地下工程浅埋暗挖法综合施工技术(10.1.18)

1、地下工程浅埋暗挖法综合施工技术(10.1.18)第一页，共138页。目 录1.浅埋暗挖法概述1.1浅埋与深埋的界定1.2浅埋暗挖法的形成与发展 浅埋暗挖法的形成 浅埋暗挖法的应用及发展情况1.3浅埋暗挖法的原理及适用范围 浅埋暗挖法施工原理 浅埋暗挖法适用范围第二页，共138页。2.浅埋暗挖法施工2.1总体施工流程2.2重点控制技术 风险源的辨识和预案 施工降水 开挖 二衬 监控量测 地面及地下建（构）筑物保护 地表沉降控制 防水控制 机械配套施工技术第三页，共138页。3.浅埋暗挖法的工艺进步及发展方向 3.1 工艺进步 3.2 发展方向第四页，共138页。隧道施工方法(按穿越地层分类)第五

2、页，共138页。 1.浅埋暗挖法概述 浅埋暗挖工法是依据新奥法(New Austrian Tunnelling Method)的基本原理，施工中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合配套施工技术。 这一生产新技术成果最早是由中铁隧道集团公司和北京市地下铁道总公司在北京地铁复兴门折返线工程施工中共同研究开发，并在北京地铁复兴门至西单区间及地铁车站试验段施工中得到了推广应用和不断完善。 浅埋暗挖施工技术属国内首创，它的成功使我国在第四纪浅埋软岩地层中采用暗挖法建设地下铁道与大跨度地下洞室的

3、进程取得了一次实质性的飞跃，跨入了国际先进行列。第六页，共138页。1.1浅埋与深埋的界定 目前，根据隧道所处位置的特点有以下几种判别方法： 1）以埋深等于坍方统计平均高度两倍的方法作为判别深埋与浅埋隧道分界的主要标准，围岩垂直压力、地面沉降和数值计算分析可作为参考标准。 2）根据工程设计经验进行界定根据工程设计实践经验，对于铁路单线和双线隧道，深埋与浅埋隧道分界以2.5倍塌方高度来确定。 3）以不影响地面为限进行界定以隧道开挖时对地面不产生影响为限进行区分。 4）以荷载等效高度进行界定 5）以隧道覆土厚度与隧道开挖洞径的关系进行界定 据铁路隧道喷锚构筑法规则（TBJ108-92）,下表可作为

4、浅埋隧道的设计依据。第七页，共138页。围岩级别覆盖层厚度1.0倍隧道开挖宽度2.0倍隧道开挖宽度3.5倍隧道开挖宽度浅埋隧道的设计依据第八页，共138页。 6）浅埋与超浅埋隧道的判定方法 a.覆跨比判别法(H/D0.4为超浅埋, 0.4为浅埋)； b.洞内拱顶变位值小于地面沉降值时； c.隧道结构顶部进入地面以下5m范围的管道层中时； d.在具备试验条件的情况下，用实测压力与垂直土柱重量之比确定深埋、浅埋或超浅埋。第九页，共138页。 1.2浅埋暗挖法的形成与发展浅埋暗挖法的形成 20世纪80年代中期，中铁隧道集团在大秦线军都山隧道有水黄土软弱地层进行了浅埋暗挖技术方法研究和试验，并获得成功

5、。在初次研究成果的基础上，19861987年，该集团根据北京地区地质和水文情况，在北京地铁复兴门折返线工程中正式开发应用这种新的技术方法。1987年8月25日，原国家科委主任亲自召集北京市和铁道部有关专家举行了成果鉴定会，并将该工法正式确定为“浅埋暗挖法”。 浅埋暗挖法又经过十几年的广泛应用，形成了一套完整的配套技术，被评为国家级工法，并正式提出“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。 采用浅埋暗挖法施工的前期工程实例照片见图1-1。 第十页，共138页。军都山隧道（1988年）（第一次用小导管、网构钢架）第十一页，共138页。北京地铁复兴门折返线（1987年）（国家科技

6、进步二等奖）第十二页，共138页。第一次用浅埋暗挖法建成北京地铁车站试验段第十三页，共138页。第一次用浅埋暗挖法建成京珠高速乌龙岭双连拱隧道第十四页，共138页。浅埋暗挖法的应用及发展情况 国外在70年代初开始将新奥法应用于浅埋地层的研究，到70年代末80年代初已基本形成一套完整技术并应用于城市地铁、市政工程等。目前，德国、日本、美国、法国、意大利、韩国、香港等国家和地区都有成功应用的实例。表1-1列举了部分国外工程实例。 我国于70年代末80年代初开始将新奥法应用于地下工程施工，并于80年代中后期开始系统研究新奥法在浅埋软弱地层中的应用，1984年首先在大秦线军都山隧道进口黄土段研究实验成

7、功，之后又成功地运用在北京地铁复兴门车站折返线工程，并在地铁复-西区间、西单车站、国家计委地下停车场、首钢地下运输廊道、城市地下热力、电力隧道、长安街地下过街通道、深圳地上过街通道等地下工程中推广应用。经过多年不断地总结、完善，这一方法已在城市地铁、市政、电力隧道、城市地下过街通道、地下停车场等工程中推广应用，并已形成一套完整的配套技术。以北京地铁工程为实例形成的“隧道与地铁浅埋暗挖工法”已被建设部批准为国家级工法，推广应用到其它城市和铁道工程中。表1-2列举了我国部分工程实例。第十五页，共138页。国籍联邦德国联邦德国法国日本奥地利工程名称法兰克福地铁25号工区幕尼黑地铁9号区段里尔地铁一号

