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1、1浅埋暗挖法隧道及地下工程主要内容一 、概述二、浅埋暗挖的设计与施工技术三、浅埋暗挖的监控量测技术四、浅埋暗挖工作面的稳定性分析五、浅埋暗挖隧道支护结构体系六、隧道及地下结构的防水体系七、几个问题的讨论一 概述1 隧道及地下工程（或地下空间）的几个概念1）隧道及地下工程（或地下空间）的定义* 介质力学的角度处于千变万化的地质体之中，其结构本身与地层（围岩）紧密接触和相互传递作用的工程建筑物。* 典型实例交通隧道、地下铁道、水电输水隧洞、城市共同沟、地下商场与车库、军用洞室、大型建筑物的地下室（深基坑）等等。2)隧道及地下工程施工的复杂力学过程* 开挖* 地质体原始地应力体系被打破* 形成二次地
2、应力发生变形* 初期支护* 抑制地层的变形* 变形收敛* 后期支护* 形成三次地应力并达到力学平衡3) 隧道及地下工程结构物的技术特性概括地说，有以下几点是需要特别关注的。 * 隐蔽性：地下结构与其他结构最大的不同就是它的隐蔽性；隐蔽性同时伴随巨大的风险性；* 力学状态的不确定性：它的力学状态受到施工方法的极大影响，也是其他工程结构物所不可比拟的；* 地下环境影响的严重性：其他结构物主要受自然条件的影响，而地下结构除自然条件外，还受到地下环境，主要指围岩和地下水条件的影响；* 可维修性差，这是不言而喻的；* 施工条件和环境条件的约束。4）与地面工程的基本区别* 作用体系A 地面工程： 一般只与
3、地基相互作用，是空间自由状态的作用体系。B 地下工程： 与周围地层密切相关，是二者共同作用体系。* 外荷A 地面工程： 已知的，明确的。B 地下工程： 由于地质体和围岩的千变万化性，迄今仍是有待解决的不确定性问题。22 浅埋暗挖法（STCM）的概念与特点1）浅埋暗挖法的基本概念浅埋暗挖法（国外多称软土隧道新奥法或浅埋隧道新奥法）是基于岩石隧道新奥法（NATM）的基本原理，针对城市地下工程的特点，于 80 年代在北京地铁第四纪软土中开创出的新方法 。(1) 浅埋暗挖法名称的确定在小导管超前支护技术、格栅拱架制造技术、正台阶环形开挖留核心土方法、监控量测技术等基础上，在软弱地层必须快速施工的理念，
4、突出时空效应对防塌的重要作用。并在军都山黄土隧道、北京地铁复兴门折返线、复八线、西单车站采用浅埋暗挖技术取得了巨大的成功。1987 年 8 月，北京市科委与铁道部科技司共同组织鉴定会，对浅埋暗挖技术进行评价，会上确定取名为：浅埋暗挖法，适用范围：各种软弱地层的地下工程设计与施工。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。 军都山隧道（1988） （第一次用小导管、网构钢架）北京地铁复兴门折返线（1987（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
5、 试 验 段 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 道第 一 次 用 浅 埋 暗 挖 法 建 成京 珠 高 速 乌 龙 岭 双 连 拱 隧 道(2) 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：采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力；采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共3同作用形成联合支护体系；采用信息化设计与施工。浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱
6、地层的地下工程，围岩自承能力很差，为控制地表沉降，初期支护刚度要大、要及时。特征曲线中 C 点尽量靠近 A 点，即尽量增大支护的承载，减少围岩的自承载。要做到这点，必须遵守十八字方针，初支必须从上向下施工，初支基本稳定后才能做二衬，且必须从下到上施工。 2）浅埋暗挖法的量值概念（深埋、浅埋、超浅埋）（1）按荷载等效高度值先计算深、浅埋隧道分界深度 HP（按 TBJ10892 和TBJ10032001） ，然后与隧道埋深 H 比较， H 0.40.6 为浅埋；P/ (rH)0.61.0 为超浅埋；当围岩变形和地表下沉值相等时，即覆盖层整体下沉时为超浅埋；覆土厚度 H 与隧道跨度 D 之比判别建议
7、设计阶段：H/D 小于等于 0.4 时为超浅埋。3）浅埋暗挖法的特点与明挖法、盾构法相比较，浅埋暗挖法的特点如下：（1）适用于各种地质条件和地下水条件；（2）具有适合各种断面形式（单线、双线、多线、车站等）和变化断面（过渡段、多层断面等）的高度灵活性；（3）通过分部开挖和辅助施工方法，可以有效控制地表下沉和坍塌；（4）与盾构法比较，在较短的开挖地段使用，也很经济；（5）与明挖法比较，可以极大地减轻对地面交通和商业活动的影响，避免大量的拆迁；（6）从综合效益观点出发，是比较经济的一种方法。3 几种工法的比较4总之，囿于经济性、地层的复杂多变以及特殊的环境条件，在未来一个相当长时期内，对地层有较强
8、适应性和高度灵活性的浅埋暗挖法仍会在城市地铁隧道中得到不断完善使用。二、浅埋暗挖的设计与施工技术相对而言，应用浅埋暗挖法具代表性，且占较大比重的国家有中国、英国、法国、德国、韩国、巴西等。日本、美国自进入 90 年代后，除在少数地层条件下应用浅埋暗挖法外，大部分都采用盾构法。但在 90 年代以前，日本则大量使用浅埋暗挖法。 1 浅埋暗挖法的实质内涵18 字方针1）管超前：指采用超前导管注浆防护，实际上就是采用超前预加固支护的各种手段，提高工作面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌；2）严注浆：在超前预支护后，立即进行压注水泥砂浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的结构体，以增
