城市轨道交通工程现场管理人员专项培训

城市轨道交通工程现场管理人员培训教材中国中铁航空港建设集团有限公司2011年12月目录第一部分盾构施工技术 一五81\h5第一章盾构施工原理及风险分析 一五82\h61.1盾构机历史变革 一五83\h61.1.1盾构机的诞生 一五84\h61.1.2盾构机在世界上的发展历史 一五85\h61.1.3中国盾构现状 一五86\h71.1.4全球盾构发展水平 一五87\h71.2盾构机分类 一五88\h81.3盾构施工原理 一五89\h91.3.1盾构施工优缺点 一五90\h91.3.2泥水盾构施工原理 一五91\h91.3.3土压平衡盾构（EPB）施工原理 一五92\h91.3.4硬岩掘进机（TBM）盾构施工原理 一五93\h101.3.5同步注浆原理 一五94\h101.3.6管片拼装原理 一五95\h101.4盾构施工风险与控制 一五96\h121.4.1盾构施工风险源辨识 一五97\h121.4.2盾构施工事故分析 一五98\h121.4.3盾构施工风险与对策 一五99\h141.5盾构施工典型事故案例 171.5.1盾构机械事故 171.5.2盾构掘进引发的地面沉降和建筑物损坏事故 一八1.5.3盾构机进出洞及横通道施工事故 201.5.5盾构机换刀事故 221.5.6地下障碍物处理 231.5.7其他安全事故 23第二章盾构施工技术与质量控制 242.1盾构施工的发展方向 242.2盾构施工工法简介 252.3盾构施工工艺及验收规范说明 252.3盾构施工关键技术与验收 26第二部分地铁车站明挖、盖挖法施工质量与安全管理控制要点 340前言 一三\h351讲课内容 361.1明挖法、盖挖法施工技术要点 一五\h361.2明、盖挖法质量及安全管理控制要点 362主要依据规范及参考书 372.1主要依据规范 一八\h372.2主要参考书 373明挖法施工 383.1明挖基坑分类 383.2基坑变形的监控值 383.3土方开挖的顺序与方法 394明挖基坑主要支护形式和支护体系 404.1无水或降水施工的支护型式： 404.2封闭止水支护型式 404.3支护体系 405土钉+网喷支护体系施工技术及质量及安全管理控制要点 415.1定义 415.2适用范围 415.3施工技术要点 416桩锚（或内支撑）支护体系施工技术及质量及安全管理控制要点 436.1定义 436.2适用范围 436.3施工技术要点 436.4质量及安全管理控制要点 457墙+内支撑（或锚杆）支护体系施工技术与质量及安全管理控要点 477.1定义 477.2适用范围 477.3施工技术要点与质量控制 477.3.1连续墙施工技术 477.3.2排桩施工技术 487.3.3水平支撑施工技术 497.3.4土方开挖、结构与防水层施工技术控制要点 497.4质量及安全管理控制要点 498施工监测 509盖挖法施工 519.1定义 519.2适用范围 519.3盖挖顺作法 519.4盖挖逆作法 539.5两种盖挖法的主要区别及施工控制技术 569.6施工质量及安全控制要点 5610锚喷支护工程施工质量控制要点 5710.1检查验收程序 5710.2地质缺陷处理的施工顺序 5710.3岩面整修 5810.4地质缺陷处理 5810.5锚杆 5810.6排水孔 5910.7喷混凝土 5910.8检查签证（验收） 60第三部分地铁事故案例分析 611北京地铁M一五号线顺义站事故 622南京地铁事故 633大连地铁塌方事故 644杭州地铁“11.一五”事故 655深圳地铁施工事故 686天津地铁三号线透水事故 717广州地铁引发房屋倒塌 728广州地铁海珠广场基坑塌方 749上海市地铁4号线工程管涌坍塌事故 77第一部分盾构施工技术第一章盾构施工原理及风险分析1.1盾构机历史变革1.1.1盾构机的诞生第一台盾构机的诞生最早进行研究的是一个法国工程师名叫布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发。由此产生的灵感与盾构掘进工作原理嵌合起来，刀盘对掌子面进行切削，由螺旋机消化后皮带机输送渣土外运，同时油缸顶推前行同步预制管片衬砌进行支护，简单的形成一个隧道循环的过程。1.1.2盾构机在世界上的发展历史盾构机的发展史是伴随欧洲工业革命而起的，欧洲工业革命蓬勃发展，但应用于地下工程的机械设备寥寥无几，最早的隧道工程只有爆破法一种方法，钻孔、填药、爆破，问题是爆破后的毒气伤害、涌水、塌陷风险极大，人身安全无法保障。所以必须产生一种机械设备代替人工施工的出现，最早出现的是一名比利时工程师毛瑟发明的硬岩掘进机，当时叫做“片石机”，是目前公认的第一台TBM（TunnelBoringMachine），由于当时能量问题无法解决，使之成为了一台艺术品而非工具，搁置了起来。随后的盾构发展被一代代的工程师进行千锤百炼，不断优化改造，从英国伦敦泰晤士河下的矩形盾构到圆形盾构，英国人格瑞海德的第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。随后的二十世纪德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。最早的土压平衡盾构是由日本一家IHI公司发明，70年代在东京投入使用，以后的版本名称大不相同，但原理上都可归纳为EPBS（土压平衡系统），我国最早的盾构机是在1962年上海投入使用，随后各种泥水盾构、混合型盾构机都被发明应用，但应用较为广泛的还是土压平衡模式盾构机。1.1.3中国盾构现状中国算是盾构应用普及比较晚的国家之一，虽然引进盾构技术已达40年，但盾构广泛应用年限也就最近的20年间，主要从上海、广州、北京三大城市地铁施工中延伸开来，按照我国国情发展，省会城市基本都有在建地铁项目，考虑到盾构施工功法的安全性、适用性、效率性地铁隧道施工都采用盾构法施工，大型穿黄、穿江、过洋隧道也都采用各种类型的盾构法施工，我国目前在用的盾构数量已经超过1000台，中隧集团、沈阳重工、长沙中轨、上海隧道股份公司等单位都有自己的研发机构，国内几家机械制造商也都投入研发自主知识产权的盾构，盾构使用承包商也达60多家，各种盾构施工学术交流会也都比比皆是，部分大学院校也增开了隧道工程盾构施工专业课程，盾构施工水平随着盾构施工现场根据不同地层、不同环境下的风险控制不断提高，而且盾构法施工从生产制造、维修保养、盾构操作、施工管理、科研研发、学术交流等方面的发展，使从业人员达到百万人，盾构市场的不断扩大，需求量也极具增长，部分私人从投资的理念出发，也拥有了私人的盾构机设备，用于租赁、承揽业务。就安全性看来，盾构施工产业将是以后隧道工程的首选，目前我国盾构施工正在起步阶段，受到经济制约性影响，除地铁和重大型隧道外，盾构施工还未完全普及，但本着以人为本，安全第一的施工理念，隧道工程将会逐渐把传统的人工爆破法偏移到盾构法上来，盾构施工必会进一步蓬勃发展起来。1.1.4全球盾构发展水平世界各地的隧道工程、市政管线、通信工程已经基本都采用盾构施工功法，盾构施工技术在趋于成熟的基础上，依旧在进一步完善优化，盾构机上各种设备的应用也越来越具有针对性、明细性，不再是统一的盾构制造使用模式，而是结合工程地质中地质岩性、颗粒分析、地下水压分析、岩层破碎程度等等地质勘查结果来进行提前盾构优化选型的模式，以便在遭遇不同不良地质时，盾构改造设备具有相应的施工对策，世界知名的盾构生产厂家海瑞克、罗宾斯、小松、三菱等大型机械公司已经形成一套完整的盾构生产到施工的配套体系，盾构施工不单单是机械改造和地质分析，而是把两者完美结合的产物，两者在盾构法施工过程中需要相辅相成、综合考虑、缺一不可。1.2盾构机分类就目前世界上存在的可称为盾构机的种类，根据功能分为六大类，这六大类又具有共性和不同性，功能分类又是根据地质岩性不同而分，分别为：敞开式盾构、土压平衡盾构、泥水盾构、复合式泥水气压平衡盾构、混合盾构机、硬岩掘进机（TBM）。