地下工程热点讨论

“地下工程”

当前热点分歧问题的讨论

北方交通大学王梦恕

当前存在的26个主要热点分歧

1.为什么用复合式衬砌做为地下工程的首选结构形式。当前还出现的有喷锚支护结构、减薄衬砌结构、临时初期支护加整体模筑衬砌结构等，以及盾构施工的管片圆形衬砌、压缩混凝土衬砌等。

2、衬砌厚度在纵向是否允许不均匀，一次支护有强、弱、强弱之形式。如何进行评价，如何规定超欠挖的理念。

3、衬砌背后空洞的分析，允许有空洞，拱套拱的传力是正确的，锚杆法的计算是点接触算法，不是面接触的算法，如何规范空洞的范围和大小，对验收也有很大的指导意义。

4、有限元计算的意义有多大？塑性区的概念是什么？塑性区地层是否可以承受荷载，三向刚性试验机所做的岩石破坏曲线全过程说明了什么？

5、地下工程是否应该坚持动态信息化施工，设计是否应进行动态信息化反馈设计，管理部门是否应进行动态管理，信息化设计与施工应是干好地下工程的重要方法。

6、今后隧道施工对防排水的要求，以堵为主，以限排为辅的做法是否应该推广，为了保护水环境，如何堵？衬砌结构如何计算？岩溶地区的水压很大，如园梁山隧道水压高达4.3Mpa，衬砌按1Mpa计算，隧道周边注浆加固厚度5~8M,限排水量3~5m3/昼夜.m,是否合适？

而埋深较浅的南岺隧道，曲于按以排为主的设计，地表多处凹坑出现，最大水压为0.3Mpa左右，如何考虑。所以，衬砌考虑水压力的计算公式如何确定？岩溶地区隧道结构的受力如何计算？

7、城市地铁区间和车站的防排水原则是什么？抗浮的两个办法如何选择？全包、半包的优缺点，是否全部堵死，做到和盾构管片所要求的（但未做到）滴水不漏，抗拔桩能否不做？埋设盲管是否可以代替（广州公园前车站456m长，用盲沟排水）。

8、围护结构和侧墙之间设剪力筋是否对？应做到两层之间剪力为零。可实现不渗不漏，剪力筋的设置是错误的。9、钻孔确定地层参数是否可用声波和施工中的超前预报所取代，超前预报应做为工序

给施工单位费用列入必须工序中，以确保地质的真正可操作性。

10、超前支护的各种方法的研讨，小导管、小导管注浆、深孔或周边预注浆、全断面围幕注浆、大管棚加注浆、水平旋喷、水平搅拌、冻结法等，如何选择？原则是什么？

11、各种开挖方法的选择要点，全断面法、正台阶法（取消半断面法）、中隔墙法（CD）、CRD法（变大跨为小跨）、眼镜工法、中洞法、侧洞法、柱洞法等八种主要方法选择的次序。

12、铺底超前的施工原则为什么要强调，主要保护地基防止翻浆冒泥，也有利于少超挖，节约工程投资。

13、管棚超前的长度如何确定？小导管长度初期为什么订为3.5M长？

14、锚杆短而密的好处是什么？是否要穿过所谓的塑性区？

15、喷混凝土的方法应改为初喷＋复喷工艺，不找顶的好处是什么？潮喷是今后的主要方向，湿喷代替不了潮喷。

16、地下工程结构型式的研究非常重要：

①

为什么不推荐三拱两柱或二拱单柱结构而在地铁5号线改为外支护（一次支护）单拱大跨，内衬砌連拱。②

为什么不在公路隧道推荐双連拱隧道，尤其长度不易超过400M，这种结构较易开裂，对多连拱隧道也应限制。③

为什么推荐分离式隧道加横通道组成的地铁车站模式。④

隧道的净距多少合适？17、TBM应优选开放式，其结构简单，易调整方向，易及时支护，反而不塌方，安全。小TBM加钻爆法是今后施工的方向，导洞超前可提高钻爆法扩大进度2~3倍，光面爆破效果好，可以减少超挖，减少扰动约30%。

