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1、地铁隧道浅埋暗挖法施工技术,北京地铁14号线工程土建施工09合同段,刘 冰,目录,1、浅埋暗挖法产生的背景 地面条件允许的情况下，地铁隧道宜采用明挖法，主要适合在人、交通和管线较少的地方应用。因埋深条件、周边环境条件等因素的限制，在建筑物密集的繁华市区和特殊地质区段经常采用浅埋暗挖法施工。 浅埋暗挖法起源于1986年北京地铁复兴门车站折返线工程，由于当时取得了很大的经济效益和社会效益，随后铁道部等相关部门讨论后确定采用“浅埋暗挖法”这个名称，建设部把它命名为国家级工法。,一、浅埋暗挖法概述,2、浅埋暗挖法的特点 浅埋暗挖法，是指在软弱围岩地层中，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格
2、栅和锚喷砼作为初期支护手段，遵循“新奥法”理论，按照“十八字”方针（管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测）进行隧道的设计和施工。 浅埋暗挖的优点：结构形式灵活多变，对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少，扰民少，污染城市环境少等。缺点：施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水比较困难等。 虽然已被广泛推广应用，但是并非都真正地掌握了其真谛。无论在地铁工程中，还是在市政公用管线施工中，或因生搬硬套、或因片面性、或因配套技术不足，仅强调“只要会喷锚支护就会浅埋暗挖”的误导，造成坍塌、沉陷、渗漏等，经常发生严重的安全质量事故。因此， 在施工过
3、程中要对“浅埋暗挖法” 进行深入的研讨，综合分析，全面总结。,3、地铁中浅埋暗挖、明（盖）挖及盾构的关系 浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，也可以与其他施工方法结合使用，车站经常采用浅埋暗挖法与盖挖法相结合，区间隧道用盾构法与浅埋暗挖法结合施工。 浅埋暗挖法与其他工法有很强的兼容性。三者的应用情况如下表。,1、浅埋暗挖施工步骤及工艺流程 浅埋暗挖法施工步骤： 施工准备超前小导管布设注浆土方开挖格栅架立钢筋网片、连接筋喷射混凝土防水施工二次衬砌,二、浅埋暗挖法施工方法,*,8,施工准备,超前导管,超前注浆,土方开挖,格栅安装,网片安装,砼喷射,防水施工,二次衬砌,浅埋暗挖法施工工艺流程,2、浅埋
4、暗挖施工技术原则 浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施，严格根据量测数据确定支护参数，保证暗挖作业和周边环境的安全。,短进尺：一次注浆，一次开挖或多次开挖，土体暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大，所以一定要严格限制进尺的长度。在施工中可采取预留核心土，目的除减少开挖时间外，预留的土体还可以平衡掌子面的土体，防止滑塌。 强支护：在松散地层中施工，大量土体的重力会直接作用于初期支护结构上，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制初期结构的变形，保证结构的稳定。,快封闭：在台
5、阶法施工中，如上台阶未封闭成环，变形速度较快，为有效控制围岩松弛，必须及时采用临时仰拱或使支护体系成环。 勤量测：结构的受力最终都表现为变形，可以说，没有变形（微观的），结构就没有受力。按照规定频率对规定部位进行监测，掌握施工动态，调整施工参数并设置各部位的变形警戒值，是浅埋暗挖法施工成败的关键。,3、浅埋暗挖常用施工方法 采用浅埋暗挖法施工时, 依据工程地质、水文情况、工程规模、覆土埋深及工期等因素，常用施工方法有全断面法、台阶法、中隔墙法（CD法）、交叉中隔墙法（CRD法）、双侧壁导坑法(眼睛工法)、洞桩法（PBA法)、中洞法及侧洞法等。,（1）全断面开挖法 全断面法主要适用于较好围岩，全