敞开式盾构与硬岩掘进机主要针对围岩比较好的地层而设定，主要原理就是敞开式切削掌子面出渣，开挖舱并不密闭，操作简便。泥水盾构主要针对软岩地层、砂卵石地层，泥水盾构具有很好的气密性，通过向开挖舱内注入浓泥浆进行护壁，填塞砂卵石地层中空隙，可以较好的防止松散地层塌陷，广深港客运专线穿洋隧道就是采用4台复合式泥水气压平衡盾构机，开挖舱和泥水仓内通过气压和泥水压力来平衡掌子面。混合盾构机绝不仅仅指在刀盘面板上混合安装了滚刀和刮刀的意思，而是指为了适应复合地层掘进的需要，具有多种功能的混合作用，既能适应岩石地层，又能适应软土地层；既可以采用土压平衡模式，又可以采用泥水或气压模式；既可以是敞开式，也可以是密闭式或欠土压平衡模式等等。土压平衡盾构使用比较广泛，特别是华南地区，大部分处于红层，也就是泥质粉沙岩层，长沙地区基岩主要是以风化泥岩层为主，局部夹杂特殊地质的板岩和砾岩，由于地铁设计轴线要求，有的标段还需通过基岩上层的砂卵石层，对土压平衡盾构施工影响较大。土压平衡盾构主要通过切削下的渣土在开挖舱内进行堆积，与掌子面的水土压力平衡，保障掌子面稳定不塌方。1.3盾构施工原理1.3.1盾构施工优缺点盾构施工被广泛采用，特别是城市市政、地铁工程、重大型隧道工程，相对于矿山法主要因为它具有以下优点：（1）地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动等引起的环境影响较小；（2）机械化施工，自动化程度高，劳动强度低，施工速度快；（3）机械化封闭施工，对隧道内施工人员保护安全性高；（4）隧道衬砌属工厂预制，质量容易控制；（5）对于地质复杂、含水量大、围岩软弱等地层施工安全性、可靠性高，特别是穿江越洋工程控制性好。同时又具有本身的局限性和缺点：（1）设备一次性投入大，施工设备费用较高；（2）软弱地段覆土较浅时，地表沉降较难控制，部分特殊地层（高膨胀性、高地应力、球状风化体、岩溶地层、断层、穿越地下建筑物）需要提前进行预处理措施；（3）对设备依赖性大，设备完好率要求高；（4）用于施作小曲率半径隧道时施工较为困难等。1.3.2泥水盾构施工原理复合式泥水盾构刀盘旋转切削土体堆积至开挖舱内，同时油缸顶推前行。盾构切削下来的渣土悬浮在泥浆浆液中，通过高流速泥浆浆液循环模式把渣土与泥浆混合液集中运输出洞，泥浆浆液管路铺设延伸全线至地面一个泥水分离系统，通过分离系统振动筛分离渣土后泥浆重新进入管路重复利用。1.3.3土压平衡盾构（EPB）施工原理土压平衡盾构施工原理区别于泥水盾构最主要的一点在于出渣方式，土压平衡盾构出渣方式采用的是图中的螺旋输送机，螺旋机出渣至皮带机出渣，一般的土压平衡盾构只设置一个开挖舱，刀盘切削土体后堆渣，利用堆渣高度来平衡掌子面水土压力，同时土压平衡盾构也有一套供气管路，往仓内渣土顶部加气也是一种保持水土压力平衡的辅助措施。1.3.4硬岩掘进机（TBM）盾构施工原理TBM基本作为了盾构机的一种统称，但细化的称呼还是硬岩掘进机，主要适用于围岩性较好的地层，围岩自身很稳定，开挖面基本处于一种敞开式，非密闭式，这种盾构机施工风险性最小，但对地层稳定性要求较高。是靠刀盘刀具切削掌子面，但开挖舱都是裸露的，没有封闭，一般到盘上都配置全盘滚刀，滚到凸出刀盘面板先挤压破碎岩面，再利用油缸推进贯入岩层，旋转到盘后开始切削，硬岩地层受挤压力后破碎成颗粒状下落至到盘后面的渣土腔内进入漏斗，漏斗底部连接皮带机，渣土运输出洞，完成一个循环后拼装管片衬砌。1.3.5同步注浆原理盾构机在开挖掘进过程中，为了防止盾壳被地层卡住减少盾构有效推力，要求盾构刀盘开挖直径必须大于盾壳外径，而管片拼装必须在尾盾盾壳内完成，所以管片外径必须小于尾盾盾壳，整体盾构开挖直径最大、尾盾外径次之、管片外径最小，这样就会导致管片拼装成型脱出盾尾后于原土层之间形成一个较大间隙，长沙地铁盾构机为例，盾构刀盘开挖直径为6290mm，管片外径6000mm，这样形成一个145mm的环形间隙，原土层无承力就会下陷，同步注浆目的就是填充这个间隙防止原体层下陷进而引起地面沉降，同步注浆浆液填充间隙另外一个作用是防堵地下水，盾尾防堵地下水的另外一个装置是盾尾刷，盾尾刷靠近盾尾最后的位置，由一道止浆板和两道盾尾刷形成两个柔性腔，腔内预留有油脂管路，盾构推进过程中盾尾油脂泵输送油脂至这两个柔性腔内，防止地下水和同步浆液通过管片与盾尾间隙溢流入盾构机内。1.3.6管片拼装原理盾构掘进由刀盘旋转切削和油缸顶推完成，按照设计盾构掘进一般分为1.2m和1.5m一个循环，长沙地铁采用的是1.5m一个循环，也就是盾构油缸顶推1.5m后完成一个掘进循环，掘进循环完成后，停止刀盘旋转和油缸顶推，操作手于控制面板上切换掘进模式至管片拼装模式，管片拼装手使用无线遥控器控制拼装机拼装管片，动画中后部的管片吊机先吊运管片至喂片机上，喂片机输送管片至拼装区域（尾盾位置），管片拼装手利用拼装机起吊管片，起吊方式有两种，一种是真空吸盘式、一种是采用吊装头插入管片中心的吊装孔起吊，长沙中轨生产的起吊方式为吊装头，管片起吊后操作拼装机前移至油缸区域，操作缩回伸长油缸，旋转拼装机完成管片拼装。一环管片分为1块封顶快、2块邻接块、几块标准块三类，一般的管片根据隧道直径大小，增减标准块的多少。地铁隧道施工用管片绝大多数为3＋2＋1共6块组成，3块标准块、2块临接块和1块封顶块。拼装时先拼3块标准块和2块临接块，最后拼封顶块，拼时先径向搭接，再利用推进油缸纵向插入。1.4盾构施工风险与控制1.4.1盾构施工风险源辨识根据施工总结与事故统计，盾构施工风险源主要有以下三类。1、地质风险源辨识地层是盾构隧道的载体，地质的特征对盾构施工起着显而易见的重要作用，比如，孤石、复合地层、松散砂层、空洞、溶洞等不良地质都会给施工带来困难，如果不了解地层，那么，施工中就会出现意外事故。2、盾构机适应性风险源辨识盾构机是按地质环境“量身定做”的，因此，复合地层的复杂性决定了盾构机适应性的局限性和设备配置的多样性。如刀盘与刀具配置不合理会造成磨损严重。3、人为风险源辨识盾构机选型与施工均由人来完成，人员的行为活动偏差会给工程带来潜在的风险。1.4.2盾构施工事故分析1、全国地铁盾构施工安全事故统计截止2009年8月，全国地铁盾构隧道施工发生31起重大安全事故，其中地面坍陷14起，输送机喷涌9起，管片上浮2起，管片破除涌水、涌沙2起，盾构掘进困难2起，管片下沉1起，气体爆炸1体，如图1所示。图1盾构事故类型比例图2、盾构施工安全事故位置频数分析根据事故资料统计分析，盾构施工安全事故易发生位置主要有：盾构进出洞、联络通道、地质条件复杂等处，其频数统计见图2：图2构施工安全事故位置频数分布图3、盾构施工安全事故原因分析通过对事故原因进行统计分析，盾构工程安全事故原因归纳为3个方面，即：勘察因素、设计因素、施工因素共占事故因素的84%，是导致盾构施工安全事故的主因，见下表1：表1盾构施工安全事故原因统计主要原因百分比事故因素原因百分比勘察原因40%土层化分不准确10%水文地质资料不完整或不准确25%管线调查不清一五%勘察工作针对性不强40%岩土参数不准确10%设计原因16%荷载考虑不全11%工法不当11%加固方案不当12%水处理方案22%盾构设计参数44%施工原因44%止水加固土体质量不佳22.7%掘进参数设置不当一八.2%险情处理不及时36.4%注浆参数不合理一三.6%盾尾密封较差9.1%4、盾构施工现场发生安全事的主要阶段分析在地铁建设实施过程中，由于前期风险管理工作不足，导致很多安全隐患在施工阶段显现出来。通过对过施工事故调查结果表明，因勘察和设计（含盾构机设计）失误导致施工现场发生安全事故概率为53%，地铁施工各阶段安全事故概率见表2。