模块9 地铁矿山法施工《地下铁道施工技术》教学课件

《地下铁道施工技术》✩精品课件合集第九章：地铁矿山法施工第九章：地铁矿山法施工概述及暗挖施工方法分类1岩石地层的矿山法施工2浅埋暗挖法施工3第九章：地铁矿山法施工明挖法暗挖法盾构法地下工程施工方法施工准备场地准备、测量定线、三通一平、人员组织开挖爆破出渣运输初期支护二次衬砌钻炮眼、装炸药、联结引炮装置、爆炸通风、消除危石、装车锚喷支护临时支撑防水板铺设模注混凝土第九章：地铁矿山法施工

9.1概述及暗挖施工方法分类

矿山法是一种传统的施工方法。它的基本原理是，隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，形成岩土坍落。What?什么是矿山法？基本原理？施工方法？它的施工方法是，按分部顺序采取分割式开挖，并要求边挖边撑以求安全。（1）矿山法概述

9.1概述及暗挖施工方法分类传统矿山法

采用圆木、型钢、钢轨等形成支架，对开挖面形成强力支承。传统矿山法的依据是“松弛理论”，认为围岩可能由于扰动产生坍塌，支护需要支承围岩在一定范围内由于松弛可能坍塌的岩体重量。在80年代及以前，因施工工艺落后、钢材紧张而普遍采用。因安全性差，现已完全淘汰。奥地利学者米勒（Muller.L）发明。在支护手段上，采用喷射混凝土和锚杆为衬砌，把衬砌和围岩看作是一个相互作用的整体，既发挥围岩的自承能力，又使锚喷衬砌起到加固围岩的作用。初期支护能随着围岩变形，充分发挥围岩的自承能力。新奥法

采用锚喷支护的新奥法与采用钢木支护的传统矿山法相比，不仅仅是支护手段上的革新，更重要的是工程概念的不同。与前二者相比，限制围岩变形，是矿山法的概念。城市地铁工程基本属于浅埋暗挖法。浅埋暗挖法

9.1概述及暗挖施工方法分类新意法

也称隧道岩土控制分析工法(ADECO-RS工法)。在开挖面周边区域内，围岩由三轴应力状态变位平面应力状态。强调运用超前支护和加固措施减小或避免围岩变形。特别适用于浅埋松散地层、变形控制要求高的隧道工程。它是利用大直径的顶管施工，形成全部或部分永久钢筋混凝土结构，在此永久钢筋混凝土结构的支护下，进行暗挖结构土方大开挖，最终完成全部地下结构。新管幕法P274P280

9.1概述及暗挖施工方法分类（2）开挖方法分类全断面法1台阶法2CD法、CRD法4侧壁导坑法3中洞法5柱洞法7桩洞法8侧洞法6

9.1概述及暗挖施工方法分类～全断面一次开挖法

1.适应条件⑴Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩⑵大型施工机具(钻孔台车、模板台车等)⑶经济性考虑：中长隧道。全断面法1

9.1概述及暗挖施工方法分类表示方法：横断面工序图、纵断面工序展开图习惯标注方法：①阿拉伯字1、2、3...表示挖掘;②罗马字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ...表示支护；2.施工顺序

9.1概述及暗挖施工方法分类1.特点●将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖；●随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导方法。2.种类长台阶法短台阶法超短台阶法台阶法2

9.1概述及暗挖施工方法分类⑴长台阶法台阶长度L≥5B，B为洞室的宽度。

甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。特点：进度快，仅次于全断面法。适用于：Ⅲ～Ⅰ级围岩。3.施工工序

9.1概述及暗挖施工方法分类

9.1概述及暗挖施工方法分类台阶缩短：（1～1.5）B≤L＜5B,特点：①支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；②台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于：Ⅴ、Ⅳ级围岩(2)短台阶法

9.1概述及暗挖施工方法分类

9.1概述及暗挖施工方法分类上台阶长度仅为3～5m。特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。适用于：软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)

⑶超短台阶法将3种台阶法放在一起比较：区别主要在台阶长度。

9.1概述及暗挖施工方法分类三台阶七步是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位开挖、支护沿隧道纵向错开，平行推进。

9.1概述及暗挖施工方法分类(4)台阶法的衍生方法——环形开挖预留核心土法

9.1概述及暗挖施工方法分类核心土工字钢临时工作平台侧壁导坑法3

9.1概述及暗挖施工方法分类特点：①洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定；②导坑要闭合，增加了材料用量；③进度慢。

适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。1.单侧壁导坑法特点：①双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；②耗材增加；③进度慢。适用于：对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。2.双侧壁导坑法(眼镜工法)

