浅埋暗挖法简介施工方法分析以与在地下工程中的应用毕业论文

1、 .PAGE23 / NUMPAGES23浅埋暗挖法简介、施工方法研究以与在地下工程中的应用目 录 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc291168557第一部分浅埋暗挖法简介 PAGEREF _Toc291168557 h 3HYPERLINK l _Toc2911685581.1 概述 PAGEREF _Toc291168558 h 3HYPERLINK l _Toc2911685591.2 管棚法施工方法 PAGEREF _Toc291168559 h 3HYPERLINK l _Toc291168560第二部分浅埋暗挖法施工技术方案 PAGEREF _Toc

2、291168560 h 6HYPERLINK l _Toc2911685612.1 基本适用条件： PAGEREF _Toc291168561 h 6HYPERLINK l _Toc2911685622.2 基本经验（管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测） PAGEREF _Toc291168562 h 6HYPERLINK l _Toc2911685632.3 地下水处理 PAGEREF _Toc291168563 h 7HYPERLINK l _Toc2911685642.4 邻近地表建筑物的施工技术 PAGEREF _Toc291168564 h 7HYPERLINK l _T

3、oc2911685652.5 精神实质 PAGEREF _Toc291168565 h 8HYPERLINK l _Toc291168566第三部分浅埋暗挖法在工程中的应用 PAGEREF _Toc291168566 h 9HYPERLINK l _Toc291168567第一章浅埋暗挖法隧道施工在地铁五号线的应用 PAGEREF _Toc291168567 h 9HYPERLINK l _Toc2911685681.1 工程概况 PAGEREF _Toc291168568 h 9HYPERLINK l _Toc2911685691.2 总体施工方案 PAGEREF _Toc291168569

4、 h 9HYPERLINK l _Toc2911685701.3 施工技术 PAGEREF _Toc291168570 h 10HYPERLINK l _Toc2911685711.4 监控量测 PAGEREF _Toc291168571 h 12HYPERLINK l _Toc2911685721.5 施工关键的处理 PAGEREF _Toc291168572 h 12HYPERLINK l _Toc291168573第二章浅埋暗挖法在地铁建设中的应用 PAGEREF _Toc291168573 h 14HYPERLINK l _Toc2911685742.1“浅埋暗挖”技术首次应用在地铁复

5、兴门折返线工程 PAGEREF _Toc291168574 h 14HYPERLINK l _Toc2911685752.2“浅埋暗挖”技术的推广应用 PAGEREF _Toc291168575 h 16HYPERLINK l _Toc2911685762.3地铁“浅埋暗挖法”施工中常用的配套技术 PAGEREF _Toc291168576 h 19HYPERLINK l _Toc291168577第三章软土地层中采用浅埋暗挖法修建人行地道 PAGEREF _Toc291168577 h 21HYPERLINK l _Toc2911685783.1 浅埋暗挖法的发展前景 PAGEREF _To

6、c291168578 h 21HYPERLINK l _Toc2911685793.2浅埋暗挖法修建人行过街地道实例分析 PAGEREF _Toc291168579 h 21HYPERLINK l _Toc2911685803.3工程概述 PAGEREF _Toc291168580 h 22HYPERLINK l _Toc2911685813.4施工设计参数 PAGEREF _Toc291168581 h 22HYPERLINK l _Toc2911685823.5有限元分析 PAGEREF _Toc291168582 h 24HYPERLINK l _Toc2911685833.6成果分析

7、PAGEREF _Toc291168583 h 24第一部分 浅埋暗挖法简介1.1 概述浅埋暗挖是城市地下工程施工的主要方法之一。它适用于不宜明挖施工的含水量较小的各种地层，尤其对城市城区地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地沉陷要求严格的情况下修建埋置较浅的地下结构工程更为适用。对于含水较大的松软地层，采取堵水或降水等措施后该法仍能适用。浅埋暗挖法的技术核心是依据新奥法(NewAustrianTunelingMethod)的基本原理，施工中采用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后与时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合配

8、套施工技术。根据地下工程的结构特征与上面覆盖层的地质条件，具体施工方法又可分为管棚法，矿山(导峒)法、盾构法以与顶管法等等。1.2 管棚法施工方法下面以管棚法为例介绍浅埋暗挖法施工方法：管棚法(PipeRood或称伞拱法，是地下结构工程浅埋暗挖时的超前支护技术。管棚法的实质是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上，预先钻孔并安设惯性力矩较大的厚壁钢管，起临时超前支护作用，防止土层坍塌和地表下沉，以保证掘进与后续支护工艺安全运作。在交通繁忙的城市公路，铁路或建筑物下修建横惯隧道或地下仓库、车场等结构工程时，由于地面荷载很大，为防止地表下沉影响正常生产应用管棚超前支撑技术使地下隧道或洞室

