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地铁暗挖施工技术及安全管理（监理内部培训教材）前言•青岛地铁采用的浅埋暗挖法，是以加固、处理软弱地层为前提，采用足够刚性的复合初砌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案。它以施工监测为手段，指导设计与施工，控制地表沉降，保证施工安全。青岛地铁11号线简介•青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程，位于青岛市东岸城区东部，于2013年4月1日开工，全线线路起于苗岭路站，止于盐田东站，线路全长59.2公里，设置车站22座（4座地下站，18座高架站），平均站间距2753m。第一驻地监理工程师办公室监理范围为•K12+000～K30+640，线路长18.64km，共9站9区间；其中01标、02标为暗挖段4站4区间和一个折返线，区间均为暗挖，3个明挖车站1个暗挖车站；03标、04标为高架桥部分，其中04标有一个575米隧道；工程费用约21.72亿元。一、浅埋暗挖法•选用浅埋暗挖法应考虑的基本条件有：首先，浅埋暗挖法不允许带水作业，如果含水地层达不到疏干，带水作业是非危常险的，开挖面的稳定性时刻受到水的威胁，甚至发生塌方。把地下水，尤其是上层滞水处管理好是非常关键的环节，它直接影响到浅埋暗挖法的成败。第二，采用浅埋暗挖法要求开挖面具有一定的自立性和稳定性。（一）浅埋暗挖法的前提条件（二）浅埋暗挖的基本经验•铁道部隧道工程局就复兴门折返线工程总结的十八字决，即“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”，基本上概括了浅埋暗挖法的施工工艺要求及施工经验。1、地层的预加固和预处理•开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。当土体难以达到所需的稳定条件时，必须通过地层预加固和预处理来提高开挖面土体的稳定性和自立性。降低地下水位，一方面可达到无水施工，另一方面可以改善土体的物理力学特性，经常采用的预加固和预处理的措施有超前小导管注浆，工作面前方深孔注浆和大管棚超前支护。视具体情况可以单独使用，也可以配合使用。2、隧道开挖和初期支护•要本着“随开挖，随支护”的基本原则。如何利用土体有限的自立时间进行开挖和支护作业，使土体开挖后暴露的时间尽可能短，使初期支护尽早封闭成环，就这一意义上说，选择适当的开挖方法就显得十分重要。•根据土体的稳定性隧道断面大小可以选用短台阶法开挖，或带临时仰拱的长台阶法开挖。对于断面较大的隧道，考虑分部开挖、分部支护和封闭成环的需要，选择中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、和侧壁导坑法（眼镜法）等。每次开挖循环，以“短尺”为原则。为了保持开挖面的稳定，采用弧形导坑留核心土的开挖方法，使开挖面得到核心土的支撑。•浅埋暗挖法常用的初期支护形式是钢筋格栅、钢筋网和喷射混凝土，浅埋暗挖法要求初期支护具有足够的强度和刚度。在技术、经济的合理范围内，尽可能减小初期支护的变形量，目的是控制土体位移，减小地表沉降。之所以广泛采用钢筋格栅，其原因一方面是钢筋格栅与喷射混凝土能紧密结合，另一方面是因为钢筋格栅在拼装成环后，具有一定的强度和刚度，在喷射混凝土尚未具备足够强度之前，钢筋格栅可以单独承担来自土层的一部分荷载。有的施工指南要求钢筋格栅能承担2-4米的土柱压力，也是基于这方面的考虑。3、二次衬砌•浅埋暗挖法通常采用模筑混凝土作为二次衬砌材料它既是提高初期支护强度和刚度，增加初期支护安全储备的需要，也是支撑中间的防水隔离层，承受水压力的需要。一般通过监控量测，证明初期支护基本稳定，防水层铺设完毕隐蔽工程检查合格后，可以开始灌注二次衬砌，如果隧道断面较大，等待初期支护变形达到基本稳定需要很长时间，也可提前施作二次衬砌，这时的二次衬砌将要承受初期支护变形传来的压力。