浅埋暗挖松散地层复杂断面地铁隧道施工技术

1、浅埋暗挖松散地层复杂断面地铁隧道施工技术2010年目录文件之一、复杂地质条件下大断面隧道施工技术研究工作总结报告1 文件之二、地铁三连拱浅埋隧道施工技术10 文件之三、软弱地层大断面隧道施工工法转换技术38 文件之四、水平定向钻进施工隧道长大管棚技术49 文件之五、主要经济、社会效益证明57 文件之六、用户使用证明59 文件之七、科技查新报告61 附件、照片及资料67- 1 -复杂地质条件下大断面隧道施工技术研究工作总结报告1一、任务来源城市地铁作为一种方便快捷的交通方式，逐渐成为解决城市交通问题的最好途径之一，很多大城市都在加大地铁建设的速度和力度。由于城市的发展，地铁隧道修建的环境条件复杂

2、多变，而且地铁隧道功能上的要求越来越高，如何解决高标准要求的用户需要，是作为设计、施工方共同面临的问题。本课题针对北京地铁十号线第七合同段浅埋暗挖隧道断面大、断面类型多且变化频繁、工程地质复杂、管棚施工数量大的特点，为实现安全快速建造的目的，中铁十二局集团公司2005年在年度科技计划中立项研究“复杂地质条件下大断面隧道施工技术”。二、项目概述1、工程简介北京地铁十号线第七合同段全长1.834公里。由花园东路站八达岭高速站区间、八达岭高速站、八达岭高速站熊猫环岛站区间三部分组成。设施工竖井3座。区间隧道均采用浅埋暗挖法施工，由于设计与16号线联络线、存车线和交叉渡线的需要，区间隧道断面复杂多变，

3、共设计12种断面。其中花园东路站八达岭高速站区间右线325m范围内集中设计11种断面形式（见图1-1和表1-1），有马蹄形加宽断面、不对称双连拱断面、对称双连拱断面、三连拱断面，根据断面跨度大小，分别采用台阶法、CRD法、双侧壁导坑法、中洞法、侧洞法、双侧洞法等施工。隧道采用复合式衬砌，大管棚和小导管超前支护，格栅钢架、钢筋网、喷混凝土初期支护，C30钢筋混凝土二次衬砌。区间隧道断面形式统计表 表1-122、周边建（构）筑物区间隧道埋深810m，穿越土城遗址公园，隧道边界距小月河0.58.0m，最大的1-1断面距离小月河8米。小月河为人工河流，深3米，采用明挖法放坡施工，底板为钢筋混凝土，地下

4、土体常年受河流渗漏浸泡，造成土质松散、含水量大、自稳性差，而且一旦发生过大变形，极易破坏小月河，后果不堪设想。隧道经过地段下穿5处建（构）筑物：江南大夫第金榜梨园酒楼、瑞洁加油站、河湖管理所办公楼、大气物理研究所的索塔拉锚基础和小月河疏浚工程暗河，另外1-1断面隧道上方有一栋三层临时建筑。3、地质情况区间隧道地层主要为粉细砂层和粉质粘土层，根据铁路隧道设计规范，为级围岩，属于松土和普通土。4、地下水情况地下水有台地潜水和层间潜水，水位较高，接近自然地面。施工时采取降水措施，水位降至隧道底板1.0m以下，确保隧道在无水状态下施工。三、工程特点及研究目的1、区间11断面为三连拱隧道，埋深浅，开挖面

5、积200m2，跨度达22.5m，施工步序多，施工难度大。而且隧道上方有一栋三层临时建筑，必须严格控制沉降，确保建筑物的安全。通过本课题的研究，确定最大的三联拱断面隧道的施工方法，解决三联拱隧道从两端施工均存在很大难度的问题。2、区间隧道在325米长度内，断面类型多达12种，属典型的大断面洞群段落，采用6种施工方法，不同施工方法间转换多，断面间接口多。通过本课题的研究，研究如何进行不同类型隧道的施工转换。3、区间大断面隧道超前支护以大管棚为主，数量巨大，达15213延米。管棚施工效率对工期影响明显；施工精度对隧道安全影响大。通过本课题的研究，彻底解决大管棚施工效率低、误差大、不可调节的问题。4、

6、区间下穿多处建筑物和管线，最大管线为与隧道垂直的电力管沟，内净空尺寸为20002350mm，与区间隧道净距1.76m，区间隧道上方还有一条600污3水管线。城市施工要求地面沉降量控制在30mm内，地表沉降要求严格。通过本课题的研究实践，保证既有建筑物和管线的安全。四、关键技术1、地铁三连拱浅埋隧道施工效应分步模拟分析技术区间11断面为三连拱隧道，结构扁平，拱顶处于浅埋粉细砂地层，施工中隧道结构所受荷载大，结构应力集中，比单拱隧道更趋复杂化，隧道成型和围岩稳定性控制的难度增大，稍有不慎，极易造成围岩过度变形，威胁区间管线和地表建筑物安全，甚至坍塌，严重影响施工进度和质量。因此选择合理的开挖方式和

7、支护参数，保证围岩和结构的稳定极其关键。经比选，采用弹塑性有限单元法，对三连拱不同施工阶段、不同荷载条件的受力特性和变形量进行模拟和分析，为确定合理的施工方案提供理论参考。根据区间隧道地质情况，采用FLAC软件、显式有限差分方法进行分析。2、三连拱浅埋隧道施工技术采用双侧洞法，将整个隧道断面分为3个部分，两侧的左右侧洞和中间的中洞，并分别采用CRD法开挖，该技术的核心在于按照先侧洞、后中洞的顺序开挖、衬砌，分块开挖，分块衬砌，具备条件时尽早闭合成环，初支二衬结合进行，能够合理利用两侧洞成环隧道承受围岩压力，充分发挥二衬结构的支护作用，降低初支承受荷载，减小隧道沉降。结合长导管超前加固地层、跳段

