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1、地铁隧道浅埋暗挖法施工技术,北京地铁14号线工程土建施工09合同段,刘 冰,目录,1、浅埋暗挖法产生的背景地面条件允许的情况下，地铁隧道宜采用明挖法，主要适合在人、交通和管线较少的地方应用。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区段经常采用浅埋暗挖法施工。浅埋暗挖法起源于1986年北京地铁复兴门车站折返线工程，由于当时取得了很大的经济效益和社会效益，随后铁道部等相关部门讨论后确定采用“浅埋暗挖法”这个名称，建设部把它命名为国家级工法。,一、浅埋暗挖法概述,2、浅埋暗挖法的特点浅埋暗挖法，是指在软弱围岩地层中，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅和锚
2、喷砼作为初期支护手段，遵循“新奥法”理论，按照“十八字”方针（管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测）进行隧道的设计和施工。浅埋暗挖的优点：结构形式灵活多变，对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少，扰民少，污染城市环境少等。缺点：施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，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。虽然已被广泛推广应用，但是并非都真正地掌握了其真谛。无论在地铁工程中，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、渗漏等，经常发生严重的安全质量事故。因此，在施工过程中要对“浅
3、埋暗挖法”进行深入的研讨，综合分析，全面总结。,3、地铁中浅埋暗挖、明（盖）挖及盾构的关系浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，也可以与其他施工方法结合使用，车站经常采用浅埋暗挖法与盖挖法相结合，区间隧道用盾构法与浅埋暗挖法结合施工。浅埋暗挖法与其他工法有很强的兼容性。三者的应用情况如下表。,4、浅埋暗挖法与新奥法的区别 新奥法是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，以喷射砼、锚杆为主的初期支护，使支护与围岩联合受力共同作用，把围岩看作是支护结构的重要组成部分。浅埋暗挖法又称矿山法，基本不考虑利用围岩的自承能力，采用复合衬砌，初期支护承受全部基本荷载，二衬作为安全储备，共同承担特殊荷载。浅埋暗
4、挖法理论源于“新奥法”，如以锚喷作为初期支护手段；尽量减少围岩扰动；初支与围岩密贴；量测信息反馈指导施工等。,1、浅埋暗挖施工步骤及工艺流程浅埋暗挖法施工步骤：施工准备超前小导管布设注浆土方开挖格栅架立钢筋网片、连接筋喷射混凝土防水施工二次衬砌,二、浅埋暗挖法施工方法,2023年2月27日5时1分,8,施工准备,超前导管,超前注浆,土方开挖,格栅安装,网片安装,砼喷射,防水施工,二次衬砌,浅埋暗挖法施工工艺流程,2、浅埋暗挖施工技术原则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
5、测数据确定支护参数，保证暗挖作业和周边环境的安全。,短进尺：一次注浆，一次开挖或多次开挖，土体暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大，所以一定要严格限制进尺的长度。在施工中可采取预留核心土，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：在松散地层中施工，大量土体的重力会直接作用于初期支护结构上，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制初期结构的变形，保证结构的稳定。,快封闭：在台阶法施工中，如上台阶未封闭成环，变形速度较快，为有效控制围岩松弛，必须及时采用临时仰拱或使支护体系成环。勤量测：结构的受力最终都表现为变形，可以说，没有变形（微观的），结构就没有受
6、力。按照规定频率对规定部位进行监测，掌握施工动态，调整施工参数并设置各部位的变形警戒值，是浅埋暗挖法施工成败的关键。,3、浅埋暗挖常用施工方法采用浅埋暗挖法施工时,依据工程地质、水文情况、工程规模、覆土埋深及工期等因素，常用施工方法有全断面法、台阶法、中隔墙法（CD法）、交叉中隔墙法（CRD法）、双侧壁导坑法(眼睛工法)、洞桩法（PBA法)、中洞法及侧洞法等。,（1）全断面开挖法全断面法主要适用于较好围岩，全断面开挖法施工操作比较简单，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工。采全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速
7、度，且工序少，便于施工组织和管理。但由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。,（2）台阶法台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的重要手段。当开挖断面较高时可进行多台阶施工，每层台阶的高度常用3.04.5m，或以人站立方便操作选择台阶高度。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。台阶法一般分为正台阶法、正台阶环形开挖法（留置核心土）和正台阶临时仰拱法。,台阶法工程实例,（3）CD法和CRD法中隔墙法也称CD工法，CD法是在软弱围岩大跨度隧
8、道中，先开挖隧道的一侧，并在设计中间部位作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道（级围岩）地段。当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔壁法（也称CRD工法）。CRD工法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。,CD法施工步骤示意图,大量施工实例资料的统计结果表明，CRD工法优于CD工法（前者比后者减少地面沉降近50%）。但CRD工法施工工序
