（岩土工程专业论文）城市人行地道浅埋暗挖施工技术及其环境效应研究.pdf

城市人行地道浅埋暗挖施工技术及其环境效应研究 摘要 修建人行地下通道是缓解城市交通翔按、保障行人交遭安全、提高城市运行效率的一 项有效措施。人行地道施王不可避免对周边环境造成不利的影响，严重者可能影响地面建 构筑物和地下管线的正常使用。因此，选择合适的施工方法减小其环境效应具有非常重要 的工程意义。本文在前入研究成果的基础上结合实际情况对城市人行地下通道施工技术及 其环境效应进行了较系统的研究，主要工作和研究成果如下： 1 基于p a s t e m a k 双参数模型建立了接近工程实际的管棚工作祝理力学模型和徽分控 翻方程并求解。 2 基于普氏平衡拱理论和t e r z a g h i 松教介质理论提出均震土层中城市人行地道采用 全断面开挖时开挖进尺的计算方法，将该法推广应用到常用开挖方法( 台阶法、c r d 法) 和成层土中，通过工程实例验证表明这两种计算方法可以应用到设计施工中。 3 对砂质粉土和淤泥软土中人行地下通道埋深4 m 时的施工技术进行了详细的数值 模拟和分析，对埋深变化时( 埋深2 7 m ) 砂质粉土中开挖参数( 开挖进尺和分部开挖长 度) 进行数值模拟分析。在保证结构和周遮环境安全的前提下，对砂质粉土和淤泥软土中 修建人行地下遵道施工工艺( 包括开挖方法、开挖避尺、分部开挖长度、格栅钢架阅距、 支护滞后长度等) 给出合理的建议。 4 对均质土中单井和多井降水引起的孔隙压力和地表沉降变化应用数值模拟进行详 细研究，在研究结果基础上建立了砂质粉士中人行地道的降水模型，研究不同降水方法引 起的孔隙压力及地表沉降变化，指出边开挖边降水是适合人行地道的降水方法。 5 对不同土层、不同施工工艺、不同理深等因素对域表沉降的影响进行了数值模拟 和分析，在研究结果基础上总结了人行地遭开挖季| 起地表沉降的影响因素和控割措施。 6 对不同条件下 不同材质，不同埋深、不同阕距) 入行地道施工对地下管线的影 响进行数值模拟和分析。 7 通过对一个实际工程的数值模拟结果与实测值的对比，验证了本文提出的施工工 艺可以应用到实际工程中。 关键谣：入行地下通道；浅埋暗挖；双参数模型；开挖进尺；分部开挖长度；降水麓王工 艺；环境效应；地下管线 h s t u d y o nu n d e r g r o u n dc u t t i n g t e c h n i q u ew i t hs h a l l o wo v e r b u r d e na n d e n v i r o n m e n t a le f f e c to fc i t yu n d e r p a s s c o n s t r u c t i o no ft h eu n d e r p a s si sa ne f f e c t i v em e a s u r et oe a s ec i 够t r a f f i c c o n g e s t i o n , e n h a n c ep e d e s t r i a ns a f e t ya n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h ec i t y t h ei n f l u e n c eo ft h eu n d e r p a s s c o n s t r u c t i o nt ot h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n ti si n e v i t a b l e ，e v e nm a ya f f e c tt h eg r o u n db u i l d i n g s a n dt h en o r m a lu s eo ft h eu n d e r g r o u n dp i p e l i n e t h e r e f o r e ，i ti s s i g n i f i c a n tt os e l e c ta n a p p r o p r i a t ec o n s t r u c t i o nm e t h o dt or e d u c et h ee n v i r o n m e n t a le f f e c t s 。t h i sp a p e r , o nt h eb a s i so f t h er e s u l t so fp r e v i o u ss t u d i e s ，h a sd o n eas y s t e m a t i cs t u d yo nt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h ec i t y u n d e r p a s sc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u ea n di t se n v i r o n m e n t a le f f e c t s i tr u n sa sf o l l o w s 1 b a s e do nt w o p a r a m e t e rp a s t e m a km o d e l ，ac a l c u l a t i o nm o d e la n dd i f f e r e n t i a lg o v e r n i n g e q u a t i o nw h i c hr e f l e c t st h ew o r ko fp i p er o o fm e c h a n i s mh a sb e e n s e tu pa n ds o l v e d 。 