地铁隧道埋暗挖法施工工艺对地层变形的影响完整.doc

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1、地铁隧道埋暗挖法施工工艺对地层变形的影响完整(完整版资料，可直接使用可编辑，推荐下载）地铁隧道埋暗挖法施工工艺对地层变形的影响【摘 要】 以正在建设中的深圳地铁I期工程暗挖隧道为例，通过分析深圳特殊地层条件下单洞结构双线隧道台阶法韵施工工艺，洞悉浅埋暗挖正台阶法施工中超前预加固、开挖时空顺序、台阶长度等工艺对地层变形的影响程度，并辅以现场调研和量测数据优化各工艺的合理参数，以确定不同施工工艺对地层大变形的影响程度。分析结果对同类工程有一定的借鉴和指导作用。【关键词】地层变形;浅埋暗挖法；影响因素；台阶长度;错距1 浅埋暗挖法的应用 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

2、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，刘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。 本文针对浅埋暗挖工法在深圳特殊地层单洞双线隧道中的成功运用，分析超前励D固、开挖时空顺序、台阶长度等工艺在保证施工安全、质量和控制地层沉降中发挥的作用，确定同类地层中的工艺参数，完善浅埋暗挖的理

3、论体系，更好地应用工程实践。2 暗挖施工引起地层变形的影响因素分析 浅埋暗挖法最初应用北京地铁是在第四纪地层、无水、地表无建筑物的条件下，采用了管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈的施工原则成功应用的。在超前小导管注浆加固等辅助措施的配合下，不断完善得到一系列辅助施工措施,目前运用的广州、深圳地铁都是非第四纪地层,且富含地下水，伴有砂层，地表密集民房、埋深最小达08m、暗挖车站跨度达26m等复杂条件，因此，对暗挖法的施工工艺和辅助工法提出了更高的要求，以此保证地铁施工对周边环境的环保和安全要求。 选取深圳地铁I期工程6标段为例剖析不同施工工艺对地表沉降的影响程度，确定合理的工

4、艺参数。21 工程概况 6标为双线单洞隧道,马蹄形断面(62mx67m），正台阶法开挖，区间隧道范围内上覆第四系全新统人工堆积层，海积冲积层及第四系中统残积层,下伏燕山期花岗岩，地下水丰富；隧道埋深较浅，部分位置上覆砂层,开挖面土质强度较低，上覆砂层地段条件极差.22超前预加固辅助工法 从最初的超前小导管注浆预加固到现在应用广泛的各种浅埋暗挖辅助工法都以适用不同的地层条件及隧道周边环境要求为标准。从6标的工程实践来看,针对不同的地层条件，特别是在地下水丰富地区施工地铁隧道(大部分标段不能采取前期降水处理)，在不同的地质条件下，超前预加固方法和参数的选择相当重要。 6标一般地层条件下,隧道上覆粘

5、土或粉质粘土，且土层较厚，故水量较小,因此采用超前小导管注浆预加固(参数见表1）；一般地层到富水砂层地段之间的过渡段水量逐渐变大，采用长短结合的小导管注浆预加固，达到双层的加固效果，短导管外插角比长导管大，管径和间距增大；在富水砂层地段采用长短结合的小导管注浆预加固或小管棚加固,后者对改善开挖面条件和控制地层变形效果显著。同表1 6标不同地层超前预加固方式及参数 时，注浆压力及注浆量的控制对预加固效果有影响,地层较好的情况下可以不注浆。 管棚与小导管分布如图1所示.管棚拱部180度范围布置，环向间距40cm，孔口位置沿隧道拱部开挖轮廓线外布置，外插角46度;管棚每次施作长度12m,开挖10m;

6、注浆采用水泥-水玻璃浆液，水泥浆水灰比06：1-08：1，水玻璃波美度控制在3035Be，注浆压力拟采用0610MPa，浆液扩散半径06-08m。管棚施作后地层条件明显改善，但其造价高施工进度慢，能用小导管预支护尽量不用管棚. 图1 富水砂层地段管棚设计示意 从施工情况看，超前预加固和地质超前预报息息相关，且其加固效果的好坏对开挖进度有很大影响，作为掌子面前方的小范围加固其对地层变形的影响相对较小，即砂层地段的地表沉降量是一般地段的2倍左右。此外,超前预加固的好坏对掌子面的开挖状态影响很大，即开挖进尺及开挖过程中的稳定性都随预加固的好坏改变,而开挖进度则直接影响地层的塑性变形，因此，超前预加固

