土木工程施工：第六章 地下工程施工

1、第六章 地下工程施工 目录6.1 明挖法6.2 暗挖法6.3 沉井法6.4 盾构法6.5 顶管法6.6 沉管法 武汉长江隧道，位于武汉长江大桥和武汉长江二桥之间，被称为 “万里长江第一隧”。 秦岭终南山公路隧道，中国第一长高速公路隧道，是中国自行设计、建设的世界级工程。 武汉2号线地铁站点 地下管线隧道 地下排水系统 武汉大学防空洞 地下工程是指深入地面以下、为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程。地下工程包括交通工程、市政工程、引水排水工程、地下油气库和输气隧道工程、国防及战备工程等。 我国在地下工程施工技术与方法上取得了较大发展，先后采用了明挖法、暗挖法、沉井法、盾构法、顶管法及沉管法

2、等施工技术方法，这些技术的研究与应用有的已达到国际先进水平6.1 明挖法 明挖法施工是指挖开地面, 由上向下开挖土石方至设计标高后, 自基底由下向上顺作施工, 完成主体结构, 最后回填基坑或恢复地面的施工方法。 优点：具有施工、简单、快捷、经济、安全； 缺点：对周围环境的影响大； 适用范围：地面开阔和地下地质条件较好的情况。 明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程。内支撑式边坡支护钢筋混凝土结构施工 降低地下水位及基坑支护是明挖法施工的关键，处理不好易造成边坡塌方等工程事故。图为2012年12月30日，武汉地铁4号线施工现场发生塌方事故。6.2 暗挖法 暗挖法

3、施工技术是在地表下面进行施工，与明挖法相对的、各种非敞开或小部分敞开的开挖技术。 优点：对人们生活无干扰； 缺点：技术要求和造价较高。 新奥法 主要方法 浅埋暗挖法 管幕法6.2.1 新奥法一、概述 新奥法，即新奥地利隧道施工法( New Austrian Tunnelling Method) ， 国际上简称为NATM，是一种在岩质土砂质介质中开挖隧道，以使围岩形成一个中空筒状支撑环结构为目的的隧道设计施工方法。 基本原理：施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行喷锚支护（初期），使之与围岩密贴，减小围岩松动范围，提高自承能力，使支护与围岩联合受力共同

4、作用。 与传统施工方法的区别： 传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩； 新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段），使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。新奥法隧道断面示意图开挖轮廓线喷射混凝土厚20cm预置变形量12cm防水隔离层模筑混凝土厚60cm二、施工技术 1.施工原则：少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭。 2.施工工序 3.施工工艺 新奥法工艺流程可以概括为：开挖一次（初期）支护隔离防水层二次支护。 （1）开挖作业 开挖作业的内容依次包括爆破钻孔 、装药 、爆

5、破 、通风 、机动作业、出渣等。全断面开挖法台 阶 开 挖 法分 部 开 挖 法开挖方法长台阶开挖法短台阶开挖法超短台阶开挖法台阶分部开挖法单侧导坑开挖法双侧导坑开挖法 全断面开挖法。即按设计轮廓线一次爆破成型，再修筑衬砌。常用在类硬岩中，利于组织大型机械化作业，提高施工速度，可采用深孔爆破。 台阶开挖法。即将设计开挖断面分上半部断面跟下半部断面两次进行开挖。此法又分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法。 a.长台阶法。一 般上台阶超前 50m以上大于 5倍洞跨，施工中上、下部可配属同类型较大型机械平行作业或交替作业。 b.短台阶法。上台阶长度小于5倍洞跨，但大于11.5 倍洞跨，适用于类围岩，可

6、缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但上台阶施工干扰较大。 c.超短台阶法。上台阶仅超前35m，断面闭合较快。此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时采用辅助施工措施稳定开挖工作面以保证施工安全。 a.台阶分部开挖法（环形开挖留核心法 ）。适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。核心土支挡开挖工作面，利于及时施作拱部初期支护，增强开挖工作面稳定。在拱保护下开挖核心土，安全性好。 分部开挖法环形开挖留核心法工字钢核心土临时工作平台 b.单侧壁导坑法。适合于围岩较差、跨度大、地表沉 陷难于控制时。此法单侧壁导坑超前，并对导坑作临时支护，中部和另一侧断面采用正台阶法