18、盾构的发展过程是从稳定工作面的方法而不同的，从高压空气、泥水、粘土；所以出现气压盾构，泥水盾构，土压平衡盾构，复合式土压平衡盾构。

19、过海、过江方法的研讨，沉埋管段法的关键技术是什么，事故的原因？

20、隧道病害的原因，设计方面、施工方法及管理方法三者的关系。

21、降低工程造价的方法？

22、结构可靠性、耐久性的研究。百年大计的措施是什么？

23、取消洞门的研究；衬砌结构型式的优化、圆形断面，取消避人洞的可能，千篇一律，能否改掉。

24、高新技术如何改善传统土木工程的讨论。量测的现代化（无尺量测）；高性能混凝土的应用；液压钻代替风钻的重要性。

25、编制中国隧道修建法的重要性。

26、隧道快速施工的研究。

附件1：

北京地铁浅埋暗挖施工技术的特点

一、具有独特的设计、施工和量测信息反馈的工程特点：二、创新和发展了复合式衬砌施工技术、并首次用在地铁工程之中；三、研究、创新了先进的劈裂注浆方法坚固地层。四、设计了新形式的钢筋网构拱架，在国内外均属首次大规模应用：五、小导管超前施工是稳定工作面，通过各种复杂不良地层的独特技术。六、找到了一整套能人为控制地表下沉的方法。七、建立了一整套变位监测系统，使施工的全过程处于严格的监测控制之中避免了过去盲目施工的局面。八、丰富和发展了新奥法。九、创新了一整套适合北京城区的不同跨度的支护方法、施工方法、施工原则和管理方法。1、创造了变大跨为小跨的经济开挖方法，如中隔墙台阶方法，单侧臂，正台阶法，在国内外未见到这种提法。

2、创造了18字的施工原则：管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测。

结语：“北京地铁浅埋暗挖施工技术”具备独特性、经济性、先进性及广泛的适用性，为城市地铁的修建开辟了一条新路。

附件246条复合衬砌设计、施工的流程要点一、总则

1、复合衬砌是指锚喷作初期支护，模注混凝土做二次衬砌（二层间根据需要可设置防水层）的一种永久性承载结构。锚喷支护是锚杆、喷混凝土、钢筋网、钢拱架共同组成的多种支护的简称。通过工程类比、理论计算和现场监控量测来确定支护衬砌设计参数和两层衬砌施作时间，达到既利用、加固围岩，又充分发挥围岩和衬砌的承载能力。2、施工前应做好隧道工程地质（包括必要的岩石物理力学指标）和水文地质勘测工作，并按铁路隧道围岩分类确定围岩等级。在施工过程中，再根据实际地质情况进行补充和修正，并按流程图进行控制。3、设计时，要选择合理的断面形式、结构参数，开挖方式和作业循环。4、用钻爆法开挖时，应采用光面爆破或预裂爆破；尽量减少对围岩的扰动，严格控制超挖和欠挖，条件许可时，宜采用大断面开挖；围岩自稳时间较短时，应采用强度高、早期刚度大的初期支护，初期支护必须紧跟工作面，并尽快作仰拱，必要时还需采取措施预先加固围岩。5、复合衬砌的设计与施工应密切配合，做到安全可靠，经济合理；复合衬砌施工应做好施工管理、质量检查和现场监控量测工作；根据量测信息，应及时确认或变更设计和施工方法；施工前应对操作人员进行培训和考核。二、复合衬砌的设计