7、对地层变形的影响是双重的，必须做好地层的预加固处理.23开挖时空顺序 地铁隧道开挖在土中进行，开挖扰动使原始地层应力重分布，而土的自稳能力较差，暗挖法开挖不象盾构法施工有足够的抗力支撑扰动地层，只能以超前预加固和“短开挖、早支护”保证地层的稳定。因此掌握开挖和支护的时空效应对稳定地层,保证施工安全，控制地层变形都有很大帮助，对于掌子面而言要把握开挖进尺、分步开挖顺序；对双线隧道则要确定左右线的间距.231施工进度的基本情况分析 施工进度的快慢与开挖进尺及每一个开挖循环所用的时间有关，因此，考虑在预加固前提下土体的自稳时间及地层的塑性变形发展确定工序。现场每个工序循环耗时如表2，每个班做15个循

8、环，开挖进尺为1mm循环，无支护时间为4小时；而当地层条件较差时,开挖进尺减小为075或06m循环，超前预支护长短结合需要更多时间，而开挖土方减少开挖时间减少，即预支护强度提高和无支护时间减少，地层变形减小。表2开挖每循环所用时间 隧道通过含水砂层地段时，施工进度慢则掌子面裸露时间长，而上台阶没有施作临时横撑或临时仰拱,且上台阶拱脚容易积水，土的强度又低，虽然用钢板或木板支撑,拱部结构仍产生整体下沉，隧道结构不及时封闭成环，对沉降的发展不易控制.因此施工过程中工程技术人员应当及时做好超前的地质预报,随时改变顶支护参数，保证安全、快速施工.六标一般情况上、下台阶23md（下台阶机械施工，相对进尺

9、快，有时隔天开挖)砂层地段开挖进尺小，开挖困难进度慢,甚至不时停工，其沉降大。 当然在地层条件极差位置，土体易失稳，6标边墙曾出现喷混凝土前大面积土体滑落(片帮)，相当危险，现场采用三台阶开挖，缩短每步开挖的时间，保证了施工的顺利进行。这也是对地层变形的有效控制.232左右线错距分析 6标段为左右并行双线单桐隧道，左右线间距132m，隧道净空宽度51m，隧道上覆土层厚度99143m，属超浅埋暗挖隧道，左右线的开挖对相邻隧道有很大的影响，超前掘进的隧道对另一线隧道的前方地表沉降值有影响，而滞后开挖的隧道则影响超前掘进隧道的后方沉降值。超前开挖隧道对地表沉降的影响范围要大于滞后开挖的隧道，相应地其

10、地层沉降收敛稳定所需时间亦较长。 从2001年12月29日到2002年3月14日，区间隧道科学馆方向的左右线间距变化明显（见表3），2001年12月29日左线开挖滞后右线1115m，左线施工进度加快，2001年1月19日左线超前(几乎并行，甲程SK4+5998)，到2002年2月8日左线超前右线最大里程为122m(里程SK4+5841），此后左线减缓施工进度，左右线间距又变小，到2002年3月4日左右线又齐头并进，施工方及表3 6标4个工作面台阶长度及东向作用线错距时调整左线进度，2002年3月14日左线开挖滞后右线133m。施工后期调整四个工作面的进度后左右线间距绝大部分大于15m，最大值5

11、915m，最小值129m，一般在20m左右变化。从地表沉降纵向曲线可以看出后期地表沉降(图2中左右两侧）较前期地表沉降(图2棚分)小，这与后期调整施工工艺参数有直接关系,后期采用的长短结合小导管注浆和小管棚预加固效果及合理的左右 由20、32的沉降历时曲线图3（图中夙嫌分别表示左右线上下台阶掌子面通过时间）看到，在右线未开挖的条件下,随着左线的向前掘进，右线地表下沉明显，沉积量从-78mm变化到581 mm，因此，左右线开挖必须间隔一定的距离，严禁齐头并进；同时，随着隧道左右线间距的减小,地表沉降增幅变大，而同步开挖时沉降最明显。 图3 20、32号点地表沉降历时曲线 左线32测点的累计地表沉