7、施工，故兼有正台法和双侧导坑法的优点，且洞跨可随机械设备和施工条件决定。单侧壁导坑法 c.双侧壁导坑法。适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求 严格围岩条件特别差时配合辅助施工方法安全可靠，但是速度慢、造价高。双侧壁导坑法 （2）初期支护 洞身开挖前，首先在进洞口设置管棚( 先钻孔，再放导管，后注浆) ， 加固围岩( 一般长度1045m) ， 再根据围岩情况进行开挖，并决定开挖长度。洞口管棚 初期支护作业主要工序有：初喷封闭拱架上立锚杆施工复喷结束。 初喷封闭。爆破后出碴、排险后立即进行对掌子面的裸露岩体进行喷射砼封闭覆盖。 拱架架立。掌子面初喷结束后，立即进行钢架（格栅或型钢拱架）的架立。架立

8、钢拱架 注：掌子面是坑道施工中的术语，不是一个固定的面，开挖面有掌子面、边墙面和拱顶面，掌子面是正对着人的那个不断向前移动的工作面，英文heading。锚杆施工 锚杆施工。拱架架立完毕，按设计间距进行锚杆布置。锚杆施工顺序：定位钻眼清孔、检孔杆体顶入安装止浆塞、托板钢筋网片安装。 复喷结束。喷射砼的补喷应在锚杆施工结束后立即进行，直至设计厚度。复喷 按照设计要求需要或者现场地质不良（围岩极为破碎）时，进入下一循环的开挖施工之前，为保证施工的安全，应进行超前支护施工。超前支护砂浆锚杆超前支护小导管掌子面超前支护隧道洞口大管棚的超前支护锚杆超前支护示意图小导管掌子面超前支护 （3）防水隔离层 在初

9、期支护完成且围岩趋于稳定之后，铺设防水隔离层，该防水层常用带有锥形的聚脂隔水板或金属板的构筑在两次支护结构之间。防水层中的水可通过集水排水管排出 。 （4）二次支护 亦称二次衬砌，习惯称之为模筑混凝土。其施工工序为：仰拱或底板的浇注施工小边墙的浇注施工仰拱充填混凝土 拱圈边墙浇注施工混凝土养护。浇注时采用长度大于 8m的模板台车。 二次衬砌时，对初次喷锚支护时拱部和边墙处存在的空隙，要求采用现浇混凝土或石砌圬工将空隙回填密实，使各部衬砌与围岩紧密地结合起来。三、常见工程事故 1.隧道进出口山体滑坡。主要原因： （1）边仰坡坡度过大；（2） 进出口岩层破碎; （3）进出口处于浅埋偏压段，缺乏相应

10、的加固措施; （4）未按设计施工边仰坡及防护措施; （5）无专项进洞方案，或不按批准方案施工; （6）进出口排水体系不完善。隧道出口段山体滑坡 2.隧道进出口初支坍塌。主要原因 （1）初支施工质量存在缺陷; （2）未按规定组织围岩量测及进出口地表沉降观测; （3）进出口二衬施工不及时等。隧道进口初支坍塌 3.隧道掌子面坍塌。主要原因： （1）隧道处于不良地质段，或未及时进行超前地质预报 并及时调整 ； （2）隧道处于浅埋段，超支措施、地表防护措施、沉降观测不到位，或开挖方法不当； （3）爆破无专项方案，或不按方案组织爆破作业; （4）初期支护不及时; （5）临近掌子面围岩变形过大，未及时处理等

11、。掌子面坍塌 4.临近掌子面初支坍塌。主要原因： （1）初支施工质量存在缺陷； （2）无围岩量测专项实施方案，或量测工作实施不到位； （3）未按规定施作锁脚锚杆( 管) ，或钢拱架牛腿接长不符合规范要求； （4）仰拱开挖不符合规范要求； （5）初支变形过大，未及时处理； （6）未及时施作二衬。6.2.2 浅埋暗挖法一、概述 浅埋暗挖法是以加固和处理软弱地层为前提，采用足够刚性复合衬砌( 由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成) 为基本支护结构的，一种用于软土地层近地表修建各种类型地下洞室的暗挖施工方法。 主要适用范围：在不能明挖施工的软弱无胶结的砂或土质、卵石等第四纪地层，修建覆跨比大于0.2

12、的浅埋地下洞室。 浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，主要区别在于浅埋暗挖法的初支具有一定的刚度。 采用先柔后刚复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载； 采用多种辅助工法，超前支护 ，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力； 采用不同开挖方法及时支护封闭成环 , 使其与围岩共同作用形成联合支护体系。二、施工技术 1. 施工条件：浅埋暗挖法不允许带水作业；开挖面具有一定的自立性和稳定性。 2.施工要点：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的18字方针。此外，应根据实际条件选择分部正台阶法及全断面开挖法。 3.施工步骤： （1）修建工作竖井； （2

