城市矿山法隧道施工安全与风险控制

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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月青岛引言1围岩变形特征与破坏机理2施工安全与风险控制3内容提要近接建（构）筑物施工4引言1一、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

2、；Ⅱ-衬砌全断面一次开挖法二、城市矿山法概述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1～1.5洞径。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

3、台阶法。上台阶长度仅3～5m，适用于机械化程度不高的地段。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

4、导坑法双侧壁导坑法返回二、城市矿山法概述3.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围岩变形特征与破坏机理2一、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

5、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、隧道塌方机理施工安全与风险控制3

6、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

7、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，对于施工安全控制至关重要。信息化施工近接建（构）筑物施工4一、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

8、、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