12、降值较同一里程的右线20测点大，特别是在左右线间距调整期间32测点的沉降值普遍较20测点大，即超前开挖隧道较滞后开挖隧道的地表沉降值大，这一点可以从实测资料得到验证。24 台阶长度 台阶长度是浅埋暗挖施工工艺中一个重要因素,对于跨度、高度不大（6、7m)的隧道结构，一般采用正台阶法开挖，由于没有施作临时仰拱,台阶长度以控制在1D15D（D为隧道开挖跨度)为宜。 根据6标现场调研及对施工方资料的统计（见表3）可以发现,施工单位在施工前期(4月中旬前）对台阶长度的把握不到位，台阶时小时大，最大值为145m，最小值为275m，而且变化比较频繁，波动幅度较大；施工后期台阶长度最大值为135m，最小值为

13、5m，但长度控制得比较均匀，一般都在79m(1B15B）。前期地表沉降明显比后期大。 结合沉降资料分析，台阶长度对沉降有较大的影响。台阶长度过短则不能保证杨b土稳定留设，对掌子面的稳定性起不到很好的支撑作用，掌子面向已开挖隧道内移动变形,从而掌子面前方地层变位加剧,导致超前影响范围增大，地表沉降变大,施工安全存在隐患，对地下水丰富或含砂、淤泥地层则易出现涌砂、涌泥等小面积坍塌现象，危险更大；台阶长度过长也不合理,施工过程中搬运钢格栅、喷混凝土很不方便,而且上下台阶钢格栅的封闭成环时间受台阶长度影响，显然台阶长度越长钢格栅封闭成环时间越长,更严重的是上台阶钢格栅拱脚处地层较弱，拱部容易下陷，特别

14、是拱脚积水时位移更大，因而台阶过长地层沉降加剧。 由施工后期开挖进度知，封闭成环时间控制在68d，台阶长度79m，当施工中遇不良地层（如砂层、软土层等）或出现其它特殊情况时，施工速度减慢，拱顶下沉及地表（道路)沉降明显加大。3小结 在深圳富水含砂特殊地层中采用暗挖法施工，工程的施工安全、工程质量及施工进度都与现场的施工工艺密不可分，在对隧道所处地层条件准确认识和理解暗挖法的实质基础上，施工技术人员合理安排工序，因地制宜调整施工工艺参数,确保工程顺利竣工。通过上文的分析，得到以下几点认识： （1）超前预支护在般地层、过渡地层和富水含砂地层其支护形式和支护参数不同，小导管粗细,长度及是否采用小管棚

15、施工都与掌子面及前方土体性质及对地层塑性变形的要求有关,做到经济和环境控制的统一。 (2)根据超前预报、预支护效果及开挖掌子面情况适当调整开挖进尺,有效缩短无支护时间，既保证开挖进度又能有效控制地层变形。 (3)正台阶法施工中左右线间距不宜过小，严禁齐头并进,左右线间距宜控制在3D(D为隧道开挖跨度）左右。 （4)正台阶法开挖中由于没有施作临日刊中拱，台阶长度以控制在1D15D（D为隧道开挖跨度）为宜。 （5）富水砂层的存在对开挖进度和开挖步骤有不同要求,进度由一般的1m/循环减为075或061m循环，为防止隧道边墙片帮,下台阶改为两步开挖。 参考文献 【1】 刘招伟，王梦恕，浅埋暗挖法修建地

16、下工程中几个问题的探讨。铁道部隧道工程局科技大会论文集，1999 【2】 刘宝琛,急待深入研究的地铁建设中的岩土力学课题铁道建设技术,2000（3）：14 【3】关宝树，国兆林 隧道及地下工程 。成都：西南交通大学出版社，2000文章来源： 地下地铁技术文集2003原作者：黄 俊 张顶立 宋克志 地铁隧道施工对地层变形的影响1。浅埋暗挖法简介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

17、直接影响。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。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

18、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。2。浅埋暗挖施工技术2。1地铁隧道的主要施工技术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

19、。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。2.2浅埋暗挖设计理论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.3。浅埋暗挖法的应用3.1浅埋暗挖法的应用近几年来随着城市轨道交通的发展，许

