浅埋暗挖法简介课件

1、地铁浅埋暗挖法简介一、 概述1.浅埋暗挖的由来 大秦铁路军都山隧道进口端由于村庄拆迁的问题，采用提前进洞的方式。隧道最小覆土仅3.6米，且位于黄土中，地下水位在边墙中部，就地质条件而言，在国内隧道修建史上没有先例。最终采用拱部超前支护辅以降水，成功通过浅埋段。 本工程我院获得国家优秀设计金奖。一、 概述1.浅埋暗挖的由来 北京复兴门折返线因不便明挖施工，使工程停滞了好多年，1986年在军都山隧道施工成功的基础上，结合北京地区地质与水文地质情况，首次在城市中应用浅埋暗挖技术并获得成功，并正式取名“浅埋暗挖法”。并明确的该技术的意义适用于各种软弱地层的地下工程设计与施工。 本工程我院获得国家优秀设

2、计金奖，国家科技进步二等奖。一、 概述2.浅埋的概念 铁路隧道设计规范是以隧道拱顶埋深来确定隧道的深埋或浅埋；地铁等市政地下工程大部分处于第四系地层，结构断面变化很大；跨度大时，对覆土的影响也大，仅用拱顶深度来确定深埋或浅埋是不妥的。 一般来说对于地铁工程，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。一、 概述3.浅埋隧道特点 埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显，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。 所以，如何有效控制浅埋地下工程施工扰动诱发的地面移动变形，成为浅埋地下工程设计与施工研究的重点、难点问题。

3、一、 概述4.浅埋暗挖法的概念 浅埋暗挖法是依据新奥法的基本原理，在施工中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，隧道开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合配套施工技术，适用于第四系无水土质或软弱无胶结的砂、卵石等地层修建的隧道；对于较高地下水位的类似地层，采取注浆堵水或降水等措施后仍能适用。 浅埋暗挖法的施工要求：（1）控制围岩变形波及地表;减小对地面建筑、地下管网、地面交通的影响；也包括地层变形引起的支护体系变形（2）要求刚性支护或地层改良;（3）通过试验段来指导设计和施工信息化施工。 一、 概述5.浅埋暗挖法施工工艺的

4、十八字方针 管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测 “管超前”在工作面开挖前，沿隧道拱部周边打入超前支护（管棚、小导管等），开挖后管与管之间的围岩有成拱效应，管棚本身形成很多简支梁对围岩起支撑和抑制围岩变形作用，以便提供一个能完成初期支护的时间。 “严注浆”在打设超前小导管后注浆加固地层，增强围岩自稳能力，以便在开挖后不引起坍塌。严注浆还包括初支背后注浆和二衬背后注浆，特别是初期支护的背后注浆对于抑制地层变形有重要作用。 “短进尺”每个开挖循环距离要短，这样才能做到开挖和支护时间尽可能短，围岩暴露面和暴露时间短，确保施工安全。一、 概述5.浅埋暗挖法施工工艺的十八字方针 管超前、严注浆

5、、短进尺、强支护、早封闭、勤量测 “强支护”采用格栅钢架和喷射混凝土进行较强的初期支护，以限制地层变形。 “早封闭”开挖后初期支护要尽早封闭成环，以便改变受力条件，减小地层变形。 “勤量测”施工量测指地层沉降量测和洞内拱顶下沉与收敛量测。量测是对施工过程中地层及结构变化情况进行动态跟踪的主要手段，是对地层和支护结构的变形监测，其信息及时而准确地反馈给设计施工，以便修改设计或采取特殊的施工措施。 二、 施工方法 浅埋暗挖法施工隧道时，应根据工程特点、地层情况、环境要求以及施工单位的自身条件等，选择适宜的开挖方法。 地铁区间隧道常用的开挖方法是台阶法、CD工法、CRD工法、双侧壁导坑法等; 地铁车

6、站多采用中洞法、侧洞法或PBA法等工法。 下面介绍第四纪地层中各种工法的特点。第一步：拱部超前注浆小导管施工第二步：上断面环形开挖留核心土，上半断面支护第四步：铺设防水板，由下至上模筑二衬第三步：下断面开挖及支护二、 施工方法1.台阶法二、 暗挖法1.台阶法 （1）适用条件： 台阶法主要用于开挖跨度小于6m、开挖高度小于6m的隧道，在正线区间标准断面中常用。 （2）台阶长度 隧道在施工中纵向会产生承载拱，承载拱的跨度约为1倍洞径。二、 施工方法1.台阶法 这样，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。而且，上台阶若选

