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1、地下工程浅埋暗挖法 综合施工技术,徐干成,空军工程设计研究局,目 录,1.浅埋暗挖法概述 1.1浅埋与深埋的界定 1.2浅埋暗挖法的形成与发展1.2.1浅埋暗挖法的形成1.2.2浅埋暗挖法的应用及发展情况 1.3浅埋暗挖法的原理及适用范围1.3.1浅埋暗挖法施工原理1.3.2浅埋暗挖法适用范围,2.浅埋暗挖法施工 2.1总体施工流程 2.2重点控制技术 2.2.1风险源的辨识和预案 2.2.2施工降水 2.2.3开挖 2.2.4二衬 2.2.5监控量测 2.2.6地面及地下建（构）筑物保护 2.2.7地表沉降控制 2.2.8防水控制 2.2.9机械配套施工技术,3.浅埋暗挖法的工艺进步及发展方
2、向 3.1 工艺进步 3.2 发展方向,隧道施工方法(按穿越地层分类),1.浅埋暗挖法概述 浅埋暗挖工法是依据新奥法(New Austrian Tunnelling Method)的基本原理，施工中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合配套施工技术。 这一生产新技术成果最早是由中铁隧道集团公司和北京市地下铁道总公司在北京地铁复兴门折返线工程施工中共同研究开发，并在北京地铁复兴门至西单区间及地铁车站试验段施工中得到了推广应用和不断完善。 浅埋暗挖施工技术属国内首创，它的成功使我国在第四纪
3、浅埋软岩地层中采用暗挖法建设地下铁道与大跨度地下洞室的进程取得了一次实质性的飞跃，跨入了国际先进行列。,1.1浅埋与深埋的界定 目前，根据隧道所处位置的特点有以下几种判别方法： 1）以埋深等于坍方统计平均高度两倍的方法作为判别深埋与浅埋隧道分界的主要标准，围岩垂直压力、地面沉降和数值计算分析可作为参考标准。 2）根据工程设计经验进行界定 根据工程设计实践经验，对于铁路单线和双线隧道，深埋与浅埋隧道分界以2.5倍塌方高度来确定。 3）以不影响地面为限进行界定 以隧道开挖时对地面不产生影响为限进行区分。 4）以荷载等效高度进行界定 5）以隧道覆土厚度与隧道开挖洞径的关系进行界定 据铁路隧道喷锚构筑
4、法规则（TBJ108-92）,下表可作为浅埋隧道的设计依据。,浅埋隧道的设计依据,6）浅埋与超浅埋隧道的判定方法a.覆跨比判别法(H/D0.4为超浅埋, 0.4为浅埋)；b.洞内拱顶变位值小于地面沉降值时；c.隧道结构顶部进入地面以下5m范围的管道层中时；d.在具备试验条件的情况下，用实测压力与垂直土柱重量之比确定深埋、浅埋或超浅埋。,1.2浅埋暗挖法的形成与发展 1.2.1浅埋暗挖法的形成 20世纪80年代中期，中铁隧道集团在大秦线军都山隧道有水黄土软弱地层进行了浅埋暗挖技术方法研究和试验，并获得成功。在初次研究成果的基础上，19861987年，该集团根据北京地区地质和水文情况，在北京地铁复
5、兴门折返线工程中正式开发应用这种新的技术方法。1987年8月25日，原国家科委主任亲自召集北京市和铁道部有关专家举行了成果鉴定会，并将该工法正式确定为“浅埋暗挖法”。 浅埋暗挖法又经过十几年的广泛应用，形成了一套完整的配套技术，被评为国家级工法，并正式提出“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。 采用浅埋暗挖法施工的前期工程实例照片见图1-1。,军都山隧道（1988年） （第一次用小导管、网构钢架）,北京地铁复兴门折返线（1987年） （国家科技进步二等奖）,第一次用浅埋暗挖法建成 北京地铁车站试验段,第一次用浅埋暗挖法建成 京珠高速乌龙岭双连拱隧道,1.2.2浅埋暗挖法
