《城市地下工程施工技术与工程实例》第三讲.

《城市地下工程施工技术与工程实例》第三讲浅埋暗挖法施工技术与工程实例第三讲浅埋暗挖法施工技术与工程实例3.1浅埋暗挖法介绍3.2常州市文化宫广场过街通道浅埋暗挖施工技术3.3某公路隧道浅埋暗挖法施工技术与应用3.4北京地铁五号线蒲黄榆车站浅埋暗挖施工技术3.5某地下通道工程暗挖施工技术1．浅埋暗挖法原理2．浅埋暗挖施工技术3．浅埋暗挖施工技术的安全控制要点4．浅埋暗挖施工地层变形机理及控制方法3.1浅埋暗挖法介绍浅埋暗挖法沿用新奥法(NewAustrianTunnelingMethod)基本原理，初次支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备。初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法设计、施工时，同时采用多种辅助工法，如超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力等。1.浅埋暗挖法原理采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系。在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全施工等，并形成多种综合配套技术。1.浅埋暗挖法原理开挖方式：开挖方式有正台阶法、单侧壁导洞法、中隔墙法、双侧壁导洞法等。工程特点：浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深浅、地层岩性差、存在地下水、周围环境复杂、造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点。1.浅埋暗挖法原理工程应用：在北京地铁复西区间、西单车站、国家计委地下停车场、首钢地下运输廊道、城市地下热力、电力管道、长安街地下过街通道及地铁复—八线中推广应用，在深圳地下过街通道及广州地铁一号线等地下工程中推广应用，并已形成了一套完整的综合配套技术。1.浅埋暗挖法原理一、大管棚超前支护施工方法在拟开挖地铁隧道的外轮廓周边上，以一定的外插角沿洞轴钻孔，以一定的间距，安装惯性矩大的钢管，然后进行注浆固结的一种预支护措施，它是在不破坏地表的情况下进行铺设各种地下管线的技术。工作原理：通过施行管棚注浆，预先使拱顶形成加固的保护环。若沿隧道开挖轮廓周边的超前管棚较密时，隧道支护结构所承受的上部荷载会大大减小。主要工序：开挖支护的掌子面→搭建钻孔的平台→安装钻机→施行安装管棚钢管→钻注浆孔→验孔→注浆操作→结束。2.浅埋暗挖施工技术二、全断面帷幕注浆施工①注浆孔成孔。由设计计算出注浆孔的精确位置，以及各注浆孔的角度和长度，施作注浆孔的顺序应为：先上后下，先外后内，且在每完成一个注浆孔时应及时退出钻机，然后安装注浆管。完成注浆管安装后，对工作面进行二次封闭后再注浆②注浆。注浆大多采用后退式分段注浆，在对每一根管操作后退式分段注浆之前，要对所有注浆管进行填充加固。且为了确保注浆的时侯不产生裂纹和隆起，还要对工作面施行网喷混凝土做封闭处理。2.浅埋暗挖施工技术三、隧道开挖支护施工方法为防止施工时破坏地下的管线，开始施工之前，要详细探测施工区域地质情况和地下管线，弄清楚地下管线的精确位置以及是否有障碍物。隧道开挖支护施工的时候，要严格按照中导坑法组织施工，具体施工次序是：首先开挖及支护双向隧道的中导洞，其次施作隧道中隔墙，恢复中导坑的横撑，然后分先后开挖及支护两侧导洞，最后进行两侧导洞二衬施工。2.浅埋暗挖施工技术一、防止土石方的坍塌二、防止模板倒塌事故发生三、防止触电事故的发生3.浅埋暗挖施工技术的安全控制要点施工变形机理隧道开挖以后会造成应力的集中，从而造成地层的压缩变形进而增大地表的下沉，并且在没有得到有效的支护措施前，隧道周围的土体将向开挖的空间移动。一般情况下，拱顶的沉降往往大于地表的沉降，但是根据一些资料显示，地铁施工过程中，对于浅埋软弱地层，特别是富水含砂地层会产生较大的地表沉降。4.