浅埋暗挖施工技术

PAGEPAGEIII目录TOC\o"1-3"\u第一章浅埋暗挖法概述 11.1浅埋暗挖法产生的背景 11.2浅埋暗挖法的应用 2第二章浅埋暗挖法施工方法 62.1施工原则 62.2施工步骤 62.3基本工艺要求 62.4浅埋暗挖施工方法比较 82.4.1全断面开挖法 112.4.2台阶法 112.4.3环形开挖预留核心土法 112.4.4双侧壁导坑法 122.4.5中洞法 122.4.6中隔壁法（CD） 122.4.7交叉中隔壁法(CRD) 132.5大断面暗挖法施工 14第三章北京地铁浅埋暗挖法施工中常用的配套技术 163.1北京地铁浅埋暗挖施工中出现的问题 163.2辅助工法的主要目的 173.2.1地层加固的方法 173.2.2其他常用辅助方法 183.2.3地下水处理方法 183.3辅助工法运用的注意点 203.3.1小导管超前支护 203.3.2管棚支护 203.3.3水平旋喷法 213.3.4水平冻结法 21第四章浅埋暗挖法施工中的监测 224.1总体要求 224.2监测的作用 224.3监测项目的确定因素 224.4量测项目类型 234.6测点设置 244.7监测要求 254.8量测数据整理、分析与反馈要求 274.9围岩稳定性的综合判别 27第五章浅埋暗挖法工程实例 295.1复兴门折返线工程（正台阶法和单侧臂导坑正台阶法） 295.1.1工程概况 295.1.2施工工艺与方法 305.2北京地铁蒲黄榆车站(中洞法) 325.3北京地铁磁器口车站(中洞法) 335.3.1磁器口车站概况 335.3.2中洞法施工步序 335.4北京地铁10号劲松站车站（洞桩法） 355.5广州地铁三号线林和西站（中柱+台阶+CRD法） 355.5.1工程概况 355.5.2隧道开挖与施工工艺 375.5.3隧道施工监测 385.6营口道站1号风机房的施工（CRD法） 395.6.1工程概况 395.6.2施工方法 395.7北京地铁和平里站至东直门站地下区间的施工（中洞法） 405.7.1工程概况 405.7.2浅埋连拱隧道的施工难点 405.7.3确定施工方案的原则 415.7.4施工方案 415.7.5地表跟踪注浆加固重要建筑物 425.7.6防排水施工 435.8北京地铁十号线光华路站中洞施工实例 445.8.1工程概况 445.8.2主要施工方法和技术措施 445.9北京长安街东单东人行过街通道工程实例 475.9.1工程概述 475.9.2工程特点 485.9.3施工方案 485.9.4主要施工方法 505.9.5防水层施工 515.9.6暗挖结构衬砌施工 515.9.7上层滞水处理 515.9.8监控量测 515.10北京轻轨框架结构的施工 515.10.1工程概况 515.10.2施工方法 525.10.3主要施工技术 525.10.4钢格栅支撑施工技术 54PAGE3浅埋暗挖施工技术第一章浅埋暗挖法概述1.1浅埋暗挖法产生的背景经过近40年的发展，我国地铁修建方法已由最初单一的明挖法发展到现在的明挖、暗挖、浅埋暗挖、矿山法、盾构法等多种方法并存，施工技术不断发展提高，已初步形成了专门的学科体系，极大地推动了地铁建设事业的快速发展。这些方法各有优缺点，有各自适合的施工条件。经济的发展，人口的增加，使城市的运行与发展受到土地与环境日益增多的制约。城市必须立体化，地下空间作为资源必须开发。地下工程大发展已是世界土木界的主流，地铁的建设是其重要组成部分。明挖法严重干扰交通，破坏环境，大量建筑物与管线的拆迁已不可能。即使拆迁，昂贵的拆迁费用也难以承受。盾构法解决了这些难题，但其灵活性差，特别是昂贵的盾构机械，会大大提高工程造价。施工方法对地铁车站和区间隧道结构型式的确定以及地铁土建工程造价有决定性影响。施工方法的选择，受沿线工程地质和水文地质条件、周围环境条件、线路平面位置、隧道埋置深度等多种因素的制约，同时对施工期间的地面交通和城市居民的正常生活、施工工期、工程的难易程度等产生直接影响。通常在地面条件允许的情况下，地铁区间隧道宜采用明挖法，但对社会环境影响很大，仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用。随着我国工程建设法规、法制的完善、对大型工程建设项目综合效益的要求和环境保护意识的提高，在城市地下铁道的建设中，因埋深条件、周边环境条件等因素的限制，在建筑物密集的繁华市区和特殊地质地形区段普遍要求采用暗挖法施工。浅埋暗挖法是一种适合不同断面、造价偏低、灵活多变的施工方法，是今后应推广的施工方法。地铁区间隧道采用矿山法施工是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法，也称浅埋暗挖法。目前在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法施工，工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全与经济的目的。1987年北京地铁首次采用暗挖法建成了复兴门车站折返线工程，由于其灵活多变、适用复杂多变的地层及隧道断面结构、设备简单、不干扰交通及周边环境等众多优点，“隧道及地铁浅埋暗挖工法”在全国广泛推广应用。目前已成功应用于北京、广州、南京和深圳等已建成或在建地铁工程，同时也广泛适用过街道、污水处理管道及铁路、公路浅埋隧道工程。实践表明，与明挖法、盾构法相比，浅埋暗挖法有明显的优点，基于该工法的可适用性，对施工工艺即预注浆加固、开挖时空顺序、台阶长度等方面提出了更高的要求。浅埋暗挖设计理论的特点是运用量测信息，反馈于设计和施工，同时采取超前支护、改良地层、注浆加固等配套技术来完成隧道及地下工程的设计与施工。隧道深埋或浅埋并非单纯指洞顶与地面之间的厚度，还应结合上覆地层的水文地质与工程地质特征、松散状况，围岩结构特征及风化、破碎程度，断层影响的程度，结构强度以及地下水等因素综合判定。通常，深埋隧道荷载按塌落拱计算；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。浅埋暗挖法认为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，并提倡采用岩柱理论和太沙基公式进行结构分析计算。隧道施工时，由于承载拱效应，原始地层应力并非全部转化为作用在结构上的荷载，作用在隧道衬砌上的压力小于初始应力（这已被大量的工程测试资料所验证），这是由于隧道开挖后洞室周围地层应力释放，隧道的拱形形状及地层内部摩擦力等导致的承载拱发挥作用，使周围地层应力重分布并产生两种变化，即一部分被释放，另一部分向深部和其它方向转移。当施设衬砌支护后，地层应力释放过程受到抑制，一部分释放荷载作用于衬砌结构上，这部分荷载的大小正是需要计算的。1.2浅埋暗挖法的应用近十几年来，北京地铁及市政公用管线工程，越来越多的采用了“浅埋暗挖法”进行设计与施工。其使用范围之广，使用单位之多，发展速度之快，令国内外同行所瞩目。

北京地铁“复-八线”全长12.7km，其中区间隧道长约7km，地铁西单站、天安门西站、王府井站、东单站等，均采用了“浅埋暗挖”技术设计施工。1994～1995年间，在北京长安街下，用“浅埋暗挖法”还建成了20余条人行地下通道，建成了颇具名声的国家计委门前的大型地下停车库。近5年来，每年以数百公里计的各种市政公用地下管网，都采用了“浅埋暗挖”技术设计施工，可谓“浅埋暗挖”遍布北京市各个建设地区。

如今，这项技术已在全国各主要大城市，如广州地铁一号线、深圳地铁、郑州电力管线、徐州的地下通道等普遍使用。这项技术之所以发展很快，主要是因为我国地下空间的开发和利用历史不长，而“新奥法”的设计施工原理颇具新意，适于我国地下工程特点，其占地少、拆迁少、扰民少、影响交通少、污染环境少等特点，极其适合在城市，尤其是在城市中心区、旧城改造、繁华地带、交通拥挤地段进行各类地下工程建设。目前，各地区结合自身的特点，利用“新奥法”原理进行设计、施工均有所发展，有所创造，通过不断总结，有所共识，并经过实践检验，形成了目前大家公认的所谓“浅埋暗挖”法原则。