8、线4工区北陆高速公路泊隧道维也纳地铁U6-1工区施工年代1969-71年1975-78年1985年1983-85年1983 -85年地质及水文地质条件粘土层、石灰岩和含水砂层、无水第三纪菱铁矿砂层和泥灰岩、遇水时其塑性和粘土一致粘土及砂等冲、洪积粘土第三纪流砂层、粘土层和砂卵石层、地下水位在拱顶附近埋深11-13 m8-26 m约15 m5-15 m8-20 m断面形式(m)圆形直径6.68m最大跨度11.5最大高度7.5最大跨度6.8最大高度5.8最大跨度11.4最大高度8.6最大跨度8.5断面约60m2施工方法全断面台阶法施工，使用反铲挖掘机双侧导坑法，使用掘进机及反铲挖掘机和地面井点降水

9、上下台阶分部开挖，两台掘进机，弃渣用泵输送至洞外超前侧壁导坑及分部开挖法，人工开挖环形部分反铲开挖核心土侧壁导坑法，使用掘进机及反铲挖掘机，必要时拱部插板支护。主要支护形式锚杆长3-4m，钢筋网喷厚15-18cm，钢拱架TH-48，钢筋砼内衬厚15-18cm。锚杆长3.5-5m，喷厚25cm，钢支撑TH-21或网构拱TH-21，钢筋砼内衬厚40cm钢支撑加背板，钢筋砼内衬厚50cm锚杆长4m，喷厚20cm，钢支撑H-200，衬砌60cm喷厚20cm，钢支撑钢筋砼内衬厚40cm长度420 m60 m1240 m770 m70-80 m表1-1 国外部分浅埋地下工程采用新奥法施工实例第十六页，共1

10、38页。工程名称北京地铁复兴门折返线国家计委停车场北京地铁天安门西站广州地铁一号线林和村区间北京长安街过街通道施工年代1986-87年1992-93年1996-99年1997-99年1994年地质及水文地质条件第四纪粉细砂，无地下水粉细砂、园砾无地下水第四纪轻亚粘土、中细砂、圆砾层、中粗砾砂层，主体结构1.5m在承压水位下粘土、粉质粘土、强风化粉砂土、泥质粉砂岩，水位在地面下0.2-1.0m人工填土、砂粘土，无地下水埋深9-11 m2.8 m5.4 m3.5-7.5 m0.8-1.0 m断面形式最大跨度14.6m，最大高度8.0m最大跨度13.0m，最大高度9.5m三跨两柱两层最大跨度22.2

11、m，最大高度13.2m卵形，最大跨度6.5m最大跨度11.5m，最大高度4.0m施工方法正台阶法施工，侧壁导坑超前法CRD工法洞柱逆作法台阶法开挖CRD工法主要支护形式超前小导管钢筋网6,1010cm喷厚30cm,网构钢架,混凝土内衬50cm超前小导管,钢筋网1515cm,喷厚30cm,网构钢架,钢筋砼内衬30-50cm超前小导管,钢筋网1515cm,喷厚30cm,网构钢架,混凝土内衬30cm超前小导管,钢筋网1515cm,喷厚30cm,网构钢架,混凝土内衬30cm钢筋网1515cm,喷厚30cm,网构钢架,钢筋砼内衬50cm长度350m104.8m226.1m左线263.3m右线279.8m

12、9座,每座约50m表1-2 我国部分采用浅埋暗挖法施工的工程 第十七页，共138页。工程名称军都山隧道出口黄土段北京地铁西单车站北京地铁东单站暗挖段崇文门东单站区间北京地铁熊猫环岛站安定路站区间北京地铁四号线宣武门站北京地铁五号线05标崇文门车站施工年代198419851990199220032006200320062005.4.18至今（在建）2004至今（在建）20022006地质及水文条件细沙层、黄土，低水位地下水第四纪粉细沙层，无地下水粉质粘土、粘质粉土，有水粘质粉土，粉细砂，有水第四纪粉土层、粉质粘土层、粉细砂层、粘土层，有上层滞水粉细砂层、中粗砂、卵石圆砾，层间潜水，低水位地下水第

13、四纪粉细沙层，粘土层，并有部分卵石圆砾层，大部分底板位于承压水范围内。第十八页，共138页。埋深312m621m5.2m59m812m814m1026.6m断面形式最大跨度12.0m,最大高度11.0 m三跨两柱,最大跨度26 m,最大高度13.5 m最大跨度23.66m，最大高度9.87m最大跨度14.45米，最大高度10.95m三联拱最大跨度19.3m，高度8.3m双联拱最大跨度14.3m，高度7.5m单洞最大跨度6.8m，高度6.5m最大跨度26.4m,最大高度14.95 m三跨两柱,最大跨度24.2m,最大高度16.024m施工方法正台阶法眼镜工法柱洞、中洞、侧洞开挖CRD、眼镜工法正

14、台阶法、中洞法、CRD工法暗挖洞桩法（PBA法）洞柱逆做法主要支护形式超前小导管,钢筋网，网构钢架，喷混凝土，混凝土内衬超前管棚，钢筋网，网构钢架，喷混凝土，混凝土内衬超前大管棚、超前小导管，网构钢架，喷射混凝土，混凝土内衬超前长管棚、超前小导管，网构钢架，喷射混凝土，混凝土内衬超前小导管,钢筋网，网构钢架，喷混凝土，混凝土内衬超前小导管,钢筋网，网构钢架，喷混凝土，混凝土内衬超前小导管,钢筋网，格栅钢架，喷混凝土，混凝土内衬长度600m260 m63.8m621m三联拱405m双联拱232m单洞652m187.9m202.9m第十九页，共138页。部分工程的设计断面形式及建成后照片如下图:北

15、京地铁五号线5标崇文门车站横断面示意图第二十页，共138页。北京地铁四号线7标宣武门车站双层段横断面示意图第二十一页，共138页。北京地铁四号线7标宣武门车站站台层照片第二十二页，共138页。北京地铁五号线5标崇文门车站站厅层建成后照片第二十三页，共138页。1.3浅埋暗挖法的原理及适用范围浅埋暗挖法施工原理 浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念；采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系。初期支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法进行设计和施工时，同时采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调