表2导致地铁安全事故概率统计表事故原因勘察设计施工信息沟通不可抗拒事故概率12%41%21%8%一八%5、事故主体行为调查根据权威人士对地铁事故原因调查，结果表明人为失误是导致安全事故发生的主要原因，主要体现在设计人员由于经验不足导致设计方案失误，施工人员由于麻痹大意或操作不当引起灾难性后果，监测单位对地铁沿线管线及建（构）筑物排查不彻底、数据评估不科学导致安全事故的发生。从引起事故主体责任来看，设计方和施工方责任重大，事故主体行为不当造成安全事故，调查责任如表3：表3参建各方安全事故行为责任比例责任主体勘察方设计方施工方监理方监测方业主方百分比6%35%45%2%4%3%1.4.3盾构施工风险与对策1.工程地质风险与对策风险对策地质敏感度与地质调查准确度的矛盾尽可能详尽的工程地质调查盾构施工不可逆性与施工应变的矛盾科学合理的盾构机选型特殊地质条件与盾构设计的矛盾适宜的预处理措施2、盾构机适应性选型风险与对策风险对策盾构机设计的局限性遵循盾构机选型的理论原则盾构施工及工程地质认识的局限性搜集完整准确的盾构机选型依据，并全面考量盾构机选型的内容选型决策时的盲目性专业的决策团队3、地表建筑物的保护风险与对策风险对策水文地址条件的复杂性搜集现行与历史的水文地质资料并制定预处理措施地表建筑物调查的准确性准确掌握地表建筑物的基础结构操作与管理的协调性合理的选择掘进模式与参数信息化施工的有效性合理的监控量测方案及预案4、特殊工序的作业风险与对策风险对策装拆对人、设备的风险精心组织精心施工、教育始发土压平衡还没建立选择稳妥、可靠的加固与密封方案换刀开挖面不稳定、涌水专业化作业、针对性预案出洞土压平衡即将破坏选择稳妥、可靠的加固与密封方案5、辅助工程风险与对策风险对策端头加固合理方案、科学施工、多重监测、多种补救加固联络通道施工地面加固、洞内超前注浆加强换刀策划根据参数及时换刀桩基托换可靠的方案、合理的掘进参数、及时跟踪注浆6、管理风险与对策风险对策工序不衔接总体筹划设备管理不到位状态维护、功能保持数据系统准确不可靠仪器检查、测量及时人机不匹配专业化队伍的建设与稳定信息反馈不及时信息化施工系统的建立与有效7、常规的施工安全风险风险对策频繁的垂直、水平运输按章作业、实时监控洞内电、气、高压风防护到位、及时消除隐患其他施工的伤害加强焊接与切割管理1.5盾构施工典型事故案例上面讲到的都是理论化东西，下面针对盾构施工典型事故案例对以上的一些理论进行论证。1.5.1盾构机械事故（1）异常磨损造成的设备和刀盘刀具的损坏典型案例：北京五号线盾构试验段工程地质变化范围较大，穿越了粉质粘土层、砂层、砂卵石层，盾构掘进1.5km后刀盘刀具都有严重磨损，刀盘中心最大磨损深度达10cm，48把齿刀刀座全部磨损，刀盘面板局部磨穿。（刀盘刀具损坏方面）原因分析：①地质原因，隧道断面上部为粘土层，下部为密实的砂卵石砾石层，地层本身对刀具磨损就比较严重；②盾构机适应性分析，刀盘设计缺陷，泡沫注入系统太少，刀盘面板硬化耐磨保护处理不足；③管理方面，掘进添加剂使用和施工参数缺少分析，由于后期泡沫注入系统自动控制失灵，手动控制注入量不稳定，刀盘缺少润滑；④未对地质进行详细分析，未进行预加固处理，在超前注浆时，水泥浆倒灌堵塞刀盘，使得刀盘开口率封堵密实，磨损加大。综合归类盾构机设备常见磨损的就是刀盘刀具、螺旋输送机磨损，由于设备维保不到位导致的密封磨损主轴承损坏，除却人为管理因素影响，最大原因还是在于地层，刀盘刀具磨损地层多在硬岩层、砂卵石砾石地层。主要应对措施：①刀盘刀具选择，硬岩掘进刀具选择原则一般以破碎为主，而砂卵石层施以切削为主。②砂卵石层中根据地质勘察报告中，卵石粒径大小决定刀盘开口率，尽量使切削下来的砾石尽快进入密封舱，由螺旋机带出，从而减少对刀盘刀具的磨损，但开口率过大又会导致掌子面不稳，一般选用增加格栅形式的刀盘。③添加剂的使用尤为重要，土压平衡盾构除了常规的泡沫剂外，聚合物应用于富水地层也比较常规化。（2）施工操作或材料原因造成的设备损坏或故障盾构机上设备繁多，任何一件材料处理工艺和选用不适，在往后千万次的反复使用后出现疲劳导致机械故障，掉落、崩断、爆开等现象对施工场地影响也是极大的。典型案例（管片安装方面）广州地铁三号线沥滘站至大石站发生过管片拼装机吊装头断裂管片掉落事故。所幸只是管片报废，对现场拼装工人人身安全未造成损害。事故原因分析是吊装头材料热处理工艺欠妥；拼装机在设计时微调功能欠缺，管片吊装后速度过快无法控制碰撞冲击会引起吊装头受剪切力过大断裂；人员操作不熟练。（3）油路和电路系统是盾构机及其各个部件的动力生命线广州地铁五号线鱼珠站至大沙地站主轴承油管连接错误导致刀盘转速不稳定，扭矩值跳动较大，刀盘频繁卡死的情况，从人员、资金、工期上造成了很大的影响，主要原因就是盾构组装管理不到位，人员要求太低，线路修改后恢复正常掘进。盾构机上管线、油路问题主要是由于组装管理不到位、运行过程中保养不到位造成的，从精细管理责任到人方面加强基本可以避免。（4）盾尾刷失效盾尾刷承担着盾尾与原土层之间封堵格挡的作用，一旦失效，盾尾就会漏水漏砂进一步损坏盾尾刷，淹没盾构机。盾尾刷失效主要有两个原因：①盾尾油脂注入不及时，注入量不足；②盾尾同步注浆压力过大，击穿盾尾刷。往往盾尾刷的更换都是在盾构机出洞常态下进行更换，有些施工过程中尾刷被击穿严重，需要在隧道内进行更换，根据地层稳定性和含水情况而定，更换风险极大。（5）在盾构掘进过程中，关键部位出现问题往往是灾难性的，为避免这些问题的发生，受限要在盾构机组装时严格管理，特备是做好润滑系统、密封系统的安装工作，养成良好操作习惯，防止异物进入。严格执行盾构维保制度，避免不必要的磨损。掘进过程中及时关注掘进参数的异变，操作手要对参数异变情况及时作出判断和反应，不能盲目推进。1.5.2盾构掘进引发的地面沉降和建筑物损坏事故盾构法施工造成地面和建筑物沉降的根源是围岩超挖和盾构机挠动；隆起原因是盾构机前方对围岩的挤压。围岩超挖分为两种情况：盾构法本身造成的超挖和土压不平衡造成的超挖。前面讲到的盾构设计局限性缺陷，由于开挖直径和盾壳直径或管片外径只差导致的地层填补，使地面沉降，这种沉降是有限的，不至于导致地表较大塌陷和建筑物损坏。土压力不平衡因素很多，概括起来分为以下三类：①刀盘结泥饼的土压力不平衡；②喷涌发生的土压力不平衡；③切口压力不稳定引起的土压不平衡。上述的土压不平衡超挖都可能导致过量沉降塌陷，沉降量的大小取决于情况的严重程度。盾构挠动振动沉降较少见，也易被忽视，是指盾构机在复合地层掘进时，掘进速度慢，振动大，使盾构上覆土层颗粒重新分布，孔隙率降低，地层压缩，建筑物桩间摩擦降低，因而造成较大沉降，桩基下沉，建筑物严重损坏。挤压隆起是由于地层可塑性强和设定过高的出土压力引发的，解决这一问题只要将土压力降低到合理参数即可。地面建筑物倾斜事故案例：广州地铁八号线延长线1标土压平衡盾构掘进受地层影响，刀具磨损严重，频繁换刀，地面7栋民房发生不同程度沉降，最大累计沉降达42cm，房屋倾斜度5.91%。原因分析①盾构掘进地层为中风化泥质粉砂岩，隧道顶部局部强风化，注浆压力、掘进参数在事故前都是正常，沉降量控制也正常；②地下水在泥岩中含量大流失的可能性不大；③倾斜房屋为松木桩基础，原设计为三层，后增至六层，是违章建筑且地基不牢固，盾构掘进振动诱发了松木基础的沉降，导致房屋倾斜。泥水盾构过砂层塌房事故案例：广州地铁一号线西段采用两台泥水盾构，隧道断面地层主要为粗、砾砂、残积土、强风化带，上覆地质松散，基岩半岩半土或碎块状，岩体风化程度不一，易碎。掘进发现地面房屋有沉降后，停止掘进，对地面房屋进行注浆加固和支顶，重新恢复掘进后沉降稳步增加，累计沉降达到194mm后房屋轰然倒塌。原因分析：客观上讲主要是因为地质特殊性导致，盾构掘进断面砂、粘土、强风化都有，粉质粘土形成泥饼堵塞刀盘开口、排泥管出口导致以下问题：①掘进速度降低；②土舱切口压力波动不稳；③清洗刀盘注入高压清水导致泥浆质量降低；④开挖舱压力传感器不灵。最终导致泥沙量估计不准，大量进入开挖舱，超挖产生沉降。