2 b a s e do nm 。m p r o t o d y a k o n o ve q u i l i b r i u ma r c ht h e o r ya n dt e r z a g h il o o s em e d i u m t h e o r y , ac a l c u l a t i n gm e t h o do fd i g g i n gl e n g t hh a sb e e ng i v e nw h e nf u l l f a c et u n n e le x c a v a t i o n i sa d o r e di ns h a l l o wt u n n e lc o n s t r u c t i o ni nh o m o g e n i z e ds o i l t h e n , t h em e t h o d sh a v eb e e n a p p l i e dt ou s u a le x c a v a t i o nm e t h o d ( e g s t e pm e t h o dc r dm e t h o d ) a n dt h ec o n s t r u c t i o ni n l a y e r e ds o i l a tl a s t , t h em e t h o d sh a v eb e e np r o v e dt ob ep r a c t i c a li nd e s i g na n dc o n s t r u c t i o n a c c o r d i n gt oa p p l i c a t i o ni na ne x a m p l e 3 ad e t a i l e da n a l y s i so ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h eu n d e r p a s s ，4 md e p t hi ns i l t ys a n d s o i la n ds o f ts o i l ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e nc o n d u c t e d 。t h e n , n u m e r i c a la n a l y s i so f d i g g i n gl e n g t ha n dd i v i s i o ne x c a v a t i o nl e n g t hh a sb e e nc a r r i e do u ta c c o r d i n gt o d i f f e r e n t d i g g i n gl e n g t h ( 2 7 m ) o nt h ep r e m i s eo ft h es a f e t yo fu n d e r p a s sa n ds u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t s ， r e a s o n a b l ep r o p o s a l sh a v eb e e ng i v e nt ou n d e r p a s sc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yw h e ni ti sd o n ea t d i f f e r e n td e p t h so fs i l t ys a n ds o i la n ds o f ts o i l ( i n c l u d i n ge x c a v a t i o nm e t h o d s ，d i g g i n gl e n g t h , d i v i s i o ne x c a v a t i o nl e n g t h , s t e e lg r a t i n gs p a c i n g ，t h el e n g t ho f s u p p o r te t e ) 4 t h r o u g hn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，d e t a i l e ds t u d yh a sb e e nd o n et ot h ep o r ep r e s s u r ec h a n g e s a n dc h a n g e si ns u r f a c es u b s i d e n c ec a u s e db ys i n g l e - w e l la n dm u l