浅埋暗挖施工技术大全.doc

目录第一章 浅埋暗挖法概述11.1 浅埋暗挖法产生的背景11.2 浅埋暗挖法的应用2第二章 浅埋暗挖法施工方法62.1 施工原则62.2 施工步骤62.3 基本工艺要求62.4 浅埋暗挖施工方法比较82.4.1 全断面开挖法112.4.2 台阶法112.4.3 环形开挖预留核心土法112.4.4 双侧壁导坑法122.4.5 中洞法122.4.6 中隔壁法（CD）122.4.7 交叉中隔壁法(CRD)132.5 大断面暗挖法施工14第三章 北京地铁浅埋暗挖法施工中常用的配套技术163.1 北京地铁浅埋暗挖施工中出现的问题163.2 辅助工法的主要目的173.2.1 地层加固的方法173.2.2 其他常用辅助方法183.2.3 地下水处理方法183.3 辅助工法运用的注意点203.3.1 小导管超前支护203.3.2 管棚支护203.3.3 水平旋喷法213.3.4 水平冻结法21第四章 浅埋暗挖法施工中的监测224.1总体要求224.2 监测的作用224.3 监测项目的确定因素224.4 量测项目类型234.6 测点设置244.7 监测要求254.8 量测数据整理、分析与反馈要求274.9 围岩稳定性的综合判别27第五章 浅埋暗挖法工程实例295.1复兴门折返线工程（正台阶法和单侧臂导坑正台阶法）295.1.1 工程概况295.1.2 施工工艺与方法305.2北京地铁蒲黄榆车站(中洞法)325.3北京地铁磁器口车站(中洞法)335.3.1 磁器口车站概况335.3.2 中洞法施工步序335.4北京地铁10号劲松站车站（洞桩法）355.5广州地铁三号线林和西站（中柱+台阶+CRD法）355.5.1 工程概况355.5.2 隧道开挖与施工工艺375.5.3 隧道施工监测385.6 营口道站1号风机房的施工（CRD法）395.6.1 工程概况395.6.2 施工方法395.7 北京地铁和平里站至东直门站地下区间的施工（中洞法）405.7.1 工程概况405.7.2 浅埋连拱隧道的施工难点405.7.3 确定施工方案的原则415.7.4 施工方案415.7.5 地表跟踪注浆加固重要建筑物425.7.6 防排水施工435.8 北京地铁十号线光华路站中洞施工实例445.8.1 工程概况445.8.2主要施工方法和技术措施445.9 北京长安街东单东人行过街通道工程实例475.9.1 工程概述475.9.2 工程特点485.9.3 施工方案485.9.4 主要施工方法505.9.5 防水层施工515.9.6 暗挖结构衬砌施工515.9.7 上层滞水处理515.9.8 监控量测515.10 北京轻轨框架结构的施工515.10.1 工程概况515.10.2 施工方法525.10.3 主要施工技术525.10.4 钢格栅支撑施工技术54III浅埋暗挖施工技术第一章 浅埋暗挖法概述1.1 浅埋暗挖法产生的背景经过近40年的发展，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、暗挖、浅埋暗挖、矿山法、盾构法等多种方法并存，施工技术不断发展提高，已初步形成了专门的学科体系，极大地推动了地铁建设事业的快速发展。这些方法各有优缺点，有各自适合的施工条件。经济的发展，人口的增加，使城市的运行与发展受到土地与环境日益增多的制约。城市必须立体化，地下空间作为资源必须开发。地下工程大发展已是世界土木界的主流，地铁的建设是其重要组成部分。明挖法严重干扰交通，破坏环境，大量建筑物与管线的拆迁已不可能。即使拆迁，昂贵的拆迁费用也难以承受。盾构法解决了这些难题，但其灵活性差，特别是昂贵的盾构机械，会大大提高工程造价。施工方法对地铁车站和区间隧道结构型式的确定以及地铁土建工程造价有决定性影响。施工方法的选择，受沿线工程地质和水文地质条件、周围环境条件、线路平面位置、隧道埋置深度等多种因素的制约，同时对施工期间的地面交通和城市居民的正常生活、施工工期、工程的难易程度等产生直接影响。通常在地面条件允许的情况下，地铁区间隧道宜采用明挖法，但对社会环境影响很大，仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用。