地铁施工技术讲座(下)课件

地铁施工技术讲座（下）五、暗挖法施工技术要点（一）地铁区间标准断面施工

1.必须在无水条件下开挖：1)在地层含水层中打水平井排水管，将地层中残留水集中引出来。随着工作面前进，逐步封闭水平管。打水平管要注意略有一定的上台角，管中用棉砂截砂，管端用PVC管适中引流。2)根据地层情况，可先做下半部导洞，打垂直引水管。3)注浆止水。根据不同地层采用不同浆液，如改性水玻璃，或水泥+水玻璃浆液等，必要时采用长导管注浆，搭接长度不小于2米。4)根据地层情况，适当调整格栅节点。调整格栅节点要与排水管统一考虑。有人主张调到透水层上部，有的建议做到下部，我认为调到下部为好。5)增加锁脚锚杆，必要时用锚管加注浆。6)增加临时仰拱。上述技术有时要综合采用。如果不采取上述措施，强制开挖，首先是施工环境不好，工程质量不好，甚至会发生较大沉降。2.浅埋暗挖辅助工法

（1）小导管超前支护及注浆（2）管棚（3）水平旋喷法（4）水平冻结法（1）小导管超前支护

地铁小导管一般间距每米3根，并加注浆加固地层，小导管与浆液共同起棚护作用，防止开挖时拱顶塌方。值得提示注意的地方：1）在卵石地层，特别时砂率较低时，往常打3~3.5米长φ32小导管不好打，易劈裂。一般要打φ25长2.5米左右的钢管，两步一打，也有的采用长1.75米的一步一打，搭接1米。这在北京西部地区常用。2）对较好的粘性土层，开挖采用稿刨，，小导管打入较困难，一般设计还是小导管，监理有时也坚持，我认为只要能够使开挖面稳定，可不必强求打小导管。（2）管棚

一般开挖洞门，或结构受力转换的地方，大断面，过重要管线等地方，设计普遍采用管棚方案，常用管棚为φ108~φ159，崇文门站采用φ600，此外也有采用更大管棚。管棚施工我认为有以下几点值得注意：a、管棚直径不是越大越好。最近初审一篇博士论文，它经过理论分析，管棚以φ200~φ300为最优，从施工角度看φ108~φ159较方便。b、管棚施工过程中沉降控制。目前管棚施工有两种办法，一是常规钻孔，长度在20米左右，这种管棚施工一般为带水作业，施工期间，由于水土流失，钻孔孔径较管棚大，单根管棚施工完注浆，这样会引起地层沉降4~5mm。且长距离施工要做分段管棚工作室。常规施工要尽量控制带水作业引起的水土流失，尤其在粉细砂层中，必要时可用泥浆或水泥浆液，使其带有一定的护壁作用。

c、长管棚，且两端有工作室地段（一般为两端明挖，中间暗挖段），最好采用非开挖技术，非开挖技术即是用有线或无线监视系统，对管棚钻进采用监控措施，保证施工精度。钻进时可采用小直径管，然后通过反拉，挤扩成大管，可较好控制沉降。另外亦可采用夯锤进行施工。d、施工管棚要间隔进行，同时完成一个管就立即进行注浆，防止地层中地下水的串流。地铁复八线四号井塌方教训直供借鉴。（3）水平旋喷法

土质较好时也可进行水平旋喷加固土体，一般土柱直径为300mm，相互咬合搭接，形成整体壳体，开挖时起到棚护作用。目前一般旋喷长度为20m左右，开挖18m，留2m搭接。旋喷压力为不小于20Mpa，覆土较薄时要减压，且适当缩小间距。旋喷浆液主要为水泥浆，形成柱体强度＞10Mpa。目前采用旋喷加固土体主要问题是浆液流失较大，另外长距离水平旋喷方向性偏差。水平旋喷施工，施工期间会有较大沉降，有时可超过10mm，但开挖时沉降较小，初期背后压浆亦少，对于个别点棚护不好，可补打小导管注浆处理。（4）水平冻结法