t i - w e l lp r e c i p i t a t i o ni n h o m o g e n e o u ss o i l o nt h e b a s i so ft h er e s u l t s ，ap r e c i p i t a t i o nm o d e lo ft h eu n d e r p a s s c o n s t r u c t i o ni ng o u a c h e r i c hs a n ds o i lh a sb e e nm a d e p o r ep r e s s u r ec h a n g e sa n dc h a n g e si n s u r f a c es u b s i d e n c ec a u s e db yd i f f e r e n tp r e c i p i t a t i o nc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yh a v eb e e ns t u d i e d t op o i n to u tt h a td y n a m i c a lp r e c i p i t a t i o ni sa na p p r o p r i a t ep r e c i p i t a t i o nm e t h o d 5 。n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n da n a l y s i so nt h ei m p a c to ft h ed i f f e r e n ts o i l ，c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u ea n dd e p t ht os u r f a c es u b s i d e n c eh a v eb e e nd o n e o nt h eb a s i so fr e s e a r c hr e s u l t s i i i i n f l u e n c i n gf a c t o r sa n dc o n t r o lm e a s u r e sh a v eb e e ns u m m a r i z e d 6 n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n da n a l y s i so nt h ei m p a c to ft h eu n d e r p a s sc o n s t r u c t i o nt o u n d e r g r o u n dp i p e l i n eu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ( i n c l u d i n gd i f f e r e n tm a t e r i a l ，d e p t ha n ds p a c e ) h a sb e e nd o n e 7 。t h r o u g ht h es t u d yo fa na c t u a ls u b j e c ta n dt h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nr e s u l t sa n da c t u a ld a t a ，t h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d sp r o p o s e db yt h i sp a p e rh a v eb e e n p r o v e da n dc a nb ea p p l i e dt op r a c t i c a le n g i n e e r i n g k e y w o r d s ：u n d e r p a s s ；u n d e r g r o u n dc u t t i n gw i t hs h a l l o wo v e r b u r d e n ；t w o - p a r a m e t e rm o d e l ； d i g g i n gl e n g t h ；d i v i s i o ne x c a v a t i o nl e n g t h ；p r e c i p i t a t i o nc o n s t r u c t i o np r o c e s s ；e n v i r o n m e n t a l e f f e c t s ；u n d e r g r o u n dp i p e l i n e i v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签 签字日期：2 d 汐号年莎月8 日 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解澎姿态茔有权保留并向圜家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阂。