16、动部分围岩的自承能力；采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全生产与施工。这种设计思想的施工要点可概括为“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈”。 第二十四页，共138页。浅埋暗挖法适用范围 浅埋暗挖法是适合在软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其他适于浅埋结构物的施工方法。它主要适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等第四纪地层，修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。对于高水位的类似地层，采取堵水或降水、排水等措施后也适用。尤其对于结构埋置浅、地面建

17、筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地面沉陷要求严格的都市城区，如修建地下铁道、地下停车场、热力与电力管线，这项技术方法更为适用。 浅埋暗挖法与其他方法相比具有显著的优点。以城市地铁为例，浅埋暗挖法与明挖法（盖挖法）相比，具有拆迁占地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优点；与盾构法相比，具有简单易行，无需多种专用设备，灵活方便，适用于不同地层、不同跨度、多种断面，可以提供大量就业机会等优点，是适合我国国情的好方法。尤其对于区间隧道，浅埋暗挖法施工速度完全能满足总工期要求。当然，浅埋暗挖法也存在缺点，如速度较慢，喷射混凝土粉尘较多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水

18、比较困难等。第二十五页，共138页。 2.浅埋暗挖法施工2.1总体施工流程见图2-1。第二十六页，共138页。安全质量各种保证制度、管理和检查办法，各工序作业指导书及质量标准包括降水、监测、建构筑物保护、控制沉降、开挖、二衬、防水、机械配套等现场实施及过程控制施工调查、资料收集编制竣工资料、撰写技术总结分析、研究、辨识、对策检查验收、总结提高包括工程地质、水文、环境资料、边界条件等制定各种施工方案图2-1 浅埋暗挖法施工流程示意图第二十七页，共138页。2.2重点控制技术风险源的辨识和预案1）风险源辨识 在对工程情况充分掌握的情况下，要组织专业人士根据施工调查所得的资料、信息，对整个工程施工过

19、程中可能遇到或风险性较大的环节进行辨识。并要通过专家评审会进行论证、确认，按照风险可能出现的概率，对工程可能增加的困难程度、人员财产损失及社会影响大小，对工期的影响程度，风险点的关注程度和风险等级按照表2-1、表2-2进行划分。 第二十八页，共138页。 因素关注程度可能出现概率或增加的困难程度人员财产损失或社会影响延误工期5级高大长4级较高较大较长3级中中一般2级低小较短1级较低较小不延误表2-1 关注程度划分表 第二十九页，共138页。 因素风险点分级可能出现概率或增加的困难程度人员财产损失或社会影响延误工期AAAAA高大长AAAA较高较大较长AAA中中一般AA低小较短A较低较小不延误表2

20、-2 风险点风险等划分标准第三十页，共138页。 以北京铁路地下直径线工程2标浅埋暗挖法施工段为例，经过业主、监理、设计、施工单位和有关专家的多轮研究分析，共确定风险点25项，其中三级以上关注级别的21项，AAA级以上分限等级的19项。 2）预案 浅埋暗挖法主要风险点为控制地表沉降、加强对地上地下构筑物和管线的保护，根据这一实际情况，一般采取的预防措施为: 加强监测，适当增加地表沉降及洞内监测点，并在建筑拐角处增设沉降及倾斜监测点，增加隧道洞内及洞外的监测频率。 加强结构的超前支护，严格控制超前小导管，并根据不同的地层进行注浆。严格控制开挖进尺，减少地表下沉。严格控制同层、上下层开挖部分的断面

21、间距。 第三十一页，共138页。 开挖隧道后检查围岩固结厚度，如达不到要求，及时调整配合比与注浆压力，改善注浆工艺，指导后续施工。 及时封闭掌子面。开挖完成后及时喷射素混凝土封闭掌子面，遇到自稳性较差的地层要增加铺设钢筋网，然后再喷射混凝土，防止掌子面土体变形。 加强该段初衬的刚度。视监控量测情况，必要时密排钢格栅通过。 施工结构二衬时，根据监控量测数据分段、分块拆除临时支护，以减少拆除临时支护所引起的地表下沉。 及时施做初支背后及二衬背后回填注浆。第三十二页，共138页。施工降水 当浅埋地下工程处于富水地层中，地层的渗透性较好，不会因降水而引起地面过大沉降时（如砂砾石地层），为保持开挖工作面

22、的干燥或少水状态，以便安全快速施工，可采用降低地下水位的方法施工。常用的降水方法包括洞内轻型井点降水和地面深孔井点降水等。 1）洞内轻型井点降水 洞内轻型井点降水是将一系列井点管埋设于在洞内开挖底面以下的地层中，并将这些井点都连接到抽水总管，用真空泵（射流泵）和水泵将地下水抽出，降低地下水位，使开挖工作面保持干燥或少水状态，以改善施工条件，加快施工速度。 第三十三页，共138页。 洞内轻型井点降水主要适用于渗透系数为0.180m/d的砾沙、粗沙、中沙和细沙层等地层，其降低地下水位的深度受诸多条件的限制，尤其受设备条件的限制，一般单层井点系统能降低地下水位36m。 当大断面开挖、地下水位在隧道中

23、偏下位置时，或地下水虽在拱顶以上，但施工中已通过竖井将水位降到底部时，洞内降水井点多布置在下半断面墙脚处。井点布置形式见图2-2。第三十四页，共138页。图2-2 洞内轻型井点布置示意图第三十五页，共138页。 2)地面深孔井点降水和地下水回灌 a.地面深孔井点降水 当地下工程埋深较浅、地面施工场地容许时，为了减少洞内井点降水对施工的干扰，也可采用地面深孔井点降水的方法，即事先在工程两侧地面钻两排或多排井孔进行深孔井点降水，其施工方法与洞内轻型井点降水相似。 地面深孔井点降水具有下列优点： (1)降水工作在地面进行，与洞内各项作业互不干扰； (2)能在较大范围内大幅度降低地下水位。 深井降水一

