地铁暗挖施工技术讨论

1、浅浅 埋埋 暗暗 挖挖 法法 概概 述述 浅埋暗挖法，我国始于浅埋暗挖法，我国始于20世纪八十年代世纪八十年代中期的铁路大秦线军都山双线隧道。中期的铁路大秦线军都山双线隧道。1986年年1987年，在北京地铁复兴门折返线隧道年，在北京地铁复兴门折返线隧道施工中进行应用试验，随后用此法修建了北施工中进行应用试验，随后用此法修建了北京地铁京地铁1号线西单三跨双层车站。九十年代号线西单三跨双层车站。九十年代初，北京地铁初，北京地铁1号线中段复（兴门）号线中段复（兴门）八八（王坟）线全面应用此法，修建了十公里区（王坟）线全面应用此法，修建了十公里区间隧道和天安门西、王府井、东单等三座车间隧道和天安门西

2、、王府井、东单等三座车站。站。 这种施工方法具有灵活多变、少拆迁、不这种施工方法具有灵活多变、少拆迁、不扰民、不影响交通、不破坏环境等突出优扰民、不影响交通、不破坏环境等突出优点，非常适合中国国情。所以，该方法很点，非常适合中国国情。所以，该方法很快在全国地铁建设中得到广泛应用。快在全国地铁建设中得到广泛应用。 浅埋暗挖施工方法已确定为国家级工法，浅埋暗挖施工方法已确定为国家级工法，总体达到了国际领先水平。总体达到了国际领先水平。 1. 基本原理基本原理 浅埋暗挖法是基于新奥法（浅埋暗挖法是基于新奥法（NATM）的基本原）的基本原理，针对城市地下工程的特点，于八十年代在理，针对城市地下工程的特

3、点，于八十年代在北京地铁第四纪软土中开创出的新方法北京地铁第四纪软土中开创出的新方法 。隧道。隧道开挖前，采取辅助土体加固技术，提高地层自开挖前，采取辅助土体加固技术，提高地层自稳能力；隧道开挖时，利用围岩短暂自稳能力稳能力；隧道开挖时，利用围岩短暂自稳能力适时封闭支护，使围岩与支护体共同作用，承适时封闭支护，使围岩与支护体共同作用，承担土层与施工期内的全部荷载；最后，在初期担土层与施工期内的全部荷载；最后，在初期支护保护下施做防水和二衬砼，形成复合衬砌支护保护下施做防水和二衬砼，形成复合衬砌 结构承担使用荷载的这样一种综合施工技术。结构承担使用荷载的这样一种综合施工技术。 浅埋暗挖法强调预支

4、护，及时支护，控制浅埋暗挖法强调预支护，及时支护，控制地面的沉降。地面的沉降。 2. 基本原则：基本原则： 十八字方针无水开挖（降水或止水）十八字方针无水开挖（降水或止水）1）管超前管超前：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，以增强围岩的自稳能力；3）短开挖短开挖：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、5）快封闭快封闭：在台阶法施工中，台阶长宜为23m，即“短台阶”。上下台阶应同步进行，实现快速封闭；6）勤量测勤量测：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。 3. 开挖方法开挖方法： 根据不同断面和地质条件选择相应的施工方法1正台阶法正台阶法第一步：拱部超前注浆小导管施工第一步：拱部超前注浆小导管施工第三步：下断面开挖第三步：下断面开挖防水防水核心土上台阶上台阶核心土下台阶核心土上台阶2中隔壁法（中隔壁法（CD法）法）3交叉中隔壁法（交叉中隔壁法（CRD法）法）4双侧壁导坑法（眼镜法）双侧壁导坑法（眼镜法）第一步第一步第二步第二步第三步第三步第四步