浅埋暗挖施工地层变形机理及控制方法控制方法：控制地层变形及地表下沉的原则是增大支护的刚度并减少暴露的时间。在施工过程中应及时支护并控制地下水的流失以减小地表的沉降。要重视初期支护，以及上半台阶周边的小导管注浆的有效作用。4.浅埋暗挖施工地层变形机理及控制方法应采取综合治理的措施控制地表的沉降，采取注浆堵漏可以降低地层的固结沉降。加固地层可以减小地层的压缩变形，地层的整体下沉可通过增加初期支护刚度并及时形成封闭结构得到控制。增加土体完整性、减小流水流砂以或选择合理的施工方案.4.浅埋暗挖施工地层变形机理及控制方法3.2常州市文化宫广场过街通道浅埋暗挖施工技术一、引言二、工程概况三、工程地质和水文地质概况四、过街通道综合施工技术五、结构防水六、监控量测及信息反馈七、总结一、引言浅埋暗挖是指在浅埋地层中(一般指覆盖层厚度仅3～6米)，以新奥法(NATM)原理为指导，无盾构掩护下的隧道施工技术。20世纪九十年代该技术在城市地下工程发展很快，尤其是在地铁区间隧道及城市地下停车场和城市过街通道施工过程中应用广泛。目前，尽管该技术在地下水位较低的北方城市已取得可喜的效果，但在软土地层中的应用研究和施工实例较少，尤其是大跨箱型结构的浅埋暗挖工程更属空白。二、工程概况和平路过街通道设计净空尺寸11.512×4.68m,通道全长41.683m。东西两侧明挖段长度共计15.183m，暗挖段长度26.5m，暗挖段覆盖层厚度1.6m左右，属超浅埋暗挖地下工程。三、工程地质和水文地质概况2.水文地质概况工程所在区域地下水主要为上层滞水和承压水，上层水量较少；而承压水是本工程区域内的主要地下水，其水量丰富，由长江水间接补给。1.工程地质概况根据土的透水性、颗粒组成、抗剪强度指标及静力触探指标，结合土的分布规律，实际开挖后揭露情况，大致可将开挖层分为：杂填土(1～3m)、粉质粘土(3～6m)、粉砂质粘土(大于6m)三层。四、过街通道综合施工技术1.井点降水设计及施工该工程采用了管井重力式降水。该过街通道工程共设降水井4个。采用钻机成孔，钻孔孔径600mm，井深20m，泥浆护壁。管井采用Ф360钢筋砼井管，井管四周则用2～3mm人造砂回填。2.大管棚施工由于该工程在超浅埋饱和软土地层中进行施工，结构矢跨比为零，高跨比为0.32。为确保通道暗挖施工过程中土体的稳定性，防止坍塌，控制地表下沉量，在暗挖段结构顶板上350mm处施做大管棚，使拱部形成一个整体受力结构。大管棚全长26.5m、采用Ф108无缝钢管，由2.5m、3m、4m等不同长度组合而成。管与管之间采用20cm长联接套连接，间距350mm。为防止地面隆起，注浆压力严格控制在0.2Mpa，而注浆材料则使用单液水泥浆。四、过街通道综合施工技术3.暗挖段施工(1)开挖方法暗挖段开挖采用台阶法施工(图1、2)，上下台阶均分部开挖，台阶错距2～3m。四、过街通道综合施工技术(2)初期支护暗挖段初期支护采用“喷+锚+网+钢桁架”的联合支护形式。每分部I16工字钢桁架架设后，除侧墙打设Ф16L=3000间距1500的梅花形布置土锚杆外，拱部及侧墙挂Ф8钢筋网(150×150)。利用潮喷法喷射C20砼，顶板、墙喷射砼厚度均为25cm，施工时在拱部预埋竖向钢筋便于顶板钢筋施工。四、过街通道综合施工技术(3)临时钢支撑体系该过街通道为大跨框架结构，其顶、底板大小直接关系着地表和拱顶沉降量，初期支护随开挖所立临时钢管支撑不仅具有支护作用，而且还有减跨和确保施工安全的作用，也是防坍、防沉的重要措施之一。临时钢支撑采用Ф159钢管，沿通道横向设6道，沿纵向每60cm设一道。临时钢管支撑紧随钢拱架设，开挖后通道应及时支护。为改善支撑受力状态及防水要求临时支撑钢管两端焊接300×300×22钢板、支撑垫板采用500×500×22钢垫板，下部对称焊S22鱼尾钢板，便于千斤顶施加顶紧力。(4)临时钢支撑托换支撑托换的原则是先撑后拆，即先立撑并施加预应力，最后拆除上台阶各部位临时支撑。托换支撑由上撑块、柱身、下承块和顶紧鱼尾板四部分组成。上、下承块采用厚=22mm、40×40cm及不同厚度钢板组成，立柱则用Ф159钢管加工。