城市地下空间工程导论第六章课件

第六章城市地下工程施工为了将设计者的思想、意图转换为现实，需借助工程施工技术。地下工程施工是在地层中构筑建筑物为目的工程行为，主要研究解决其修建过程中的技术方案与措施，重点研究地下工程在各种地质条件下的施工方法、手段、工艺。基本内容包括地下工程的基本作业、辅助作业、环境控制与施工管理等。地下工程修建过程中，主要涉及两种类型的土建工程：①深基坑工程，主要用于车站，地下停车场和地下仓库；②隧道工程，主要用于地铁区间线路修建。第六章城市地下工程施工基本作业包括了开挖和支护与衬砌方法，地下工程开挖方法总的来说可以分为两类：明挖法和暗挖法。另外，为了确保地下工程开挖的安全，必须对其进行支护。一般分临时支护与永久支护两类。形式上有木支撑、格栅支架、钢支架、锚杆、喷射混凝土及其组合。衬砌技术有现浇混凝土和预制混凝土两类。明挖法就是在地面上能够看到别人在开挖的施工方法，暗挖法就是在地面上看不到下面在开挖的施工方法。基本作业包括了开挖和支护与衬砌方法，地下工程开挖方法总的来说地下工程辅助作业是配合基本作业的必须环节。一般包括风水电的设计、安装与供给；施工场地的规划与布置；出渣运输计划与设备配置等。地下工程环境监控主要研究解决施工过程中的安全问题及其对周围环境的影响，如：洞室开挖位移过大引起塌方、支护结构位移太大引起结构失稳与侵限、地表沉陷过大对环境造成影响、地下水控制等。主要技术手段是：量测监控，发现异常及时采取加固措施（辅助施工手段）并更改施工方法。地下工程辅助作业是配合基本作业的必须环节。一般包括风水电的设为了达到高质量、高效益的工程建设目的，还需进行施工管理。通过有效的施工管理来保证工程的施工质量与工期，应用科学合理、符合地下工程施工特点的方法与理论，规划组织施工设计，对施工过程中的各个环节进行科学的技术、计划、质量、经济与安全管理。主要手段：编制施工劳动组织设计、充分协调现场施工管理部门与监理机构的关系。为了达到高质量、高效益的工程建设目的，还需进行施工管理。通过施工方法6.1明挖法明挖法指从地面向下开挖，并在欲建地下工程结构的位置进行结构的修建，然后在地下工程上部回填土及恢复路面的施工方法。或者从地面向下开挖，用大号型钢架于两侧钢桩或连续墙上，以维持原来路面的交通运行，这种施工方法也称为盖挖法。明挖法是各国地下铁道施工首选方法，在地面交通环境允许的地方通常采用明挖法施工。施工方法明挖法的技术优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。修建于地层表面附近（浅埋）的地下工程多属于明挖法修建的地下工程，这些工程包括地下商场、地下街、地下停车场、城市地铁、人防工程及地下工业建筑等。这类工程主体结构的建造，实际上采用的是一种“开敞”式的施工方法，与地面结构的建造方法类似，在主体结构完成后，然后掩土覆盖，恢复地面。但缺点也很明显，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境影响较大。

明挖法的技术优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案明挖法根据施工特点可分为：明挖法顺作法，盖挖顺作法，盖挖逆作法等，后两种又称为盖挖法。6.1.1明挖顺作法明挖顺作法施工顺序一般可以分为4大步：围护结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土。其施工方法是首先从地面向下开挖出基坑，在基坑内进行结构施工，然后回填回复地面。明挖法根据施工特点可分为：明挖法顺作法，盖挖顺作法，盖挖逆作明挖法地下结构施工示意图挖建盖（填）武汉市的地下通道基本采用这种施工方法，如洪山广场地下通道、首义广场底下通道等。明挖法地下结构施工示意图挖建盖（填）武汉市的地下通道基本采用明挖法施工顺序

明挖法施工顺序城市地下空间工程导论第六章课件6.1.2盖挖法盖挖法是一种先做钻孔灌注桩或连续墙作为维护结构和支撑结构，在该结构保护下再做桩顶纵梁、盖顶板，恢复路面。然后，在桩及钢筋混凝土顶板的支护下进行主体结构施工的方法。根据开挖和结构施工顺序的不同，盖挖法又可分为盖挖顺作法和盖挖逆作法两类。盖挖法是一种比较快速、经济、安全的施工方法。6.1.2盖挖法(1)盖挖顺作法盖挖顺作法是指土方开挖全部结束后由下而上进行结构施工。在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆盖结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和架设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡土结构外露部分并恢复道路。(1)盖挖顺作法地下工程盖挖法施工盖挖顺作法工法过程示意地下工程盖挖法施工盖挖顺作法工法过程示意地下工程盖挖法施工北京地铁复八线永安里站(盖挖)钢管柱地下工程盖挖法施工北京地铁复八线永安里站(盖挖)钢管柱(2)盖挖逆作法盖挖逆作法原理：先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。(2)盖挖逆作法盖挖逆作法施工顺序盖挖逆作法施工顺序逆作法工艺特点包括：（1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。（2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。（3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。（4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。（5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。（6）由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。（7）逆作法存在的不足，如逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管。还有照明、通风、排渣等逆作法工艺特点包括：6.1.3施工关键工序在使用明挖法施工时的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有：（1）放坡开挖技术适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。（2）型钢支护技术一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。（3）连续墙支护技术一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。6.1.3施工关键工序（4）混凝土灌注桩支护技术一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。（5）土钉墙支护技术在原位土体中用机械钻孔或人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。（6）锚杆（索）支护技术在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。（7）混凝土和钢结构支撑支护方法依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。（4）混凝土灌注桩支护技术城市地下空间工程导论第六章课件6.1.4辅助工作施工防排水其目的是力求使地表水和地下水不流入基坑中，以保持坑壁的稳定和创造良好的施工条件。在基坑开挖之前，必须在其周围开挖排水沟拦截地表水。在含水地层中施工时，根据水文地质条件，可选用集水坑水泵抽水、井点降水、钢板桩围堰、压浆堵水或等冻结法施工防排水方法。6.1.4辅助工作6.2暗挖法暗挖法是指在特定条件下，不开挖地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。它是城市地下工程施工的主要方法之一，适用于不宜明挖施工的含水量较小的各种地层，尤其对城市城区地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地沉陷要求严格的情况下的地下结构工程更为适用。随着地面交通运输量越来越大，以及人们环境保护意识的提高，地下工程暗挖法已经逐渐取代明挖法而广泛应用于城市地下施工。