6、第四步第五步第五步第六步第六步5侧洞法侧洞法第一步第一步第二步第二步第三步第三步第四步第四步第五步第五步第六步第六步第七步第七步第八步第八步6中洞法中洞法7洞桩法之一洞桩法之一2、在导洞内作边桩及中柱5、拆除部分小导洞，施作顶部二衬1、施作上导洞7、向下开挖土体，施作底纵梁及底板、站台层边墙6、向下开挖土体，施作中楼板及站厅层边墙3、施作天梁4、施作顶盖拱初衬7洞桩法之二洞桩法之二8一一 次次 扣扣 拱拱 法法9大断面隧道暗挖工法的选择大断面隧道暗挖工法的选择 大断面暗挖隧道主要指暗挖车站及渡线段区间。大断面暗挖隧道主要指暗挖车站及渡线段区间。 大断面隧道暗挖工法主要有：大断面隧道暗挖工法主要

7、有： 双侧壁法、中洞法、洞桩法、一次扣拱法等。双侧壁法、中洞法、洞桩法、一次扣拱法等。 双层车站一般选择：双层车站一般选择： 中洞法、洞桩法、一次扣拱法。中洞法、洞桩法、一次扣拱法。 风道根据设计宽度选择：风道根据设计宽度选择： 侧壁法（侧壁法（CRD法）、洞桩法（法）、洞桩法（PBA法）。法）。 区间渡线一般为单层，有单跨、双跨或多跨组合。区间渡线一般为单层，有单跨、双跨或多跨组合。以选择双侧壁法为主。以选择双侧壁法为主。 双联拱区间隧道一般选择中洞法。双联拱区间隧道一般选择中洞法。 10几种施工方法的分析、比较几种施工方法的分析、比较a a 双侧壁法：双侧壁法： 一般在跨度较大、结构不高的

8、单层断面选择较多。尽一般在跨度较大、结构不高的单层断面选择较多。尽管此时导洞较多，但层数较少，一般为管此时导洞较多，但层数较少，一般为 2 2层、层、3 3层（个别有层（个别有4 4层、层、5 5层情况）。层情况）。 为控制多层导洞分层开挖时引起地表过大沉降，为控制多层导洞分层开挖时引起地表过大沉降， 一般一般要在下导洞开挖时监测最上层导洞的沉降，要在下导洞开挖时监测最上层导洞的沉降， 并及时反复回并及时反复回填注浆，以控制地表沉降。填注浆，以控制地表沉降。 b 中洞法：中洞法： 中洞法基本原理是先做中洞初支，中洞法基本原理是先做中洞初支， 其后其后做中洞二次结构（即永久结构），目的是靠做中洞

9、二次结构（即永久结构），目的是靠永久结构支撑初支，以避免侧壁导洞开挖时永久结构支撑初支，以避免侧壁导洞开挖时中洞初支下沉和失稳。本意是好的，但并有中洞初支下沉和失稳。本意是好的，但并有达到控制地表沉降的目的。原因是顶不紧，达到控制地表沉降的目的。原因是顶不紧，注浆难以填充密实。注浆难以填充密实。 c 洞桩法洞桩法标准断面标准断面 车站主体为双层三跨三连拱结构，采用PBA施工，施工时设置8个小导洞，两侧采用挖孔桩。跨度6.85m-5.8m-6.85mm 洞桩法洞桩法在洞内做桩环境较差，施工在洞内做桩环境较差，施工难度较大，但能较好的形成支护体系，难度较大，但能较好的形成支护体系， 能较好的控制地

10、表沉降。对周围环境能较好的控制地表沉降。对周围环境保护有利，等于做了隔离桩。保护有利，等于做了隔离桩。 这种做法在全国地铁暗挖车站中选用这种做法在全国地铁暗挖车站中选用做最做最 多。多。 目前采用洞桩法时，很多设计人员对下列目前采用洞桩法时，很多设计人员对下列问题进行了研究和改进：问题进行了研究和改进： 中桩下底纵梁较窄，在较弱地层中，地中桩下底纵梁较窄，在较弱地层中，地基承载力问题。基承载力问题。 在逆做开挖落底时，侧壁桩（八导洞时）在逆做开挖落底时，侧壁桩（八导洞时）的水平位移问题。（增加横向导洞）的水平位移问题。（增加横向导洞）四、结构设计（混凝土支撑设计）四、结构设计（混凝土支撑设计）

