浅埋暗挖法设计与施工

浅谈浅埋暗挖法设计与施工提纲浅埋暗挖法的历史浅埋、超浅埋、深埋的确定浅埋暗挖法的机理浅埋暗挖法的支护及衬砌浅埋暗挖法的施工工法对浅埋暗挖法设计施工中几个问题的认识与建议附：断面结构型式1.浅埋暗挖法的历史1．1浅埋暗挖法概念的提出浅埋暗挖法的概念：新奥法（NewAustrianTunnellingMethod-NATM）是六十年代奥地利专家L.V.Rab-cewiz总结前人在隧道工程中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工新技术，它的核心是利用围岩支护隧道使围岩本身形成支承环。中国工程师在新奥法的基础上，结合中国国情，创立了浅埋暗挖法，它的特点是沿用新奥法原理分析体系，建立量测信息反馈设计和施工，同时采取超前支护和改良地层，注浆加固等配套技术来完成隧道的设计与施工。浅埋暗挖法名称的确定：北京地铁首次采用浅埋暗挖法设计，建成了复兴门车站折返线工程。由于取得了很大的经济效益和社会效益，于1987年8月25日由北京市科委、铁道部科技司共同组织了国家级成果鉴定，与会专家和各级领导对该法进行了认真的讨论，最后否定了“软弱地层新奥法”、“中国特色新奥法”、“北京地铁浅埋暗挖法”等名称，确定采用“浅埋暗挖法”这个名称。它更能反映该方法的特点，说明该方法不仅可在北京地层中应用，而且也可以在全国类似的各种地下工程中应用。

1．2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NATM法成功应用的实例。日本的城市地铁多修建在浅埋软弱地层中，过去大多采用明挖法施工，自1976年采用新奥法技术以后，就逐渐地把山岭隧道使用的新奥法技术转移到了城市地铁中来，目前用新奥法技术修建的城市地下工程越来越多，如粟山、大贯、第一原、旭丘、北四番丁等城市隧道和横滨市地铁区间及地铁车站等。德国是当今地下工程中应用新奥法技术最多的国家，他们不仅在地铁区间隧道应用，而且还在多层多线路大断面地铁车站中广泛应用，如慕尼黑、法兰克福、埃森、波鸿、纽伦堡地铁车站等，其施工技术已发展到了较高水平。

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线4工区北陆高速公路泊隧道维也那地铁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11-13m8-26m约15m5-15m8-20m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420m60m1240m770m70-80m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，并首先在地铁复-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，经过多年的不断总结、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。并形成各地域各城市的特色如南京地铁软流塑地层暗挖施工工法，广州地铁含水砂层暗挖施工工法等。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。

2深埋、浅埋、超浅埋的判定目前深埋、浅埋、超浅埋的提法很多，但都不太确切，有必要进行区分，二种埋置深度隧道的设计和施工方法都有区别。通常深埋隧道荷载按塌落拱计算,可按新奥法原则设计,可利用围岩自身承载力,主要问题是隧道本身的施工安全；浅埋隧道按松散荷载计算,超浅埋隧道则按全土柱加地面动、静换算荷载计算,主要问题是控制地层位移,环境保护。目前，根据工程类比、参照国内外工程实践和理论计算，进行了一系列现场试验、模型试验和有限元电算分析，并对全国己运营隧道衬砌裂缝100多公里隧道进行了调查，结合围岩测定和坍方的调查资料进行分析，现提出深埋、浅埋、超浅埋隧道分界深度的建议值。2.1.对己建成隧道裂缝的调查分析隧道衬砌裂缝约有2/3发生在浅埋段，裂缝发生的规律是:拱腰多、拱顶少；衬砌与地层不密贴多、密贴地层少；无防水隔离层多、有防水隔离层少；先拱后墙法施工多、先墙后拱法施工少；全断面一次模筑衬砌多、全断面间隙灌注少；养护不好多、养护适当少；刚性大衬砌厚多、刚性柔衬砌薄少；按矿山法施工多、按新奥法施工少；小断面开挖施工多、大断面、全断面开挖施土少。从以上规律看出裂缝的产生与埋深的关系很大，是判断隧道合理埋深的重要考虑条件。

二.分界判别标准根据隧道所处位置的特点有三种判别方法。2.