6.2暗挖法暗挖法施工具有下列特点：①受工程地质和水文地质条件的影响较大；②工作条件差、工作面少而狭窄、工作环境差；③暗挖法施工对地面影响较小，但埋置较浅时可能导致地面沉陷；④有大量废土、碎石须妥善处理。暗挖法主要包括：钻爆法（矿山法）、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、沉管法等。尤其以浅埋暗挖法、盾构法、顶管法和掘进机（TMB）法等应用较为广泛。

暗挖法施工具有下列特点：①受工程地质和水文地质条件的影响较大暗挖法地下结构施工示意图一般坚硬岩层中的隧道均采用该方法施工，如大瑶山隧道、秦岭隧道等。挖衬埋深一般大于10m暗挖法地下结构施工示意图一般坚硬岩层中的隧道均采用该方法施工浅埋暗挖法地下结构施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆埋深一般小于5m一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差的地段，武汉市的地下过街通道大多采用该法施工。如武汉广场、武汉会展中心、洪山广场过街通道等取决于围岩类型浅埋暗挖法地下结构施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆暗挖法的技术核心就是新奥法的基本原理，施工中采用多种辅助措施加固围岩，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，是一种抑制围岩过大变形的综合配套施工技术。新奥法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，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测和监控，指导地下工程的设计和施工。浅埋暗挖法是针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层和软弱破碎岩层施工而提出来的。暗挖法的技术核心就是新奥法的基本原理，施工中采用多种辅助措施6.2.1浅埋暗挖法浅埋暗挖法是在近十几年发展起来的一种新方法，该方法现在已经在城市地铁、市政地下管网及地下空间的其他浅埋地下结构物的工程设计与施工中广泛应用。如何有效控制浅埋地下工程施工扰动诱发的地面移动变形，成为浅埋地下工程设计与施工研究的重点、难点和热点问题。基于从控制地面变形、减少对环境的不利影响、降低施工成本等方面考虑，形成了各种适用于浅埋地下工程施工地方法。为了达到及时支护，防止地层沉降的目的，必须完全稳定后，再敷设防水隔离板，施加二次模筑混凝土衬砌，这是最符合地下工程受力特点的一种结构。6.2.1浅埋暗挖法该开挖方法有全断面法、正台阶法、单侧壁导洞法、中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、双侧壁导洞法（眼镜工法）、洞桩法（PBA法）、中洞法及侧洞法等。该方法具有灵活多变，对地面建筑、道路和地下管网影响不大，拆迁占地少、不扰民、不污染城市环境，是目前较先进的施工方法。该方法在铁路、公路及软弱地层中也开始应用。该开挖方法有全断面法、正台阶法、单侧壁导洞法、中隔壁法（CD1.全断面开挖法全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环。同时，施作初期支护，铺设防水隔离层（或不铺设），进行二次筑模衬砌。1.全断面开挖法全断面法施工工序示意图全断面法施工工序示意图城市地下空间工程导论第六章课件城市地下空间工程导论第六章课件隧道施工预支护措施在软弱围岩中施工最重要的是提高围岩的自支护能力，保证开挖及后续作业的进行。必须采用施工辅助措施对地层进行预支护或预加固。

铁路隧道施工中经常采用的辅助措施有：留核心土；喷射混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆、插板、或小钢管；管棚；临时仰拱封底；超前小导管注浆；开挖工作面及围岩预注；垂直锚杆；水平高压旋喷；预衬砌；冻结法等。上述措施的选用应视围岩条件、涌水状况、施工方法、环境要求等而定，一般宜采用几种措施综合治理。隧道施工预支护措施在软弱围岩中施工最重要的是一、超前锚杆、小钢管此法的要点是开挖掘进前，在开挖面顶部一定范围内，沿坑道设计轮廓线，向岩体内打入一排纵向锚杆(或型钢，或小钢管)，以形成一道顶部加固的岩石棚(图6-86)。然后，在此棚保护下进行开挖。超前锚杆宜采用早强砂浆锚杆。小钢管应平直，尾部焊箍.，顶部做成尖锥状。对于小钢管来说，其外插角的偏差不应超过5°，孔位偏差不应超过100mm，顶入钻孔的长度不小于管长的90％。开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。一、超前锚杆、小钢管超前锚杆宜采用早强砂浆城市地下空间工程导论第六章课件二、管棚管棚是在隧道开挖之前沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道平行钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆，来增加钢管外围岩的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化，由管棚和围岩构成棚架体系(图6-87)。图6-87管棚预支护围岩二、管棚图6-87管棚预支护围岩管棚主要适用于围岩压力来得快来得大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。在设计中，要充分考虑地质、周边环境、隧道开挖断面、埋深以及开挖方法等，决定管棚的配置、形状、施工范围、管棚间隔及断面等。一般多采用图6-88所示的形状。a)扇形配置;b)半圆形配置;c)门形配置;d)全周形配置;e)上半单侧配置;f)上半双排配置;g)一字形配置图6-88管棚的配置和形状管棚主要适用于围岩压力来得快来得大，用于对围岩变三、超前小导管注浆此法的要点是在开挖掘进前，先用5cm～10cm厚的喷混凝土将开挖面和5m范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管。由上而下的向小导管内压浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化后，即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈，在此圈的防护下即可安全地进行开挖（图6-91）。小导管一般采用直径32mm的焊接钢管或直径40mm的无缝钢管制作，长度宜为3m～6m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔10cm～20cm交错钻眼，眼孔直径宜为6mm～8mm。如图6-84c所示。三、超前小导管注浆小导管一般采用直径32mm的焊接超前小导管注浆超前小导管注浆四、预注浆加固围岩预注浆方法是先在掌子面前方的围岩中将浆液注入，从而提高了地层的强度和稳定性，降低了渗透性，形成了较大范围的筒状封闭加固区，然后在其范围内进行开挖作业。四、预注浆加固围岩工作面预注浆广州地铁地表深孔分段注浆技术工作面预注浆广州地铁地表深孔分段注浆技术无钉铺设塑料防水层技术渝怀线圆梁山隧道注浆技术无钉铺设塑料防水层技术渝怀线圆梁山隧道注浆技术全断面法主要适用于Ⅰ～Ⅲ类围岩、土质稳定、断面较小的隧道施工，当断面在50m2以下，隧道又处于Ⅲ类围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工。但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20m２以下，且施工中仍须特别注意，山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道工程施工多用此法。全断面法主要适用于Ⅰ～Ⅲ类围岩、土质稳定、断面较小的隧道施工优点：全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织的管理。缺点：（1）由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。（2）每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。