6、的应用及发展情况 国外在70年代初开始将新奥法应用于浅埋地层的研究，到70年代末80年代初已基本形成一套完整技术并应用于城市地铁、市政工程等。目前，德国、日本、美国、法国、意大利、韩国、香港等国家和地区都有成功应用的实例。表1-1列举了部分国外工程实例。 我国于70年代末80年代初开始将新奥法应用于地下工程施工，并于80年代中后期开始系统研究新奥法在浅埋软弱地层中的应用，1984年首先在大秦线军都山隧道进口黄土段研究实验成功，之后又成功地运用在北京地铁复兴门车站折返线工程，并在地铁复-西区间、西单车站、国家计委地下停车场、首钢地下运输廊道、城市地下热力、电力隧道、长安街地下过街通道、深圳地上过
7、街通道等地下工程中推广应用。经过多年不断地总结、完善，这一方法已在城市地铁、市政、电力隧道、城市地下过街通道、地下停车场等工程中推广应用，并已形成一套完整的配套技术。以北京地铁工程为实例形成的“隧道与地铁浅埋暗挖工法”已被建设部批准为国家级工法，推广应用到其它城市和铁道工程中。表1-2列举了我国部分工程实例。,表1-1 国外部分浅埋地下工程采用新奥法施工实例,表1-2 我国部分采用浅埋暗挖法施工的工程,部分工程的设计断面形式及建成后照片如下图:,北京地铁五号线5标崇文门车站横断面示意图,北京地铁四号线7标宣武门车站双层段横断面示意图,北京地铁四号线7标宣武门车站站台层照片,北京地铁五号线5标崇
8、文门车站站厅层建成后照片,1.3浅埋暗挖法的原理及适用范围 1.3.1浅埋暗挖法施工原理 浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念；采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系。初期支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法进行设计和施工时，同时采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全生产与施工。这种设计思想的施工要点可概括为“管超前、严注
9、浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈”。,1.3.2浅埋暗挖法适用范围 浅埋暗挖法是适合在软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其他适于浅埋结构物的施工方法。它主要适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等第四纪地层，修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。对于高水位的类似地层，采取堵水或降水、排水等措施后也适用。尤其对于结构埋置浅、地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地面沉陷要求严格的都市城区，如修建地下铁道、地下停车场、热力与电力管线，这项技术方法更为适用。 浅埋暗挖法与其他方法相比具有显著的优点。以城市地铁为例，浅埋暗挖法与明挖法（盖挖法）相比，具有拆迁
10、占地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优点；与盾构法相比，具有简单易行，无需多种专用设备，灵活方便，适用于不同地层、不同跨度、多种断面，可以提供大量就业机会等优点，是适合我国国情的好方法。尤其对于区间隧道，浅埋暗挖法施工速度完全能满足总工期要求。当然，浅埋暗挖法也存在缺点，如速度较慢，喷射混凝土粉尘较多，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。,2.浅埋暗挖法施工 2.1总体施工流程 见图2-1。,图2-1 浅埋暗挖法施工流程示意图,2.2重点控制技术 2.2.1风险源的辨识和预案 1）风险源辨识 在对工程情况充分掌握的情况下，要组织专业人士根据施工调查所得的资料