通过打水平冻结管，输入低温（-25℃~30℃）盐水，将含水地层进行冰冻，形成保护冻壳，然后进行开挖。冻结技术是很成熟的技术，关键是要控制冻结壁，要保证有一定的强度，一般冻结壁强度可以达10Mpa。冻结壁设计要重点考虑冻涨及融沉，冻结壁不宜过大，一般在1~2m厚。否则会发生较大冻涨和融沉，影响地下管线、构筑物。冻结壁形成关键在于地下水流速度。一般Q≯10m/d为理想。过大渗流速度必然提前采取降速措施（如旋喷、搅拌等）否则难以形成冻结壁。冻结法只在做管棚时沉降，开挖时基本没有沉降，经过初支背后注浆液，总体沉降小的多，特别适用于流砂、淤泥等地层。个别时有局部点冻的不好，可以随开挖时喷液氮，解决局部点问题。(二)大断面暗挖法施工

大断面暗挖主要集中在地铁车站及渡线段。主要工法为：中洞法、侧洞法、洞桩法等，介于大洞与标准断面的隧道用中隔壁法（CD法）和十字中隔壁法（CRD）。（附各种工法施工步骤图）这些工法的基本特点是将大断面划为小断面，分部开挖，做临时中隔壁，然后分拆除中隔壁，施做二衬。在施工过程，随时通过监控量测，调整施工方案和参数，实现信息化施工。CD法施工步骤图CRD法施工步骤图CRD法施工步骤图中洞法施工步骤图侧洞法施工步骤图洞桩法施工步骤图PBA法示意图通过近几年施工实践，在大断面施工中有以下几个值得注意：1）大断面划小断面，不是越小越好，要根据地层做调整，小断面固然开挖安全，但多次力的转换，造成累计沉降过大。2）原认为中洞法较为安全，控制沉降好，但实际结果中洞法在完成中洞后，开挖侧洞，由于侧向抵抗侧压的减弱，造成中洞过大变形。3）较好的方法为洞桩法，但洞桩法导洞多，洞内施工桩，作业条件差。4）大断面洞室开挖，宜先做侧洞，然后扣中拱，相对来讲，较为安全。从施工角度，我又偏向侧洞和CRD法开挖，尽量做到快封闭，这是暗挖施工的根本，也符合新奥法的基本原则。

5）在大断面的设计中我主张多洞室，不大赞成大断面的单洞室。西单站多连拱洞室拱脚防水问题，引起重视后，在天安门西、王府井东单都得到解决。单洞室施工期间难度较大，相对沉降较大。当然最终受力较好和车站景观较宏伟。但施工难度还要充分注意。6）目前设计的小导洞结构断面厚度一般30cm都偏大，如何优化断面结构，以减少废弃物，值得我们认真研究。7）平顶直墙工法：受管线等条件制约，结构无起拱条件，可采用平顶直墙工法。8）多层导洞开挖，一般先从上部洞室开挖，然后落底。这种方法造成底洞开挖时，上部洞室会发生整体下沉，总累计沉降较大。为减少累计沉降，可采取反复注浆措施。也可以考虑先挖下部导洞，逐层上挖，这样累计沉降较小，但每层开挖增加超前小导管。

9）扣拱施工多导洞开挖，都有个初支连接问题，或称扣拱施工。目前设计图均属在拱背位置埋设连接板，这种做法对施工要求很高，左右洞开挖设格栅位置必须准确，否则难以满足中洞初支安装精度要求。为此施工单位进行不少优化，有的采取单侧设连接板，另一侧用插筋来调整，有的两侧都用插筋连接。这样做主要是现场焊接工作量大，延长封闭时间。我个人主张双向插筋的办法，这样可以保证格栅受力较好，施工也好操作，为实现快速封闭施工，可以采用点焊定位后，中洞喷混凝土，边洞内进行焊接作业。六、盾构法施工技术要点1盾构法施工的概念盾构机是一种全封闭的隧道掘进机。使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，从而在尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。“盾”——“保护、庇护”，指刀盘、盾壳；“构”——“构筑、修建”，即管片拼装和注浆。适用于不同工程的需要圆形盾构双圆盾构2、盾构机的分类矩形盾构椭圆形盾构