9、工程顺利实施暗挖掘技术。管棚施工技术亦适用于地下工程特殊或困难地段，如极破碎岩体、塌方体与岩堆区等，管辅以灌浆效果更好。当遇到流塑状软岩地层或岩溶严重流泥地段，管棚结合围岩预注浆可成为有效的施工方法。一、管棚的布置形式管棚的形状要根据地下隧道或蛔室形状与工程条件来确定，常见的几种布置形式如图81所示。一字形布置适用于峒室跨度不大，仅上部土层易坍塌的地段，门形布置适用于大型峒室工程上部土层不稳定地段，半圆拱形适用于地铁，地下隧道土层不稳定段，正方形布置适用于大型峒室工程松软土层段。 管棚的基本设计要点 (1)管棚长度应按地质条件选用，但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。钢管长度一般为1045m，

10、当采用分段连接时，选用长46m的钢管，纵向以丝扣连接，丝扣长度不应小于15cm。(2)管棚钢管宜采用厚壁钢管，其间距按管棚用途(防塌、防水等)合理设计。目前常用管径为O80一500mm，钢管中心间距100550mm。 (3)管棚宜采取沿隧道或峒室开挖轮廓纵向近水平方向设置。为增加管棚刚度，通常要在钢管灌入水泥砂浆，混凝土或设置钢筋笼后注入水泥砂浆。 (4)纵向两组管棚间应有不小于15m的水平搭接段，管棚搭接处应设汁钢支架。二、管棚施工管棚法施工的主要工序包括：开挖工作室、钻孔、安装管棚，管棚钢管注浆以与掘砌施工等。1开挖工作室在采用管棚法施工的地下隧道或峒室的开端开挖工作室，以设立管棚推进基地

11、和钻眼施工空间。工作室的开挖尺寸应根据钻机和钢管推进机的规格确定，一般要超出隧道或峒室轮廓线外0.5-1.0m。开挖工作室采用普通施工方法，但加台支护，一般需设受力钢支架。2钻孔管棚钻孔基本为水平钻进，孔径根据棚管直径确定，一般比设计的棚管直径大2030mm，以便于顶进。钻机选型由一次钻孔深度和孔径决定，国目前多采用地质钻机。架立钻机时，应精确核定孔位，使钻杆轴线与管棚设计轴线吻合以保证钻孔不产生偏移和倾斜。钻孔过程中须与时测斜，若钻孔不合格，应采用注浆法封堵，重新布孔补钻。钻孔顺序一般由高孔位向低孔位进行。3安装管棚根据钻孔深度大小可选用适宜的安装钢管技术。对于坍孔严重地段，可直接将管棚钢管

12、钻人，使钻孔与安装一次完成。一般对于孔长小于15m的短孔，可用人工安装或用卷扬机顶进。深孔则用钻机顶进，在顶进过程中，必须用测斜仪严格控制上仰角度，一般为12。接长管棚钢管时，接头要采用厚壁管箍，上满丝扣，确保连接可靠。4管棚钢管注浆钢管就位后，可用水泥砂浆或水泥水玻璃(cement-sodiumsilicate)浆液进行管注浆充填，一般以浆液注满钢管为止。当围岩或土层松软破碎时，可在管棚钢管上事先钻小孔，使浆液能扩散至钢管周围。为了增加管棚强度，可于钢管加钢筋笼后再注浆。管棚钢管注浆用泵灌注，钻孔封堵口设有进料孔和出气孔，浆液由出气孔流出时，说明管已注满，应停止压注。5掘砌施工掘砌施工在管棚

13、注浆结束48小时后方可进行。用管棚法施工的地下隧道或峒室断面都比较大，所处地段的岩土层软弱破碎，多选用单侧壁导硐或双侧壁导硐掘进技术；由机械开挖或人工与机械混合法开挖，以尽量减小对围岩的扰动。目前施工多选用小功率，小尺寸的小型挖掘机或单臂掘进机。图8 2为单侧臂导硐法开挖顺序示意图。开挖时，工作面I与的距离应保持在46m间，不应过大，工作面与I间要大于10m，以确保施工安全。通常采用的装碴运输方案。第二部分 浅埋暗挖法施工技术方案首先对于工程地质和水文地质条件、环境和经济方面进行充分论证和评估；2.1 基本适用条件： 1、浅埋暗挖法不允许带水作业。如果含水地层达不到疏干，带水作业是非常危险的。

14、开挖面的稳定性时刻受到水的威胁，甚至发生塌方。把地下水，尤其是上层滞水处理好是非常关键的环节，它直接影响浅埋暗挖法的成败。大围的淤泥质软土、粉细砂地层，降水有困难或者经济上不合算的地层，不适宜采用浅埋暗挖法。2、采用浅埋暗挖法要求开挖面具有一定的自立性和稳定性。1997年日本学会曾提出开挖工作面土体稳定的定量判别标准：土壤中的细颗粒（74）含量10%, 且均匀系数Uc5%的突然不具备自立性.我国对土壤自立性提出了定性要求:工作面土体的自立时间,应足以进行必要的初期支护作业。因此开挖面前方对地层的预加固和预处理，是浅埋暗挖法的必要前提，目的在于加强开挖面的稳定性，增加施工的安全性。2.2 基本经