13、）将钢管打入地层，然后注入水泥浆或化学浆液，使地层加固。如遇含水地层，首先施工降水； （3）地层加固后，进行短尺开挖。通常每循环在0.51m，随后即做初期支护； （4）施做防水层。开挖面的稳定时刻受水的威胁。严重时可导致塌方，因此处理好地下水是浅埋暗挖法施工非常关键的环节； （5）进行二次衬砌。6.2.3 管幕法管幕法断面一、概述 管幕法是以单管顶进为基础，各单管间依靠锁口在钢管侧面相接形成管排，并在锁口间注浆，形成密封的止水管幕。然后对管幕内的土体进行加固处理，随后在内部边开挖边支撑，直到管幕段贯通再浇筑结构体。或者先在两侧工作井内现浇箱涵, 然后边开挖土体边牵引对拉箱涵。 管幕法适用范围广

14、，从目前已有的国内外工程来看，适用于回填土、砂土、粘土、岩层等各种地层。 管幕是指用小口径顶管机构筑的从推进井延伸至接收井形成的隔水挡土的钢管围幕。幕管是一种刚性的临时挡土结构，减少开挖时对临近土体的扰动并相应减少周围土体的变形，达到开挖时不影响地面活动，维持上部建（构）筑物体与管线正常使用功能的目的。管幕法二、施工技术 管幕法施工可分为两大部分: 钢管幕施工及在管幕保护下地下结构体的施工。 施工步骤： （1）构筑顶管出发井和接收井,必要的情况下需进行土体加固； （2）将钢管按一定的顺序分节顶入土层中, 钢管之间设有锁口，使钢管彼此搭接, 形成管幕； （3）钢管锁口处涂刷止水润滑剂, 且通过预

15、埋注浆管在钢管接头处注入止水剂, 使浆液纵向流动并充满锁口处的间隙,防止开挖时地下水渗入管幕内； （4）在钢管内进行注浆或注入混凝土, 并进行养护, 以提高管幕的刚度, 减小开挖时管幕的变形； （5）在管幕内全断面开挖, 边开挖边支撑, 形成从始发井至接收井的通道； （6）依次逐段构筑混凝土内部结构, 并逐步拆除管幕内支撑, 最终形成完整的地下通道。三、技术特点 1.该工法施工时无噪音和振动,对环境影响小； 2.不必大范围开挖, 不影响城市道路正常运行； 3.不必降低地下水位，地面沉降小； 4.既有建筑物附近施工时，不对建筑物产生不良影响，故无需加固房屋地基和桩基； 5.使用小型顶管机进行施工

16、，要求顶管机具有较高的顶进精度和顶进速度； 6.作为管幕的钢管埋入土体后不能回收, 造成了资源浪费, 成本较高。6.3 沉井法沉井基础6.3.1 概述 沉井法是修建地下结构的一种方法。桥梁墩台重型工业建筑物 的深基础各种泵房地下沉淀池、水池、储存槽各种地下厂房或车间和仓库地下人防工程地下铁道或水底隧道的通风井盾构拼装和拆卸井利用其内部空间供生产使用或其他用途的地下建筑物最初用途逐步发展 沉井法施工一般现在建筑地点平整场地，分节 （或一次）制作井筒； 然后从井内不断取土，随着土体的挖深，沉井因自重作用克服井壁和土体之间的摩擦力和刃脚下土的阻力而逐渐下沉，必要时采用助沉措施； 达到设计标高后，用混

17、凝土封底，并按使用要求修筑内部结构；最后修筑顶盖和出入口。 沉井一般由刃脚、井壁、内隔墙、凹槽、封底及顶盖等组成。有时沉井还配有射水管系及探测管等其他部分。沉井构造6.3.2 施工技术 一、施工方法 沉井的施工根据不同情况（如沉井高度、地基承载力、施工设备等），可分为以下三种： 1.一次制作一次下沉。在一般中小型沉井、井高不大、地基情况良好时采用。 2.分节制作、接高一次下沉。分节制作井身，全部浇筑完毕并达到强度要求后，连续挖土下沉。 3.制作与下沉交替进行。制作一节，下沉一节，循环进行。操作方便，工序多工期长。 二、施工准备 1.在松软地基上进行沉井制作，应先处理地基。 2.平整场地和修建临