6、复合衬砌宜在Ⅰ－Ⅳ类围岩各种断面的铁路隧道及在有特殊要求的Ⅴ类围岩中使用。7、复合衬砌的设计参数应按围岩类别、工程地质和水文地质情况、埋深及隧道跨度等用工程类比法参照表一确定，也可采用理论方法验算。在长大或特殊隧道，还要根据量测信息反馈以确认或修改支护衬砌设计参数。8、复合衬砌应按照下列规定设计：

⑴初期支护和二次衬砌按不同的受力状态设计，初期支护允许产生裂缝而二次衬砌不应产生裂缝。⑵当初期支护与二次衬砌间设有防水层时，只考虑其传递径向力，当无防水层两层密粘时，还应考虑切向力的作用。该切向力可能对二次衬砌结构产生变形，在新奥法指南中把防水板改为防水隔离层，其目的一是防水，二是防裂。

⑶围岩较差地段的复合衬砌，必须沿隧道走向围岩较好地段延伸5－10米。⑷岩面光滑不易保证与喷混凝土层粘结时，初期支扩应以锚杆或钢筋网喷射混凝土为主。9、二次衬砌受力条件与围岩类别、埋深、施工方法、围岩与初期支护受力和变形情况以及模注二次衬砌时间有关，可用工程类比参考表“复合衬砌设计参数”确定，也可参考下面原则确定。

⑴Ⅳ类及其以上围岩，在初期支护变形基本稳定后才做二次衬砌，这时二次衬砌，这时二次衬砌不受力或受力不大，可用作提高衬砌结构安全度；二次衬砌的厚度可按构造要求确定，一般单线隧道为25厘米，双线隧道为30厘米的等厚断面；

⑵在有较明显的流变、锚杆和钢筋腐蚀、地下水等影响和浅埋的软弱围岩，以及未胶结松散地层中采用复合衬砌时，应按两层衬砌分别受力情况设计。一次支护要强，承受全部荷载，二次衬砌也要加强，主要考虑后期流变。

10、二次衬砌施作时间，应在围岩和初期支护变形基本稳定并具备下列条件时进行。当不能满足这些条件，支护变形无收敛趋势，初期支护的支护能力难以增加时，可提前做二次衬砌。

⑴位移速率有明显减缓趋势：水平收敛（拱脚附近）速度小于0.1－0.2毫米/天，或拱顶下沉速度小于0.07－0.15毫米/天；⑵施作二次衬砌前的位移值，应占总位移值的80－90%以上；⑶初期支护表面裂缝不再继续发展。

11、隧道开挖轮廓应预留变形量，其值可根据围岩分类和隧道跨度采用工程类比法参照下表确定，但要注意：

（1）埋深大取大值，埋深浅取小值；

（2）

脆性岩体中的隧道取小值，塑性岩体中的隧道取大值；（3）

有明显流变、较大原岩应力和膨胀的岩体，应根据量测数据反馈分析选定。12、遇下列情况采用复合衬砌时，应慎重对待。可采用早强喷混凝土、钢纤维喷混凝土、早强砂浆锚杆、超前锚杆、钢支撑、管棚法等加强初期支护；以及预先用深孔注浆、压注水泥砂浆或化学浆液等加固围岩。

⑴拱顶覆盖层厚度小于一倍隧道洞径，或有明显偏压时；⑵自稳时间很短、未胶结的砂砾石地层；⑶膨胀性地层；⑷大面积淋水地段，或能引起严重腐蚀地段；⑸严重冻害地区；⑹有严重湿陷性的黄土地层；⑺原始地应力过大的地层。

三、锚喷支护

13、对于软弱破碎岩体喷射混凝土应紧跟工作面，随挖随喷。当开挖面岩体自稳时间小于一个掘进循环时，除加强监测和修改方法外，开挖面应采用喷混凝土比为1：4－1：4.5，含砂率45－55%，水灰比0.4－0.5，速凝剂掺量一般为水泥重量的2－4%。14、喷射混凝土应分段分片依次进行，喷射作业自下而上；一次喷射厚度：拱部为5－6厘米，边墙为6－8厘米。分层喷射时，后一层喷射在前一层终凝后进行，若终凝一小时后再喷，应用高压风清洗喷层表面；喷头与喷面应尽量垂直，宜保持0.6－1.0米的距离；喷头处风压应0.1PMa左右；应采取相应措施降低粉尘浓度，减少回弹；回弹率，拱部不大于25%，边墙不大于15%。