9.1概述及暗挖施工方法分类（1）先开挖一侧洞，

（2）再开挖另一侧洞，

（3）最后开挖中洞。

这种方式不会在同一横断面上同时形成大的跨度，因而更有利于地层的稳定，但施工进度将会减慢。

三跨双拱车站结构采用的双眼镜工法，对地表的沉陷值可以控制在30mm之内，与中洞法相当。双侧壁导坑法(眼镜工法)在地铁车站开挖中的应用

9.1概述及暗挖施工方法分类北京地铁西单站(双侧壁导坑法)

9.1概述及暗挖施工方法分类

9.1概述及暗挖施工方法分类CD法、CRD法4中隔壁法(CD法）适用于一般Ⅴ级围岩大断面隧道。中隔壁法(CD法）是将隧道分为左右二部分进行开挖，先在隧道一侧采用二部或三部分层开挖，施做初期支护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。1.CD法(中隔壁法)

9.1概述及暗挖施工方法分类

9.1概述及暗挖施工方法分类CD法、CRD法41.CD法(中隔壁法)中隔壁法左右侧的台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备确定。分二或三个台阶开挖，台阶长度控制在3~5m。开挖后及时施做支护。在一侧中隔壁完成后，方可开挖另一侧，二个侧洞纵向错开距离一般为10～30m。各部位开挖时，相邻部位的喷混凝土强度应达到设计强度的70％以上。

9.1概述及暗挖施工方法分类CD法、CRD法42.CRD法(交叉中隔壁法)交叉中隔壁（CRD法）适用于Ⅴ级围岩浅埋、偏压地段。交叉中隔壁（CRD法）是分部开挖、支护，分部闭合成小环，最后全断面闭合成大环。每开挖一步均及时施做初期支护、中隔壁及临时仰拱。

9.1概述及暗挖施工方法分类3.CD与CRD法比较

9.1概述及暗挖施工方法分类交叉中隔壁法（CRD法）

9.1概述及暗挖施工方法分类中洞法5

9.1概述及暗挖施工方法分类（1）中跨部分(包括立柱)采用CRD法施工。先将中洞自上而下分块成环，随挖随撑，及时做好喷锚和钢架初期支护；

（2）由下而上施作中跨部分二次模注钢筋混凝土结构，中隔墙也逐层拆除。中洞各工序完成后，就会形成一个刚度很大的完整结构顶住上部土体，从而有效地减少地表沉降量。（3）当中洞完成后，两侧洞采用台阶法，对称自上而下开挖。（4）同样，初期支护完成后，再自下而上施作两侧洞的二次模注钢筋混凝土衬砌中洞法（三拱立柱式车站施工步骤）

9.1概述及暗挖施工方法分类侧洞法6

9.1概述及暗挖施工方法分类与中洞法相反，侧洞法是先对称地用CRD法开挖两个侧洞，待完成二次模注钢筋混凝土结构后，再用台阶法开挖中洞。由于开挖两个侧洞后，中洞的宽度变窄，其承载土柱承受上覆土体压重的承载力下降，因而可能产生比中洞法要大的地表下沉。柱洞法7

9.1概述及暗挖施工方法分类采用“柱洞法”施工。按照“小分块、短台阶、早成环”的原则，将整个断面开挖横向分为：侧洞、有柱的柱洞和中洞共5个洞，每洞分上、中、下三层。先自上而下对称施工柱洞初支，再由下而上施作柱洞二衬，建立起梁、柱支撑体系。柱洞完成后，施工两个柱洞中间的中洞初支和二衬，形成整个大中洞稳定体系。再对称自上而下施工两侧洞初支，最后纵向分段自下而上对称施作二衬，完成结构闭合。

第Ⅰ步第Ⅰ步第Ⅱ步第Ⅱ步第Ⅲ步第Ⅲ步

9.1概述及暗挖施工方法分类柱洞法施工步骤钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁柱洞法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁第Ⅳ步纵梁拉压杆柱洞法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁顶板第Ⅴ步第Ⅵ步柱洞法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类

9.1概述及暗挖施工方法分类钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁底板顶板柱洞法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁第Ⅶ步第Ⅶ步第Ⅷ步第Ⅷ步第Ⅸ步第Ⅸ步底板顶板柱洞法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁底板底板拱墙拱墙底板顶板柱洞法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类其主要原理是在车站立柱和边墙的顶部和底部施作小导洞，通过导洞采用桩基的施工方法施作车站立柱和边墙，而后小断面开挖施作车站顶板，最后在车站顶板的保护下开挖车站主体并进行车站其余结构的施工。洞桩法施工中车站的主体工程的开挖在车站顶板的保护下进行，施工较为安全，并能有效的控制地表的沉降。洞桩法8

9.1概述及暗挖施工方法分类

施工条基梁、边桩；施工中柱底梁、钢管柱；回填边桩与小导洞间空隙。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类

施工边桩上顶梁、施工中柱顶梁；回填顶梁下与小导洞间空隙。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类