11、d 一次扣拱法：一次扣拱法： 一次扣拱法的原理与洞桩法相同，但是把上下小一次扣拱法的原理与洞桩法相同，但是把上下小导洞加大了，导洞开挖宽度可达导洞加大了，导洞开挖宽度可达10m以上。施工开以上。施工开挖采用中隔壁法。挖采用中隔壁法。 此种方法因为导洞开挖断面大，引起地表沉降相此种方法因为导洞开挖断面大，引起地表沉降相对大些。但值得推荐的是，上述洞桩法两个问题可对大些。但值得推荐的是，上述洞桩法两个问题可以避免了。另外导洞底标高一致，对横向运输通道以避免了。另外导洞底标高一致，对横向运输通道及防水施工都有一定好处。及防水施工都有一定好处。 总结以上可看出：总结以上可看出： 从引起地表沉降分析，中

12、洞法最大、洞桩从引起地表沉降分析，中洞法最大、洞桩法最小。法最小。 洞桩法和一次扣拱法各有长处。建议采用洞桩法和一次扣拱法各有长处。建议采用上四小导、下两大导方法，把两者结合起来。上四小导、下两大导方法，把两者结合起来。4 事故案例事故案例北京地铁十号线北京地铁十号线 苏州街站东南口塌方苏州街站东南口塌方北京地铁北京地铁4号线号线 西单站联络通道塌方事故西单站联络通道塌方事故5 辅助工法辅助工法 根据地质条件和施工方法，选用不同辅助工根据地质条件和施工方法，选用不同辅助工法。法。 降水施工降水施工 在有水地层进行明挖、盖挖、暗挖，以及盾构在有水地层进行明挖、盖挖、暗挖，以及盾构始发井、接收井和

13、联络通道施工，有条件的地方应始发井、接收井和联络通道施工，有条件的地方应首先采取降水措施，确保无水作业。首先采取降水措施，确保无水作业。降水方法：降水方法： 管井降水；管井降水； 水平井降水。水平井降水。水资源保护水资源保护 管井降水就是在区间隧道的两侧(一般要求2.0m)布置降水井点，在每眼井中安装抽水泵，通过抽水形成水位降落漏斗，各个降水井抽水形成群井水位降落漏斗叠加，以此来达到降低施工范围内地下水位的目的。接 水 沟 排 至 市 政 污 水 系 统潜 水 泵接 真 空 泵4 0 目 尼 龙 网 一 层3 - 7 m m滤 料 回 填井 管粘 土 回 填沉 淀 管出 水 管 口 法 兰扬

14、水 管单 向 阀泵 体潜 水 电 机滤 水 网 罩滤 料滤 管井 管电 缆泵 座粘 土井 点 构 造 示 意 图深 井 潜 水 泵 安 装 示 意 图 水平井降水是由不同深度上若干水平辐射管和个竖直大井所组成的辐射型抽水装置组合。水平辐射井是用来汇集含水层中的地下水至竖井内。竖直大井一般有两个作用：一是通过竖井，设置施工平台，施做不同深度和不同方向的水平辐射管；二是汇集由水平辐射管流人的地下水，并设置潜水泵将这部分地下水排至地表。水平井结构示意图水平井结构示意图 注浆加固地层注浆加固地层 小导管注浆；小导管注浆； 长管棚；长管棚； 深孔注浆。深孔注浆。 一般情况下多采用小导管注浆，当小导管注浆

15、不一般情况下多采用小导管注浆，当小导管注浆不能满足开挖安全和建（构）筑物保护时，往往增加长能满足开挖安全和建（构）筑物保护时，往往增加长管棚，或有堵水要求时采用深孔注浆。管棚，或有堵水要求时采用深孔注浆。（1）小导管注浆）小导管注浆8mm0.2m6mm42钢管（2）长管棚）长管棚（3）深孔注浆）深孔注浆注浆止水墙隧道初支可开挖段长度L=14.0m14米线预留注浆墙厚10米线内侧注浆层内侧注浆层外侧注浆层外侧注浆层外侧注浆层外侧注浆层内侧注浆层内侧注浆层 水平冻结水平冻结 冻结法是利用人工制冷技术，在冻结孔中循环低温盐水，冻结法是利用人工制冷技术，在冻结孔中循环低温盐水，使地层中的水结冰，将松散