15、验（管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测）1、地层的预加固和预处理（超前小导管和超前长管棚）2、隧道开挖和初期支护强调“随开挖、随支护”的基本原则，选择适当的开挖方法，做到利用土体有限的自立时间进行开挖和支护，使土体开挖后暴露的时间尽可能短，使初期支护尽早封闭成环。开挖方法：短台阶法、带临时仰拱的长台阶法、中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、侧壁导坑法（眼镜法）、弧形导坑留核心土等。初期支护：具有足够的强度和刚度，主要采用钢筋格栅，主要有以下原因：（1）、钢筋格栅与喷射混凝土能紧密结合；（2）、钢筋格栅在拼装成环后，具有一定的强度和刚度，在喷射混凝土尚未具备足够强度前，钢筋格

16、栅可以单独承担来自土层的一部分荷载。3、二次衬砌作用：提高初期支护强度和刚度、增强初期支护安全储备的需要，也是支撑中间的防水隔离层、承受水压力的需要。4、监控量测量测数据对隧道支护的受力变形状态其者重要的监控作用，量测数据的与时性和准确性应高度重视。监控量测的项目：地表位移、拱顶下沉、隧道周边收敛（必测项目）、土压力、土体位移、支护应力（选测项目）。隧道稳定判据：当测点位移时间曲线变化率呈明显收敛趋势，隧道水平收敛变化率下于0.2mm/d，拱顶下沉变化率小于0.1 mm/d，而且所测的位移值大于预计总位移值的80%以上。2.3 地下水处理处理地下水方法：人工降低地下水位、地下连续墙阻水、帷幕注

17、浆隔水、压缩空气排水、冻结法等。地铁复八线采用人工降低地下水，同时配合地下水的回灌，有效保护了地下水资源和地面建筑物的稳定。地表井点降水是常用方法，在布置井点时应控制单井抽水量，在施工时作好反滤层，并且分段抽水，以减少因降水引起的地表沉降和减少地下水的流失。2.4 邻近地表建筑物的施工技术1、 基础托换2、 开挖面外作围护结构3、 基础加固注浆2.5 精神实质充分了解隧道开挖过程中地层发生的变化，采取响应的加固方法和相应的开挖和支护措施。浅埋暗挖法与新奥法的比较新奥法要求初期支护有一定的柔度，以利于充分发挥围岩的自承能力，浅埋暗挖法的地层压力是覆盖层的全部和部分土柱重，作用在支护上的地层压力和

18、支护的刚、柔关系不大，从减少地表沉降的角度出发，要求初期支护有一定的刚度，并且没有充分考虑围岩的自承能力，因此浅埋暗挖法不同于新奥法。但是浅埋暗挖法仍然遵循了新奥法的部分原则，如尽量使周遍轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中，尽量减少对围岩的扰动，初期支护和围岩紧贴，用量测指导施工，初期支护变形稳定后施工二次衬砌等。第三部分 浅埋暗挖法在工程中的应用第一章 浅埋暗挖法隧道施工在地铁五号线的应用1.1 工程概况地铁五号线西场站呈一字型横穿东风西路下, 本站为明暗挖结合的岛式车站, 在南北两个站厅之间设一条横跨东风西路的过街联络通道, 通道为直墙拱形断面宽6.46m, 高6.535m, 通道顶距东风西

19、路路面3.3m, 同时在东风西路南北两侧人行道围分别有1.5m1.9m人防洞埋深2.8m和1.5m1.5m排污涵埋深2.8m, 距隧道拱顶为0.5m。路面自上而下分别为人工填土、冲积洪积中粗砂层、冲积洪积土层、可塑或稍密中密状残积土层、硬塑或密实状残积土层、红层岩石全风化带等, 其中冲积洪积中粗砂层处于隧道拱顶, 隧道下部以可塑或稍密中密状残积土层、硬塑或密实状残积土层为主, 局部有红层岩石全风化带。1.2 总体施工方案由于隧道上部穿越中粗砂层, 地下水位较高,同时隧道下穿东风西路, 且两端隧道拱顶距人防洞和混凝土排水涵较近, 因此在选择施工方案时既要考虑如何保证隧道开挖时无水作业, 又要保证

20、东风西路正常通车和人防洞、排水涵的安全。经过专家多次论证, 确定施工方案为:(1) 利用南北站厅基坑做管棚工作井, 从南北两端沿隧道拱部环向间距400mm, 108mm超前大管棚对打并注浆, 从而提高拱顶围岩刚度, 减小地面沉降, 确保东风西路 HYPERLINK :/ 交通安全。 (2) 通道开挖过程中, 在隧道拱部和上部边墙设 置42mm超 前 小 导 管 , 管 长3m, 环 向 间 距400mm, 纵向间距为1.8m, 并注浆加固, 确保隧道拱部围岩稳定, 防止施工过程中地面坍塌, 保障隧道施工在无水条件下作业。 (3) 隧道边墙围打设32mm注浆锚管, 管长2.5m, 按0.6m1.