优点：全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化2.台阶开挖法台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，分步开挖，如图6-4。根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法﹑中隔墙台阶法等。该法在浅埋暗挖法中应用最广，可根据工程实际、地层条件和机械条件，选择适合的台阶方式。正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。上台阶长度（L）一般控制在1~1.5倍洞径（D），根据地层情况，可选择两步或多步开挖法。

2.台阶开挖法台阶法施工工序示意图台阶法施工工序示意图大跨隧道软弱围岩施工大跨隧道软弱围岩施工1）上下两部分步开挖法。采用此法，若地层较好（Ⅳ～Ⅴ类），可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护后形成封闭结构。若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。1）上下两部分步开挖法。2）分步开挖留核心土该法适用于较差的地层，围岩级别Ⅵ、Ⅴ类，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土。用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过10d，以确保地面沉陷控制在50mm以内。2）分步开挖留核心土弧形导坑预留核心土施工工序示意图弧形导坑预留核心土施工工序示意图对于台阶法的评价：（1）灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，这是各种不同方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化（变好或变坏），都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母。（2）具有足够的作业空间和较快的施工速度。台阶有利于开挖面的稳定性，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。当地层无水、洞跨小于10m时，均可采用该方法。（3）台阶法开挖的缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩扰动的次数等。对于台阶法的评价：3.分步开挖法分步开挖法主要适用于地层较差的大断面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括单侧壁导坑超前台阶法、中隔墙法（CD、CRD工法）、双侧壁导坑超前中间台阶法（也称眼镜工法）和双隔墙中间预留核心土法等多种形式。3.分步开挖法（1）单侧壁导坑超前台阶法单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3~4m，这样就可将大跨变成3~4m跨和6~10m跨。这种施工方法简单而可靠。采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为稳定工作面，经常和超前小导管预注浆等辅助施工措施配合使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出渣。（1）单侧壁导坑超前台阶法单侧壁导坑超前台阶法开挖方式单侧壁导坑超前台阶法开挖方式（2）中隔墙法（CD工法）和交叉中隔墙法（CRD法）a概述中隔墙法也称CD工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔墙法（也称CRD工法）。CRD工法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。（2）中隔墙法（CD工法）和交叉中隔墙法（CRD法）中隔壁（CD）法施工工序示意图中隔壁（CD）法施工工序示意图交叉中隔壁（CRD）法施工工序示意图交叉中隔壁（CRD）法施工工序示意图CRD工法超浅埋大跨度施工技术CRD工法超浅埋大跨度施工技术b方法对比大量施工实例资料的统计结果表明，CRD工法优于CD工法（前者比后者减少地面沉降近50%），而CD工法优于眼镜工法。但CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大断面地下结构物（如停车场），且地面沉降要求严格时才使用。采用中隔墙法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5~7m。为稳定工作面，往往与预注浆等辅助施工措施配合使用，采用人工开挖、人工出渣方式。

b方法对比（3）双侧壁导坑超前中间台阶法双侧壁导坑超前中间台阶法也称眼镜法，也是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度（﹥20m）分成三个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大、单侧壁导坑超前台阶法无法满足要求的三线或多线大断面铁路隧道及地下工程。该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。

（3）双侧壁导坑超前中间台阶法施工时，应先开挖两侧的侧壁导洞，在导洞内按正台阶法施工，当隧道跨度较大且地质情况较差时，上台阶也可采用中隔墙法或环形留核心土法开挖，并及时施作初期支护结构，在初期支护的保护下，逐层开挖下台阶至基底，并进行仰拱或底板的施工。施工过程中，左右侧壁导洞错开应不小于15m，确定这个数值的前提是，在开挖中引起的导洞周边围岩的应力重新分布不影响已完成的导洞。关于上、下台阶之间的距离，可视具体情况，按台阶法确定。

施工时，应先开挖两侧的侧壁导洞，在导洞内按正台阶法施工，当隧双侧壁导坑法施工工序示意图双侧壁导坑法施工工序示意图三线大跨隧道双侧壁导坑法施工三线大跨隧道双侧壁导坑法施工6.3盾构法盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

6.3盾构法盾构机实物盾构机实物盾构机头部盾构机头部1.盾构施工原理马达驱动刀盘旋转切削土体，同时盾构机液压千斤顶将盾构机向前推进，并向密封仓内加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配，经舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。1.盾构施工原理盾构机效果图盾构的种类很多，目前广泛采用最先进的盾构有泥水加压复合式盾构和土压复合式盾构。盾构机效果图盾构的种类很多，目前广泛采用最先进的盾构有泥水加盾构机主要组成部分盾构机主要组成部分城市地下空间工程导论第六章课件盾构成型隧道盾构成型隧道2.盾构法施工的基本条件:在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，（1）线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井.（2）隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于盾构直径。（3）相对均质的地质条件。（4）如果是双洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m。（5）从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。2.盾构法施工的基本条件:3.盾构法施工步骤：盾构施工方法由以下几个步骤组成：第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。3.盾构法施工步骤：城市地下空间工程导论第六章课件城市地下空间工程导论第六章课件城市地下空间工程导论第六章课件4.盾构法施工的优缺点优点：（1）安全开挖和衬砌，掘进速度快；（2）盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。（3）不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；（4）穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；（5）在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。缺点：（1）断面尺寸多变的区段适应能力差；（2）新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。4.盾构法施工的优缺点盾构法地下结构(隧道)施工示意图盾构法隧道施工适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。