螺旋机喷涌造成地面沉降事故案例:广州地铁三号线天河至华师站左线隧道掘进过程中，由于隧道断面是花岗岩硬岩，刀具磨损严重，掘进速度不快，需停机更换刀具，在隧道顶部岩土交界面在地下水作用下已经有裂隙和坍塌。恢复掘进后，盾构机推力、扭矩明显增大，螺旋输送机土闸门压力增大，打开螺旋输送机土闸门时，出现喷涌现象，关闭土闸门土舱压力又迅速上升，喷涌导致地面塌方，塌方面积25平方，深度2.5m。原因分析：盾构机顶部处于砂质粘土层，地下水丰富，地层透水性强，每掘进一环时间长，对上部地层挠动较大，致使上部地层塌方。处理措施：向塌方区回填C一五混凝土，险情控制后沿原钻孔桩后轮廓线施作800x600旋喷桩，对刀盘前方裂隙孔洞注浆填充，然后开仓换刀继续掘进。1.5.3盾构机进出洞及横通道施工事故在相同工况条件下，盾构工法对地面沉降控制明显优于其他工法，因此，盾构造成的地面塌陷、房屋倒塌事故的概率还是比较低得，影响也是比较有限的。而盾构工程的辅助工程，进出洞的端头加固和横通道地层加固质量造成的事故概率高，后果更严重。盾构始发典型事故案例：南京地铁某施工场地在软土区始发，盾构掘进始发已经一八环突然在洞门右下角出现大量涌水涌砂，紧接着隧道始发端头加固区外侧地面塌陷，塌陷位置还有进一步扩散趋势，涌水涌沙量由开始的120m3/h增加到200m3/h左右，整个盾构井内水位上升0.7m后趋于稳定，涌水涌沙量稳定到50m3/h。6天后才完全封堵，涌水量达万方，涌砂量达千方以上，洞内一八环管片出现不同程度的错台及破损。原因分析：①区间隧道端头为流塑性泥质粉砂粘土和粉细砂层，地下水位埋深0.6m~2.3m，砂层中地下水具有一定的承压性。②车站围护结构SMW桩采用的H型钢插入到承压水层，盾构推进一八环后，过早拔出H型钢，导致承压水沿着拔出型钢的孔洞涌出，高水压力是隧道右下角洞门密封钢板被拉脱，承压水击穿止水帘布，隧道底部细沙随水涌出洞门。③洞门密封螺栓未紧固好。抢险措施：渗漏发生后，分端头井内排水和涌水涌沙处堵漏两部分进行抢险，并确定了井内聚氨酯封堵、地面注浆填充、隧道加强保护的抢险原则。①对漏水点周边封堵，减小渗流通道，并通过降水井减压后，注入聚氨酯封堵渗流通道。②地面塌陷部位采用土方和混凝土回填，对于沉陷较大的部位采取地面跟踪注浆和洞内二次注浆填充方式③隧道内管片加强监测，同时增加双液浆封堵，靠近洞口的管片用型钢支撑纵向连接，管片内部用方木进行“米”字形支撑，环间方木用扒钉连接牢固形成整体。盾构进站典型事故案例：某区间盾构进站塌方事故，采用的是海瑞克土压平衡盾构，盾构机到达掘进至连续墙外侧，将土舱上部排空，出土一五m3，操作人员转动刀盘切割连续墙钢筋，刀盘下部出现漏砂点，，并迅速扩大，涌水量达到260m3/h，半小时后盾构机上刚脱出盾尾10环左右的管片下沉错台一五cm，周边混凝土开裂，PLC显示盾尾在5分钟内下降了将近6cm，在一个多小时内隧道内管片破裂严重，砸落照明灯，控制室被砸倒，人员撤退，决定采取完全封堵洞门的方案。原因分析：①隧洞主要穿越流塑状粉质粘土和粉细砂层，端头加固采用850x600搅拌桩结合旋喷加固，加固长度6m。加固完成后抽芯检测加固强度达到设计要求，具有良好的连续性。出洞前进行水平探孔检查，下部和中部有少量渗水伴随砂。②盾构掘进到达端时出现管涌现象，但未引起重视。③端头加固设计长度偏短，只有6m，加固体不能将盾构机包裹导致破除洞门时粉细砂层沿开挖间隙涌入。④对盾构到达砂层风险意识不足，探孔水平检测孔数太少，洞门出现少量涌水涌沙时处理方式不当，出现险情后内外沟通不畅。抢险措施：①在到达车站洞门安装钢筋网和模板，纵向设置钢支撑，用混凝土分层浇筑，封堵洞门。②始发车站洞内6环位置用袋装水泥砌筑围墙封堵。③调集注浆设备进场地面注浆，抑制塌陷进一步扩展。④隧道内注入聚氨酯封堵渗流间隙。⑤隧道内注水回填维持隧道稳定。联络通道施工，正常暗挖法施工，施工过程支护不及时、开挖地层地面加固不到位都会导致地面塌陷，时间关系，这里不做赘述。1.5.4盾构操作不当引起的事故排除狭义的自然原因（地震等），几乎没有什么事故不与人有关，从操作层次来看，盾构事故主要原因有：没有经验或经验不足；存在侥幸心理，“人为可能不会出问题”；野蛮操作，明知会有问题仍不修改操作方法程序。主要的事故案例有盾构始发措施不当造成始发管片拼装偏移超限，始发架反力架设计显得薄弱，导向轨安装不到位盾构机进洞栽头。都是因为始发操作措施不到位，没有严格按照方案执行导致。还有操作人员误操作，由于注浆设备压力机损坏，对管片壁后盲目加压注浆，注浆压力过大管片破碎。隧道掘进软土淤泥地层都会出现成型隧道上浮现象，有的地层富含承压水但同步注浆量未跟进也会导致隧道上浮，隧道变形后测量人员没有实践经验盲目偏心自动导航系统，盾构操作手过猛纠偏，导致成型隧道偏移、蛇形等现象。操作不当致使盾构机翻转、卡盾构事故、施工参数选择不当造成隧道整体旋转、添加剂使用不当造成喷涌和结泥饼这些事故基本都是从“人”身上有迹可循，这就关系到施工过程中管理制度执行问题，基本上是可以杜绝的。1.5.5盾构机换刀事故盾构施工在掘进时由于刀具刀盘磨损原因，需要停机开仓换刀，开仓分为常压开仓和加压开仓两种方式，常压开仓直接打开舱门做好辅助安全措施，人员进入掌子面进行换刀作业。加压开仓往往是在掌子面不稳定情况下，对开挖舱进行加压维护后，人员进入作业，加压开仓换刀承担着掌子面不稳塌陷和高压作业对人员身体损害的双重风险。但大量事实证明，由于没有及时换刀造成切削故障，严重影响了盾构最终推进速度更加延误工期。典型事故案例广州地铁五号线在花岗岩层掘进时平均30m就更换一盘刀（39把），又如在江河湖海下面的软土地层施工，特别是那些大、长盾构隧道，开仓换刀绝非易事，又如在重要建筑物管线下换刀，风险都是很大的。深圳地铁换刀快结束后开挖面塌方2死1伤。广州地铁3号线开仓换刀遇到不明气体爆炸3死。盾构换刀作业只有在主观认识、客观分析上做好充足的功夫，才能确保换刀的安全性，俗话说的“磨刀不误砍柴工”1.5.6地下障碍物处理地下障碍物大体上分为两类：一是天然障碍物，比如球状风化体、大的砾石孤石漂石等。二是人为建筑物，地下桩基础、地下构筑物、人工抛石等地下天然障碍物的危害主要体现在刀盘受力不均造成面板变形及面板与盾构机轴线之间的变形。人为障碍物主要是盾构掘进时对设备的损害和对构筑物的损害两个方面。典型案例：深圳地铁盾构掘进遭遇到花岗岩球状风化体，导致刀盘变形无法推进，对球状风化体的处理主要有人工破除、盾构机破岩、地面钻探下药爆破和冲孔桩破岩四种方法。长沙地铁二号线7标五芙区间岩溶区内就遭遇了孤石情况，掘进参数异常、螺旋机堵塞，中铁十二局采用了仓内人工爆破处理的方式确保施工安全。长沙地铁二号线7标迎芙区间芙蓉立交桥36根桩基础侵入隧道断面1.5m，中铁十二局通过优化设计，对立交桥桩基进行了筏板加固，盾构掘进是采用优化参数、加强二次注浆的方式顺利通过，监测显示零沉降，很好的控制了地面沉降对立交桥的影响。1.5.7其他安全事故隧道内安全事故不胜枚举，溜车事故、水泥灌倒塌事故、触电事故、凿洞门事故很多。事故案例不再重复赘述。第二章盾构施工技术与质量控制2.1盾构施工的发展方向㈠盾构直径向两个极端发展目前，盾构直径不受限制，根据隧道的功能出现两种极端，最小的盾构直径不足2米，最大直径约16米。㈡盾构隧道埋深向超浅埋与超深度发展根据施工规范，盾构隧道覆土必须大于盾构直径，但也不易过深，目前，有些盾构始发段覆土只有0.4D，也有些盾构埋深超过60米。㈢盾构施工自动程度越来越高目前，盾构施工逐渐智能化，如管片选型可以有盾构机自行选择。㈣盾构施工适应地层越来越广盾构机必须适应地层，根据施工总结，通过盾构机优化和增加各种功能，盾构机可以通过改变掘进方式来适应更多地层。2.2盾构施工工法简介盾构机施工工法主要有泥水盾构施工和土压盾构施工两种，但是，随着施工技术的发展，盾构施工工法也不断开发出来，这方面，日本比较成功，日本盾构主要有12种工法。