[交通运输]城市矿山法隧道施工安全与风险控制.ppt
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1、城市矿山法隧道施工安全 与风险控制,仇文革 教授 西南交通大学 2011年9月 青岛,内 容 提 要,一、城市隧道的基本环境特征,1.地质类型 (1)土质(长三角地区等),一、城市隧道的基本环境特征,1.地质类型 (2)土岩混合,土,石,上软,下硬,青岛、大连等,石,石,土,广州、深圳等,忽软忽硬,一、城市隧道的基本环境特征,1.地质类型 (2)硬岩(北欧),一、城市隧道的基本环境特征,2.埋深特点 普遍较浅(中国),一、城市隧道的基本环境特征,3.周边环境 邻近既有建(构)筑物 施工相互影响大,风险高,二、城市矿山法概述,1.全断面开挖法,l-全断面开挖;-衬砌 全断面一次开挖法,二、城市矿
2、山法概述,1.全断面开挖法,适用条件 1)整体性好的围岩; 2)有大型施工机械; 3)适于采用大型机械化配合施工。 优点 缺点,二、城市矿山法概述,2.台阶法,台阶法根据台阶长度不同,可划分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种。,二、城市矿山法概述,(1)长台阶法。上台阶一般50m以上或大于5倍洞径,上下步可采用同类机械平行作业。 优缺点:干扰少、机械配套、通风和测量工作简单、可进行单工序作业,但要求围岩稳定性较好。,(2)短台阶法。上台阶长度小于5倍大于11.5洞径。 优缺点:可缩短仰拱封闭时间,利于开挖面稳定,但上下台阶作业干扰较大。,(3)超短台阶法。上台阶长度仅35m,适用于机械化程度
3、不高的地段。 优缺点:断面闭合较快,利于开挖面稳定,但上下台阶作业干扰很大。,二、城市矿山法概述,2.台阶法,至于施工中究竟采用何种台阶法(长、短、超短),要根据以下两个条件来决定: 初次支护形成闭合断面的时间要求,围岩越差,闭合时间要求越短; 上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。,二、城市矿山法概述,3.分部开挖法,分部开挖法可分为:环形开挖留核心土法、侧壁导坑法、中隔壁法(CD法和CRD法)、中洞法等。,二、城市矿山法概述,3.分部开挖法,环形开挖留核心土法,二、城市矿山法概述,3.分部开挖法,侧壁导坑法,单侧壁导坑法,双侧壁导坑法,返回,二、城市矿山法概述,3.
4、分部开挖法,中隔壁法,CD法,CRD法,二、城市矿山法概述,3.分部开挖法,中洞法,在连拱隧道或分叉隧道的喇叭口地段,先开挖两洞之间的立柱(或中墙)部分,完成立柱 (或中墙)混凝土浇筑后,再进行左右两洞开挖的施工。,二、城市矿山法概述,4.其他一些适合于特大断面隧道开挖方法,二、城市矿山法概述,4.其他一些适合于特大断面隧道开挖方法,预衬砌法,盾构辅助法,一、隧道开挖后的围岩变形特征,一、隧道开挖后的围岩变形特征,土体移动的空间效应,横向断面地层沉降形状,一、隧道开挖后的围岩变形特征,土体分层沉降示意图,一、隧道开挖后的围岩变形特征,地层移动的时间效应,一、隧道开挖后的围岩变形特征,地层损失理
5、论 地层移动由地层损失引起,并认为地表沉陷槽的体积应等于地层损失的体积。 该法的理论基础是:在隧道施工过程中产生了一定的地层损失,相当于从地层中挖去一块岩土体,形成一个空洞,从而导致上部的岩土体产生移动和变形,最终该空洞被填充,而在地表则形成体积等于空洞体积的沉降槽。,一、隧道开挖后的围岩变形特征,应该说,隧道开挖后,围岩的变形是不可避免的,但是如果在开挖后及时采取有效措施,则围岩变形处于可控范围,反之,在围岩变形超过某一极限值后发生塌方。,二、隧道塌方机理,二、隧道塌方机理,二、隧道塌方机理,1)有效支护 2)隧道埋深选择 3)曲线变轨 4)各分部开挖的贡献率 5)掌子面的预加固 6)信息化
6、施工,有效支护,隧道埋深选择,将隧道建在合适的深度,减小施工风险,曲线变轨,利用曲线变轨原理,根据先前监测数据预测有可能塌方时,提前改变施工方法或支护参数,使其沉降曲线改变原有轨迹,朝安全、稳定方向发展。,各分部的贡献率,通过分析各分部对拱顶沉降的贡献率,做到“好钢用在刀刃上”,重点控制主要块,快速施工次要块。,掌子面和侧墙对某点沉降的贡献率,径向锚杆固然重要,掌子面变形引起的土体变位也不容忽视。有时掌子面前方的超前锚杆显得更为重要。如“新意法”理念就是重视掌子面前方锚杆作用。,未有超前加固措施的,超前加固后,用玻璃纤维筋加固前方土体,信息化施工,作为新奥法三大要素之一的信息化施工,对于施工安
7、全控制至关重要。,信息化施工,一、基本概念,三大基本类型: (1)新建工程接近既有隧道施工 (2) 新建隧道接近既有工程 (3)两条及以上隧道近距离同期施工,一、基本概念,近接施工最主要的问题是新建工程将会对既有工程原来的稳定性产生影响。这种影响最本质的原因是由于新建工程的施工引起围岩应力状态再次重分布,从而导致一系列的力学行为变化。这种受力特征会因工程修建的时间先后关系、空间位置关系及其施工方法的不同而不同。,二、近接影响分区,建筑荷载下的地基附加应力场,二、近接影响分区,单一隧道的二次应力场影响范围,二、近接影响分区,由于建筑物地基的附加应力影响和隧道开挖引起的应力重分布都是局部的。从相距
8、的远到近,有一个应力场逐渐叠加的过程。,二、近接影响分区,近接施工的影响不仅存在着局域性,而且在局部的范围内应力重分布是有梯度变化的,这也表明影响程度是不同的,因此提出近接施工影响分区及标准。,二、近接影响分区,既有规范,我们认为仅适用于软土,硬岩地层 评判指标:安全系数 实现方法:强度折减法 多工况数值模拟,安全系数计算结果,考虑相对尺度的影响,分别计算了“隧道-建筑物”相对尺寸(D/B)为2、1、1/2的三种情况,对三种计算工况进行规律分析,建立影响分区如下:,青岛胶州湾海底隧道接线工程应用,对于上软下硬地层: (1)上面软层借鉴日本既有规范; (2)下面硬层与上述计算方法同。,青岛胶州湾
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- 关 键 词:
- 交通运输 城市 矿山 隧道 施工 安全 风险 控制
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