概述
(一)與地下工程施工有關的基礎技術
有關的基礎技術主要有:地基處理技術、錨固技術、支擋技術、初砌技術、爆破技術。
(二)影響地下工程施工技術選擇的主要因素
主要因素有:洞室圍岩的性質、洞室的體型特徵、施工條件。
(三)地下工程開挖與支護施工的主要類型
施工的主要類型:暗挖法、明挖法、特殊施工方法(連續牆等).
盾構施工技術
盾構施工是在地表以下土層中暗挖隧道的一種現代技術。
1.盾構的類型與構造
盾構可以從很多方面進行分類,一般分為開放式、部分開放式和封閉式三種類型。
盾構的標準斷面形式為圓形,也有矩形、橢圓形、馬蹄形、半圓、雙環及多環形等特殊形狀。
其基本構造則是由鋼殼、推進機系統、襯砌拼裝系統三部分構成的,切削刀盤和螺旋輸送機也是盾構機的主要設備。
盾構殼體一般由切口環、支承環和盾尾三部分組成;推進系統,由液壓設備和盾構千斤頂組成;襯砌拼裝系統,拼裝器是該系統的主要設備,常用的有槓桿式拼裝機和環式拼裝機兩種形式。
岩石地下工程施工
(一)鑽爆法施工技術
1.鑽爆法施工技術的優缺點
其優點表現在如下方面:
(1)比較靈活,可以很快地開始開挖施工;
(2)可以開挖各種形狀、尺寸、大小的地下洞室;
(3)既可以採用比較簡單便宜的施工設備,也可以採用先進、高效、比較貴的施工設備;
(4)可以適應堅硬完整的圍岩,也可以適應較為軟弱破碎的圍岩。
鑽爆法由於採用爆炸,在城市人口密集地區不能採用,因為震動可能影響附近的建築或居民生活,巨大的聲響也是不允許的。因此,一般短洞、地下大洞室、不是圓形的隧洞、地質條件變化大的地方都常用鑽爆法
2.鑽爆法的基本工序和要求
基本工序:鑽孔、裝藥、放炮、散煙、清撬、出渣、支護、襯砌。鑽孔、出渣是主要工序。
1)鑽孔
鑽孔的機具較多主要有手風鑽、氣腿風鑽、潛孔鑽、鑽車、鑽機等。
2)裝藥與放炮
隧洞開挖時,掏槽孔裝藥最多,周邊孔裝藥較少;掏槽孔藥卷直徑大些,連續裝藥;周邊孔藥卷直徑小些,間隔裝藥;中間塌落孔在兩者之間。中心掏槽孔附近各組之間採用毫秒延遲雷管起爆;靠外邊幾組可採用秒延遲雷管,各相隔1s或2s起爆。
3)清撬
是在爆破後將已完全鬆動,但尚未掉落下來的石塊撬下來。
4)出渣
出渣設備有兩大類:一類是裝卸設備,一類是運輸設備。
常用的裝車設備有側卸式輪式裝載機和蟹爪式扒料或氣動式翻斗裝料機。
常用的運輸設備有無軌運輸設備、有軌運輸設備(軌距610mm,0.6m3/車)。
5)通風
主要通風方式有兩種:壓入式、吸出式;大型的地下洞室一般要布置一些通風豎井、斜井。
6)其他輔助工作
(二)TBM法施工技術
掘進機法,簡稱TBM法。
1.全斷面掘進機的開挖施工
全斷面掘進機適宜於打長洞。
2.獨臂鑽的開挖施工
獨臂鑽適宜於開挖軟岩,不適宜於開挖地下水較多,圍岩不太穩定的地層。
3.天井鑽的開挖施工
天井鑽是專用來開挖豎井或斜井的大型鑽具。
4.帶盾構的TBM掘進法
當圍岩是軟弱破碎帶時,採用帶盾構的TBM,是一種較好的方法。
特殊開挖施工技術
地下工程施工的特殊開挖方法主要有:氣壓室法、冷凍法、分部開挖、分部支護法、超前灌漿、超前錨桿法。
長距離頂管技術
長距離頂管的施工程式是:先在管道的一端挖掘工作坑(井),完成後在其內安裝頂進設備,將管道頂入土層,邊頂進邊挖土,將管段逐節頂入土層內,直到頂至設計長度為止。
1、頂管技術的基本設備
頂管施工的基本設備主要包括管段前端的工具管,後部頂進設備及貫穿前後的出泥與氣壓設備,此外還有通風照明等設施。
工具管是長距離頂管的關鍵設備,從前向後由沖泥倉、操作室和控制室組成,頂進設備主要包括后座、主油缸、頂鐵和導軌等,出泥設備主要是吸泥機,此外還需有壓縮空氣供氣系統、照明系統。
2、頂管施工的關鍵技術與措施
長距離頂管的主要技術關鍵是:頂力問題、方向控制、制止正面坍方。
主要技術措施是:穿牆、糾偏與導向、局部氣壓、觸變泥漿減阻、中繼接力頂進。
氣動夯管錘鋪管施工
1、氣動夯管錘鋪管施工設備和配套機具
1)主機。
2)動力系統。
3)注油與管路系統。
4)連線固定系統。
5)注漿系統。
6)清土系統。
7)輔助工具。
2、氣動夯管錘鋪管的特點
1)地層適用範圍廣。