24、般适用于以下地层： (1)含水层厚度小于15m，但其中黏土夹层不超过两层； (2)地层渗透系数在10200m/d之间； (3)地层中颗粒小于0.05mm的砂含量不超过3（按体积计）。 第三十六页，共138页。 深井降水钻孔深度（井深）一般应低于隧道底面5m，井点间距根据地层情况，在2535m之间选择。 深井降水采用重力排水方式，降水速度较慢，因此对于有工期限制的工程须提前进行。深井降水的主要机械设备包括钻机、深井水泵、井管和网管。 b.地下水回灌 城市地区降低地下水位施工时，为了防止由于降水而导致地面沉降，施工中应采取回灌措施。回灌措施大多应用于淤泥质、渗透系数不大、失水固结较慢的地层，回灌量

25、一般是抽水量的1/51/3。 第三十七页，共138页。3）洞内水平井点降水法 对渗透性较差的黏砂层等地层，在条件容许时，也可考虑采用洞内水平井点降水法。斜设井点采用水平钻机成孔，井点管选用Dg48钢管加工，总长度为1216m，其中滤管长度为48m。井点布设在隧道两侧边墙底部，纵向水平距离为814m，斜设角度为4.524，其相对位置见图2-3。第三十八页，共138页。图2-3 洞内水平井点降水示意图第三十九页，共138页。开挖一、浅埋暗挖法施工原则(1) 根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差，可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正

26、台阶开挖法；若断面小或地层较好，可用全断面开挖法。(2) 应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。(3) 应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套机具，为快速施工创造条件，设备投入量一般不少于工程造价的10%。(4) 施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的工序。 (5) 工序安排要突出及时性，地层差时，应严格执行十八字方针。 第四十页，共138页。(6) 提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高质量和速度。 (7) 应加强通风，洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。 (8) 应采用网

27、络技术进行工序时间调整，进行进度、安全、机械、监测、质量、材料、环境管理。二、浅埋暗挖施工方法的比较浅埋暗挖施工方法的比较见表2-3，工程实例见图2-4。 第四十一页，共138页。表2-3 浅埋暗挖施工方法的比较第四十二页，共138页。台阶法上半断面开挖 图2-4 台阶法、CRD法施工实例第四十三页，共138页。 下半断面开挖第四十四页，共138页。CRD法全断面结构1 第四十五页，共138页。CRD法全断面结构2第四十六页，共138页。小导管注浆设计 定义小导管是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定角度，或者沿隧道横向在拱脚附近向下方倾斜一定角度密排注浆花管，见图2-5。

28、注浆花管的外露端通常支于开挖面后方的格栅钢架上，共同组成预支护系统。注浆小导管既能加固洞壁一定范围内的围岩，又能支托围岩，其支护刚度和预支护效果均大于超前锚杆，适用于较干燥的砂土层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段等地段的隧道施工. 第四十七页，共138页。图2-5 小导管布置形式（拱部）第四十八页，共138页。 经验参数a、小导管直径：小导管一般用42或32水煤气钢管加工制成，长度1.53.5m。b、小导管构造：小导管前部应钻注浆孔，孔径为68mm，孔间距1020cm，呈梅花形布置。前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻注浆孔的预留止浆段。c、小导管注浆参数：通常压注改性

29、水玻璃浆液。当围岩破碎，岩体止浆效果不好时，亦可采用水泥-水玻璃双液注浆，将浆液凝结时间控制在数分钟之内。注浆压力为0.51.0MPa，必要时在孔口设止浆塞。浆液扩散半径R和单根导管注浆量Q计算可按照相关规范结合现场实际情况确定。 第四十九页，共138页。管棚设计 特点 管棚是将钢花管(导管)安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓外排列形成钢管棚，管内注浆，有时可加钢筋笼，并与强有力的型钢钢架组合成预支护系统，以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松驰和坍塌等有显著的效果。其特点是支护能力强大，适用于含水的砂土质地层或破碎带，以及浅埋隧道或地面有重要建筑物地段。但施工技术复杂，造价

30、较高。 管棚布置形状 管棚的形状如图2-6所示，随隧道开挖面形状和管棚的布置方式而异。 第五十页，共138页。 管棚的经验参数a、管棚为热轧无缝钢管，外径80180mm，长度为1045m，分段安装，分段长46m，两段之间用“V”型对焊或丝扣连接。b、管棚上须钻注浆孔，孔径为1016mm，孔间距为1520cm，呈梅花型布置。管尾部留有不钻孔的止浆段。管棚注浆有两种形式，一种是通过管上的注浆孔向地层内注浆，既加固地层又充填管棚。另一种是向管内灌注水泥砂浆或混凝土，砂浆或混凝土的标号为C20C30。 第五十一页，共138页。图2-6 管棚的布置形状第五十二页，共138页。c、导管中可增设钢筋笼，以提

31、高导管的抗弯能力。钢筋笼形式如图2-7所示，由四根主筋和固定环组成。主筋直径为1620mm，固定环用短管节或钢筋环焊接而成。d、与管棚配合使用的钢架，可采用钢轨、H型钢及钢管等加工制成。 第五十三页，共138页。图2-7 导管构造（单位：mm）第五十四页，共138页。 管棚设置间距应根据地层性质(裂隙、地下水等)、地层压力、导管设置部位(隧道的顶部、侧边、底部)、钻孔机具性能及隧道开挖方法等条件确定，一般为3050cm，或按2.02.5d估算(d为管外径)。纵向两组管棚间应有不小于1.5m的水平搭接长度。回填注浆初期支护背后进行回填注浆是一道非常重要的工序，其对填充初支背后的空洞、控制拱顶和地

