隧道單層襯砌技術(shù)

1、,,s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y,,,,,,隧道單層襯砌技術(shù),基于礦山法施工技術(shù)，對水下隧道襯砌結(jié)構(gòu)上水壓力分布模式進(jìn)行調(diào)研，形成調(diào)研報

2、告。提示：應(yīng)針對不同的地層結(jié)構(gòu)或巖性特征（滲透系數(shù)），分析水壓力的分布模式，以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)對策。,,12周作業(yè)：,單層襯砌定義 單層襯砌應(yīng)用現(xiàn)狀 設(shè)計(jì)基本理論 單層襯砌圍巖穩(wěn)定性分級 單層襯砌結(jié)構(gòu)形式 用作單層襯砌的噴射混凝土力學(xué)指標(biāo),,主要內(nèi)容,一、單層襯砌定義,單層襯砌是由單層或多層混凝土構(gòu)成的支護(hù)體系，支護(hù)層與襯砌層是一體的，各層間能夠充分傳遞剪力的支護(hù)體系，稱為單層襯砌。 最新的定義：取消防水板的前提下

3、，洞室開挖后立即噴射一層具有防水性能的混凝土，并根據(jù)圍巖級別設(shè)置必要的支護(hù)構(gòu)件，如錨桿、鋼拱架等，然后根據(jù)耐久性及平整度的要求，再施作（噴射或模筑）一層或多層混凝土，構(gòu)成層間具有很強(qiáng)粘接力并可充分傳遞剪力的支護(hù)體系。,單層襯砌,單層襯砌的承載機(jī)理 通過各混凝土層間徑向和縱向上的抗滑移性，使得各混凝土層形成共同承載體系。近似地，可以把單層襯砌結(jié)構(gòu)看作“組合梁”來分析其力學(xué)特性；復(fù)合式襯砌其結(jié)構(gòu)類似于“疊合梁”的力學(xué)行為。,

4、單層襯砌技術(shù)：濕噴技術(shù)；高分子和鋼纖維噴射混凝土的采用，解決噴射混凝土的防裂和耐久性問題；高分子或鋼纖維噴射混凝土施作后形成的隧道輪廓可能并不完全符合設(shè)計(jì)的襯砌內(nèi)輪廓理論曲線，但可以做到基本圓順，避免局部應(yīng)力集中，確保支護(hù)系統(tǒng)和圍巖的穩(wěn)定性。 同等荷載，厚度比復(fù)合式襯砌薄，減少開挖量和襯砌圬工量；基本不需要模板、拱架等，降低造價和縮短工期。,二、單層襯砌應(yīng)用現(xiàn)狀,以色列海法市卡邁爾公路隧道,國外工程,公路隧道：,以色列海法市卡邁

5、爾公路隧道,國外工程,公路隧道：,瑞士的VEREINA鐵路隧道鉆爆法施工的單層襯砌和用TBM施工的單層襯砌,國外工程,鐵路隧道：,瑞士阿爾卑斯山的旅游鐵路車站隧道,國外工程,鐵路隧道：,斯德哥爾摩地鐵車站和地鐵換乘大廳,國外工程,地鐵：,芬蘭赫爾辛基地鐵區(qū)間及車站,國外工程,地鐵：,地下酒窖,挪威Gjolasvik地下體育館,國外工程,其他工程：,芬蘭赫爾辛基Itakeskus Swimming Hall,成昆鐵路布祖灣隧道,國內(nèi)工程,

6、鐵路隧道：,西安南京鐵路萬軍迴隧道鋼纖維噴混凝土單層襯砌,茶園涪陵二級公路上的關(guān)長山隧道采用C25聚丙烯纖維噴射混凝土單層襯砌,國內(nèi)工程,公路隧道：,鐵路隧道：,三、設(shè)計(jì)基本理論——松動圈支護(hù)理論,,Q法在歐洲廣泛應(yīng)用，但需要確定六個系數(shù)；不太適合我國國情，因此以松動圈支護(hù)理論為基礎(chǔ)展開。,1、圍巖松動圈的概念 20世紀(jì)70年代末，以董方庭教授為首的課題組，提出了圍巖破裂過程中的巖石碎脹變形（碎脹力）是支護(hù)的

7、對象，并把在圍巖中發(fā)展的這個破裂區(qū)定義為圍巖松動圈；在國內(nèi)外首先提出了“圍巖松動圈支護(hù)理論”。 其主要包括三部分：圍巖松動圈支護(hù)理論、圍巖松動圈分類方法以及圍巖松動圈噴錨支護(hù)技術(shù)。,2、圍巖松動圈支護(hù)理論的立論 圍巖松動圈是隧道開挖后客觀和普遍存在的； 支護(hù)對象為松動破裂發(fā)展中的巖石碎脹變形或碎脹力； 支護(hù)的作用一方面是維護(hù)破裂的巖石在原位不垮落，另一方面是限制圍巖松動圈形成過程中的有害變形。,3、圍