6、断面开挖法施工操作比较简单，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工。采全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理。但由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。,（2）台阶法 台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的重要手段。当开挖断面较高时可进行多台阶施工，每层台阶的高度常用3.04.5m，或以人站立方便操作选择台阶高度。当拱部围岩条件发生较大变化时，可适当延长或缩短台阶长度，确
7、保开挖、支护质量及施工安全。 台阶法一般分为正台阶法、正台阶环形开挖法（留置核心土）和正台阶临时仰拱法。,台阶法工程实例,（3）CD法和CRD法 中隔墙法也称CD工法，CD法是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧，并在设计中间部位作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道（级围岩）地段。 当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔壁法（也称CRD工法）。CRD工法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护
8、刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。,CD法施工步骤示意图,大量施工实例资料的统计结果表明，CRD工法优于CD工法（前者比后者减少地面沉降近50%）。但CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在地面沉降要求严格时才使用。,CRD工法施工横向示意图,CRD工法施工纵向示意图,暗挖CRD法施工步序,CRD工法施工实例,*,CRD法开挖效果图,（4）双侧壁导坑法 双侧壁导坑法也称眼镜法，是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度分成三个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大的地下工程。双侧壁导坑法具有开挖断面小，扰动范围小，支护快，封闭早和安
9、全性高等特点。该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。一般采用人工和机械混合开挖，人工和机械混合出渣。 采用双侧壁导坑法施工时，两侧导坑开挖根据围岩情况可全断面开挖，也可以分步开挖，对变形较大，初期支护结构开裂破坏的，一般采取在两侧壁导坑内中部增设临时型钢横撑，以达到维护稳定的目的。,双侧壁导坑法施工步序图,双侧壁导坑法实例,施工要点及技术措施 注意控制先行导洞的开挖中线和水平，确保开挖断面圆顺，钢格栅安装位置正确。 尽可能缩短开挖台阶和各开挖分部的施工间隔，使初期支护尽快闭合，以控制围岩变形。 因为中隔壁法工序较多，
10、工序转换使得结构受力复杂，为保证拆除临时格栅时的安全，必须保证各部格栅之间的连接质量。 中隔墙、板拆除时，一定要进行拆除实验，根据监测数据，决定拆除长度。拆除时要有专项拆除方案，采用滑轮、绳索等措施确保安全，严禁采用卷扬机等机械设备连续拆除，一般采用跳仓或换撑拆除等方法。,（5）大断面暗挖法 大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可减小地表沉陷;开挖分块越多,扰动地层次数增多地表沉陷就越大;一次支护及时、开挖支护封闭时间越快地表沉陷就越小。当采用正确施工方法和相应的辅助施工措施后,可以做到安全、经济、快速施工的目的。 大断面暗挖主要集中在地铁车站及渡线段。主要工法为: 洞桩