32、表沉降起着至关重要的作用，一般在落后掌子面5m左右进行背后回填注浆，如图2-8所示。第五十五页，共138页。图2-8 初支背后回填注浆施工第五十六页，共138页。图2-8 初支背后回填注浆施工第五十七页，共138页。特殊地段施工方法 大断面施工北京地铁五号线06标段崇文门站东单站区间左线从里程K7+452.871进入H型大跨段，开挖断面尺寸由原区间隧道5.86.3m（宽高）突变为渡线断面的14.44510.955m（宽高），宽度扩大8.645m，高度变化4.655m。为解决区间隧道由区间标准断面突变至H大断面的施工难度，采用标准断面隧道先提前预抬高，施工至K7+449.621里程（提前3.25

33、m），然后施做纵、横小导洞，变大跨为小跨，在横导洞内套做H大断面初支，然后按双侧壁施工步序在横导洞内施做H大断面下部，在横导洞内形成H大断面初支。施工步骤详见图2-9，实景照片见图2-10。在采取上述施工方案后，在具体施工中尚采取了如下辅助措施：a、采用TSS型注浆管与小导管相结合进行围岩加固处理b、洞内跟踪注浆c、结构内注浆加固d、超前预警、预探e、液压千斤顶护顶第五十八页，共138页。第五十九页，共138页。第六十页，共138页。双侧壁导坑法施工第六十一页，共138页。图2-10 大断面成型后实景图第六十二页，共138页。 隧道交叉口施工北京铁路地下直径线工程2标5#竖井位于正线之外，通过

34、横通道与正线连接，原来的设计方案是横通道与正线垂直相交，这样有利于横通道进正洞的施工；但考虑到5#竖井将来要作为盾构施工的辅助井进行管片的运输，管片运输拖车要求横通道与正洞交叉口处必须是一个斜线才能通过。经过多次专家讨论会后，最终形成如下方案：横通道先以正交方式进入正洞，待横通道衬砌施工完成后，进行正洞的开挖，然后进行正洞的二次衬砌，最后处理横通道与正洞间的小三角，最终形成横通道与正洞的斜交形式。具体施工方案如图2-11所示。 第六十三页，共138页。图2-11 交叉口处理第六十四页，共138页。二衬1）二衬时机选择二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后方可施作，并应具备下述条件： 隧道周边

35、变形速率明显趋于减缓。 水平收敛速度小于0.2mm/d，拱部下沉收敛速度小于0.15mm/d。 施作二次衬砌前，累计位移值达到总位移值的8090%。 初期支护表面裂缝不再继续发展。 当采取一定措施后，仍难以符合上列条件时，可提前施作二次衬砌，这时，二次衬砌应加强。2）临时支撑拆除 临时支撑拆除时应该考虑结构的稳定。 根据施工步骤分段、分部拆除临时支撑。 临时支撑拆除过程中加强监控量测，及时分析沉降数据，反馈信息，根据监测数据指导临时支撑拆除的分段长度等。 第六十五页，共138页。初支分段破除 第六十六页，共138页。 初支分段拆除第六十七页，共138页。3）模板及支撑体系 隧道标准断面二衬施工

36、时可采用模板台车进行衬砌作业。台车根据隧道断面尺寸进行设计、预制，见图2-12示意。第六十八页，共138页。图2-12 隧道二次衬砌模板台车示意图第六十九页，共138页。 车站以及隧道变化断面通常采用脚手架配合模板衬砌。图2-13为北京地铁宣武门站扣拱二衬支模图。第七十页，共138页。图2-13 车站扣拱二衬模板体系图第七十一页，共138页。 支撑体系多采用碗扣式脚手架满堂红搭设。可根据实际施工需要预留施工通道。图2-14所示为风道二衬模板支撑体系实例。第七十二页，共138页。图2-14 风道二衬模板支撑体系图第七十三页，共138页。支撑体系也可针对实际情况预制模板台车或台架，以提高模板整体刚

37、度，减少装拆脚手架用工。图2-15所示为车站边墙二衬模板台车实例 第七十四页，共138页。图2-15车站边墙衬砌台车实景 第七十五页，共138页。4）混凝土浇注、振捣及密实性保证城市工程混凝土浇注一般采用商品混凝土、泵送入模。振捣采用插入式振捣棒结合附着式振捣器进行。混凝土灌注的密实性是结构自防水的决定性因素。一般由混凝土浇注方式、混凝土本身性质、振捣和效果以及二衬背后回填注浆决定。5）钢筋工程综合考虑钢筋施工对防水层的危害，同时根据洞内的作业环境和施工要求，钢筋连接主要采用机械连接（主筋）和绑扎（分布筋）相结合的方法。第七十六页，共138页。监控量测1）目的 预测、预报施工安全和隧道结构稳定

38、性。 控制地表建筑物和地下管线的沉降变形。 调整开挖及支护参数、修改施工设计。 为科研提供原始技术数据，检验科研技术成果。 优化设计与施工，为后续工程提供技术依据。2）项目及方法见表2-4。第七十七页，共138页。序号监测项目监测仪器监测频率监测目的1地表沉降WILD-N3精密水准仪，铟钢尺初期：12次/天，后期：12次/3天掌握隧道及基坑开挖对地表及周边环境的影响程度和范围2建筑物沉降与倾斜3地下管线沉降4拱顶沉降苏光DSZ-1水准仪，钢挂尺初期：12次/天，后期：12次/3天了解隧道施工过程中支护结构变位情况及规律5结构收敛坑道收敛计6围岩压力压力盒，频率接收仪初期：1次/3天，后期：1次

