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隧道工程浅埋暗挖法施工2一、概述1、浅埋地下工程基本概念(1)浅埋隧道定义铁路隧道定义：对于单线或双线隧道洞顶埋深小于：VI级围岩35-40m、V级围岩18-25m、IV级围岩10-14m、III级围岩5-7m，为浅埋隧道。城市地铁：覆跨比H/D在0.6-1.5时为浅埋，H/D小于0.6时为超浅埋。(2)浅埋隧道特点最大的特点是埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此对开挖、支护、衬砌、排水、注浆等方法提出更高要求，施工难度增加。3(3)浅埋地下工程的施工方法主要包括：明挖法（盖挖法）、盾构法、浅埋暗挖法。浅埋地下工程施工方法优缺点比较4前德国地铁建造成本的变化2、浅埋暗挖法基本原理(1)浅埋暗挖法名称的确定在小导管超前支护技术、格栅拱架制造技术、正台阶环形开挖留核心土方法、监控量测技术等基础上，在软弱地层必须快速施工的理念，突出时空效应对防塌的重要作用。并在军都山黄土隧道、北京地铁复兴门折返线、复—八线、西单车站采用浅埋暗挖技术取得了巨大的成功。51987年8月，北京市科委与铁道部科技司共同组织鉴定会，对浅埋暗挖技术进行评价，会上确定取名为：浅埋暗挖法，适用范围：各种软弱地层的地下工程设计与施工。浅埋暗挖法又经过十几年的广泛应用，形成了一套完整的配套技术，被评为国家级工法，并正式提出“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。军都山隧道（1988）（第一次用小导管、网构钢架）北京地铁复兴门折返线（1987）（国家科技进步二等奖）6第一次用浅埋暗挖法建成北京地铁车站试验段第一次用浅埋暗挖法建成京珠高速乌龙岭双连拱隧道(2)浅埋暗挖法施工原理浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理：采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力；采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；采用信息化设计与施工。7浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱地层的地下工程，围岩自承能力很差，为控制地表沉降，初期支护刚度要大、要及时。特征曲线中C点尽量靠近A点，即尽量增大支护的承载，减少围岩的自承载。要做到这点，必须遵守十八字方针，初支必须从上向下施工，初支基本稳定后才能做二衬，且必须从下到上施工。83、浅埋暗挖法的发展方向浅埋暗挖法具有很多优点，但其缺点是：施工速度慢，施工工艺受施工队伍的技术水平限制等。发展的方向：(1)拓宽浅埋暗挖法的应用范围目前浅埋暗挖法已经推广到广州、深圳、北京、杭州等地特殊的流沙、淤泥、含水砂层、流塑、半流塑地层；埋深缩小到0.8m；暗挖施工的车站跨度达26m；穿越密集民房。随着建设项目的增多，还需进一步研究新的辅助工法和施工工艺，以适应各种地层条件、埋深、跨度等方面的要求。9(2)以信息化设计法补充和丰富传统的经验类比设计法根据地表建筑物条件，选择合理的沉降值和结构刚度，并通过监控量测资料，及时调整、优化支护参数。对于地面无建筑物、地下无管线、对地面沉降要求不高时，可采用刚度较小的支护结构，以发挥围岩的自承能力；对于地面沉降要求比较严格的区段，应采用刚度较大、先柔后刚的网构钢拱架支护结构，以防止围岩过渡变形。(3)选择适宜的辅助施工措施常用的有：环形开挖留核心土；喷混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆或超前小导管支护；超前小导管周边注浆支护；设置上半断面临时仰拱；深孔注浆加固地层；长管棚超前支护；特殊地层冻结法；水平旋喷超前支护；地面锚杆或高压旋喷加固地层；降低洞内、洞外地下水位；洞内超前降排水。10(4)选择合理的支护参数和施工方法(a)支护要及时，不仅能减小支护结构的荷载，还能避免地层的过分变形。(b)对浅埋软弱地层，锚杆作用降低，尤其顶部两侧30度范围内锚杆是承压的，可取消该区的锚杆。超前小导管是有效的，第一台阶一般2.5—2.7m，小导管长3.5m—3.7m，以确保1m左右导管插入破裂面以外。(c)作为初支的喷混凝土厚度要合理，太厚不利于混凝土材料力学性能的发挥，当厚度dD/40（D为洞径），喷混凝土支护接近无弯矩状态，支护结构性能较好。因此，用增喷混凝土厚度的方法来加强支护效果较差，应在采用合理的喷射方法、材料、配合比、外加剂上想办法，比如用湿喷、潮喷法，加聚丙烯纤维等。11(d)采用正确的施工方法，从工程造价和施工速度考虑：施工方法的选择顺序应为：正台阶—台阶设临时仰拱—CD工法—CRD工法—眼镜工法，从施工安全考虑，顺序正好反过来。(5)富水地层的结构防水目前的设计思路是：第一道防水线是初支和二衬之间铺设全包防水板；第二道防水线是二衬防水混凝土。实践证明：在无水或少水地层是有效的，在富水地层失败。原因：(a)初支表面混凝土不平整，锚杆头也难于处理，难以保证防水板的完整性，特别是钢筋混凝土更易造成防水板破坏，这样封闭防水层结构的设计思想得不到落实。(b)防水板与初支之间容易形成水囊，一旦防水板破裂，水就会在薄弱环节寻找出路，造成施工缝漏水。12(c)采用全包防水板，水压直接作用在二衬上，容易造成衬砌开裂而漏水。改进措施：(a)加强初期支护的防水能力，提倡喷射防水混凝土，也可在初支与围岩之间进行填充注浆，把地下水拒之初支之外。(b)在初支表面布设一定数量的引水盲管，将少量初支渗漏水引排出去，防水板铺设到墙脚配合二衬防水混凝土防水，仰拱不铺设防水层，对进入初支结构和二衬之间的渗漏水应遵照以排为主的原则处理。13二、浅埋暗挖法施工原则及方法的比较1、浅埋暗挖法施工原则(1)根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差：可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好：可用全断面开挖法。(2)应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。(3)应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套几具，为快速施工创造条件，设备投入量一般不少于工程造价的10%。(4)施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的工序。14(5)工序安排要突出及时性，地层差时，应严格执行十八字方针。(6)提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高质量和速度。