但是，我们还应清醒地看到，该项按照“新奥法”原理兴起和发展的技术虽然已被广泛推广使用，仅就北京市的情况而言，并非所有的使用单位都真正地掌握了其真谛。无论在北京地铁工程中，还是在市政公用管线施工中，或因生搬硬套、或因片面性、或因配套技术不足，仅强调“只要会喷锚支护就会浅埋暗挖”的误导，造成坍塌、沉陷、渗漏、留下无穷后患的例子，也是常见的。因此，有必要对“浅埋暗挖法”设计施工进行深入的研究，综合分析，全面总结。浅埋暗挖法是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

顾名思义，浅埋暗挖法是一项边开挖边浇筑的施工技术。其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序，现被施工单位普遍采纳。浅埋暗挖法的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，操作简单灵活，而且适合于各种地层条件和各种尺寸与断面形式的隧道和洞室，并且配合辅助工法，还可在有水地层甚至软流塑地层中应用，加之国内丰富的劳动力资源，因此在北京、广州、深圳、南京等城市的地铁区间隧道修建中得到广泛推广，已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道，而且在大跨度车站工程中也得到应用。此外，该方法也广泛应用于地下车库、人行过街道、城市道路隧道和地下管道隧道等工程。主要的典型工程有：北京地铁复兴门折返线工程、复八线区间隧道；北京城铁14标的双联拱隧道；广州地铁1号线的杨体区间、2号线的公纪区间隧道等；深圳地铁一期工程国贸一老街的重叠隧道等；北京国家计委地下停车场。正在建设中的北京地铁5号线车站大多采用浅埋暗挖法，开挖跨度达24m，高度达21m。浅埋暗挖法与其他方法相比,具有显著的优点。以城市地铁为例,浅埋暗挖法与明挖法(盖挖法)相比,具有拆迁占地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优点；与盾构法相比,它具有简单易行,不需太多专用设备,灵活方便,适用不同地层、不同跨度、多种断面形式，可以多适用劳力，解决就业。当然，浅埋暗挖法也存在缺点，速度较慢，喷射混凝土粉尘较多，劳动强度大、机械化程度不高，以及高水位地层结构防水比较困难等。还在于地表沉降较难控制，防水效果较盾构隧道差，通过软弱土层、砂层、断层破碎带时施工较困难。但若环境条件允许，辅以地面及洞内辅助措施，浅埋暗挖法可适用于各种不同的地层和复杂断面的施工。浅埋暗挖法与明挖法、盾构法比较见表1-1：表1-1三种施工方法对比表浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，如北京西单地铁站完全以此方法建成；它也可以与其他施工方法综合使用，如天安门西站、王府井站、东单站则是用浅埋暗挖法与盖挖法相结合的方法修建的。北京地铁部分区间隧道则是用半断面插刀盾构法与浅埋暗挖法相结合的方法建成的。浅埋暗挖法与其他施工法有很强的兼容性，其整体配套技术处于国际领先水平，国际隧道协会有关专家也认为这是地下工程的一次突破。目前浅埋暗挖法已有自己全套设计、施工理论，作为一种方法已被国内外所采用。浅埋暗挖法作为建设部命名的国家级工法，不仅在地铁修建中显示了它的优越性，为国家取得重大经济、社会效益，它在地下停车场、地下街道、地下商业街及市政地下管网的建设中注入了前所未有的活力，为现代城市地下空间的开发作出了贡献。

第二章浅埋暗挖法施工方法2.1施工原则（1）坚持以量测资料进行反馈指导施工由于工程位置极为重要，施工中必须确保安全，考虑到浅埋暗挖和地层软弱的特点，采用较强的初期支护手段，在围岩变形稳定后，进行二次模筑衬混凝土，坚持信息化指导施工，是本项施工的基点。（2）坚持先加固，后开挖由于围岩几乎没有自稳能力，松散易坍落，因此应根据洞室跨度不同，对单线、双线隧道采用小导管超前预注浆稳定工作面，应用中压注浆密实胶结地层。对大跨度、变断面、覆盖浅地段采用深孔、前进式劈裂注浆加固围岩，再应用小导管超前注浆来稳定地层，做到万无一失，防塌防沉。2.2施工步骤浅埋暗挖法施工步骤是：先将钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液，使地层加固。开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。地层加固后，进行短进尺开挖。一般每循环在0.5-1.0米左右。随后即作初期支护。第三步，施作防水层。开挖面的稳定性时刻受到水的危胁，严重时可导致塌方。处理好地下水是非常关键的环节。最后，完成二次支护。一般情况下，可注入混凝土，特殊情况下要进行钢筋设计。当然，浅埋暗挖法的施工需利用监控测量获得的信息进行指导，这对施工的安全与质量都是重要的。2.3基本工艺要求浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施，严格根据量测数据确定支护参数，保证暗挖作业的安全（作业安全和周边环境安全）：管超前：由于开挖拱部土体自稳能力差，自立时间短，当拱部土体凌空后极易坍塌，为了保证土体不坍塌，提高其稳定性，采用超前小导管或大管棚等预支护，形成对凌空土体的支护棚架，以约束土体变形，减少坍塌。严注浆：要解决土体的稳定问题，必须从内部着手对土体性质进行改良，在施工中主要采取通过小导管预留的注浆孔对土体进行注浆固结的预加固措施。对间隙大的粗颗粒土体，采用持续压力的渗透式注浆方式固结土体；对于致密的细颗粒土体，采用瞬时压力作用下的劈裂式注浆，确保开挖过程中的安全。短进尺：开挖中，土体的稳定是施工中要解决的重点问题，性质一定的土体的稳定取决于以下两个因素：暴露（或凌空）时间和开挖进尺大小得到的自拱半径的大小。暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大；反之则越小。在施工中应主要采取预留核心土，开挖环向土体的施工方环法，每个循进尺要小。预留核心土的目的除减少开挖时间外，预留的土体还可以平衡掌子面的土体，防止滑塌。强支护：由于土体被扰动后拱部凌空面层的土体产生下沉，虽然自拱的存在阻止了自拱线以上土体的继续下沉，但随着时间的推移，振动的影响，自拱逐渐被破坏，大量松散土体的重力会直接作用于初期支护结构上，因此，必须有较强的支护体系来保证结构的稳定。早封闭：隧道施工一般采用台阶法，根据作业的空间要求设置分层高度，自上而下分层施工，为了防止拱部在没有坚实支撑面的情况下土体压迫拱部持续下沉，在施工中除采用厚木板支垫拱脚以增大拱脚与土体的接触面积的方法外，采取的最根本办法就是及早使支护体系成环。勤量测：浅埋暗挖法施工的理论基础源于新奥法施工理论，是新奥法理论的发展，因此它也离不开新奥法的理论精髓——信息化施工。任何结构的受力最终都表现为变形，变形是结构对受力的必然反应，可以说，没有变形（微观的），结构就没有受力，而我们了解结构的受力也只有通过变形来研究。在浅埋暗挖作业中，土体的沉降、支护结构受力等均需要通过量测数据来了解，因此，必须按照规定频率对规定部位进行观测，掌握变形变位信息，调整施工参数并设置各种部位的变形警戒值，采取必要措施进行过大变形的预防预控。图2.1浅埋暗挖施工工艺流程施工组织计划和施工工序必须严格遵守“先排管，后注浆，再开挖，注浆一段，开挖一段，支护一段，封闭一段”。其主要的技术特点为：动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用；研究、创新了劈裂注浆方法加固地层；发展了复合式衬砌技术，并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。其主要的技术特点如下：（1）动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；（2）强调小导管注浆超前支护在稳定工作面中的作用；（3）用劈裂注浆法加固地层；（4）采用复合式衬砌技术。