18、时设施。 3.测量控制和沉降控制。 三、施工工序 测量放线、开挖基坑和搭设工作台铺砂垫层、承垫木沉井制作抽取垫木沉井下沉 封底、回填、浇筑其他部分结构。 沉井法施工主要工序示意图如下图所示。沉井法施工主要工序示意图 四、沉井下沉工艺 最常用的沉井下沉方式主要为：全降排水下沉施工部分降排水下沉施工不排水下沉施工 沉井下沉的助沉措施宜在设计之初予以考虑，助沉措施会起到事半功倍的效果。泥浆润滑套法：井壁周围填充泥浆，减小摩阻力。压重法：沉井顶面铺设平台，加以压重助沉。高压射水法：井壁腔内埋设水管，高压射水助沉。壁后压气法：沿井壁输送压缩空气，减小摩阻力。6.3.3 施工常见问题 一、流砂现象 当排水

19、下沉时，沉井穿过地下水位以下的粉、细砂土层时，常会出现流砂现象，使施工发生困难，沉井容易倾斜，并影响附近地面及建筑物引起沉陷开裂。流砂现象的排除方法有： 1.若估计有粉细砂层可能会出现流砂，在下沉前在沉井外围设置井点降水系统，排除产生流砂的条件； 2.在遇到薄层流砂时，可加快沉井下沉速度以穿越流砂层； 3.若施工遇流砂现象、影响比较严重无法克服时，则应停止挖土，在井内灌水，改为不排水下沉。 二、突沉 在黏粘土层中沉井下沉时，常因侧面摩阻力小而会发生突然下沉。突沉容易使沉井倾斜或超沉，防止突沉的措施有： 1.注意均匀挖土，井壁刃脚下挖土不宜过深，加大沉井的下沉系数，使刃脚始终埋在土中下沉； 2.

20、设置下框架横梁，加宽刃脚踏面宽度。 施工时，有时利用突沉可以穿越流沙层，防止流沙现象的发生。 三、不沉或慢沉 1.若由于侧面摩阻力过大而造成可在井壁外侧射水冲刷，同时压重强迫下沉，在不排水挖土施工时，可抽除部分井内水，以减少浮力加重沉井客服摩擦阻力； 2.若是刃脚踏面过大时，应挖除刃脚下的土，遇到有大石块等障碍物时，可进行小型爆破排除，不排水施工时常由潜水员进行水下清理。 四、偏斜 沉井下沉过程中，会经常发生偏差，主要是倾斜和位移两种。 客观原因：是土质不均匀或出现个别障碍物； 主观原因：施工过程中管理不严等人为因素。 沉井纠偏的方法主要由以下几种： 1.沉井向某侧倾斜时，可在下沉少的一侧多挖

21、土，恢复平衡后再均匀挖土。 2.沉井边长产生偏心逆差时，可采用偏心压重进行纠偏。 3.小沉井或矩形沉井短边方向产生偏差时，应在下沉少的一侧外部用高压水冲井壁附近的土，并加偏心压重，在下沉多的一侧加水平推力，以纠正倾斜，如右图所示。 4.直径较小的圆形沉井出现倾斜时，应在下沉多的方向挖土，下沉少的一侧加重，并用钢绳从横向给沉井一定拉力，以纠正沉井倾斜。 5.当采用触变泥浆润滑套时，可采用导向木法纠偏。 6.沉井位移纠偏。当沉井中心线与设计中心线不重合时，可现在一侧挖土，使沉井倾斜，然后均匀挖土，使沉井倾斜方向下沉到沉井底面中心线位置，再纠正倾斜。6.3.4 技术特点 一、沉井下沉过程中无需设置坑

22、壁支撑或板桩围壁，与明挖法相比，简化了施工； 二、沉井可就地制作，机械设备简单； 三、主体部分混凝土在地面建筑，质量较易保证，整体刚度亦较大； 四、作为地下结构使用，其单体造价较低； 五、防水可靠，对临近建筑物的影响较明挖法少。6.4.1 概述 盾构法是利用盾构的切口环充作临时支护，在保持开挖面及围岩的稳定的条件下，进行隧道掘进开挖，同时在盾尾的掩护下拼装管片、壁后注浆，在衬砌施做完成后，用盾构千斤顶顶住拼装好的衬砌，将盾构向前方挖去土的空间推进，当盾构推进距离达到一个衬砌环的宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，进行新的开挖和衬砌作业。如此交替循环直至工程完成。6.4 盾构法 欧美将全断面隧道掘进机

