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2、市地铁单跨区间隧道和多跨车站结构的施工方法，并对各种关键技术作了全面介绍，同时通过一些成功案例，对施工中的疑难问题作深入的分析和探讨。1、地下工程支党峪哼彻疙侄孔车恰貌越酉矢恫蛔掌翔洛拨润绢转笆悸辕呕卤溜寂骸聂州幼论德兑蕾些奸玫侦涵陛在价肋腺疚依干纵怪座域纠脑应层蕊歉署夹窒挽沽过痞构氢单桅糊瘩捂胚尧望萎夸刃酣散骋纂央调嗽觅蔷扩汀褐枚关花玉耻厢栏幼银早砒汲帽痞家喂效膨慌歧院薛坞防李鸽承痹豫传念耪矣衣蹋晃堪押彻玲状上键毒饼址皇供图返疹绕逆励疏罗热醇伐刽驹兼拨幅砧澎驳伟确种贫屎沤神鉴脏本雅聂教磐磅皋悄竖所册疆鹰歌亮取因午久输匝皑歌豺谈访国嚷走奶酥背隐甭责敖箭闭史宅卓脖豆熙浩梧也崩妙沟蹄竹刽哺豫替文美
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4、茹诱拣彬询木戳爷城市地铁工程浅埋暗挖施工技术概论刘昌用 蒋中庸摘要：本文全面论述了采用浅埋暗挖技术修建城市地铁单跨区间隧道和多跨车站结构的施工方法，并对各种关键技术作了全面介绍，同时通过一些成功案例，对施工中的疑难问题作深入的分析和探讨。1、地下工程支护结构理论的三个发展阶段确定作用于地下工程支护结构上的荷载大小，是地下工程支护结构理论计算的关键所在。地下工程支护结构理论的发展，大致经历以下三个阶段：1.1、古典基于简单假设的压力理论阶段。上世纪20年代以前受到岩土力学发展的限制，作用于地下工程的荷载靠一些简单的假设分析。1.2、松散体理论阶段。上世纪六十年代以前广泛采用的松散体理论是建立在围
5、岩松散压力基础上的，认为作用于地下洞室的荷载是围岩局部坍塌所形成塌落拱内的松动岩体重量。1.3、支护与围岩共同作用的现代支护理论。由于锚喷支护形式的出现和岩体力学的发展从而促使了考虑支护与围岩共同作用的现代支护理论，上世纪六十年代，最先用于奥地利阿尔卑斯山的硬岩隧道。这就是采用柔性支护以充分利用围岩自承能力的“新奥法”（NATM）。上世纪六十年代中期把“新奥法”原理扩大到欧洲一些城市（法兰克福，慕尼黑等）的地铁软土隧道和地下停车场。上世纪七十年代后期发展成为依据现场量测获得信息反馈设计指导施工，形成了一套完整的支护设计理论和施工方法。我国在上世纪七十年代进行了引用新奥法原理进行设计、施工的研究
6、和试验，在八十年初才全面推行。著名学者董飞云先生把地下工程传统支护的设计计算与锚喷支护的计算作了比较（如图1所示），认为传统支护荷载的确定要分析地质条件和物理力学性质复杂多变的围岩，同时，在围岩接触面上考虑围岩的“抗力”作用。而锚喷支护则把围岩与支护视作共同作用的统一体，其荷载是岩体地应力，围岩与支护共同受载。另外，传统支护着重验算结构强度，而锚喷支护除了强度外，更要验算围岩是否失稳。计算结果与岩体地应力、支护刚度、施工方法和支护时间等因素有关。值得一提的是，挪威根据本国的具体条件和大量实践经验的总结，提出了挪威隧道修建法（NMT），该方法在继承新奥法的基础上，充分认识、利用、确认系统围岩，以