2.4浅埋暗挖施工方法比较采用浅埋暗挖法施工时,常见的典型施工方法是正台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法,如全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧导坑正台阶法(眼睛工法)、中隔墙法等。施工方法见表2.1及表2.2。表2.1浅埋暗挖法修建隧道及地下工程主要开挖方法表2.2浅埋暗挖法修建隧道及地下工程主要开挖方法2.4.1全断面开挖法可适用于I-Ⅲ级围岩隧道施工，Ⅳ级围岩隧道在采用了有效的措施后，亦可采用全断面法开挖。施工时应配备钻孔台车或台架及高效率装运机械设备。2.4.2台阶法可适用于Ⅲ－Ⅴ级围岩隧道施工，VI级围岩单线隧道，在采用了有效的措施后，亦可采用台阶法施工。台阶长度宜为隧道开挖宽度的1－2倍。台阶法施工时应符合下列规定:1、当拱部围岩条件发生较大变化时，可适当延长或缩短台阶长度，确保开挖、支护质量及施工安全；2、上台阶的底部位置应根据地质情况确定，一般情况下，可在起拱线及以下；3、上台阶使用钢架时，可采用扩大拱脚和施作锁脚锚杆等措施，防止拱部下沉变形；4、二次衬砌施工宜采用全断面一次性衬砌或先墙后拱法。2.4.3环形开挖预留核心土法可适用于V一VI级围岩的双线隧道。该法施工时应符合下列规定:1、环形开挖每循环开挖长度宜为0.5－1m2、开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间宜采用连接钢筋连接，并应加锁脚锚杆；3、核心土面积不应小于整个断面的50％；4、当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前应在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护；5、二次衬砌应采用先墙后拱法施作。2.4.4双侧壁导坑法可适用于Ⅳ－V级围岩双线或多线隧道。采用先开挖隧道两侧导坑，并及时施作导坑四周初期支护及边墙衬砌，再根据地质条件、断面大小，对剩余部分断面进行一次或二次开挖。施工时应符合下列规定:1、侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面宜为整个断面的1/3；2、侧壁导坑领先长度应根据现场具体情况确定，一般情况下宜为30－50m；3、导坑开挖后应及时进行初期支护，并尽早封闭成环。2.4.5中洞法可适用于双连拱的隧道，采用先施作中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。施工时应符合下列规定:1、中洞开挖高度应大于中墙高度，开挖宽度应大于5m2、中洞开挖长度可根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑；短隧道可先贯通中洞，后开挖两侧；3、中洞开挖后，应及时施作初期支护，再分段灌注中墙混凝土，每一纵向段长度宜为4－6m；在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并应进行临时横向支撑；4、施工中应注意力的转换，两侧应均衡开挖，并应设置临时横向支撑；5、中墙顶部应作好防排水工作。2.4.6中隔壁法（CD）可适用于Ⅵ－V级围岩的浅埋双线隧道。施工时应符合下列规定:1、中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同；2、各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺，减小应力集中；3、各部的底部高程应与钢架接头处一致；4、每一部的开挖高度，宜为3.5m；5、后一侧开挖应全断面及时封闭；6、左、右两侧纵向间距，应拉开一定距离，一般情况为30-507、中隔壁应设置为弧形或圆弧形；8、中隔壁在灌注二次衬砌时，应逐段拆除。2.4.7交叉中隔壁法(CRD)可适用于Ⅳ-Ⅵ级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时支护，待完成了1-2部后，即可开始另一侧1-2部开挖及支护，形成左、右两侧开挖及支护相互交叉的情形。采用交又中隔壁法施工，除应满足中隔壁法施工的要求外，尚应满足下列要求:1、设置临时仰拱，步步成环；2、自上而下，交叉进行；3、中隔壁及交叉临时支护，在灌注二次衬砌时，应逐段拆除。浅埋暗挖工程在选择施工方法时,浅埋暗挖工程施工中应根据不同的围岩工程地质条件、水文地质条件、工程建筑要求，机具设备、施工技术条件、施工技术水平、施工经验等多种因素,选择行之有效的一种或多种施工方法。这是一个受多种因素影响的动态的择优过程。围岩的地质条件是施工的主要影响因素。当围岩较稳定且岩体较坚硬时,施工往往采用先把隧道坑道断面开挖好，然后修筑支护结构，并且有条件时可以争取一次把全断面挖成。当围岩稳定性较差时，则需要随开挖随进行一次支撑，防止围岩变形及产生坍塌；分块开挖后，应及时进行一次支护的施作，一般先开挖顶部，在上部断面挖成后及时进行一次支护，在上部支护的保护下再开挖坑道下部断面。二次模筑衬砌修筑必须先修筑边墙，之后再修筑拱圈，即先墙后拱法施工。实践证明，选择合理的施工方法，可以安全地建设隧道，并将地表沉降控制在设计要求范围内。因此，选择一种合理的施工方法是工程成败的关键。从国内外现有工程实绩和实验研究的情况来看,基于经济性及工期考虑,其工法选择的顺序为:正台阶法→上台阶设临时仰拱闭合法→CD工法→CRD工法→眼镜工法。从安全性角度考虑，顺序正好相反。在工程实践中，应根据地质条件、断面大小、地面环境等因素从工法的可实现性、工期、安全性、适应性、技术性和经济性六个方面综合考虑,选择施工方法。2.5大断面暗挖法施工大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可较少地表沉陷;避免两个洞室同步掘进能防止较大应力集中的产生;开挖分块越多,扰动地层次数增多地表沉陷就越大;一次支护及时、开挖支护封闭时间愈快地表沉陷就越小。当采用正确施工方法和相应的辅助施工措施后,可以做到安全、经济、快速施工的目的。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),此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,然后分段拆除中隔壁,施做二衬,一般是拆6m长,通过监测可以调整拆除长度。施工过程中,可随时通过监控量测,调整施工方案和参数,从而实现信息化施工。在大断面施工中以下几点值得注意:(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,易造成累计沉降过大;(2)原认为中洞法较为安全,控制沉降好,但该法在完成中洞后,开挖侧洞,由于侧向抵抗侧压的减弱,会造成中洞过大变形,有的造成中拱二衬开裂,二衬不宜过早受力;(3)较好的方法为洞桩法(PBA工法),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,先做侧洞,然后扣中拱,相对来讲较为安全。从施工角度看,偏向使用侧洞和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)在大断面设计中主张多跨,不赞成单跨。西单站多连拱洞室拱脚防水问题引起重视后,在天安门西、王府井东单等站都没再出现此类问题。单洞室施工期间难度较大,相对沉降也较大。单跨车站结构受力较为合理,建筑效果也好,但还要充分注意施工难度;(6)目前设计的小导洞结构断面一般在30cm,都偏大,应优化断面结构,对大断面施工,临时导洞多,这种优化就非常有必要,可以减少废弃物,值得我们认真研究;(7)在受管线等条件制约,结构无法起拱的情况下,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,但每层开挖增加超前小导管;(9)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。为此施工单位进行了不少优化,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。该方法主要是现场焊接工作量大,还要延长封闭时间。建议采用双向插筋的办法,这样可以保证格栅受力较好,便于施工。为实现快速封闭施工,插筋连接点宜在边侧导洞内,这样可以采用点焊定位后,中洞喷混凝土,边洞内进行焊接作业。