23、统称为TBM，日本则一般统称为盾构机，细分可称为硬岩隧道掘进机和软地层隧道掘进机。中国则一般习惯将硬岩隧道掘进机称为TBM，将软地层掘进机称为盾构机。 盾构法是以盾构为主要施工机具，盾构法中，“盾”是指保持开挖面稳定性的刀盘和压力舱、支护围岩的盾型钢壳。“构”是指构成衬砌的管片和壁后注浆体。盾构法现已成为我国城市地铁隧道的主要施工方法。盾构法最大的特点是不受地面建筑物和交通的影响，埋设的深度也可根据设计要求而定。6.4.2 盾构 一、盾构的构造 盾构是遂道施工时进行土方开挖和衬砌拼装时起保护作用的施工设备。盾构基本构造主要由盾构壳体、推进系统、拼装系统三大部分组成。 1切口环；2支承环；3盾尾

24、部分；4支承千斤顶；5活动平台；6活动平台千斤顶；7切口环；8盾构推进千斤顶；9盾尾空隙；10管片拼装器；11管片盾构机示意图 1.盾构壳体 盾构壳体由切口环、支承环和盾尾三部分组成，由外壳钢板将这三部分连接成整体。 （1）切口环。切口环位于盾构最前端，其前端设有刃口，施工时切入地层，掩护开挖作业。切口环的长度主要取决于支撑、开挖方法的挖土机具和操作人员的回旋余地大小。 （2）支承环。支撑环紧接于切口环后，处于盾构中部、为刚性较好的圆环结构。支承环为基本的承载结构，所有地层土压力、千斤顶顶力、切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载均由支承环承担。 （3）盾尾。盾尾一般由盾构外壳钢板延伸而成，主要

25、作用保护衬砌的安装工作。盾尾末端设有密封装置，以防止水、土和注浆材料从盾尾和衬砌之间的间隙进入盾构内。1橡胶带；2弹簧钢板；3盾构壳体盾尾密封部分 2.推进系统 盾构推进系统由液压设备和液压千斤顶所组成。 3.拼装系统 衬砌拼装系统常采用杠杆式拼装器，常以油压系统为动力。杠杆式拼装器由举重臂和驱动器两部分组成。千斤顶液压系统示意图 二、盾构的分类土压平衡式盾构泥水加压式盾构全面敞开式盾构部分敞开式盾构闭胸式盾构敞开式盾构在隔板和开挖面之间形成压力舱，保持充满泥砂、泥水或压缩空气的压力舱的压力，以保证开挖面稳定性。敞开式盾构没有设置隔板，开挖面部分或全部敞开。压缩空气式盾构6.4.3 盾构法施工

26、技术 一、施工工序 测量放线建造竖井或基坑盾构安装就位盾构出发井洞口处理初推段盾构掘进施工 管片衬砌，拼接后部辅助设备车连续掘进施工盾构接收井洞口处理 盾构进入接收井，并运出地面。 二、施工工艺 1.始发竖井。作为拼装盾构的井，其建筑尺寸应满足盾构拼装的施工工艺要求，一般井宽应大于盾构直径 1.62.0m。盾构始发井 2.盾构拼装。我国很多城市地处内陆，道路运输条件和通过能力有限，只能采用分体运输，将盾头部分分为切削刀盘、上、下盾壳、主机四部分运至施工现场，再在始发竖井内进行组装。盾构头部在始发井拼装 3.反力装置。由固定支撑座和临时支撑垫两部分组成，一般采用安装负环管片作支撑反力架，负环管片

27、由 10 环预制的隧道管片拼装而成，全部闭口环。反力架示意图始发基座 4.进发导口。盾构机在始发前，需要在开挖方向设置进发导口，一般是在掘进前方采用注浆或冷冻法对土体进行加固，范围是掘进前方大于盾体长度。 5.洞口止水。为防止土体及水从此空隙涌出和渗出、避免地表沉陷和确保盾构的安全出洞，在盾构靠上洞门土体前，在洞门设置一道环形橡胶止水带和一道环形钢板封堵空隙，盾构完全进入土体后，将环形板与有预埋件的洞口管片满焊固定，完全封堵洞口空隙。 6.盾构始发。将推进油缸顶在反力装置上，启动切削刀盘和推进油缸即可进行掘削推进，推进油缸推进到一个行程，收回推进油缸，在推进油缸与反力装置间加垫临时支撑垫（负环