本人授权溢姿盘茔 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：拗9 年莎月g 日 l 翩躲细 签字日期：细7 年乡月彳醴 逝辽叁堂监堂照迨塞 熬邋 致谢 本文的研究工作是在导师龚晓南教授的精心指导下完成的。四年的求学时间里得到导 师在学业、科研和生活诸方面的谆谆教导和无微不至的关怀。导师渊博的专业知识、开阔 的理论视野和严谨的治学态度使学生终生受益。导师在百忙之中坚持参加并主持课题组的 学术活动，创造了良好的学术氛围，不仅开拓了学生的研究视野，也为学生指明了正确的 研究方向。导师歪直无私、谦虚谨慎、严于律己、宽以待人的高尚品质也将成黄学生的楷 模。在此，谨向导师表示最诚挚的谢意! 浙大求学期阕，我酶硕士导师、西安建筑科技大学的王士川教授及瘴母给了亲切的关 怀和鼓励。借此，向他们表示深深的谢意! 感谢课题缝徐基庆教授、俞建霖副教授、餍建副教授、温晓责到教授、韩同春剡研究 员和杨晓军博士在我完成科研工作的过程中给予的关心和建议。感谢浙江大学建工学院的 诸多教癖和研究生科办公室的凡位老师，囱他们学到了很多东酉，受益不少。 感谢课题组鹿群博士、陈敬虞博士、王哲博士、郭印博士、连峰博士生、郭彪博士生、 墨文志博士生、史海莹博士生、张杰博士生、攀瑛博士生、张磊博士生、张雪婵媾士生、 金小荣博士、沈扬博士、罗勇博士、齐静静博士、丁晓勇硕士和焦丹硕士生等师兄弟的关 心和帮助。 感谢同寝好友舒恒、薛鹏飞以及吴明、吴健、丁光亚等同学的帮助，有幸和他们走在 一起，互相勉励和支持，度过了一段紧张而快乐的求学时光。 感谢华东勘测设计院的刘世臻副总和庄迎春博士对完成本文给予的巨大帮助。 特别感谢生我养我的母亲和父亲，感谢哥哥，他们无私的爱心、殷切的期盼激励我完 成求学之路，也必将指萼l 我奋发南上、不断地取得更大的进步。感谢岳父岳母及妻妹在学 习期间给予的大力帮助和支持。感谢爱妻李霞女士，有你陪伴的日子充满了快乐和幸福， 三年多来与你嚣地糍隔，是你无私的奉靛和任劳任怨的精神使我顺利地完成博士阶段的求 学历程。 最后，感谢评阕博士学位论文和出席论文答辫会的各位专家，他们建设性的意见将是 我进一步工作的重要指导。 谨以此文献给所有关心、支持、帮助我的家人和朋友们。 王志达 2 0 0 9 年6 月于求是园 1 绪论 董。重课题研究背景及意义 近年来，全球城市化水平呈现不断上升的趋势，城市规模和数量不断扩大。改革开放 君，特别是2 e 世纪9 g 年代汉寒，随著经济静快速发展，中匿嚣城市优遘程大大加快。城 市他的高速发展，带来了一系列城市环境问题，主要表瑰为交通阻塞、建筑空阚掘挤、基 磋设簏落髫、环境污染，城市黪灾能力薄弱等，也就是翡诱翡“城市绿合霾瓢。我謇北京 城噩人臻密度每平方公里2 2 2 万人，上海城区人1 2 密度每平方公里1 5 5 万人，均已大大 超过嚣际标准，巴处予超饱和状态。据2 0 0 6 年统计1 2 ，我匿城市人均绿地委积7 。s 9 玉， 尚不足国家人均标准l o m 2 ，和联合囡建议的人均4 0 m 2 的城市绿地标准相差更太。交通阻 塞也已成为我匿许多大中城市昀普遍闻题，如杭爨 市主干道平均车速已比1 0 年前降低4 5 以上，市区各主要路口申，严熏阻塞的达6 0 。 当今世赛，城市遗下空震戆开发剩蔫邑成药发达蓠家嚣治城市综合症”。解决城市入 警、资源、环境兰太危机以及保持城市可持续发展的重要途径。城市地下空间作为薪型溪 主资源嚣益受到重视；1 9 9 7 年羰寒，已多次召开i ；乏避下空闽开发剩用为主题的淫舞会议， 通过了不少决议、文件和宣言。工程实践方面，北欧的瑞典、挪威、芬兰，北美的加拿太、 美国以及秘本、法国等国家对城市地下空阄的荆用邑达到较高水平和相当规模。城市发展 过程中开发利用地下空间巴是大势所趋。实践表明，开发利用地下空间可以提高土地利用 率与节省土地资源、缓解中心城市密度、疏导交通、实现人率立体分流、扩充基础设施容 量、增加城市绿地、保持城市历史文佬景观、减少环境污染和改善城书生态。淡凄本学者 为苔的众多藿际专家提爨2 1 世纪是地下空阕歼炭利震的世纪，并预溅2 量世纪柬将蠢 三分之一的世界人口生活在地下空n t 3 1 。 杭州作为浙江省省会及长三角鬟要中心城市，城区交通发达，用地紧张。随着城市经 济的快速发展，交通i 口- j 题已经成为城市各有关部门关心的主要问题之一。近几年虽然在城 市道路基础设施方面的投入很太，每年新建或改建究成一大批道路建设项罄，傀城市交通 机动优的发展更快，特剃是2 0 0 2 年5 月薏机动率上牌酶放开，机动车更是快速增长，“行 路难”的阕题愈发突出，特剐是随着道路翡拓宽，人行过街设施翡建设又穗对滞后，人行 过街难的问题更为臻显。共了减少人车交遵干扰，提高道路通行能力，体现“以人茭本 的思想，保障行人的交通安全和交通连续性，及时修建人行过街设施撬得十分重要和迫切。 修建入行过街设施可大大提高城市运晕亍效率，缓解交通拥挤，使城市土地集约利用，城市 居民生活舒适、便利。修建人行地下通道是一种具有广阔发展前景的技术。 入行地下通道施工时不可避免地扰动地下岩土体，原有的平衡状态破坏后，商新的平 衡状态转亿。在平衡状态转换过程幸将会吾| 起地表沉降和变形，地表沉降到一定的程度， 将影响地蘧建筑物的安全和地下管线的正常使用。