2)鋪管精度較高。
3)對地表的影響較小。
4)夯管錘鋪管適合較短長度的管道鋪設,
5)對鋪管材料的要求。夯管錘鋪管要求管道材料必須是鋼管,若要鋪設其他材料的管道,可鋪設鋼套管,再將工作管道穿人套管內
6)投資和施工成本低
7)工作坑要求低,通常只需很小施工深度,無需進行很複雜的深基坑支護作業
8)穿越河流時,無需在施工中清理管內土體,無滲水現象,確保施工人員安全。
導向鑽進法施工
1、導向鑽進法施工的基本原理
大多數導向鑽進採用沖洗液輔助破碎,鑽頭通常帶有一個斜面,因此當鑽桿不停地迴轉時則鑽出一個直孔,而當鑽頭朝著某個方向給進而不迴轉時,鑽孔發生偏斜。導向鑽頭內帶有一個探頭或發射器,探頭也可以固定在鑽頭後面。當鑽孔向前推進時,發射器發射出來的信號被地表接受器所接收和追蹤,因此可以監視方向、深度和其他參數。
成孔方式有兩種:乾式和濕式。乾式鑽具由擠壓鑽頭、探頭室和衝擊錘組成,靠衝擊擠壓成孔,不排土。濕式鑽具由射流鑽頭和探頭室組成,以高壓水射流切割土層,有時以頂驅式衝擊動力頭來破碎大塊卵石和硬地層。兩種成孔方式均以斜面鑽頭來控制鑽孔方向。若同時給進和迴轉鑽桿,斜面失去方向性,實現保直鑽進;若只給進而不迴轉,作用於斜面的反力使鑽頭改變方向,實現造斜。鑽頭軌跡的監視,一般由手持式地表探測器和孔底探頭來實現,地表探測器接收顯示位於鑽頭後面探頭髮出的信號(深度、頂角、工具面向角等參數),供操作人員掌握孔內情況,以便隨時進行調整。
2、鑽頭的選擇依據
1)在淤泥質粘土中施工,一般採用較大的鑽頭,以適應變向的要求。
2)在乾燥軟粘土中施工,採用中等尺寸鑽頭一般效果最佳(土層乾燥,可較快地實現方向控制)。
3)在硬粘土中,較小的鑽頭效果比較理想,但在施工中要保證鑽頭至少要比探頭外筒的尺寸大12mm以上。
4)在鈣質土層中,鑽頭向前推進十分困難,所以,較小直徑的鑽頭效果最佳。
5)在粗粒砂層,中等尺寸的鑽頭使用效果最佳。在這類地層中,一般採用耐磨性能好的硬質合金鑽頭來克服鑽頭的嚴重磨損。另外,鑽機的錨固和沖洗液質量是施工成敗的關鍵。
6)對於砂質淤泥,中等到大尺寸鑽頭效果較好。
7)對於緻密砂層,小尺寸錐形鑽頭效果最好,但要確保鑽頭尺寸大於探頭筒的尺寸。在這種土層中,向前推進較難,可較快地實現控向。另一方面,鑽機錨固是鑽孔成功的關鍵。
8)在礫石層中施工,鑲焊小尺寸硬質合金的鑽頭使用效果較佳。
9)對於固結的岩層,使用孔內動力鑽具鑽進效果最佳。
3、導向孔施工
導向孔施工步驟主要為:探頭裝入探頭盒內;導向鑽頭連線到鑽桿上;轉動鑽桿,測試探頭髮射是否正常;迴轉鑽進2m左右;開始按設計軌跡施工;導向孔完成。
導向孔施工多採用手提式地表導航儀來確定鑽頭所在的空間位置。導向儀器由探頭、地表接收器和同步顯示器組成。探頭放置在鑽頭附近的鑽具內。
鑽進時應特別注意糾偏過度,即偏向原來方向的反方向。為了避免這種情況的發生,鑽進少量進尺後便進行測量,檢驗調整鑽頭方向。
4、擴孔施工
擴孔是將導向孔孔徑擴大至所鋪設的管徑以上,以減小鋪管時的阻力。
其他非開挖施工方法
氣動夯管錘鋪管法和導向轉進法都屬於非開挖管線工程施工技術,一般適用於管徑小於900mm的管線鋪設工程。除了這兩種方法以外,常用的還有衝擊矛法、油壓夯管錘法、水平螺旋鑽進法、滾壓擠土法、微型隧道法等等。
施工方法
根據目前的技術條件,地下工程採用的主要施工方法可概括為以下幾類
在選擇施工方法時,要綜合考慮場地條件、工程地質和水文地質條件、地面交通狀況、工期要求,並做一定的技術經濟比較,從而確定最為經濟合理的施工方法。
地下工程明挖法施工
明挖法是構建地下工程常用施工方法,具有施工作業面多、速度快、工期短、易保證。
工程質量、工程造價低等優點;因此在地面交通和環境條件允許的前提下,應該儘可能採用。按地下工程主體結構的施工順序,明挖法又可分為明挖順作法、蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法等,後3種施工方法又統稱為明挖覆蓋施工法。
明挖法施工的一般程式是:從地表向下開挖基坑至設計標高,然後自下向上構築防水設施和主體結構,最後回填恢復路面。