20、多的地铁乘客出入口与人行地下通道规划在一起,但其施工方法大多采用明挖法,然而在既有道路改造中，采用明挖法和盖挖法施工占地多、交通干扰大、地下管线拆迁量大、容易造成环境污染。如果在上海引进浅埋暗挖法就克服了上述缺点,减少了对环境的影响,能保证交通畅通和地下管线的正常使用。3.2暗挖施工引起地层变形的影响因素分析浅埋暗挖法最初应用北京地铁是在第四纪地层、无水、地表无建筑物的条件下,采用了管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈的施工原则成功应用的。在超前小导管注浆加固等辅助措施的配合下，不断完善得到一系列辅助施工措施,目前运用的广州、深圳地铁都是非第四纪地层，且富含地下水,伴有砂层，

21、地表密集民房、埋深最小达0.8m、暗挖车站跨度达26m等复杂条件，因此，对暗挖法的施工工艺和辅助工法提出了更高的要求，以此保证地铁施工对周边环境的环保和安全要求。4。深圳地铁案例分析本文选取深圳地铁I期工程6标段为例剖析不同施工工艺对地表沉降的影响程度。4.1工程概况6标为双线单洞隧道,马蹄形断面(6.2mx6.7m）,正台阶法开挖，区间隧道范围内上覆第四系全新统人工堆积层,海积冲积层及第四系中统残积层，下伏燕山期花岗岩，地下水丰富；隧道埋深较浅，部分位置上覆砂层，开挖面土质强度较低,上覆砂层地段条件极差.4.2超前预加固辅助工法从最初的超前小导管注浆预加固到现在应用广泛的各种浅埋暗挖辅助工法

22、都以适用不同的地层条件及隧道周边环境要求为标准。从6标的工程实践来看，针对不同的地层条件，特别是在地下水丰富地区施工地铁隧道（大部分标段不能采取前期降水处理），在不同的地质条件下，超前预加固方法和参数的选择相当重要。6标一般地层条件下，隧道上覆粘土或粉质粘土,且土层较厚,故水量较小，因此采用超前小导管注浆预加固；一般地层到富水砂层地段之间的过渡段水量逐渐变大，采用长短结合的小导管注浆预加固，达到双层的加固效果，短导管外插角比长导管大,管径和间距增大；在富水砂层地段采用长短结合的小导管注浆预加固或小管棚加固，后者对改善开挖面条件和控制地层变形效果显著。注浆压力及注浆量的控制对预加固效果有影响，地

23、层较好的情况下可以不注浆。4.3开挖时空顺序地铁隧道开挖在土中进行，开挖扰动使原始地层应力重分布，而土的自稳能力较差,暗挖法开挖不像盾构法施工有足够的抗力支撑扰动地层,只能以超前预加固和“短开挖、早支护”保证地层的稳定。因此掌握开挖和支护的时空效应对稳定地层,保证施工安全，控制地层变形都有很大帮助，对于掌子面而言要把握开挖进尺、分步开挖顺序;对双线隧道则要确定左右线的间距。4。4施工进度的基本情况分析施工进度的快慢与开挖进尺及每一个开挖循环所用的时间有关,因此，考虑在预加固前提下土体的自稳时间及地层的塑性变形发展确定工序。现场每个工序循环耗时如表1,每个班做15个循环，开挖进尺为1mm循环，无

24、支护时间为4小时;而当地层条件较差时，开挖进尺减小为075或06m循环，超前预支护长短结合需要更多时间，而开挖土方减少开挖时间减少，即预支护强度提高和无支护时间减少，地层变形减小。隧道通过含水砂层地段时,施工进度慢则掌子面裸露时间长，而上台阶没有施作临时横撑或临时仰拱，且上台阶拱脚容易积水，土的强度又低,虽然用钢板或木板支撑，拱部结构仍产生整体下沉，隧道结构不及时封闭成环，对沉降的发展不易控制.因此施工过程中工程技术人员应当及时做好超前的地质预报，随时改变顶支护参数，保证安全、快速施工.六标一般情况上、下台阶23md(下台阶机械施工,相对进尺快，有时隔天开挖）砂层地段开挖进尺小，开挖困难进度慢