丙地铁线路、地下通道一般都会穿过人 1 2 密集、地面建筑物林立、地下管网密布的市中心繁华地段，该区段对施工产生的地表位 移和变形的要求都很高，施工方法的选择如稍有失误，将会造成不可估量的损失。 随着城市地下通道大量持续的修建，为了保证地下通道施工过程安全和周围建构筑物 的安全，深入开展地下通道施工力学研究，提出较为可靠的入行地下通道的施工方法，并 研究开挖对地下管线的影响，提出防止过大交形、保证地下既有管线及髑边建构筑物安全 的技术措藏，是具有现实意义的。 l 。2 城市人行地下通道施工方法 1 2 1 城市人行地道旄王方法分类 城市人行地道施工过程中，合理控制施工扰动诱发的地表变形，是设计与施工中的重 点、难点和热点。基于控制地表沉降、减少施工引发的环境效应、降低施工成本等多方面 考虑，形成了适用于城市人行地道的各种施工方法。 城市入行地道施工方法分明挖法和暗挖法两大类。早期多用明挖法，近年来，随着盾 构和暗挖技术的发展以及城市生活环境要求的提高，已广泛采用暗挖法。 ( 1 ) 明挖法施工技术 城市人行地道以往多采用明挖法施工，魄挖法包括敞掰噢挖法和基坑支护开挖法两 类。明挖法简单易行，施工速度较快，施工作业面宽敞，在上覆土层较薄、地面交通车辆 不多、周边建筑物和地下管线较少以及周围环境要求不高的地区，采用明挖法最经济。但 采用明挖法具有很多缺点，如中断交通、破坏地面、拆迁工作量大等，另外施工产生的噪 音、震动严重也干扰附近居民的生活和工作。 2 ) 暗挖法施王技术 随着地面交通运输量越来越大以及人们环保意识的提高，暗挖法巴取代明挖法丙广泛 应用予城市地下王程施工。暗挖法主要有盾构法、顶管法、浅埋暗挖法等。 1 ) 盾构法 盾构法是使用盾构机，一边控制开挖面及周围土体不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘 进、出渣，并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆而修筑隧道的方法。与明挖法相比， 蒋构法施工具有如下优点：基本不影响地面交通、不需要拆迁周边建筑物和地下管线、施 2 工期间噪音小等。近年来既在国内外地铁工程中得到广泛应用。但盾构法也存在一些缺陷： 如割造麓构的成本较高、隧道断面不许改变、不适应地层酶交仡以及管片酶铡俸与安装占 地较大等等。 2 顶管法 骥管法是继盾构施工之后发晨起来昀一种地下管道施工方法。顶管法施工是借助予主 顶浊缸及中继润的顶推力，把掘避规从王作井巍穿过土层一直攘到接收坑是吊起；与诧同 时，把紧随掘进机后的管道埋设在工作井与接收井之间，这是一种非歼挖的铺设地下管道 酶施工方法。到磐前为止，顶管施王随着城市建设的发展已经越来越普及，应篇的领域也 越来越宽。顶管法作为一种不开稽施工方法，其优缺点基本岛盾构法一致。 3 ) 浅堙暗挖法 浅壤暗挖法是近二十年发展起来的一种新方法。与明挖法相比，宅具有不影响地落交 通、对髑疆餮境的粉尘污染和噪声影响小、基本不需要拆迁建筑揍和地下营线、改建王作 小等优点。与盾构法和顶谚法相比，浅埋暗挖法具有可以适应隧道断面变化、开挖的隧道 长度不太辩工程造价低廉等侥点。我藿是个人搿大毽，有充沛麓劳力，有丰富的隧道施王 经验，因此，浅理暗挖法建城市修建地下工程的一种较好的施工方法，经济效益和发展前 景可麓。上述凡释撬王方法器侥缺点对比熙表董。l 豫。 表1 1 城市入行地道施王方法对跑 套 螨挖法藩褥法浅理略挖法 地质各种地层均胃各瓣地层麓可有水埯层蠢傲特殊处理 彝愁瑗鬻 骞有飧道路覆较大 占有黉遭路覆较小不占有街道舔匿 断面变化适用千不同断面不适用予不同断面适用于不同断面 深度浅簧要一点深度需要酶深度跑蘑搦法枣 防水较易较难凑一定难度 地谣下泥小较小较小 突通影响影响较太竖并影响大不影响 地下管路霉撵迁和防护不鬻拆迁萋譬防护不霭舞逶和游护 震动嗓音大奎小 地面拆迁 大 较太小 永焚理豫水、蔬予堵、降结合堵、降或绪、撵结合 进度舞迁予抗大总工期较短前嬲王程复杂总王朝正常 开王快，总王熬耩溲 1 2 2 浅埋暗挖法 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 ( n e wa u s t r i a nt u n n e l l i n gm e t h o d ，简写为n a t m ) 的基本原理，针对城市地下工程的特 点，子2 0 世纪8 0 年代，在北京第四纪软土中修建复兴门地铁折返线时由中铁隧道工程局 开创出的新方法。该法的实质内涵可用“十八字方针”来概括，即：“管超前”、“严注浆”、 “短开挖、“强支护、“快封闭和“勤量测”。 1 2 2 1 浅埋暗挖法的特点与适用范围 浅埋暗挖法的优点有：支护及时、喷射混凝土粘贴性好、具有一定柔性和灵活性和对 结构断面形状的适应性强。 浅埋暗挖法的不足表现在：对地层适应性有限、安全性不强、质量不易控制以及旄工 进度慢。 浅埋暗挖法主要适用于不蛊躜挖施工酶圭质或软弱羌胶结的砂、卵石等第四纪地层， 修建覆跨比大于o 2 的浅埋地下洞室。尤其对予交通运输繁忙、地面建筑物和地下管线密 集、结构埋置浅汉及对地表沉降量鸯严格要求的繁华城区，如修建地下铁遵、地下过街通 道、地下停车场、地下商场，浅埋暗挖法更为适用。 