39、/7天了解隧道施工过程中围岩压力、接触应力及结构自身应力大小及分布情况7初支与二衬间压力8初支钢筋内力钢筋计，应变计、频率接收仪9二衬钢筋内力10混凝土应变11土体水平位移测斜管，SINCO测斜仪初期：1次/3天，后期：1次/7天掌握基坑施工时围护桩外两侧土体移动情况及规律。12地下水位电测水位计初期：1次/天稳定后：1次/2天掌握基坑及暗挖隧道需降水段地下水位情况13支撑、钢管轴力轴力计、频率接收仪1次/2天掌握钢支撑受力情况表2-4 监测项目汇总表注：可根据施工条件和沉降情况增加或减少观测次数，随时将监测信息报告给施工技术人员。第七十八页，共138页。3）测点布置监控量测系统首先建立水平位

40、移和垂直位移监测控制网。水平位移监测网利用地面平面控制点做主控点，与监测网点组成平面监控网，其形式依据结构布设成轴线形；其垂直位移监控网利用工程所在地的精密高程控制网做为一级控制点，与地表沉降等观测点组成地表高程位移监控网，同时将主控点高程通过竖井引测至地下，并在竖井壁上埋设水准基点（并定期复测），与结构监测点组成地下高程控制网。主控点埋设坚固、稳定，监控点可埋设在原状土层中，并加设保护装置。按测点位置大致可分为三类：地表监测网；地中监测网；洞内监测网。、地表监测网： 地表下沉、管线位移、建筑物沉降及倾斜 地下水水位监测第七十九页，共138页。、地中监测网： 地中垂直位移监测 地中水平位移监测

41、、洞内监测网： 拱顶下沉监测 净空水平收敛监测 围岩压力监测 钢拱架应力监测4）分析及反馈建立铁路隧道喷锚构筑法技术规则(TBJ108-92)的级监管理，见表2-5。第八十页，共138页。管理等级管理位移施工状态U0Un/3可正常施工Un/3U0Un2/3应注意，并加强监测U0Un2/3应采取加强支护等措施表2-5 监测管理表 注：表中： U0实测位移值，Un 允许位移值第八十一页，共138页。监测反馈程序见图2-16。监控量测资料均用计算机配专业技术软件进行自动化初步分析、处理。根据实测数据分析、绘制各种表格及曲线图，当曲线趋于平衡时推算出最终值，并提示结构物的安全性。 第八十二页，共138

42、页。监 测 结 果位移是否超级管理位移是否超级管理位移是否超级管理继续施工综合判断暂停施工采 取 特 殊 措 施是不安全否否否是是安全图2-16 监测反馈管理程序图第八十三页，共138页。地面及地下建（构）筑物保护1）下穿高楼导洞隔离桩墙防护临近箱基高楼沉降综合技术作为一种临近高层建筑防护施工的新施工方法，在北京城市铁路东直门暗挖区间施工中得到了成功的应用。区间隧道在里程K39+505K39+585之间从两栋“Y”型高居民楼之间的地下穿过，两座高层楼房地面以上22层，高约66m，地下3层，楼房基础为现浇钢筋混凝土箱型基础。经勘察，暗挖隧道外轮廓线距两座楼房基础的最小水平距离分别为1.6m和1.

43、8m，隧道仰拱底在Y型楼底下4.75m，该楼建于20世纪80年代初，为剪力墙结构。实景照片见图2-16。第八十四页，共138页。图2-16 区间隧道下穿两栋“Y”型高居民楼实景第八十五页，共138页。经多次专家评审确定最终方案：首先在高层居民楼南侧已建成的1#竖井内开挖两个小导洞，在楼房之间隧道上方通过。导洞开挖完成后，在两个导洞内施作钻孔灌注桩，锚入隧道底板深6m，导洞与隔离桩连成整体高出隧道4.2m，形成桩墙、帽梁将楼房基础与隧洞隔离。具体如图2-17所示 第八十六页，共138页。剖面示意图图2-17 过楼房施工方案第八十七页，共138页。平面示意图 图2-17 过楼房施工方案第八十八页，

44、共138页。其次，在洞内施工时为防止暗挖区间施工过程出现意外情况，对隧道支护参数进行修正，改进隧道施工工艺，具体如下： 增设临时仰拱及时封闭步步成环 仰拱基底换填碎石和注浆 加密拱部超前管棚、增设边墙超前管棚及锁脚锚杆 加强超前注浆和背后回填注浆 及时进行初喷、灌喷，确保初支密实第八十九页，共138页。 控制台阶，左右对称施工，避免偏压 底部格栅分段安设，减少开挖面暴露时间 严格控制临时支撑拆除范围2）下穿地铁既有线地铁五号线崇文门站位于崇文门路口下,采用“暗挖法”施工。车站与既有地铁二号线崇文门站东端喇叭口式过渡段区间立交，并从其下方穿过，见图2-18。车站施工的难点主要集中在新建车站近距离

45、（净距1.98m）下穿既有地铁环线结构。 第九十页，共138页。图2-18 五号线崇文门车站下穿既有线剖面图第九十一页，共138页。根据过既有线的力学分析得出的施工过程中的沉降规律，结合浅埋暗挖法的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针，针对引起地层沉降变形的因素，制定了施工方案，包括：降水；超前管幕；全断面注浆；开挖、初支、二衬；回填注浆；跟踪注浆六部分。下面重点介绍超前管幕施工。 采用600咬合管幕，钢管管径600mm，壁厚16mm，长度为36m。管幕布置在既有环线区间隧道和车站拱顶之间，距离车站初支30cm，沿车站隧道单层断面拱部布设一环，钢管之间采用不等边角钢（1

46、00*63*10mm）和工10相互咬合（双扣为角钢，单扣为工钢），环向间距为725mm。在大管棚的施工过程中，考虑到开挖时管棚在一定的阶段是作为荷载存在的，同时管棚具有足够的刚度，所以在初支施工过程中暂时不进行管棚钢管的填充工作，在钢管支座施工完成后，钢管内再填充无收缩水泥砂浆，用来提高钢管刚度和防止管棚钢管腐蚀后造成地层空洞影响地铁结构安全。第九十二页，共138页。超前600管幕采用水平液压钻孔顶管机施工，施工时水平螺旋钻超前成孔，600钢管同步顶进（成孔孔径小于钢管外径20mm），超前成孔钻头（580）和钢管之间距离保持在+5cm、-10cm之间，600钢管前端收缩至580。该施工工艺能够