8、拆除临时支护等技术措施，提高施工安全系数。3、不同大断面隧道施工工法转换技术区间隧道共设计10种大断面，并且大断面集中于花园东路站八达岭高速站区间右线布置，属典型的大断面洞群段落。断面不同，采用的施工工法也不同。根据断面情况分别采用CD法、CRD法、双侧壁导坑法、中洞法、侧洞法和双侧洞法等多种软弱地层隧道工法。相邻断面的施工工法转换是确保施工安全的关键环节，必须采用技术措施才能实现安全过渡。断面转换分为两种：大断面向小断面转换和小断面向大断面转换。施工中重点研究断面转换中的分部开挖过渡技术和反向扩挖技术。44、水平定向钻进施工隧道长大管棚技术本标段区间隧道在大断面施工、穿越地表建筑物时设计均采

9、用108mm大管棚超前支护，累计数量达15213延米。大管棚施工速度和质量的好坏直接影响着施工进展。受竖井口和洞内作业场地施工空间的制约，普通管棚钻机存在移位困难、洞内作业需先扩挖工作室等问题，钻进过程中钻头的方向难于控制、棚管偏位严重是普通钻机管棚作业中的通病，并且在城市地铁扩挖工作室不利于对管线和建筑物的保护。本项目在国内首次采用HGT-100水平钻机对隧道大管棚施工进行了研究和尝试。该方法在钻头内安装特制的传感器，钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向，根据钻头在钻进过程中实测轨迹同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的楔型钻头调整钻进方向，从而实现按设计要求的角度完成各种大管棚的施工

10、。具有一次连续钻进长、管棚精度高、水平钻机在同一断面中不需扩挖工作室等优点。五、研究过程该项目在集团公司立项后，项目部组成课题研究小组，制定试验研究大纲，将课题的研究分解为方案制定阶段、理论模拟分析阶段、试验实施阶段、总结阶段四个阶段。在方案制定阶段，我们查阅了国内外类似工程的有关资料，结合自身实践经验，比选现有联拱隧道工程施工方法，与本工程环境特点的异同点，制定了双侧洞法开挖的施工方法，不同类型、断面隧道施工转换的经济安全的施工方法，分部开挖过渡技术和反向扩挖技术联合运用；同时比选大管棚施工机具，选用HTG-100型管棚钻机。在理论模拟分析阶段，采用FLAC软件、显式有限差分方法，对11断面

11、拟采用的双侧洞法进行工况分析，模拟分析不同的施工工序对围岩应力应变的影响及每步工序产生的地表沉降值，找出关键工序，理论分析双侧洞法在地铁三联拱隧道施工中的可行性。2005年4月2006年10月，进行了现场试验实施和观测、分析，取得现场实测数据资料。52006年11月2006年12月，进行了研究成果的分析、总结，形成本课题的研究报告。六、主要研究成果通过北京地铁的施工，复杂大断面施工技术取得了以下几方面研究成果：1、开发了地铁三连拱浅埋隧道施工的新技术明确了双侧洞法的施工步骤采用双侧洞法，将整个隧道断面分为3个部分，两侧的左右侧洞和中间的中洞，并分别采用CRD法开挖，采用长导管超前加固地层，按照

12、先侧洞、后中洞的顺序开挖、衬砌，分块开挖，分块衬砌，初支二衬结合进行，衬砌前跳段拆除临时支护，具备条件时侧洞分段尽早闭合成环，合理利用两侧洞成环隧道承受围岩压力，充分发挥二衬结构的支护作用，降低初支承受荷载，减小隧道沉降。侧洞先衬砌成环的意义明显三联拱隧道施工过程中两侧侧洞衬砌对围岩体的支撑稳定具有非常显著的作用。连拱隧道由于跨度大的特点，其松弛塌落范围比单拱隧道要大得多，作用在支护衬砌结构上的荷载也要比单拱隧道大得多，计算表明，这些荷载施工过程中大部分由两侧侧洞衬砌承担。因此，施工过程中应尽可能加快侧洞衬砌的施工进度，侧洞衬砌尽早成环。采用局部衬砌增强大断面隧道稳定性的思路对今后的三连拱隧道

13、施工具有指导意义。通过FLAC程序分析，找出了控制沉降的关键环节经分析研究，取得以下成果：经计算，隧道累计最大沉降为29.2mm，该值不一定与现场实测完全吻合，但能代表施工实际沉降的趋势，可以计算得出各步序的沉降值占沉降总量的权重。各工序产生的地表沉降值见表1-2，权重分配见图1-2。双侧洞法各开挖工序产生的沉降值及权重 表1-26图1-2 沉降权重分配图从图中明显看出，第一、第五和第十一步沉降最大，此三步沉降和占总沉降量的三分之二以上。因此，施工中必须以这三步为重点，采取必要措施，如严格控制开挖进尺及轮廓、加强超前锚管和锁脚锚管施工质量、跳段拆除，保证拆除段两侧结构的完整性等，严格控制这几步

14、的沉降，这是确保总沉降不超限的关键环节。2、软弱地层不同大断面施工工法转换技术本项目设计大断面类型多达10种，从单洞、双连拱到三连拱，各种断面采用的施工方法各异，相互之间转换频繁。本文深入探讨了小断面向大断面隧道的工法转换。大断面向小断面转换大断面隧道向小断面隧道转换相对简单，由于开挖断面变小，围岩稳定性相对加强。转换过程中作业空间较大，操作方便，施工更趋安全性。一般在对大断面按设计采取支护措施后，采用直接转换法即可进入到小断面隧道施工。小断面向大断面转换小断面向大断面的工法转换，因开挖断面的增大，作业空间又受小断面的制约，进行施工转换难于一步到位。尤其对于采用不同工法，不能直接转换的部位，必

