挖掘机具进行,并根据围岩稳定程度,在需要时应边开挖边支护。分部开挖时,断面上最先开挖导坑,再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动,分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型而定。在坚实、整体的岩层中,对中、小断面的隧道,可不分部而将全断面一次开挖。如遇松软、破碎地层,须分部开挖,并配合开挖及时设置临时支撑,以防止土石坍塌。喷锚支护的出现,使分部数目得以减少,并进而发展成新奥法。
(2)分类
按衬砌施工顺序,可分为先拱后墙法(类似地铁车站逆做法)及先墙后拱法两大类。后者又可按分部情况细分为漏斗棚架法、台阶法、全断面法和上下导坑先墙后拱法。在松软地层中,或在大跨度洞室的情况下,又有一种特殊的先墙后拱施工法──侧壁导坑先墙后拱法。此外,结合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点,还有一种居于两者之间的蘑菇形法。
(3)常用方法
台阶法、CD工法(跨度大)、CRD工法、双侧壁导坑法、联拱隧道中洞法等。
2、新奥法 (1)概念
新奥法是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时的进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。
新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下,采用毫秒爆破和光面爆破技术,进行全断面开挖施工,并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身,即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式,称为初次柔
性支护,需在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配,隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定,也就是说,承载地应力的主要是围岩体本身,而采用初次喷锚柔性支护的作用,是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥,第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。
(2)分类
(3)常用方法 后部将详细介绍。
3、新奥法核心
新奥法机理就是利用围岩自承能力,同时允许围岩发生一定的变形,这就需要一方面对围岩进行保护,另一方面约束围岩超度变形,并及时掌握围岩变形和承载状态,所以其三大核心为:光面爆破、锚喷支护、监控量测。
(1)光面爆破
隧道光面爆破是支撑新奥法原理的重要技术之一。是指通过正确选择爆破参数和合理的施工方法,分区分段微差爆破,达到爆破后轮廓线符合设计要求,掌子面平整、规则的一种控制爆破技术。
隧道应用光面爆破技术开挖与传统的方法相比,最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用,从而减少对围岩的扰动,保持围岩的稳定,充分发挥围岩的自承作用,确保施工安全,同时,又能减少超、欠挖,提高工程质量和效率,节约成本。
要使光面爆破取得良好效果,一般需掌握以下技术要点:
A、根据围岩特点,合理选定周边眼的间距和最小抵抗线,尽最大努力提高钻眼质量。
B、 严格控制周边眼的装药量,尽可能将药量沿眼长均匀分布。及线均匀性
C、 周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装药结构要求,可借助导爆索(传爆线)来实现空气间隔装药。
D、 采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序,使光面爆破具有良好的临空面。
E、边孔直径小于等于50mm。 (2)锚喷支护
喷锚支护指的是借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用(根据地质情况也可分别单独采用)加固岩层,分为临时性支护结构和永久性支护结构。 喷混凝土可以作为洞室围岩的初期支护,也可以作为永久性支护。喷锚支护是使锚杆、混凝土喷层和围岩形成共同作用的体系,防止岩体松动、分离。把一定厚度的围岩转变成自承拱,有效地稳定围岩。当岩体比较破碎时,还可以利用丝网拉挡锚杆之间的小岩块,增强混凝土喷层,辅助喷锚支护。
作用原理:
喷锚支护在洞室开挖后,支护及时,与围岩密贴,柔性好,有良好的物理力学性能,由于其为柔性支护,一定程度上能够承受与围岩共同变形。它能侵入围岩裂隙,封闭节理,加固结构面和层面,提高围岩的整体性和自承能力,抑制变形的发展。在支护与围岩的共同工作中,有效地控制和调整围岩应力的重分布,避免围岩松动和坍塌,加强围岩的稳定性。它不像传统的模筑混凝土衬砌那样,只是在洞室开挖后被动地承受围岩压力,而是主动地加固围岩。对喷锚支护作用原理的研究还不完善,有待进一步探索和改进。
(3)监控量测
简称围岩监测。为了解正施工中隧道围岩的岩石力学性质和支护结构的受力状态,保证施工安全,采用各种量测仪器对围岩和支护结构所进行的量测工作。包括对围岩和支护结构的应力、应变、变形和弹性波参数的监测
4、新奥法施工特点
(1)及时性:
新奥法施工采用喷锚支护为主要手段,可以最大限度地紧跟开挖作业面施工,因此可以利用开挖施工面的时空效应,以限制支护前的变形发展,阻止围岩进入松动的状态,在必要的情况下可以进行超前支护,加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。
在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展,并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载,增强了岩层的稳定性。
(2)封闭性:
由于喷锚支护能及时施工,而且是全面密粘的支护,因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落,制止膨胀岩体的潮解和膨胀,保护原有岩体强度。
巷道开挖后,围岩由于爆破作用产生新的裂缝,加上原有地质构造上的裂缝,随时都有可能产生变形或塌落。当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面,很好的充填围岩的裂隙,节理和凹穴,大大提高了围岩的强度。(提高围岩的粘聚力C和内摩擦角)。同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用,隔绝了水和空气同岩层的接触,使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开,导致围岩失去稳定。
(3)粘结性:
喷锚支护同围岩能全面粘结,这种粘结作用可以产生三种作用:
① 联锁作用,即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落,则引起临近岩块的联锁反应,相继丧失稳定,从而造成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行喷锚支护,喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏,防止个别威岩活石滑移和坠落,从而保持围岩的稳定性。
②复和作用,即围岩与支护构成一个复合体(受力体系)共同支护围岩。喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支