回填顶梁上与小导洞间空隙；而后对称开挖边拱部。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类

破除小导洞初支，左右对称衬砌边拱部；而后开挖中拱部。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类破除小导洞初支，衬砌中拱部。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类开挖站厅层土方，施工中板。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类施工站厅层侧墙。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类开挖站台层土方，施工底板。洞桩法施工步骤

9.1概述及暗挖施工方法分类洞桩法施工步骤施工站台层侧墙。

9.1概述及暗挖施工方法分类施工站台板。洞桩法施工步骤

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）

岩石地层一般都采用钻爆法开挖，可根据工程地质条件、开挖断面、掘进循环进尺、分部开挖方法、钻眼机械和爆破材料等进行钻爆设计。

光面爆破硬岩中宜采用预裂爆破软岩中宜采用尽量减少隧道欠挖和超挖

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）光面爆破与预裂爆破1

均均是隧道控制爆破的方法，通过控制能量释放，有效控制破裂方向和破坏范围，使隧道达到稳定、平整的设计要求。区别炮孔起爆顺序不同自由面数目不同单位炸药消耗量不同光面爆破主爆区先爆,光爆孔后爆有两个自由面单位炸药消耗量小预裂爆破预裂孔先爆,主爆区后爆只有一个自由面由于药包受到的夹制作用较大,故炸药单耗也大（1）光面爆破和预裂爆破的区别

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）临空面又叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面。爆破漏斗在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。最小抵抗线W药包中心到自由面的最小距离。周边眼沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。（2）爆破基本概念

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）掏槽眼

针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置布置几个掏槽炮眼。辅助眼位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称为辅助眼继爆管。（2）爆破基本概念

掏槽眼

辅助眼周边眼

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）光面爆破效果图光面眼光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底板眼

预裂爆破的分区起爆顺序为：周边眼——掏槽眼——辅助眼——底板眼

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）位于隧道周边轮廓上,只不过是底板部位的炮眼而已。（3）两种控制爆破的起爆顺序台车钻孔施工（炮眼施工）2.凿岩台车三臂台车单臂台车硝铵炸药非电雷管塑料导爆管

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）爆破网络2火雷管导火索导爆管

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）新奥法施工主要工序2锚杆格栅喷砼初期支护人工机械爆破开挖防水板止水带注浆防水钢筋混凝土二次衬砌开始完成

9.2岩石地层的矿山法施工（新奥法施工）新奥法施工原理3少扰动早支护勤量测紧封闭

9.3浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法是在新奥法的基础上，针对城市地下工程的特点发展起来的。What?城市浅埋地下工程的特点？覆土浅1地质条件差、自稳能力差2承载能力小、变形快3初期增长快，极易产生坍塌或过大的下沉4周围有建筑物或地下管网，给施工带来严格的要求5矿山法锚喷支护技术发展新奥法复兴门车站折返线工程浅埋暗挖法

9.3浅埋暗挖法施工What?浅埋暗挖法？

浅埋暗挖法是以超前加固、处理软弱地层为前提，采用足够刚性的复合衬砌（由初期支护+二次衬砌+中间的防水层所组成）为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法。

浅埋暗挖法是以施工监测为手段，指导设计与施工，保证施工安全，控制地表沉降的暗挖施工方法。

9.3浅埋暗挖法施工常用公路隧道Ⅳ级围岩复合衬砌结构

9.3浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法的特点1优势：不影响城市交通，无污染、无噪声，无需专用设备，适用于不同跨度、多种断面等。主要特点：埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显；地质条件差；开挖方法多，辅助工法多；风险管理难度大。适用范围：适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等地层，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、降水或排水措施后也可以采取此工法。

9.3浅埋暗挖法施工施工的基本原则2勤量测快封闭强支护短开挖严注浆管超前浅埋暗挖法

浅埋暗挖法“十八字方针”管超前：采用超前预加固支护的各种手段，提高工作面的稳定性，缓解开挖引起的工作面前方和正上方土柱的压力，缓解围岩松弛和预防坍塌；严注浆：在超前预支护后，立即进行压注水泥砂浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的结构体，以增强围岩的自稳能力；短开挖：即限制1次进尺的长度，减少对围岩的松弛强支护：在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形；快封闭：为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖1环，封闭1环，提高初期支护的承载能力；勤量测：进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。超前锚杆超前小导管大管棚超前支护地表旋喷、注浆洞内水平加固预加固钢筋锚杆锚管中空锚杆锚杆干喷砼湿喷砼喷混凝土钢筋格栅型钢格栅格栅开始初期支护完成防水措施排水措施防水工程钢筋混凝土二次衬砌完成