第三章北京地铁浅埋暗挖法施工中常用的配套技术3.1北京地铁浅埋暗挖施工中出现的问题北京地处第四纪冲、洪积扇的中上部,地层由粘性土、粉土、砂类土、碎石类土交互沉积而成,土质松散,成拱条件差；而且地下水水位高，渗透性强（一般采取降水措施,但仍有残留水）；加上大部分线路处于交通繁忙地段，车辆行驶过程中产生强烈震动，使浅埋隧道周边土体更加松弛，开挖过程中极易坍塌。支护结构采用初期支护加二次模筑混凝土支护的复合式衬砌结构形式，初期支护由钢格栅喷射混凝土组成。根据设计理论计算及工程实践总结，支护结构比较可靠，一般不会坍塌，坍塌多为开挖面的围岩失稳。一般引起坍塌的原因或因素有:（1）地层预加固效果不佳北京地区的浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术。对北京这种松散地层,开挖的过程更主要的是支护的过程,地层加固是开挖成败的关键。地层预加固效果不佳,极易引起坍塌。（2）开挖面暴露时间长在预加固后开挖过程中,围岩土体会出现一个短暂的稳定，随着暴露时间延长,坍塌的可能性也越大。（3）受地面震动影响地面车辆行驶过程中产生的震动是坍塌的重要诱因之一，尤其夜间重车高速行驶更为明显。（4）降水后地层残留水的影响土层隧道施工最为关键的是地下水。由于北京地区的地下水位较高，暗挖施工前都采取降水措施。但北京地区冲洪积地层往往不是很好的连续体，且部分地层中形成砂和粘土的混合透镜体，管井和水平井很难达到疏干的目的，开挖过程中可能产生潜蚀作用，并造成流砂、坍塌现象。（5）雨、污水管渗漏北京是一个有着悠久历史的古城,地下管线纵横交错,一些雨、污水管修建年代较早，渗漏严重，周围地层处于饱和状态，部分地段还形成一个水囊，给浅埋暗挖施工带来极大的隐患。随着暗挖施工扰动土体，破坏原有平衡，可能引起坍塌。（6）下穿河、湖或近距河湖暗挖下穿河、湖或近距河湖施工为暗挖施工的难点。部分河、湖虽经过人工整治，也仅为简单铺砌，水渗漏严重，而且此处的隧道覆土最薄，非常容易引起坍塌。（7）降雨后渗漏降雨后，雨水渗入地层中，引起围岩土体的不稳定，从而造成坍塌。（8）马头门及断面变换处马头门和断面变换处是工程施工的一大难点，由于受力转换比较复杂，施工中易引起坍塌。3.2辅助工法的主要目的稳定地层的主要手段是用注浆加固隧道周边地层，用管棚加固隧道拱部地层。要根据地质和施工的具体情况确定注浆的范围、压力和材料，达到改善地层的物理力学参数(E、C、φ、μ)，提高地层的自稳能力。稳定开挖工作面方法很多，优先选择次序为正台阶环形开挖留核心土、锚杆超前支护、小导管超前支护、小导管注浆超前支护、浅孔（4～6m）周边预注浆超前支护、长导管注浆超前支护、全断面深孔注浆封闭工作面、初次支护背后充填注浆及周边2～3m径向单液水泥注浆等。常用的辅助方法主要有降水和地层加固两种形式。3.2.1地层加固的方法（1）环形开挖留核心土；（2）喷射混凝土封闭开挖工作面；（3）超前锚杆或超前小导管支护；（4）超前小导管周边注浆加固地层；（5）设置临时仰拱；（6）深孔围岩加固劈裂预注浆或堵水固结预注浆加固地层；（7）长管棚超前支护加固地层；（8）冻结法固结地层；（9）水平旋喷法超前支护；（10）地面加固地层；（11）洞内、洞外降水法；（12）洞内施工水平降排水法；3.2.2其他常用辅助方法（1）新型结构复合式衬砌防水。在初期喷锚支护与二次衬砌模筑混凝土之间，铺设一层柔性的防水材料，例如LDPE、PVC、EVA、ECB等，只要施工工艺和管理工作到位，可以做到不渗不漏。

（2）降水技术。这一重要的配套技术，施作简单、效果好，特别是井点降水方法技术简单。如地铁永安里车站建设时，用井点降水获得较大成功。所有降水方法都要考虑好地表和建筑物的沉降及对水资源保护问题。

（3）注浆加固技术。地层的注浆工艺和浆液配比要因地制宜。如在粉细砂地层中，改压注水泥砂浆为改性水玻璃注浆，起到了快速凝固的更好效果。

(4)冷冻法施工技术该项技术在地铁“复-八线”大北窑—热电厂区间松散流体地层中应用，取得较好效果，但造价昂贵。

(5)半断面插板盾构技术。“复-八线”建国门站试用，为北京地铁建设全面使用盾构技术取得了一定经验。

(6)通用小型机械设备。不求更先进但求配套，起到了“快、小、灵”的作用。如拱部开挖配皮带运输、下部开挖试用单臂掘进机、二次衬砌利用泵送混凝土至模板台车、洞内运输采用电瓶车带动梭式矿车(8m3)等，都是普通设备，只要安排组织好，可节省大量人力，提高工作效果，区间隧道可月掘进100m3.2.3地下水处理方法处理地下水方法：人工降低地下水位、地下连续墙阻水、帷幕注浆隔水、压缩空气排水、冻结法等。地表井点降水是常用方法，在布置井点时应控制单井抽水量，在施工时做好反滤层，并且分段抽水，以减少因降水引起的地表沉降和减少地下水的流失。地下水的排放无疑会使上覆地层尤其是隧道工作面附近地层的强度增加，刚度变大。但对于砂层、砾砂等特殊地层，过度抽排地下水，会使上覆多孔介质土层超固结，反而引起地表大范围沉降。因此，在能保证工作面稳定、能保证正常开挖的条件下，应尽量减少地下水的抽排，可根据情况采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道，采取地表或洞内注浆措施封堵部分地下水；采取地表或洞内降排水时，尽量缩短抽排时间，掌子面开挖过后及时停止；采取断面注浆、喷混凝土等措施稳定工作面；根据具体地层条件，及时调整小导管、格栅支护参数、注浆参数，确保注浆效果。防水原则应遵循“以防为主，多道防线，刚柔结合，综合治理的”。其核心是：“以结构自防水为本，附加防水层为标”。做到固本，最主要的是要求混凝土抗裂、密实,并把裂纹控制在一定范围内;附加防水层是指在隧道与车站采用复合式衬砌结构，中间设防水板及在结构外表面粘贴卷材等辅助措施，它包括材料防水、接缝密封防水和构造防水。北京地区地质主要为第四纪冲洪积地层,常用处理地下水的方法为管井降水,井距8m左右。在建筑物集中地带打不了管井时采用辐射井,一般300mm,长度≤50～70m,在不同透水层中打设。由于冲洪积地层往往不是一个很好的连续体,伴有透镜体存在,即粘土层中夹有砂层或砂层中夹有粘土等,管井、平井降水很难全部疏干,地层中存在残留水。对残留水的处理措施: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。打水平管时注意要略有一定的上台角,管中用棉砂截砂,管端用PVC管集中引流；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加水玻璃浆液等,必要时采用长导管注浆,搭接长度不小于2m；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,我们认为调到下部较好；⑤增加锁脚锚杆,必要时用锚管加注浆；⑥增加临时仰拱；⑦在管井中间加渗井(复八线基本采用此办法)。3.3辅助工法运用的注意点3.3.1小导管超前支护地铁小导管一般间距每米3根,并注浆加固地层,小导管与浆液共同起棚护作用,防止开挖时拱顶塌方。值得注意的地方:a.在卵石地层,特别是砂率较低时,对于32mm、长3～3.5m小导管不好打,易劈裂。一般要打25mm、长2.5m左右的钢管,可两步一打。也有的采用长1.75m的一步一打,搭接1m。这在北京西部地区常用,南水北调进西四环暗挖段都是这样做的;b.对较好的粘性土层,采用开挖镐刨,小导管打入较困难，只要能够使开挖面稳定，可不必强求打小导管；c.