15、在软弱围岩掘进时应先喷混凝土后安装锚杆。一般用砂浆锚杆，围岩自稳时间较短时宜采用早强砂浆锚杆；锚杆要尽早安装，安装时间：Ⅱ类围岩不超过开挖后12小时，Ⅲ、Ⅳ类围岩不应超过24小时。

16、砂浆锚杆的钢筋用20锰硅或3号钢，直径16－22毫米，锚杆长一般为2－3.5米，锚杆宜按梅花形排列，其间距不得大于锚杆长度的1/2。锚杆的锚固力不低于50KN；水泥砂浆标号不低于200号。

17、钢筋网喷混凝土的厚度，最小为10厘米，最大不宜超过20－25厘米；钢筋网应随岩面铺设，间隙一般为30毫米；与锚杆焊接牢固，使之不发生颤动。采用双层钢筋网时，第二层钢筋网被混凝土覆盖后铺设。

18、钢筋网的钢筋一般用3号钢，直径6－12毫米，间距为150－300毫米，钢筋保护层厚度不应小于20毫米。四、钢支撑

19、在围岩自稳时间很短的Ⅰ、Ⅱ类围岩，和浅埋偏压等早期围岩压力增长快的地段，以及难以施作锚杆、喷混凝土的砂卵石和土夹石等松散地层、层泥和大面积涌水地段，可采用钢支撑和锚喷联合支护。以增加初期支护早期强度和刚度，控制围岩过大的变形。20、根据围岩变形量大小，可采用刚性和柔性钢支撑。钢支撑材料：H型钢、Ⅰ字钢、钢轨、钢管和钢筋格拱等。21、锚喷支护未做或已做但未发挥作用时，钢支撑按单独受力设计；当锚喷与钢支撑形成联合支护时，按二者共同受力设计。22、钢支撑安装时应按照下列规定：

⑴

应架设在与隧道轴线垂直的平面内；⑵

钢支撑与围岩或锚喷支撑点用钢筋混凝土或钢楔块顶牢，钢支撑背后要喷满；钢支撑应与锚杆焊接成一体，共同受力；⑴

钢支撑的拱脚应设在稳固的岩层或为扩大承压面的钢筋混凝土或钢垫块上，保证拱脚稳定；⑷钢支撑的保护层不小于2厘米；⑸钢管支撑应设灌浆孔，安装后管内要灌满不低于200号的砂浆。

23、可缩钢支撑可参照下列条文设计：

⑴根据位移的大小决定可缩钢支撑的可缩接头个数，一般情况下，单线隧道为2个，双线隧道为2－3个；⑵

可缩接头的伸缩量，根据隧道最大控制位移量计算确定，每个接头最大的伸缩量不宜超过100毫米⑶可缩接头的滑动阻力，宜按钢支撑承受轴向力的一半进行设计。

24、可缩接头附近的喷混凝土应设20厘米宽的纵向伸缩缝，待可缩接头全拢后，用喷混凝土封闭。

五、模筑混凝土二次衬砌

25、一般情况下，二次衬砌应在围岩与初期支护变形基本稳定后施作，基本稳定的标准应满足第10条规定。26、围岩变形趋于稳定，仰拱或铺底工作可在灌注二次衬砌后进行；当围岩变形过大而无收敛趋势时，应提前做仰拱，这时，仰拱至开挖面的距离一般不大于2倍隧道宽度。

