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切槽_百度百科

发布时间:2019-09-08 作者:admin 来源:未知

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  切槽法是一种独特的施工技术,是介于浅埋暗挖法和盾构法之间的一种方法,它和浅埋暗挖法配合可以形成复杂地质和地面环境下的新型隧道施工技术。采用此法可大大提高施工的机械化水平,同时可有效地控制地表沉降。由于这种方法可有效控制覆盖层沉降,因此即使覆盖层很薄也可以安全地全断面或半断面开挖大断面隧道,大大降低了地表沉降和塌陷的风险,可保障人员安全和施工环境。

  切槽法是一种独特的施工技术,是介于浅埋暗挖法和盾构法之间的一种方法,它和浅埋暗挖法配合可以形成复杂地质和地面环境下的新型隧道施工技术。采用此法可大大提高施工的机械化水平,同时可有效地控制地表沉降。由于这种方法可有效控制覆盖层沉降,因此即使覆盖层很薄也可以安全地全断面或半断面开挖大断面隧道,大大降低了地表沉降和塌陷的风险,可保障人员安全和施工环境。

  由于切槽的阻隔作用,这种技术在近接施工的优越性也很明显。这种方法特别适用于以下场合:①土砂等强度极低的场合;②埋深浅,需严格控制地表沉降的场合;③近接重要建筑物的场合。相对于盾构法,这种方法具有经济、施工速度高以及灵活等特点。其断面形式不拘泥于圆形,且开挖断面是开敞式的,便于多变地质情况下的施工处理;在掌子面不稳定的情况下可以进行其加固处理,且可以进行多工作面同时作业, 在工期比较紧张的情况下仍然可以满足要求;设备造价不到盾构的1/4,便于国产化

  软土隧道施工中一个最明显的现象是地层“减压”。大量的工程实例表明,开挖引起的围岩应力重分布在掌子面前方一段非常有限的区域内已经产生, 开挖引起的围岩位移一般在掌子面前方1~1.5倍洞径处开始出现; 在掌子面产生的位移占总位移的1/4~1/3,甚至更多,并且在掌子面前后这种位移的增加是最剧烈的,因而危险区域也主要在掌子面前后这一段。在浅埋城市隧道中,要求将施工引起的地表沉降及隧道顶部位移限制在较小范围内。这种伴随着开挖而产生的“减压”现象无疑是不利的,因而人们设想在隧道掘进之前,在掌子面前方的地层中,预先构筑支护或衬砌层,然后在预支护保护下进行开挖作业,这就是预支护的概念,用于软土的机械切槽法即是预支护的一种。

  机械切槽法的基本原理是沿修建拱圈拱腹的理论断面切割一条有限厚度的沟槽,同时向沟槽内灌注混凝土,以构成连续的超前预筑拱,以减少开挖过程中的“减压”,减小地表及拱顶沉降,保证掌子面的稳定。

  切槽技术是一项适于复杂地质条件下的独特的隧道预支护技术。其工艺概要为:

  (1) 在工作面开挖前,用特制的链式机械切刀沿断面周边连续切割出一条宽约数十厘米、深数米的窄槽。为使预筑拱有一定的宽度,软岩中的切槽宽度一般比硬岩大,常用的切槽宽度为7.5~30 cm,切槽深度3~5 m 左右,在困难土体中需减少深度,每段切槽沿隧道的轮廓线成喇叭状, 以便两段预筑拱之间有一定的搭接长度,搭接长度通常为0.5 m 左右。

  (2) 在切槽的同时应用切刀一体化的混凝土灌注设备注入混凝土,以形成一个连续的、起预先支护作用的混凝土拱壳。

  一般情况下应在切槽内灌注混凝土3~4h后就可开挖,此时混凝土强度应达到3~10MPa,必要时还需要加设拱架对预筑拱进行加固,然后在其支护下进行工作面的全断面机械开挖。隧道开挖后,可根据地质情况在开挖面后10m左右用喷混凝土做成封闭仰拱,切槽法施工的二次衬砌一般在开挖面后25m左右施做,国外也有不施做二次衬砌的情况

  (4)两个独立的走行机构,每侧设一个,主要用于支持龙门架;走行机构的设计根据工程项目的需要而变化。

  为了施工的灵活性考虑,两边的走行机构是可以沿隧道纵断面移动的,具体形式是整个切槽机分步地向前和向后移动;走行机构可以直接安装在轨道上面,这样的移动是连续的。一般的走行机构是由一个箱形梁组成,安装在液压调节支架上面;龙门架底座反扣在走行机构的横梁上面,可以沿着横梁移动。另外一种方式是龙门架直接通过操作台安置在隧道底板上面, 走行机构的横梁相对于龙门架移动。