盾构法地下结构(隧道)施工示意图盾构法隧道施工适用于软土地区6.4顶管法顶管施工法是继盾构法之后而发展起来的一种地下管道施工方法，主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法，起源于美国。6.4顶管法1.顶管施工的基本原理先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，借助主顶油缸及管道间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起，与此同时，紧随工具管或掘进机后面，将预制的管段顶入地层。顶管法是一种边顶进，边开挖地层，边将管段接长的管道埋设方法。1.顶管施工的基本原理顶管法施工顺序注：1-预制的混凝土管；2-运输车；3-扶梯；4-主顶油泵；5-行车；6-安全护栏；7-润滑注浆系统；8-操纵房；9-配电系统；10-操纵系统；11-后座；12-测量系统；13-主顶油缸；14-导轨；15-弧形顶铁；16-环形顶铁；17-已顶入的混凝土管；18-运土车；19-机头顶管法施工顺序2.顶管施工顺序施工时，先制作顶管工作井及接收井，作为一段顶管的起点和终点，工作井中有一面或两面井壁设有预留孔，作为顶管出口，其对面井壁是承压壁，承压壁前侧安装有顶管的千斤顶和承压垫板（即钢后靠），千斤顶将工具管顶出工作井预留孔，而后以工具管为先导，逐节将预制管节按设计轴线顶入土层中，直至工具管后第一节管节进入接收井预留孔，施工完成一段管道。为进行较长距离的顶管施工，可在管道中间设置一至几个中继间作为接力顶进，并在管道外周压注润滑泥浆。顶管施工可用于直线管道，也可用于曲线等管道。

2.顶管施工顺序顶管法地下结构施工示意图顶管法主要用于建造穿越城市交通繁忙地带的地下工程，其长度、断面尺寸均受到较大限制。国内最长的顶管隧道是西气东输工程穿越黄河的隧道，长度近3000m，直径约2m。顶管法地下结构施工示意图顶管法主要用于建造穿越城市交通繁忙地3.顶管法分类与适用条件按工作面的开挖方式可将顶管法分为普通顶管（人工开挖）、机械顶管（机械开挖）、水射顶管（水射流冲蚀）、挤压顶管（挤压土柱）等。采用何种方法要根据管径、土层条件、管线长度以及技术经济比较来确定。在顶管施工中，最为流行的三种工作面平衡理论是：气压、土水和泥水平衡理论。顶管施工法的适用条件为：①管径一般在200～3500mm；②管材一般混凝土管、钢管、陶土管、玻璃钢管；③管线长度一般为50～300m，最长大可达1500m；④各种地层，包括含水层。3.顶管法分类与适用条件4.顶管法的优缺点顶管施工与明挖法相比，具有以下优点：①开挖部分仅仅只有工作坑和接收坑，而且安全、对交通影响小；②在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量少；③作业人员少，工期短；④建设公害少、文明施工程度高；⑤在覆土深度大的情况下，施工成本低。