转向盾构子母盾构球形盾构多联盾构目前国内使用的盾构机都是单圆盾构，只有上海地铁区间用了双圆盾构，日本大板地铁用了三圆盾构建造一座车站。双圆盾构录像。土压式泥土加压式泥浆式泥水式盾构机图片23、盾构法施工的工作原理及优缺点

盾构机刀盘切削土体（保持土仓压力），渣土外运，管片安装，管片背后回填注浆。盾构法施工的特点

(1)地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。(2)

所用设备集成度高，技术含量高，对人的要求较高。(3)

涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。盾构法施工的优点（1）作业环境好，噪音和振动低，安全性高（2）机械化程度高，施工人员少，施工速度快（3）预制衬砌，质量易于控制，隧道质量高（4）对周围环境影响小，地表沉降易于控制；（5）不影响地面交通，也不影响航运；（6）适应范围广，不受风雨等气候条件影响；

盾构法施工的缺点（1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；（2）如隧道覆土太浅，则盾构法施工难度很大；（3）盾构机制造周期长，设备投入较大；（4）施工过程变化断面尺寸困难；（5）只能前进，不能后退。盾构机下井盾构机就位调试初始掘进正常掘进到达车站过站再次始发到达终点站盾构机解体外运设备调整始发端头加固反力架安装洞门密封圈安装洞门围护墙凿除到达端头加固洞门密封圈安装盾构机托架再次就位调试始发站中间站到达站4盾构施工流程盾构掘进流程

准备工作→转动刀盘→启动次级运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级运输系统（螺旋机）→回填注浆→停止掘进→安装管片→准备下一环掘进，

开挖→出土→注浆→拼装5、土压平衡盾构机及配套设备盾构配套设施监控室浆液站龙门吊管片厂与盾构机组成完备的施工系统盾构配套设施管片堆放场水平运输系统出碴场通风、水、电系统6、盾构施工的关键技术

1）盾构机操作技术8）压气作业技术2）管片选型技术9）端头地层处理技术3）盾构机测量导向技术10）隧道防水技术4）管片背后回填注浆技术11）其它技术5）盾构机始发掘进技术6）盾构机到达技术7）盾构机过站/过隧道技术1)盾构机的操作技术做好操作前的准备工作严格按操作规程进行操作按照操作指令的控制掘进参数(刀盘转速﹑扭矩﹑土仓压力﹑推力﹑掘进速度﹑铰接角度﹑注浆压力等)对线路特点﹑工程地质和地面的环境状况有充分认识对异常情况要及时采取措施并上报2)管片选型技术

管片的类型管片的尺寸及分块管片的连接型式转弯环的楔形量管片选型应遵循的原则:管片跟着盾构走管片选型的考虑因素:盾尾间隙﹑千斤顶行程差﹑铰接角度﹑盾构机的方向趋势重要性:决定隧道的质量(尤其是防水质量)3)盾构机测量导向技术盾构法施工测量的程序盾构机姿态的测量方法盾构机的自动导向系统SLS-T测量系统,PPS测量系统,ZED测量系统,ROBOTEC测量系统4)管片背后回填注浆技术回填注浆的目的回填注浆的方式浆液的种类回填注浆的参数选择(压力,数量,强度）5)盾构机始发掘进技术盾构机始发托架的定位安装盾构机及后续台车的下井安装反力架的安装洞门密封环板的安装洞门范围维护结构的凿除盾尾密封油脂的涂抹负环管片的安装6盾构机到达技术