（三）确保无水施工，重视地下管道漏水•浅埋暗挖法是在十分不稳定的土体中进行暗挖作业，必须十分谨慎。人们采用小导管、管棚、深孔土体注浆都是提高土体稳定性的措施，其中必保的一条就是保持土体无水施工。这不但为方便施工所必须，也是提高土体稳定性的必须采用办法。诸多工程教训使同行们取得共识——无水施工是浅理暗挖法的前提条件。•采用浅埋暗挖法不可避免要在市政管理道下面进行施工，问题在于大多数上下水管道不同程度地存在渗漏水的情况。严重的渗漏导致管道周围的地层状况恶化，形成饱和水状态的软塑或流塑地层。当隧道开挖接近这一层时，流泥和流砂便会涌入隧道，管道下面土体被掏空，又会造成管道断裂，管道内的水（特别是有压上水）冲入隧道，对隧道形成第二次冲击。•探明开挖面前方的工程地质和水文地质工作是非常重要的，一般采用红外线温度扫描仪或地质雷达等物探手段，查明上层滞水和管道渗漏水的情况，必须对制定相应对策提供可靠依据。•如果发现有上层滞水和管道渗漏严重威胁隧道施工的情况，可以采取局部加密注浆，增设管棚等措施，必要时采用局部土壤冻结也是可取的，总之要把一般降水难以奏效的上层滞水和管道渗漏水对浅埋暗挖法的潜在威胁，在开挖面到达之前加以消除。（四）管理、经验、监测在浅埋暗挖法中的作用•隧道采用浅埋暗挖法施工，施工安全取决于人们通过严格的管理和正确的工程实践，包括监控量测的反馈来控制施工作业，以减少风险。•浅埋暗挖法的十八字决，尽人皆知，但是对它的理解和体会的深度，实施中的坚决程度未必相同，严格的管理表现在对影响工作面稳定的因素始终紧抓不放，例如对地层预加固预处理的质量，对于地下水的警觉，对支护支跟开挖面施作的及时性，短进尺，快封闭的重要性，以及对补偿注浆的作用等，不仅有深刻的认识，而且有严密的施工工艺和质量控制作保证。此外，注意对施工人员的培训，提高技术素质。严格的管理还表现在，重视并关于利用不良地质超前预报和施工的手段，了解开挖面前方工程地质和水文地质条件的变化，了解支护受力变形状态的变化，及时发现危险征兆，采取有效的应变补救工作。二、区间标准断面施工方法及需注意问题•地铁区间隧道除个别特殊地段外，一般均采用单线马蹄形曲墙断面形式，台阶法开挖支护形式。核心土超前注浆管外插角ⅤⅢ1、暗挖区间标准断面14正台阶法开挖支护程序断面开工开挖尺寸：1－1＃（5.7×6.1）；2－2＃（5.8×6.12）；3－3＃（6.3×6.22）；8－8＃（6.0×6.16）开挖程序及其示意图：环状开挖1部土体；架格栅挂网、安置纵向连接筋，喷混凝土；拱顶设超前小导管或钢筋，拱脚设置锚杆或锚管，并注浆；开挖2部土体，上、下台阶相距6～10m，开挖3部土体，架格栅、挂网、喷混凝土，初期支护封闭成环，拱背注浆。2332、超前支护施工•结合具体地质条件和开挖面的稳定情况，一般选择小导管注浆作为主要超前支护手段。•小导管采用直径42mm，长2.5-3.5mm，外插角10-15度，环向间距为25-32cm，搭接长度1.5米。•注浆浆液需根据具体地质条件选用，或用单液水泥注浆，或用水泥水玻璃注浆，或用改性水玻璃浆注浆。注浆浆液的选择、配比、压力的确定必须经过现场试验决定。•目前工程中经常出现的问题有：•（1）注浆浆液配比及参数既无控制，注浆效果又不作严格检查，甚至只设管不注浆，结果影响开挖面的土体稳定。•（2）外插角过大，沿拱架内缘斜插下一拱架外缘，但外插角近30-40度，小导管下方土体坍塌，影响开挖面的稳定。•隧道净高6米，净宽5.6米，对于一般地层常采用短台阶开挖，上台阶长不超过1倍洞径，并留有2米以上核心土。后方开挖中层土，并施作仰拱。•（1）留核心土的目的，一方面可以抑制开挖面的变形，保持土体稳定；另一方面可以压缩拱部开挖土方时间，尽早在有限空间架设拱部格栅拱架，并喷射混凝土，尽早完成拱部初期支护。•（2）采用台阶法目的，一方面利用台阶的土压力支挡前方工作面，保持开挖面开挖稳定；另一方面利用台阶便于人工开挖。•（3）采用短台阶的目的，一方面便于人工翻碴，另一方面可以尽快开挖中层土方，便于尽早施作边墙支护和封闭仰拱，尽早使初期支护形成封闭的稳定结构。