8、巖松動圈穩(wěn)定性判據(jù) 松動圈是地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度相互作用的結(jié)果，它是一個綜合指標(biāo)。 松動圈越大，圍巖收斂變形量越大、支護(hù)越困難，反之則易。松動圈的大小反映了支護(hù)的困難程度。 松動圈與有無支護(hù)關(guān)系不大 。,,4、圍巖松動圈分類,5、圍巖松動圈測試技術(shù) 圍巖松動圈是圍巖應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度之后而在洞室周邊形成的破裂帶，其物理狀態(tài)表現(xiàn)為破裂縫的增加及巖體應(yīng)力水平的降低。 松動圈測試就是檢測隧

9、道開挖后新的破壞裂縫及其分布范圍，圍巖中有新破裂縫與沒有破裂縫的界面位置就是松動圈的邊界。 圍巖松動圈的測試技術(shù)主要有：超聲波測井探測法及地質(zhì)雷達(dá)法。,（1）超聲波測井探測法 超聲波在巖體中的傳播速度與裂隙程度及巖體受力狀態(tài)有關(guān)，巖體整體性好，彈性聲波速度快，巖體裂隙發(fā)育，彈性波速低。,,（a）波速-孔深曲線 (b) 時間-孔深曲線,,雙孔測試示意圖

10、 單孔測試示意圖,（2）地質(zhì)雷達(dá)探測法 地質(zhì)雷達(dá)探測法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)通過記錄電磁反射波信號的強(qiáng)弱及到達(dá)時間來判定電性異常體的幾何形態(tài)和巖性特征，介質(zhì)中的反射波形成雷達(dá)剖面，通過異常體反射波的走時、振幅和相位特征來識別目標(biāo)體，便可推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)。,（2）地質(zhì)雷達(dá)探測法 雷達(dá)測試圍巖松動圈的基本原理是：圍巖松動圈是以圍巖破壞產(chǎn)生宏觀裂隙形成的物性界面為主要特征，在該范圍內(nèi)巖體呈破

11、裂松弛狀，地質(zhì)雷達(dá)在掃描過程中，發(fā)出的電磁波在松動圈內(nèi)傳播時，波形呈雜亂無章狀態(tài)，無明顯同相軸；當(dāng)電磁波經(jīng)過松動圈與非破壞區(qū)交界面時，必然發(fā)生較強(qiáng)的反射，從而可以根據(jù)反射波圖像特征來確定圍巖松動圈的范圍。,四、單層襯砌圍巖穩(wěn)定性分級,根據(jù)對圍巖穩(wěn)定性的分析評價及單層襯砌的作用機(jī)理分析，在單層襯砌設(shè)計(jì)過程中，分兩階段進(jìn)行設(shè)計(jì)：即施工前的預(yù)設(shè)計(jì)和施工過程中的修正設(shè)計(jì)。 單層襯砌穩(wěn)定性分級遠(yuǎn)期應(yīng)該與國際接軌，推薦采用為與Q系

12、統(tǒng)相同的9級。根據(jù)我們的研究，提出了兩階段單層襯砌隧道穩(wěn)定性分級。,預(yù)設(shè)計(jì)階段單層襯砌隧道穩(wěn)定性分級,施工階段單層襯砌隧道穩(wěn)定性分級,五、單層襯砌結(jié)構(gòu)形式,,,各級圍巖單層襯砌支護(hù)機(jī)理及支護(hù)型式,,單層襯砌支護(hù)形式,六、用作單層襯砌的噴射混凝土力學(xué)指標(biāo),設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度,,,日本,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度,,,EFNARC,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度,,,挪威,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度,,中國,看出：我國和日本的規(guī)定水準(zhǔn)相對較低，歐洲規(guī)范，很少有用小于C25的噴混凝土，噴混凝土

13、的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度有向高強(qiáng)度方向發(fā)展。,噴混凝土的初期強(qiáng)度,,日本,噴混凝土的初期強(qiáng)度,,挪威,噴混凝土的初期強(qiáng)度,,EFNARC,,噴混凝土的初期強(qiáng)度,,中國,,《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ214-2005）中對初期強(qiáng)度有這樣的規(guī)定，3h強(qiáng)度達(dá)到1.5MPa，24h強(qiáng)度達(dá)到5.0MPa。,纖維噴混凝土的彎曲韌性,,,《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 38：2004）對鋼纖維噴射混凝土的韌性指標(biāo)：作為圍巖支護(hù)和襯砌的鋼纖維

14、噴射混凝土，其彎曲韌度比一般要求不小于0.70；采用平板加載試驗(yàn)（EFNARC）確定韌度指標(biāo)時，用作單層永久襯砌，相應(yīng)于撓度為25mm的變形能需達(dá)到700J。,噴混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度,,粘結(jié)強(qiáng)度有兩種：抗拉粘結(jié)強(qiáng)度與抗剪粘結(jié)強(qiáng)度?？估辰Y(jié)強(qiáng)度是衡量噴射混凝土在受到垂直于結(jié)合界面上的拉應(yīng)力時保持粘結(jié)的能力；而抗剪粘結(jié)強(qiáng)度則是抵抗平行于結(jié)合面上作用力的能力。,噴混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度,,EFNARC,挪威規(guī)定: 粘結(jié)強(qiáng)度在0.2~1.8 MPa之間