2.3盾构施工工艺及验收规范说明1、盾构机施工工艺流程①盾构选型②盾构制造③盾构工作井及配套设施施工④盾构机组装⑤盾构始发⑥盾构正常段掘进⑦盾构接收2、盾构施工验收规范说明我国目前有《盾构法隧道施工与验收规范》，地方盾构施工规范主要有北京和上海，他们比国标要严格，主要是由于他们有自己的特殊环境。2.3盾构施工关键技术与验收㈠盾构机选型与制造1、盾构机的选型盾构机要根据施工地层进行优化设计，保证盾构机能顺利完成施工任务，并能用在下一工地。2、盾构机制造质量验收盾构制造过程中要进行监造，对制造质量进行监控，确保盾构各功能满足设计要求。㈡盾构配套设施修建1、工作井修建⑴工作井定义：盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出渣等使用的工作竖井，包括盾构始发井和盾构接收井。⑵盾构井设计形式盾构井大多是设计在车站两端，有些盾构区间长或特殊情况下，可以设计在区间中间。⑶盾构井施工标段根据不同标段划分，有些盾构井是属于盾构标段施工，如果车站是其他标段施工，则工作井施工为车站标，无论盾构井是否是本标段施工，都要在盾构进场前施工完成。⑷盾构始发井施工要求由于盾构井是要吊装盾构，因此，盾构井长度应比盾构主机长3米，比盾构机宽3米。要满足盾构始发，则车站标准段必须要完成80米。⑸盾构接收井施工要求盾构接收井大小与始发井一样，唯一区别就是，接收井只要自身完成则可，对于标准段施工长度无要求。⑹盾构井验收无论是始发还是接收井，施工完后必须满足设计强度，只有满足设计要求，才能进行始发或接收施工条件验收。2、盾构基座加工⑴定义盾构基座：用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。⑵设计要求盾构基座的尺寸要满足始发与接收要求，同时要有一定的刚度和强度，确保始发或接收过程中不易变形，因此设计中常常采用软件进行受力分析。⑶验收加工完后，必须按设计进行验收，主要是尺寸在误差范围，焊接质量采用渗透探伤与外观检查，确保使用质量。3、反力架⑴定义反力架：为盾构始发掘进提供反力的支撑装置。⑵设计要求反力架设计，主要满足盾构始发不变形，因此，需要对始发进行受力分析，在始发最大推力上加一个安全系数。⑶验收加工完后，必须按设计进行验收，主要是尺寸在误差范围，焊接质量采用渗透探伤与外观检查，确保使用质量。4、渣坑建设⑴修建位置确定土压盾构施工渣坑修建在工作井四周，主要依据龙门吊的设计来确定位置，保证龙门吊能把渣吊到在渣坑里。⑵渣坑的大小一般一个工作井有两台盾构施工，因此，渣坑的大小要能容纳两台盾构一天施工高产量。⑶验收渣坑施工完后，还要设置挖机通道，便于渣土进行外运，因此，要对挖机通道进行安全验收，避免影响龙门吊工作。5、浆液站修建⑴修建位置确定浆液站主要是为盾构掘进提供同步注浆浆液，因此，位置要离盾构井越进越好，同时要满足制造。⑵浆液站配置浆液站的大小要满足两台盾构高产掘进，按照1.5米一环管片，一环同步注浆至少需要9方。浆液站要配置水泥罐、粉煤灰罐、砂场和外加剂库房，另外，还要在工作井中层设一储浆罐㈢辅助工程1、端头加固在软岩或在透水性较强的基岩里，无论始发还是接收，端头必须进行加固。⑴加固方式选择根据设计人员的经验，不同的地层有不同的加固形式，但加固形式主要旋喷加固、搅拌桩加固、袖阀管注浆加固、冷冻加固，钢插板加固等。⑵加固范围一般情况下，加固范围为隧道四周3米，长度为9~10米。这个设计是管片长度为1~1.2米时的盾构，现在管片加长，盾构机也比以前盾构机相对要长，因此，端头加固长度应该为盾构主机长度再加上3~4米。在卵石层等特殊情况下，加固高度需要加固到地面，才能满足安全要求。⑶加固质量检查加固后，一般需要抽芯检查加固强固，一般加固强度要达到0.8MPa。并做渗透试验，要求渗透系数小于10-6m/d。⑷补救措施加固后，从设计理论上能满足规范要求，但是，由于注浆加固有其许多技术难题，如旋喷加固越深，底部不容易旋喷咬合成一体，在强透水卵石层选则袖阀管渗透注浆容易形成盲区，粘性地层选择搅拌桩加固不易搅拌成桩，因此，加固后，一般都需要进行水平渗透补救注浆。2、联络通道加固联络通道一般采用矿山法施工，因此，软岩地段或破碎基岩地段设计联络通道，需要进行加固。⑴加固地点选择可以选择地面加固或洞内加固。⑵加固时机选择地面加固，需要在盾构机掘进前实施，如果采用洞内加固，需要在盾构通过后进行施工，如果选择冷冻，无论是在地面还是在洞内，只能在联络通道施工前1个月进行。⑶加固范围如果采用地面加固，需要加固到整个隧道断面内，如果在洞内加固，要根据地层而定，一般是开挖面外3米也要加固。⑷加固质量要求联络通道加固要满足加固体有一定强度，确保开挖面有一定自稳性，还要有止水效果，确保开挖面不渗水。3、建筑物加固盾构隧道难免会旁穿或下穿建筑物，根据建筑物结构形式与隧道相对关系，需要对建筑物进行加固保护。⑴加固方式的选择如果旁穿建筑物，可以选择隔离桩加固，如果下穿建筑物，可以选择斜向注浆加固。也可以选择在隧道内径向注浆加固。⑵加固时机隔离桩与斜向注浆加固必须在盾构掘进前实施。隧道内径向注浆加固必须当盾构掘进后及时实施。⑶加固要求这种加固主要保证建筑物安全，其加固要求是使掘进后沉降控制在允许范围内，这个允许值与建筑物基础、高度和自身质量有关。4、桩基托换盾构施工常常需要截除桩基础，但在截除前，需要进行桩基托换。⑴桩基托换方法最常见桩基托换方法为树根桩，现在也出现阀板与注浆联合托换。⑵桩基托换方法的选择桩基托换方法主要与桩的类型与受力情况来确定的，如果，盾构需要截除的是多根钢筋混凝土桩，那么，需要采用钻孔桩对原来的桩进行托换，然后人工破除原桩。如果盾构可以直接截除桩基础，可以选择阀板与注浆联合托换。⑶托换要求无论采用何种托换，其要求都是确保盾构通过后，桩基础不下沉、不破坏。5、特殊地层加固盾构施工常常遇到淤泥层、溶洞、破碎带等特殊地层，这种地层需要进行预加固。⑴加固方式选择淤泥层可以采用搅拌或粉喷加固，溶洞可以采用填充加固，破碎带可以采用渗透注浆加固。⑵加固目的淤泥层加固，是为了盾构掘进姿态控制和成型隧道不变形，溶洞加固主要是防止盾构磕头或掉入溶洞，同时也是为了运营安全，破碎加固主要是确保盾构顺利通过。⑶加固范围淤泥层加固范围是隧道下半部到隧道底以下3米；溶洞加固范围是隧道四周5米，破碎加固范围是隧道全断面及隧道外3米。⑷加固要求淤泥层加固要求提高基底承载力；溶洞加固要求填充满溶洞，并要求减少溶洞涌水通道，破碎加固要求是确保开挖面稳定。㈣盾构组装盾构组装㈤盾构始发1、定义盾构始发：盾构开始掘进的施工过程。2、盾构始发形式盾构始发通常有直线始发和曲线始发。3、负环形式根据负环拼装情况，可以分为满环始发和半换始发。其负环管片是为盾构始发掘进传递推力的临时管片。4、止水帘布安设盾构始发是盾构敞开向土压平衡过渡，因此，需要安设止水帘布，根据地层加固情况和盾构大小，止水帘布有单层和双层。帘布外为折页翻版。5、始发前洞门破除⑴洞门破除原由由于始发洞门围护结构配有钢筋，因此，始发前需要对围护结构进行破除，便于盾构机刀盘安全。⑵玻璃纤维筋成功应用在成都地层多为卵石地层，洞门破除风险大，通过引进玻璃纤维筋，减少洞门破除，确保盾构刀盘直接破除洞门。⑶长沙地铁2号线玻璃纤维筋引用长沙地铁2号线盾构始发与接收洞门均采用玻璃纤维筋，但由于大多车站施工与盾构施工不是同一单位，在玻璃纤维筋笼加工中，增加了钢筋焊接来固定，这就给始发带来隐患，因此，始发前需要凿除钢筋，其次是长沙地层相对较好，多数车站主体结构为800~900mm厚，而且采用单层止水帘布，这就不能满足盾构始发，如果不破除一部分，刀盘就会把止水帘布切割坏，因此，2号线盾构始发基本上都破除围护结构20cm。⑷长沙地铁1号线洞门设计1号线洞门取消玻璃纤维筋，改为钢筋，这是由于施工和设计原因造成2号线采用玻璃纤维筋也要破除一层围护结构，但是，这种只破除一层，对施工还是比较安全的，而且避免了第一层玻璃纤维筋堵塞螺旋输送机的隐患。