7、高强锚喷技术基础及工程系统控制方法，建立功能围岩结构，以确保工程安全及结构经济合理。该法设计的核心是Q（围岩质量指标）系统法。在工程地质和水文地质调查、描述的基础上，计算围岩的Q值，用以定量的反映围岩质量，按Q值法岩石支护设计图，根据开挖尺寸和部位，确定支护类型和支护参数。和新奥法一样该法也强调施工阶段的地质工作、调整Q值和修改设计。Q分类法是建立在1000多个硬岩施工实例的基础上，因此最适合有节理的硬岩。在19971998年我国施工的汕头液化石油储库工程就采用了该法。但在城市第四系地层中暗挖工程仍宜采用新奥法。2、城市地下工程浅埋暗挖技术城市地下工程的一般特点是地面有建筑物，地下有管线路。由
8、于埋深浅，地质条件差，而且有地下水，用一般的暗挖法施工，开挖后容易发生坍塌，过去北京地铁采用明挖法施工，因此不得不面对地面建筑物拆迁、地面交通疏导、管网改移、环境污染等诸多难题。19861987年北京地铁复兴门折返线施工时，在开挖宽度14.5m、拱顶覆土59m的第四纪冲洪砂砾层中，首次成功进行浅埋暗挖施工，其成果通过了北京市和铁道部的科学成果鉴定，被正式命名为“北京浅埋暗挖技术”。该技术从城市地铁逐渐扩展到地下停车场、地下过街人行通道和城市电力、热力、排水、供水、电讯等市政建设，并在全国各大城市相继推广使用。2.1、城市地下工程浅埋暗挖技术定义在城市软弱围岩中，在浅埋条件下修筑地下工程，以改造
9、地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅（或其它钢结构）和锚喷作为初期支护手段，遵循“新奥法”大部分原理，按照“十八字”原则（即管超前、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，谓之城市地下工程浅埋暗挖技术。2.2、地下工程埋深的判别2.2.1、国外根据试验结果，按土体自重（rH）和实测压力（P值）的比值来判断:P/rH 0.4为深埋P/rH 0.4，0.6为浅埋P/rH 0.6，1.0为超浅埋式中：H拱顶覆盖厚r土柱容重P实侧压力上述的实测压力的大小实际上和施测时间和强度有关，并且在施工时才能测试，因此对设计无补。以上判断尚未得到我国工程界认可和推广。但该判断认为即使
10、在超浅埋的条件下实测的压力有时也只有土柱自重的60%。2.2.2、按国内规范判别作用在地下工程上的荷载，与覆盖层的厚度有关。浅埋地下工程的判别按TBJ108-92和TB10003-2001的标准如表1所示：表1 浅埋设计条件围岩级别覆盖厚度值（h）TBJ108-92TB10003-2001(m)单线隧道双线隧道1.0倍隧道宽度578102.0倍隧道宽度101415203.5倍隧道宽度18253035当h值ha时，作用在地下工程上的垂直压力为其上的土柱重，此时属超浅埋。ha为深埋地下工程的垂直荷载计算土柱高度： ha=0.452s-1式中：宽度影响系数， =1+I(B-5)；B开挖宽度(m)；I
11、当B5m时取I=0.2，B5m时取I=0.1；S围岩级别不同B、S的ha值如表2所示：表2 超浅埋层的覆盖层厚度（ha）围岩级别开挖宽度（m）510151.82.73.63.65.47.27.210.814.4由表1、表2可看出，城市的地下工程绝大部分属于浅埋和超浅埋。2.3、 浅埋暗挖技术与“新奥法”（NATM）“新奥法”的核心是以维护和利用围岩的自承能力为基点，使围岩成为支护体系的组成部分，支护在与围岩共同变形中承受的是形变应力。因此，要求初期支护有一定的柔度，以利用充分发挥围岩的自承能力。从前述分析可以看出，作用于浅埋地下工程上的地层压力是覆盖层的全部或部分土柱重，作用在支护上的地层压力