11、法（PBA法）、中洞法、侧洞法等。在大断面施工中以下几点值得注意: 大断面划小断面 ,不是越小越好 ,要根据地层做调整 ,小断面固然开挖安全 ,但多次力的转换 ,易造成累计沉降过大; 较好的方法为洞桩法 ,但洞桩法导洞多 ,洞内施工桩 ,作业条件差; 中洞法较为安全 ,控制沉降好 ,但该法在完成中洞后 ,开挖侧洞 ,由于侧向抵抗侧压的减弱 ,会造成中洞过大变形 ,有的造成中拱二衬开裂 ,二衬不宜过早受力; 多层导洞开挖 ,一般先从上部洞室开挖 ,然后落底。但是整体下沉 总累计沉降较大。为减少累计沉降 ,可采取反复注浆措施 ,也可以考虑先挖下部导洞 ,逐层上挖 ,但每层开挖增加超前小导管。,1、
12、上下导坑错开距离开挖（包括初支）；2、孔桩开挖、底纵桩、中柱边桩、顶纵梁；3、中洞上台阶开挖（包括初支）；4、左右洞上台阶开挖（包括初支）；、中洞拱部衬砌；、侧洞拱部衬砌；7、楼板以上土体开挖；、楼板浇砼；9、剩余部分土体开挖；、底板及底部边墙衬砌；、站台板浇筑。,1.浅埋暗挖施工中出现的问题 施工一般地处第四纪冲、洪积扇的中上部,地层由粘性土、粉土、砂类土、碎石类土沉积而成,土质松散,成拱条件差；而且地下水水位高，渗透性强（一般采取降水措施,但仍有残留水）；加上大部分线路处于交通繁忙地段，车辆行驶过程中产生强烈震动，使浅埋隧道周边土体更加松弛，开挖过程中极易坍塌。一般引起坍塌的原因或因素:,
13、三、浅埋暗挖法常用的配套技术,（1）地层预加固效果不佳。浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术。对松散地层,开挖的过程更主要的是支护的过程,地层加固是开挖成败的关键。 （2）开挖面暴露时间长。在预加固后开挖过程中,围岩土体会出现一个短暂的稳定，随着暴露时间延长,坍塌的可能性也越大。 （3）受地面震动影响。地面车辆行驶过程中产生的震动是坍塌的重要诱因之一，尤其夜间重车高速行驶更为明显。 （4）降水后地层残留水的影响。土层隧道施工最为关键的是地下水。施工有地下水时，施工前都采取降水措施。部分地层中形成砂和粘土的混合体，管井很难达到疏干的目的，开挖过程中可能产生潜蚀作用，并造成流砂、坍塌现象。
14、（5）雨、污水等市政管线渗漏或下穿河、湖。地下管线纵横交错,一些雨、污水管修建年代较早，渗漏严重，下穿河、湖水渗漏严重，周围地层处于饱和状态，部分地段还形成一个水囊。随着暗挖施工扰动土体，破坏原有平衡，可能引起坍塌。 （6）马头门及断面变换处。马头门和断面变换处是工程施工的一大难点，由于受力转换比较复杂，施工中易引起坍塌。 （7）人为管理等因素。施工方法不当；施工方案不当；管理上重开挖轻支护等。,坍塌事故照片,2.常用的辅助工法 稳定地层的主要手段是用注浆加固隧道周边地层，用管棚加固隧道拱部地层。要根据地质和施工的具体情况确定注浆的范围、压力和材料，达到改善地层的物理力学参数，提高地层的自稳能
15、力。常用辅助方法： （1）大管棚支护 一般开挖洞门或结构受力转换、大断面或通过重要管线等地方 ,设计普遍采用管棚方案。常用管棚为 108mm159mm ,也有采用更大的管棚。管棚直径不是越大越好 ,施工过程中注意沉降控制。管棚施工带水作业时要间隔进行，同时完成一个管就要立即进行注浆，防止地层中地下水的串流。,大管棚支护实例,（2）小导管超前支护 在软弱地层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。常用的小导管为25
16、mm42mm。对较好的粘性土层,采用开挖镐刨,小导管打入较困难，只要能够使开挖面稳定，可不必强求打小导管；小导管仰角不宜过大 ,一般控制在 1020以内。,小导管不能盲目追求角度要求，防止下榀格栅因无架设空间而割断导管。,（3）水平旋喷法 开挖前进行水平旋喷加固土体，一般土柱直径为30mm，相互咬合搭接，形成整体壳体，开挖时起到棚护作用。目前一般旋喷长度为20 m左右，开挖18m，留2 m 搭接。旋喷压力为不小于20MPa，覆土较薄时要减压，且适当缩小间距。目前采用旋喷加固土体主要问题是浆液流失较大，另外长距离水平旋喷方向性偏差。水平旋喷施工期间会有较大沉降，有时可超过10mm，但开挖时沉降较小，初支背后压浆亦少，对于个别点棚护不好时，可补打小导管注浆处理。 （4）地表降水及洞内水理方法 地表井点降水是常用方法，在布置井点时应控制单井抽水量，在施工时做好反滤层，并且分段抽水，以减少因降水引起的地表沉降和减