7、用大于15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。二、 施工方法1.台阶法同样，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。因此，建议上台阶长度一般在1D左右。二、 施工方法1.台阶法（3）工法特点 a.灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，都可采用台阶法，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。 b.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

8、的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。 c.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。二、 施工方法1.台阶法临时仰拱封闭 当开挖高度大于6米或对周边地层变形要求较严时，上台阶开挖完成后采用临时仰拱进行封闭。二、 施工方法2.法（center diaphragm）CD工法也叫中隔墙法，它有效解决了将大、中跨洞室开挖转变为中、小跨度的洞室开挖的问题。二、 施工方法2.CD法 （1）适用条件： CD法主要用于开挖跨度大于6m小于12m、开挖高度小于6m的隧道。 二、 施工方法第一步：左上断面开挖及支护第二步：左下断面开挖及支护第三步：右上断面开挖及支护第

9、四步：右下断面开挖及支护第五步：隧道仰拱防水层铺设及模筑二衬第六步：满铺防水层，隧道拱墙二次衬砌3.法CRD工法又称交叉中隔墙法，是在CD工法的基础上增加临时仰拱发展而来。其特点是将大断面化为小断面施工，各个局部封闭成环时间短，控制早期沉降好。二、 施工方法3.CRD法 适用条件： CRD法主要用于开挖跨度大于6m小于12m、开挖高度大于6m的隧道。 二、 施工方法4.双侧壁导坑法（眼睛工法）二、 施工方法4.双侧壁导坑法 适用条件： 双侧壁导坑法主要用于开挖跨度大于12m、开挖高度大于6m的隧道; 目前在软弱地层中开挖隧道此方法逐渐演变为侧导坑增加临时仰拱的方法，如下图： 二、 施工方法二、

10、 施工方法5、特大断面施工方法中洞法中洞法施工就是先施工中洞（完成超前支护、开挖、支护，在洞内施作梁、板、柱，以及二次衬砌），然后再施工两个侧洞。采用中洞法施工可以有效的达到减跨的目的。中洞的施工方法，一般采用CRD法。由于在中洞完成后，两侧洞对称施工，有效地解决了侧压力从中洞初期支护转移到梁柱上时产生不平衡侧压力的问题，施工引起的地面沉降较易控制。 该法工序单纯，中洞开挖充分利用各部分尽快封闭早成环，整体环套环特点，结构整体性好。1、用CRD法开挖中洞（包括初期支护和施工支护）；、中洞底板底纵梁；、钢管柱、楼板；、柱顶纵梁和中洞拱部；5、用台阶法开挖左、右洞；、左右洞底板；、左右洞部分边墙和

11、楼板；、左右洞其余边墙和拱部。5.中洞法二、 施工方法二、 施工方法5.中洞法二、 施工方法 6.特大断面施工方法侧洞法侧洞法施工就是先开挖两侧部分（侧洞），在侧洞内做梁、柱结构，然后再开挖中间部分（中洞），并逐渐将中洞顶部荷载通过侧洞初期支护转移到梁柱上，这种施工方法，在处理中洞顶部荷载转移时，相对于中洞法要困难一些，顶纵梁、钢管柱及梁柱节点是车站结构承载和传力（尤其在施工期间）的关键部位。 侧洞法根据其侧洞的施工方法可以分为两类，一类是典型的侧洞法，侧洞采用CRD工法进行施工。第二类是早期的双侧壁导坑法，即在施作侧洞时自下而上分块开挖，多次对上层土体进行扰动，在控制地面沉降方面不如典型的侧

12、洞法，但其废弃工程量略小。侧洞法必须同步推进两个较大跨度的侧洞，以免产生不均匀推力，对地层扰动范围较大。1、CRD法开挖左、右洞包括初支和施工支护；、柱底纵梁和钢管柱；、左右洞底板；、分边墙和左、右洞楼板；、左、右洞其余边墙和拱部； 6、中洞上台阶环形开挖；、中洞拱部；8、中洞楼板以上土方开挖；、中洞楼板；10、中洞其余部份开挖；、中洞底板。二、 施工方法6. 侧洞法二、 施工方法7.特大断面施工方法PBA法“PBA”工法的物理意义是：P桩（pile）、B梁（beam）、A拱（arc），即由边桩、中桩（柱）、顶底梁、顶拱共同构成初期受力体系，承受施工过程的荷载；其主要思想是将明挖、盖挖及分步暗

13、挖法有机结合起来，发挥各自的优势，在顶盖的保护下可以逐层向下开挖土体，施作二次衬砌，可采用顺作和逆作两种方法施工，最终形成由初期支护二次衬砌组合而成的永久承载体系。1、上下导坑错开距离开挖（包括初支）；、孔桩开挖、底纵桩、中柱边桩、顶纵梁；3、中洞上台阶开挖（包括初支）；4、左右洞上台阶开挖（包括初支）；、中洞拱部衬砌；、侧洞拱部衬砌；7、楼板以上土体开挖；、楼板浇砼；9、剩余部分土体开挖；、底板及底部边墙衬砌；、站台板浇筑。二、 施工方法 “PBA”工法施工车站的结构型式为直墙多层多跨拱形结构，采用复合衬砌支护型式。拱部初期支护为格栅+喷射混凝土结构，利用大管棚、超前小导管及注浆等辅助措施对

14、前方土体进行预加固、支护，侧墙初期支护为灌注桩，随着基坑的开挖，桩间可设薄层网喷混凝土，以保证桩间土体的稳定；拱部、侧墙、底板二次衬砌及中楼板均为现浇钢筋混凝土结构，中楼板及底板可以为纵梁体系，亦可以采用纵横梁、井字梁体系，中柱多采用钢管柱型式。 PBA法也可以用钻孔桩法施工边桩及中柱，并可取消下导坑，对控制地表沉降有利，但施工设备复杂，在有的地层中（例如漂石和直径较大的砂卵石地层）钻孔的速度慢。二、 施工方法二、 施工方法特点：逆做法节省了许多临时横撑，施工安全性好；但未封闭的二衬结构承受较大的荷载，容易开裂，且站厅层拱墙处多了一道施工缝。二、 施工方法黄庄站的PBA法逆作二、 施工方法黄庄

15、站的PBA法逆作二、 施工方法国贸站的PBA法顺做大断面工法选取还应注意：（1）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）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 ,可采取初期支护背后反复注浆;（3）暗挖双层车站目前较多选用PBA工法，但该方法导洞多,作业条件差，建议地质条件许可的前提下，取消下导洞，采用桩基。 二、 施工方法三、 辅助工法 辅助施工方法是针对软弱不良地层而提出的，其主要目的是增加土体的自稳时间，以便在有限的时间内施做初期支护。其选择的正确与否直接

16、关系到施工的成败和造价的高低。施工前需根据地层条件、施工方法、进度要求、机械配套和工程所处环境等情况，优先选择较简单的方法或同时采用几种辅助施工方法来加固地层。浅埋暗挖法辅助施工方法较多，常用的有以下几种：1.降低地下水位 水是地下工程的大忌，浅埋暗挖法的一个重要前提条件是在无水条件下施工。降水的目的是增加土层自稳的时间。因此在有条件进行降水施工的地方优先选用地面或洞内进行降水。三、 辅助工法2.长管棚超前支护 长管棚超前支护是一种预先提供增强地层承载力的临时支护方法，对控制塌方和抑制地面沉降有明显的效果。由于施工精度要求高、造价高、速度慢，目前只在通过不良地层、下穿重要构筑物、开挖洞门、结构

17、受力转换时采用，多配合注浆的方法进行地层加固。常用管棚为 108mm159mm。环向间距以不超过35倍管径为宜，外插角以13度为宜。三、 辅助工法3. 超前小导管支护 超前小导管一般和钢拱架配合使用。从钢拱架腹部穿过，沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度和间距打设。并用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。三、 辅助工法3. 超前小导管支护 小导管环向间距一般为0.4m（一般不小于0.3m），纵向间距应根据围岩类别、超前支护的长度等因素综合考虑确定，小导管直径应根据地层条件