4.顶管法的优缺点但是，它与明挖法相比较，顶管施工也存在以下不足之处：①曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难；②在软土层中容易发生偏差，而且纠正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉；③推进过程中如果遇到障碍物时处理这些障碍物则非常困难；④在覆土浅的条件下显得不很经济。但是，它与明挖法相比较，顶管施工也存在以下不足之处：5.顶管法和盾构法的主要异同点：相同点：（1）二者都属于暗挖法施工大口径（>900㎜）地下工程的主要施工方法。（2）二者都要开挖工作基坑（工作井和接收井）。（3）二者工作面的开挖方法，出、进洞施工技术基本相似。（4）二者都要注意接缝防水处理、地表沉降控制、周边环境保护等问题，都要进行注压浆。5.顶管法和盾构法的主要异同点：不同点：（1）盾构法的衬砌为管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为管节，且每环管节是一次预制成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接收井位置。（2）盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿，而顶管法施工的主顶进装置布置在工作井内，如果顶力不足要加设中继间。（3）盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块，顶块必须采用球面接头，在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。顶管法的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶缩回后在中间加垫块或几块顶铁。O型顶铁是使主顶千斤顶的推力可以较均匀地加到所顶管道的周边；U型顶铁是为了弥补千斤顶行程不足而用。（4）盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。（5）盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的施工；顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。不同点：6.5TBM法1.基本概念岩石隧道掘进机（TunnelBoringMachine）简称TBM：是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一种施工方法。通常是利用回转刀盘又借助推进装置的作用力从而使刀盘上的滚刀切割（或破碎）岩面，以达到破岩开挖隧道（洞）的目的。6.5TBM法按岩石的破碎方式，分为挤压破碎与切削破碎两种，前者是将较大的推力给予刀具，通过刀具的楔子作用将岩石挤压破碎；后者是利用旋转扭矩在刀具的切线方向及垂直方向上进行切削。按刀具切削头的旋转方式，可分为单轴旋转式与多轴旋转式两种。按岩石的破碎方式，分为挤压破碎与切削破碎两种，前者是将较大的城市地下空间工程导论第六章课件TBM法地下结构施工示意图目前国内,习惯上将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM,将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构机。归类还是同在掘进机门下。TBM法地下结构施工示意图目前国内,习惯上将用于岩石地层的隧2.TBM基本构造TBM由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调向机构及吸尘、通风装置等几部分组成。（1）破岩机构滚刀或削刀在强大轴推力的作用下旋转，切削与剪切破碎岩石。（2）推进机构主支撑鞋顶撑洞壁以支承和推进机身。副支撑鞋控制振动与方向。（3）出碴机构破岩形成的片状石碴，由安装在刀盘上的铲碴斗铲起，铲斗旋转到顶部卸入集料斗，经皮带机装车运出洞外。（4）导向及调向机构导向机构是用来指示和校核掘进机推进的方向，使其保证符合设计的轴线和坡度的要求。（5）通风及吸尘装置掘进机工作时将产生大量的热量与粉尘。故对通风、降尘要求较高。一般在刀盘头部安装有吸尘设备和喷水装置，掘进时连续喷水降尘。机房内专设通风降温设备。2.TBM基本构造TBM构造简图1-滚刀；2-刀盘；3-推进油缸；4-机架；5-锚撑缸；6-套架；7吸尘系统；8-带式输送机；9-前支撑缸；10-后支撑缸；11-辅助千斤顶；12-机房；13-铲渣斗TBM构造简图全断面TBM掘进过程示意图1-刀盘；2-机架；3-套架；4-锚撑；5-推进油缸；6-前支撑缸；7-后支撑缸全断面TBM掘进过程示意图3.TBM适用范围一般只适用于圆形断面隧道，只有铣削滚筒式掘进机可在软岩中掘进非圆形断面隧道。开挖隧道直径1.8~12m之间，以直径3~6m最为成熟。一次性连续开挖长度不宜短于1km，也不宜长于10km，以3~8km最佳。TBM适宜的开挖长度最好是3000m以上。适用于中硬岩层，岩石单轴抗压强度介于20~250MPa，尤以50~100MPa最佳。地质条件对TBM掘进效率影响很大。在良好岩层中月进尺可达500~600m，而在破碎岩层中只有100m左右，在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停机处理。选用TBM开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。3.TBM适用范围4.TBM施工主要流程施工准备→全断面开挖与出渣→外层管片式衬砌或初期支护→TBM前推→管片外灌浆或二次衬砌TBM循环作业流程（1）作业开始。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀盘转动，推进油缸伸出，TBM前部前移一个作业行程（2）准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重（3）主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位（4）主支撑回位后伸出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，TBM定位找正，坡道上必要时先定坡度。（5）返回第一步，TBM准备下一循环掘进。4.TBM施工主要流程5.TBM法的优缺点(1)TBM法的优点1）掘进效率高。掘进机开挖时，可以实现连续作业，从而可以保证破岩、出碴、支护一条龙作业。特别在稳定的围岩中长距离施工时，此特征尤其明显。2）掘进机开挖施工质量好，且超挖量少。掘进机开挖的隧道（洞）内壁光滑，不存在凹凸现象，从而可以减少支护工程量，降低工程费用。3）对岩石的扰动小。掘进机开挖施工可以大大改善开挖面的施工条件。而且周围岩层稳定性较好，从而保证了施工人员的健康和安全。4）施工安全，近期的TBM可在防护棚内进行刀具的更换，密闭式操纵室和高性能的集尘机的采用，使安全性和作业环境有了较大的改善。5.TBM法的优缺点(2)TBM法的缺点1）对多变的地质条件（断层、破碎带、挤压带、涌水及坚硬岩石等）的适应性较差。但近年来随着技术的进步，采用了盾构外壳保护型的掘进机，施工既可以在软弱和多变的地层中掘进又能在中硬岩层中开挖施工。2）掘进机的经济性问题，由于掘进机结构复杂，对材料、零部件的耐久性要求高。因而制造的价格较高。难用于短隧道。3）施工途中不能改变开挖直径。如用同一种机型开挖不同直径的断面。4）开挖断面的大小、形状变更难，在应用上受到一定的制约。

(2)TBM法的缺点沉井法地下结构施工示意图

沉井结构用途十分广泛，主要用于点式地下建筑工程：如自来水厂、电厂和化工厂的水泵房、地下沉淀池和水池、地下热电站、地下油库、地下车间和地下仓库等。此外，也可用作地铁、水底隧道等各种设备井、通风井、盾构拼装井、车间和区间段连续沉井等。沉井法地下结构施工示意图沉井结构用途十分广泛，主要用于沉管法地下结构施工示意图1沉管法地下结构施工示意图1沉管法地下结构施工示意图2沉管法一般用于水下隧道施工，目前国内已建成的最大的沉管隧道是上海外环越江隧道，总长2880m（沉管段长736m），双向8车道。沉管法地下结构施工示意图2沉管法一般用于水下隧道施工，目前国地下连续墙法施工示意图