小导管仰角不宜过大,一般控制在15°以内。3.3.2管棚支护一般开挖洞门或结构受力转换、大断面或通过重要管线等地方,设计普遍采用管棚方案。常用管棚为108mm～159mm,崇文门站采用600mm，也有采用更大的管棚。管棚施工有以下几点值得注意:（1）管棚直径不是越大越好,从施工角度看108mm～159mm较合理。（2）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20m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，单根管棚施工后注浆，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。（3）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。（4）管棚施工要间隔进行，同时完成一个管就要立即进行注浆，防止地层中地下水的串流。地铁复八线4号井塌方教训可供借鉴。3.3.3水平旋喷法采用向上、向外墙角，进行水平旋喷加固土体，一般土柱直径为30mm，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。水平旋喷施工期间会有较大沉降，有时可超过10mm，但开挖时沉降较小，初支背后压浆亦少，对于个别点棚护不好时，可补打小导管注浆处理。3.3.4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。地层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。冻结壁的形成，关键在于地下水流速度，一般渗透系数K≯10m/d为理想。渗流速度过大要提前采取降速措施（旋喷、搅拌等），否则难以形成冻结壁。冻结法只在做冻结管时会引起沉降，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。若有局部点冻的不好，可以随开挖时喷液氮，解决局部点问题

第四章浅埋暗挖法施工中的监测4.1总体要求监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。4.2监测的作用监控量测应作为施工组织设计一个重要组成部分，量测工作的作用是：（1）掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工。（2）预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。（3）积累资料，为以后的新奥法设计提供类比依据。（4）为确定隧道安全提供可靠的信息。（5）量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道稳定。（6）得出二次衬砌合理的施作时间。开工前应根据隧道规模、地形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等，进行监控量测设计。该设计应包括：量测项目、量测仪器选择、测点布置、量测频率、数据处理及量测人员组织等。4.3监测项目的确定因素监测项目的确定、监测断面及测点的位置、仪器设备的选择及组件的埋设方法等，主要考虑如下因素：①工程地质和水文地质情况；②隧道埋深、跨度、结构型式和施工工艺；③隧道间距；④隧道施工影响范围内现有房屋建筑的结构特点、形状尺寸及与隧道轴线的相对位置；=5\*GB3⑤设计提供的变形及其它控制值及其安全储备系数等。4.4量测项目类型在地下工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以，在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态应进行目测。对开挖后动态进行目测，对被覆后围岩动态进行目测、在新奥法量测项目中占有很重要的地位。观察目的：细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以目测观察是新奥法监测中的必测项目：隧道目测观察的目的是：（1）预测开挖面前方的地质条件。（2）为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。（3）根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目可分为必测项目和选侧项目两大类(见下列表)，必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须进行；选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他特殊要求，有选择地进行。表4-1监控量测必测项目表4-2监控量测选测项目4.6测点设置隧道施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。（1）开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施;观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。（2）洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。净空变化、拱顶下沉和地表下沉(浅埋地段)等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等按表4-3规定进行。各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的l－2个。4.7监测要求净空变化、拱顶下沉量测应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。拱顶下沉和地表下沉量测基点应与洞内、外水准基点建立联系。表4-3必测项目量测断面间距和每断面测点数量隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。横断面方向应在隧道中心及两侧间距2-5m处设地表下沉测点，每个断面设7-11点，监测范围应在隧道开挖影响范围以外。地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。地表下沉量测频率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离，分别按表4-4和表4-5确定。当按表4-4和表4-5选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。或参照表4-6各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2－3周结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。4.8量测数据整理、分析与反馈要求1、每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图;2、对初期的时态曲线应进行回归分析，顶测可能出现的最大值和变化速度;3、数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。4.9围岩稳定性的综合判别1、实测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于表4-7和表4-8所列指标，并按表4-9变形管理等级指导施工。2、根据位移变化速度判别:净空变化速度持续大于1.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统;净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。在浅埋特别是超浅埋地段，以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其他指标判别。3、根据位移时态曲线的形态来判别:当围岩位移速率不断下降时（du2/dt2<0），围岩趋于稳定状态;当围岩位移速率保持不变时(du2/dt2=0),围岩不稳定，应加强支护;当围岩位移速率不断上升时(du2/dt2>0)，围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