15、须多次采取措施，才能完成工法转换。本工程采用渐变过渡法，在多种断面转换中取得了成功，尤其是标准断面的台阶法向三连拱的双侧洞法转换和大断面的双侧壁导坑法向三连拱的双侧洞法转换极具代表性。分步过渡技术7关键环节为：过渡段仰角的选取，综合考虑应力变化复杂性、施工作业可操作性及后续反向扩挖的工作量，在砂层和粘土层中宜选取3040；对过渡段附近510m小断面围岩注浆加固并施工二次衬砌；过渡段支护措施要加强，采取超前小导管注浆预加固岩体、打设锁脚锚管、增加连接筋等多种支护措施；格栅钢架根据过渡开挖净空逐榀定型加工；严格控制开挖进尺，及时进行监控量测。反向扩挖技术对过渡段进行反向扩挖，分部拆除过渡段临时支护

16、并重新施工大断面的初期支护，以满足设计净空：对过渡段围岩进行径向注浆固结，小导管长度4m，注水泥浆；拆除前从大断面向小断面打设5m超前小导管，超前小导管长度以达到小断面并形成棚架为准，对超前小导管棚架注浆；严格控制拆除范围和拆除长度，CRD中的临时仰拱及临时中隔墙只相应接长，不拆除；及时封闭拆除过程中小断面一侧暴露出的岩体。3、水平定向钻进施工隧道长大管棚技术通过本项目的管棚施工研究，主要在管棚钻机的选择、钻头钻进过程中的方位监控、钻进过程中的纠偏方面取得以下成果：钻机选择经多种钻孔设备比选，HGT100型水平钻机具有很大优势。该钻机在本项目中一次连续钻孔深度达74m，其特有的钻进轨迹微调功能

17、使其在相同断面或断面变化不大的隧道中进行大管棚施工不需进行拱顶挑高和两侧扩挖的工作室施工准备。实践证明，选用该水平钻机进行大管棚作业是成功的。钻头方位监控通过研究和改进，在钻头内安装特制的传感器，灵敏感知钻头方位。传感器直接由15V直流供电。通过显示屏显示钻头的工作位置，主要显示钻头倾角（水平角度）和面向角（左右方向）。钻进纠偏利用能进行调节方向的楔型钻头改变管棚的钻进角度。如需要向上调整，则把导向板调向6点（对应钟表点位），即导向板朝下，直接顶进，由于导向板底板为8斜面，在推力作用下，钻头轨迹就会朝上运动。同理在12点纠偏可以使钻头轨迹朝下，3点、9点分别是向左、右纠偏。所以导向钻头是进行纠

18、偏的关键，为国内大管棚施工中首次使用。一般只要角度合适，钻机匀速钻进，钻杆轨迹就是平直的。经开挖实测检查3根棚管，距开孔50m处管棚垂直偏距分别是12cm、6cm、9cm，相邻钢管方向偏位分别为5、8、4cm，均高出设计的垂直偏距小于20cm、相邻钢管方向偏距小于10cm的要求。一次成孔该钻机在钻进过程中，采用棚管做钻杆，一次成孔，棚管钻进后不需拔出，克服了传统管棚施工方法易塌孔、二次顶进困难等缺点，对地层扰动小，施工容易控制。9地铁三连拱浅埋隧道施工技术10一、施工方法的选择1-1断面跨度大，达22.5m，开挖面积200m2，按照常规施工方法，宜采用中洞法施工，超前支护采用大管棚，即先施作中

19、墙，开挖中洞，中洞成拱，然后开挖边洞。但1-1断面一端为花园东路站明挖区，受拆迁影响当时还没开始施工，不能为从车站进行大断面隧道打设大管棚和开挖施工提供空间；另一端分离为区间2-2断面和标准断面，中洞部分对应的原土体不开挖，不具备中洞法的施工条件，也无法进行大管棚护顶施工，而且隧道上方有一栋三层的临时建筑，隧道施工过程中不能发生过大沉降，否则影响临时建筑的使用。在如此不利的条件下，采用什么样的施工方法，成为施工前必须解决的问题。经过设计和施工单位的多方查证，结合专家意见，建议采用双侧洞法施工，同时将超前支护大管棚变为超前注浆长导管。导管长度的选择直接影响支护效果,导管过长，不利于施工和保证施工

20、质量，导管过短，则不能起到良好的支护作用，结合隧道断面的尺寸，经现场对比后确定采用4m长的超前注浆长导管。双侧洞法，顾名思义，就是将整个隧道断面分为3个部分，两侧的左右侧洞和中间的中洞，并分别采用CRD法开挖，按照先侧洞、后中洞的顺序开挖、衬砌，分块开挖，分块衬砌，具备条件时尽早闭合成环，初支二衬结合进行，合理利用两侧洞成环隧道承受围岩压力，充分发挥二衬结构的支护作用，降低初支承受荷载，减小隧道沉降，提高安全系数。其施工步序按照图2-1进行。11图2-1 双侧洞法施工步序简图为了在施工之前验证该方法的可行性，了解1-1断面三联拱隧道暗挖段施工过程中可能对地层产生的影响，明确这种影响的大小量级和

21、范围，明确危险可能发生的时间、方式及应采取的施工对策，同时为现场监控量测提供管理基准和依据，对该暗挖段进行了施工过程的动态分析，主要计算施工时对隧道变形的影响。通过大型岩土工程软件FLAC模拟1-1断面施工顺序，确定每步开挖工序产生的沉降值，为科学制定方案提供依据，确保有效控制最大沉降在30mm以内。二、模拟计算进行可行性分析1、 有限差分法基本原理FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）是由美国Itasca Consulting Group Inc.开发的二维显式有限差分法程序，采用适合于模拟大变形问题的拉格朗日方法，即模型单元网格随着变形而不断更