9、复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在地面沉降要求严格时才使用。,CRD工法施工横向示意图,CRD工法施工纵向示意图,暗挖CRD法施工步序,CRD工法施工实例,2023年2月27日5时1分,CRD法开挖效果图,（4）双侧壁导坑法双侧壁导坑法也称眼镜法，是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度分成三个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大的地下工程。双侧壁导坑法具有开挖断面小，扰动范围小，支护快，封闭早和安全性高等特点。该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。一般采用人工和机械混合开挖，人工和机械混合
10、出渣。采用双侧壁导坑法施工时，两侧导坑开挖根据围岩情况可全断面开挖，也可以分步开挖，对变形较大，初期支护结构开裂破坏的，一般采取在两侧壁导坑内中部增设临时型钢横撑，以达到维护稳定的目的。,双侧壁导坑法施工步序图,双侧壁导坑法实例,施工要点及技术措施注意控制先行导洞的开挖中线和水平，确保开挖断面圆顺，钢格栅安装位置正确。尽可能缩短开挖台阶和各开挖分部的施工间隔，使初期支护尽快闭合，以控制围岩变形。因为中隔壁法工序较多，工序转换使得结构受力复杂，为保证拆除临时格栅时的安全，必须保证各部格栅之间的连接质量。中隔墙、板拆除时，一定要进行拆除实验，根据监测数据，决定拆除长度。拆除时要有专项拆除方案，采用
11、滑轮、绳索等措施确保安全，严禁采用卷扬机等机械设备连续拆除，一般采用跳仓或换撑拆除等方法。,（5）大断面暗挖法大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可减小地表沉陷;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、开挖支护封闭时间越快地表沉陷就越小。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:洞桩法（PBA法）、中洞法、侧洞法等。在大断面施工中以下几点值得注意: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;较好的方法为洞桩法
12、,但洞桩法导洞多,洞内施工桩,作业条件差;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;多层导洞开挖,一般先从上部洞室开挖,然后落底。但是整体下沉 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。,1、上下导坑错开距离开挖（包括初支）；2、孔桩开挖、底纵桩、中柱边桩、顶纵梁；3、中洞上台阶开挖（包括初支）；4、左右洞上台阶开挖（包括初支）；、中洞拱部衬砌；、侧洞拱部衬砌；7、楼板以上土体开挖；、楼板浇砼；9、剩余部分土体开挖；、底板及底
13、部边墙衬砌；、站台板浇筑。,1.浅埋暗挖施工中出现的问题 施工一般地处第四纪冲、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。一般引起坍塌的原因或因素:,三、浅埋暗挖法常用的配套技术,（1）地层预加固效果不佳。浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术。对松散地层,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。（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
14、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。施工有地下水时，施工前都采取降水措施。部分地层中形成砂和粘土的混合体，管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、污水等市政管线渗漏或下穿河、湖。地下管线纵横交错,一些雨、污水管修建年代较早，渗漏严重，下穿河、湖水渗漏严重，周围地层处于饱和状态，部分地段还形成一个水囊。随着暗挖施工扰动土体，破坏原有平衡，可能引起坍塌。（6）马头门及断面变换处。马头
15、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。（7）人为管理等因素。施工方法不当；施工方案不当；管理上重开挖轻支护等。,坍塌事故照片,2.常用的辅助工法 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，提高地层的自稳能力。常用辅助方法：（1）大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 108mm159mm,也有采用更大的管棚。管棚直径不是越大越好,施工过程中注意沉降控制。管棚施工带水作业时要间隔进行，同时完成
16、一个管就要立即进行注浆，防止地层中地下水的串流。,大管棚支护实例,（2）小导管超前支护在软弱地层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。常用的小导管为25mm42mm。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；小导管仰角不宜过大,一般控制在 1020以内。,小导管不能盲目追求角度要求，防止下榀格栅因无架设空间而割断导管。,（3）水平旋喷法开挖前进行水平旋喷加固土体
17、，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20 m左右，开挖18m，留2 m 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。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。（4）地表降水及洞内水理方法 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。粘土层中夹有砂层或砂层中夹有粘土等,
