明挖法和浅埋暗挖法

城市地下工程明挖法和浅埋暗挖法二O一一年十一月十九日2020/3/52暗挖法明挖法盾构法顶管法管幕箱函浅埋暗挖矿山法大开挖明挖半逆作盖挖顺作盖挖逆作34144说明：1.图上单位：mm转角基准钢管一般钢管7850基准钢管城市地下工程主要施工方法2020/3/53浅埋地下工程施工方法比较2020/3/54明挖法优点：因便于设计、快速施工，便于控制施工安全、质量和进度，拆迁量小时，较为经济。缺点：破坏地表、中断交通、拆迁工作量大，易发生基坑失稳破坏。1明挖法2020/3/55青岛地铁太平角公园站明挖基坑施工第1步：场地平整，施作钻孔桩和冠梁第2步：基坑开挖，随开挖架设第一道支撑和锚索第3步：施作垫层和防水层第4步：施工底板第5步：底板达到强度，拆除第3道锚索，施工侧墙防水层及侧墙和地下2层楼板第6步：地下2层达到强度，拆除第2道锚索，施工侧墙防水层及侧墙和地下1层楼板第7步：地下1层达到强度，拆除第1道钢支撑，回填基坑和场地1明挖法2020/3/56明挖法现场施工图13241明挖法2020/3/57问题1：围护结构和支撑类型I-围护桩+内支撑支护体系原则：宽度小的基坑可选择内横撑，基坑两端部宜采用斜撑。1明挖法2020/3/58问题1：围护结构和支撑类型II-围护桩+外拉锚支护体系原则：对于开挖宽度较大的基坑，设临时支柱会降低土方开挖速度，且对结构和防水施工不利，此时应优先考虑预应力锚索。1明挖法2020/3/59III-土钉墙或土钉墙与围护桩组成联合支护体系原则：无水的情况下可采用放坡开挖和土钉墙支护。1明挖法问题1：围护结构和支撑类型2020/3/510问题2：锚杆和土钉的区别定义：锚杆：将拉力传至稳定岩土层的构件。土钉：土钉是以新奥法理论为基础，在加筋杆作用下把潜在滑裂面前的主动区的复合土体视为具有自承能力的稳定土体，以阻止土体的侧向位移，支撑未加筋区域土体的侧压力，保证整体稳定性。保证自稳能力1明挖法2020/3/511问题2：锚杆与土钉支护区别受力机理：前者施加预应力，为主动受力，后者依靠摩擦力，为被动受力；受力范围：前者为自由段承受拉力，后者为全长受力；粘合长度：前者为锚固段，后者为全长；设置密度：后者依靠土钉群产生加筋效果，密度大于锚杆；承受荷载：前者单根可达400kN，后者单根承载力较低；施工规模：前者需要大型机械，后者施工规模较小。1明挖法2020/3/512浅埋暗挖法优势：不影响城市交通，无污染、无噪声，无需专用设备，适用于不同跨度、多种断面等。特点：埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显；地质条件差；开挖方法多，辅助工法多；风险管理难度大。适用范围：适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等地层，修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。对于高水位的类似地层，采取堵水、降水或排水措施后也可以采取此工法。2浅埋暗挖法矿山法新奥法浅埋暗挖法复兴门车站折返线工程1987年喷锚支护技术发展2020/3/513浅埋暗挖法“十八字方针”管超前：采用超前预加固支护的各种手段，提高工作面的稳定性，缓解开挖引起的工作面前方和正上方土柱的压力，缓解围岩松弛和预防坍塌；严注浆：在超前预支护后，立即进行压注水泥砂浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的结构体，以增强围岩的自稳能力；短开挖：即限制1次进尺的长度，减少对围岩的松弛强支护：在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形；快封闭：为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖1环，封闭1环，提高初期支护的承载能力；勤量测：进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。勤量测快封闭强支护短开挖严注浆管超前浅埋暗挖法2浅埋暗挖法2020/3/514这个问题与施工单位的熟练程度有关。综合地看，一般从开挖结束到拱架安装、喷砼完成在4～6h内，我们认为这就做到了及时封闭。超过8h甚至更长，那就是没有做到及时封闭。问题3：多长时间封闭认为是及时封闭的问题2浅埋暗挖法2020/3/515目前设计比较流行的长度取350cm，这个现象最早源自《铁路隧道新奥法施工指南》一书。其实上书中所讲的350cm长度是基于当时一般的台阶法施工时上台阶人工司钻220cm～250cm的高度定的，这个长度不是对所有的台阶高度有效的。超前支护最基础的理解应使超前小导管（锚杆）穿过上台阶假想破裂面搭接1m。问题4：超前小导管（锚杆）的长度2浅埋暗挖法2020/3/516浅埋暗挖施工方法全断面法正台阶法正台阶环形开挖法单侧壁导坑正台阶法中隔墙法（CD法）交叉中隔墙法（CRD法）双侧壁导坑法2浅埋暗挖法2020/3/517全断面法适用范围：主要适用于I～II级围岩。当断面在50m2以下,隧道处于IV级围岩地层时,在采取局部注浆等辅助措施加固地层后,也可采用全断面法施工,但在第四纪地层中采用此方法时,断面一般均在20m2以下。优缺点：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，应进行精心的钻爆设计。返回2浅埋暗挖法2020/3/518正台阶法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表沉降。上台阶长度（L）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，也可以辅以小导管超前支护等措施。L=1~1.5D2浅埋暗挖法2020/3/519长度上限，≤1.5D。我们经常注意到隧道的横向承载拱，实际上，隧道开挖支护后，沿隧道的纵向客观上存在一个承载拱。实测结果统计显示，正常情况下纵向沉降曲线在1～1.5D位置沉降达到最大，并逐步变缓。上台阶长度过长，导致塑性区范围增大。最小长度，≥1D。