22、新。它可以模拟岩土或其他材料的二维力学行为，在国际岩土界广为流行。广泛应用于边坡和路基的设计与稳定性分析、浅基和深基工程、土石坝和混凝土坝设计、隧道围岩稳定性评价与支护设计、采矿工程设计等方面，是岩土工程中的一种重要研究工具。拉格朗日元法的名词渊源于流体力学。一般认为，在流体力学中研究流体质点运动的方法有两种。一种是定点观察的方法，称为欧拉法；另一种是随流观察的方法，称为拉格朗日法。后者是研究每个流体质点随时间而变化的情况，即着眼于某一个流体质点，研究它在任意一段时间内走出的轨迹、所具有的速度、压力等。将拉格朗日法移植到固体力学中，将所研究的区域划分成网格，网格的节点就相当于流体的质点，然后按

23、时步用拉格朗日法来研究网格节点的运动，这种方法就称为拉格朗日元法。这种方法不需要形成刚度矩阵，不用求解大型联立方程组，占用内存较少，便于用微机求解较大的工程问题。2、 FLAC程序的主要特点较低的硬件配置由于FLAC程序采用的是显式有限差分方法，在运算过程中不必形成象有限元程序那样的整体刚度矩阵，因此程序运行所占的内存不大。12强大的前后处理功能FLAC由于提供了友好的用户界面，具有很强的前处理功能和后处理功能。差分网格生成较方便，而且可以很容易地用结构单元模拟梁、柱、桩、锚杆（索）等结构。实现对多种材料和多种工况的模拟FLAC程序可以使用弹性模型、莫尔库仑模型、横观各向同性模型、应变强化和软

24、化模型、修正剑桥模型、Drucker-Prager模型等多种材料本构模型，可以模拟地应力场生成、边坡或地下洞室开挖、波在土中的传播、土与结构动力相互作用、地下渗流等问题。另外，程序还包括界面模型，可用来模拟岩土体中的结构面（层面、软弱面、断裂面、滑动面等）等复杂的地质条件。3、模型建立隧道工程问题为一无限域问题，而有限单元法是在有限的区域内对结构进行离散，为使这种离散不产生较大的误差，必须取足够大的计算范围。但计算范围太大，计算工作量大而且计算时间长。理论和实践分析表明，对于地下工程开挖后的应力应变、仅在洞室周围距洞室中心点35倍隧道开挖宽度(或高度)范围内存在实际影响，距离越远，影响越小。因

25、此，本次模拟选取花园东路站八达岭高速站区间11断面暗挖段的一部分作为模拟开挖的对象，根据相关工程计算经验，计算模型的横向边界到隧道边界的距离为3倍的洞径，总长为156.55m；垂直方向上，模型下边界到隧道底部边界的距离为3倍的洞径，即31.506m；向上取至地表，总高度为46.36m；沿隧道纵向取一个拆除段6m。计算模型的边界条件上部为垂直荷载边界外，其余各侧面和底面为法向约束边界。有限元计算模型如图2-2所示，底部采用固定约束，两端边界处沿水平方向固定约束。模型上面为地表，取为自由边界。强度准则采用莫尔-库仑准则，变形模式采用大应变模型。隧道结构的有限元计算采用隧道与地层共同作用的受力模式，

26、施工过程中采取了降水措施，模型不考虑水的影响。13图2-2 模拟分析计算模型区间1-1断面穿越的部位的地上物为一栋三层高临时建筑。隧道北侧为北土城西路。隧道南侧为小月河，与小月河的水平距离为8米。支护结构采用复合式衬砌，初期支护采用喷射混凝土、钢筋网、锚杆和格栅钢架；二衬为防水钢筋混凝土。开挖前沿全断面拱部开挖轮廓线外施作小导管注浆超前支护，预加固地层，并作超前支护辅助施工。支护结构的模型如下： 初支结构首先用空单元（null）模拟隧道开挖，再使用350mm厚钢筋混凝土支护部分单元格复活，并赋予表2-1所列钢筋混凝土衬砌参数来模拟，各土层物理力学参数如表2-2所示。表2-1 支护材料参数表超前

27、支护小导管以一定的外插角打入未开挖的围岩以后，其前端支撑于岩体内，后端支撑于钢拱架上，形成梁效应。支撑住工作面上方的岩体，减小了围岩的变形，避免了岩体的局部掉块。通过注浆把浆液压注到软弱岩体的裂隙中，在隧道周边和未开挖地段形成一弧形加固层。采用在注浆范围内提高网格力学参数来模拟。 二次衬砌550mm厚的二衬部分单元格复活，并予表2-1所列钢筋混凝土衬砌参数来模14拟二次衬砌。 中隔墙采用beam结构单元来模拟。表2-2 模型物理力学参数4、 工况模拟及结果分析 施工工况本区段施工顺序如图2-3所示。15图2-3 双侧洞法施工步序详图16模拟分析过程根据具体施工过程，为简化分析步骤，增加群洞效应

28、的不可预见风险，将左右侧洞按照同步开挖分析。本次计算分析分以下步骤进行：第一步：开挖1、5号导洞，施作初期支护及临时支护。第二步：开挖2、6号导洞，施作初期支护及临时支护。第三步：开挖3、7号导洞，施作初期支护及临时支护。第四步：开挖4、8号导洞，施作初期支护及临时支护。第五步：分段拆除侧洞内临时支撑，浇筑侧洞仰拱二衬混凝土。第六步：浇筑侧洞拱部二衬混凝土。第七步：开挖9号导洞，施作初期支护及临时支护。第八步：开挖10号导洞，施作初期支护及临时支护。第九步：开挖11号导洞，施作初期支护及临时支护。第十步：开挖12号导洞，施作初期支护及临时支护。第十一步：拆除中洞内临时支撑，浇筑二衬混凝土。模拟

29、结果分析在整个施工过程中，到第十一步累计引起的沉降达到最大，为29.2mm。每一步施工引起的沉降见图2-4至2-14。175、施工控制标准根据以往修建城市地铁时施工监测的成功经验，确定采用铁路隧道喷锚构筑法技术规则(TBJ108-92)的级监测管理并配合位移速率作为监测管理基准，即将允许值的三分之二作为警告值，允许值的三分之一作为基准值，将警告值和允许值之间称为警告范围。实测值落在警告范围，应提出警告，商讨和采取施工加强对策，预防最终位移值超限；警告值和基准值之间称为注意范围，实测值落在基准值以下，说明隧道和围岩是稳定的。监测的级管理见表2-2。按照FLAC软件分析的权重，每一施工步骤分解后的