9.3浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法施工工序3

9.3浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法施工工序3（1）预加固和预支护技术目的◆地层较差或地面沉降有很高要求时◆改良地层，防止过大沉降、坍塌◆一般用于埋深浅的隧道，如过街通道等。地表加固◆地表有施工条件并埋深浅◆地表旋喷加固◆地表注浆水平加筋◆开挖掌支面稳定差时◆加水平塑料筋、管等◆极少采用

预加固◆地表无施工条件或埋深大◆洞内水平旋喷◆洞内水平注浆洞内加固目的◆地层自稳性较差采用◆开挖过程对围岩保护◆初支完成后失去作用超前锚杆◆用普通钢筋制作◆施工方便、成本低◆刚度小◆角度约15°大管棚◆刚度很大，适用于埋深浅、地表沉降控制严的地段，如过街通道等◆用大钢管制作，一般φ108~φ127◆施工要求高、成本高◆可实施对围岩注浆◆角度：一般与隧道轴线平行超前支护◆用小钢管制作，一般φ42◆施工方便、成本适中◆可实施对围岩注浆◆刚度较大，推荐使用◆角度约15°超前小导管

9.3浅埋暗挖法施工格栅超前小导管钢筋网纵向连接筋锚杆锁脚导管喷射混凝土钢拱架架设孔用于小导管施工注浆锚杆港珠澳大桥工程隧道施工部分包括海域明挖段、口岸暗挖段、陆域明挖段三部分，其中口岸暗挖段采用“管幕+冻结法”施工，下穿拱北海关。

9.3浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法施工工序3（2）初期支护技术喷射混凝土利用压缩空气等动力，将一定配合比的拌合料通过管道并高速喷射到受碰面上，凝结硬化而成的一种混凝土。锚杆预应力或无预应力的砂浆锚杆或树脂锚杆。胶骨比1:1~1:2，水灰比0.38~0.45.钢架型钢拱架支撑，如工字钢、H型钢等。格栅拱架支撑。人工喷射混凝土人工喷射混凝土灰浆机灰浆机隧道喷射混凝土

9.3浅埋暗挖法施工◆喷射混凝土拌合料中添加钢纤维、玻璃纤维等◆提高喷混凝土强度和抗折弯能力，一般用于变形量大的隧道◆造价高◆湿拌合料（水泥+砂+碎石+水），喷头处加液体速凝剂◆可采用机械臂式喷砼机，提高功率，降低劳动强度，改善作业环境◆造价稍高◆作业环境稍好◆干拌合料（水泥+砂+碎石+粉状速凝剂），喷头处加水◆设备简单，轻巧灵活◆造价低◆作业环境差干喷射砼湿喷射砼加纤维喷射砼

9.3浅埋暗挖法施工◆围岩破碎，成孔困难时采用◆可通过空心通道对围岩注浆◆成本较高◆较少采用中空锚杆锚杆作用◆悬挂围岩◆改善围岩c、φ，提高自稳性◆固定格栅、钢筋网◆锁定拱脚砂浆锚杆◆用普通钢筋制作◆施工方便、成本低◆最常见预应力锚杆（索）◆一般用于高地应力隧道◆恢复部分应力场◆约束围岩变形◆极少采用，地铁无类似情况系统锚杆注浆锚杆型钢钢架支撑格栅锚杆型钢拱架截面大、刚度大，能承受较大的荷载型钢与混凝土的热膨胀系数不同，温度变化时，经常沿型钢拱架产生纵向收缩裂缝，而且型钢拱架背后的喷射混凝土很难填充实等重量大，制作安装困难格栅钢架重量轻，便于制作、运输和安装具有足够的支撑刚度和强度，与混凝土接触面大、结合好，能够共同变形、共同受力，不会出现型钢拱架那样的收缩裂缝造价低刚度与强度不及型钢拱架

9.3浅埋暗挖法施工

防水体系分类二衬防水混凝土、防水层等形成防水体系防水层背后排水盲管、侧沟形成排水体系解决水压问题解决冻土地区冻融问题防、排水体系初支防水+防水层+二衬防水形成复合防、堵水体系解决地表失水沉降问题减少或避免人工排水适用于城市地下工程防、堵水体系

9.3浅埋暗挖法施工（3）防水施工初支防水喷射混凝土防水效果差，需要在初期支护完成后进行注浆处理，同时填充初支与围岩之间的空隙围岩有明显渗漏地段需要进行注浆处理，铺设防水层前不能有明显渗漏防水层防水板+无纺布形成防水第二道防线防水板焊接质量是关键二衬防水二衬混凝土自防水能力，一般达到S8，特殊地段S10施工缝、沉降缝防水措施注浆填充二衬与初支之间的空隙以及混凝土本身的空隙。水泥浆是最好的注浆材料

9.3浅埋暗挖法施工复合式防水体系（3）防水施工

9.3浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法施工工序3（4）二次衬砌

通过监控量测，掌握初