这个主要基于下台阶的假想破裂面考虑的，这个比较好理解。上台阶的土体作为荷载要置于下台阶假想破裂面以外。问题5：软弱地层中隧道台阶法施工时上台阶合理长度问题2浅埋暗挖法返回2020/3/520正台阶环形开挖法上台阶取一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，用网构钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。返回2浅埋暗挖法2020/3/521单侧壁导坑正台阶法单侧壁导坑正台阶法适用于地层较差、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，将10m左右的大跨度变为3～4m和6～10m的跨度。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使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出碴。返回2浅埋暗挖法2020/3/522中隔墙法适用于Ⅳ～Ⅴ级围岩的浅埋双线隧道。中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同；返回2浅埋暗挖法2020/3/523交叉中隔墙法可适用于Ⅳ～Ⅵ级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时支护，待完成了1～2部后，即可开始另一侧1～2部开挖及支护，形成左、右两侧开挖及支护相互交叉的情形，一般设有临时仰拱有横撑。交叉中隔墙法适用于地质条件差、跨度大、沉降控制要求高的隧道.CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大段面地下结构物(如停车场)，且地面沉降要求严格时才使用。返回2浅埋暗挖法2020/3/524双侧壁导坑法该法的实质是将大跨度（＞20m）分成3个小断面进行作业。主要适用于地层较差、断面很大、单侧壁导坑法无法满足要求的三线或多线大断面铁路隧道及地铁工程。该工法在控制地中和地表下沉方面，优于其他施工方法。且由于两侧导坑先行，能提前排放隧道拱部和中部土体中的部分地下水，为后续施工创造条件。返回2浅埋暗挖法2020/3/525施工工法及比选常见的几种主要工法台阶法、台阶加临时仰拱闭合法、CD法、眼镜法、CRD法、等。实际施工中还有环形开挖、洞柱（梁）法、中洞法等。工法的简单比较从进度和经济角度考虑，很明显是上述顺序；从适应跨度大小、地层条件差、施工安全考虑基本上是上述的逆顺序。2浅埋暗挖法2020/3/526一般认为断面大于单线隧道的断面，如站台层隧道、站厅通道、渡线隧道等是大跨隧道，D≥10m，或10m左右的断面。大连地区的地层一般表现为上软下硬地层，及个别地方也出现过上硬下软。现在比较常用的是CRD工法，而现场很多做的不规范或极不规范。从工序转换考虑，建议大于12m跨度的断面采用眼镜工法。问题6：复合地层中大跨浅埋隧道开挖工法的选择2浅埋暗挖法2020/3/527浅埋暗挖法实例——青岛地铁2浅埋暗挖法2020/3/528施工现场图片2浅埋暗挖法2020/3/529问题7：地面沉降、塌方及原因随着土石方的开挖移除、地下水的排出，地层中原有的应力平衡状态被打破，使之处于非平衡状态。这种非平衡状态需要一定时间进行调整，调整过程中造成的地层损失或支护变形（沉降或收敛），表现出地面或支护空间位置向下改变，称为沉降。坍方过程一般为：开挖→围岩塑性变形→支护过大变形→支护局部破坏→支护与围岩破坏失稳→坍方。2浅埋暗挖法2020/3/530地面沉降、塌方原因自然因素工程因素人为因素不利的地形、地貌因素如隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅；不良的地质条件如隧道穿过断层及其破碎带；通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差。软弱围岩支护不当地下水作用岩层软硬相间不适宜的合同环境设计疏忽施工管理不当2浅埋暗挖法2020/3/531工程因素Ⅲ级围岩拱部无支护时，可产生小坍方，爆破振动过大易坍方；Ⅳ级围岩拱部无支护时，可产生较大的坍方，侧壁有时失稳；Ⅴ级围岩围岩易坍方，处理不当会出现大坍方，侧壁常小坍方；浅埋时易出现地表下沉和坍方至地表；Ⅵ级围岩极易坍方，极易变形，有水时会发生流泥流砂，浅埋时易坍方至地表。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩土体的失稳。岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑坍。2浅埋暗挖法2020/3/532工程因素地层失水引起的沉降：地层失水引起土层固结而压密，导致地层收缩沉降；地层失水使得地层中颗粒的浮力减小，引起颗粒位置的改变而形成沉降；地层失水后改变了地层中的渗透压力，渗透压力表现为一种体积力，具有方向性和地层压密的作用。失水引起的沉降表现为非弹性永久性变形。客观地讲，沉降是不可避免的，但是可以抑制的。2浅埋暗挖法2020/3/533人为因素设计疏忽地质工作不细或不能做细，引起施工指导或施工方案的失误。支护设计强度、刚度不够。设计与施工脱节，没有根据围岩实际及时调整参数。设计时仅考虑初期支护或临时支护完成成环闭合后是安全可靠，但是忽视不管哪种支护型式都不可能一次完成，而是逐渐完成。在未成环闭合前总是处在不稳定与不安全状态。当然设计疏忽的原因有很多，但总体来讲，这些因素通过人的工作是可以避免的。施工管理不当工法选择不当工作面封闭不及时支护加工安装不规范对地下水的预处理不到位超长开挖导致预支护失效工序安排不当，导致支护成环时间太长施工中地质工作缺失，对地质变化预见性不强监测不及时不系统，或对监测资料反应不敏感。施工管理不当导致沉降过大或坍方的例子很多，而且表现形式各异。不适宜的合同环境总包合同方面：招标办法中蕴含的恶性竞争、挂靠围标、总包合同条款不恰当的转嫁工程风险等。分包合同方面：挂靠围标导致履约主体错位、恶性竞争导致低价中标超低价分包等。事实上，国内有的地方已经彻底改变了这种