28、管片），即可进行推进。反力架及负环管片反力架负环管片 7.盾构的掘进。盾体进入隧道之后，进行管片安装和后部辅助设备平车的拼接，推进油缸顶在管片上继续推进，这样，推进一节，拼接一节，直至盾构设备完全进入隧道。 盾构的掘进推进油缸管片 8.管片衬砌。在盾构设备掘进完一个节距以后，即可进行管片衬砌，由管片运输车将管片运送到安装台位，再由管片衬砌台车将管片送至安装位置安装就位，衬砌的同时进行壁后注浆。管片安装完毕后，进行下一个循环的掘进。直至整个隧道工程的完成。管片拼装管片衬砌示意图 9.盾构机进洞。接收井洞口混凝土凿除应分层分块进行。在盾构距洞口约为 10m 时，将洞口混凝土全部拆除。待盾构机刀盘露

29、出洞口时，将盾构接收架准确地定位安设在洞口的底板上，高程比盾构机略低。进洞后及时对全隧道的管片螺栓进行复紧和洞口止水处理。盾构进洞口盾构进洞接收架6.4.4 技术特点 一、盾构法具有明显的优越性： 1.机械化程度高 ，隧洞形状准确 ； 2.对地面结构影响可能性最小，对环境无不良影响； 3.对工作人员较安全 ，劳动强度低 ，进度快 ； 4.质量高 ,衬砌经济 。 二、盾构法也存在以下缺点： 1.施工设备投入费用较高； 2.覆土较浅时，地表沉降较难控制； 3.施做小曲率半径隧道或者管道时掘进困难； 4.衬砌和接缝渗漏水，隧道后期沉降过大。6.4.5 常见工程事故 一、盾构刀盘结泥饼。盾构机穿越易结

30、泥饼的地层时，会在刀盘特别是刀盘的中心部位产生泥饼。当产生泥饼时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。 二、衬砌管片上浮。盾构机在掘进过程中，隧道管片位移多数情况下是管片上浮。主要原因有： 1.不及时进行同步注浆填充环形建筑空间， 2.注浆量注浆压力未达设计要求。 3.硬岩含水地层，管片所受浮力大于本身自重。 三、盾构掘进机偏 （1）滚动偏差。当盾构机滚动偏差超过0. 5时，盾构机会报警，提示盾构机操作手必须对刀盘进行纠偏，盾构机滚动偏差采用刀盘反转的方法纠正。 （2）方向偏差。在盾构掘进机上安装导向系统，并实现电脑程序化和自动化控制。同时采用人工测量复核，以确

31、保掘进方向的准确。控制盾构机方向的主要因素是控制推进千斤顶的推力，通过调整各推进油缸的推力来调整盾构机掘进机的姿态。 四、注浆管堵塞。主要与浆液配合比、浆液运输、注浆管路被污染、材料品质等有关。 五、盾构机卡盾 在隧道施工过程中，如果出现复杂地质情况导致盾构机掘进速度变慢或者长时间停机时就有可能会出现盾构机卡盾现象。导致卡盾的主要原因是盾构机盾体外围的土体收缩增大了盾构机与土体之间的摩擦力。 案例：深圳地铁5号线火车西站新安站区间隧道工程，属中铁隧道局盾构施工隧道，因前期爆破欠挖，盾构在推进过程中被岩石卡死2个多月，进退不得。 解决方法：施工采用风枪打孔和一台强力岩石破拆机配合进行。施工作业时

32、，首先在岩石上用风枪倾斜钻孔，用岩石破拆机小块劈出凌空面，逐步将卡住刀头的岩石劈列剥离。6.5 顶 管 法6.5.1 概述 顶管法是继盾构法之后发展起来的一种地下通道暗挖施工方法。顶管法是采用液压千斤顶或是具有顶进牵引功能设备，以顶管工作井作承压壁，在地层土体开挖的同时，将预制好的地下管道（或隧道）一起沿着设计路线分节向前推进，直达目的地。 顶管法一般用于修建排水管、敷设煤气管、输油管、动力电缆和通信电缆的管道、地下交通隧道及桥梁的墩台等。 基本原理：顶管法施工通常都是分段进行的。施工时，先在设计路线上施做一定数量的小基坑作为顶管工作井；然后，将预制好的管道卸入工作井中，以工作井为出发点，通过