47、有效的控制地层沉降，其主施工设备为液压系统，施工中振动和噪音较小。施工原理见图2-19，施工照片见图2-20。第九十三页，共138页。图2-19 施工原理示意图第九十四页，共138页。图2-20 现场实际施工照片第九十五页，共138页。图2-20 现场实际施工照片第九十六页，共138页。3）下穿盖板河北京地铁四号线07标施工范围内，盖板河由西向东依次上穿西南风道、车站主体、东南出入口。盖板河与西南风道呈平行状态，与车站主体和东南出入口基本呈垂直正交状态，盖板距离结构拱顶1.77m，结构外尺寸3.993.28m（宽高），盖板河的侧墙及底板为现浇混凝土结构，盖板为预制混凝土结构。断面关系及处理方案

48、见图2-21。第九十七页，共138页。图2-21 下穿盖板河处理方案第九十八页，共138页。为避免本站施工过程中上层土体塌陷造成灾难性的安全事故，采取的方案为：在影响盖板河的100m范围内，河内铺设LDPE塑料防水板+过水帆布+围堰PVC导流管。洞内采用30m长108mm大管棚与32m小导管联合超前加固地层进行施工。4）下穿桥梁南水北调中线应急供水工程（北京段）西四环暗涵工程三标段穿过沙窝桥、307医院通道桥和五棵松桥，根据桥梁资料显示，桥基与暗涵水平净距最小为1.85m，桥基处于开挖破裂面以内，暗涵施工对桥梁基础有较大影响。具体如下图所示。第九十九页，共138页。暗涵与沙窝北桥、五棵松桥横断

49、面图 第一百页，共138页。 暗涵与307医院通道桥横断面图第一百零一页，共138页。采用先预加固，施工通过时根据沉降对桥梁再加固的方法。施工过程对桥梁加强监测，对桥梁采取以洞内加固为主，地表为辅的措施；并根据监测结果采用其他加固方案。具体措施包括下面几个方面： 全断面注浆超前地层加固，见下图。 第一百零二页，共138页。沙窝北桥及五棵松桥注浆加固示意图 第一百零三页，共138页。 307医院通道桥注浆加固示意图第一百零四页，共138页。 径向注浆补偿加固由洞内沿暗涵结构轮廓向外径向注浆，加固区域为轮廓线外2.53.0m，加固范围为全部过桥段范围内。注浆管长度为2.25m，环向间距1m，纵向间

50、距1m，浆液选择水泥水玻璃双液浆。 及时进行初支背后回填灌浆通过灌浆充填支护结构与围岩之间可能存在的空隙。将洞侧面初支回填灌浆管间距加密至1.0m，在开挖过程中，及时通过回填灌浆进一步加固桥基础围岩。 加强结构拱架间距缩短至0.33m一榀，拱架主筋在过桥桩前后5m段改为25，缩小纵向筋的环向间距由原来700变为350，来增强结构本身的承载能力。 第一百零五页，共138页。应急储备施工过程中加强对桥梁变位的监控量测，一旦发现异常情况，及时选择“早封闭”在掌子面架设临时钢支撑，并铺设连接筋、钢筋网及喷射混凝土；可在桥梁支座处设千斤顶，主动调整桥梁沉降，保证桥梁及路面变形在要求控制范围内。 施工过程

51、中加强对桥梁变位的监控量测，并将每次的量测结果及时反馈给技术部门，发现异常情况，及时反映，研究对策。 在开挖中采取跟踪灌浆等辅助措施控制暗涵拱部的下沉量，建立以“防坍、防沉”为核心的技术指导原则及施工优化组合。第一百零六页，共138页。5）地下管线的保护对于城市浅埋暗挖隧道施工，由于城市地下管线众多，特别是污水管、雨水管、自来水管、煤气管道等，隧道施工过程中必定带来隧道周边地层结构变形较大，地层内管线因地层结构变形沉降过大而破裂，将直接威胁到现场施工人员和周围居民的人身及财产安全，同时也直接影响到隧道结构施工的安全。为确保施工过程中和结构施工过程中的安全必须采取切实可行的技术处理措施。第一百零

52、七页，共138页。 在隧道施工之前必须将隧道结构施工范围内的管线调查清楚调查数据的来源：设计勘测资料、现场实际考察、隧道施工中的超前地质探测。调查清楚后绘制管线与隧道结构关系图，对于侵入结构内或结构施工对其破坏较大的管线建议有关单位进行改移、对与不需要改移的管线制定相应的管线保护措施。 主要管线保护措施 初期支护开挖过程中密排超前小导管注浆，小导管不仅仅只是注浆加固地层的作用，同时也起管幕作用。 在城市地下隧道施工过程中若土层为富水层，土体极易产生较为严重的片状和块状剥落坍塌和流砂现象。为防止流砂作用下土体流失，造成地质松散，最终造成管线破坏现象。因此，对于富水层施工隧道，必要时应先降水施工，

53、当降水效果明显后，在确保施工安全的情况下进行隧道开挖施工，同时对于富水层地带隧道施工应采用减小分层开挖高度的措施。 第一百零八页，共138页。 适当增加锁脚锚管，为防止流砂作用下土体流失，锁脚锚管注水泥浆，注浆紧跟掌子面，确保锁脚锚管起到防沉降的作用。 加强洞内和地表的监控量测工作，发现异常及时反馈， 采取相应措施确保施工安全。 根据施工监测情况如发现地表沉降较大，为保证行车安全和扩散地面车辆动载冲击对掌子面土体的影响，在沉降地面覆盖厚钢板。 预埋地层补偿注浆管，注浆管参数为32mm、管长L2.0m、间距0.8*0.8m,梅花型布置，注1:1纯水泥净浆及时补偿地层由于开挖引起的松动变形损失，阻