27、隧道埋深浅，岩体流变特性明显，有地下水的软弱围岩，提前施作仰拱围岩变形仍不稳定且初期支护不宜加强时，应提前灌注二次衬砌。

28、初期支护与二次衬砌间要密贴由不留空隙。超挖部分除拱脚上、下各一米范围应用同级混凝土回填外，其余部分根据空隙大小，材料供应情况可用同级混凝土、浆砌片或素混凝土回填；二次衬砌灌筑后，拱顶附近空隙后应压浆处理。

29、灌注二次衬砌应按照下列规定进行：

⑴

灌注前高压射水清洗喷层表面，并清除基底虚碴、污物和积水，确保基础稳定；⑵

架设拱架、模板时，应位置准确、联接紧密、严防走动，并预留拱架的沉落量；（3）

灌注混凝土时应左右对称分层进行，并用振动器捣固，做到内部密实，外部平整；每次灌注长度一般为6－12米；（4）拆模后应做好洒水养护工作。

30、为加速模板周转，在二次衬砌灌注后不立即承受围岩压力而只承受衬砌自重时，混凝土的拆模强度为2.5MPa；二次衬砌灌注后立即受力时，应在混凝土强度达到设计强度70%时方能拆模。

31、二次衬砌施作期间有涌水时，必须做引水、排水、堵水工作，防止水流影响混凝土质量。32、灌注二次衬砌混凝土时，应参照下列措施防止或减少裂缝发生；

（1）混凝土中加外加剂。减水单位水泥和水的用量，从而减少由于水化热和干缩等原因所产生的裂缝；（2）采用光面爆破尽量使围岩与喷层表面平顺，减少过大的凹凸不平而产生应力集中裂缝；

（3）

因防水需要在初期支护和二次衬砌间设防水层，也可减少初期支护约束而产生的裂缝；（4）

宜采用先墙后拱、自上而下灌注二次衬砌，中间不留间歇缝；（5）采用模板台车时，宜减少一次灌注衬砌的长度。灌注到拱脚附近要中断1－2小时（不超过终凝时间），等边墙混凝土下沉基本稳定后再灌注拱部。

六、复合衬砌防排水

33、在有水地层中，喷混凝土前应做防排水处理。有集中裂隙水处，可用导水管或导水槽将水引出；大面积渗水地段，地下水无法集中引出时可间隔铺设土工纤维布及矿碴将水引出。初期支护施作后应基本保持干燥。如地下水分布广，水量大时，在内外层衬砌间设防水层。

34、一般情况下，设不封闭无压式防水层，在地下水量小，非电气化的隧道，原则上只在拱部设防水层；在衬砌背后设盲沟，将水引入排水沟中，当有特殊要求时，可设全封闭有压式防水层，二次衬砌要承受地下水压力。

35、初期支护和二次衬砌间防水层可采用塑料板、喷涂防水层或二次衬砌采用防水混凝土。

36、防水层材料应具有下列性能：防水性能好，化学性能稳定。可抗酸、碱、盐等水溶液的腐蚀作用，无毒、耐久性能好，有足够的柔性、延伸率、抗拉和抗剪强度。37、塑料板防水层及喷涂防水层施工应遵守规定：38、进行防水层施工时应采取必要的防火措施，并作好工人劳保、福利工作。

七、现场量测

40、现场量测的目的：41、现场量测项目：

42、量测资料的应用

附件3：

复合衬砌结构和防水层设计施工一、隧道排水有两种形式二、防水层材料的选择北京地铁复八线工程复合式衬砌防水层采用LDPE膜及EVA膜作为防水层。

三、几点结论1、通过大量实践证明，隧道与地铁车站、地下停车场等采用复合式衬砌，技术先进，安全可靠，防水及防潮性能好，经济合理。

2、根据不同工程地质、水文地质条件及工程性质、用途等决定采用全封闭防水还是排水型隧道。

3、防水层采用双层结构。用PE泡沫塑料垫衬做缓冲层效果同无纺布，但施工方