地下连续墙法可用于点式、条式地下工程的施工，如上海、广州大部分地铁车站均采用该法施工。其特点类似于明挖法，但比明挖法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低。地下连续墙法施工示意图地下连续墙法可用于点式TheEndTheEnd第六章城市地下工程施工为了将设计者的思想、意图转换为现实，需借助工程施工技术。地下工程施工是在地层中构筑建筑物为目的工程行为，主要研究解决其修建过程中的技术方案与措施，重点研究地下工程在各种地质条件下的施工方法、手段、工艺。基本内容包括地下工程的基本作业、辅助作业、环境控制与施工管理等。地下工程修建过程中，主要涉及两种类型的土建工程：①深基坑工程，主要用于车站，地下停车场和地下仓库；②隧道工程，主要用于地铁区间线路修建。第六章城市地下工程施工基本作业包括了开挖和支护与衬砌方法，地下工程开挖方法总的来说可以分为两类：明挖法和暗挖法。另外，为了确保地下工程开挖的安全，必须对其进行支护。一般分临时支护与永久支护两类。形式上有木支撑、格栅支架、钢支架、锚杆、喷射混凝土及其组合。衬砌技术有现浇混凝土和预制混凝土两类。明挖法就是在地面上能够看到别人在开挖的施工方法，暗挖法就是在地面上看不到下面在开挖的施工方法。基本作业包括了开挖和支护与衬砌方法，地下工程开挖方法总的来说地下工程辅助作业是配合基本作业的必须环节。一般包括风水电的设计、安装与供给；施工场地的规划与布置；出渣运输计划与设备配置等。地下工程环境监控主要研究解决施工过程中的安全问题及其对周围环境的影响，如：洞室开挖位移过大引起塌方、支护结构位移太大引起结构失稳与侵限、地表沉陷过大对环境造成影响、地下水控制等。主要技术手段是：量测监控，发现异常及时采取加固措施（辅助施工手段）并更改施工方法。地下工程辅助作业是配合基本作业的必须环节。一般包括风水电的设为了达到高质量、高效益的工程建设目的，还需进行施工管理。通过有效的施工管理来保证工程的施工质量与工期，应用科学合理、符合地下工程施工特点的方法与理论，规划组织施工设计，对施工过程中的各个环节进行科学的技术、计划、质量、经济与安全管理。主要手段：编制施工劳动组织设计、充分协调现场施工管理部门与监理机构的关系。为了达到高质量、高效益的工程建设目的，还需进行施工管理。通过施工方法6.1明挖法明挖法指从地面向下开挖，并在欲建地下工程结构的位置进行结构的修建，然后在地下工程上部回填土及恢复路面的施工方法。或者从地面向下开挖，用大号型钢架于两侧钢桩或连续墙上，以维持原来路面的交通运行，这种施工方法也称为盖挖法。明挖法是各国地下铁道施工首选方法，在地面交通环境允许的地方通常采用明挖法施工。施工方法明挖法的技术优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。修建于地层表面附近（浅埋）的地下工程多属于明挖法修建的地下工程，这些工程包括地下商场、地下街、地下停车场、城市地铁、人防工程及地下工业建筑等。这类工程主体结构的建造，实际上采用的是一种“开敞”式的施工方法，与地面结构的建造方法类似，在主体结构完成后，然后掩土覆盖，恢复地面。但缺点也很明显，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境影响较大。

明挖法的技术优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案明挖法根据施工特点可分为：明挖法顺作法，盖挖顺作法，盖挖逆作法等，后两种又称为盖挖法。6.1.1明挖顺作法明挖顺作法施工顺序一般可以分为4大步：围护结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土。其施工方法是首先从地面向下开挖出基坑，在基坑内进行结构施工，然后回填回复地面。明挖法根据施工特点可分为：明挖法顺作法，盖挖顺作法，盖挖逆作明挖法地下结构施工示意图挖建盖（填）武汉市的地下通道基本采用这种施工方法，如洪山广场地下通道、首义广场底下通道等。明挖法地下结构施工示意图挖建盖（填）武汉市的地下通道基本采用明挖法施工顺序

明挖法施工顺序城市地下空间工程导论第六章课件6.1.2盖挖法盖挖法是一种先做钻孔灌注桩或连续墙作为维护结构和支撑结构，在该结构保护下再做桩顶纵梁、盖顶板，恢复路面。然后，在桩及钢筋混凝土顶板的支护下进行主体结构施工的方法。根据开挖和结构施工顺序的不同，盖挖法又可分为盖挖顺作法和盖挖逆作法两类。盖挖法是一种比较快速、经济、安全的施工方法。6.1.2盖挖法(1)盖挖顺作法盖挖顺作法是指土方开挖全部结束后由下而上进行结构施工。在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆盖结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和架设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡土结构外露部分并恢复道路。(1)盖挖顺作法地下工程盖挖法施工盖挖顺作法工法过程示意地下工程盖挖法施工盖挖顺作法工法过程示意地下工程盖挖法施工北京地铁复八线永安里站(盖挖)钢管柱地下工程盖挖法施工北京地铁复八线永安里站(盖挖)钢管柱(2)盖挖逆作法盖挖逆作法原理：先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。(2)盖挖逆作法盖挖逆作法施工顺序盖挖逆作法施工顺序逆作法工艺特点包括：（1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。（2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。（3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。（4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。（5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。（6）由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。（7）逆作法存在的不足，如逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管。还有照明、通风、排渣等逆作法工艺特点包括：6.1.3施工关键工序在使用明挖法施工时的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有：（1）放坡开挖技术适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。（2）型钢支护技术一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。（3）连续墙支护技术一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。6.1.3施工关键工序（4）混凝土灌注桩支护技术一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。（5）土钉墙支护技术在原位土体中用机械钻孔或人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。（6）锚杆（索）支护技术在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。（7）混凝土和钢结构支撑支护方法依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。（4）混凝土灌注桩支护技术城市地下空间工程导论第六章课件6.1.4辅助工作施工防排水其目的是力求使地表水和地下水不流入基坑中，以保持坑壁的稳定和创造良好的施工条件。在基坑开挖之前，必须在其周围开挖排水沟拦截地表水。在含水地层中施工时，根据水文地质条件，可选用集水坑水泵抽水、井点降水、钢板桩围堰、压浆堵水或等冻结法施工防排水方法。6.1.4辅助工作6.2暗挖法暗挖法是指在特定条件下，不开挖地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。它是城市地下工程施工的主要方法之一，适用于不宜明挖施工的含水量较小的各种地层，尤其对城市城区地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地沉陷要求严格的情况下的地下结构工程更为适用。随着地面交通运输量越来越大，以及人们环境保护意识的提高，地下工程暗挖法已经逐渐取代明挖法而广泛应用于城市地下施工。

6.2暗挖法暗挖法施工具有下列特点：①受工程地质和水文地质条件的影响较大；②工作条件差、工作面少而狭窄、工作环境差；③暗挖法施工对地面影响较小，但埋置较浅时可能导致地面沉陷；④有大量废土、碎石须妥善处理。暗挖法主要包括：钻爆法（矿山法）、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、沉管法等。尤其以浅埋暗挖法、盾构法、顶管法和掘进机（TMB）法等应用较为广泛。