21、0m菱形布置; 同时在边墙上部1.5m围增设超前锚杆, 加强支护结构安全, 减少沉降。 (4) 隧道断面、地层段进行全断面注浆, 保证围岩稳定。 (5) 由于地面为交通繁忙的东风西路, 减少隧道开挖对路面的影响, 挖支采用CD法进行。1.3 施工技术1.3.1 超前大管棚施工隧道拱部采用超前大管棚进行注浆加固。管棚沿隧道开挖线外200mm布设, 管棚采用108mm壁厚8mm无缝钢管, 外插角小于1, 环向间距为400mm, 具体布孔见图1。管棚施工的主要施工工序有: (1) 南北站厅明挖围护桩施工完成后, 开挖基坑, 边挖边撑。基坑开挖至适当位置施工管棚导向墙并预埋好管棚导向管。根据钻机型式与

22、工艺设备的需要, 在适当位置施工钻机工作平台然后施工大管棚。(2) 从管棚导向管按设计钻孔, 采用间隔钻孔, 先两侧后中间的顺序, 利用钻杆的柔性在导向系统的监测下沿设计线路轨迹钻进, 到达目的地, 卸下钻头换上回扩器进行回扩孔, 拖管时将钢管随钻头一起钻入地层, 当达到设计深度后停机。(3) 管棚安装完成后,安放钢筋笼, 在管棚钢管孔口用法兰盘连结上孔口管(42mm壁厚4mm, 长500mm)。(4) 向管棚钢管注浆, 注浆顺序先下后上, 全孔可采用一次性注浆。注浆浆液采用水泥浆,浆液水灰比: 0.6:11:1; 注浆压力拟采用0.61.0MPa。为使钻孔定位准确, 在拱部设置导向墙, 导向

23、墙中预埋!133mm、壁厚8mm、长120cm管棚导向管。钢管采用分节安装。管棚的分节长度为: 5.4m共5节, 每两节之间用丝扣连接, 丝扣螺纹段长大于150mm。相邻两根钢花管的接头要错接, 其错接长度不小于1.0m。注浆钢管上钻注浆孔, 孔径10mm,孔间距200mm, 呈梅花型布置。钢管尾部( 孔口段)2.0m不钻花孔作为止浆段。为提高钢管的刚度和强度, 钢管增设由4根16mm螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼, 固定环采用外径42mm,壁厚8mm,长60mm的短管环,短管间距1m。本工程管棚施工的关键控制环节为钻孔质量控制, 由于地下有管线、人防洞和排污涵等, 角度控制稍有差错将铸成事故

24、, 此外由于钻进通过砂层容易出现塌孔与涌水现象, 因此必须做好泥浆系统、导向系统。 (1)泥浆系统本工程地层为砂层、土层, 自稳能力稍差, 导向孔钻进与钢管回拖成功与否泥浆起到关键作用, 泥浆采用易钻膨润土, 并在膨润土掺少量的聚合物, 粘度在40秒左右, PH值控制在8.510, 泥浆采用机械搅拌, 并进行二次回收利用。 (2)导向系统 本工程钻孔线路沿线有管线、混凝土基础等,对导向系统信号发射有一定干扰, 施工中采用美国DCI公司生产的ECLIPSE无线地下定位系统, 加强型探棒, 探棒发射信号强, 探测深度为19.8m,加强型探棒电池采用DCI公司生产的专用锂电池。导向系统确保了钻孔不破

25、坏人防洞、混凝土排水涵。1.3.2 超前小导管与边墙注浆管施工超前小导管施工: 隧道采用的超前小导管为42无缝钢管, 小导管单根长度为3.0m, 壁厚3.5mm, 布设于拱部和边墙上部围, 外插角10, 环向间距0.4m, 纵向间距为1.8m。超前小导管注浆施工工序包括: 封闭掌子面、钻孔、安设小导管、注浆、效果检查等。小导管采用手持式凿岩机钻孔。插管时采用风动锤振入, 注浆采用注浆泵。边墙注浆管施工与超前小导管施工方法基本一样。1.3.3 全断面注浆施工本站站厅联络通道施工时, 对淤泥质砂、冲洪积土层、残积土层作全断面注浆加固处理。全断面注浆加固利用全断面打设超前注浆管进行注浆, 注浆前利用

26、喷射砼封闭掌子面, 浆液采用水泥- 水玻璃浆液, 水灰比10.7511, 水玻璃浓度为35, Be模数为2.6。注浆围为隧道开挖轮廓线外1.5m以的、地层。浆液扩散半径: R=0.65m, 注浆孔孔底间距为1m, 梅花型布置。注浆采用长套管护壁后退式注浆工艺, 注浆顺序为先隧道周边后中间, 隔孔交替注浆。注浆方法为在砂层中采用渗透注浆, 在土层中采用劈裂注浆。1.3.4 隧道施工超前大管棚施工完成后, 即可进行正常的隧道施工, 隧道采用CD法开挖。CD法施工工序与步骤包括: 打设小导管、加固注浆、分区土方开挖、型钢支撑和钢格栅架设( 包括连接钢筋的焊接, 网片的搭接)、喷射混凝土、封闭后回填注

27、浆。1.4 监控量测为了减小通道施工时对东风西路的影响, 站厅联络通道施工时, 对东风西路进行变形监测。在路面垂直于通道方向布置沉降监测点, 发现变形超限(30mm) 后与时调整施工参数, 并采取加强措施,洞加强支护。根据施工要求, 在东风西路与隧道上方管线位置布置沉降观测点, 共计4个监测断面,每个监测断面设7个沉降观测点。通过监测, 发现东风西路沉降在可控围, 路面最大沉降26mm, 符合规要求, 暗挖施工是安全成功的, 达到了预期的保护效果。1.5 施工关键的处理 西场站站厅联络通道浅埋暗挖法能够成功通过东风西路, 以下几点对成功实施至关重要:(1) 暗挖通道两端存在距离拱顶很近的管线,