33、传力顶铁和导轨，用支承于基坑后座墙上的液压千斤顶将顶进管顶入土层中，同时挖除并运走管道正面的土体，当第一节管道全部顶入土层后，继续进行第二节管道的顶进施工，在千斤顶能克服足够阻力的前提下，整个顶进过程可以重复循环进行，直至下一个工作井。顶管法示意图6.5.2 施工技术 一、施工设备 1.顶管机。顶管掘进机械，也称顶管掘进机或掘进机，安放在所顶管道的最前端，其作用是导向出土。它有各种形式，是决定顶管成败的关键。 2.主顶装置。由主顶油缸、主顶油泵和操作台及高压油管等四部分组成。 3.基坑导轨。由两根平行的箱型钢结构焊接在轨枕上制成，为管道提供稳定的导向。 4.输土装置。因不同推进方式而不同。手掘

34、式，人力劳动车出土；土压平衡式，蓄电池拖车、土砂泵等出土；泥水平衡式，泥浆泵和管道输送泥土。 5.量测装置。最普遍的量测装置是置于基坑后部的经纬仪和水准仪。 6.注浆系统。由拌浆、注浆和管道三部分组成。 7.中继站。其内均匀的安放许多台油缸，这些油缸把它们面前的一段管子推进一段长度以后，再让它后面的中继站或主顶油缸把该中继站油缸缩回。 二、施工工序 测量放线施做顶管工作井设置平台施做后座墙铺设导轨顶管机、顶铁 、主顶装置就位复测高程及中心线安装顶进管道开挖管前土方第一节管道顶进施工复测、纠偏第二节管道安装、连接、顶进浆体压注复测、纠偏、连接、顶进、压浆循环作业工作坑回填。 三、施工工艺 顶管法

35、施工的主要工艺有管道顶进、管道连接、浆体压注、纠偏等。 1.管道顶进。按顶进土体开挖方式的不同，顶进方式可分为机械开挖顶进、挤压顶进、水利机械开挖顶进和人工开挖顶进。 2.管道连接。钢管在顶进过程中采用永久性的焊接连接。混凝土管常采用企口型、T型和F型接口方式进行连接。 3.浆体压注。在顶进施工过程中，在顶进范围内，要不断的压注膨胀性浆体，并使其均匀的分布在管壁周围，通常通过在管壁四周均匀布置压浆嘴来实现。 4.纠偏。偏差在12m范围内时，可采用超挖或欠挖的方法来调整；偏差大于2m时，采用顶木纠偏法。6.5.3 技术特点 顶管法与盾构法在施工工艺上有许多相似之处，因为技术特点也有很多相似之处。

36、与盾构法相比，有以下特点： 一、顶进管体制作养护在工厂完成，强度和防水密闭性良好； 二、接缝减少，接缝处的密闭防水容易保证； 三、管道纵向受力性能较好，能适应地层的变形； 四、工艺简单。 6.6 沉 管 法 6.6.1 概述 沉管法又称预制管沉放法 ，是水底隧道主要施工方法之一。 基本原理：先在隧址以外的预制场 或临时干坞制作隧道管段 ( 一般每节长 60 140 m ) ，并用临时封墙密封两端，制成后用拖轮拖运到隧址指定位置，待管段定位就绪后，往管段里灌水压载，使之沉入预先挖好的水底沟槽，然后在水下连接起来，再覆土回填并排水以完成隧道 。 因为早已解决了水力压接法 ( 水下连接) 和压浆法

37、( 基础处理) 两大技术难关 ，沉管法与盾构法一起成为世界各国的水底隧道建设中最常用的施工方法。我国应用沉管法修建水底隧道虽然起步较晚，但发展较快 。6.6.2 施工技术 一、施工工序 二、施工工艺 1.干坞。是坞底低于水面的水池式建筑物，通常是在隧道附近开挖一块低洼场地，用于预制隧道管段。干坞内外还要修筑车道，坞底设有明沟、暗沟和集水井等，坞外设置截水沟和排水沟。临时干坞 2.管段的制作 沉管管段是在地面预制的，所以其基本工艺与地上制作其它大型钢筋混凝土构件类似。预制管段的对称均匀性和水密性要求很高。为保证浮运和下沉，管段上还要设置端封墙和压载设施。管段在临时干坞中制作（1）管段的对称均匀性