25、，甚至不时停工,其沉降大.当然在地层条件极差位置，土体易失稳，6标边墙曾出现喷混凝土前大面积土体滑落，相当危险,现场采用三台阶开挖，缩短每步开挖的时间,保证了施工的顺利进行。这也是对地层变形的有效控制.5。努力方向我国已有近40年的地铁修建史,尤其是近十多年来的快速发展，丰富和创新了我国地铁规划、设计、施工、管理运用、防灾救灾设备维修的技术方法及工作制度。由于我国地域广大、地质情况多样，地铁修建技术也必然极具复杂性和高难度。就目前来讲，我们已有的技术手段可以应付除西部和东北地区以外的大部分区域的城市地铁修建任务，更为可贵的是我们已经锻炼和造就了一大批有经验的、有高度责任感的地铁建设工作者和能吃

26、苦耐劳、有风险精神及创新智慧的设计、施工队伍.展望未来，为使我国地铁修建技术日臻完善，保证地铁工程质量，实现地铁的社会经济效益最大化，我国尚需在以下几个方面努力。5。1尽快统一地铁和轻轨修建的设计、技术标准、施工技术规范和工程验收技术标准，以便使我国地铁和轻轨工程设施和设备产品规范化、系列化，对国产化也十分有利.5.2组织力量对地铁施工设备进行系统研制开发。5.3加强地下工程施工辅助工法的研究开发和创新。5.4在地下工程防水施工工艺、新材料、新技术方面加大研究的力度和进程。5.5强化环保意识，地铁的修建较大地改变了城市区域地层的地应力和水文地质的原始状态，尤其是水土流失会造成生态环境的改变,甚

27、至会形成灾害隐患。城市地铁区间隧道浅埋暗挖穿越软流塑地层施工技术内容提要：本文结合工程实例介绍了城市地铁区间隧道浅埋暗挖穿越软流塑地层施工技术。从方案的比选到施工工艺、参数的选择和确定以及施工方案的实施效果做了较细致介绍。关键词:浅埋暗挖 城市地铁软流塑地层1 工程概况南京地铁南北线一期工程鼓楼站玄武门站区间隧道在软流塑淤泥质粉质粘土层中采用矿山法修建隧道，在玄武门站南端（K11+225K11+401.3）段，隧道穿过地层为软流塑状淤泥质粉质粘土，覆土厚度约8m，地面上有2幢2层楼房、3幢5层楼房和一条900污水管。1。1 结构设计设计结构为复合式衬砌结构,初期支护为锚喷支护，二次衬砌为模筑钢

28、筋混凝土衬砌。软流塑地层过楼房段初期支护为模筑混凝土衬砌。设计结构横断面如图1所示，结构内力图如图2所示,初期支护和二次衬砌按刚度分担荷载.根据工程特点,施工方案软流塑地层采用大管棚+小导管超前预注浆+掌子面封闭注浆，采用短台阶开挖；软流塑地层过楼房段采用“冻结法”施工。整个施工根据现场监控量测结果进行调整。图1 软流塑地层区间隧道横断面图图2 软流塑地层区间隧道结构内力（K11+390）图1。2软流塑状淤泥质粉质粘土地层情况和土体物理力学指标及分布图3 断面1的地质剖面图软流塑状淤泥质粉质粘土土体物理力学指标见下表1：软流塑地层物理力学指标表1参数-2b34-2b412b34-2-2b34含

29、水率W（%）32.639。129.036.7湿密度(g/cm3）1。811.821。911。87导热系数（W/mk）1。6331.7621。8251.726比热容（KJ/KgK）1。8041。8041.6411。77导温系数10-3（m2/h)1.781.932.091.88含水量（)37。533。536。9土重度（KN/m3)18.418.918。4孔隙比e1.040.921。03塑性指数IP102413.61425液性指数IL1。071。040.98压缩系数1-2（MPa）0.540.310。40压缩模量Es(MPa）3。776.195.08固快粘聚力C(Kpa）13.418.629.3固

30、快内摩擦角(度)20.623.513.4泊松比0。340.310。350.33垂直渗透系数Kv107(cm/s）61.281.15水平渗透系数Kh107(cm/s）59。01.531。3软流塑地层暗挖隧道施工难点以上软流塑粉质粘土、淤泥质粉质粘土,具有高压缩性、高灵敏度、强度低，易产生蠕动现象,开挖后自稳能力极差，易坍塌,地面沉降难以控制。在软流塑地层中施工浅埋暗挖城市地铁区间隧道施工难点主要表现在以下几方面： 围岩自稳能力极差，开挖后易产生坍方，严重时可能发生涌泥现象，使施工无法进行；地面沉降难以控制,在道路区，过大沉降易引起路面开裂，甚至坍陷，影响交通安全；在管线和建筑物区,地面沉降过大，

