第七章暗挖法-11级

1、1第七章 浅埋暗挖法考试安排：时间：4月25日（周五）5-6节地点：采矿馆422 形式：？231.浅埋暗挖法的概念：（1）特点浅埋暗挖的核心是新奥法的原理，新奥法的核心是利用围岩支护隧道使围岩本身形成支承环。中国工程师在新奥法的基础上，结合中国国情，创立了浅埋暗挖法，它的特点是沿用新奥法原理分析体系，建立量测信息反馈设计和施工，同时采取超前支护和改良地层，注浆加固等配套技术来完成隧道的设计与施工。7.1概述概述4（2）浅埋暗挖法名称的确定：北京地铁首次采用浅埋暗挖法设计，建成了复兴门车站折返线工程。由于取得了很大的经济效益和社会效益，于1987年8月25日由北京市科委、铁道部科技司共同组织了国

2、家级成果鉴定，与会专家和各级领导对该法进行了认真的讨论，最后否定了“软弱地层新奥法”、“中国特色新奥法”、“北京地铁浅埋暗挖法”等名称，确定采用“浅埋暗挖法浅埋暗挖法”这个名称。它更能反映该方法的特点，说明该方法不仅可在北京地层中应用，而且也可以在全国类似的各种地下工程中应用。1984年，北京地铁复兴门折返线首次在城市地段施工采用基于新奥法原理的浅埋暗挖法，在保证地面交通正常运行的条件下获得成功。7.1概述概述2.浅埋暗挖法的概念：57.1概述概述2、适用性浅埋暗挖是地铁车站与隧道施工的主要工法之一。适用于：不宜采用明挖施工且含水量较小的各种地层，尤其是在城市中心区域地面建筑物密集、交通运输繁

3、忙、地下管线密布，且对地面沉降有严格控制要求的场合。对于含水量较大地层，施工前采取堵水或者降水措施后适用。63、浅埋暗挖的核心问题 （1）隧道施工采用暗挖法施工的核心问题是岩体的开挖和围岩支护。 （2）技术的核心为新奥法原理。（传统为松弛理论）新奥法（新奥地利隧道施工法（NATM）法，奥地利学者拉布西维兹教授于二十世纪50年代提出的。新奥法的理论依据：岩承理论7新奥法的主要原则：新奥法的主要原则：（1）充分保护围岩，减少对围岩的扰动。）充分保护围岩，减少对围岩的扰动。（2）充分发挥围岩的自承能力。）充分发挥围岩的自承能力。（3）尽快使支护结构闭合。）尽快使支护结构闭合。（4）加强监测，根据监测

4、数据指导施工。）加强监测，根据监测数据指导施工。可扼要地概括为可扼要地概括为“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和施工顺序。能力，合理设计支护结构和施工顺序。7.1概述概述2、浅埋暗挖的核心问题87.2浅埋暗挖法（Shallow Tunneling Method）1、暗挖法施工的隧道深浅埋分界根据覆盖体厚度不同分为深埋隧道与浅埋隧道。（1）通常深埋隧道覆盖层比较厚，施工影响不到地面,主要问题是隧道本身的施工安全；浅埋隧道埋深较浅，开挖影响波及

5、地表，主要问题是控制地层位移,环境保护。9开挖引起的地层沉降分布云图10（2）经验公式法根据坑道开挖引起的应力重分布是否波及地表的原则，确定深、浅埋隧道覆盖层厚度分界值hp的经验公式：当隧道覆盖层厚度小于hp时，为浅埋隧道。ha-深埋隧道垂直荷载的计算高度；B-开挖坑道宽度；S-围岩级别7.2浅埋暗挖法1、暗挖法施工的隧道深浅埋分界1112根据我国铁路隧道调查资料，级以上围岩岩体强度较高，一般未出现由于浅埋而失稳破坏的情况，因此，通常在级围岩中才考虑浅埋隧道的设计问题，铁路隧道新奥法指南规定铁路隧道新奥法指南规定:当埋深大于:级围岩4D6D、级围岩2.0D3.0D、级围岩1.0D2.OD、级围

6、岩0.51.0D；深埋隧道铁路隧道设计规范规定铁路隧道设计规范规定:当埋深大于:级围岩3540m、级围岩1825m、级围岩10l2m、级围岩56m为深埋隧道，反之为浅埋隧道。7.2浅埋暗挖法1、暗挖法施工的隧道深浅埋分界132、浅埋暗挖法施工技术特点：围岩变形波及地表 严格控制地中及地表沉降。避免对地面建筑物及地层内线路管网等引起破坏；防止影响交通。要求刚性支护或地层改良 支护时间尽可能提前；支护刚度尽可能加大。前方围岩改良与超前支护。通过试验段来指导设计及施工 对施工过程中引起的地中及地表沉陷变形情况，支护结构及围岩应力状态，对地面环境的影响程度等情况进行观察、量测、分析、研究。7.2浅埋暗