28、超前管棚如果打穿则会造成严重后果, 通过管棚打设角度的合理设计与导向系统的合理利用是管棚施工取得了成功。(2)由于隧道通过淤泥质砂层, 大管棚成孔成为了超前支护成败的关键, 施工中选用合适的泥浆进行护壁, 即防止了塌孔, 又防止了导孔涌砂涌水现象。(3)隧道施工中严格超前地质探孔, 遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的方针进行施工, 避免掌子面长时间暴露, 保证支护的与时性、有效性, 控制周围土体变形, 确保结构安全。(4) 开挖过程中采用超前探孔措施时, 须同时注意地层含水率的变化, 如含水率过大, 则应与时封闭掌子面, 对掌子面进行注浆。第二章 浅埋暗挖法在地铁建设中的

29、应用近十几年来，地铁与市政公用管线工程，越来越多的采用了“浅埋暗挖法”进行设计与施工。其使用围之广，使用单位之多，发展速度之快，令国外同行所瞩目。刚刚建成通车的地铁“复-八线”全长12.7km，其中区间隧道长约7km，地铁西单站、天安门西站、王府井站、东单站等，均采用了“浅埋暗挖”技术设计施工。19941995年间，在长安街下，用“浅埋暗挖法”还建成了20余条人行地下通道，建成了颇具名声的国家计委门前的大型地下停车库。近5年来，每年以数百公里计的各种市政公用地下管网，都采用了“浅埋暗挖”技术设计施工，可谓“浅埋暗挖”遍布市各个建设地区。如今，这项技术已在全国各主要大城市，如地铁一号线、地铁、电

30、力管线、的地下通道等普遍使用。这项技术之所以发展很快，主要是因为我国地下空间的开发和利用历史不长，而“新奥法”的设计施工原理颇具新意，适于我国地下工程特点，其占地少、拆迁少、扰民少、影响交通少、污染环境少等特点，极其适合在城市，尤其是在城市中心区、旧城改造、繁华地带、交通拥挤地段进行各类地下工程建设。目前，各地区结合自身的特点，利用“新奥法”原理进行设计、施工均有所发展，有所创造，通过不断总结，有所共识，并经过实践检验，形成了目前大家公认的所谓“浅埋暗挖”法原则。但是，我们还应清醒地看到，该项按照“新奥法”原理兴起和发展的技术虽然已被广泛推广使用，仅就市的情况而言，并非所有的使用单位都真正地掌

31、握了其真谛。无论在地铁工程中，还是在市政公用管线施工中，或因生搬硬套、或因片面性、或因配套技术不足，仅强调“只要会喷锚支护就会浅埋暗挖”的误导，造成坍塌、沉陷、渗漏、留下无穷后患的例子，也是常见的。因此，有必要对“浅埋暗挖法”设计施工进行深入的研究，综合分析，全面总结。本文仅就地铁“复-八线”建设中，应用“浅埋暗挖法”设计施工主要战例概括性地进行分析总结。2.1“浅埋暗挖”技术首次应用在地铁复兴门折返线工程地铁复兴门折返线工程于1986年8月15日开工，1987年12月28日竣工。该工程主要是为了使苹果园至复兴门的地铁车辆，在复兴门底层站东端折返，从而使二环路下的地铁二期工程形成环线，使运输能

32、力提高15倍以上。鉴于该折返线工程处于繁华的长安街地下，显然，再按照过去一、二期地铁所采用的明开敞口、切断交通的施工方法已不可能。当时市地铁建设总指挥部和铁道部隧道工程局结合实际情况，利用“新奥法”的原理，研究了地表浮土610m以下暗挖设计施工的技术并得以实施，即“浅埋暗挖法”产生了。这是地区进行地下工程设计施工的一次革命。“新奥法”的基本原理是：在施工的全过程中保护围岩，调动和发挥围岩的自稳、自承能力，确保施工顺利进行，在工程竣工后，依靠围岩的固结和自承力，确保不塌不陷。这也是“浅埋暗挖法”的核心。从这一原则出发，可以根据地下工程的具体条件，灵活选择开挖方法、支护形式、喷锚技术、施作时机和辅

33、助工程等。复兴门折返线工程全长358m，包括南北区间正线隧道、渡线和各类别的洞室，共折合单线隧道长1098m，隧道断面31种，最大跨度为14.46m。全部折返线隧道工程埋深912m，穿过第四纪冲洪积砂砾层。隧道拱部穿过粉细砂层，边墙穿过砾石或砂砾层，无胶结，松散、自稳能力差。为了达到“地表沉降不大于30mm，不塌不陷、不渗不漏”的设计要求，确保工程质量，做到万无一失，边试验边施工，经专家认定，采用复合式衬砌法进行设计。初期支护的形式为网构刚架+钢筋网+C20喷射混凝土，厚30cm；二次衬砌为35cm厚的防水混凝土；在初期支护和二次衬砌间布设PVC防水板。通过研究实践，初步形成了一整套“浅埋暗挖