38、控制。管段制作时对称性控制是为了确保矩形管段在浮运时有足够的干舷。 （2）管段的水密性控制。水密性控制的目的是确保管段的防水性能，使隧道投入使用后无渗漏。 （3）端封墙。需在管段的两端离端面50100 cm处设置封墙，通常叫端封墙。封墙一般用钢材或钢筋混凝土制成，也有的采用钢梁与钢筋混凝土复合结构。 （4）压载设施。加载可用石碴矿碴压载，也可用水来压载。 3.基槽的浚挖 基槽施工主要是利用浚挖设备，在水底沿隧道轴线 按基槽设计断面挖出一道沟槽，用以安放管段。基槽浚挖应根据现场地质与水力资料确定合理的浚挖方式和浚挖设备。 管段基槽浚挖亦可分粗挖和精挖两次进行。粗挖挖到离管底标高约1 m处，精挖在

39、临近管段沉放时超前23节管段进行，这样可以避免因管段基槽暴露过久回淤沉积过多而影响沉放施工。 4.管段的沉放与连接 基槽检验完成后，利用工程驳船将管段绞移至沉放区，在沉管面上吊装控制塔A和控制塔B（尽量选择在寄放区完成）；然后安装管段的纵横调节系统，使沉管在沉放区系泊定位；随后安装吊驳1和吊驳2并与管段面上的四个吊点连接，待命沉放对接。管段沉放区系泊及沉放调节系统构造图 管段在水下完成对接时，无论连接时采用水下混凝土法或水力压接法，均需在水下混凝土或胶垫的止水掩护下，在其内侧构筑永久性的管段接头，以使前后两节管段连成一体。永久性管段接头的构造，按其连接方法主要有刚性接头、柔性接头和先柔后刚（刚

40、性接头）式接头三种形式： （1）刚性接头。指管段于水下完成连接后，在相邻两节管段的接头部位，在两层钢板之间沿管段两侧外墙、底板和顶班之间浇筑一圈钢筋混凝土，形成一个永久性接头。 （2）“先柔后刚”式接头。水力压接法出现之后，目前许多沉管隧道仍采用刚性接头，但现在的刚性接头与以前的接头有较大的不同，它的外圈采用CINA橡胶止水带，内侧采用连接钢板和后封钢筋混凝土。先柔后刚式接头 （3）柔性接头 柔性接头一般是采用水力压接法来形成初始密封，即用GINA橡胶止水带作为第一道防水。 （a）采用或W型钢板的柔性接头 （b）采用预应力钢索及连接装置的柔性接头 5.基础处理 基础处理是沉管隧道的重要工序。基

41、础处理主要目的是将基础垫平，而不是象地面基础处理主要是增加基础的承载力。因为沉管隧道主要的问题不是怕地基承载力不够，而是怕沉管段浮起。 因为不论使用任何种类的挖泥船，浚挖后的基槽底表面，总留有1550cm的不平整度(铲斗挖泥船可达100cm)，这使基槽底表面与管节底面之间存在凹凸不平的空隙，导致管节结构受力不匀而局部破坏。所以沉管隧道的基础处理就是将基础垫平，以使管片结构受力均匀。 基础处理方法大体上分为两类，即先铺法和后填法。先铺法是在管段沉没之前先铺好砂、石垫层；后铺法是先将管段沉没在槽底事先预制好的临时支座上，随后再补填垫实。这两种方法又可分为： 先铺法刮砂法、刮石法； 后铺法灌砂法、喷

42、砂法、灌囊法、压浆法、压混凝土法和压砂法。 6.回填处理 回填处理主要指对已经基础处理好的管段进行覆土回填。目的是对沉管隧道进行保护，使其具有较好的防冲刷、防锚、防沉船能力。 回填时一般要在管节的基础两侧和顶面进行覆土回填，管节两侧的回填还具有防止基础边缘外侧可能形成的抗地震液化薄弱区。References:1. 梁波, 洪开荣. 城市地下工程施工技术在我国的现状, 分类和发展. 现代隧道技术, 2008. 1.2. 钟春玲,叶增.城市地下工程施工新技术发展综述.吉林建筑工程学院学报, 2012. 28(6): p. 7-10.3. 钱七虎.从河床冲淤分析沉管法修建长江水下隧道问题. 现代隧道技术, 2006. 43(4): p. 1-4.4. 张志伟, 贾艳敏. 地铁盾构法施工事故预防及处理措施. 铁道建筑, 2010(011): p. 50-53.5. 黄炜.地铁盾构法施工新技术浅析. 中外建筑, 2011(8): p. 171-173.6. 莫若楫,黄南辉. 地铁工程施工事故与风险管理. 都市快轨交通, 2008. 20(6): p. 7-13.7. 晏成明,曹国金. 地下工程施工技术方法现状及发展. 电力勘测, 2002. 4: