浅谈浅埋暗挖

2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项1浅谈浅埋暗挖施工及注意事项2010年12月1日2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项2人类社会的不断发展进步，各种用途的隧道不断修建，隧道工程技术水平也不断提高与发展。我国地铁修建方法已由最初单一的明挖法发展到现在的明挖、盖挖、浅埋暗挖及盾构法等多种方法并存，极大地推动了地下工程的快速发展。今天只是对浅埋暗挖工法作一次简单梳理，同时针对本项目暗挖施工现场经常出现的一些关键技术进行讨论。前言2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项3第一章浅埋暗挖法概述第二章浅埋暗挖法施工方法第三章浅埋暗挖法常用的配套技术第四章浅埋暗挖法施工中的监测第五章浅埋暗挖法在本项目的应用2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项4第一章浅埋暗挖法概述地面条件允许的情况下，地铁隧道宜采用明挖法，主要适合在人、交通和管线较少的地方应用。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区段经常采用浅埋暗挖法施工。浅埋暗挖法起源于1986年北京地铁复兴门车站折返线工程，由于当时取得了很大的经济效益和社会效益，随后铁道部等相关部门讨论后确定采用“浅埋暗挖法”这个名称，建设部把它命名为国家级工法。1、浅埋暗挖法产生的背景2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项5浅埋暗挖法，是指在软弱围岩地层中，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅和锚喷砼作为初期支护手段，遵循“新奥法”理论，按照“十八字”方针（管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测）进行隧道的设计和施工。浅埋暗挖的优点：结构形式灵活多变，对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少，扰民少，污染城市环境少等。缺点：施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，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、浅埋暗挖法的特点2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项6虽然已被广泛推广应用，但是并非都真正地掌握了其真谛。无论在地铁工程中，还是在市政公用管线施工中，或因生搬硬套、或因片面性、或因配套技术不足，仅强调“只要会喷锚支护就会浅埋暗挖”的误导，造成坍塌、沉陷、渗漏等，经常发生严重的安全质量事故。因此，在施工过程中要对“浅埋暗挖法”进行深入的研讨，综合分析，全面总结。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项73、地铁中浅埋暗挖、明（盖）挖及盾构的关系浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，也可以与其他施工方法结合使用，车站经常采用浅埋暗挖法与盖挖法相结合，区间隧道用盾构法与浅埋暗挖法结合施工。浅埋暗挖法与其他工法有很强的兼容性。三者的应用情况如下图。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项8工法浅埋暗挖法盾构法明（盖）挖法地质条件有水需处理各种地层各种地层地面拆迁小小大地下管线无需拆迁无需拆迁需拆迁断面尺寸各种断面不行各种断面施工现场较小一般大进度开工快，总工期偏慢前期慢，总工期一般总工期快振动噪音小小大防水有一定难度有一定难度较易2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项9新奥法是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，以喷射砼、锚杆为主的初期支护，使支护与围岩联合受力共同作用，把围岩看作是支护结构的重要组成部分。浅埋暗挖法又称矿山法，基本不考虑利用围岩的自承能力，采用复合衬砌，初期支护承受全部基本荷载，二衬作为安全储备，共同承担特殊荷载。浅埋暗挖法理论源于“新奥法”，如以锚喷作为初期支护手段；尽量减少围岩扰动；初支与围岩密贴；量测信息反馈指导施工等。4、浅埋暗挖法与新奥法的区别自承能力：围岩开挖后在未进行任何支护情况下，承载上部荷重的能力。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项10第二章浅埋暗挖法施工方法1、浅埋暗挖施工步骤及工艺流程浅埋暗挖法施工步骤：施工准备——超前小导管布设——注浆——土方开挖——格栅架立——钢筋网片、连接筋——喷射混凝土——防水施工——二次衬砌。（见下图）2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项11施工准备超前导管超前注浆土方开挖格栅安装网片安装砼喷射防水施工二次衬砌2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项12施工准备实施性施工组织设计地层预加固及施工辅助措施开挖初期支护现场监控量测是否符合控制标准防水层二次衬砌混凝土结构结束是（修改施工方案）（加强初期支护施工辅助措施）（改变开挖步骤，程序）（修改支护参数）否浅埋暗挖施工工艺流程2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项132、浅埋暗挖施工技术原则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”。在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施，严格根据量测数据确定支护参数，保证暗挖作业和周边环境的安全。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项14管超前：开挖拱部土体自稳能力差，自立时间短，土体凌空后极易坍塌，采用超前支护的各种手段主要提高土体的稳定性，控制下沉，防止围岩松弛和坍塌。严注浆：导管超前支护后，立即进行压注水泥浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力，确保开挖过程中的安全。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项15短进尺：一次注浆，一次开挖或多次开挖，土体暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大，所以一定要严格限制进尺的长度。在施工中可采取预留核心土，目的除减少开挖时间外，预留的土体还可以平衡掌子面的土体，防止滑塌。