2分界判别标准1.应用埋深等于坍方统计平均高度两倍的方法。因围岩变形过大时隧道上方会形成塌落拱(压力拱)，见图3——2-1。而坍方是围岩失稳破坏最直观的形式，大量统计资料证明，当埋深大于两倍塌方高度时，才能用塌落拱公式计算。塌落拱高度与围岩类别有很大关系，根据我国铁路隧道调查资料，Ⅲ级以上围岩岩体强度较高，一般未出现由于浅埋而失稳破坏的情况，因此，通常在Ⅲ～Ⅵ级围岩中才考虑浅埋隧道的设计问题，铁路隧道新奥法指南规定:当埋深大于:Ⅵ级围岩4D～6D、Ⅴ级围岩2.0D～3.0D、Ⅳ级围岩1.OD～2.OD、Ⅲ级围岩0.5～1.OD；铁路隧道设计规范规定:当埋深大于:Ⅵ级围岩35～40m、Ⅴ级围岩18～25m、Ⅳ级围岩10～l2m、Ⅲ级围岩5～6m为深埋隧道，反之为浅埋隧道。2.应用实测压力P和垂直土柱重量γH之比来确定深埋、浅埋、超浅埋的判别方法。根据国内外近50个试验段图3——2-1资料得出:当P/γH≤0.4为深埋：P/γH＞0.4～0.6为浅埋；P/γH＞0.6～1.0为超浅埋。例如北京复兴门折返线隧道，在双线隧道处应用机械式支柱压力计进行拱脚径向压力量测，得出P/YH＞0.43～0.46，按以上判式属于浅埋。见图3——2-2。3.在初期支护作用下，

围岩塑性区达到地表（图3——2-3），地中围岩变形和地表下沉值相等时，即覆盖整体位移下沉时为超浅埋，荷载计算除按γH全部土柱外，还应计算地面交通冲击荷载。图3——2-2图3——2-33.1浅埋暗挖法的原理及特点新奥法的理论是建立在岩石的刚性压缩特性和岩石的三向压缩应力，应变特性以及莫尔学说基础上的，并考虑到隧道掘进时的空间效应和时间效应提出的新理论。这一理论集中在支护结构种类、支护结构构筑时机，岩压、围岩变位这四者的关系上，贯穿在不断变更的设计施工过程中。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，十八字方针“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”是其精髓。浅埋暗挖法机械化程度低，主要靠人工施工，机动灵活，对工程的适应性强，可作成各种结构型式，在地质情况较差的情况下要采取辅助施工措施。