31、易造成地下管线破坏和建筑物开裂,危及建筑物安全。2 软流塑地层隧道施工方案2。1施工方案确定软流塑地层隧道施工拟采用台阶分步开挖法，但必须采用适当的辅助工法加固地层.常用的辅助工法有注浆加固(小导管超前注浆、大管棚+小导管超前预注浆、密排大管棚注浆）、软弱围岩仰拱超前法、旋喷或搅拌加固、冻结加固等.结合现场实际情况进行了方案比选如下表，根据比较结果决定采用大管棚+小导管超前预注浆加固方案。为分析开挖过程中洞周塑性区、开挖对地面沉降、地面既有建筑物的影响，采用平面有限元对开挖过程进行模拟分析.分析及综合比较结果如表2,施工中采用大管棚+小导管超前预注浆方案施工方案的综合比较表 表2项目施工方法一

32、施工方法二施工方法三施工方法四工法名称大管棚+小导管超前预注浆+掌子面注浆加固软弱围岩仰拱超前法水平旋喷法冻结法工法特点与原理长管棚结合小导管注浆和掌子面超前预注浆法，是在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆，对拱部进行加固和超前支护，并对隧道掌子面的地层进行注浆改良，然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护与衬砌，该方法在软弱地层浅埋隧道施工中能有效地控制地面沉降.软弱围岩仰拱超前法是先开挖隧道的下部，在隧道中部打设长管棚和小导管注浆，对下导坑拱部进行加固和超前支护,并对隧道掌子面的地层进行注浆改良，开挖、施作下部初期支护;然后在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆，开挖、支护隧道上部,主要是为了避免

33、初期支护拱脚落拱产生的沉降。水平旋喷是将钻杆水平钻进进行旋喷注浆.它利用钻机钻孔,然后把带有喷头的喷浆管放至地层预定的位置,用从喷嘴出口喷出的射流（浆或水）冲击和破坏地层。剥离的土颗粒的细小部分随着浆液排除,其余土粒在喷射流的冲击力、离心力、和重力的作用下,与注入的浆液掺搅混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列,在土体中形成固结体.冻结法是在洞周土层中降温,形成一个封闭的具有一定强度和稳定性的冻土帷幕，然后在冻土帷幕的保护下进行隧道开挖、支护与衬砌，该方法在软弱地层浅埋隧道中防塌、防沉效果好。施工难点1 小导管和掌子面的注浆参数与工艺；2 注浆加固效果；3 浆液的配比。1 小导管和

34、掌子面的注浆参数与工艺；2 注浆加固效果；3 浆液的配比；4 施工组织。1 水平旋喷机；2 水平旋喷的施工工艺、参数；3 浆液的配比；4 高压旋喷跑浆和废浆的处理。1 冻结的参数；2 冻结管的施工精度;3 后期低温混凝土结构施作困难;4 解冻后对地层和结构影响。地面沉降计算最大值:37。7mm； 最大值：14。7mm；最大值：10。7mm;最大值:18.9mm；试验最大值：136mm实测2530mm,最大50mm左右。拱顶下沉计算最大值：48。2mm最大值：15.73mm最大值：45。3mm;试验实测2025mm掌子面位移计算最大值：154。2mm最大值：85。7mm试验实测塑性区域分布塑性区

35、分布范围稍大塑性区分布范围稍小塑性区分布范围稍小塑性区分布范围稍小施工机械水平钻机、注浆机水平钻机、注浆机水平旋喷机、高压注浆机水平钻机、冻结机械施工工期每个掌子面每月综合成洞15m（不包括二衬）每个掌子面每月综合成洞810m（不包括二衬）每个掌子面每月综合成洞m（不包括二衬）工期长,每个掌子面每月综合成洞施工造价每延米综合造价5.35元每延米综合造价6.04万元每延米综合造价5。39万元造价昂贵,每延米综合造价7.02万元社会效益本工法除产生地面变形和引起周围构筑物变形较大外,基本不产生环境污染，造价低，工期短，社会效益好.本工法除产生地面变形和引起周围构筑物变形较大外，基本不产生环境污染，

