地铁工程主要施工方法剖析.ppt

1、地铁工程主要施工方法主要内容一、概述二、明挖法三、盖挖法四、浅埋暗挖法五、盾构法六、辅助工法七、施工监测八、结束语一、概述 1. 轨道交通（含地铁、轻轨等）是解决城市交通的重要工具。 2. 轨道交通具有快捷、大运营、污染小等优点，但造价高、占用空间大、养护和维护费用高，综合比较前者大于后者。 3. 近年来，我国轨道交通进入大发展时期，北京、上海、广州等城市每年以40公里的速度快速建设。 4. 地铁建设具有一定的风险：地下修建、工程地质与水文地质条件复杂多变，未知因素多。地上、地下环境复杂，地面交通、临近建（构）筑物、地下管线等都构成施工风险。技术、理论还不完善，还需要靠工程经验和现场监测，及时

2、反馈，灵活调整施工参数，采取信息化施工。 5. 地铁是一项综合技术：一条地铁线路由车站、区间隧道及车辆场等组成。地铁工程包括土建、轨道、通风、排水、机电、环控等各种保障系统。地铁工程土建施工方法主要有：明挖法、盖挖法、暗挖法及盾构法，此外还有高架型式、地面建筑等。 因此，地铁工程是集房建、深基坑、隧道、高架桥、市政道路、管线等的综合工程。二、明挖法 1. 选择原则：具有交通导改条件，对现况交通影响较小。地上、地下建（构）筑物拆迁量少。 总之，明挖法较经济、施工速度快、质量好、风险小，具有明挖条件的地铁工程宜尽量采用。 2. 围护结构： 地铁基坑通常围护结构型式主要有：1围护桩+内支撑支护体系围

3、护桩可采用：人工挖孔桩、钻孔灌注桩等；内支撑可采用：钢管或型钢格构件（钢筋混凝土撑桩间处理：挂网喷射砼、搅拌桩、旋喷钻孔灌注桩施工流程开钻前验收安装钢筋笼清 孔放线定桩位埋设护筒制作护筒桩位校核钻机就位钻机成孔二次清孔下入灌注导管水下砼浇注配备钻探设备终孔验收测孔底沉渣制作优质泥浆制作钢筋笼监理工程师签认配备灌注导管设置泥浆循环系统混凝土输送商品砼设置隔水塞施工准备凿桩头施做冠梁及水平钢腰梁架设钢支撑及施加预应力分层开挖土方，桩间喷射混凝土基坑宽度大于25m，一般钢支撑中间增加临时支柱2围护桩+外拉锚支护体系 对于开挖宽度较大的基坑，设临时支柱会降低土方开挖速度，且对结构和防水施工不利，此时可

4、采取预应力锚索。3土钉墙或土钉墙与围护桩组成联合支护体系 土钉墙设计坡度一般1：0.3； 土钉层距一般1.5m、间距1.52.0m；坡面铺设6150150mm钢筋网，然后喷射810cm砼洛阳铲成孔土钉墙施工（按土钉层距分层开挖土方）机械成孔4其他支护型式 上述支护型式在有地下水时，应采取降水措施。为保护水资源，可采取围护止水措施，包括地下连续墙、灌注桩桩间旋喷桩、咬合桩等。地下连续墙施工地下连续墙施工工艺流程 3. 主体结构与防水施工：基坑土方落底后，自下而上施做主体结构与防水。明挖法车站示意图（双层三跨车站）明挖法车站施工步骤示意图（双层三跨车站）4. 明挖施工安全控制要点：控制超载，做好排

5、水；腰梁连续，背后填实；施工监测，三级管理；随挖随撑，严禁超挖；遇水及排，防止塌方；旁站监理，确保质量。三、盖挖法 1. 选择原则：交通繁忙，且可短期封闭。建（构）筑物变形控制要求严格。 2. 盖挖法分类：盖挖逆作法盖挖半逆作法盖挖顺作法铺盖法3. 盖挖顺作法施工流程：盖挖顺作法车站施工步骤示意图（双层三跨车站）4. 盖挖逆作法施工流程：盖挖逆作法车站施工步骤示意图（双层三跨车站） 5.盖挖法施工关键技术：支护结构沉降控制；中柱（桩）定位与施工；顶板及中板保护下的土方开挖；边墙二衬施工；防水施工。 6.盖挖法施工安全控制要点：基本要求同明挖法 ；分层开挖中支护体系的稳定；站台层开挖：增加临时支