34、”的设计施工技术。这里对3个主要技术环节简述如下。2.1.1稳定地层，改造地层，提高松软地层的自稳能力稳定地层的主要手段是用注浆加固隧道周边地层，用管棚加固隧道拱部地层。要根据地质和施工的具体情况确定注浆的围、压力和材料，达到改善地层的物理力学参数(E、C、)，提高地层的自稳能力。大管棚护顶，就是运用钻机沿洞室拱部轮廓线钻设DN115的钢管，布设围为80140，每m布4根且管注满水泥浆液。从开挖到进尺，整个洞室处于大管棚的支护之下。小导管注浆加固地层，就是利用DN42mm的小型钢管，在洞室周围按3050cm间距布设，压注水泥或水玻璃浆液，填充砂砾层孔隙，使之凝固胶结成为具有一定强度的壳体，为施

35、工创造一个安全的环境。当时，市政府曾拨专款，组成试验小组，在复兴门折返线粉细砂地层中注射改性水玻璃砂浆，试验固结效果，一举成功。2.1.2开挖与初期支护是施作地下工程的关键一般在单洞掘进时采用上下台阶法施工，在上台阶开挖中采用环行开挖留核心土稳定掌子面的方法。同时，在上台阶开挖中，要紧跟下台阶的开挖支护，使初期支护一次成环封闭，增强围岩的承载能力。上下台阶开挖相错，视地质情况，以1.52.5倍洞室的跨度为宜。初期支护是由钢筋格栅、挂网喷射混凝土构成。格栅的制作与布设必须保证刚度和工艺要求。应强调架立上台阶格栅时，要加大拱脚或拱脚锚固的力度，以防下沉。在上下台阶格栅连接时，要注意连接部位的拱脚，

36、必须保持干净，清理回弹料。拱部环状开挖、钢筋挂网喷射混凝土作为初期支护，要求承受全部荷载。同时，应重视回填注浆，即初期支护和二次衬砌完成后，应紧跟拱部回填注浆，填实拱部土层、初期支护与二次衬砌的间隙，对确保结构安全和控制地表沉降十分重要。还要指出的是，折返线暗挖施工中锚杆是被广泛应用的一种围岩支护加固的形式。因此锚杆的布设和安装质量也直接影响支护稳定围岩的作用。2.1.3围岩的监控量测是暗挖施工中必不可少的保证措施突出强调监控量测技术，是因为暗挖施工时要全力掌握整个施工过程中的力学变化动态，并力求全面掌握其规律。根据围岩支护衬砌的力学变化特性曲线，评价开挖和支护的安全度，在开挖步骤、支护参数、

37、施工程序等方面与时进行调整，为整体工程的调控提供科学依据，使开挖和支护处于最佳的受控状态。复兴门折返线已建成十几年，经过1989年坦克车连续通过的考验，证明其结构安全可靠，其基本经验是成功的。经市政府专家顾问组和市地铁建设总指挥部共同研究，归纳总结出24字方针“管超前、严注浆、短开挖、强支护、稳中央、速封闭、多试验、勤量测”，起名为“浅埋暗挖”法原则。2.2“浅埋暗挖”技术的推广应用通过复兴门折返线的建设，一整套的“浅埋暗挖”技术形成后，首先在地铁“复-八线”建设中得到了充分的使用和肯定。地铁建设总指挥部在19901992年间多次开会、请专家论证，明确要求地铁西单站、天安门西站、天安门东站、王

38、府井站、东单站用“浅埋暗挖法”设计施工。为地铁“复-八线”建成通车突破难关奠定了坚实的基础。各个地铁车站根据不同地质情况确定的施工方法如下：2.2.1西单站采用“双眼镜法”施工西单地铁车站于1989年4月底开标，同年7月15日开工，1992年10月10日竣工试运行，比同类工程缩短工期1年左右。该车站的施工是在松软土质中进行的，综合运用了6项技术，即大管棚护顶强支护、小导管严注浆加固、短快开挖支撑基础、梁板柱相接力平衡、刚柔结合复合防水，监控量测调控指导。2.2.2天安门西站、王府井站和东单站的暗挖施作方法2.2.2.1天安门西站全长226.1m，宽23.8m，高15.25m，结构覆土厚5.8m

39、。车站主体穿过粘土、亚粘土和砂砾石地层，地下承压水位在结构底板以上1.5m，有7条市政公用管线于站顶穿过。地处人民大会堂西侧路和石碑胡同之间。经过优化各种暗挖方案后，决定该站采用洞柱结合的暗挖逆作法(见图1)。实际上是沿袭了“盖挖逆作”的方法。与一般暗挖法相比，其具有如下特点：先施作车站承载结构，再逐步实施开挖、加载。开挖时无明显力的转换，可有效控制地面沉降，保证施工安全。施作时，首先在车站仰拱部位作4个小导洞，用人工挖孔到车站的底板位置，再对应挖下面的4个小导洞，在下面的4个小导洞施作条形基础，然后作中柱和顶梁，自上而下紧跟施作扣拱、中隔板与边墙、封闭成环。这样的施工方法安全可靠，依靠天、地