36、造价低，工期稍长，社会效益好。本工法除产生地面变形和引起周围构筑物变形较大外，基本不产生环境污染，造价低，工期短，社会效益好.冷冻需要大量的氟立昂，会产生环境污染；冻结施工时冻胀和融沉不良影响大，造价高，工期长，社会效益差.综合评价对软流塑淤泥质粘土而言，本工法的关键是注浆，控制地面沉降和拱顶下沉的关键是注浆效果，控制变形略差于其它工法.本工法施工简单，造价较低。控制地面沉降和拱顶下沉效果好，但工期长，工序复杂，施工组织难度大，工程造价较高。控制地面沉降和拱顶下沉效果好，但工法不很成熟，属新工法、新工艺，水平旋喷机工效低,工程造价较高。本工法工期长、造价昂贵，施工期间控制地面沉降和拱顶下沉较好

37、。但解冻对地层的影响和对混凝土结构的影响较大.2。2大管棚+小导管超前预注浆方案长管棚结合小导管注浆和掌子面超前预注浆法，是在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆,对拱部进行加固和超前支护，并对隧道掌子面的地层进行注浆改良，然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护与衬砌，该方法在软弱地层浅埋隧道施工中能有效地控制地面沉降。设计拱部150范围设立管棚支护，注浆加固范围1.5m，大管棚采用40m长108钢管，钢管打孔注浆,大管棚搭接长度3m,环向间距0。35m.短导管3m长32普通水煤气管，搭接长度1。5m，环向间距0。35m。长导管采用13m长、直径42PVC劈裂注浆管,搭接长度4m，间距0。 50

38、. 5m，浆液采用水泥水玻璃双液浆。边墙采用中空锚管注浆。开挖采用台阶法施工，台阶长度23m，上台阶施工时并设置临时仰拱封闭，临时仰拱采用1工字钢，喷20cm厚C20混凝土，两侧各设置2根32普通水煤气管长2.5m锁脚锚杆，锁脚锚杆置入角度60.下台阶施工时，对上部钢架拱脚处，应采用跳槽开挖，及时支撑开挖后的拱脚,先开挖一侧设置2根32普通水煤气管长2.5m锁脚锚杆，锁脚锚杆置入角度60.施工方法示意图如3。图4 大管棚+小导管施工方法示意图2。3施工工艺及参数2。3。1超前预支护大管棚施工2。3。1.1 大管棚具体参数超前预支护采用108大管棚，长40米，环向间距0。35m，拱部150O范围

39、内布设,管棚搭接34m，管棚采用花管注浆,浆液采用水泥水玻璃双浆。2。3。1。2 大管棚施工工艺及操作要点管棚的施工根据地质情况采用顶进施工方法开挖管棚工作室在软弱围岩中开挖工作室，要加强支护,进行混凝土衬砌；管棚工作室长6m.为便于架设钻机，安设钢管，工作室应挖至隧道开挖线以外0。8m.导向管是控制成孔方向使之不偏斜的主要手段,导向管长度不小于2.0m,经精确测量后焊接在钢拱架上并喷浆固定.由于I类围岩段隧道较长且为弧线，根据现有水平孔钻进技术条件,隧道分段施作管棚.首先施工第一段管棚工作室，施作第一段管棚，注浆后进行隧道掘进。第一段管棚段开挖31。6m后,进行第二段管棚工作室施工及钻孔，纵

40、向管棚搭接长度3。0m。以此类推,完成管棚超前支护施工。 搭设平台、安装钻机、测定孔位 大管棚顶入法施工软流塑土管棚施工成孔困难，且在成孔过程中会造成土层的变形。根据软流塑土的力学特性，采用静压顶入法施工.大管棚采用40m长108钢管，钢管打孔注浆，浆液采用水泥-水玻璃双液浆，大管棚搭接长度3m，环向间距0。35m。大管棚静压顶入法施工，可以挤压软流塑土体,排出部分含水，起到加固土体的目的。同时对土体的扰动较小，施工表明，大管棚施工地表基本无变形。静压顶入法施工示意图如下图6。图6 大管棚静压顶入法施工示意图（4） 注浆注浆采用前进式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出