第五章浅埋暗挖法工程实例5.1复兴门折返线工程（正台阶法和单侧臂导坑正台阶法）5.1.1工程概况折返线工程位于复兴门内大街西嘉样里至闹市口国宾大道之下，该段地面每天来往车辆5～7万辆、自行车30万辆；地下管网密布、纵横交错。工程全长358.292米，折合单线隧道1058米，由南北两条正线和一条折返库线所组成（见图5.1），隧道断面变化繁多，包括尾单线隧道445米，双线隧道262米，渡线隧道43米，不同跨度、高度的断面形式33个，隧道开挖跨度由6.96米到14.86米不等，拱顶至路面的覆土厚度9～12米，覆跨比0.67，属于非常浅埋型，隧道断面与覆盖深度关系（如图5.2）。并且还增设了两条换乘通道总长190米。车助坑道设有一座直径5.5米、深22米的竖井和一条长54米的联络通道，通道与折返线成45°相交，是出碴主要工程量包括：开挖土方5.6万立方米，采用复合式衬砌：一次支护喷射混凝土8000立方米，塑料防水板铺设2.7万平方米，二次衬砌模筑混凝土1.隧道主体结构处于第四纪冲积洪积层中，主要由粉细砂及砂砾石所组成，该地层松散，无自稳，没有粘聚力。地下水位线在路面以下23米处。图5.1图5.25.1.2施工工艺与方法（1）施工原则①坚持以量测资料进行反馈指导施工由于工程位置极为重要，施工中必须确保安全，考虑到浅埋暗挖和地层软弱的特点，采用较强的初期支护手段，在围麦形稳定后，进行二次模筑衬混凝土，坚持信息化指导施工，是本项施工的基点。其反馈设计施工流程(如图4)。②坚持先加固,后开挖由于围岩几乎没有自稳能力，松散易坍落，因此我们根据洞室跨度不同，对单线、双线隧道采用小导管超前预注浆稳定工作面，应用中压注浆密实胶结地层；对大跨度、变断面、覆盖浅地段采用深孔、前进式劈裂注浆加固围岩，再应用小导管超前注浆来稳定地层，做到万无一失，防塌防沉。（2）基本工艺要求“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”，是我们在实践中总结出来的基本工艺要求。施工组织计划和施工工序必须严格遵守“先排管，后注浆，再开挖，注浆一段，开挖一段，支护一段，封闭一段”。（3）施工方法①单线和双线断面采用正台阶开挖法施工开挖、施工顺序（见图5.3，拱顶I部开挖高度2.2米，顺着拱外弧线进行环状开挖并留核心，将钢拱架嵌入，.挂网喷护，其优点是便于操作，围岩扰动范围小，一旦发生坍塌，容易进行处理，也便于网构拱架快速架上，能在较短时间内将顶部支护完毕，从而创造一个安全的洞内施工环境。图5.3正台阶开挖法施工Ⅱ部开挖是在距Ⅰ部约5～7米处进行，拱圈两侧成“品”字形开挖，同时将网构拱架接至起拱线处，并在该处装2米的滞孔锚管成45°角向下打入地层，进行管口注浆，加强拱脚与围岩的联结，以防止落底时发生掉拱事故。Ⅲ部开挖包括两侧边墙，仰拱及中部核心的全部开挖，系采用S-50型单臂掘进机配备2立万米砂车作业，落底纵向长度每次1米，要求及时开挖，快速支护，尽早封闭。②渡线大跨度断面采用单侧臂导坑正台阶法施工单侧臂导坑正台阶法施工（见图5.4），它既能减少渡线大跨度断面，又能避免采用双侧壁导坑法(日本叫眼睛工法)所带来的工序繁琐，造价增大，进度缓慢的缺点，并可避免由于施工精度不够而引起网构拱架联结困难的缺点。图5.4单侧臂导坑正台阶法施工5.2北京地铁蒲黄榆车站(中洞法)北京地铁五号线蒲黄榆车站，是世界上首次采用大跨度单拱单柱双层岛式结构，浅埋暗挖施工。蒲黄榆车站全长168m，为单拱单柱双层岛式暗挖车站。车站开挖宽度22.6m，高度16.3m，平均地面埋深5m～6m。地下管线较多，地面建（构）筑物密布，车流量大，施工难度大。为确保施工安全，采用φ114×5mm长大管棚作为超前支护。管棚沿车站拱部环向布置,间距为0.3m,长度146.6m车站通过地层从上至下主要为:粘土层、粉质粘土层、粉细砂层、中粗砂层、砂卵石层。车站主要施工工序如下:开挖→初喷→挂网→安设格栅钢架及工钢→复喷至设计厚度→基面处理→拆除临时支护→防水层铺设→钢筋安装→混凝土浇筑。为确保施工及周边环境的安全，采用中洞法施工，即先将大断面分成左、中、右三个洞室，每个洞室的跨度约为7.5m，再将三个洞室竖向从上至下分成四个小洞，每个小洞的高度约4m，共12块（12个小洞）进行施工（如图5.5所示）。先施工Ⅰ区拱顶注浆小导管，环行开挖Ⅰ区土体，预留核心土，安设钢筋网、格栅钢架、连接钢筋及Ⅰ25a工钢临时支护，及时封闭成环；再从上至下环行开挖预留核心土施工中洞Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ区，施作临时支护封闭成环；车站中洞南、北相向开挖，至站体中心分界里程后，分段、分层由下向上施工底纵梁、φ1000的C50钢管柱、顶纵梁；中洞二衬施工完毕，两边对称开挖上部侧洞Ⅴ区，从上至下顺序对称施作Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ区，各区均采用环行开挖预留核心土的工法施工。各洞室的开挖前后错开形成台阶，上下台阶纵向错开距离大于8m；各分块开挖的格栅钢架及Ⅰ25a工钢临时支护必须支撑牢固；各洞室初支封闭成环5m后，及时对初支背后反复注浆，达到严控地表沉降及堵水的目的图5.5蒲黄榆车站横断面示意5.3北京地铁磁器口车站(中洞法)5.3.1磁器口车站概况磁器口车站是北京地铁5号线与规划北京地铁7号线的换乘站,车站全长80m,宽21.87m,高14.933m。车站建筑面积为12244.2m,车站主体覆土深度为9.8m～10.3m。车站为双层岛式三拱两柱结构,车站地下一层为站厅层,预留通道实现与七号线换乘,地下二层为站台层。车站采用暗挖中洞法施工。车站上部土层主要为细砂、粉细砂,下部土层以粉土、粘质粉土为主,底板土层主要为卵石圆砾层。车站结构剖面如图1所示。5.3.2中洞法施工步序车站采用中洞法施工,具体步序为:中洞超前支护→中洞一步～八步开挖→中洞仰拱、底纵梁→钢管柱、中板→顶梁、中拱→边洞超前支护→边洞九步～十二步开挖→边洞仰拱→边墙、中板→边拱→站台板。步序图如图2所示。磁器口车站三拱两柱结构的顶部有反弯现象，防水施工不利,但开挖施工比较容易控制,施工的风险性较小。图5.6车站主体结构横断面剖面图（单位：mm）图5.7车站施工步序图5.4北京地铁10号劲松站车站（洞桩法）北京地铁10号线劲松站位于东三环劲松桥东侧十字路口下，地面交通繁忙，车流、人流量大，路面交通车流量约800辆/h。周围高楼林立，建筑物、结构物众多。地面下管线错综复杂，有燃气、热力、给水、雨污水、电力、电信等各种管线30余条，且多为20世纪80年代敷设的管线，年久失修。主体全长19116m，主体宽2017m，双柱双层3跨连拱结构，覆土厚度9～10m，主体结构有三分之二处于砂类土开挖。该车站采用洞桩法施工，车站上层开挖4个小导洞,在2边导洞施工φ800钻孔桩作为主体开挖围护结构,桩顶施工冠梁,上层中间2导洞用于施工人工挖孔桩与下层2个导洞贯通后安装<800钢管柱,浇筑底、顶纵梁后形成梁柱体系,在冠梁与顶纵梁之间进行上弧扣拱,形成了主体开挖支护体系。因此,该车站对地面沉降控制及开挖支护结构稳定性要求非常严格,为保证绝对安全,在开挖过程中要求车站结构及各种管线路必须做到“不陷、不塌、不裂、不断”。北京地铁劲松站在暗挖施工过程中,采用规范监测手段,进行信息化施工,减少了施工的盲目性,及时发现施工过程中的异常并预警,保证了地铁的安全施工,其社会效益和经济效益是非常明显的,通过监测数据的采集为暗挖施工过程中的临时支护的动态设计提供了充分的依据,减少了不必要的投资。