譬前，采用浅理暗挖法修建城市地下王程仍然受到诸多露素鳃影响( 如工程地质和水 文地质、结构断面形式等) ，其应用范围受到一定限制。浅埋暗挖法必须在无水条件下施 工，水的影噙往往是浅埋暗挖法花工成败昀关键，薅大深度、大范垂降水霹能会对周冒环 境造成较大的破坏，同时造价也偏高。国外在采取一系列辅助施工措施后，应用范围有所 拓宽，侄麓工速度仍然很慢。今后应研究开发切实可行的辕助施工方法，将浅埋暗挖法技 术向超浅埋、大断面、多种地层中推广应用。 1 2 ，2 + 2 国内努工程疲震 国外在2 0 世纪7 0 年代初开始将新奥法应用于浅埋地层的研究，到2 0 世纪7 0 年代末 8 0 年代初基本形成一套完整技术，著应用于城市地铁、市政工程等。譬前，德国、法国、 意大利、美国，日本、韩国、香港等国家和地区都有新奥法在浅埋地层中成功应用的实例。 表1 2 1 4 列举了部分溪外工程应用新奥法旄工的实例。 4 表1 2 匿外部分地下工程采用新奥法施工实例 国家德国德国 法国西本 奥地利 法兰克福地铁 幕尼黑地铁里尔地铁一号线北陆高速公路泊维也邸地铁 工程名称 2 5 号工区9 学区段4 号工区隧道 u 6 l 工区 藏王年代1 9 6 9 7 1 年1 9 7 5 7 8 年1 9 8 5 年1 9 8 3 8 5 睾1 9 8 3 。8 5 年 地震及 第三纪菱铁矿砂 第三纪流砂层，粘 水文地 辖主层、石灰岩和 层和泥灰岩、遇拳 粘土及砂等冲、洪积粘土土层和砂卵石层、 含水砂层、无水时其塑性和粘土 震条件地下水位很离 一致 埋 深1 l 1 3 m8 2 6 m约1 5 m5 1 5 m8 2 0 m 最大跨度1 1 5 m ，最大跨度6 8 m ，最大跨度1 1 4 m最大跨度8 5 m 断面形式圆形点径6 6 8 m 最大鹰度7 5 m最大藏度5 8 m最大高度8 ，6 m断匿约6 0 m 2 全断鞭台阶法施 双侧导坑法，使用上下台阶分部开超前侧壁导坑及侧壁导坑法，使用 施工方法工，使用反铲挖掘 糖遴杌及及铲挖挖，两台掘进枧，分部开挖法，人工掇进撬及反铲挖掘 掘机和地面井点弃渣用泵输送至 开挖环形部分反机，必要时拱部插 桃 降水洞外 铲开挖核心童板支护 锚枵长3 , - - , 4 m ，钢锚杼长3 5 , - - 4 m ， 主要支护 筋网喷厚1 5 1 8喷厚2 5 c m ，钢支钢支撑加背板钢锚杆长4 m ，喷厚喷厚2 0 c m ，钢支撑 c m ，钢拱絮疆撵硼2 l 或网构筋硷肉衬厚2 0 c m 钢支撑钢筋砼蠹村 形式 4 8 ，钢筋硅内衬拱t h 2 1 ，钢筋砼5 0 c mh 2 0 0 ，衬砌6 0 c m厚4 0 c m 厚1 5 1 8 c m 内村厚4 0 c m 长度 4 2 0 m6 0 m1 2 4 0 m7 7 0 m7 0 - 8 0 m 我国予2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初开始应用新奥法进行隧道施工，并于8 0 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。1 9 8 4 年首先在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，随后开始在国内推 广应用，这一方法已在城市地铁、城市人行地下通道、地下停率场、地下商场等一系列工 程中推广应用，影成一套竞整的配套技术。表1 3 1 4 1 碧 举了我国部分誓程实例。 表1 3 我国部分采用浅埋暗挖法施王的工程 工程 北京地铁复兴门北京地铁广州地铁一号线杭州武林广杭州庆春路 名称折返线天安门西站林和村区间场过街通道过街通道 薤忑 年代 1 9 8 6 - - 8 7 年1 9 9 6 , 0 9 荤1 9 9 7 , - - 9 9 年2 0 0 4 - 4 2 5 年2 0 0 5 , - 0 6 簸 粉震黠主、孛细粘主、羚质糖土、 地质及 粉细砂砂、中粗砾砂层，强风化粉砂土，水砂质粉土，水位在 水文地淤泥质粘土 质条件 无遗下永主体结构1 5 m 在位在地下地下1 睨0 m 承压水位下0 2 1 0 m 埋深9 - - , i l m5 4 m3 5 7 5 m4 0 m 2 2 6 罐5 m 断藤最大跨度1 4 。6 m ，最大跨度2 2 。2 m卵形，最大跨最大跨度6 8 m ， 最大跨度6 7 m ， 形式高度8 0 m 高度1 3 2 m度6 5 m净高3 5 m净高2 2 m 施王正台阶法 洞柱逆作法 台阶法 c r d 法c r d 法 方法侧壁导坑超前 主要 超黼小导管，锅筋超前小导管，锅筋 超前小导管，钢筋 管裰+ 超蓊小导管管禳超蕊小导管 支护 网1 0 x l o o m 喷厚网1 5 1 5 c m 喷厚网1 5 x 1 5 e m 喷厚 钢筋网1 5 x 1 5 c m 喷 钢筋网1 5 x 1 5 c m 喷 3 0 c m ，网构钢絮，3 0 c m ，圈构钢絮，3 0 c m ，网构钢袈， 厚3 0 c m ，网构钢架 厚3 0 c m ，网构钢架 形式局部型钢钢絮) ，局部型钢镶絮) ， 混凝主内衬5 0 c m混凝土内衬3 0 c m混凝主内衬3 0 c m 混凝土内衬4 0 c m混凝土内衬4 0 c m 长度 3 5 0 m2 2 6 1m5 4 3 1 m3 4 9 2 m1 1 0 m 浅埋暗挖法不断地在城市地铁和市政工程中广泛应用，取得了显著成效。