3、短台阶法开挖与支护•目前有些工地施工存在的问题是：•（1）格栅拱架制作不合规范要求•在开挖以后，土体自承稳定的时间极短，在喷射混凝土达到设计强度以前，格栅拱架是主要支撑结构，因此规范要求拱架能单独承受2-4米土体荷载并密贴土体，最早由德国引进的图纸，在四根钢筋之间用8字结连接，以后为了简化做成斜向连接，再以后斜向连接钢筋便点焊上，把拱架作为构造钢筋处理，这是非常危险的，正是因为如此，规范对拱架作出严格要求。除此之外，拱架基础必须支牢，必要时设置斜向支撑注锚管。•（2）喷射混凝土不密实•钢筋密集地段实施喷射混凝土是一件比较困难的事，回弹大，而且钢筋背后不密实，所以规范对双层钢筋网喷混凝土必须喷完一层再挂第二层网再喷，在格栅表面的混凝土要清除后再喷，不然钢筋背后是无法喷实的。不密实的初期支护存在严重隐患，而且地下水锈蚀钢筋，影响初期支护的寿命。•（3）短台阶过长•前面已介绍了用短台阶的理由，但是有些工地运土车上了台阶以后，取消了人工翻土的作用，为了便于布置人力，往往将台阶拉得过长，台阶拉得过长，结果是：•1)未封闭成环的初期支护是一个不稳定结构，长时间隧道处于不稳定支护体系是危险的。•2)半拱初期支护基础支撑在土体上，土体不可能提供足够的支撑力，半拱呈悬臂状态，悬臂过长，端头下沉，将会造成拱部拉裂，这在国外曾发生过事故，造成严重后果。•3）台阶过长，拖后了中层土体开挖，也拖后了封闭仰拱时间，结果至少将导致隧道变形过大，地表下沉过大，由此，十八字决中“短开挖，强支护，快封闭”就是从这里提炼出来的。4、长台阶施工方法•有些单位为便于施工组织安排，采用长台阶施工方法，这种施工方法也是允许的，但是必须及时施作临时仰拱。半断面初期支护封闭成环，拱脚支撑在临时仰拱上，拱部荷载由临埋仰拱承受，由于上半断面已形成独立的封闭环形稳定结构，它的长度将不受限制。•问题是我们一些施工单位考虑施作临时仰拱投资过大，将来还要拆除，不认真施工临时仰拱，又不及时进行施工监测，这样的长台阶施工是十分危险的，复八线上的几个工程的教训需要引起我们的注意。•（1）采用超前小导管注浆是防止工作面失稳及控制地面下沉的重要措施，小导管必须与钢拱架联结。•（2）严格控制格栅钢架的安装质量，保证钢架平面垂直隧道中线，水平、高程、左右、误差应符合设计要求，在拱脚处应设注浆锚管，这是防止拱部垂直位移的关键。•（3）采用环形开挖，留核心土，可保证工作面稳定，核心土的尺寸在纵向要大于2m。对不良地层，要及时用喷射混凝土封闭工作面，做到开挖后，土体损失系数最小。•（4）严格控制每循环的进尺，一般为0.5-0.75m，因为拱部局部的坍塌高度一般是进尺长度的二分之一。5、小结•（5）控制台阶长度，充分利用地层纵向承载拱的作用。量测证明：对于软弱地层，台阶长度超过1倍洞径，就要及时闭合临时仰拱。•（6）及时进行初期支护，当开挖完成以后，必须及时架立拱架。拱架与地层之间要紧密接触，以防地层松驰。随后挂网、焊接。从开挖到施喷混凝土的时间不应超过土体的自稳时间。工序的拖长、工序的衔接不紧，是造成塌方、下沉的最大隐患。•（7）由于地层稳定性差，在喷层与地层间经常出现空隙。该空隙多发生在拱顶附近和拱脚处，所以背后充填注浆非常重要，该工序应紧跟工作面进行。•（8）系统地进行初期周围2-3m土体的固结注浆，是克服土壤长期流变引起地表下沉的最好方法。三、区间隧道大跨度断面施工技术•区间隧道受线路平面布置的影响，有些区段采用双线隧道方案。这时的隧道的净跨将达到12m，净高达到8m。如果仍采用前面介绍的短台阶施工技术或长台阶施工技术，则台阶上部弧形导坑的弧度十分平缓，矢高比非常不合理，直接影响到拱部土体的稳定。平拱拱脚水平推力大，拱顶下沉过大，甚至坍塌。跨度越大问题越严重，所以跨度法叫CRD法，即交叉中隔墙法。大断面隧道分隔成小断面隧道，每个小隧道的初期支护都是封闭成环，都是稳定的。按一定顺序开挖支护好的小断面隧道最终汇成一个大断面隧道。临时隔墙与临时仰拱对大断面隧道的稳定起到十分重要作用。•1、大跨度隧道中隔墙施工法（CD法）和交叉隔墙（CRD法）•二次衬砌施工时，需要拆除临时隔墙及仰拱，如何拆除，如何选择拆除顺序，如何确定拆除段长是十分关键的，这就需