四、过街通道综合施工技术(5)回填注浆为确保初期支护与顶板土密贴，初支结构受力更趋合理，控制地表下沉，喷砼前埋设Ф48注浆管，注浆管沿通道纵向和横向间距均为3.0m，待喷射砼达到一定强度后，立即回填注浆。但为防止地表隆起，注浆压力严格控制在0.2Mpa。(6)二次衬砌施工顶板二次衬混凝土采用一次性浇筑，采用早强技术，并加强混凝土的和易性，其坍落度严格控制在20～24。顶板上层钢筋绑扎好后，在紧靠上层钢筋部位水平安装的7根砼输送管(3根主管，4根副管)进行砼浇筑。为确保初期支护和二次衬砌之间填充密实，使结构均匀受力，在顶板二次衬砌砼达到7天强度后，并且在没有拆除支撑和模板情况下，利用预埋充填注浆管，向两次砼衬砌之间注单液水泥浆。为防止由于注浆压力过大，造成二次衬砌砼开裂，注浆压力严格控制在0.2Mpa以内。四、过街通道综合施工技术五、结构防水通道由于采用结构自防水，初期支护提高喷射砼的密实性，减少其收缩变形裂缝，是达到防渗目的的第一道防线。而二次衬砌商品砼的配合比、砼骨料、水泥用量、外加剂掺量等等因素都是影响砼抗渗性能的。图2-1二次衬砌混凝土组分掺量表项目水泥用量（Kg/m³）水灰比砂率（％）粗骨料粒径（mm）灰砂比早强剂掺量（％）掺量300～350不超过0.5638.9不宜大于401：2：315六、监控量测及信息反馈监控量测及信息反馈是浅埋暗挖法的核心技术之一，因此在文化宫广场过街通道实施浅埋暗挖法的全过程中，对地表和洞内变位及结构应力进行了监控测量。地表沉降主要发生在上台阶开挖、下台阶开挖及立柱托换三个施工工序中x/msmax/mm地表横向沉降曲线图七、总结1.采用浅埋暗挖技术施工过程中，成功地实现了工程施工对周围环境的控制，地下管线正常使用，地表未出现裂缝地面，交通运转畅通。2.分部开挖，支护结构尽早闭合是控制地表下沉的有效措施。根据本工程的成功经验，类似工程台阶长度宜控制要2～3m。3.对于这种大跨，浅埋地下通道初支结构由原来的格拱架改为钢度较大的工字钢架拱，有效的控制地表下沉，且降低成本。4.在施工过程中，例如将台阶长度控制在2～3m，地表下沉值控制在30mm左右是可行的。5.施工过程中，通道全断面贯通，部分支撑拆除后，结构处于安全状态一、背景3.3某公路隧道浅埋暗挖法施工技术与应用二、浅埋暗挖法施工方法在公路隧道施工中的应用三、工程实例浅埋暗挖法是一项边开挖边浇筑的施工技术。其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序，现被施工单位普遍采纳。一、背景1）浅埋暗挖法与明挖法(盖挖法)相比,具有拆迁占地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优点；2）与盾构法相比,它具有简单易行,不需太多专用设备,灵活方便,适用不同地层、不同跨度、多种断面形式，可以多适用劳力，解决就业一、背景浅埋暗挖法的优缺点优点1）速度较慢，喷射混凝土粉尘较多，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。2）在于地表沉降较难控制，防水效果较盾构隧道差，通过软弱土层、砂层、断层破碎带时施工较困难。但若环境条件允许，辅以地面及洞内辅助措施，浅埋暗挖法可适用于各种不同的地层和复杂断面的施工。一、背景缺点二、浅埋暗挖法施工方法在公路隧道施工中的应用(1)坚持以量测资料进行反馈指导施工(2)坚持先加固，后开挖1.施工原则第一步，先将钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液，使地层加固。开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。第二步，地层加固后，进行短进尺开挖。一般每循环在0.5-1.0米左右。随后即作初期支护。第三步，施作防水层。开挖面的稳定性时刻受到水的危胁，严重时可导致塌方。处理好地下水是非常关键的环节。最后，完成二次支护。二、浅埋暗挖法施工方法在公路隧道施工中的应用2.施工步骤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”。地质调查及环境调查工程支护设计地层预加固