7、挖法14 浅埋暗挖法理论源于新奥法，但强调预支护，及时支护，控制地面沉降，保证施工和地面地下建筑物的安全。 十八字方针“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”是其精髓。 浅埋暗挖法机械化程度低，主要靠人工施工，机动灵活，对工程的适应性强，可作成各种结构型式，在地质情况较差的情况下要采取辅助施工措施。 3.浅埋暗挖法的机理少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量15浅埋暗挖法的支护原则是浅埋暗挖法的支护原则是：由于该法多在松软地层中修建，所以围岩自身承载能力很差，为避免对地表建筑物和地中构筑物造成破坏，地表沉降量要严格控制，为此要求一次支护刚度要大、支护要及时，围岩

8、和支护的刚度曲线中可以看出，交点C（稳定点）应尽量靠近A点工作，尽量避免较大的地层损失。隧道支护特征曲线PmaxPo-PmaxpcP图1-1 特征曲线图P0-原岩应力线支护曲线UaUbCA围岩特征曲线BU1617187.3开挖方法与支护形式开挖方法的选择 采用浅埋暗挖法施工隧道与地下工程时，应根据工程特点、围岩地质条件、环境要求以及施工单位的技术状况等，选择适宜的开挖方法及掘进方式。必要时，通过试验段进行验证。 施工中常用的方法为台阶法以及分部开挖法。19（a）全断面一次开挖法，该法仅适用于掌子面能够自稳的小断面洞室，跨度一般应小于8m。 （b）正台阶法，该法可适用于地层较好的中小断面开挖。跨

9、度一般应小于12m。20（c）上台阶临时中柱法，该法要求工程条件好，施工技术熟练。跨度一般应小于12m。（d）上台阶临时仰拱封闭法，可适用于工程环境好、跨度中等的洞室开挖。跨度一般应小于12m。（e）正台阶环形开挖法，地层条件较好，洞室跨度中等或较小的情况下，可选用此法。跨度一般应小于12m。21（e）正台阶环形法开挖断面分块及台阶长度的控制一般情况下,根据地质情况台阶长度控制在5-8m,在遇水开挖困难地段台阶长度适当延长至15m左右,以满足洞内轻型井点降水要求227.3 7.3 正台阶法施工工序示意正台阶法施工工序示意 第一步第一步: :拱部超前小导管拱部超前小导管预注浆，台阶法环形开预注浆

10、，台阶法环形开挖上部土体挖上部土体, ,施做上部初施做上部初衬；衬；第二步：开挖核心第二步：开挖核心土及下部土体，施土及下部土体，施做下部初衬做下部初衬第三步：施做仰第三步：施做仰拱防水层及仰拱拱防水层及仰拱二衬二衬第四步：施工侧墙第四步：施工侧墙拱顶防水层，浇注拱顶防水层，浇注二衬。二衬。当隧道围岩自稳能力较差时当隧道围岩自稳能力较差时,应尽可能缩短开挖台阶长度应尽可能缩短开挖台阶长度,尽快使初期支护闭合。尽快使初期支护闭合。2324（f）单侧壁导坑正台阶法，适用于地层条件较差，洞室跨度中等或较小的情况下。跨度一般应小于14m 。（g）中隔壁法(CD法)，该法适用于地质条件差，跨度中等或较大

11、，安全要求高的情况下。跨度一般应小于18m （h）交叉中隔壁法(CRD法)，该法适用于地质条件差，跨度中等或较大，安全要求很高的情况下。跨度一般应小于20m。 25（h h）大断面隧道隧道）大断面隧道隧道CRDCRD法施工法施工CRD法（center cross diaphragm）即交叉中隔壁法,适用于地质条件差,跨度较大,沉降控制要求高的隧道。宽度20m.7.3开挖方法与支护形式26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。27CRDCRD法工序示意图法工序示意图 第一步：开挖洞室第一步：开挖洞室 ，施作初期支护。施作初期支护。第二步：台阶法开挖第二步：

12、台阶法开挖洞室洞室 ，施作初期支，施作初期支护。护。第三步：台阶法开挖第三步：台阶法开挖洞室洞室 ，施作初期支，施作初期支护。护。第四步：台阶法开挖第四步：台阶法开挖洞室洞室 ，施作初期支，施作初期支护。护。第五步：根据监测第五步：根据监测情况，纵向分段拆情况，纵向分段拆除临时支撑除临时支撑第六步：敷设防水层，第六步：敷设防水层，施作二次衬砌及内部施作二次衬砌及内部结构结构. .28(i)双侧壁导坑法(眼镜工法)，工程跨度大，安全要求高的情况下可使用此法。(j)中洞法及中洞CRD法，地层条件差的特大跨度洞室可选用这两种方法。如图2.9 (j) 2.9 (k)所示 29(i)双侧壁导坑（眼镜）法