但是，1号线盾构始发必须全部破除围护结构，特别是洞门位于砂卵石地层，风险较大。6、始发注意事项盾构始发主要施工风险，防止洞门密封失效，另外还要控制盾构姿态，防止盾构磕头或隧道抬头。㈥盾构掘进1、盾构掘进姿态控制⑴姿态定义通常指盾构空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等数据描述。⑵盾构姿态允许偏差盾构本体滚动角要小于3°；盾构轴线偏离不能大于隧道设计轴线50mm.⑶姿态调整原则盾构姿态要满足隧道设计轴线，管片姿态要适应盾构姿态。⑷纠偏原则当盾构姿态出现偏差时，要采取“勤纠偏、少纠偏、慢慢纠”的原则。2、壁后注浆⑴定义壁后注浆：用浆液填充隧道衬砌环与地层之间空隙的施工工艺。⑵浆液选择浆液有单一浆和双液浆，一般日本盾构采用双液浆进行同步注浆，国内一般采用水泥砂浆进行同步注浆。3、管片拼装⑴定义管片：隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型有钢筋混凝土管片、纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片、复合管片等。防水密封条：用于管片接缝处的防水材料。⑵管片类型盾构管片分通用性管片和特殊管片，所谓特殊管片就转弯管片。长沙地铁是采用楔形量为45mm的通用管片。⑶管片分块一般盾构管片分为3块标准块，2块相邻块和1块封顶块。⑷拼装形式管片拼装分为通缝拼装和错缝拼装，国内除上海采用通缝拼装外，其他采用错缝拼装。㈦盾构接收1、定义盾构接收：盾构到达接收位置的施工过程。2、盾构接收前准备盾构接收前需要检查端头加固效果，安设接收基座和止水帘布。3、接收测量盾构掘进还剩100m是进行接收测量，对接收洞门进行定位，同时对盾构姿态进行测量，使盾构顺利按实际洞门方向进洞。4、盾构接收盾构到达接收井10内开始减速，主机进入接收工作井后，快速密封管片环与洞门之间的间隙。㈧盾构调头和过站1、定义⑴吊头：盾构施工完成一段隧道后调转方向的过程。⑵过站：利用专用设备把盾构拖拉或顶推通过车站的过程。2、调头与过站施工安排有些业主对盾构施工标段划分较为合理，一个标要连续施工几个区间，因此，盾构施工完成一个区间后，就需要盾构过站接续施工。也有标段只有一个盾构区间，没必要采取两台盾构同时施工，因此，采用一台盾构完成一条线后，在车站调头后接续施工。3、施工的边界条件⑴盾构调头一般在接收井内进行，因此接收井长度要满足盾构主机旋转。⑵盾构过站主要是空间要满足盾构前移。㈨盾构解体1、定义盾构解体与盾构组装相反，是盾构施工完成任务后，在接收井里进行拆除。2、解体前准备工作解体前需要做好方案，选择好吊具，并对解体运输路线进行勘察，确保运输道路无障碍。3、盾构解体思路盾构解体是先把盾构主机焊接吊耳，然后进行分节，依次吊出刀盘、前盾、中盾和盾尾，最后吊出拖车。第二部分地铁车站明挖、盖挖法施工质量与安全管理控制要点前言地铁地下车站建设基本有三种方法：明挖、盖挖和暗挖。只有在过重要道路或重要建筑物下，无法进行明挖、盖挖时，才用暗挖。地铁地下车站建设应该是以明挖、盖挖为主的。明、盖挖站施工相对较容易些，施工较快，也较经济和安全。现在在这几条线还有个趋势，就是能明则改明，哪怕部分改明，为施工创造一个比较安全的条件。在城区修建地下地铁车站，一是多在交通道路下且处于交通路口，二是邻近房屋，三是有各种地下管线，这些都给施工带来困难。明挖或盖挖修建地下地铁车站，基坑深度都在１7米左右，且覆土达3米，均属一级基坑，都要进行基坑支护，因此支护设计和施工是保证工程正常进行的关键。基坑一旦发生问题，影响很大，尤其我们地铁都在交通干线和重要建筑物旁通过，更应引起高度重视。这一讲主要以明、盖挖施工方法为主，重点结合地铁基坑支护形式及关键技术，并着重提出在质量及安全管理方面应控制的要点。1讲课内容1.1明挖法、盖挖法施工技术要点1.2明、盖挖法质量及安全管理控制要点2主要依据规范及参考书2.1主要依据规范地下铁道设计规范GB50一五7－2003地下铁道工程施工及验收规范GB50299－1999建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202－2003建筑边坡工程技术规范GB50330－2002建筑基坑支护技术规程JG120－99锚杆喷射混凝土支护技术规程GB50086-20012.2主要参考书地下建筑结构设计（王树理主编清华大学出版社2009年）轨道交通防水工程施工质量验收标准（北京市轨道交通建设管理有限公司中国建筑工业出版社2011年）城市快速轨道交通工程施工工艺标准（背景城建集团中国计划出版社2004年）城市轨道交通工程施工风险控制技术（上海市建设工程安全质量监督总站中国建筑工业出版社2011年）3明挖法施工1、定义：从地面直接开挖的基坑,根据场地情况可以放坡或做支护开挖。2、适用范围：场地无建筑物或地下构筑物拆改后可直接开挖的基坑。3、明挖基坑一般规定3.1明挖基坑分类一级基坑：①重要工程或支护结构做为主体结构的一部分；②开挖深度大于10m；③与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；④基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑，重要管线等需严加保护的基坑。地铁明挖车站属一级基坑一级基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级破坏后果γ0一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定3.2基坑变形的监控值设计无明确规定时，一级基坑墙顶水平位移不大于3cm，墙体最大位移不大于5cm，地面最大沉陷不大于3cm。3.3土方开挖的顺序与方法必须与设计工况相一致，并应遵守开挖与支护同步进行，严禁超挖；基坑边堆土、料不应超过20KPa/延米；基坑落底后应验槽，做接地极后回填土必须符合设计要求。土方开挖应该遵循的原则：“先支撑后开完、先中间后两边、”。由于时间关系，不过多讲解。4明挖基坑主要支护形式和支护体系4.1无水或降水施工的支护型式：土钉支护；桩支护；连续墙支护；搅拌桩支护SMW桩支护等。4.2封闭止水支护型式排桩支护（咬合桩、旋切桩、搅拌桩或SMW桩支护）；桩+旋喷桩支护；旋喷桩与定喷墙支护；连续墙支护等；4.3支护体系桩+锚杆支护体系（桩锚支护体系）；桩+内支撑支护体系；土钉+桩复合支护体系；连续墙+内支撑支护体系等。根据地铁工程基坑周边环境，可以分别采用上述两种或多种支护形式，共同组成基坑支护体系。5土钉+网喷支护体系施工技术及质量及安全管理控制要点5.1定义采用钢筋为钉、锚入土中与网喷砼共同加固基坑侧壁土体与护面的支护结构。5.2适用范围地铁车站基坑周边较宽敞、且无重要建筑物或非重要机动车干道，较浅基坑。土钉墙一般只做为临时支护结构。5.3施工技术要点（1）土钉墙设计及构造规定土钉墙面坡度不宜大于1:0.1；土钉与网喷砼面层必须有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，并与土钉杆体连接。（螺栓连接或焊接）土钉的长度宜为开挖深度的0.5～1.2倍，间距宜为1～2m，与水平夹角5°～20°；土钉可采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋，钢筋直径宜为φ16～32mm，钉孔钻孔直径宜为70~120mm。注浆材料宜选用水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10。喷射砼面层需配置钢筋网，钢筋直径6～10mm；钢筋间距（上、下、左、右）宜为100～200㎜；砼强度等级不宜低于C20，厚度不小于80㎜。坡面钢筋网片搭接长度应大于300㎜。