同时,路面沉降控制在30mm以内,有效控制了周边建筑、结构物的安全,确保了路面交通的正常进行,各种管线路无破裂、泄露、拉断等现象。结构安全可靠,证明该车站采用PBA工法施工及各支护参数是成功的。5.5广州地铁三号线林和西站（中柱+台阶+CRD法）5.5.1工程概况广州地铁三号线林和西站位于广州市天河区林和西路与天河北路交汇处，沿林和西路布置,与天河北路垂直相交,呈南北向。站址位于广州高级商贸区，两侧高楼林立,西北侧为48层的广东省国际贸易中心、市长大厦、正在建设中的耀中大厦商用楼，东北侧为广州市标志性建筑———83层的中信广场、东站广场、荟雅苑,南侧为天河体育中心及街心花园。车站周边环境是广州市的“亮点”,该地区的规划已基本成型车站两端为南北基坑,两基坑通过双联拱隧道相连。双联拱隧道横穿广州市交通要道—天河北路，起止点里程为YDK1+539～YDK1+589.8,隧道全长50.8m。隧道断面开挖尺寸为20.2m×9.37m,采用复合式衬砌,衬砌后断面尺寸为18.3m×7隧道埋深7.5～8m,隧道上覆地层由上往下依次为人工填土层、冲积～洪积层、可塑或稍密残积土层、硬塑和中密残积土层、全风化泥质粉砂岩、强风化岩层、中风化岩石、微风化岩石。隧道主要穿越可塑或稍密残积土层和硬塑和中密残积土层。地下水主要为第四系孔隙含水层和基岩裂隙水,不丰富,主要分布为人工杂填土层的地表水渗水及其余地层的基岩裂隙水。图5.8双联拱隧道断面图5.5.2隧道开挖与施工工艺隧道施工过程中遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则,严格遵守“先下管,后注浆,再开挖,注浆一段,开挖一段,支护一段,封闭一段”的工序要求暗挖双联拱隧道开挖尺为20.2m×9.37m,分别由5个导洞进行施工。每个导洞分为上、下两个断面开挖，每个断每又分上、下台阶支护。按照中柱+台阶+CRD法施每循环的开挖进尺根据设计要求或围宕的实际隋况，控制在1.0m之内，做到开挖和支护时时间尽可能短。开挖施土土序为:测量放线→小导管施工→开挖出渣→危石处理、初喷混凝土→切期支护→延伸风水管→下一循环。双联隧洞平行开挖，先开挖初支中导洞及左右外侧导洞的上断面及下断面→施作位于中导洞隧道轴线的底、顶纵梁、中柱及外侧导洞二衬→中纵梁及柱达到设计强度、对外侧导洞二衬进行换撑、开挖初支左右内侧导洞→二衬内侧导洞→施工站台内部结构。双联拱隧道平行开挖衬砌顺序示意图见图2。初期支护包括:喷混凝土、锁脚锚管、挂钢筋网、格栅钢架和型钢钢拱架等。二次衬砌主要是模筑混凝土支护。图5.9双联拱隧道平等开挖衬砌示意图5.5.3隧道施工监测（1）监测项目①沿隧道轴线长度布设5个主断面，各断面纵向间距10m。②开挖后迅速安装收敛桩并编号，初读数在开挖后12h内读取，测点必须牢固可靠，易十识别并妥善保护。③地面沉降、拱顶下沉、净空收敛、钢架应力等。（2）监测方案①地面沉降监测。在隧道中线上方，每隔10m设置一个观测断面，每一断面设置20个观测点，点与点之间相距2～4m，共设置5个断面。地面沉降观测点布置见图4。②拱顶沉降监测。隧道开挖初衬后，每孔隧道拱跨顶部何隔10～15m设置一个沉降观测点（特殊地质地段每5m设一个测点），测点埋设采用膨胀螺丝埋点。③水平收敛监测。隧道水平收敛测点在正常地质地段何10～15m一个断每（遇特殊地质地段每5m一个测点），测点埋设采用膨胀螺丝④钢架应力监测。选择3个主断面，主断面纵向间距15m,每孔布设1个监测点，布设钢弦式应变计。林和西站双联拱隧道顺利贯通后的监测结果为:路面最终累计沉降最大值140mm，顶拱最终累计最大沉降值80mm。常规监测测点布置见图3。隧道施工过程中，没有因为隧道施土而引起地面天河北路交通中断、管线破坏、建筑物破坏等事件发生，也没有周边居民投诉的现象出现。图5.10常规监测点布置图5.6营口道站1号风机房的施工（CRD法）5.6.1工程概况天津地铁1号线采用暗挖法施工的风道或出入口,多位于原墙子河改造回填土层中,土体十分松散,加之埋深浅,施工困难,其中尤以营口道车站1号风机房施工难度最大。营口道车站位于南京路和赤峰道交叉口处,1号风机房和风道呈“L”形,即风道先垂直再顺南京路下方延伸到路边风井,覆土厚度1.0m～1.5m。其中联络洞长24m,宽度14.施工从工作竖井向下开挖,大断面设型钢初期支护,分10部开挖,设计断面如图1所示。风机房联络通道围岩主要为粉质粘土、粉土、粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土组成,岩体整体稳定性很差，地卜水位高，施工采取中φ108大管棚超前支护，利用小导管注浆来对土体进行预加固和堵水。图5.11风机房通道断面开挖支护示意图5.6.2施工方法①暗挖隧道拱部采用中φ108大管棚超前支护，管间距20cm，两侧边墙采用φ42超前小导管注浆支护，间距15cm，L=3m，小导管外插角30°。掌子面采用φ42超前小导管注浆加固，L=3m，间距0.8m×0.8m，小导管梅花型布置，每循环之间搭接长度为L＝5m。小导管施工前掌子而喷射0.3m厚②隧道施工采用CRD法，分10步开挖，每步之间设中隔墙和临时仰拱。施工中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，及时架设钢格栅，挂网喷射混凝土支护，尽早封闭成环，确保施工中的安全。开挖顺序为先1,3,7.5,9部，然后再2,4,8,6,10部；③采用信息化施工，加强监控量测，对地表沉降、洞内拱顶下沉、周边收敛以及土体侧压力、钢拱架内力进行观测和反馈。根据量测结果及时调整支护参数。营口道站1号风机房通道和北风道暗挖开挖施工已经顺利完成，从计算结果和实测结果看隧道的拱顶下沉、收敛、支护结构受力均在安全控制基准范围内，证明了只要严格执行设计和施工方案，结合现场实际，利用大管棚或者周边小导管必要时辅以水平旋喷桩等手段作为超前支护，开挖前通过小导管注浆来对土体进行预加固和堵水，采用CRD法等浅埋暗挖工法在大津地区开展地下工程的施工是完全可行的。控制好施工过程中引起的地表下沉和对周边环境及结构物的影响，是浅埋暗挖法成败的关键。因此，掌握施工过程中地表下沉的特性和规律是至关重要的。5.7北京地铁和平里站至东直门站地下区间的施工（中洞法）5.7.1工程概况北京城市铁路14标段为北京地铁13号线和平里站至东直门站之间的地下区间,线路总长1420.2m，其中暗挖段为1140.2m。暗挖隧道为双连拱结构，最大开挖宽度为12.05m开挖高度为7.397m。上覆地层依次为:人工填土层；粉细沙层；粘质粉土粉质粘土层、湿－饱和、硬塑；粉细砂层，稍密－中密，饱和；以下为粘土层5.7.2浅埋连拱隧道的施工难点浅埋连拱隧道施工时，围岩变形复杂，不易控制，施工方法不当可能对周围环境及隧道质量产生较大的影响。中洞法施工城市浅埋连拱隧道主要技术难点为:（1）中洞法施工浅埋连拱隧道时,围岩需经过多次扰动,变形多次叠加,易产生过大的地表变形。因此,城市中修建连拱隧道应注意选择合适的地层预加固方法及正确掌握施工工序显得十分重要。（2）浅埋地层中,地质条件差,通过不良地层时防止围岩坍塌成为洞身开挖的关键,通过地面降水,洞内注浆等辅助措施改良地层可保证施工安全。（3）中洞施工时,结构为狭长行,保证拱腰处的支护体系能够及时提供足够的承载力,确保支护体系的稳定,从而保证整个隧道的安全。（4）连拱隧道施工时,由于地下水的原因引起的问题较多,对隧道结构的稳定性和隧道施工的影响较大,衬砌接头部位的渗漏水问题亦不易解决。5.7.3确定施工方案的原则（1）通过地表降水及加强超前注浆等手段，确保地层预加固的效果，提高围岩的C、φ值，增强围岩的强度，保证施工安全及减小地层位移量。（2）为确保支护体系的稳定,开挖后及时施作仰拱,尽快封闭围岩。（3）对于对地表沉降量敏感的地段,可采取地面动态注浆的手段,依据监测结果,动态调整敏感段的沉降量，使整个地段地表沉降处于可控状态，保证整个地段处于安全状态。