18、管井降水很难全部疏干,地层中存在残留水，这时经常采用水平排水和注浆止水等办法。,（5）冻结法冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道和地下工程的开挖与衬砌施工技术。多用在盾构隧道出发、到达端头、联络通道和区间隧道局部具流塑或流沙地层的止水与加固。另外还有一些小的辅助办法如：开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面、锁脚锚管、设置临时仰拱等。,1.施工监测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
19、将结果反馈到施工过程中。,四、浅埋暗挖法施工中的监测,2.监测的作用,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、隧道间距和施工工艺；(3)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；(4)设计提供的变形及其它控制值及其安全储备系数等。,4.量测项目类型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测项目两大类(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
20、、隧道埋深、开挖方法及其他特殊要求，有选择地进行。,隧道拱顶下沉、净空收敛示意图,很重要！,监控量测项目,区间监测点布置图,5.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。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。各项量测作业均应持续到变形基本稳定后23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。净空变化速度持续大于1.0mm/d时
21、，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。,五、浅埋暗挖法在本项目的应用,竖井,区间左线隧道,永安区间自永定门外站向东南穿越琉璃井路和永外街道办事处，沿安乐林路与安乐林站对接，包括正线段和停车线段，均采用矿山法施工，断面型式有：标准减震断面、CRD法断面和双侧壁导洞法断面。区间隧道洞身标高从小里程向大里程方向呈逐渐抬升趋势，轨面线标高约在19.73125.175之间，隧道覆土深度约为8.5915.54m。,区间右线隧道,安乐林站,永定门外站,区间右线隧道断面设置,区间左线隧道断面设置,工程地质及水文,区间右线工程地质纵剖面图,根据地质图显示
22、，区间隧道拱顶大部分处于粉质粘土层，部分处于粉细砂及细中砂层，施工过程中应做好超前支护加固，防止坍塌；区间隧道结构底大部分位于潜水（二）水位以上，仅1号竖井及横通道向小里程方向部分位于水位线以下，采用管井降水，同时做好洞内抽排水准备。,区间左线工程地质纵剖面图,粉细砂,细中砂,粉质粘土,粉质粘土,细中砂,粉质粘土,粉细砂,粉质粘土,横通道施工顺序图,横通道进正线马头门门架施工,横通道进正线马头门破除施工步序图,超前小导管施工,土方开挖,神仙土,格栅安装控制要点,1.超前小导管注浆的作用是什么？超前小导管注浆的作用，一是改良工作面前方的地层在开挖工作面以外（尤其是顶部）形成厚度为0.51m的加固
23、圈；二是超前小导管与地层形成超前支护结构，从而保证开挖工作面的稳定，防止工作面坍塌，控制地表沉降。,浅埋暗挖常见问题答疑,2.任何地质条件都必须采用小导管超前预注浆吗？超前小导管注浆适用于隧道拱部处于无粘结，自稳能力差的砂层及砂砾（卵）石层。对于降水后自稳能力较强的亚粘土地层可不进行小导管注浆。,3.初支格栅节点螺栓，都能拧紧吗？拧不紧怎么办？一般来说，在地下施工环境里格栅螺栓是不容易都拧紧的，一榀格栅若干个松动的节点会给工程留下无穷隐患。首先初支结构会沿着节点处留下一道纵向裂缝并不断扩大，这是十分可怕的。因此，用与格栅主筋相同的钢筋竖向按规范进行帮焊，是一项不可缺的工序。,4.工程周边管网调
24、查清楚了吗？有何对策？调查对象应该是管网名称、直径、材质、接口、年代、流量与结构的关系。以便采取改移、导流、加固周边土体等措施。,5.天天都量测，你重视分析量测成果吗？及时采取对策吗？每天必须审阅内拱顶和对应的地面沉降值和洞内两侧收敛值，对照预警值分析。注意周边结构的差异沉降分析，及时采取注浆加固，缩小步距，地面注浆，修改设计等对应措施。,6.正台阶分层开挖，台阶有坡度吗？台阶纵向必须有坡度，以确保台阶稳定。在亚粘土地区，通常采用1：0.3，砂层应更缓些。接近90度直立是不允许的，挖神仙土是绝对违章。台阶过陡土体滑落伤人屡见不鲜。,7.初支背后和二衬背后都注浆吗？何时注浆？注什么浆液？初支背后
25、有空洞是公认的事实，因此必须梅花形布置注浆孔注浆填充，一般注普通水泥砂浆即可，也有注水泥、白灰和粉煤灰浆液的。初支在封闭成环后，背后注浆应予跟上。二衬背后也需注浆，因为泵送二衬混凝土，收缩后拱背是平的，与初支有缝隙，需用同等级沙浆或超细水泥浆填充使之密贴。,8.你在乎竖井周边堆土的荷载和动载影响吗？井周边的堆土应以不影响竖井结构安全为原则，同时要有一定安全距离，每晚及时把当日弃土装运外卸。装载机、载重汽车也要远离竖井结构。,9.掌子面都需要封闭吗？封闭掌子面是为了避免超前注浆时浆液外泄，在中、粗砂，细砂，砂砾层等可注性好地层常采取封闭掌子面措施。在有水地层，地质较坏，掌子面易坍塌时也会采取封闭掌子面措施。,10.为什么坍方、冒顶、流沙、涌水多出现在风道或出入口、人防段换乘通道地段？出入口等均属于超浅埋地下工程，覆土薄，断面变化频繁。陡坡、转弯、对开、平顶、直墙等复杂的结构断面都集中在这些部位。这些大都属于地下管网密布地区，常年受管网漏水浸泡，土质松软，有的甚至成流动状，是地铁施工的主要风险源。如果设计或施工方案稍欠考虑，或工艺流程不过关，或队伍管理不严，或方案未经专家论证贸然施工，都会造成不良后果。,谢谢,2011年8月27日,