强支护：在松散地层中施工，大量土体的重力会直接作用于初期支护结构上，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制初期结构的变形，保证结构的稳定。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项16快封闭：在台阶法施工中，如上台阶未封闭成环，变形速度较快，为有效控制围岩松弛，必须及时采用临时仰拱或使支护体系成环。勤量测：结构的受力最终都表现为变形，可以说，没有变形（微观的），结构就没有受力。按照规定频率对规定部位进行监测，掌握施工动态，调整施工参数并设置各部位的变形警戒值，是浅埋暗挖法施工成败的关键。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项173、浅埋暗挖常用施工方法采用浅埋暗挖法施工时,依据工程地质、水文情况、工程规模、覆土埋深及工期等因素，常用施工方法有全断面法、台阶法、中隔墙法（CD法）、交叉中隔墙法（CRD法）、双侧壁导坑法(眼睛工法)、洞桩法（PBA法)、中洞法及侧洞法等。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项18施工方法示意图纵段示意图重要指标比较沉降工期支护拆除量造价全断面法一般最短没有拆除低台阶法一般短没有拆除低中隔墙法（CD）法较大短拆除少偏高交叉中隔墙法(CRD法)较小长拆除多高双侧壁导坑法（眼镜法）大长拆除多高洞桩法（PBA法）大长拆除多高中洞法小长拆除多高侧洞法大长拆除多高2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项19（1）全断面开挖法全断面法主要适用于较好围岩，全断面开挖法施工操作比较简单，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。采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。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项20（2）台阶法台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的重要手段。当开挖断面较高时可进行多台阶施工，每层台阶的高度常用3.5～4.5m，或以人站立方便操作选择台阶高度。当拱部围岩条件发生较大变化时，可适当延长或缩短台阶长度，确保开挖、支护质量及施工安全。台阶法施工横向示意图隧道中线321台阶法施工纵向示意图核心土3212020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项21台阶法工程实例2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项22（3）CD法和CRD法中隔墙法也称CD工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔墙法（也称CRD工法）。CRD工法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项23大量施工实例资料的统计结果表明，CRD工法优于CD工法（前者比后者减少地面沉降近50%）。但CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在地面沉降要求严格时才使用。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项24CRD工法施工横向示意图CRD工法施工纵向示意图2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项25暗挖CRD法施工步序2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项26CRD工法施工实例2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项27CRD法开挖效果图2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项28（4）双侧壁导坑法双侧壁导坑法也称眼镜法，是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度分成三个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大、三线或多线大断面铁路隧道及地下工程。该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。一般采用人工和机械混合开挖，人工和机械混合出渣。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项29双侧壁导坑法实例2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项30实践证明，选择合理的施工方法，可以安全的施工隧道，并将地表沉降控制在设计要求范围内。因此，选择一种合理的施工方法是工程成败的关键。综合国内外施工经验,基于经济性及工期考虑,其工法选择的顺序为:台阶法→CD工法→CRD工法→眼镜工法。从安全性角度考虑，顺序正好相反。在工程实践中，应根据地质条件、断面大小、地面环境等因素从工法的可实现性、安全性、工期、适应性、技术性和经济性六个方面综合考虑,选择施工方法。2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项31（5）大断面暗挖法大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可减小地表沉陷;开挖分块越多,扰动地层次数增多地表沉陷就越大;一次支护及时、开挖支护封闭时间越快地表沉陷就越小。当采用正确施工方法和相应的辅助施工措施后,可以做到安全、经济、快速施工的目的。大断面暗挖主要集中在地铁车站及渡线段。主要工法为:洞桩法（PBA法）、中洞法、侧洞法等。在大断面施工中以下几点值得注意:2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项32①大断面划小断面,不是越小越好,要根据地层做调整,小断面固然开挖安全,但多次力的转换,易造成累计沉降过大;②较好的方法为洞桩法,但洞桩法导洞多,洞内施工桩,作业条件差;③中洞法较为安全,控制沉降好,但该法在完成中洞后,开挖侧洞,由于侧向抵抗侧压的减弱,会造成中洞过大变形,有的造成中拱二衬开裂,二衬不宜过早受力;④多层导洞开挖,一般先从上部洞室开挖,然后落底。但是整体下沉总累计沉降较大。为减少累计沉降,可采取反复注浆措施,也可以考虑先挖下部导洞,逐层上挖,但每层开挖增加超前小导管;2020年5月13日6时55分浅埋暗挖施工技术与注意事项33ⅪⅪⅪⅩⅩⅩ9991111ⅧⅧⅧ7ⅥⅥⅤⅡⅡⅡⅡ43411111111法施工顺序图1、上下导坑错开距离开挖（包括初支）