基坑较深（超过8m）或土层稳定性较差，或周边有建筑物，坑壁变形控制较严时，可考虑预应力土钉或预应力土钉+微型桩。预应力土钉可用钢绞线；在用预应力土钉时，应加连续腰梁。（2）土钉墙施工①施工机具：锚杆钻机或洛阳铲；钢筋加工机具，砼搅拌及喷射砼机械，压浆机械等。②工艺流程分层开挖土方分层开挖土方喷射砼下土钉及压浆管压浆挂网坡面修整钻孔（层高按土钉间距）（坡面及坡度检查）（钻机或洛阳铲）（土钉加工）（养护）（与土钉连接）③关键技术材料检验合格土钉长度及钻孔深度必须满足设计要求；土钉与网片,网片搭接满足设计要求；网片保护层及喷射砼厚度必须满足设计要求；随挖土随清坡面,随做土钉，挖土高度不宜超过一人操作高度;；在有水地层施工土钉必须先降水,未疏干滞水、残留水不允许在土钉背后存在，当土钉墙背后有水渗出，应采取引排措施；基坑周边严禁超堆荷载；冬雨季施工时,清除的坡面不宜晾的时间过长,防雨水冲刷和土层受冻。6桩锚（或内支撑）支护体系施工技术及质量及安全管理控制要点6.1定义桩与锚杆或内支撑共同组成的基坑支护体系。6.2适用范围一般土层的较深（10m以上）无水或降水处理后的基坑支护。它是当前长沙地区主要支护体系。地铁车站基坑一般在20m左右。以内支撑（砼柱、钢管或组合型钢）为主，较宽的车站或风道与车站联结角地方，且支撑有困难时一般用锚杆（广州地铁基本上不采纳锚杆支护体系）。6.3施工技术要点（1）钻孔灌注桩施工技术①主要机械:一般用旋挖钻,控制垂直度及沉渣量较好亦可用反循环钻机，长、短螺旋钻机等。②工艺流程定位定位泥浆灌砼钢筋加工钻孔埋护筒下钢筋笼③施工技术要点控制：定位要准确；垂直度及钻孔深度要满足设计；钢筋质量、直径、数量、绑扎要求要满足设计。特别注意不均匀配筋时，钢筋笼方向要控制准确；泥浆按试验配制，随钻孔随补浆防止塌孔，水下灌注砼应满足水下灌注砼要求，砼强度要保证、灌灰要连续，灰管提升要按要求做，防止断桩和灰管拔不出来。桩的检测：规范规定，用低应变进行桩身完整性检测，检测数量不少于10％，且不少于5根。如有缺陷，影响桩水平承载力时，还要取芯，取芯数不少于2％，且不少于3根。在这点上，我个人看法，①可以不进行桩完整性检测；②随开挖发现桩有缺陷，及时补灌桩身砼，这点不同于一般承重桩基。桩施工完后要在桩顶做冠梁，使桩能共同受力。部分地区一般为减少桩长，可以在地面进行摘帽2～4m土层，用砖砌挡墙挡土，挡墙设钢筋砼构造柱，柱钢筋可以用桩顶筋延伸上来。钻孔应跳钻，以防相邻孔塌孔，在考虑降水施工时，应先做灌注桩后做降水井，以防桩的砼浆液堵降水井。（2）锚杆（索）施工技术用钢筋作锚固抗拉体为锚杆，用钢绞线作抗拉体为锚索。主要机具锚杆机械或洛阳铲，砂浆搅拌机及压泵浆等。工艺流程定位定位张拉做腰梁和支架锁定下锚杆钻孔灌浆③施工技术要点a.定位和钻孔角度要准确，钻孔深度要保证，杆（索）体材料及灌注浆液要满足设计要求。b.腰梁要连续，支架要与桩体钢筋焊牢。c.预应力张拉应在浆体强度达到75％设计强度且不少于10Mpa时进行。张拉应力不应超过锚杆体强度标准值的0.75倍，张拉先拉到设计荷载的0.9～1.0倍后，再按设计要求锁定；张拉力要满足设计要求。锁头质量要保证要求，并锁定牢固；锚杆张拉要考虑相互影响。d.成束钢筋或钢绞线要设支架，支架要按规定设置，一般2m设一个。f.灌浆管随杆体绑扎在一起，且距孔底不大于200㎜。采用二次压浆时，注浆管要考虑封口措施。e.锚杆在正式施工前，应在原基坑内做试验，试验不应少于3根。根据试验来确定或调整锚杆设计参数。（3）内支撑内支撑的端头与冠梁或腰梁的支撑面应焊不小于10㎜厚的端头钢板，端板应与支撑杆件满焊，端板尺寸及焊缝应满足受力和稳定要求。支撑杆件与支撑轴线不垂直时（如角部斜撑）可在冠梁和腰梁上设置预埋件，以承受水平剪力。内支撑应施加预应力，施加预应力时应两侧同步进行，地铁跨度不大，支撑施加预应力可在杆件一端进行。跨度较大（超过25m）应考虑加中间支撑，结构施工时立柱处防水要加强。（4）土方开挖土方应分层开挖。每层开挖高度要满足锚杆或内支撑作业要求。采用锚杆支护必须是锚杆经张拉锁定后才能开挖下层，内支撑必须做好后施加预应力才能开挖下层。为提高施工速度和使用大型挖运土设备，可在较宽基坑采用中间挖槽，留边坡土（边坡土上口不小于2m）方法施工。机械挖土在接近基底时应留30cm厚土层，人工检底，避免超挖。6.4质量及安全管理控制要点所用材料必须符合设计，砼强度必须达到要求，锚杆张拉时浆体强度要达到要求。桩钻孔施工时应跳打，并且完成一孔及时灌注砼；钻孔时泥浆必须跟钻孔同步，泥浆至少高出地下水面1m。未及时灌注砼的空孔，或砼面以上留有空孔应在孔口放上钢筋网篦子，以防人、物掉入孔内。桩按受力不均匀配筋时，注意钢筋笼方向。最好是均匀配筋。锚杆张拉时，人员应站在侧面，防止锚头弹出伤人。下锚杆时必须检查锚杆长度，不允许截断；锚杆张拉时必须有监督人员旁站严格控制所定值。腰梁必须满足设计要求，并连续。内支撑各焊缝必须按设计焊牢，施加预应力前和过程中随增加拉力随检查，发现失稳和焊缝开裂应立即卸压，处理后再加压。采用人工挖孔桩应做好护壁，有水时应降水。井内应有良好的通风。在采用内支撑后，要逐层拆除，分段拆除。模板支立必须进行计算，包括排架、脚手架的支、立、拆都应有方案设计。模板拆除应分段进行，严禁大面积悬空，用撬棍一次撬下。排架一定要牢固并有斜撑剪刀撑，防止整体倒塌。防水板施工要注意防火和成品保护。7墙+内支撑（或锚杆）支护体系施工技术与质量及安全管理控要点7.1定义采用地下连续墙或排桩墙加内支撑（或锚杆）的支护体系；排桩可为咬合桩或灌注桩加旋喷桩。7.2适用范围在有地下水且降水有困难或不允许降水或周围有重要构筑物且距离较近，沉降要求严格时可采用此类体系做止水支护。。7.3施工技术要点与质量控制7.3.1连续墙施工技术主要机械：挖槽机、泥浆制配设备、砼及钢筋设备。工艺流程：导墙施工导墙施工清槽放锁口管或接头箱放钢筋笼挖槽灌注砼锁口拔管或接头箱泥浆制配钢筋笼加工（3）施工技术要点a.导墙施工导墙可以是砼导墙和钢制预制导墙，导墙形式可为一字型或倒L型等，导墙高度在1.5～2m，导墙施工，先在地面挖槽，清底夯实基底土，做垫层、绑筋、立模、灌注砼，导墙间距较墙厚大4cm~5cm。导墙面要高出地面10cm。导墙砼达到强度后做墙背后填土，填土时墙内加临时支撑，填土要夯实；b.挖槽：连续墙可按4～6m一段挖槽，土质较硬时可配合钻机，采用两钻一挖进行，挖时要注意及时补充泥浆；注意挖槽垂直度，c.清槽：连续墙在挖槽中有土和泥浆混合，下钢筋笼前应对泥浆进行置换，和清底渣。置换后的泥浆比重宜控制在1.03～1.05。d.放锁口管或接头箱连续墙各段接头可以为O型、十字型、工型等，无论采取什么接头，端头都设锁口管或接头箱，一方面便于下段开挖，另一方面也利于清刷接头处，锁口管安放要垂直，管直径同槽宽，为防止砼绕流，管子靠未挖土侧要填土封口。e.钢筋笼制安钢筋笼应在特制平台上加工。由于笼体尺寸较大、较重，应考虑吊装时笼子变形，需增加辅助刚度体系，并采用双钩吊等，笼放到标高时，在导墙上做钢扁担，担住钢筋笼。f.下灌灰管和灌注砼灌注砼按水下砼施工要求，同一槽段内至少放两个灌灰管间距为2m，各灌灰管应均匀下灰，以保持墙面砼同步上升。g.拔锁口管锁口管应根据砼灌注高度不断旋动，一般在下部砼达到终凝后，即应旋转一下，然后随灌注高度，随旋转，直到砼灌注完，砼全部终凝后才能全部一次拔出。h.预埋件连续墙有留洞开口处应做预埋，埋框要考虑砼的可灌性，且便于拆除；连续墙做为主体结构一部分需与楼层板连接，连接方式可以采用锥螺纹或埋筋，这时要特别注意节点的防水处理。钢筋砼桩素砼桩7.3.2排桩施工技术钢筋砼桩素砼桩（1）咬合桩施工技术：咬合桩采用有筋和无筋桩咬合，如图一般咬合10～20cm。施工时先做无筋桩，无筋桩采用砼时宜用低标号且缓凝型砼。有筋和无筋桩宜连续施工。施工方法和机具同钻孔灌注桩。（2）灌注桩+旋喷桩施工技术：此方法是在灌注桩桩间用旋喷桩来封闭灌注桩桩间土体。