地铁工程主要施工方法

1、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、结束语第一页，共98页。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。第二页，共98页。地铁与轻轨的区别 有人以为，在地面以下行驶的叫地铁，在地面高架上行驶的就是轻轨；还有人以为，轻轨铁路的钢轨重量比地铁轻，这两种认识都是错误的。那么地铁和轻轨的区别到底在哪里呢? 其实，无论是轻轨还

2、是地铁，都可以建在地下、地面或高架桥上，二者的主要区别是单向最大高峰每小时客流量的区别。地铁的铁路能适应的单向最大高峰客流量每小时为 3 万-6 万人次，轻轨铁路能适应单向最大高峰客流量为每小时 1-3 万人次。轻轨与地铁的钢轨无轻重之分。大载客量的地铁车厢，一般的额定载客量为每辆 310 人，超员为 410 人，编组采用每列 6 辆；中等载客量的轻轨铁路车厢，一般的额定载客量为 202 人，超员 224 人，编组采用每列 2-4 辆，轻轨铁路可以根据地形的变化而灵活变更运行轨道，有的建在地面，有的驶入地下，有的建成高架，具有投资省、见效快、适用范围广等优点。 第三页，共98页。第四页，共98

3、页。第五页，共98页。第六页，共98页。第七页，共98页。第八页，共98页。第九页，共98页。 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，及时反馈，灵活调整施工参数，采取信息化施工。 第十页，共98页。 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

4、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。第十一页，共98页。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。 第十二页，共98页。 2. 围护结构： 北京地区地铁基坑围护结构型式主要有：1围护桩+内支撑支护体系围护桩可采用：人工挖孔桩、钻孔灌注桩等；内支撑可采用：钢管或型钢格构件桩间处理：挂网喷射砼、搅拌桩、旋喷第十三页，共98页。第十四页，共98页。第十五页，共98页。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

5、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第十六页，共98页。凿桩头施做冠梁及水平钢腰梁第十七页，共98页。架设钢支撑及施加预应力第十八页，共98页。分层开挖土方，桩间喷射混凝土第十九页，共98页。第二十页，共98页。基坑宽度大于25m，一般钢支撑中间增加临时支柱第二十一页，共98页。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，此时可采取预应力锚索。第二十二页，共98页。3土钉墙或土钉墙与围护

6、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砼第二十三页，共98页。洛阳铲成孔土钉墙施工（按土钉层距分层开挖土方）机械成孔第二十四页，共98页。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。地下连续墙施工第二十五页，共98页。地下连续墙施工工艺流程第二十六页，共98页。 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）第二十七页，共98页。明挖法车站施

7、工步骤示意图（双层三跨车站）第二十八页，共98页。4. 明挖施工安全控制要点：控制超载，做好排水；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。第二十九页，共98页。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第三十页，共98页。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）第三十一页，共98页。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）第三十二页，共98页。第三十三页，共98页。 5.盖挖法施

8、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。第三十四页，共98页。第三十五页，共98页。第三十六页，共98页。第三十七页，共98页。第三十八页，共98页。 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：增加临时支撑，分条分幅开挖。第三十九页，共98页。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80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

9、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。 浅埋暗挖法理论源于新奥法，但强调预支护，及时支护，控制地面沉降，保证施工和地面地下建筑物的安全。第四十页，共98页。 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，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

10、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，如上台阶过长时，变形增加较快，为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖1环，封闭1环，提高初期支护的承载能力；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。第四十一页，共98页。 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，由下至上模筑二衬第四十二页，共98页

11、。2中隔壁法（CD法）第四十三页，共98页。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）第四十四页，共98页。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第四十五页，共98页。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第四十六页，共98页。6中洞法第四十七页，共98页。6洞柱法（1）第四十八页，共98页。6洞柱法（2）第四十九页，共98页。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，

12、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。第五十页，共98页。盾构外形图之一（胸板式刀盘）第五十一页，共98页。盾构外形图之二（辐条式刀盘）第五十二页，共98页。 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。第五十三页，共98页。 盾构机的构造第五十四页，共98页。 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

13、第五十五页，共98页。 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。 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。第五十六页，共98页。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

14、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。第五十七页，共98页。半机械式盾构机第五十八页，共98页。 机械式盾构机 机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大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。 第五十九页，共98页。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

15、，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。第六十页，共98页。 挤压式盾构机第六十一页，共98页。 盾构机的选择 根据地质条件选择不同类型的盾构机械。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。第六十二页，共98页。 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第六十三

16、页，共98页。 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第六十四页，共98页。盾构法施工概貌图第六十五页，共98页。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和熟悉。第六十六页，共98页。盾构的始发井和接收井第六十七页，共98页。处于始发状态的盾构机盾构竖井第六十八页，共98页。盾构始发台盾构始发第六十九页，共98页。盾构反力台第七十页，共98页。入口

17、的垫衬第七十一页，共98页。第七十二页，共98页。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，甚至会造成土体涌入盾构工作井中，造成极大的损失和危

18、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。第七十三页，共98页。平 面 图 剖 面 图 地层加固范围第七十四页，共98页。 4.管片及防水管片宽1.2m、1.5m，每环6块第七十五页，共98页。管片的储存及搬运第七十六页，共98页。管片搬运台车第七十七页，共98页。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第七十八页，共98页。管片的自动拼装第七十九页，共98页。管片的密封材料第八十页，共98页。充填材料防水第八十一页，共98页。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

19、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。第八十二页，共98页。 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。第八十三页，共98页。六、辅助工法 根据不同施工方法，选用不同辅助工法，以确保工程安全施工。 1.降水施工 在有水地层中进行明挖、盖挖、暗挖，以及盾构始发、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。

20、水资源保护第八十四页，共98页。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。第八十五页，共98页。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，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。水平井结构示意图第八十六页，共98页。 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