第十六讲地下铁道矿山法（新奥法）施工

1、第十六讲地下铁道矿山法（新奥法）施工上节内容回顾 地铁施工方法主要包括:明挖法、盖挖法、新奥法、盾构法、沉埋法等等。 本章第二节我们学习了明挖法施工。 上次课我们主要学习了盖挖法。 盖挖顺作法：采用预制标准覆盖结构（纵、横梁及路面板）。什么时候施作？什么时候拆除？ 盖挖逆作法：施工顺序:基坑围护结构和中间桩柱开挖顶板底面标高以上土体浇注顶板回填土、恢复路面由上向下逐层开挖并修建主体结构至底板。 盖挖半逆作法：顶板先修，开挖至设计高度，结构从底板向上修筑。第四节 矿山法施工 一、概述 新奥法的基本思想 充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进

2、行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的监控量测来指导地下工程的设计与施工。 第六章 地下铁道施工沈阳地铁青年大街站 新奥法是一种“概念”或“原则”，而不是一种固定不变的具体施工方法或技术。 新奥法创始人最初把新奥法作为一种与新型支护有关的隧道修建方法提出来的。但是，将新奥法仅限于一种特定的施工方法或具体支护技术将会使它的推行受到很大限制。 第六章 地下铁道施工第四节 矿山法施工 铁路隧道喷锚构筑法技术规范把新奥法基本要点简化为4点:合理地利用围岩的自承能力，保护围岩稳定；以喷混凝土、锚杆为主要支护手段，及时支护、封闭，使围岩成为支护体系的重要组成部分；开挖作业应减少对围岩的扰动，保

3、持隧道开挖轮廓圆顺；施工中必须对围岩和支护进行观察、量测，并根据反馈信息进行动态设计。第四节 矿山法施工 新奥法与传统矿山法相比，不仅仅是支护手段上的革新，更重要的是工程概念的不同。 传统矿山法的依据是“松弛理论” 新奥法的理论依据是“承岩理论” 二、开挖方法分类全断面法台阶法中隔壁法交叉中隔壁法双侧壁导坑法洞桩法中洞法第四节 矿山法施工 第四节 矿山法施工三、岩石地层的新奥法施工 采用钻爆法开挖，需进行钻爆设计，应采用光面爆破或预裂爆破，尽量减少超挖和避免欠挖。1光面爆破与预裂爆破 主要不同点 第四节 矿山法施工爆破参数第四节 矿山法施工2爆破振动速度要求 若采用光面爆破，爆破振动速度应小于

4、下列数值：硬岩15cm/s、中硬岩10cm/s、软岩5cm/s。 隧道上方有建筑物时，爆破振动对建筑物的破坏因素： （1）爆破地震波到达建筑物时的强度； （2）爆破振动地震波的传播方向与建筑物相对位置； （3）爆破地震波延续时间； （4）建筑物的类型、形状、高度、完整程度； （5）爆破振动频率与建筑物固有频率之间的关系等等。第四节 矿山法施工爆破振动安全振速标准第四节 矿山法施工降低爆破振动速度的措施：（1）采用光面爆破和预裂爆破；（2）适当缩短开挖进尺，减少装药量；（3）较软岩石可使用机械预切槽法；（4）采用TBM（掘进机）开挖。第四节 矿山法施工开挖后应进行必要的支护。围岩与支护尽量密贴，

5、稳定围岩； 锚杆、钢拱架、网（或素）喷射混凝土。初期支护是新奥法施工的重要内容之一，它的施工工艺及技术在后面与浅埋暗挖法一起来讲。3初期支护本节课重点第四节 矿山法施工（1）熟练掌握新奥法的基本思想；（2）掌握主要施工方法的施工顺序及使用条件； （3）熟悉岩石隧道新奥法开挖爆破方法，了解爆破设计参数及隧道爆破时保证建筑物安全的振速要求。第四节 矿山法施工四、松散地层的矿山法施工(浅埋暗挖法) 我国将新奥法原理用在地铁区间和车站施工中，逐渐形成一套“浅埋暗挖”工法。 这种方法在我国地铁和隧道工程中发挥了很大作用，目前已经成为地铁施工的主要方法之一。第四节 矿山法施工（1）城市浅埋地下工程的特点

6、覆土浅、地质条件差(多数是未固结的土砂、粘性土、粉细砂等)、自稳能力差、承载力小、变形快，特别是初期增长快，稍有不慎极易产生坍塌或过大的下沉，而且在隧道附近往往有重要的地面建筑物或地下管网，给施工带来严格的要求等.（2）浅埋暗挖法的主要思想 浅埋暗挖法是以超前加固、处理软弱地层为前提,采用足够刚性的复合衬砌（由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成）为基本支护结构,用于软土地层近地表(浅埋)隧道的暗挖施工方法。它以施工监测为手段，指导设计与施工，保证施工安全，控制地表沉降。第四节 矿山法施工（3）浅埋暗挖法的应用范围 区间、大跨度渡线段、通风道、出入口和竖井的修建； 多跨、多层大型车站的修建。（

7、4）浅埋暗挖法的结构形式 圆拱曲墙形式； 大跨度平拱直墙形式； 平顶直墙等形式。 （5）浅埋暗挖法与其它方法的结合 浅埋暗挖法与盖挖法的结合 ； 浅埋暗挖法与半断面插刀盾构的结合 ； “浅埋暗挖法”建成的北京复兴门地铁折返线 第四节 矿山法施工（6）浅埋暗挖法的特点 适用于各种地质条件和地下水条件； 具有适合各种断面形式(单线、双线及多线、车站等)和变化断面(过渡段、多层断面等)的高度灵活性； 通过分部开挖和辅助施工方法，能有效地控制地表下沉和坍塌； 与盾构法相比，在较短的开挖地段使用，比较经济； 与明挖法相比，可以减轻对地面交通的干扰和对商业活动的影响，避免大量的拆迁； 从综合效益观点出发，

8、是比较经济的一种施工方法。 第四节 矿山法施工管超前：指采用超前管棚或小导管注浆防护，实际上就是采用超前支护的各种手段，提高掌子面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌；严注浆：指在导管超前支护后，立即进行压注水泥浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力；短开挖：指一次注浆，多次开挖，即限制一次进尺的长度，减少对围岩的松弛。1施工的基本原则 第四节 矿山法施工强支护：指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； 快封闭：指在分部开挖施工中，必须采用临时仰拱封闭，开挖一环，封闭一环，提高初期支护的承载能力； 勤量测

9、：指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。 第四节 矿山法施工(1)小导管超前注浆2地层预加固和预支护技术 第四节 矿山法施工(2)开挖面深孔注浆正注浆区域已注浆区域第四节 矿山法施工(3)管棚超前支护 所谓管棚，就是把一系列直径为70250mm的钢管，沿隧道外轮廓线或部分外轮廓线，顺隧道轴线方向依次打入开挖面前方的地层内，以支撑来自外侧的围岩压力。 管棚的纵向加固作用是明显的，为了实现“纵向成梁、横向成拱”的理想空间加固效果，也避免泥水从管棚之间的空隙流入坑道，一般都要在管棚内注浆加固地层。 第四节 矿山法施工无连接件导槽和T字形第四节 矿山法施

10、工管和T字形双管第四节 矿山法施工双T字形管和管第四节 矿山法施工导槽和T字形第四节 矿山法施工(4)水平旋喷超前预支护 水平旋喷原理 以高压泵为动力源，通过水平钻机钻杆前的喷嘴把配制好的有固结作用的浆液高压喷射到土体内，喷嘴边喷射边旋转强制土颗粒与浆液搅拌混合。待浆液凝固后，形成水平圆柱状水泥土固结体，即水平旋喷桩，当旋喷桩相互咬合后，便以同心圆在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体，起到防流砂、抗滑移、防渗透及预支护的作用。 第四节 矿山法施工 水平旋喷超前预支护的应用 由竖直旋喷技术发展而来; 日本和意大利是研究开发水平旋喷技术较早的国家，意大利于1983年首次将水平旋喷技术用于隧道预

11、支护。日本先后在软弱松散不良地层的多座隧道中成功地进行预支护和预加固; 欧美等国也先后使用了此项技术。 我国在神延铁路两座隧道、深圳地铁一期工程大剧院-科学馆区间隧道成功运用了水平旋喷超前支护。第四节 矿山法施工水平旋喷超前预支护的作用 a、隔水防渗作用； b、加固围岩作用； c、开挖预支护作用。150旋喷加固体第四节 矿山法施工水平旋喷桩150旋喷加固体水平旋喷在隧道中的应用 水平旋喷桩拱部超前预加固水平旋喷桩加固边墙或掌子面 第四节 矿山法施工旋喷桩加固斜向水平旋喷桩加固边墙 第四节 矿山法施工水平旋喷的技术要点a、主要参数的确定 钻孔长度：取决于隧道断面的大小、开挖进尺、地层条件及钻孔机

12、性能，后者常起制约作用。 固结体强度：取决于地层物理力学性能及浆液配比。 固结体直径：取决于土层性质、喷浆压力及喷咀运动速度。 浆液配比：有水泥浆液及混合浆液（水泥水玻璃浆液）两种。第四节 矿山法施工b、主要设备及布置 旋喷钻机：其主要作用为钻孔及旋喷，要求移动、安装、操作方便，定位精确，工作稳定，能适应地下净空要求； 高压泵：其主要作用是提供旋喷浆液所需的高压； 浆液制备所需的设备：主要包括搅拌桶及储浆罐。钻机高压泵水玻璃储料桶水泥浆储料桶水泥浆搅拌桶水玻璃搅拌桶图6-4-10 机具布置第四节 矿山法施工c、各工序操作要点准备工作； 按场地布置图将钻机、高压泵及其它机具就位；旋喷浆液制备；旋

13、喷机定位； 钻孔； 旋喷； 清洗管路； 废浆液处理。 本节课的重点第四节 新奥法施工（1）掌握浅埋暗挖法的基本思想；（2）掌握地下工程的特点； （3）熟练掌握浅埋暗挖法的施工原则；（4）熟练掌握地层预加固和预支护方法，包括 小导管超前注浆 深孔注浆 管棚 水平旋喷（1）浅埋暗挖法开挖时的要求： 最大限度的减少对地层的扰动，提高周围地层自承作用和减少地表沉降。 根据不同地质条件及隧道断面，选用不同的开挖方法。（2）开挖总原则： 预支护、预加固一段，开挖一段； 开挖一段，支护一段； 支护一段，封闭成环一段。 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工3区间隧道土方开挖（3）开挖时监控量测

14、 初期支护封闭成环后，隧道处于暂时稳定状态； 通过监控量测，确认达到基本稳定状态时，可以进行二次衬砌的混凝土灌注工作； 监测结果表明支护有失稳的趋势时，则需及时对支护进行补强或提前施作二次衬砌。 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工3区间隧道土方开挖（4）开挖方法选择 地层稳定性较好时，可采用长台阶半断面施工方法 ； 施工机械布置到上台阶进行施工，加快施工进度。 拱部初期支护长时间无法封闭，当拱部地层压力较大，且拱脚部位土体不能提供足够反力时，整个拱部将连同支护一起下沉，严重时拱脚部位土体将产生滑移，涌入隧道。 当遇到这种情况时，可施作临时仰拱，形成半断面临时闭合结构，促使地层

15、稳定。临时仰拱的安设与拆除必然将增加工程量，增大工程费用。 地层不稳定时，可选用合理的分部开挖施工方法 ；四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工3区间隧道土方开挖（5）开挖机械及出渣 土层和严重风化的基岩采用短臂反铲机械或单臂掘进机开挖，局部岩石要进行爆破开挖 ； 出碴可采用有轨运输，也可以采用汽车无轨运输。 一般需要在工地设置存渣场，夜间运至卸渣场。四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工3区间隧道土方开挖（6）开挖轮廓 隧道开挖轮廓线根据隧道设计轮廓尺寸、施工误差及最大变形量而定的，施工中要严格控制开挖轮廓线，防止超挖，但是不得欠挖。 用机械开挖，沿轮廓线预留10

16、cm人工找平层，手工修边。（7）开挖期间加强测量工作 为保证区间隧道中线及水平标高准确无误，应加强施工测量工作。 当有两个工作面相对开挖时，往往难以避免出现贯通误差，在接近贯通时，两侧应加强联系，待接近20m左右时，其中一个工作面停止开挖，由另一个工作面实现贯通，便于逐步调整中线及水平标高。四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工3区间隧道土方开挖 初期支护形式：钢架锚喷支护。 钢架锚喷支护的特点 开挖后能及时施作，并且施作后能尽快承受荷载； 施工简便，不需要大型施工场地及大型施工机械； 支护与周围地层之间密贴不留空隙，减少地层扰动； 适用于不同断面形式和断面尺寸； 支护的强度和刚

17、度便于调整，便于后期补强； 工程造价相对比较便宜。四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工4浅埋暗挖法的初期支护 （1）喷射混凝土 借助喷射机械，利用压缩空气或其它动力，将按照一定配合比的拌合料通过管道输送并高速喷射到受碰面上，凝结硬化而成的一种混凝土。 喷射机械：喷射机（干喷机或湿喷机等） 特点： 有一定强度和良好的耐久性； 与受喷面（围岩）之间具有一定的粘结强度，可以传递拉应力和剪应力； 于任何形状的受喷面都可以良好的结合，不留空隙 ； 加入速凝剂后，强度增长快，承受外界荷载，约束周围土体变形。四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工4浅埋暗挖法的初期支护 （2）锚

18、杆 常用锚杆：有预应力或无预应力的砂浆锚杆或树脂锚杆。 要求： 抗拉力不应小于150kN ； 水泥砂浆强度不低于M20，应密实灌满 ； 锚杆必须安装垫板，垫板应与喷混凝土面密贴 。 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工4浅埋暗挖法的初期支护 （3）钢拱架 作用：提高初支的强度和刚度，施做及时，控制地表沉降效果好。 种类： 型钢拱架支撑，包括钢管支撑、H型钢支撑、U型钢支撑等 ； 格栅拱架支撑，由34根18mm22mm的热轧钢筋焊接而成 ； 目前，浅埋暗挖法施工中，较多使用的是格栅钢拱架。 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工4浅埋暗挖法的初期支护 （1）基本要求

19、施作时机：一般情况下，二次衬砌可在围岩和初期支护变形基本稳定后施作，但在松散地层浅埋地段，宜及时施做二衬。 与一般隧道衬砌的不同：通过监控量测，掌握初期支护及工作面动态，提供信息，指导二次衬砌施作时机，这是浅埋暗挖法施工与一般隧道衬砌施工的主要区别。其它灌注工艺和机械设备与一般隧道衬砌施工基本相同。 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工5浅埋暗挖法的二次衬砌 （2）衬砌模板种类： 临时木模板或金属定型模板，更多情况则使用衬砌台车。 对模板的要求： 衬砌所使用的模板、墙架、拱架均应式样简单、拆装方便、表面光滑、接缝严密。四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工5浅埋暗

20、挖法的二次衬砌 穿行式全圆砼衬砌模板台车 水电站非全圆断面引水隧道的砼衬砌 （3）混凝土的浇注与捣固 浇注前准备： 做好地下水引排工作，基础部位的浮渣、积水应清除干净，不允许带水作业。 浇注要求： 连续浇注。 捣固要求： 捣固所用振捣器的振幅、频率、振动速度等参数，应视混凝土的塌落度及骨料粒径而定。四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工5浅埋暗挖法的二次衬砌 （4）浇注施工的工艺要求 尽可能采用混凝土输送泵； 应尽可能采用整环灌注的施工安排。当混凝土浇注至墙拱交界处时，应间隙约1h，以便于边墙混凝土沉实。拱圈封顶时，应随拱圈浇注及时捣实； 所有施工缝应凿毛，按设计要求埋设遇水膨胀

21、止水橡胶条进行防水； 振捣时，振捣器不得接触防水层及模板，且每次移动距离不宜大于振捣器作用半径的一半； 混凝土的拆模强度应符合设计要求； 养护方式应经济合理，如表面定期浇水、铺塑料薄膜或喷涂有机树脂等养护剂； 隧道拱、墙背后空隙必须回填密实，如达不到要求，可采用背后压浆回填。 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工5浅埋暗挖法的二次衬砌 本节主要内容（1）熟悉浅埋暗挖法土方开挖的要求、原则和注意事项；（2）掌握浅埋暗挖法的初期支护的形式、特点；（3）掌握喷混凝土支护的特点；（4）钢拱架的作用和种类。（5）熟悉浅埋暗挖法二次衬砌的基本要求。第三十四讲地下铁道新奥法施工之四主讲：高新

22、强上节内容回顾（1）浅埋暗挖法土方开挖的要求、原则和注意事项；（2）浅埋暗挖法的初期支护的形式、特点 ；（3）喷混凝土支护的特点；（4）钢拱架的作用和种类。 （1）监控量测项目 监控量测项目可分为A类和B类。 A类为必测项目，为指导施工、监测工程安全状态服务； B类为选测项目，主要是为了了解周围地层和支护系统的工作状态，为设计提供依据，以便进一步优化设计。 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 （2）监控量测测点布置及测试频率 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 （3）监控量测设备 四松散地层的新奥法施工(浅