同时，实践 中也出现了一系列新情况、新问题，以及某些传统的技术难点需要进一步研究解决，如施 工阶段地下水的处理与防范、施工安全技术、辅助施工措施等。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 人行地道浅埋暗挖施工技术研究现状 城市入行地道浅埋暗挖法藏工技术蘸核心是预加露技术和野挖技术，篷内外在这两方 面已经做了大量的研究工作。 1 3 1 。1 预加雷技术研究现状 对预加固技术的加固效果和作用机理的研究多集中在锚杆预加固和管棚预加固，其它 预加委技术的研究相对较少。 ( 1 ) 锚杆预加固研究 对锚籽预加霹螅加蟹效果和律用枕理，雷巍外在模型试验、数值模拟和蕊场测试方面 开展了大量的研究。下面就有代表性的文献做一概述。 模型试验方霞，s 拯蝎f u k u s h i m a 等( 1 9 8 9 ) s l 基予二维平霹隧道模型拉拔试验，对极 浅埋条件下( 覆跨比z ，d = 1 0 ) 干砂土层中的隧道开挖时三种锚杆布置型式( 倾斜锚杆布 置、歪霭锸杆布置和垂直或倾斜锚杆布置) 昀预加固效果进行了研究。其结论是：( 1 ) 锚 杆倾斜布置最有效；( 2 ) 锚杆垂直于拱顶布置，没有任何效果；( 3 ) 正面锚杆布鬣对保持 工作面稳定非常有效，但不能控镧隧道上方埯层由隧道内空运动，对约束地表沉降几乎不 起作用。 k u w a n o 等( 1 9 9 8 ) 【翻对硬粘圭隧道超前锚杆的布置形式进行了离心模型试验，研究 表明超前锚杆布置在0 。 4 5 0 范围( 锚杆与隧道顶的夹角) 内效果最显著。 h a l l a k 等( 2 0 0 0 ) 7 1 在f o n t a i n e b l e a n 砂土串进行了锚杆预加整工作面效果的离心模型 试验研究( 几何比1 ：5 0 ，覆跨比z d - - 2 ，度d = 1 0 m ) 。研究表明：( 1 ) 锚杆预加固工作面 大大减小了工作面的位移，褥豆王俸面锚秆布置密度加大可以改善王作谣稳定性；( 2 ) 王 6 作面预加固明显减少了工作面的破坏程度，但其破坏机理及形状与不进行加固相似。 c a l v e l l o 等( 2 0 0 0 ) f 8 】在k a o l i n 粘土中进行了工作面预加固效果的离心模型试验研究 ( 几何比1 ：1 2 5 ，覆跨比z d = 3 ，l , d d = 0 5 ，己w 为工作面来支护长度，d = 6 2 5 m ) ，结果表 明：( 1 ) 工作面加固可以躜显改善工作覆稳定性。工作露加雹与否和加匿布置的方式产生 的临界破坏压力相差甚远；( 2 ) 工作面加圈可以减小地层位移和沉降影响范围；( 3 ) 工作 面加固后，达到破坏时的地表沉降影响范围的宽度有所增加；( 4 ) 沿隧道周边加密布置比 均匀布置更能显著降低沉降。 对相似材料模拟试验，y o o 等( 2 0 0 1 ) t 9 在细砂中( 覆跨比肋一1 5 和2 5 ) 做了试验 研究。其结论为：( 1 ) 工作面预加固技术可以有效地改善工作面的稳定性和抑制工作面前 方的地表沉降。这一结论- 9s h i n jf u k u s h i m a t 5 1 和h a l l a k t t 的研究成果有盘入；( 2 ) 工作面 加露效果主要取决于加露布置( 锚杼酶长度、阚遁和布置昀范暖和角度等等) 。 数值模拟方面，a y d a n 等( 1 9 8 8 ) 【1 0 1 利用有限元分析了超前锚杆的加固作用。结果表 明- 工作面附近的超前锚杆承受拉力，工作面向前推进时锚杆的轴向应力由受拉逐渐向受 压转变，岿隧道工作面向前推进通过1 倍隧道直径的距离时，就完全变为压缩。而日本的 观测资料则得出了相反的结论。 p e i l a 等( 1 9 9 6 ) t 1 2 1 碉：e 了玻璃钢锚秆对隧道工作面预加固的影响。结果表翡：( 1 ) 要 想减少工作面前方翡塑性嚣，锚枵布置必须要有一定翡数量；( 2 ) 锚枰数量增加后，其轴 力迅帮减少，但其最大轴力的作用位置向王作西方向移动；( 3 ) 王作薅预加固产生的主动 力减少了王作面的变形和塑性区的扩展，可以稳定工作面。 y o o 等( 2 0 0 0 ) 【1 3 】考虑了隧道埋深、土层特性、锚杆布置形式不同组合的效果。所得 结论与文f 1 2 l 基本相同。需要强调的是：( 1 ) 锚杆预加固工作面后，工作面加固区仍保持原 状土的弹性状态。( 2 ) 锚秆的布置形式( 如锚杆的数量和长度) 对加匿效果影响明显，其 数量和长度都存在一个最佳范围。 现场溯试方露，王梦恕等( 1 9 8 7 ) 1 1 4 1 对大秦线军都士隧道的浅埋软土地段锚杆的使用 效果进行了研究。现场测试表明：埋深1 2 m 的隧道拱顶处的锚杆均受压，可以认为隧道 拱顶处的锚杆没有加固效果，因此后来的设计取消了拱顶锚杆。 自此以后，我国在软土隧道中不再使用金属锚杆作为地层预加固，但近年施工中在尝 试玻璃钢( 管) 锚杆加固正面土体。 工作面正面采用玻璃钢锚杆预加匿土体酶技术始予意大利，b a r b a c e i 等( 1 9 9 0 ) 【1 麓 报导了粘土隧道中采用3 m 长的s w e l l e x 罐籽与1 2 m 长管棚榴结合预加霉王作霹酶工程实 7 倒。