30、沉降控制值见表2-3。表2-2 监测级管理表表中：U0 实测位移值 Un 允许位移值Un的取值，也就是监测控制标准(即控制值)。表2-3 分步控制标准三、双侧洞法的模拟分析结果1、通过对施工过程的分步模拟分析，建立了分步控制沉降的施工控制模式，把总的沉降值按照每一施工步骤分解进行控制，确保每一步序沉降值都在控制指标内，以达到最终沉降不超限的目标。2、采用双侧洞法施工三连拱隧道，模拟分析结果能够满足沉降不超过30mm的要求。第一步的沉降最大，必须把超前支护做为施工的重点。要加强超前支护的质量，严格控制小导管的长度、间距、外插角、壁厚等各项参数，同时加强对注浆效果的控制。3、第四步和第五步之间的沉

31、降差值达5.7mm，占总沉降的近20%，说明拆除临时支撑对地层沉降的影响是很大的，此步骤的施工必须采取措施，要引起足够注意。拟采取的措施有以下几项：跳段拆除，即间隔一定距离破除临时初支，减小拆除施工对稳定隧道影响； 严格控制单段拆除长度，每次拆除不大于6m；拆除前进行充分论证，制定详细可行的应急预案；19施工现场准备充足的应急物资，以备不测；拆除后及时进行二衬施工。4、通过第六步和第七步的云图看出，施工侧洞衬砌后，开挖中洞时侧洞发生的沉降很小，侧洞衬砌在三联拱隧道施工沉降控制中具有非常重要的作用，因此,施工中必须保证侧洞衬砌及时成环。5、总沉降变化不大的相邻施工步骤（如第八步和第九步），沉降云

32、图变化幅度较大，可以看出导洞间的相互影响效应明显。综合以上可见，三联拱隧道采用长导管超前支护、双侧洞法施工从理论上是可行的。四、双侧洞法施工流程通过前述施工工况分析，关键控制环节已经找出，对于拆除临时支护，必须采取稳妥可靠的方式进行，确保结构施工安全；侧洞衬砌必须及时，具备成环条件时加快施工进度；中洞开挖要在侧洞衬砌达到设计强度后开始。1-1隧道断面为对称三联拱形式，将整个隧道断面分为3个部分，两侧的左右侧洞和中间的中洞，并分别采用CRD法开挖，待两侧洞施工完二次衬砌后再进行中洞开挖和二衬。施工步序见图2-1。按照施工步序，施工流程可分为如下几个步骤：a.在结构拱部120范围施作小导管注浆加固

33、地层，导管长4米，间距0.3米，每榀格栅（间距0.5米）打设一环。按图示施工顺序，分别采用CRD法进行两侧洞开挖，及时施作初期支护及临时支护格栅喷混凝土，封闭支护体系。各导坑之间距离不小于5.0米。b.初支成环稳定后，跳段拆除一侧洞内临时支护，一次拆除长度不大于6.0米。 c.施作仰拱防水层，绑扎钢筋，浇注5米仰拱二衬结构混凝土(A部分)，施工缝处均预留结构防水层、钢筋接头。d.搭设拱部支架，依次施作拱部防水层、绑扎钢筋、安装模板、封端头，浇筑拱部二衬混凝土。完成单侧洞二衬结构。e.重复b、c、d步骤，完成另一侧洞二衬结构。f.两侧洞混凝土全部达到设计强度后，按图示施工顺序，施工中洞拱顶小导管

34、20加固地层，开挖土体。及时施作初期支护及临时支护格栅喷层，封闭支护体系。g.中洞全部贯通后，间隔5米跳段拆除中洞临时支护，一次拆除长度不大于6.0米。h.铺设中洞仰拱防水层，与侧洞仰拱防水连接严密，绑扎钢筋，浇注中洞仰拱剩余混凝土(E部分)。i.铺设中洞拱部防水层，绑扎钢筋，浇注拱部混凝土(F部分)。j.拆除模板支架体系，二衬结构施工完毕，形成三联拱结构。五、双侧洞法重要工序的施工方法重点工序的施工效果决定了该方法的成败，对重要工序的施工要点和施工质量必须进行严格控制，下面对几个重点工序的实施方法进行详述。1、侧洞开挖侧洞采用CRD法开挖，将侧洞开挖断面分四部开挖支护，每部之间台阶长57m，

35、留设2m左右的核心土，各部开挖错进，每循环进尺0.5m。单侧侧洞施工步骤为：打设拱部超前小导管，预注浆开挖右侧导坑上台阶，留核心土初期支护a（图中绿色部分，包括侧壁临时支护及临时仰拱）开挖右侧导坑下台阶初期支护b（图中红色部分，包括侧壁临时支护）开挖左侧导坑上台阶，留核心土初期支护c（图中粉色部分，包括侧壁临时支护及临时仰拱）开挖左侧导坑下台阶初期支护d（包括临时支护）。见图2-15 单侧侧洞开挖施工方法图。21图2-15 单侧侧洞开挖施工方法图如需要，可将每部再分为上下两个台阶开挖、支护。另一侧侧洞采用相同的方法施工。部和部净距约13m，可同时开挖；部和部净距约7m，为避免群洞效应，不宜同时