3.浅埋暗挖法的机理浅埋暗挖法的的支护原则是是：由于该法多多在松软第四四纪地层中修修建，所以围围岩自身承载载能力很差，，为避免对地地表建筑物和和地中构筑物物造成破坏，，地表沉降量量要严格控制制，为此要求求一次支护刚刚度要大、支支护要及时，，从图1-1的围岩和支支护的刚度曲曲线中可以看看出，交点C（稳定点））应尽量靠近近A点工作，，尽量避免较较大的地层损损失。图1-1隧隧道支护特征征曲线本人结合工程程实践提出浅浅埋暗挖法应应遵循的原则则:1.应结合工工程环境条件件、隧道本身身的安全综合合制定地表下下沉控制基准准值。2.综合环保保要求、施工工安全、工期期、造价等因因素选择施工工工法。3.强调采用用预加固措施施(超前管棚棚、锚杆、注注浆、冷冻等等)。4.隧道支护护应考虑时间间和空间效应应。5.隧道开挖挖后应尽早提提供具有足够够刚度和早强强的初期支护护，以控制围围岩变形。6.尽早施作作仰拱、封闭闭成环，仰拱拱距工作面的的距离越近越越好，最大不不宜大于一倍倍洞径。7.一般情况况下二次衬砌砌在围岩和初初期支护变形形基本稳定后后施作，但在在采取辅助措措施后，尚未未满足稳定性性要求的，则则可提前施作作二次衬砌(由于浅埋隧隧道荷载较明明确，提前施施作二衬是可可能的)。8.加强监控控量测及时信信息反馈，及及时调整支护护参数。9.衬砌形式应采采用复合式衬衬砌形式。3．2浅浅埋暗挖法的的适用条件一是掌子面能能够自稳如不能自稳创创造条件自稳稳——冷冻、、注浆加固、、水平旋喷二是无水如有水则降（（洞内轻型井井点、地表深深井）、堵（（扬体区间、、深圳向西路路过街道、结结论）、排应用范围：地域性举例：上海地地铁上海地铁浦三三路站浅埋暗暗挖出入口3.3暗挖矿矿山法修建广广州地铁综合合配套技术通过广州地铁铁一号线扬箕箕—体育西区区间形成了以以下技术：1软弱富水地地层、地面有有密集民房区区的暗挖施工工技术2饱和流沙层层固砂堵水暗暗挖施工技术术3浅埋暗挖上上软下硬地层层控制爆破技技术通过二号线和和三号线又形形成了以下技技术：1冻结法地铁铁区间暗挖施施工技术2采用“CRD”工法施施工的暗挖站站台隧道施工工技术3采用“CRD”工法或或眼镜工法施施工的渡线大大断面暗挖施施工技术4采用“中洞洞法”和“侧侧洞法”施工工的双联拱单单层暗挖车站站大断面施工工技术（林和和西站）5采用平顶直直墙“CRD”工法过暗暗河暗挖施工工技术（番隅隅广场站）4.浅埋暗挖挖法的支护及及衬砌■设计规范强强制性条文：10.5.1第10条暗暗挖法施工工的结构，应应及时向其衬衬砌背后压注注结硬性浆液液，保证围岩岩与结构的共共同作用。■需要注意的的条文：初期支护应应按主要承载载结构设计，，初期支护和和二次衬砌共共同承担永久久荷载，应考考虑在长期使使用过程中外外部荷载因初初期支护材料料性能退化和和刚度下降向向二次衬砌的的转移，作用用在不排水型型结构上的水水压力由二次次衬砌承担。。浅埋暗挖法支支护设计特点点1.工程类比比是浅埋暗挖挖设计的主要要依据，工程程设计前，首首先要把本段段的地质条件件和类似的工工程地质条件件以及结构形形式进行充分分分析对比，，以便确定出出本工程的预预选设计方案案。2.按荷载结结构模式进行行结构计算，，其计算结果果和结构实际际受力情况比比较接近。3.控制围围岩变形是是浅埋暗挖挖法设计施施工的核心心问题。4.设计和和施工应紧紧密结合，，设计应充充分考虑施施工措施可可行性、可可操作性。。5.由于浅埋隧隧道地质条条件较明确确，予设计计应尽量准准确，对施施工组织和和支护结构构进行大规规模的变更更会造成工工期和工程程费用的变变动，应尽尽量避免。。浅埋暗挖法法支护设计计方法根据有关设设计规范和和工程实际际情况，目目前浅埋暗暗挖法支护护结构设计计仍比工程程类比法为为主，辅以以量测为手手段的现场场监控设计计法和计算算为依据的的理论分析析设计法。。地下工程支支护结构设设计是一门门经验性很很强的学科科。长期以以来地下工工程都是凭凭借经验进进行设计和和施工的。。这些经验验来自大量量工程实践践，有一定定科学依据据。此外，，工程类比比法本身也也在不断地地发展。除除了日益增增多的经验验积累之外外，还要使使经验愈来来愈符合理理论观点和和不断地使使经验的处处理科学化化。如在经经验设计法法中引用各各种量测数数据，以及及采用统计计数学，模模糊数学及及电算工具具等现代手手段。5.