6、撑，分条分幅开挖。四、浅埋暗挖法 1. 基本原理：浅埋暗挖法是基于岩石隧道新奥法（NATM）的基本原理，针对城市地下工程的特点，于八十年代在北京地铁第四纪软土中开创出的新方法 。隧道开挖前，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。 浅埋暗挖法强调预支护，及时支护，控制地面的沉降。 2. 基本原则： 十八字方针无水开挖（降水或止水）1）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

7、，提高工作面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌；2）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：即限制1次进尺的长度，减少对围岩的松弛；4）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）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：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： 根据不同断面和地质条件选择相应的施工方法1正台阶法第一步：拱

8、部超前注浆小导管施工第二步：上断面环形开挖留核心土第三步：下断面开挖第四步：铺设防水板，由下至上模筑二衬2中隔壁法（CD法）第一步：左上断面开挖第二步：左下断面开挖第三步：右上断面开挖第四步：右下断面开挖第五步：隧道仰拱防水层铺设及模筑二衬第六步：满铺防水层，隧道拱墙二次衬砌3交叉中隔壁法（CRD法）4双侧壁导坑法（眼镜法）第一步第二步第三步第四步第五步第六步5侧洞法第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步第八步6中洞法7洞桩法之一7洞桩法之二五、盾构法 1.盾构法盾构法是一种完全使用机械修建隧道的施工方法。盾构是一种既能承受围岩压力，又能在地层中自动前进的，以圆筒形为主的隧道工程机械，它一

9、边掘进一边出土，同时安装衬砌（结构）的施工机械设备。现代化盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构外形图之一（胸板式刀盘）盾构外形图之二（辐条式刀盘） 盾构机的组成 盾构机由三部分组成切口环：切削土层；支承环：主要设备舱、千斤顶、出土器；盾尾：衬砌安装及注浆。 盾构机的构造 盾构机的种类盾构机全敞开式手掘式半机械式机械式半开敞式挤压式密封式泥水式土压式土压式泥土加压式 手掘式盾构机 手掘式盾构机的正面是开敞的，通常设置防止开挖顶面坍塌的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及挡土千斤顶。开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具人工进行。

10、这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪基层压实的砂、砂砾、固结粉砂和粘土。对于开挖面不能自稳的冲击层软弱砂层、粉砂和粘土，施工时必须采用稳定开挖面的辅助施工法。半机械式盾构机 半机械式盾构进行开挖及装运石渣都采用专用机械，配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出渣机械，或配备具有开挖与出渣双重功能的机械以图省力。 为防止开挖面顶部坍塌，盾 构机安装了活动前檐、半月形千 斤顶。这种盾构机适用于以洪积 层的砂、砂砾、固结粉砂和粘土 为主的土质。也可用于软土层， 但必须同时采用压气施工法或降 低地下水位、改良地基等辅助措 施。半机械式盾构机 机械式盾构机 机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大

11、了盾构机的挖掘能力。开挖的土砂通过旋转铲斗和斜槽 装入皮带运送机。由于围岩开挖和排土可以连续进行，缩短了工期，减少了作业人员。 这种盾构适用的土质与半机械式、半机械式盾构机适用的一样。 挤压式盾构机 挤压式盾构机是在开挖面的稍后方设 置隔墙，在隔墙上设置孔口面积可调的 排土口。盾构机正面贯入围岩向前推进， 使贯入部位土砂流动，由孔口部位绞出， 进行排土。 开挖面的稳定是靠调节孔口大小和排 土阻力，使千斤顶推力和开挖面土压达到 平衡来实现。 这种盾构机适用于自稳性差、流动性 很大的软粘土和粉砂质围岩，而不适用于 含砂率高的围岩和硬质地层。 挤压式盾构机 盾构机的选择 根据地质条件选择不同类型的盾

12、构机械。当前地铁使用盾构机主要为加泥式或土压平衡式，也有采用泥水式盾构的；盾构机在有水地层中不需降水也能进行推进。 2. 盾构法施工概貌 施工步骤： 建始发井在井内安装盾构机推进、同时出土及安装管片同步注浆（防止地层沉降及固定管片）进入接收井及拆除盾构机 施工框图掘削壁后注浆拼装管片排土掘削土搬出掘削土処理場外搬出管片搬入管片保管贴防水材坑内搬入管片搬送盾构法施工概貌图3.盾构的始发和接收 第一、盾构施工，必须设置盾构始发井和接收井。 第二、地铁区间长度超过600m规范规定必须设置联络通道，用以安全疏散人员。 第三、始发井、接收井及联络通道施工采用基坑支护和矿山法施工技术。盾构施工人员必须重视