暗挖法施工具有下列特点：①受工程地质和水文地质条件的影响较大暗挖法地下结构施工示意图一般坚硬岩层中的隧道均采用该方法施工，如大瑶山隧道、秦岭隧道等。挖衬埋深一般大于10m暗挖法地下结构施工示意图一般坚硬岩层中的隧道均采用该方法施工浅埋暗挖法地下结构施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆埋深一般小于5m一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差的地段，武汉市的地下过街通道大多采用该法施工。如武汉广场、武汉会展中心、洪山广场过街通道等取决于围岩类型浅埋暗挖法地下结构施工示意图初衬二衬超前支护锚杆、管棚或灌浆暗挖法的技术核心就是新奥法的基本原理，施工中采用多种辅助措施加固围岩，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，是一种抑制围岩过大变形的综合配套施工技术。新奥法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，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测和监控，指导地下工程的设计和施工。浅埋暗挖法是针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层和软弱破碎岩层施工而提出来的。暗挖法的技术核心就是新奥法的基本原理，施工中采用多种辅助措施6.2.1浅埋暗挖法浅埋暗挖法是在近十几年发展起来的一种新方法，该方法现在已经在城市地铁、市政地下管网及地下空间的其他浅埋地下结构物的工程设计与施工中广泛应用。如何有效控制浅埋地下工程施工扰动诱发的地面移动变形，成为浅埋地下工程设计与施工研究的重点、难点和热点问题。基于从控制地面变形、减少对环境的不利影响、降低施工成本等方面考虑，形成了各种适用于浅埋地下工程施工地方法。为了达到及时支护，防止地层沉降的目的，必须完全稳定后，再敷设防水隔离板，施加二次模筑混凝土衬砌，这是最符合地下工程受力特点的一种结构。6.2.1浅埋暗挖法该开挖方法有全断面法、正台阶法、单侧壁导洞法、中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、双侧壁导洞法（眼镜工法）、洞桩法（PBA法）、中洞法及侧洞法等。该方法具有灵活多变，对地面建筑、道路和地下管网影响不大，拆迁占地少、不扰民、不污染城市环境，是目前较先进的施工方法。该方法在铁路、公路及软弱地层中也开始应用。该开挖方法有全断面法、正台阶法、单侧壁导洞法、中隔壁法（CD1.全断面开挖法全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环。同时，施作初期支护，铺设防水隔离层（或不铺设），进行二次筑模衬砌。1.全断面开挖法全断面法施工工序示意图全断面法施工工序示意图城市地下空间工程导论第六章课件城市地下空间工程导论第六章课件隧道施工预支护措施在软弱围岩中施工最重要的是提高围岩的自支护能力，保证开挖及后续作业的进行。必须采用施工辅助措施对地层进行预支护或预加固。

铁路隧道施工中经常采用的辅助措施有：留核心土；喷射混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆、插板、或小钢管；管棚；临时仰拱封底；超前小导管注浆；开挖工作面及围岩预注；垂直锚杆；水平高压旋喷；预衬砌；冻结法等。上述措施的选用应视围岩条件、涌水状况、施工方法、环境要求等而定，一般宜采用几种措施综合治理。隧道施工预支护措施在软弱围岩中施工最重要的是一、超前锚杆、小钢管此法的要点是开挖掘进前，在开挖面顶部一定范围内，沿坑道设计轮廓线，向岩体内打入一排纵向锚杆(或型钢，或小钢管)，以形成一道顶部加固的岩石棚(图6-86)。然后，在此棚保护下进行开挖。超前锚杆宜采用早强砂浆锚杆。小钢管应平直，尾部焊箍.，顶部做成尖锥状。对于小钢管来说，其外插角的偏差不应超过5°，孔位偏差不应超过100mm，顶入钻孔的长度不小于管长的90％。开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。一、超前锚杆、小钢管超前锚杆宜采用早强砂浆城市地下空间工程导论第六章课件二、管棚管棚是在隧道开挖之前沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道平行钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆，来增加钢管外围岩的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化，由管棚和围岩构成棚架体系(图6-87)。图6-87管棚预支护围岩二、管棚图6-87管棚预支护围岩管棚主要适用于围岩压力来得快来得大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。在设计中，要充分考虑地质、周边环境、隧道开挖断面、埋深以及开挖方法等，决定管棚的配置、形状、施工范围、管棚间隔及断面等。一般多采用图6-88所示的形状。a)扇形配置;b)半圆形配置;c)门形配置;d)全周形配置;e)上半单侧配置;f)上半双排配置;g)一字形配置图6-88管棚的配置和形状管棚主要适用于围岩压力来得快来得大，用于对围岩变三、超前小导管注浆此法的要点是在开挖掘进前，先用5cm～10cm厚的喷混凝土将开挖面和5m范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管。由上而下的向小导管内压浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化后，即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈，在此圈的防护下即可安全地进行开挖（图6-91）。小导管一般采用直径32mm的焊接钢管或直径40mm的无缝钢管制作，长度宜为3m～6m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔10cm～20cm交错钻眼，眼孔直径宜为6mm～8mm。如图6-84c所示。三、超前小导管注浆小导管一般采用直径32mm的焊接超前小导管注浆超前小导管注浆四、预注浆加固围岩预注浆方法是先在掌子面前方的围岩中将浆液注入，从而提高了地层的强度和稳定性，降低了渗透性，形成了较大范围的筒状封闭加固区，然后在其范围内进行开挖作业。四、预注浆加固围岩工作面预注浆广州地铁地表深孔分段注浆技术工作面预注浆广州地铁地表深孔分段注浆技术无钉铺设塑料防水层技术渝怀线圆梁山隧道注浆技术无钉铺设塑料防水层技术渝怀线圆梁山隧道注浆技术全断面法主要适用于Ⅰ～Ⅲ类围岩、土质稳定、断面较小的隧道施工，当断面在50m2以下，隧道又处于Ⅲ类围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工。但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20m２以下，且施工中仍须特别注意，山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道工程施工多用此法。全断面法主要适用于Ⅰ～Ⅲ类围岩、土质稳定、断面较小的隧道施工优点：全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织的管理。缺点：（1）由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。（2）每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。