此后，这项新技术在欧潲各国得到广泛应用和深入研究圈【2 载。 ( 2 ) 管棚预加固研究 管棚预加固的作用机理和加固效果，国内外在理论研究、模型试验、数值模拟等方面 做了大量的研究工作。 理论研究方面，常艄东( 1 9 9 9 ) 溯针对管棚的受力情况，建立了基于w i n k l e r 模型的 弹性地基粱模型。李力( 2 0 0 7 ) 【3 0 】利用双参数模型，对管棚的作用机理进行理论分析，求 解出在上覆土压力作用下的挠度、弯矩、转角以及地基反力等参数方程，并进行了王程验 证。苟德明( 2 0 0 7 ) 3 1 1 建立了管棚的弹性固定端双参数弹性地基梁分析模型并提出求解方 法，推导出相应的挠度、应力、应变公式。 模型试验方面，研究文献较少。前全苏运输建筑工程科学研究所以及莫斯科汽车公路 学院采用物理模型试验p 2 1 1 3 3 1 ，研究了管棚预加固隧道周边围岩的应力状态。研究表明：( 1 ) 隧道横断蘧周围的土体分为三个区：非扰动区( 位于隧道侧墙外侧1 o 1 5 d ) 、中l - j 区( 位 于非扰动区到作用区的0 7 5 1 2 0 d ) 和作用区；( 2 ) 管棚处产生应力集中，最大的应力集 巾区位于隧道顶部o 5 l 。0d 的上方以及距隧道侧壁o 1 o 。2 d 的两侧。( 3 ) 隧道拱顶和两 侧都有拉应力区，拉应力区与压缩区之间的界线几乎与理论滑移线相重合。 数值模拟方面，k o t a k e 等( 1 9 9 4 ) 3 4 憾! 用三维边界元研究了注浆管棚的作用机理和 加固效果。结果表明：( 1 ) 注浆管棚形成的预加固结构沿隧道纵向上可看作为梁，横向上 可看作力拱，粱、拱主要承受压力；( 2 ) 管棚形成的伞形结构承担地层压力，限制了圈岩 应力的释放，保证了隧道工作面的稳定。k o i z u m i ( 1 9 9 0 ) 3 5 1 1 和s i g ( 1 9 9 2 ) f 3 6 】等人也有 棚似结论。 常艄东( 1 9 9 9 ) 【2 9 】对超前管棚的预加固作用机理及效果进行了研究。结果表明：( 1 ) 管栅预支护可以有效减少地表沉降，并能提高王作面的稳定性。管棚对地面的沉降择制效 果位于工作面前方o 乱1 0 d 处。( 2 ) 隧道拱顶和地表沉降量与格栅钢絮的间距成正比， 亦馨随间距增大，圭层位移和管棚的受力都将增大。( 3 ) 隧道拱疆和地表的沉降量与管榴 在围岩中的剩余长度关系不大，而剩余长度的大小影响隧道工作面的稳定，剩余长度越小， 薹作蘧愈不稳定。 姚海波( 2 0 0 5 ) 1 3 7 1 对水平长管棚的梁效应进行了研究，研究认为：( 1 ) 隧道洞口管棚 门架可以有效地控裁管裰起始段的漉降，但其作用范霉有限。管棚端部设黄露定支座与设 为铰支座对于限制管棚沉降差别不大；( 2 ) 在其它条件相对固定的条件下，土体基床系数 与管棚沉降量溺符合三次麴线关系。所以，逶过工作蔼深孔注浆提高土体剩度能够有效地 冀 控制管棚沉降；( 3 ) 管径与管棚挠度二者满足指数函数关系。当管径增至一定数值后，管 棚挠度趋于收敛，此时片面通过加大管径来控制沉降，收效甚微。相反，当管棚直径小于 一定数值时，管棚挠度增长很快，管棚沉降易予超限。( 4 ) 管阚距对子管棚挠度的影响是 近予缓要线性的，同跑条件下不及管撩直径对管撩的影噙。 王伟峰( 2 0 0 6 ) d s 结合具体工程的现场资料，对管棚参数的合理选取及管棚的作月效 果进行了数值模拟研究。研究表明：( 1 ) 增大隧道初次支护的刚度利于发挥超前支护的作 用效能；( 2 ) 超前支护钢管直径存在最佳值。在地层条件不良地段，完全依靠增大管径并 不能带来预期效果；偏压隧道不能均匀设计管棚直径，要根据偏压程度的估计进行合理布 局；( 3 ) 超前支护长度以及超前支护的搭接长度( 主中临界剩余长度) 存在最佳长度。 萄德明( 2 0 0 7 ) 1 】依托常吉高速公路土江冲隧道，对管棚的受力机理进行了数值模拟， 研究表嚷：1 ) 隧道开挖对管棚的纵向影响范匿约1 5 2 0 倍开挖高度；( 2 ) 钢管直径小 于1 0 8 m m 时，管棚直径对最大挠度影响比较明显，当钢管直径大于1 0 8 m m 时，管攘直径 对最大挠度的影响较小。 程小彬( 2 0 0 7 ) 【3 9 】利用三维有限元模拟了不同工况条件下隧道开挖对管棚支护设计参 数的影响。研究认为：( 1 ) 采用管棚注浆支护时，不同管经和管间距对地袭变形最大值影 响不大，但对钢管肉皮力有较大影响，管榴钢管在设计时管径和管间距选择要适当，不必 要太大( 小) ，否则是不经济的。( 2 ) 不璃开挖进尺对番岩变形及管棚蠹应力的影响较大， 开挖进尺越小，冒岩变形及钢管、注浆层、钢支撑内应力越小。应尽量控制好开挖进尺， 不宜过大。 ( 3 ) 其它预加固技术研究 除了常用的锚杆预加固和管棚预加固，还有一些其它的预加固技术，如超前预注浆、 水平旋喷法、冻结法、预衬砌法等。 超前预注浆加雷技术研究方面，王明年等( 1 9 9 8 ) 4 0 1 利震有限元分析了预注浆的加固 效果。研究表臻： 1 1 0 5 也对粉砂缝层入行地道麓王逮行了糟关报道。 淤泥软土地层孛