18、确定。常用的小导管直径为25mm42mm。小导管仰角不宜过大 ,一般控制在 15以内，具体的应根据钢格栅间距确定。三、 辅助工法3. 超前小导管支护 对于一般粘性土、粉土地层： 小导管一般采用32焊接钢管或40的无缝钢管。 格栅间距为75cm，每开挖2个循环打设小导管并注浆一次，管长为3m； 格栅间距为50cm，每开挖2个循环打设小导管并注浆一次，管长为2.5m（或2.25m)； 对于砂卵石地层： 原则上采用25钢管，格栅间距无论50cm还是75cm，每开挖1个循环打设小导管并注浆一次。 小导管纵向搭接长度不应小于1.0m。三、 辅助工法3. 超前小导管支护注浆材料一般选取原则： （1）对于无

19、水粗砂及砂砾(卵)石地层宜选择单液材料； （2）对于无水中砂或粉细砂地层宜选择改性水玻璃浆； （3）对于有水的粗砂及砂砾(卵)石地层宜选择水泥-水玻璃双液浆； （4）对于前期强度要求较高的地层，可选择硫铝酸盐水泥类浆。实际工程中建议以现场试验为主确定。三、 辅助工法4.环形开挖留核心土 多用于台阶法开挖中，环形开挖循环进尺一般控制在1.2m以内，以0.751m为宜。核心土的断面面积应大于开挖断面面积50%，核心土纵向长度应大于3m。三、 辅助工法5.喷射混凝土封闭开挖工作面 多与环形开挖留核心土方法配合使用，在留核心土仍不能满足工作面稳定时，可及时喷射混凝土封闭开挖工作面，喷射混凝土厚度一般为

20、510cm。6. 上半断面设置临时仰拱 在软弱地层中施工，当采用分部开挖法施工不能及时形成闭合结构或对周边地层变形要求较严时，应设置临时仰拱。7.深孔注浆加固地层 多用于沙土、粘沙土有水、大跨度、地面不容许有较大沉陷的各类地下工程中。三、 辅助工法8.冻结法加固地层 多用于降水效果不佳的砂层、淤泥质土层或不容许降水施工的软弱富水地段。该方法要求专门设备，施工工艺复杂，造价高。9.水平旋喷法超前支护 当遇到流沙、淤泥地层，及地下水丰富的地层，工作面没有自稳能力，不容许地面有较大沉降时采用。 开挖前进行水平旋喷加固土体，一般土柱直径为30mm，相互咬合搭接，形成整体壳体，开挖时起到棚护作用。目前一

21、般旋喷长度为20 m左右，开挖18m，留2 m 搭接。水平旋喷施工期间会有较大沉降，但开挖时沉降较小。10.地面锚杆或高压旋喷加固地层 地面具有场地，对建筑物进行保护时采用；地下水丰富洞内注浆加固不佳时采用。 。四、 施工竖井及通道1.施工竖井1.竖井角部在不影响钢梯或提升设备布置的前提下尽可能设置角撑，改善角部受力；2.井身开挖过程中严格控制进尺，及时进行网喷混凝土支护，达到尽快封闭的目的；四、 施工竖井及通道1.施工竖井3.超前导管打设与否？我认为还是需要打设，间距1m左右即可。4.为密实初支与壁后主体的空隙及时进行壁后回填注浆；5.马头门处钢架的布置应仔细考虑。四、 施工竖井及通道2.马

22、头门施工（1）超前支护注浆 在施工通道侧壁上放出区间正线轮廓，然后沿区间洞门外轮廓拱部120150范围以间距3040cm打设一排超前小导管或管棚，并注浆加固拱部地层。 四、 施工竖井及通道2.马头门施工（2）破除马头门区间正洞四个马头门，破除时为确保安全，先对角线破除其中的1、4#两个，待步距满足要求大于15m后再破除2、3#马头门。四、 施工竖井及通道2.马头门施工（2）破除马头门 超前注浆完成后，在施工通道侧墙上，按已测放区间外轮廓破除80cm宽的槽（地质条件好时可以直接按环向预留核心土的轮廓破除），满足架设区间拱部格栅的空间要求。将槽内混凝土碎块及渣土清理干净后，架设拱架，并在开马头门的

23、5m范围内加设I16a工字钢作为临时横撑。正洞格栅必须与周边已破除通道格栅连接牢固。三榀格栅支护完毕后，扩大破除范围，上台阶继续向前开挖支护，在上台阶进尺5.06.0m后，破除下台阶范围内通道初支，施工完成正洞下台阶格栅，使之初支封闭成环。 破除马头门时在该部位及对应地表处增设监控量测点，加强监测，密切关注其变化。四、 施工竖井及通道2.马头门施工（2）破除马头门 若开马头门宽度较大，应对施工通道临时仰拱进行支撑。四、 施工竖井及通道3.施工通道与洞门的衔接洞门底应与施工通道基本平齐便于运输。五、 暗挖出入口斜坡段施工暗挖出入口因转角较多，周边环境复杂、断面变化多成为事故频发的主要位置，出入口

24、汇集了马头门施工、断面渐变、斜坡段施工等各种不利因素，再加上管理上的放松（主体结构已经施工完成），最终成为事故高发区。五、 暗挖出入口斜坡段施工因此暗挖出入口斜坡段原则上从上向下施工，设计文件也应予以明确。若现场确实因场地原因必须采取从下向上施工，必须在设计和施工上采取加固措施方可施工，此时更需要强调无水施工和十八字方针的严格执行，并采取措施保证掌子面的稳定。 1.深孔注浆加固拱部和掌子面； 2.导洞高度减小，尽快封闭掌子面，并采取措施稳定掌子面； 3.每个导洞施工完成后方可施工下一导洞。注浆范围为开挖轮廓线以下1.0m，开挖轮廓线以上1.5m,保证注浆后土体加固强度连续均匀。其中开挖轮廓线外

25、1.5m至内0.5m间（A区）采用深孔注浆进行超前支护，鉴于掌子面为卵石层、粉细砂层及粉土填土层，开挖轮廓线内0.51.0m间(B区)采用深孔注浆进行土体加固，B区的填充系数为A区的50%。六、 断面的过渡及转换 在地铁出入口或渡线段断面较多，这些区段结构受力复杂，并需要进行工序的转换。断面尺寸相差不大的直接过渡即可，有的断面尺寸相差大，需采取工程措施才能实现过渡。 断面过渡一般分为两类，一类是由大断面过渡到小断面，过渡比较容易，另一类是由小断面过渡到大断面，过渡难度比较大一些。六、 断面的过渡及转换 大断面过渡到小断面相对难度小一些。常规的做法是将大断面全部施作到设计位置后封端，再破口进入小

26、断面施工，初支封端采用喷砼+钢架+钢筋网联合支护，并设置小导管加固地层。封端钢架设置小断面的加强环框，环框以外部分用横向钢架封端，封端钢架自上而下施作每50一榀，与大断面钢架焊接。六、 断面的过渡及转换 小断面过渡到大断面，可通过挑高，加宽来实现。在工法、断面变化较小处可直接采用错台方式实现过渡。在工法与断面较大处考虑采取渐变方式，充分利用超前支护手段加固地层，利用钢架喷砼逐渐挑高，加宽进入大断面。本工序的关键在于挑高，挑高的坡度一般在1:3左右，原则上不大于30度。六、 断面的过渡及转换 小断面过渡到大断面，可通过挑高，加宽来实现。 反掏施工原则上应先加固反掏区域后在进行拱架的破除。七、 现

27、场易出现问题的地方 （1）竖井周围堆载过大，设计文件应明确堆载的大小； （2）降水效果不好，未能采取有效措施； 浅埋暗挖法的一个重要前提条件是在无水条件下施工，第四系地层遇水后强度降低，土体自稳能力降低，造成拱部、拱脚垮塌、掌子面失稳等。因此应对渗水地段、特别是层间水采取注浆、引排等有效措施.对于粘土等渗透性较差的土层，可提前进行降水来保证降水效果。七、 现场易出现问题的地方 （3）拱脚悬空，锁脚锚管不能起到应有的作用；两榀拱架支护一次。拱脚悬空， 多榀拱架支护一次锁脚锚杆打设角度不规范七、 现场易出现问题的地方 （4）拱架分节不合理；拱架节点原则设在受力较小的部位，但在设计过程中，常出现：（1）跨中分节；（2）分节过大，导致侧壁暴露时间过长。七、 现场易出现问题的地方 （5）钢架连接处螺栓未能全部