16、含水岩土变成人工冻土，增加其强使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成人工冻土，增加其强度和稳定性，在要开挖体周围形成封闭的连续冻土帷幕，以抵度和稳定性，在要开挖体周围形成封闭的连续冻土帷幕，以抵抗土压、水压并隔绝地下水与开挖体之间的联系，以便在冻结抗土压、水压并隔绝地下水与开挖体之间的联系，以便在冻结壁的保护下，进行掘砌作业。壁的保护下，进行掘砌作业。 水平旋喷与搅拌桩水平旋喷与搅拌桩 水平旋喷桩是以高压泵为动力源,通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内,喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿,并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体,强制土颗粒与浆液搅拌混合。待浆液凝固后,形成水平圆

17、柱状水泥土固结体即水平旋喷桩,当旋喷桩相互咬合后, 在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体，起到加固地层和止水的作用。a、控制好提升速度。b、地层选择，砾石层成桩问题。c、注浆对周围环境调查，特别是砂层中地下水流动速度。d、垂直旋喷和水平旋喷。e、注意压喷伤人。测量定位钻机就位钻孔施工插入注浆管喷射作业拔管清洗机具移开钻机回填注浆配套设备就位水泥浆拌制水泥浆输送旋喷桩施工工艺流程图l 旋喷桩法施工关键技术旋喷桩法施工关键技术 邻近地下管线与建（构）筑物的保护邻近地下管线与建（构）筑物的保护 注浆加固地层；注浆加固地层； 注浆抬升；注浆抬升； 设隔离桩；设隔离桩； 基础托换。基础托换。6、浅埋

18、暗挖法关键部位的施工技术、浅埋暗挖法关键部位的施工技术 竖井施工：竖井施工： 锁口圈梁锁口圈梁-控制沉降、防雨水灌入。控制沉降、防雨水灌入。 竖向连接钢筋竖向连接钢筋-加强四个角部的拉结。加强四个角部的拉结。 土方开挖土方开挖-对角开挖。对角开挖。 支护锚杆支护锚杆-控制沉降，与格栅钢筋焊接。控制沉降，与格栅钢筋焊接。 竖井初衬在竖井初衬在 “马头门马头门” 部位部位-增加竖向加强格栅。增加竖向加强格栅。“马头门马头门” 施工施工 水平管棚（一般长水平管棚（一般长8m）或水平小导管（一般长）或水平小导管（一般长5m）作超前支护。）作超前支护。 采用分块破除、台阶法进洞，密排两品格栅。上采用分块

19、破除、台阶法进洞，密排两品格栅。上导洞进洞导洞进洞 23 m封闭掌子面，再破除封闭掌子面，再破除“马头门马头门”下部下部分分结构，开挖下导洞。结构，开挖下导洞。 单侧进洞单侧进洞15 m，再开另一侧。，再开另一侧。 高大断面，特别是直墙拱结构，应先施做二衬或高大断面，特别是直墙拱结构，应先施做二衬或临时支撑后，再破临时支撑后，再破 “马头门马头门”。断面过渡断面过渡 地铁渡线段、人防段等经常遇到不同断面的连接。地铁渡线段、人防段等经常遇到不同断面的连接。 由大断面向小断面过渡，应做好封堵端墙。由大断面向小断面过渡，应做好封堵端墙。 由小断面向大断面过渡，采用暗挖隧道断面逐渐由小断面向大断面过渡

20、，采用暗挖隧道断面逐渐扩大法。扩大角度一般为扩大法。扩大角度一般为3045，若大于，若大于45小导小导管超前棚护作用较差管超前棚护作用较差,搭接长度应增加。搭接长度应增加。 断面扩大时格栅间距应调小。断面扩大时格栅间距应调小。 注意每品格栅尺寸都变化。注意每品格栅尺寸都变化。横通道转为正洞施工横通道转为正洞施工 为节省工程量，横通道一般断面较为节省工程量，横通道一般断面较小。当转为正洞时拱部必须抬高。此时小。当转为正洞时拱部必须抬高。此时按小断面向大断面过渡施工方法进行，按小断面向大断面过渡施工方法进行，同时要遵守同时要遵守“马头门马头门”施工要求。施工要求。7 施工监测施工监测 1）监控量测