9、强围岩的自稳能力；3）短开挖：即限制 1 次进尺的长度，减少对围岩的松弛；4）强支护：在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形；5）快封闭：在台阶法施工中，如上台阶过长时，变形增加较快，为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖 1 环，封闭 1 环，提高初期支护的承载能力；6）勤量测：对隧道施工过程进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。2、浅埋暗挖法设计与施工的选择浅埋暗挖法具有很多优点，但其缺点是：施工速度慢，施工工艺受施工队伍的技术水平限制等。 (1) 浅埋暗挖法应用范围拓宽的要求目前浅埋暗挖法已经推广到广州、
10、深圳、北京、杭州等地特殊的流沙、淤泥、含水砂层、流塑、半流塑地层；埋深缩小到 0.8m；暗挖施工的车站跨度达 26m；穿越密集民房。随着建设项目的增多，还需进一步研究新的辅助工法和施工工艺，以适应各种地层条件、埋深、跨度等方面的要求。5(2) 以信息化设计法补充和丰富传统的经验类比设计法根据地表建筑物条件，选择合理的沉降值和结构刚度，并通过监控量测资料，及时调整、优化支护参数。对于地面无建筑物、地下无管线、对地面沉降要求不高时，可采用刚度较小的支护结构，以发挥围岩的自承能力；对于地面沉降要求比较严格的区段，应采用刚度较大、先柔后刚的网构钢拱架支护结构，以防止围岩过渡变形。(3) 选择适宜的辅助
11、施工措施常用的有：环形开挖留核心土；喷混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆或超前小导管支护；超前小导管周边注浆支护；设置上半断面临时仰拱；深孔注浆加固地层；长管棚超前支护；特殊地层冻结法；水平旋喷超前支护；地面锚杆或高压旋喷加固地层；降低洞内、洞外地下水位；洞内超前降排水。(4) 选择合理的支护参数和施工方法(a) 支护要及时，不仅能减小支护结构的荷载，还能避免地层的过分变形。(b) 对浅埋软弱地层，锚杆作用降低，尤其顶部两侧 30 度范围内锚杆是承压的，可取消该区的锚杆。超前小导管是有效的，但至少要确保 1m 左右导管插入破裂面以外。(c) 作为初支的喷混凝土厚度要合理，太厚不利于混凝土材料力学性
12、能的发挥，当厚度 dD/40（D 为洞径） ，喷混凝土支护接近无弯矩状态，支护结构性能较好。因此，用增喷混凝土厚度的方法来加强支护效果较差，应在采用合理的喷射方法、材料、配合比、外加剂上想办法，比如用湿喷、法，加聚丙烯纤维等。(d) 采用正确的施工方法，从工程造价和施工速度考虑：施工方法的选择顺序应为：正台阶台阶设临时仰拱CD 工法CRD 工法眼镜工法，从施工安全考虑，顺序正好反过来。(5) 富水地层的结构防水目前的设计思路是：第一道防水线是初支和二衬之间铺设全包防水板；第二道防水线是二衬防水混凝土。实践证明：在无水或少水地层是有效的，在富水地层失败。原因：(a) 初支表面混凝土不平整，锚杆头
13、也难于处理，难以保证防水板的完整性，特别是钢筋混凝土更易造成防水板破坏，这样封闭防水层结构的设计思想得不到落实。(b) 防水板与初支之间容易形成水囊，一旦防水板破裂，水就会在薄弱环节寻找出路，造成施工缝漏水。(c) 采用全包防水板，水压直接作用在二衬上，容易造成衬砌开裂而漏水。 改进措施：(a) 加强初期支护的防水能力，提倡喷射防水混凝土，也可在初支与围岩之间进行填充注浆，把地下水拒之初支之外。(b) 在初支表面布设一定数量的引水盲管，将少量初支渗漏水引排出去，防水板铺设到墙脚配合二衬防水混凝土防水，仰拱不铺设防水层，对进入初支结构和二衬之间的渗漏水应遵照以排为主的原则处理。 3 浅埋暗挖法的
14、施工原则与基本施工方法1）浅埋暗挖法施工原则(1) 根据地层情况、地面建筑物特点等四个环境以及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差：可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好：可用全断面开挖法。(2) 应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。(3) 应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套机具，为快速施工创造条件，设备投入量一般不少于工程造价的 10%。6(4) 施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的工序。 (5) 工序安排要突出
15、及时性，地层差时，应严格执行十八字方针。(6) 提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高质量和速度。(7) 应加强通风，洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。(8) 应采用网络技术进行工序时间调整，进行进度、安全、机械、监测、质量、材料、环境管理。2）基本施工方法与比较从基本施工方法看，为有效地控制围岩松弛及由此引起的地表下沉，采用的基本施工方法有：（1）地铁区间或小跨度隧道的基本施工方法a 全断面法b 正台阶法c 上半断面临时封闭正台阶法d 正台阶环形开挖留核心土法e 导坑法，包括单导坑法和双导坑法，其中双导坑法也称为眼镜法；f 中隔壁法（CD 法， CRD 法） 。(2）地铁车站、地下商场、停车场等大跨度联拱结构的基本施工方法的施工次序为：7a 柱洞法等（图） ；b 多导坑法(侧洞法)（图） ；c 中洞法（图） 。其中柱洞法、侧洞法应用较多，大断面施工应遵守变大洞为小洞的施工原则。开挖方法应按以下次序优选：正台阶开挖、CD 法开挖、CRD 法开挖、双侧壁导洞开挖（眼镜工法）进行，这样可节约投资。施工方法比较汇总表 8m 12 12m 4 CD 18 R 20m 新奥法的一般设计流程信息化设计 流程图8浅埋暗挖法地下工