（4）加强防水施工,“以防、堵、排相结合”的原则，达到排水通畅，防水可靠，经济合理，不留后患的目的。5.7.4施工方案本工程采用中洞法施工,施工流程见图1。施工前先进行降水作业,疏干隧道施工区域地下水,达到无水作业条件。施工流程图1所示:（1）隧道开挖时先进行中洞施工，每循环施工前先施作超前小导管预注浆加固隧道前方地层。施工降水达到效果后，进行图中①、②步施工，分台阶开挖中洞隧道，进行中洞初期支护。（2）中洞贯通后，进行③步施工，分段拆除临时仰拱，进行中隔墙二衬施工。图5.12中洞法施工流程（3）中隔墙达到设计强度后，进行④、⑤步施工，中隔墙超前，分台阶开挖侧洞。施作侧洞初期支护。（4）侧洞贯通后，进行⑥步施工，分段拆除中洞初支，进行侧洞二衬施工。5.7.5地表跟踪注浆加固重要建筑物目的：对于隧道开挖影响范围内的重要建筑物，采用动态注浆的方法，控制和调整建筑物的不均匀沉降量，以防止建筑物因不均匀沉降而产生破坏。工艺流程：管线探测→定孔位→钻孔→制浆→压浆→提升→压浆→压浆结束→移至新孔位。（1）跟踪注浆分两步实现：首先施工前预注浆固结基底土层；其次施工中根据监测结果实施深孔注浆控制和调节建筑物沉降量。（2）注浆材料:采用无收缩浆液水泥+水玻璃+凝固剂（3）注浆参数：注浆压力0.3～0.6MPa，扩散半径250mm，咬合10mm，孔隙率0.5，有效注浆系数0.6，浆液损耗系数1.35。（4）根据监控量测结果，判断是否结束注浆，当建筑物沉降恢复至原位后即可停止注浆。5.7.6防排水施工连拱隧道防排水施工错杂于中墙、初支、二衬等分项工程中，工序繁杂、周期长、本隧道地下水源丰富，防排水施工成为工程的一个重点和难点。本隧道结构防水设计遵循“以防为主、防排结合、刚柔结合、因地制宜、综合治理”的原则。防水施工工艺：初支背后注浆→基面处理、检查→施作聚合物砂浆防水层→施作4mm厚PE衬垫→施作1.2mm厚ECB合成树脂高分子卷材→施作二衬防水混凝土→二衬顶部回填注浆由于本工程工艺复杂，为确保区间无渗漏，在防水层和二衬之间设置排水系统。排水盲管应紧贴防水板内表面，并按要求固定。结构变形缝防水采用埋入式橡胶止水带，在结构内侧(背水面)预留300×30的凹槽，待变形缝两侧的混凝土浇注完并养护完毕后，在缝内用双组分聚硫橡胶密封膏嵌缝，在凹槽内固定1mm厚钢板做成“U”型接水盒，然后再用聚合物水泥砂浆把凹槽填实抹平。如图2所示隧道结构防水施工步骤：①导洞拱顶初支背后回填注浆填充空隙：②用聚合物水泥砂浆将导洞顶板抹平压实，涂刷2mm厚聚灰浆，沿导洞纵向固定1mm厚、800mm宽钢板顶纵梁各一道，涂刷聚灰浆的基面干燥后，刷冷底子油，在顶板上粘贴SBS改性沥青防水卷材，粘贴泡沫塑料保护卷材；③施工中墙；④破处导洞，施作左右洞顶部的闭孔泡沫塑料衬垫，将SBS卷材和钢板弯起紧贴喷射混凝土基面；SBS卷材与1.2mm厚ECB卷材热焊过渡并固定在塑料衬垫上;然后施作测洞夹层防水；⑤施工二次模注混凝土前,在施工缝位置埋设橡胶止水条。图5.13隧道结构防水施工步骤图5.8北京地铁十号线光华路站中洞施工实例5.8.1工程概况光华路位于东三环路与规划商务中心街交叉口,为单跨三洞地下局部双层分离岛式车站,中间为双层结构,两侧站台为单层结构,三洞间以通道相连,车站的主体为南北向布置,起点里程为K20+526.084,终点里程为K20+695.284。车站总长169.2m,总宽度46.7m,中间洞宽14.4m,两侧洞宽10.81m。单侧站台宽度4.5m,线间距40m。车站共设东南、东北、西北、西南四个出入口,两个风井和风道分别位于车站南北两端。车站结构剖面图如图1所示。中洞为双层结构,覆土厚度为7.4m,采用洞桩法施工5.8.2主要施工方法和技术措施光华路车站主体中洞为单跨双层结构，采用洞桩法施工。首先施作两侧小导洞，小导洞开挖尺寸宽×高为5600mm×6400mm，初支厚度为300mm。再在小导洞内施作Φ800@1200的钻孔灌注桩，桩顶设1600mm×1650mm的纵梁，然后施作中洞拱部初支和二衬，在中洞拱部结构的支护下向下开挖土方，逐层架设水平施工横撑，直到结构底板，然后再由下至上逐层拆除横撑施作二衬底板和边墙。（1）导洞内灌注桩施工中洞围护桩桩径为Φ800mm，间距1200mm，桩长22.5m，锚入车站底板下13.83m，桩身混凝土标号为C30，共计240个桩。围护桩需在中洞两侧导洞内进行施工，导洞净高5.80m，净宽5.00m，桩位在导洞底板靠边墙侧，操作净高度约为5m左右。钻孔桩施工需在中洞导洞初支结构施工验收后进行，由于施工场地条件的限制，钻进和运输都存在相当难度。由于东南竖井进场较晚，南端横通道尚未施工，只能从北端横通道施工钻孔桩，为避免钻机间施工的相互干扰，将钻孔桩分为4组，每台钻机施工1组，即60根桩。钻孔桩施工采用改型反循环钻机，每个导洞安排两台钻机，按由内向外跳二钻一顺序施工，从就近风道出渣运输，两端风道导洞内设泥浆沉淀池，废浆经就近风道运出。（2）纵梁施工钻孔灌注桩施作完成后，凿除桩头，进行桩顶纵梁施作，纵梁长143.8m，截面尺寸宽×高为1600m×1650m，采用C30商品混凝土。每个纵梁分五段施工，各段长度30m左右，钻孔灌注桩桩顶清理、桩身质量检查、钢筋绑扎、模板和支撑的安装及混凝土浇筑等工序的施工采用流水作业，加快工程进度。出入口段应先将纵梁下部的钻孔桩接高至梁底标高位置后再施工纵梁。纵梁模板及支撑采用组合钢模板＋方木支撑体系，应保证钢模板及支撑体系的刚度和强度。混凝土浇筑采用泵送C30商品混凝土，插入式振捣棒振捣。（3）扣拱施工在中洞扣拱施工中,先施作导洞内初支结构,再开挖两个导洞之间拱部土方,施作导洞之间的拱部初支,中洞拱部连为一体,共同受力。施工中格栅钢架的连接处理的好坏,直接影响格栅安装的精度以及初期支护的机构质量,是洞桩法施工中的关键问题。下面对施工中格栅拱架连接主要的几个问题及相应的施工措施加以说明。1)拱脚处连接。施工中首先在纵梁上预埋地脚螺栓和钢板，小导洞内格栅连接板与纵梁上预埋的地脚螺栓直接连接，同时与预留钢板焊接，地脚螺栓锚固长度不小于35d。2)小导洞内格栅和小导洞之间格栅的连接。在小导洞内超前2m～4m破除导洞与拱部格栅连接处的混凝土，割除下部导洞格栅，将小导洞之间的初支格栅与切割后的导洞格栅直接连为一体，施工中预埋注浆管，喷混凝土后及时背后注浆。3)拱顶格栅连接及下部土方开挖施工。两个导洞之间初支结构净宽度为9.063m，弧长为9.615m。结构拱部处于粉细砂层中，开挖易引起塌方，因此初支格栅采用3段，使格栅连接点偏移拱顶，避免拱顶变形过大。同时施工中分三部分开挖，先开挖两侧土方，安装钢格栅喷射混凝土后再开挖中部土方，安装钢格栅喷射混凝土封闭上拱。为控制地表沉降，开挖施工中留置核心土。（4）大管棚超前加固施工由于车站主体结构中洞位于东三环道路中心下面，中洞长148.2m，从北向南为下坡，坡度为2‰，上覆土只有7.4m，地面交通繁忙，车流密度较大，而且地下管线密布，为减小地表沉降，保证地下管线和地面交通安全，在车站中洞洞桩法施工中采取大管棚施工和小导管注浆联合超前支护方法。大管棚施工两侧对打，每侧管棚长度77.5m，设在拱部60°范围内，每侧33根。管棚采用Φ159×8mm无缝钢管，环向间距300mm，开口处每根管棚中心距中洞拱部初支结构外皮轮廓线250mm，纵向搭接5m，管内填充水泥砂浆。（5）横撑施工中洞开挖过程中，在中洞拱脚处会产生很大的水平力，使拱脚产生水平位移，施工中若不采取相应措施，中洞拱部会因拱脚水平位移过大而失稳，或引起地表沉降过大。针对这种情况，在两侧拱顶纵梁之间设置拉杆并预加拉力，即施工中的第一道横撑。横撑采用的是Φ600的钢管，长13m，水平间距为3.0m。第一道横撑位于纵梁处，两端需与纵梁施工时预埋螺栓连接。施工时，横撑两端钢板与梁内预留钢板沿周边焊接在一起，以保证横撑的抗拉强度。之后的第二道、第三道格栅设置方法相同。施工中对初期支护进行监控测量,及时调整横撑预应力值,以控制变形和地表沉降。1）在洞桩法施工中，前后施工环节都相互影响，这种联系是由预埋件来实现的，预埋件的准确定位直接影响洞