54、止地层沉降对地面、地下构筑物的损坏。 严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针指导施工。第一百零九页，共138页。地表沉降控制1）地面沉降一般规律根据以往工程经验，对于均质的土质地层，隧道开挖的横向地表沉降曲线可以认为是一条正态分布曲线。从沉降历时曲线来看，地面变形主要包括五个阶段： 先行沉降。先行沉降是指从隧道开挖面与测点还有相当距离时开始，直到开挖面到达测点之前所产生的沉降，它是掘进中因地下水位降低而产生的。因此，这种沉降可以说是由于地基有效上覆土层增加而产生的压缩和固结沉降。第一百一十页，共138页。 开挖面之前的沉降和隆起。这种沉降和隆起是指从开挖面于测点很

55、近时开始，直到开挖面到测点的正下方之前所产生的沉降和隆起现象，它大多是由于开挖面崩塌所引起的开挖面土压力失衡所致。这是一种由于土体应力的释放或地层向开挖面倾斜而产生的地基塑性变形。 开挖面之后的沉降。从开挖面到测点的下方开始直到开挖面通过测点为止所产生的沉降，它主要是由于土从三维扰动变为二维扰动所致。 喷锚支护后补的空隙沉降。这种沉降是指开挖面通过测点的正下方之后，在喷锚网施作过程中，由于喷射混凝土的自重而使钢筋网下垂并出现空隙所产生的沉降，它是该土体应力被释放所引起的弹塑性变形。 后续沉降。后续沉降是指固结和蠕变残余变形沉降，它是地层被扰动后进行的应力调整所致，这种沉降是缓慢发生的，沉降速度

56、也不相同，影响因素相当复杂，除了与地层条件密切相关外，还与掘进速度、注浆时间、压力、注浆量以及开挖时是否及时支护以平衡土压力等有关。第一百一十一页，共138页。2）沉降原因分析及控制措施地表沉降原因主要有三方面的因素：一是结构与其上地层整体下沉；二是结构上部土层经开挖失水扰动或降水施工后二次固结引起；三是初支拱顶背后空洞引起的上部土体下沉及二衬背后空洞或临时支撑拆除不合理引起的初支及上部土体变形。针对上述三个因素，现场施工应采取以下措施加强对地表沉降的控制：关于结构与土层整体下沉的问题，设计单位在进行结构设计时应该对基底承载能力进行充分考虑。施工的关键是在施工过程中控制好上台阶初支的临时仰拱及

57、时成环，以及缩短上下台阶的距离，使整个初支拱架尽早封闭成环。 第一百一十二页，共138页。关于拱顶土层失水扰动或降水施工后二次固结问题，此因素影响大小主要和地层性质及含水情况有关，对于地下工程主要手段是尽量减少对上层土的扰动，力求使本因素对整个地表的沉降影响降到最小。降水施工中采用回灌-降水法 ，同时根据地下水位的下降曲线在降水井和建筑物间布置回灌井保持建筑物附近的水位，可有效控制由于降水造成的地层沉降，减少对地表建筑物的影响。同时，采取加密降水管的滤水层等有效措施，防止在抽水过程中将砂土抽走，造成地层沉降。关于初支背后空洞和二衬背后空洞及临时支撑拆除不合理的问题，首先要找出空洞形成的原因，其

58、次研究减少空洞的方法，然后确定背后回填注浆的方法将已发生的空洞回填密实。同时要高度重视临时支护的拆除问题，必须要等喷砼强度达到要求后，按照施工方案确定的原则分段、跳段进行拆除。 第一百一十三页，共138页。初支背后空洞的形成主要是开挖时拱顶坍塌和喷混凝土不密实的原因。对于拱部坍塌，可以从加强大管棚施工和密排超前小导管加以控制；对于喷混凝土密实度问题，可以采取二次喷混凝土、先初喷、后打管、再补喷，以及施工后一榀时回头灌喷前一榀等方法解决。对于已经发生的拱部空洞要及时采用1:1纯水泥浆进行拱背充填注浆，确保拱背密实。二衬背后存在空洞主要是混凝土灌注未满造成的，施工时要预留背后注浆管，重视二衬背后注

59、浆工作的重要性，杜绝此类沉降的发生。 第一百一十四页，共138页。防水控制1）防水原则在城市地下工程中，如是砂层，渗透系数较大，大量排水将会对城市地下水动态、周围建筑物、地下管线等造成影响甚至破坏，宜采用“以防为主，多道防线，刚柔结合，因地制宜，综合治理”的原则，计算中考虑二次衬砌承受含水头水压力；如隧道所处的地层为粘土或砂粘土等，渗透系数较小，排放适量的地下水，实践证明，对城市地下水位并无太大影响，可取得较好的整体防水效果，因此宜采用“以防为主，以排为辅，多道设防，因地制宜，综合治理”的原则。第一百一十五页，共138页。2）防水体系 注浆防水超前预注浆和初期支护背后注浆，形不成主要防水防线，

60、但注浆填充了围岩裂缝和土层孔隙，可起到一定的阻水作用，特别是对围岩集中出水点的注浆堵水，可起到较好的止水效果。 初期支护防水初期支护在试验室试验可达到较高的抗渗等级，但是由于喷射混凝土和施工工艺的离散性，使得现场喷射混凝土的整体抗渗性能较差，不能形成永久的防线，可以当做施工期间的防水线。第一百一十六页，共138页。 防水材料防水在初期支护和二次衬砌之间设置防水层称为防水材料防水。防水层一般为柔性的，从国内外地下工程复合式衬砌防水材料选择来看，防水板(膜)应用较多，而防水涂料则很少应用，其主要原因是防水板(膜)系工厂定型生产产品，具有厚薄均匀、质量有保证、施工方便、对环境无污染等优点；而涂料系在