40、梁和中柱承受了全部动载和静载，为大面积的开挖创造了条件；为适应这种特殊工艺的需要，车站主体结构由原来的三拱、两柱、曲墙、仰拱，改为三拱、两柱、直墙、平底板。为施工安全，开挖时巧妙地将正作和逆作相结合。 图1暗挖逆作法示意该方法的优点是改变了地下工程暗挖中习惯的分块开挖支护，以小环封闭通过力的转换到大环封闭，造成临时工程多、拆除量大的问题。同时，这种洞柱结合暗挖逆作法直接完成永久性结构，减少了地下结构施作时多次力的转换和干扰，有利于保证施工质量，控制地面下沉，降低工程造价。不足之处是在小导洞作梁、柱基础，施工环境差，且人工挖孔不安全因素多。另外，通过小导洞的延伸开挖，施作边墙，缺乏整体性，零碎、

41、表面凹凸不平，如处理不好影响 二次衬砌防水效果。2.2.2.2天安门东站地处天安门广场东侧，历史博物馆北侧，长安街下，采用三跨两柱三层箱式结构形式。全长218.3m，宽160m，高15.25m，地上覆地厚度1.5m。车站主体位于杂填土、砂粘土、亚粘土和圆砾土中。各种市政公用管线在纵横交错的地表土过。由于该站有临时围挡和交通疏导的条件，可占用土地。首先，用“浅埋暗挖法”完成地下条形基础的施作，并结合人工挖孔的办法施作边桩和中柱，然后顶上扣盖形成封闭，为开挖创造条件。该方法实际是把传统的“盖挖逆作法”和“浅埋暗挖法”相结合，称为“条形基础盖挖逆作法”(见图2)。其特点是利用传统的人工挖孔形成柱体结

42、构，施作地下条形基础，利用无入土深度边桩作为周边围护结构，操作程序便捷。图2条形基础盖挖逆作法示意但其不足之处明显存在。尽管天安门东站创造了从地面较大围围挡到顶盖封闭、恢复路面通车仅用139d的施工记录(一般盖挖法需1年左右时间)，具有较大的社会效益和经济效益，但在城市闹市区要获得大面积围挡139d的机会仍是不可多得的。同时，人工挖孔桩的危险因素导致不宜多用。所以，天安门东站的“条形基础盖挖逆作法”只是特定环境下，从实际出发的特定设计施工方法。2.2.2.3王府井站位于东长安街与王府井大街十字交叉路口，全长241.4m，宽24.3m，高14.21m。其所处地理位置、环境因素、工程地质和水文地质

43、条件与天安门东、西站大致一样，属第四纪地层。所不同的是地下水丰富，共分3层：上层滞水埋深4.55m，主要分布在轻亚粘土层；中间为潜水层，位于地下13.5m左右的中细砂中；下层为承压水，埋在17m左右的中粗砂、砾砂与卵石层中。因此该站施工方法不但要暗挖，而且必须解决好防治水问题。经反复比较研究，最后确定采用“浅埋暗挖桩柱支撑法”，利用车站上部无水地层空间进行有水地层的护壁桩和中间支撑桩柱的施作，结合大管棚和小导管注浆加固地层的传统做法形成车站初期支护，与前述天安门东站西站类似。所不同的是在桩柱完成后，在边桩间先施作帷幕注浆，再继续完成洞体的开挖和各项结构工程。其施工特点是：在有承压水和潜水的情况

44、下，利用自然存在的无水层施作边桩、中柱、支护并合理布设帷幕注浆，形成大作业空间，按程序完成桩、柱、梁板的制作与连接，整体灌注车站结构和施作防水，既解决了在松散地层超浅埋暗挖时，地下洞体系统支护结构的安全可靠性，有效地控制了地表沉降，同时解决了带水施工和无水作业，防止了因施工需要各种防排水措施对地下水资源的破坏，减少了因降水引起的地表沉降，确保周围建筑物的安全。同样还存在不足，如：注浆的配制条件、人工(或机械)操作的工艺水平和地层结构的特点等，都存在可变性，因此，帷幕注浆的封闭，可靠性受到影响，难免出现渗漏。同时，地下导洞钻孔机具操作空间较小，难于操作。另外，在施工过程中，首先完成初期支护，形成

45、单柱双跨结构，然后转换成两柱三跨双层结构，需拆除两层横支撑和中柱造成废弃工程量较大。2.2.2.4地铁东单站全长241.3m，宽22.4m，高13.73m。地下水文地质资料类似于王府井站，施工方法也类同。2.3地铁“浅埋暗挖法”施工中常用的配套技术 (1)新型结构复合式衬砌防水在初期喷锚支护与二次衬砌模筑混凝土之间，铺设一层柔性的防水材料，例如LDPE、PVC、EVA、ECB等，只要施工工艺和管理工作到位，可以做到不渗不漏。(2)降水技术这一重要的配套技术，施作简单、效果好，特别是井点降水方法技术简单。如地铁永安里车站建设时，用井点降水获得较大成功。所有降水方法都要考虑好地表和建筑物的沉降与对