23、埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 （4）监控量测信息对施工的控制 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 根据地表下沉量与允许量比较，判断地面建筑物和地中埋设物的安全状态，再判断施工方法和支护参数的合理性。根据隧道周边位移(收敛)量测数据确定净空预留量。根据位移时间曲线，可以确定二次衬砌施作时间。 a)位移量及位移时间曲线呈收敛趋势； b)30d内的平均位移变化速率小于； c)位移速率的变化呈收敛趋势；这三条也可称为隧道变形基本稳定的标志。 （5）监控量测数据处理 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工

24、监控量测 监控量测的各种变量如位移、应力、应变等，应及时绘出位移时间曲线、应力时间曲线、应变时间曲线。 曲线是判断地层是否稳定的重要依据。 （6）监控量测数据反馈 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 对施工的反馈作用： 地表沉降与允许值的比较，判断地面建筑物与地中构筑物的安全状态； 最大位移值的控制。地质越差，允许位移值越大；断面越大，允许位移值越大 ； （6）监控量测数据反馈 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 （6）监控量测数据反馈 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工

25、监控量测 （6）监控量测数据反馈 围岩稳定性按下列三项指标：（i）实测最大位移 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 () 位移变化速度 净空变化速度持续大于时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统； 净空变化速度小于时，围岩达到基本稳定。 在浅埋（特浅埋）地段、膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其他指标判别。 （6）监控量测数据反馈 （iii）位移时态曲线的形态 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。 （6）监控量

26、测数据反馈 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 对施工的反馈作用： 二次衬砌施作时间的控制。 一般情况下，二次衬砌是在初期支护变形基本稳定后施作的。 基本稳定的标志是外荷载基本不再增加，位移不再变化，因此可用周边接触应力和位移值这两项指标来控制。 当隧道断面小于10m2时，周边位移率Vn应小于；断面大于10m2时，Vn小于，或周边接触应力V时，都可认为是基本稳定的指标。 当达不到基本稳定指标或位移速度急剧增长，支护表面出现明显裂缝时，应进行补救，其措施为：对初期支护进行加强，立即施作二次衬砌。 （6）监控量测数据反馈 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖

27、法)第四节新奥法施工6浅埋暗挖法的施工监控量测 对设计的反馈作用： 通过施工中量测到的围岩动态信息，主要是指位移信息，然后采用反分析技术，推求围岩的本构模型和力学参数，如弹性模量、内摩擦角、粘结力、粘性系数等，再采用正分析技术，求出围岩和支护结构中新的应力场和位移场，验算和核实预设计的可靠性，并对其进行修改。 （1）软-流塑状淤泥地层并在地面楼群下的地铁施工（南京地铁区间隧道） 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工7国内工程实例 确定了地面建筑物的允许地表沉降:地基基础允许的地表沉降值为3048mm。 超前预支护方案：采用大、小管棚结合 。 软流塑状淤泥质地层加固方案：注浆。

28、穿越桩基楼房段的特殊施工：为避免地铁开挖对邻近建筑物基础的不良扰动，沿隧道两侧采用钻孔旋喷桩，沿隧道两侧布置，使地铁开挖与邻近建筑物基础“隔断”。 系统完整的信息化施工 该工程的主要地质条件和工程特点是什么? 该工程主要采取了哪些工程措施? （2）松散含水地层大断面浅埋洞室施工（北京地铁王府井站风道） 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工7国内工程实例 浅埋暗挖高大断面施工 :临时中壁法并设置二道临时抑拱的三层六部开挖方法。其中各分部开挖再次划分为弧形开挖留核心土的二台阶。 对邻近楼房的保护 ：采用钻孔灌注桩隔断墙。 降水措施：非规则排列的井点降水，在降水过程中对承压水采用深井降水回灌技术，潜水采用洞内注浆堵水、排水相结合，上层滞水采用注浆挤压、封堵的技术，实现了无水施工条件，减少了降水引起的地面沉降。 经验教训：洞内钻机静压注浆和洞内地层竖直冻结技术及失败教训 该工程的主要地质条件和工程特点是什么? 该工程主要采取了哪些工程措施? 图6-4-13 风道开挖施工工序分部 （3）含水淤泥地层过街道施工 （上海地铁某车站出入口） 四松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)第四节新奥法施工7国内工程实例 确定了地面建筑物的允许地表沉降:允许的地表沉