36、开挖，应错开。2、侧洞衬砌衬砌前，先破除侧洞内的临时初支，拆除后的净空为89.3m，采取跳段一次拆除。即沿隧道纵向每隔5m拆除6m，按照从上到下的顺序，顺次拆除临时初支。隧道二衬采用防水钢筋混凝土，混凝土标号C30，抗渗标号S8，厚度550mm。 衬砌顺序衬砌分两次施工，见图2-16，首先浇筑仰拱二衬，在小半径弧段采用人工组合钢模板，然后一次浇筑拱部二衬。模板选用此类型隧道不具备台车施工的条件，采用人工组合钢模衬砌，单块模板尺寸为0.31.0m，支撑采用I20型钢拼装式支架，每次衬砌长度5.0m。钢筋制安22钢筋按照施工图加工，在隧道外的钢筋加工厂制作成型，运输至施工工作面，人工安装，钢筋制作

37、与安装满足有关规范要求。图2-16 侧洞二衬施工示意图混凝土浇筑结构混凝土采用商品混凝土，自竖井口通过HBT60混凝土输送泵泵送入仓，50软轴振捣器振捣密实。隧道两侧混凝土应均衡浇筑，同时由于隧道侧洞两侧不对称，在支架牢固的基础上，应保持两侧混凝土高差不大于50cm。规范规定混凝土强度达到2.5Mpa以上方可拆模，考虑到大断面隧道的跨度大，适当延长拆模时间，一般夏季48小时，冬季96小时以上才拆模（封闭养护温度10，强度达到设计强度的40以上）。混凝土终凝后应及时养生，结构混凝土养生期不少于14天。3、中洞开挖两侧侧洞均衬砌成环，并且强度达到设计强度后，才可进行中洞的开挖。 中洞同样分为四个部

38、分开挖，每循环进尺0.5m，开挖顺序稍作调整。施工步骤为：打设拱部超前小导管，预注浆开挖右侧导坑上台阶，留核心土初期支护e（图中绿色部分，侧壁临时支护及临时仰拱）开挖左侧导坑上台阶，留核心土初期支护f（图中红色部分，临时仰拱）开挖右侧导坑下台阶初期支护g（图中粉色部分，侧壁临时支护）开挖左侧导坑下台阶。见图2-17 中洞开挖施工方法图。23图2-17 中洞开挖施工方法图4、中洞衬砌首先按照从上到下的顺序跳段拆除临时支护，每隔5m拆除6m，然后拱部和仰拱分为两次施工二衬，形成整体结构。5、长导管施作在城市中要想安全施工，必须确保掌子面的稳定和极力控制对地表面建筑和邻近结构物的影响。超前支护就是为

39、此目的而采取的措施。采用4m长导管进行超前支护，施工难度比较大，不容易打进，尤其对于拱部为砂层的隧道。因此，施工中采取吹风成孔结合顶进的方法进行长导管施工，首先采用后接风管的20细钢管吹孔，借助风力吹出孔内的砂成孔，小心拔出细钢管，然后迅速插入42长导管，结合顶进将导管打入，最后进行超前注浆。6、临时初支的跳段拆除所谓跳段拆除，就是将连续的隧道沿纵向分为若干段落，每段长度根据地质情况、支护情况、隧道尺寸等确定，本工程中每段不大于6m，间隔破除，减小对已经稳定的隧道支护结构产生的削弱影响。破除按照从上到下的顺序进行，首先破除上部的临时中隔墙，沿纵向破槽，槽宽0.8m左右，破掉混凝土，留下钢格栅，

40、定期监测。如结构稳定，则可拆除钢格栅，继续破掉临时仰拱上部的中隔墙；如初支结构发生变形，则要采取加设工字钢临时竖撑等措施维持结构的稳定，若初支结构变形较大，要及时组织相关专家现场分析研究制定处理方案，采取可靠措施予以加固，稳定后方可继续施工。临时仰拱的破除采用同样的方法，最后破除下部的临时中隔墙。247、监控量测测点布置针对大断面隧道施工的特点，制定了监测方案，按照图2-18所示布设测点。图2-18 监控量测点布置图监测结果监控量测严格按照监测方案认真实施，沉降稳定后，将各个断面实测结果进行数理统计处理，确定最终最大沉降值为23.287mm。根据监测情况，选取K7+052断面，画出沉降槽曲线如

41、图2-19所示。图2-19 三联拱隧道地表沉降槽曲线监测结果分析将实测值与采用FLAC软件模拟的预测值对比后，可以得出：各步所占权重25基本与软件分析数据一致，见图2-20和2-21。图2-20 模拟与实测沉降曲线对比图图2-21 各步沉降权重对比图六、小结1、FLAC程序能够可靠模拟分析隧道施工过程施工前，采用FLAC程序模拟施工过程，对可能发生的沉降进行了分析，对隧道施工过程中各步骤的沉降情况有了理性认识，能够准确划分各步骤的沉降占总沉降的权重，为控制关键步骤的沉降提供了依据。施工中，对隧道的沉降进行了实时监测，监测结果与分析结果基本相符，充分验证采用FLAC程序分析隧道施工是合理可靠的。

42、2、双侧洞法作为一种新的隧道施工方法得到成功实践应用该方法合理划分施工步骤，先施工两侧洞，并充分利用衬砌成环的侧洞承受围岩压力，结合长导管超前加固地层、开挖衬砌间隔进行、跳段拆除临时支护、及时施作侧洞衬砌等措施的应用，克服了临河施工、无管棚支护、拱部砂层、暗挖通过26建筑等困难，实现了22.5510.5m三联拱隧道的安全施工，由此看出，选择双侧洞法施工是安全可行的。27软弱地层大断面隧道施工工法转换技术28一、不同施工工法断面转换类型本区间主体隧道存在12种断面形式（包括标准断面和人防段），采用六种暗挖工法施工。根据本区间的施工顺序安排，1竖井向东西两侧施工，2竖井向东西两侧施工，两个竖井中间