  为了适应不同的隧道断面和地层的需要,预切槽机设有调节和定位系统;在走行机构上设有一个龙门架的定位装置,使得刀头可以沿着特定的路线进行切割作业。由于走行机构和龙门架下设有足够的净空,可以保证凿岩台车和出碴车顺利通过。

  从龙门架上伸出一悬臂钢拱架,上面设置了两根钢制导轨,驱动切割机的小齿轮和导轨上的齿轨啮合,引导切割机沿着导轨运作。整个切槽机中,切割头是特制的,可以通过制作不同的切割头适应不同半径的隧道断面,一般的切割头是由一个驱动马达、一个齿轮和一个安装有支撑和导向装置的链锯组成

  切槽法最早始于美国,1950年在美国南达科他州皮克城密苏里河上修建福特—阮道尔水库工程中,曾用机械切槽法开挖了12座直径10m的圆型隧道以穿越白垩地层。由于当时技术条件限制,此法未得到进一步发展,直到1969年法国工程师采用该法成功地解决了城市地区硬岩隧道施工的震动问题后,这种方法才重新引起重视,之后在法国得到发展和应用,并开发了三代切槽机。切槽技术在法国、意大利、日本等国家得到了较为广泛的应用,在对周边环境控制严格的城市尤其适用,并且可以安全地全断面开挖大断面隧道,同时可以将地表沉降控制到最小。

  软土地层施工最大的问题是控制地层的变形,众所周知,隧道的变形在掌子面之前已经发生。要保证掌子面的稳定,就应该首先控制开挖面前方地层预变形,地层条件越差越应该采取强有力的措施,于是预支护技术应运而生。

  作为一种独特的预支护技术,机械切槽技术是在掌子面前方预先形成一个拱壳,它在横向和纵向的连续性非常好,可以起到很好的约束掌子面前方地层变形的作用;另外,切槽技术在成槽时是边切边灌注混凝土,类似于盾构的同步注浆,切槽本身产生的地层预变形也相当小。这就是切槽法能良好地控制地层变形的原因。

  机械切槽法控制地层变形的效果可以从比较法国巴黎的两个工程实例得到。一个是采用新奥法施工的格里尼铁路隧道,先开挖再喷射混凝土;另一个是采用切槽法施工的丰特内—苏—布瓦地铁隧道。前者洞跨8.74 m,后者洞跨10.4 m,两座隧道都埋于相同的阿尔让伊泥灰岩中。现场量测结果表明,新奥法开挖引起的最大地表下沉量约为50 mm,而切槽法引起的最大地表沉降量不到15 mm,仅为前者的30%, 而且洞跨要比前者的洞跨大20%

  切槽技术是一种很有发展前途的施工技术,要实现推广应用,需要在以下几方面开展研究:

  (1) 研发切灌一体的切槽技术,切槽机械的主要部分在于其双链刀具能实现边切槽、边出碴、边灌注混凝土。

  (2) 高强度混凝土的配制通常要求灌注的混凝土能在3~4h达到6MPa强度,这对混凝土的要求非常高。

  (3) 由于切槽技术是在地层中预先形成一个预筑拱,在开挖过程中预筑拱逐环搭接,一般在开挖面后25 m 才施做二次衬砌。作为一种独特的预支护, 预筑拱的设计荷载及设计理论不能采用通常的方法,另外其二次衬砌的荷载如何确定,也都需要开展专门研究。

  (4) 切槽施工是在预筑拱保护下进行大断面开挖, 需要研究其开挖面的稳定性及保证开挖面稳定性的对策。

  (5) 尽管日本在含有碎石、砾石的地层以及有地下涌水(100 L/min)的地层中都成功地应用了预切槽技术,但仍需要研究这种工法的地层适应性,以及遇到特殊地层的解决措施。

  在我国,对于切槽工法的研究处于停滞状态,随着我国复杂地质和地面环境下隧道建设的大发展, 切槽技术必将以其良好的控制地层变形能力和灵活性重新得到重视。当前应着力进行切槽机械的研发,同时对预筑拱的设计理论、切槽法的具体施工工艺、施工组织管理进行研究,以使得这种方法的适用范围进一步扩大,而且能更好地适应城市地区修建隧道的环境要求

  张志呈, 王成端. 切槽爆破中切槽角的研究[J]. 爆炸与冲击, 1990(3):233-238.

  阳友奎, 邱贤德, 张志呈. 切槽爆破中切槽的导向机理[J]. 重庆大学学报:自然科学版, 1990, 13(5):68-74.

  王秀英, 刘维宁, 赵伯明,等. 预切槽技术及其应用中的关键技术问题[J]. 现代隧道技术, 2011, 48(3):22-27.




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