优点：全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化2.台阶开挖法台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，分步开挖，如图6-4。根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法﹑中隔墙台阶法等。该法在浅埋暗挖法中应用最广，可根据工程实际、地层条件和机械条件，选择适合的台阶方式。正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。上台阶长度（L）一般控制在1~1.5倍洞径（D），根据地层情况，可选择两步或多步开挖法。

2.台阶开挖法台阶法施工工序示意图台阶法施工工序示意图大跨隧道软弱围岩施工大跨隧道软弱围岩施工1）上下两部分步开挖法。采用此法，若地层较好（Ⅳ～Ⅴ类），可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护后形成封闭结构。若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。1）上下两部分步开挖法。2）分步开挖留核心土该法适用于较差的地层，围岩级别Ⅵ、Ⅴ类，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土。用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过10d，以确保地面沉陷控制在50mm以内。2）分步开挖留核心土弧形导坑预留核心土施工工序示意图弧形导坑预留核心土施工工序示意图对于台阶法的评价：（1）灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，这是各种不同方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化（变好或变坏），都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母。（2）具有足够的作业空间和较快的施工速度。台阶有利于开挖面的稳定性，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。当地层无水、洞跨小于10m时，均可采用该方法。（3）台阶法开挖的缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩扰动的次数等。对于台阶法的评价：3.分步开挖法分步开挖法主要适用于地层较差的大断面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括单侧壁导坑超前台阶法、中隔墙法（CD、CRD工法）、双侧壁导坑超前中间台阶法（也称眼镜工法）和双隔墙中间预留核心土法等多种形式。3.分步开挖法（1）单侧壁导坑超前台阶法单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3~4m，这样就可将大跨变成3~4m跨和6~10m跨。这种施工方法简单而可靠。采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为稳定工作面，经常和超前小导管预注浆等辅助施工措施配合使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出渣。（1）单侧壁导坑超前台阶法单侧壁导坑超前台阶法开挖方式单侧壁导坑超前台阶法开挖方式（2）中隔墙法（CD工法）和交叉中隔墙法（CRD法）a概述中隔墙法也称CD工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔墙法（也称CRD工法）。CRD工法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。（2）中隔墙法（CD工法）和交叉中隔墙法（CRD法）中隔壁（CD）法施工工序示意图中隔壁（CD）法施工工序示意图交叉中隔壁（CRD）法施工工序示意图交叉中隔壁（CRD）法施工工序示意图CRD工法超浅埋大跨度施工技术CRD工法超浅埋大跨度施工技术b方法对比大量施工实例资料的统计结果表明，CRD工法优于CD工法（前者比后者减少地面沉降近50%），而CD工法优于眼镜工法。但CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大断面地下结构物（如停车场），且地面沉降要求严格时才使用。采用中隔墙法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5~7m。为稳定工作面，往往与预注浆等辅助施工措施配合使用，采用人工开挖、人工出渣方式。

b方法对比（3）双侧壁导坑超前中间台阶法双侧壁导坑超前中间台阶法也称眼镜法，也是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度（﹥20m）分成三个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大、单侧壁导坑超前台阶法无法满足要求的三线或多线大断面铁路隧道及地下工程。该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。

（3）双侧壁导坑超前中间台阶法施工时，应先开挖两侧的侧壁导洞，在导洞内按正台阶法施工，当隧道跨度较大且地质情况较差时，上台阶也可采用中隔墙法或环形留核心土法开挖，并及时施作初期支护结构，在初期支护的保护下，逐层开挖下台阶至基底，并进行仰拱或底板的施工。施工过程中，左右侧壁导洞错开应不小于15m，确定这个数值的前提是，在开挖中引起的导洞周边围岩的应力重新分布不影响已完成的导洞。关于上、下台阶之间的距离，可视具体情况，按台阶法确定。

施工时，应先开挖两侧的侧壁导洞，在导洞内按正台阶法施工，当隧双侧壁导坑法施工工序示意图双侧壁导坑法施工工序示意图三线大跨隧道双侧壁导坑法施工三线大跨隧道双侧壁导坑法施工6.3盾构法盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

6.3盾构法盾构机实物盾构机实物盾构机头部盾构机头部1.盾构施工原理马达驱动刀盘旋转切削土体，同时盾构机液压千斤顶将盾构机向前推进，并向密封仓内加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配，经舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。1.盾构施工原理盾构机效果图盾构的种类很多，目前广泛采用最先进的盾构有泥水加压复合式盾构和土压复合式盾构。盾构机效果图盾构的种类很多，目前广泛采用最先进的盾构有泥水加盾构机主要组成部分盾构机主要组成部分城市地下空间工程导论第六章课件盾构成型隧道盾构成型隧道2.盾构法施工的基本条件:在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，（1）线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井.（2）隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于盾构直径。（3）相对均质的地质条件。（4）如果是双洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m。（5）从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。2.盾构法施工的基本条件:3.盾构法施工步骤：盾构施工方法由以下几个步骤组成：第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。3.盾构法施工步骤：城市地下空间工程导论第六章课件城市地下空间工程导论第六章课件城市地下空间工程导论第六章课件4.盾构法施工的优缺点优点：（1）安全开挖和衬砌，掘进速度快；（2）盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。（3）不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；（4）穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；（5）在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。缺点：（1）断面尺寸多变的区段适应能力差；（2）新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。4.盾构法施工的优缺点盾构法地下结构(隧道)施工示意图盾构法隧道施工适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。

盾构法地下结构(隧道)施工示意图盾构法隧道施工适用于软土地区6.4顶管法顶管施工法是继盾构法之后而发展起来的一种地下管道施工方法，主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法，起源于美国。6.4顶管法1.顶管施工的基本原理先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，借助主顶油缸及管道间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起，与此同时，紧随工具管或掘进机后面，将预制的管段顶入地层。顶管法是一种边顶进，边开挖地层，边将管段接长的管道埋设方法。1.顶管施工的基本原理顶管法施工顺序注：1-预制的混凝土管；2-运输车；3-扶梯；4-主顶油泵；5-行车；6-安全护栏；7-润滑注浆系统；8-操纵房；9-配电