43、在8-8断面处汇合（见图1-1）。按照断面型式存在3-3断面向4-4断面转换，4-4断面向3-3断面转换，3-3断面向8-8断面转换；6-6断面向7-7断面转换，7-7断面向3-3断面转换；3-3断面向2-2断面转换，2-2断面向1-1断面转换；9-9断面向10-10断面转换，10-10断面向标准断面转换。按照工法划分，存在双侧壁导坑法向中洞法转换、侧洞法向双侧壁导坑法转换、CRD法向台阶法转换、台阶法向CRD法转换和双侧壁导坑法向双侧洞法转换等五种断面转换施工方法。断面转换类型分为两种：大断面向小断面转换、小断面向大断面转换。断面变化处有的尺寸相差不大，直接转换即可；对断面尺寸相差较大的，须

44、采用一定的技术措施才能实现安全过渡。二、大断面向小断面转换施工方法将大断面全部施作到设计位置后，采用直接过渡法转换，先施做钢格栅喷射混凝土封端墙，再破除混凝土进入小断面施工。即当大断面或大断面的某一分部开挖至设计位置，自上而下架设格栅挂网喷混凝土封端，同时架设小断面或小断面的某一分部的格栅，作为开口的环框，直接过渡到小断面或小断面的某一分部，进入小断面施工。为方便架设，将小断面格栅分成若干片适当加强，作为开口圈梁，用焊接方式连接在一起，喷射砼封闭。施工流程主要包括以下几点：大断面或大断面的某一分部开挖至设计位置，密排两榀钢格栅，后面的一榀喷射混凝土，前面的一榀留下不喷，为施作大、小断面间的封端

45、墙作准备；准确定出小断面的位置，架设加强的小断面钢格栅，作为小断面开挖的加强环；采用水平钢格栅或连接筋连接大、小断面格栅，保证焊接质量；打设小断面范围的超前小导管（大管棚）；封端墙喷射混凝土，同时作超前注浆的止浆墙；29小导管（大管棚）注浆；重复以上步骤，直至大断面全部施工完，小断面具备开挖条件；短进尺开挖小断面，深度以能够密排架设一榀钢格栅为宜，小断面开口部位两榀格栅密排，作为锁口圈；按照小断面施工步序开挖，完成断面转换。三、小断面向大断面隧道转换的施工方法小断面转换到大断面，通过上挑、拓宽实现。在两断面相差不大的情况下，直接采取错台扩大方式实现断面转换；当断面尺寸相差较大时，采取调整施工方

46、法、配合超前支护手段、利用格栅喷射砼逐渐加高加宽断面的渐变扩挖方法实现过渡。由于本工程成型断面不存在渐变过渡段，过渡扩挖后需反向开挖形成垂直端墙。在砂层和粘土层中扩挖上挑坡度一般按3040设置，在大小断面间架设渐变的异区间隧道2-2断面到1-1断面的转换涉及的工法多、断面尺寸变化大、工序多，极具代表性，见图3-2（蓝色为1-1断面，红色为2-2断面，黑色为标准断面，数字为各断面开挖顺序），下面以2-2到1-1断面转换为例，对断面转换进行详述。30图3-2 三种断面类型位置关系图1、1-1断面的施工工法1-1断面为三联拱形式，施工方法见前述地铁三连拱浅埋隧道施工技术相关内容。2、2-2断面的施工

47、工法工法简介2-2断面为单洞大断面形式，采用双侧壁导坑法施工，即整个断面分为6部分，按照先边后中、先上后下的顺序开挖，整个断面初期支护全部成型后再施做二次衬砌。施工步序见图3-3。图3-3 双侧壁导坑法施工步序图31施工流程a.施做1部超前小导管，注浆加固地层 ；开挖1部土体，施做初期支护。 b.开挖2部土体，施做初期支护。1、2步纵距大于5.0米。c.施做3部超前小导管，注浆加固地层 ；开挖3部土体，施做初期支护。 d.开挖4部土体，施做初期支护。3、4步纵距大于5.0米。e.施做5部超前小导管，注浆加固地层 ；弧形导坑开挖5部土体，施做初期支护；开挖 6部土体，施作临时仰拱。5、6步纵距3

48、.0米左右。f.开挖7部土体，施做初期支护。g.初支全部贯通后，先施做A部仰拱二次衬砌，A达到设计强度后拆模并立即架临时支撑。h.纵向分段拆除两侧临时仰拱，一次拆除长度不大于5.0米，施做B部二次衬砌，B、A纵距不小于15米，B达到设计强度后拆模并立即架设临时支撑。i.纵向分段拆除上部临时中隔墙，浇筑拱部C部二次衬砌；拆除下部竖撑，施做仰拱D部二次衬砌，封闭成环。拆除临时支撑，二衬结构施工完毕。32前面已经介绍，从车站进行1-1断面隧道的施工不具备条件，只能从区间小断面隧道向大断面隧道扩大，将左线标准断面和右线2-2断面一起转换到1-1断面，转换的工法为台阶法和双侧壁导坑法转换为双侧洞法，中间

49、包括台阶法转换为CRD法。分布过渡总平面见图3-4。左线标准断面段台阶法到CRD法的转换左线开挖到距1-1断面3米的位置开始进行扩大（见图3-5）。图3-5 左线过渡平面图通过3米过渡段，将标准断面轮廓扩大600mm，北侧达到1-1断面轮廓位置，同时将标准断面分为左右两块，增设临时中隔墙，上台阶增设临时仰拱，完成台阶法到CRD法的转换。进入1-1断面后南侧继续扩大，同时改型，通过5m过渡，逐渐将标准断面的南侧由弧形改为扩大的近似矩形，标准断面的北侧由弧形改为与南侧顺接的的近似三角形（见图3-6）。3m过渡段内，初支进行了扩大，二衬前需采用与二衬同标号混凝土回填，回填后，二衬厚度不变，防水层位置