13、和熟悉。盾构的始发井和接收井处于始发状态的盾构机盾构竖井盾构始发台盾构始发盾构反力台入口的垫衬盾构始发井与接收井端头地层加固加固的目的：防止地表沉陷，控制掌子面稳定，防止地下水涌入。加固范围及要求：控制K=10-8mm/s，R=0.50.8Mpa。根据洞口围岩的水、土侧压力及盾构推进方向，隧道进出洞端头地层加固范围为：始发井长度6-8m，接收井长度4-6m，宽12m，具体范围为：沿隧道轴线方向自混凝土灌注桩外皮开始往外，隧道两侧各3m，隧道上部3.5m，隧道底部以下1.95m，如下图。加固方法：在盾构机始发及到达洞口时对封门的拆除会使工作面处于开放状态，如处理不当，会引起周围围岩的坍塌，甚至会

14、造成土体涌入盾构工作井中，造成极大的损失和危害。另外，为了保持盾构机刚进入土体中时，机头盾尾具有相同的刚度，保持良好的初始掘进姿态，均须进行隧道端头洞口的加固工作。平 面 图 剖 面 图 地层加固范围 4.管片及防水管片宽1.2m、1.5m，每环6块管片的储存及搬运管片搬运台车管片的拼装图K管片为避免应力集中应错缝拼装用螺栓将管片连接管片的自动拼装管片的密封材料充填材料防水5. 盾构掘进 管片拼装； 控制盾构姿态；推进力保持土压；控制出土量；同步注浆。6. 注浆 同步注浆；二次注浆。控制地层沉降，保护建（构）筑物。 7. 联络通道施工管片拆除时（钢管片）做好临时支护及防护；暗挖进马头门时加强支

15、护；采取超前探测，提早判定前方土层状态；超前小导管注浆，环形土开挖；做好施工监测；做好风险预案。 8. 风险控制与措施 进出洞地层加固；推进参数控制与调整；联络通道施工。六、辅助工法 根据地质条件和施工方法，选用不同辅助工法。 1.降水施工 在有水地层进行明挖、盖挖、暗挖，以及盾构始发井、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。降水方法：管井降水；水平井降水。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。水平井降水

16、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，开凿不同深度和不同方向上的水平辐射管；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 2.注浆加固地层小导管注浆；长管棚；深孔注浆。 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，往往增加长管棚，或有堵水要求时采用深孔注浆。（1）小导管注浆（2）长管棚（3）深孔注浆 3.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，使地层中的水结冰，将松散含水岩

17、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。 4.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

18、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 旋喷桩法施工关键技术 5.临近地下管线与建（构）筑物的保护注浆加固地层；注浆抬升；设隔离桩；基础托换。6、浅埋暗挖法关键部位的施工技术 竖井施工： 锁口圈梁-控制沉降、防雨水灌入。 竖向连接钢筋-加强四个角部的拉结。 土方开挖-对角开挖。 支护锚杆-控制沉降，与格栅钢筋焊接。 竖井初衬在 “马头门” 部位-增加竖向加强格栅。“马头门” 施工 水平管棚（一般长8m）或水平小导管（一般长5m）作超前支护。 采用分块破除

19、、台阶法进洞，密排两品格栅。上导洞进洞 23 m封闭掌子面，再破除“马头门”下部分结构，开挖下导洞。 单侧进洞15 m，再开另一侧。 高大断面，特别是直墙拱结构，应先施工二衬或临时支撑后，再破 “马头门”。断面过渡 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。 由小断面向大断面过渡，采用暗挖隧道断面逐渐扩大法。扩大角度一般为3045，若大于45小导管超前棚护作用较差,搭接长度应增加。 断面扩大时格栅间距应调小。 注意每品格栅尺寸都变化。横通道转为正洞施工 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。此时按小断面向大断面过渡施工方法进行，同时要遵守“马头门”施工要求。七、施工监测 1.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。 2.监控量测的目的监视围岩变化状态，了解支护衬砌受力情况，确保施工安全；确定二次衬砌和仰拱施作时间；掌握围岩变化规律，及时确认或修改支护设计参数及施工顺序，提供支护衬砌最终稳定信息，为以后隧道设计和施工积累资料。 明挖法施工,应着重对基坑变形的监测,具体包括桩、墙水平位移，地表沉降 、基坑回弹等，以及周