灌注桩施工同时，更要注意桩间距满足设计。旋喷桩是先钻10cm孔，然后下旋喷管进行高压喷射水泥浆液，喷射压力一般不低于20Mpa，一边向管内注浆一边旋转杆体，浆液通过高压从杆端喷出，并旋切土体，使土体和水泥浆液混合成水泥土，在桩间形成较强的挡土体，起到封闭桩间土和止水作用。旋喷钻杆提升速度应通过计算，不同地层要有所区别，一般土层，砂层较易形成土柱，而在砂卵石层较困难，有时要上下往复多次，砂率较小时使用此法应特别慎重。7.3.3水平支撑施工技术无论采用连续墙和排桩都可用锚杆（索）或内支撑做水平支撑。采用锚杆时连续墙需在砼墙体上钻孔或预埋管，采用预埋管时在方向和位置要控制准确。采用连续墙或排桩做支护，止水时要注意遇到不能拆改管线时会造成连续墙无法连续，出现开口，为止水此处需做旋喷桩和定喷墙来处理。7.3.4土方开挖、结构与防水层施工技术控制要点土方开挖、结构与防水层施工技术控制要点，同桩锚支护土方开挖、结构砼施工及防水层施工采用顺做法从底板垫层开始顺做上来，最后回填土。7.4质量及安全管理控制要点基本上可按灌注桩加锚杆（或内支撑）中注意的内容进行。特别提出是连续墙钢筋尺寸大、很重，吊安时注意安全，在采用旋转时注意高压问题，尤其快接近地面时应注意减压。8施工监测施工监侧是保证地下施工质量及安全的重要和不可缺少的手段，通过施工监测可以提前发现土体和支护结构的变形。必要时可以采取处理措施，避免和防止事故发生。基坑侧塌都有个过程，人们肯定有时间来采取控制措施，发生倒塌的基坑，绝大多数都是忽略了监测。监测项目包括桩、墙、锚杆、内支撑、结构钢筋应力和周边土体及地面和相临建筑物等。信息化施工：所得的信息应及时反馈。9盖挖法施工9.1定义先短期占路，做支护结构和顶盖或临时顶盖，恢复地面交通，然后在支护结构和顶盖的保护下进行地下土方开挖和施做结构的一种方法。盖挖法按做结构的顺序分为盖挖顺做法和盖挖逆做法。9.2适用范围在交通繁忙的道路下做地铁车站，又不允许长时间封闭交通，只允许短期占路且车站埋深较浅的情况下可采用此法。两种盖挖方法在国内外地铁车站建设中都有采用，上海一般顺做法，北京车站都是逆做法。以三层三跨岛式站台的地铁车站为例做一介绍：9.3盖挖顺作法①做支护结构做边支护：边支护可为桩（墙），桩可以为灌注桩或人工挖孔桩，可以是连续墙或排桩，主要用于分层开挖时挡土也可做成挡水结构甚至可做为结构的一部分。做临时中柱，中柱柱基一般为砼桩，桩基可以用钻孔桩设备施工成圆桩，也可用连续墙设备做成一字桩或十字桩基，地铁中柱一般用钢管柱。盖挖顺做法施工时中柱一般先做临时支柱，做为中间竖向支撑。此时施工可根据路况采用分条、分块封闭办法，以减少对交通影响。②做临时路面结构开挖第一步土方此步土方开挖其开挖深度以能够满足做路面结构为准，尽量少挖土，快速完成此层结构，缩短交通封闭时间。此步施工也可以根据车站长度，为尽量减少交通影响采用分段法施工。做顶纵梁，一般为大的型钢，工字钢或槽钢组件，分节吊放焊接或螺栓连接成一体。在纵梁上做横梁用较小的工字钢、槽钢，间距按设计。面板及路面结构面板可为钢板，预制砼板块，也可在密排横梁上，直接做砼沥青路面。此步骤应快完成甚至完全用夜间施工。③土方开挖：土方开挖是通过设置的临时竖井出土，逐层开挖，随挖土随做临时水平支撑，直至挖出基底。④顺做结构经过基底清理，验槽后做底板垫层、防水层、保护层，底板、边墙、中柱，从下部一层层完成结构及防水层施工，同时随结构完成逐层拆除临时支撑，但临时中柱要后拆。⑤拆除临时路面恢复交通。此时需二次断路，拆除临时路面，填土、做正式路面，完成车站盖挖顺做施工。9.4盖挖逆作法施工步骤图①做支护结构先做边桩及中柱，这时中柱应为永久柱，施工要特别注意，在北京地铁用钢管混凝土柱，要设护筒，采用上下对点办法，安装钢管柱。（附中柱施工图）②挖第一步土方，施做结构顶板第一步土方开挖至顶板底，然后用原土做土模。土模一般用铺砖、抹砂浆找平层，刷脱模剂，然后绑筋、打顶砼结构，做顶板防水层，保护层，填土做路面，恢复地面交通。③挖首层土方做地下一层结构通过临时竖井做出土口，在顶板保护下作业，当土方挖至首层底板后，仍用原土做土模，施工首层底板结构。④挖地下二层土方做地下二层结构当底板达到一定强度后，即可施工首层边墙及地下二层土方开挖，做土模施做地下二层底板。⑤挖地下三层土方同④，地下二层底板砼达到一定强度后即做二层墙体，并向下挖地下三层土方。⑥施做底板结构地下三层土方挖完，清底后，经验槽，做找平层和底板防水，随后做保护层和绑底板钢筋打砼，做墙体结构，完成盖挖法全部施工。9.5两种盖挖法的主要区别及施工控制技术盖挖逆做法施工，①结构顶板一次做成，不做临时路面结构，少一次封路时间。②顶板防水层与其他部位防水层不连续。③没有地下临时支撑结构，用中柱和各层楼板实现支撑。④盖挖法施工，顶板和各层楼板堆载应符合设计，尤其在结构落底前更要注意。⑤当支护结构做为永久结构一部分时，楼板要与支护结构有钢筋连续，防水板不能通过节点的防水要特别考虑。（有的用聚灰浆，但效果都不理想，最好是做梁或契口，使防水板能整体连接，实现全包防水）9.6施工质量及安全控制要点盖挖顺做法，采用内支撑要随挖土随支撑，基本同明挖基坑施工。临时竖井施工同暗挖法。盖挖逆做法，要注意砼强度必须达到设计要求才能进行下步开挖（提前开挖可以拉槽施工）。楼板堆放材料等，要符合设计要求，决不能超载，尤其挖第三层土方时，这是站台层，层高达6m多，特别注意整体稳定和防止基底隆起。防水层施工包括柱底部，要做好节点设计与施工。做好施工监测工作，监侧内容同明挖法。做好基坑内通风及防火。10锚喷支护工程施工质量控制要点10.1检查验收程序（时间关系不再讲解）岩面整修和安全处理→断面测量→地质编录→欠挖处理（如果有）→随机锚杆支护→施工单位自检→申请基础验收→监理组织基础验收→岩面第一遍素喷（2～3cm）→系统锚杆造孔→施工单位自检→监理验孔→锚杆监理旁站注浆插杆→施工单位自检→监理检查签证→挂网→设置喷混凝土厚度标记→砼面吹扫冲洗→开仓前施工单位自检→监理验收签证→喷混凝土→养护→排水孔造孔→单元工程验收。（1）隧洞开挖后，原则上围岩应尽快支护，但不同的岩石类别，由于其自稳的时间不同，支护滞后的时间也应有差别。I～II类围岩开挖后，锚喷支护允许滞后开挖作业面一般在7～8个循环；III类围岩开挖后，锚喷支护滞后开挖作业面一般在5～6个循环；=4\*ROMANIV类围岩支护滞后开挖作业面的距离一般应控制在2～3个循环；=5\*ROMANV类围岩开挖后一般采用钢拱架作临时支撑后及时进行锚喷支护，并应该尽快安排对钢支撑顶部脱空区进行充填灌浆。（2）围岩开挖后，除特别紧急情况，支护前必须首先完成岩面地质编录和断面测量工作。（3）围岩开挖爆破后，根据围岩地质条件的不同，对于局部存在不稳定楔形块体的情况，由监理地质工程师与施工单位共同确定随机锚杆支护方案，并督促施工单位尽快实施。随机锚杆必须针对不利地质结构面组合形成的不稳定块体进行支护，在非紧急情况下，监理地质工程师应以书面形式发出随机锚杆支护通知，明确锚杆孔距、排距、孔深、孔向、锚杆直径等支护参数；在紧急情况下可以在现场口头确定支护参数后先实施，之后再补充书面通知。（4）正常情况下，锚喷支护应遵循以下施工顺序：随机锚杆支护→岩面第一遍素喷（2～3cm）→系统锚杆支护→喷混凝土至设计厚度→排水孔造孔。10.2地质缺陷处理的施工顺序地质缺陷鉴定→确定处理方案→开挖或打锚杆孔→检查签证→回填混凝土或安装锚杆→检查签证。重要工序（锚杆安装注浆）施工过程采用旁站监理，其他工序过程采用巡视和平行检查方式监理，前后两个重要工序之间设置质量控制点，实行施工单位自检和监理检查签证（验收）进行质量控制。10.3岩面整修10.3.1隧洞开挖后，除紧急支护外，锚喷支护前应对岩面进行整修，整修标准按合同文件中有关开挖技术要求执行。10.3.2隧洞周边设计边线必须采用光面或预裂爆破技术，严格进行控制爆破，爆