèi)。 完成第一次支護(hù)的時間非常重要，一 般情況應(yīng)在開挖后圍巖自穩(wěn)時間的二分之一時間內(nèi)完成。目前的施工經(jīng)驗是松散圍巖應(yīng)在爆破后三小時內(nèi)完成，主要由施工條件決定。 在地質(zhì)條件非常差的破碎帶或膨脹性地層（如風(fēng)華花崗巖）中開挖巷道，為了延長圍巖的自穩(wěn)時間，