到达阶段的贯通测量到达接收托架的安装洞门密封环板的安装洞门范围维护结构的凿除到达段管片的安装﹑紧固和补充注浆7)盾构机过站/过隧道技术

移动托架过站滚轴法过站盾构机整体吊装过站利用永久管片过隧道利用临时管片过隧道8)压气作业技术压气作业的适用条件压气系统组成压气作业基本要求9)端头地层处理技术端头地层处理的目的端头地层处理的主要方法10)隧道防水技术管片的自防水(抗渗等级)管片接逢止水条的形式和种类嵌缝和手孔封堵堵漏和缺陷修11)其它技术刀具更换技术发泡剂注入技术七、工程事故案例及经验教训1.北京地铁复八线热八区间2.上海地铁四号线普南区间3.北京地铁十号线熊猫环岛站4.北京地铁十号线京广桥区间1.北京地铁复八线八王坟车站2.上海地铁四号线普南区间3.北京地铁十号线熊猫环岛站4.北京地铁十号线京广桥区间八、地铁施工监控量测地下工程都是要进行施工监控量测的。通过量测，来判断工法是否可行，有较大变化时，及时调整参数和进行处理。具体如何布点，监测的必测项目和选测项目，按工程风险大小，设计都有明确要求，大家都在做，我不再细讲，按设计文件做既可。这里我主要讲我们在施工现场管理人员要注意应用量测的结果，来指导我们施工安全。量测要通过仪器，是我们眼睛不易观测到的，它可以告诉我们地面沉降、支护变形，仪器替代我们的眼睛。一个好的地下工作者，要学会应用量测结果来指挥工程，不能盲目施工，做到心中有数。“有数”具体讲就是项目领导者必须随时掌握量测结果，包括每天量测的累计值和每天变化的速率。一旦超过预警值即应加密检测，当接近警戒值时，除应加密检测频率外，还应按风险预防预案组织现场人员进行处理。防止重大事故发生。反馈设计施工现场施工监控量测监测设计量测结果的微机信息处理系统量测结果的综合处理及反分析监测结果的综合评价量测结果的形象化、具体化报送设计、监理单位地层支护结构安全稳定性判断经验类比理论分析甲方、规范要求等地层、支护结构动态及现状分析说明、提交修正设计、施工建议是否改变设计、施工方法新设计施工方法调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施资料调研施工组织设计否是地铁基坑监控量测项目一览表

序号监测对象监测项目测试元件与仪器1围护结构围护桩墙1墙顶水平位移与沉降精密水准仪经纬仪2桩墙深层挠屈测斜仪3桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪4桩墙水平土压力土压计、渗压计、频率仪2水平支撑轴力钢筋应力传感器、频率仪、位移计3冠梁和腰梁1内力钢筋应力传感器、频率仪经纬仪4土钉拉力钢筋应力传感器、频率仪5锚索拉力锚索测力传感器、频率仪6立柱沉降精密水准仪7基坑底基坑底部回弹隆起PVC管、磁环分层沉降仪或水准仪地铁基坑监控量测项目一览表

序号监测对象监测项目测试元件与仪器8相邻环境监测地层1地面水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪92地中水平位移测斜管、测斜仪103地中垂直位移PVC管、磁环分层沉降仪或水准仪114土压力电测水位计11地下水1坑内地下水位水位管、水位计122坑外地下水位水位管、水位计13333孔隙水压力水压计14建筑物1地下管线水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪152道路水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪163建筑物水平位移与沉降精密水准仪、经纬仪174建筑物倾斜经纬仪、垂准仪185道路与建筑物裂缝裂缝监测仪等序号监测项目方法和工具1地质和支护状况观察地层土性及地下水情况，地层松散坍塌情况及支护裂缝观察或描述2洞内水平收敛各种类型收敛计，全站仪非接触量测系统3拱顶下沉拱底隆起水平仪，水准尺，挂钩钢尺，全站仪非接触量测系统4地表沉降水平仪，水准尺，全站仪5地中位移（地表钻孔）PVC管、磁环、分层沉降仪、测斜仪及水准仪6围岩内部位移（洞内设点）洞内钻孔安装单点、多点杆或钢丝式位移计7围岩压力与两层支护间各种类型压