46、水资源保护问题。(3)注浆加固技术地层的注浆工艺和浆液配比要因地制宜。如在粉细砂地层中，改压注水泥砂浆为改性水玻璃注浆，起到了快速凝固的更好效果。(4)冷冻法施工技术该项技术在地铁“复-八线”大北窑热电厂区间松散流体地层中应用，取得较好效果，但造价昂贵。(5)半断面插板盾构技术“复-八线”建国门站试用，为地铁建设全面使用盾构技术取得了一定经验。(6)通用小型机械设备不求更先进但求配套，起到了“快、小、灵”的作用。如拱部开挖配皮带运输、下部开挖试用单臂掘进机、二次衬砌利用泵送混凝土至模板台车、洞运输采用电瓶车带动梭式矿车(8m3)等，都是普通设备，只要安排组织好，可节省大量人力，提高工作效果，区

47、间隧道可月掘进100m以上。第三章 软土地层中采用浅埋暗挖法修建人行地道3.1 浅埋暗挖法的发展前景随着城市建设的发展, 市区的道路改、扩建工程取得了令世人瞩目的成就, 长期存在的交通拥挤现象得到了改观。然而中心城区, 行人步行系统还不完善, 突出表现在密集的行人、狭窄的人行道, 行人与机动车、非机动车争道现象日趋严重。结合道路改造, 过街系统的建设迫在眉睫。由于在景观的综合规划中, 人行过街地道相对于人行天桥能更好地与周围布局结合在一起, 因此在中心城区采用人行过街地道方案具有更明显的优越性。因此在全国的许多大城市尤其是, 人行过街地道方案被广泛采用。由于地质等条件的特殊性和工程造价居高不下

48、给此方案的采用造成了很大的困难。近几年来随着城市轨道交通的发展, 许多的地铁乘客出入口与人行地下通道规划在一起, 但其施工方法大多采用明挖法, 然而在既有道路改造中, 采用明挖法和盖挖法施工占地多、交通干扰大、地下管线拆迁量大、容易造成环境污染。如果在引进浅埋暗挖法就克服了上述缺点, 减少了对环境的影响, 能保证交通畅通和地下管线的正常使用。3.2浅埋暗挖法修建人行过街地道实例分析为了人行方便, 地下过街地道底部标高多设计得较浅, 因此地道工程一般属浅埋、超浅埋甚至特浅埋结构, 拱顶围岩多无自承能力, 且其因覆土浅或受地下管线限制, 覆跨比有逐渐减小的趋势, 同时结构受地面动荷载影响明显。这些

49、因素都为暗挖法的实施增添了不少困难。随着施工设计技术水平的提高, 我国在、等城市均成功地采用暗挖法建成了人行过街地道工程, 表1 列举了相关的几个工程实例, 从中可以为人行过街地道工程修建引进暗挖法提供一些有益的经验。 (1) 对于人行通道工程, 应加强超前支护以提高拱顶土体与开挖面前方土体的强度。的粘性土层采用小导管超前加固, 而与地层极其类似的淤泥质地层, 在施工过程中直接采用了大管棚作为超前支护的主要手段, 并考虑到属于高水位地层, 在施工中加大小导管注浆加固的密度。 (2) 在开挖过程中均采用了短进尺分步开挖方案: 的长安街过街地道工程中, 采用了6 步开挖的CRD 法缩小每步的开挖跨

50、度, 同时控制开挖循环步长, 格栅间距调整为014 015m。也采用了4 步CRD 法施作。 (3) 两者在施工过程中都贯彻“ 短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则, 量测结果显示, 地面沉降均得到了有效的控制。根据对以上工程实例的分析类比, 下面以某个人行过街地道工程为例, 针对地层采用暗挖法施工的可靠性进行探讨。3.3工程概述某人行过街地道穿越一城市主干道, 地面交通繁忙, 地道上部煤气、自来水等各种管线密布。因此该地道在施工中对沉降控制要求严格, 应确保道路的畅通和管线的安全。地道平面呈工字型, 中间地道长70 m。两端出入口长度为16 20m。结构形式为钢筋混凝土结构, 净空尺寸为4

51、m 215m。拱顶埋深为318 m。根据地质勘察, 此人行地道主要处于灰色淤泥质粉质粘土与灰色粘质粉土之中, 其中灰色淤泥质粉质粘土处于流塑地层, 属于压缩性土, 地下水埋深浅, 各土层分层情况详见图1。 图1地质剖面图3.4施工设计参数根据地质条件与相关国经验拟订如下设计原则: (1) 超前支护是设计中的关键, 此工程与五一路工程所处地层同属于淤泥质地层, 而该地道相对埋深较大, 土体自承能力优于路工程。的经验表明采用108 大管棚施作拱部, 辅以32 小导管超前预支护可有效地控制沉降; 由于的软土层较厚, 仰拱隆起在设计中也应重视, 因此在该过街地道支护设计中, 隧道拱顶与仰拱都采用108 大管棚超前支护, 并辅以32 小导管超前注浆。比较拱部与仰拱, 侧壁由于土压力相对较小, 采用了32 小导管密排方案。这样就使得地道周围形成了一个具备一定刚度密闭的壳体, 可有效地