50、不变。过渡段内按照0.5米/榀架设钢格栅，共设10榀，第一榀改型，南侧直接挖出尖角，变为方形洞室，北侧顺接，中间设置临时中隔墙，下部设置临时仰拱，第2榀至第10榀逐步扩大，实现CRD法的分块开挖。按照工法要求，侧洞二衬后才进行中洞的开挖，因此及时进行回挖（回挖的内容后面叙述），施工侧洞二衬。33图3-6 过渡段格栅放大、改型示意图右线2-2断面部分的转换2-2断面采用双侧壁导坑法分为6个导洞开挖，南侧的1、2、5、6导洞分别过渡到1-1断面的南侧侧洞（1、2、3、4），断面形式差别不大，而且属大变小，见图3-1，在此不做详述。1-1断面的两个侧洞施工完二衬后，进行中洞开挖。2-2断面北侧的3、

51、4导洞需扩大到中洞的9、10、11、12导洞，同样属于台阶法到CRD法的转换，采用5米过渡段进行断面扩大，转换方法与前述大同小异，差别主要包括以下几点：a.两侧洞二衬已经成环，中洞的外部初支也已经成环，开挖施工相对安全。 b.第10步挑顶后，和第9步拱顶格栅难以顺接，形成凸出阳角，不利于结构稳定，需在第9步拱部增设型钢支撑，对第10步拱部格栅施加反作用力。见图3-7。c.11和12步的仰拱高差较大，过渡第一榀需设置横向台阶。34图3-7 中洞过渡剖面示意图4、过渡段的反向扩挖技术断面分步过渡实现了不同断面间初期支护的过渡，而本工程二次衬砌不同断面间不设过渡段，采取直接错台连接，因此，还需对过渡

52、段进行反向扩挖。初支完成后开始回挖，回挖的目的是扩大过渡段的初支尺寸，满足二衬净空要求。下面以1-1断面北侧洞5米过渡段（与左线标准断面对应）回挖为例，作简要介绍，回挖前后格栅对比见图3-7。（1）准备工作：搭设脚手架，搭设工作平台，测量放样，打设超前小导管并注浆，超前小导管纵向打设一次，长度在5m左右，前端须与支护成型的小断面支护结构进行搭接，形成封闭的小导管棚架；（2）破除第一榀拱部格栅的混凝土，拆除原拱部格栅；（3）土体掏槽，安装1-1拱部标准格栅，作好与相邻1-1标准格栅的连接，挂网喷射混凝土，见图3-8-a；（4）破除第一榀侧墙格栅的混凝土，拆除原侧墙格栅；（5）土体掏槽，安装1-1

53、侧墙标准格栅，作好与相邻1-1标准格栅的连接，挂网喷射混凝土，见图3-8-b；（6）重复（4）（5），安装下部侧墙格栅，见图3-8-c。351-1标准格栅过渡段格栅回挖前后对比图3-8 回挖扩大施工步序图施工中对格栅的分段划分、节点板位置等要先精确计算，并严格按设计位置安装，以下为必须遵守的注意事项：（1）一次只能施工一榀格栅的一段，不能贪大、贪多；（2）严格控制注浆参数，保证注浆效果；（3）格栅分段安装，CRD法中的临时仰拱钢格栅在扩挖中只接长，不拆除，分步过渡开挖时既需考虑格栅钢架的后续接长，又要保证后安装段与先安装段的节点对接质量；（4）新安装格栅与原标准格栅必须连接牢固，纵向连接筋可靠

54、焊接；（5）开挖后，过渡格栅与标准格栅间的堵头墙必须进行封闭，锚喷厚度不小于5cm；5、断面转换技术要点断面转换施工是本工程的重难点之一，为确保安全过渡，在施工中需紧扣浅埋暗挖法基本原则，根据断面间相互关系和采用工法情况，合理设置变坡坡度，充分利用超前支护手段加固围岩，利用格栅挂网喷射混凝土支护实现断面过渡，及时模筑混凝土。具体技术措施如下：a.合理安排施工顺序，包括开挖顺序、二衬施作顺序等。为实现大断面顺利转换，确保施工安全，本工程中2-2断面衬砌后才能向1-1断面转换施工。b.合理设置变坡坡度。坡度过大，则小导管施作困难，起不到应有支护作用；坡度过小，回扩工程量加大，不经济。本工程中采用3

55、040左右，较利于实现过渡。c.充分利用超前支护手段加固围岩，在断面转换地段，密排注浆小导管。对过渡段洞室间距小的地段注浆加固土体，并施做对拉钢筋(22) ，钢筋长按洞室间36土体厚度加两侧洞室初期支护厚度考虑，并略有余长可作弯钩，梅花形布置，与初期支护格栅和连接筋焊接在一起。见图3-9。图3-9 左右洞小间距段加强措施图d.适当调整洞室台阶长度，在上挑时，延长台阶，以便于施工和支撑稳定掌子面，在洞室施工时，缩短洞室台阶长度，实现初期支护尽早封闭。e.保持格栅拱脚稳定性，采取加大拱脚，并确保锁脚锚管质量，以减小沉降。 f.及时进行拱背回填注浆。g.减小格栅间距，增加纵向连接筋，以增加初期支护刚

56、度。h.加强监控量测，及时反馈、分析信息，指导施工。i.为保证1-1断面自身结构安全，两侧洞衬砌成环后才能进行中洞开挖。6、监测情况本段作为施工中的重难点部位，得到了应有的关注，严格按照监控量测方案布设测点、实施监测，见图2-19示。地面沉降最大26.896mm，拱顶沉降最大25.663mm，水平收敛最大17.920mm，各项监测值基本符合规范和设计要求，满足施工需要。过渡段比1-1普通段沉降值稍大，分析原因主要有两点：一是过渡段回挖造成的，回挖需将已经稳定的隧道破坏，扩大开挖断面，接长临时仰拱，对稳定的围岩多一次扰动；另外一个原因可能是接长的临时仰拱与后安装的扩大钢格栅没有连接紧密，隧道发生了继续形变，随后挤压密实，格栅受力后，隧道就稳定了。377、小结各项监测数据表明，大断面段沉降、变形稳定，监测值基本符合规范和设计要求，横跨大断面上方分属两个单位的共4栋3层简易楼房没有明显变