21、的意义）监控量测的意义 对地铁工程和周边环境安全的全程监控；对地铁工程和周边环境安全的全程监控； 对工程和环境安全及风险程度的预测和评估；对工程和环境安全及风险程度的预测和评估； 为今后的地铁设计与施工提供可靠类比依据。为今后的地铁设计与施工提供可靠类比依据。 2）监控量测的目的）监控量测的目的监视围岩变化状态，了解支护衬砌受监视围岩变化状态，了解支护衬砌受力情况，确保施工安全；力情况，确保施工安全；确定二次衬砌和仰拱施作时间；确定二次衬砌和仰拱施作时间；掌握围岩变化规律，及时确认或修改掌握围岩变化规律，及时确认或修改支护设计参数及施工顺序，提供支护支护设计参数及施工顺序，提供支护衬砌最终稳定

22、信息，为以后隧道设计衬砌最终稳定信息，为以后隧道设计和施工积累资料。和施工积累资料。 明挖法施工明挖法施工, ,应着重对基坑变形的监测应着重对基坑变形的监测, ,具体包具体包括桩、墙水平位移，地表沉降括桩、墙水平位移，地表沉降 、基坑回弹等，以、基坑回弹等，以及周边建筑物的倾斜、沉降。及周边建筑物的倾斜、沉降。 浅埋暗挖法施工主要监测项目是隧道拱顶下沉、浅埋暗挖法施工主要监测项目是隧道拱顶下沉、周边收敛、钢格栅应力及地表沉降、地面建筑物的周边收敛、钢格栅应力及地表沉降、地面建筑物的沉降倾斜、地下管线变形等。沉降倾斜、地下管线变形等。 3）主要监测项目）主要监测项目 反馈设计施工反馈设计施工现场

23、施工现场施工监控量测监控量测监测设计监测设计量测结果的微机信息处理系统量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及反分析量测结果的综合处理及反分析监测结果的综合评价监测结果的综合评价量测结果的形象化、具体化量测结果的形象化、具体化报送设计、监理单位报送设计、监理单位地层支护结构安全稳定性判断地层支护结构安全稳定性判断经验类比经验类比理论分析理论分析甲方、规范要求等甲方、规范要求等地层、支护结构动态及现状分析说明、提交修正设计、施工建议地层、支护结构动态及现状分析说明、提交修正设计、施工建议是否改变设计、施工方法是否改变设计、施工方法新设计施工方法新设计施工方法调整设计参数、改变施工方法调整设

24、计参数、改变施工方法资料调研资料调研施工组织设计施工组织设计否否是是施工监测工作流程施工监测工作流程 地铁工程风险预防措施地铁工程风险预防措施 每起风险出现，有客观和主观原因。每起风险出现，有客观和主观原因。客观有环境条件、地质条件等方面，主观客观有环境条件、地质条件等方面，主观上有设计、施工、监测、监理、管理等方上有设计、施工、监测、监理、管理等方面。环境是客观存在的，只要我们揭示它，面。环境是客观存在的，只要我们揭示它，就有办法控制它、预防它。主观原因起着就有办法控制它、预防它。主观原因起着关键和控制作用。关键和控制作用。 1、进一步做好地质勘探工作、进一步做好地质勘探工作 地铁初勘间距地铁初勘间距50米一个钻孔米一个钻孔 地铁详勘间距地铁详勘间距25米一个钻孔米一个钻孔 这些钻孔毕竟都是小孔，不可能把地层揭这些钻孔毕竟都是小孔，不可能把地层揭示的很详细，施工进场后，应根据结构部示的很详细，施工进场后，应根据结构部位、周围环境做补充的地质调查。位、周围环境做补充的地质调查。2、做好周围环境的调查与评估。 主要调查内容为房屋、管线、桥梁、地下空洞。 对调查的房屋、桥梁等进行现状评估，评估的关键是了解房屋、桥梁还允许的变形量