浅埋暗暗挖法的施施工工法5.1施工工工法单跨断面：：全断面法法--Ⅰ、、Ⅱ级围岩岩台阶法—跨跨度小于6米临时仰拱法法—高度大大于5米或或沉降要求求高“CD”工工法（中隔隔墙法centrediagram）--跨跨度6-12米“CRD””工法（交交叉中隔墙墙法crosscentrediagram）--跨度6-12米米，高度大大于5米“眼镜工法法”--跨跨度12-15米，，高度小于于6米大跨或双跨跨、三跨断断面：中洞洞法侧洞法导洞法5.2辅助助工法超前支护的的辅助工法法(各自适适用条件)大管棚（（北京地铁铁蒲黄愉站站管棚长146米））小小导管管幕稳定掌子面面的辅助工工法：全断面注浆浆水平旋喷、、水平搅拌拌（深圳大大科区间、、益田路站站出入口过过街）冻结法加气法（国国外采用过过）处理水的辅辅助工法；；地面降水（（北京地铁铁、深圳地地铁车竹区区间）洞内降水堵水5.3““CRD””工法5.3.1概念：““CRD”工法就就是交叉中中隔墙法，，92年在在北京国家家计委地下下停车场工工程中首次次从日本引引进采用，，解决了大大跨度、超超浅埋、邻邻房等技术术难题，具具有施工安安全度高、、控制地层层位移好的的明显特点点。5.3.2施工原则则：严注浆浆、短开挖挖、早成环环、环套环环5.3.3几点注意意事项1.要考虑虑中隔墙为为临时工程程的特点，，支撑宜为为型钢以方方便拆除和和倒用，中中墙钢筋网网可为塑料料网、横撑撑可不设钢钢筋网，接接点连接推推荐采用卡卡槽连接。。2.未封闭闭前注意作作好锁脚锚锚杆、刚支支撑脚部垫垫实，必要要时设纵梁梁。3.注意核核心土的保保持4.根据监监测结果决决定拆撑的的长度、模模注的顺序序6.对浅埋埋暗挖法设设计施工中中几个问题题的认识与与建议6.1动态态设计问题题（实际是管管理问题））按照新奥法法的原则交交付的施工工图为予设设计，在以以后的施工工中根据监监测信息反反馈不断调调整设计存在问题：大量变更更管理不方方便变更原因分分析：●地质因素素：地质变差差—要求支支护参数加加强；地质质变好—要要求支护参参数减弱●环保因素素：为了减少少对建（构构）筑物或或地下管线线的影响，，尽量控制制地层位移移而要求增增加技术措措施如增加加注浆量，，增加、加加强临时支支撑等●人为因素素：施工单位位根据自己己的经验认认为设计存存在安全隐隐患需增加加技术措施施●管理办法法及建议：铁路做法法，北京地地铁做法，，深圳地铁铁做法建议尽快制制定动态设设计管理办办法，全部部包死—造造价控制的的好、管理理方便，单单价承包——变更多、、造价很难难控制，可可根据当地地经验(统统计数据)核定上下下限值,采采用综合的的方法等.区分设计计单位和施施工单位的的责任:设设计单位主主要责任是是永久结构构设计满足足安全和运运营需要(强调为运运营服务的的理念),施工方法法和技术措措施（指导导性的，定定性的，定定量较难））可行、可可操作性强强；施工单单位的主要要责任是确确保工程质质量和施工工安全，根根据自己的的施工经验验对施工临临时措施具具有主导性性（如对地地面沉降到到底能控制制在多少确确实要靠施施工控制））6.2控制制地层沉降降问题6.2.1地层沉降降控制标准准的制定目前标准-30毫米米（不合理理、策策略问问题）制定标准从从三个方面面：地面建建筑的沉降降控制基准准地中管线的的沉降控制制基准由管线安全全（管线抗抗拉强度控控制）允许许的地面沉沉降值的计计算方法由地层及结结构稳定需需求对沉降降的控制要要求的计算算方法6.2.2控制地层层沉降的措措施1.引起地地层沉降的的原因开挖引起的的地层应力力释放（三三维）、地地层失水引引起的二次次固结沉降降2.控制地地层沉降的的措施地面措施：：地面注浆浆加固、帷帷幕注浆超前予支护护初支背后回回填注浆(必要时地地层补偿注注浆如超浅浅埋、北京京地铁崇文文门站）稳定掌子面面措施：留留核心土、、全断面加加固（注浆浆、旋喷、、冷冻）支护：开挖挖后尽早提提供足够刚刚度和尽早早发挥强度度的初期支支护分部施工时时：尽早封封闭成环加强地基承承载力，减减少结构整整体下沉成环之前墙墙脚的稳定定拆撑转换的的结构位移移6.3初期期支护和二二次衬砌的的计算问题题6.3.1初期支护护初期支护按按钢筋混凝凝土配筋偏偏保守，浅浅埋荷载按按全部土柱柱偏保守钢拱架连接接点设置位位置：避开开受力最大大点及考虑虑施工方便便钢拱架形式式：要考虑虑整体刚度度、纵向刚刚度工字钢与八八字节拱架架的比较：：军都山隧隧道实验段段6.3.2二次衬砌砌承受多大水水压力合适适？０．６６ＭＰａ6.4地层层纵向变形形规律研究究鉴于广州地地区的地质质条件有其其特殊性，，建议专门门研究其纵纵向变形规规律，以指指导隧道的的设计和施施工。6.5广州州暗挖施工工取得了哪哪些规律性性的认识，，有哪些结结论●区间二次次衬砌由一一号线的素素混凝土后后来改为钢钢筋混凝土土●在含水砂砂层地层中中不宜采用用暗挖施工工●区间在盾盾构法和暗暗挖法之间间比较时能能采用盾构构法的尽量量采用盾