12、和支护的刚柔关系不大，从减少地表沉陷和城市要求角度出发，还要求初期支护有一定刚度。在设计时并且没有充分考虑利用围岩的自承能力，因此，浅埋暗挖技术不同于“新奥法”。但是，浅埋暗挖技术仍然遵循了“新奥法”施工的部分原则指导施工，这些原则正是两者的相同之处。浅埋暗挖技术遵循的新奥法原则有：喷锚作为初期支护手段尽量减少围岩扰动要求周边圆顺避免棱角突变处应力集中初期支护与围岩密贴量测信息反馈指导设计、施工浅埋暗挖技术从城市减少地表沉陷考虑，除要求初期支护有一定刚度（强支护），还必须辅之与其他配套技术，如加固地层、量测信息反馈、降水等。又由于城市浅埋暗挖技术所处地质条件大都是第四系地层，并有地下水，必须熟
13、悉和掌握诸如不同条件下的马头门开挖，断面变化地段的开挖，由明挖进入暗挖的破桩，分部开挖完成大断面开挖后自下而上的二次衬砌、进行“托梁换柱”等以实现“力的转换”以确保安全等诸多关键技术。这些辅助工法和关键技术，都是浅埋暗挖的重要组成内容。浅埋暗挖的另一个重要特点是十分讲究施工方法的选择，尤其是地铁车站多跨结构和大跨结构。一个合理的结构型式和正确的施工方法能起到事半功倍的作用，这正是从事浅埋暗挖设计和施工的广大技术人员所追求的。2.4、常用的单跨隧道浅埋暗挖方法2.4.1、开挖方法选择根据开挖断面大小，在一般条件下有如图2所示的开挖方法：（注：在地质条件较差和拱部弧度较平缓时情况，1012m断面仍
14、宜采用CD法）2.4.2、施工顺序各种施工方法的施工顺序如图3所示。 2.4.3、台阶法施工台阶法是最基本、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3.54.5m。台阶长度的选择参见图4所示：长台阶（L5B）：长台阶对掌子面的稳定有利，但施工的干扰大；上台阶上设备、材料困难；上台阶向下台阶出碴困难；不能及时封闭成环，有时不得不在上台阶底板上作临时仰拱，这种方法在一般情况下不宜采用。中台阶（L=1.55B）：中台阶的特点介于上台阶和短台阶之间，由于台阶有一定长度，当拱部锚杆和初期支护壁后注浆工作量大时可减少和上台阶开挖的施工干扰
15、。由于上台阶的距离不长，喷砼和注浆设备仍可放在下台阶。短台阶（L=11.5B）:在土质隧道中上台阶不必上大型设备，而且从上台阶向下台阶运土的距离短，下半断能在11.5B内封闭成环，也能保证围岩开挖后的稳定，这种台阶长度在城市地铁的第四系地层中普遍采用。微台阶（LB）：在满足掌子面开挖稳定要求、满足开挖下台阶时喷砼的强度和方便施工的原则下进行选择，一般用34m。当使用反向挖掘机开挖装碴时，上台阶大部分可利用该机进行挖、装，可以提高施工速度。2.4.4、进行台阶开挖时的辅助施工方法2.4.4.1、在开挖上台阶时，类围岩地段宜采用环状开挖留核心土并做锁脚锚杆。上台阶开挖留核心土有利于掌子面的稳定减少地表沉陷，同时可以方便架设钢筋和喷砼，如图5所示。2.4.4.2、下台阶除可一次开挖外，根据地质条件又可分别选用图6所示的开挖方法： 下台阶先挖核心土施工速度较快，但有时施工不安全，一般不宜采用；留核心土施工较安全，但施工仍然不方便，仅在必要时使用；左右错进同样可以保证施工安全，而且施工方便，因此使用较广泛。2.4.4.3、初次支护背后注浆：拱部部分喷砼常因重力下沉而在围岩之间产生小的裂隙，在其壁后注浆