13、施工双侧壁导坑法适用于地质条件差跨度大沉降控制要求高的隧道.7.3开挖方法与支护形式30侧导洞1部打钢插管，压注固结地层浆液侧导洞1部开挖、留核心土，架立拱架及临时仰拱，中隔壁，网喷砼 双侧壁导坑法31侧导洞2部开挖、留核心土，架立拱架、中隔壁，网喷砼 2双侧壁导坑法321、2部施工完毕后，拆除临时仰拱，施作边墙二衬双侧壁导坑法33侧导洞3部打钢插管，压注固结地层浆液侧导洞3部开挖，留核心土，架立拱架及临时仰拱、中隔壁，网喷砼双侧壁导坑法34侧导洞4部开挖，留核心土，架立拱架、中隔壁，网喷砼双侧壁导坑法353、4部施工完毕后，拆除临时仰拱，施作边墙二衬双侧壁导坑法36中洞5部打钢插管，预注固结

14、地层浆液中洞5部开挖、留核心土，架立拱架，网喷砼双侧壁导坑法37拆除两侧中隔壁顶部，施作顶板二衬双侧壁导坑法38中洞6部开挖，架立拱架，临时仰拱，网喷砼双侧壁导坑法39中洞7部开挖，架立拱架，临时仰拱，网喷砼双侧壁导坑法40拆除中隔壁，施作底板二衬双侧壁导坑法41双侧壁导坑法42(j)(j)双联拱隧道中洞法施工双联拱隧道中洞法施工双联拱隧道中洞法施工示意图双联拱隧道中洞法施工示意图 43第二步第二步: :在中洞内辅设防水层，施作中墙；在中洞内辅设防水层，施作中墙；第三步第三步: :对称开挖中洞两侧边洞上台阶，施作两边洞上部初期支护；对称开挖中洞两侧边洞上台阶，施作两边洞上部初期支护；第五步第五

15、步: :分段凿除部分中洞临时初期支护，辅设防水层，施作两边洞下部二次衬砌；分段凿除部分中洞临时初期支护，辅设防水层，施作两边洞下部二次衬砌；第六步第六步: :分段凿除中洞临时初期支护，辅设防水层，施作其余二次衬砌；分段凿除中洞临时初期支护，辅设防水层，施作其余二次衬砌；第四步第四步: :开挖两侧边洞下台阶，施作两边洞下部初期支护；开挖两侧边洞下台阶，施作两边洞下部初期支护；第一步第一步: :沿外轮廓打设超前小导管，小导管注浆，上下台阶法开挖中洞；上下掌子面间距沿外轮廓打设超前小导管，小导管注浆，上下台阶法开挖中洞；上下掌子面间距5 5米。米。双联拱断面施工步序双联拱断面施工步序44(l)侧洞法

16、，适用于地层条件差的大跨度洞室。如图2.9 (I)所示。(m)多导洞边墙支护法，该法适用于地层条件差的特大型多跨多层洞室。如图 (m)所示。45洞桩法，适用于地层条件很差的特大跨度洞室。如图2.9 (n)所示。46PBA“PBA”洞桩法施工工艺就是先在车站的梁柱、梁墙节点部位暗挖小导洞，并在小导洞内施作边桩(P：Pile)、中柱及顶纵梁(B：Beam)，形成主要承载结构，再暗挖施作支承在边桩和顶纵梁之间的顶拱(A：Arch)，形成完整的结构外轮廓支撑体系，在其保护之下按顺作法或逆作法进行车站基坑的开挖、衬砌。工程：北京地铁1 0号线苏州街站：首先施作小导洞(6个)，在小导洞内施作人工挖孔桩、冠

17、梁、钢管柱，然后施作拱部初期支护、二衬；最后按顺、逆相结合的方法施作二衬结构。47PBA施工方法主体双层地段小导洞施工。(2)底纵梁、条基、挖孔桩、冠梁、钢管柱施工。(3) 顶纵梁施工(4)主体双层地段扣拱施工。(5)拱二衬施工(6)土体开挖(拱中板)(7)中板、站厅层侧墙施工。(8)土体开挖(中板底板)(9)中板以下结构施工487.4施工辅助措施 在软弱地层中，对隧道开挖工作进行加固处理，可采取下列辅助措施：（1）喷射混凝土封闭开挖工作面；（2）超前注浆小导管支护；（3）管棚钢架超前支护；（4）设置临时仰拱或临时支护；（5）地表注浆加固；（6）小导管周边注浆及围岩深孔注浆；49（1 1）采用喷射混凝土封闭工作面时，应采用早）采用喷射混凝土封闭工作面时，应采用早强喷射混凝土，其厚度宜为强喷射混凝土，其厚度宜为5 510cm10cm。（2 2）超前注浆小导管）超前注浆小导管 小导管要和网架配合使用，从钢架格栅腹小导管要和网架配合使用，从钢架格栅腹部穿过。钢管部穿过。钢管32-4032-40无缝钢管制作。无缝钢管制作。 注浆材料以水泥浆液为主，根据地质条件注浆材料以水泥浆液为主，根据地质条件添加水玻璃。添加水玻璃。 注浆压力：不超过注浆压力：不超过1MPa1MPa。7.4施工辅助措施50（3 3）管棚）管棚 管棚用钢管直径