(7)应加强通风，洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。(8)应采用网络技术进行工序时间调整，进行进度、安全、机械、监测、质量、材料、环境管理。2、浅埋暗挖施工方法的比较15施工方法适用条件沉降工期防水拆初支造价全断面法地层好，跨度8m一般最短好无低正台阶法地层较差，跨度12m一般短好无低上半断面临时封闭正台阶法地层差，跨度12m一般短好小低正台阶环形开挖法地层差，跨度12m一般短好无低单侧壁导坑正台阶法地层差，跨度14m较大较短好小低中隔壁法（CD法）地层差，跨度18m较大较短好小偏高交叉中隔壁法（CRD法）地层差，跨度20m较小长好大高双侧壁导坑法（眼镜法）小跨度，可扩成大跨大长差大高中洞法小跨度，可扩成大跨小长差大较高侧洞法小跨度，可扩成大跨大长差大高柱洞法多层多跨大长差大高盖挖逆筑法多跨小短好小低浅埋暗挖各施工方法的比较16三、全断面开挖作业(1)施工顺序全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车退后50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出碴后钻孔台车再推移到开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时，施作初期支护，铺防水隔离层（或不铺），进行二次模筑衬砌。该流程突出两点：增加机械手进行复喷作业，先初喷后复喷，以利于稳定地层和加快施工进度；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m，大那个地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法。17（2）适用范围全断面法主要适用于I~II级围岩，当断面在50㎡以下，隧道又处于IV级围岩地层时，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，但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20㎡以下，且施工中仍须特别注意，山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道工程施工多用此法。（3）优缺点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。18四、台阶法开挖台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个断面或几个工作面，分步开挖，根据地层条件和机械配备情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔墙台阶法等。该法在浅埋暗挖法中应用最广，可根据工程实际、地层条件和机械条件，选择合适的台阶方式。1、正台阶法开挖正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降，上台阶长度（L）一般控制在1~1.5倍洞径（D），根据地层情况，可选择两步或多步开挖。19（1）上下两部分步开挖法采用此法，若地层较好（III~IV级），可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。20（2）多部分步开挖留核心土该法适用于较差的地层，围岩级别为V、VI级，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土，用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网钩钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过10d，以确保地面沉陷控制在50mm以内。212、有关台阶长度问题台阶长度之所以定为1倍洞径（D），主要因为：地面沉降不容许超过30mm，承载拱的跨度约为1倍洞径。在1倍洞径区段周围地层产生横向和纵向两个承载拱的作用，这对开挖是有利的，台阶长度超过1倍洞径将失去纵向承载拱受力结构，仅有横向平面承载拱受力结构。上台阶若选用大于1.5倍洞径的长台阶，在开挖时纵向变位大，上台阶断面形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近受力大而使其失去稳定性。上台阶若过短，小于1倍洞径，因洞内纵向破裂面超过工作面，易造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定，所以软弱地层不能采用短台阶法施工，但是若用硬岩爆破法施工时，为了便于风钻打眼，可设置超短台阶。22纵向承载拱上台阶过长引起松动荷载开挖过程纵向变位影响长度23从安全角度考虑，台阶长度定为1倍洞径是合理的，施工机械的配置也应遵守这个原则。因此，在采用正台阶法施工时，应树立一个概念，不要分长台阶、短台阶、微台阶，这是长期施工经验教训的总结，有关施工规范中也取消了这种说法，也不再提半断面法开挖。需要说明的是，在II类砂卵石地层中进行大断面正台阶开挖，必须同时实施深孔注浆和小导管超前支护、预注浆辅助工法。3、正台阶法开挖优缺点(1)灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，尤其是各种不同方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化（变好或变坏），都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母。24(2)具有足够的作业空间和较快的施工速度，台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。当地层无水、洞跨小于10m时，均可采用该方法。(3)台阶法开挖的缺点是上下部作业相互干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩被扰动的次数等。25五、单侧壁导坑超前导坑法开挖主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨断面多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3~4m，这样就可将大跨度变为3~4m跨和6~10m跨，这种施工方法简单可靠。采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为了稳定工作面，经常和超前小导管注浆等辅助施工措施配合适用，一般采用人工开挖，