11、、信息，对整个工程施工过程中可能遇到或风险性较大的环节进行辨识。并要通过专家评审会进行论证、确认，按照风险可能出现的概率，对工程可能增加的困难程度、人员财产损失及社会影响大小，对工期的影响程度，风险点的关注程度和风险等级按照表2-1、表2-2进行划分。,表2-1 关注程度划分表,表2-2 风险点风险等划分标准,以北京铁路地下直径线工程2标浅埋暗挖法施工段为例，经过业主、监理、设计、施工单位和有关专家的多轮研究分析，共确定风险点25项，其中三级以上关注级别的21项，AAA级以上分限等级的19项。 2）预案 浅埋暗挖法主要风险点为控制地表沉降、加强对地上地下构筑物和管线的保护，根据这一实际情况，一
12、般采取的预防措施为: 加强监测，适当增加地表沉降及洞内监测点，并在建筑拐角处增设沉降及倾斜监测点，增加隧道洞内及洞外的监测频率。 加强结构的超前支护，严格控制超前小导管，并根据不同的地层进行注浆。严格控制开挖进尺，减少地表下沉。严格控制同层、上下层开挖部分的断面间距。, 开挖隧道后检查围岩固结厚度，如达不到要求，及时调整配合比与注浆压力，改善注浆工艺，指导后续施工。 及时封闭掌子面。开挖完成后及时喷射素混凝土封闭掌子面，遇到自稳性较差的地层要增加铺设钢筋网，然后再喷射混凝土，防止掌子面土体变形。 加强该段初衬的刚度。视监控量测情况，必要时密排钢格栅通过。 施工结构二衬时，根据监控量测数据分段、
13、分块拆除临时支护，以减少拆除临时支护所引起的地表下沉。 及时施做初支背后及二衬背后回填注浆。,2.2.2施工降水 当浅埋地下工程处于富水地层中，地层的渗透性较好，不会因降水而引起地面过大沉降时（如砂砾石地层），为保持开挖工作面的干燥或少水状态，以便安全快速施工，可采用降低地下水位的方法施工。常用的降水方法包括洞内轻型井点降水和地面深孔井点降水等。 1）洞内轻型井点降水 洞内轻型井点降水是将一系列井点管埋设于在洞内开挖底面以下的地层中，并将这些井点都连接到抽水总管，用真空泵（射流泵）和水泵将地下水抽出，降低地下水位，使开挖工作面保持干燥或少水状态，以改善施工条件，加快施工速度。,洞内轻型井点降水
14、主要适用于渗透系数为0.180m/d的砾沙、粗沙、中沙和细沙层等地层，其降低地下水位的深度受诸多条件的限制，尤其受设备条件的限制，一般单层井点系统能降低地下水位36m。 当大断面开挖、地下水位在隧道中偏下位置时，或地下水虽在拱顶以上，但施工中已通过竖井将水位降到底部时，洞内降水井点多布置在下半断面墙脚处。井点布置形式见图2-2。,图2-2 洞内轻型井点布置示意图,2)地面深孔井点降水和地下水回灌 a.地面深孔井点降水 当地下工程埋深较浅、地面施工场地容许时，为了减少洞内井点降水对施工的干扰，也可采用地面深孔井点降水的方法，即事先在工程两侧地面钻两排或多排井孔进行深孔井点降水，其施工方法与洞内轻
15、型井点降水相似。 地面深孔井点降水具有下列优点： (1)降水工作在地面进行，与洞内各项作业互不干扰； (2)能在较大范围内大幅度降低地下水位。 深井降水一般适用于以下地层： (1)含水层厚度小于15m，但其中黏土夹层不超过两层； (2)地层渗透系数在10200m/d之间； (3)地层中颗粒小于0.05mm的砂含量不超过3（按体积计）。,深井降水钻孔深度（井深）一般应低于隧道底面5m，井点间距根据地层情况，在2535m之间选择。 深井降水采用重力排水方式，降水速度较慢，因此对于有工期限制的工程须提前进行。 深井降水的主要机械设备包括钻机、深井水泵、井管和网管。 b.地下水回灌 城市地区降低地下水位施工时，为了防止由于降水而导致地面沉降，施工中应采取回灌措施。回灌措施大多应用于淤泥质、渗透系数不大、失水固结较慢的地层，回灌量一般是抽水量的1/51/3。,3）洞内水平井点降水法 对渗透性较差的黏砂层等地层，在条件容许时，也可考虑采用洞内水平井点降水法。斜设井点采用水平钻机成孔，井点管选用Dg48钢管加工，总长度为1216m，其中滤管长度为48m。井点布设在隧道两侧边墙底部，纵向水平距离为814m，斜设角度为4.524，其相对位置见图2-3。,