41、气管与进浆管,由阀门来控制开关，如图7所示。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂加固掌子面与管碰见的孔隙，防止漏浆。图8 管棚注浆施工示意图注浆参数:水泥采用32.5普硅水泥水玻璃模数2。6，2535BeO水灰比0.60.8水泥水玻璃体积比1：1注浆压力0.81.5MPa关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压.注浆时，采取低压力中流量注入,注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，才结束注浆。（5) 注浆结束标准及效果检查 单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，符合P-QPT曲线，注浆终

42、压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80%,或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。 全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准,无漏注现象，注(压）水试验地层吸水率小于0.05Lmin，粘土固结强度0.4MPa。 注浆效果检查：采用分析法，注（压)水试验，开挖取样等方法进行. 达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。2.3.2 超前预支护小导管施工2.3.2。1 小导管参数32小导管长3m，环向间距0。35m， 拱部150O范围内布设，插入大管棚之间,每排小导管搭接1.52。0m,采用水泥-水玻璃双浆液进行劈裂注浆。注浆参数如下：水泥采用32.5#普硅水泥

43、水玻璃模数2。6,2535BeO水泥浆水玻璃浆液体积比1：1水灰比0。60。8注浆压力0.81.5MPa2.3.3 掌子面加固施工2.3.3.1掌子面加固施工参数掌子面采用L=10m小导管进行注浆加固，掌子面注浆加固如图7所示，导管间距1。00.75m，梅花型布置,小导管为42PVC劈裂注浆管，采用水泥水玻璃双浆液劈裂注浆，注浆参数如下:水泥采用32.5#普硅水泥水玻璃模数2.6，2535BeO水泥浆水玻璃浆液体积比1：1水灰比0。60。8注浆压力0.51。0MPa。止浆墙为25cm厚C20网喷砼。如注浆效果不理想，我们将采用流动性大、注浆效果较好的新型材料，如HCT凝结时间可调注浆材料。2。

44、3。3.2 掌子面加固施工注浆孔的布置采用等边三角形全断面布置，注浆的先后顺序：先四周，后中间,中间布置一排水孔，以利于软土地层中的滞水在注浆过程中受到挤压时顺利排出。主要施工步骤为：(1）采用钻机钻孔,钻孔的垂直度误差控制在1%以内。（2）孔内灌封闭泥浆，待钻孔到设计深度后从孔内灌入封闭水泥浆,其作用是封闭单向阀管和钻孔壁之间的孔隙，迫使从管浆孔内开环，压出的浆液挤破套壳料注入四周土层。（3）在封闭泥浆达到一定的强度后，在单向阀管内插入双向密封注浆芯管进行分层注浆.首先增大压力使浆液顶开橡皮套，挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散，扩散范围受注浆压力、时间、浆液配比、土层特征等因素的影

45、响。一般从底部向上注浆,达到一定压力后，提起一段再注浆，这样重复进行.注浆完成后，清洗管内残留浆液，以便于第二次重复注浆（单向阀塑料管即留在注浆后的土层中）.开挖及初期支护为保证施工安全，开挖采用台阶分部法施工。开挖顺序示意图如附图所示。上台阶环形开挖，预留核心土，及时进行挂网初喷，架立格栅钢架，每个拱脚施作两根锁脚锚杆，锁脚锚杆为25中空锚杆，L=2.0m，施作边墙3。5m长、环纵向间距1。0m的置入式中空注浆锚杆、注浆，及时架设I16工字钢临时仰拱。根据土体情况，必要时对临时仰拱网喷砼封闭。下台阶开挖后及时架设格栅钢架，每个拱脚施作两根锁脚锚杆，锁脚锚杆为25中空锚杆，L=2.0m施作边墙3.5m长、环纵向间距1。0m的置入式中空注浆锚杆、注浆.如地质条件不好，开挖时如掌子面不稳，则每次开挖后均采用网喷砼封闭掌子面。喷砼均采用双快（硫铝酸盐)水泥。初期支护施工完成后，立即对初期支护背后进行回填注浆加固。2.3。5 基底加固在进行仰拱初期支护喷砼之前,打设42钢管，钢管间距5050cm,待施作完初期支护喷砼之后，进行劈裂注浆加固。浆液为水泥水玻璃双浆液，注浆参数如下:水泥采用32。5#普硅水泥水玻璃模数2.6，2535BeO水泥浆水玻璃浆液体积比1：1水灰比0.60。8注浆压力1。01。5Mpa3 施工效果 采用上述方案