随着我国工程建设法规、法制的完善、对大型工程建设项目综合效益的要求和环境保护意识的提高，在城市地下铁道的建设中，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地形区段普遍要求采用暗挖法施工。浅埋暗挖法是一种适合不同断面、造价偏低、灵活多变的施工方法，是今后应推广的施工方法。地铁区间隧道采用矿山法施工是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法，也称浅埋暗挖法。目前在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法施工，工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全与经济的目的。1987年北京地铁首次采用暗挖法建成了复兴门车站折返线工程，由于其灵活多变、适用复杂多变的地层及隧道断面结构、设备简单、不干扰交通及周边环境等众多优点，“隧道及地铁浅埋暗挖工法”在全国广泛推广应用。目前已成功应用于北京、广州、南京和深圳等已建成或在建地铁工程，同时也广泛适用过街道、污水处理管道及铁路、公路浅埋隧道工程。实践表明，与明挖法、盾构法相比，浅埋暗挖法有明显的优点，基于该工法的可适用性，对施工工艺即预注浆加固、开挖时空顺序、台阶长度等方面提出了更高的要求。浅埋暗挖设计理论的特点是运用量测信息，反馈于设计和施工，同时采取超前支护、改良地层、注浆加固等配套技术来完成隧道及地下工程的设计与施工。隧道深埋或浅埋并非单纯指洞顶与地面之间的厚度，还应结合上覆地层的水文地质与工程地质特征、松散状况，围岩结构特征及风化、破碎程度，断层影响的程度，结构强度以及地下水等因素综合判定。通常，深埋隧道荷载按塌落拱计算；浅埋隧道按松散荷载计算；超浅埋隧道则按全土柱加地面动、静换算荷载计算。浅埋暗挖法认为浅埋隧道按松散荷载计算，超浅埋隧道则按全土柱加地面动、静换算荷载计算，并提倡采用岩柱理论和太沙基公式进行结构分析计算。隧道施工时，由于承载拱效应，原始地层应力并非全部转化为作用在结构上的荷载，作用在隧道衬砌上的压力小于初始应力（这已被大量的工程测试资料所验证），这是由于隧道开挖后洞室周围地层应力释放，隧道的拱形形状及地层内部摩擦力等导致的承载拱发挥作用，使周围地层应力重分布并产生两种变化，即一部分被释放，另一部分向深部和其它方向转移。当施设衬砌支护后，地层应力释放过程受到抑制，一部分释放荷载作用于衬砌结构上，这部分荷载的大小正是需要计算的。1.2 浅埋暗挖法的应用 近十几年来，北京地铁及市政公用管线工程，越来越多的采用了“浅埋暗挖法”进行设计与施工。其使用范围之广，使用单位之多，发展速度之快，令国内外同行所瞩目。北京地铁“复-八线”全长12.7km，其中区间隧道长约7km，地铁西单站、天安门西站、王府井站、东单站等，均采用了“浅埋暗挖”技术设计施工。19941995年间，在北京长安街下，用“浅埋暗挖法”还建成了20余条人行地下通道，建成了颇具名声的国家计委门前的大型地下停车库。近5年来，每年以数百公里计的各种市政公用地下管网，都采用了“浅埋暗挖”技术设计施工，可谓“浅埋暗挖”遍布北京市各个建设地区。如今，这项技术已在全国各主要大城市，如广州地铁一号线、深圳地铁、郑州电力管线、徐州的地下通道等普遍使用。这项技术之所以发展很快，主要是因为我国地下空间的开发和利用历史不长，而“新奥法”的设计施工原理颇具新意，适于我国地下工程特点，其占地少、拆迁少、扰民少、影响交通少、污染环境少等特点，极其适合在城市，尤其是在城市中心区、旧城改造、繁华地带、交通拥挤地段进行各类地下工程建设。目前，各地区结合自身的特点，利用“新奥法”原理进行设计、施工均有所发展，有所创造，通过不断总结，有所共识，并经过实践检验，形成了目前大家公认的所谓“浅埋暗挖”法原则。但是，我们还应清醒地看到，该项按照“新奥法”原理兴起和发展的技术虽然已被广泛推广使用，仅就北京市的情况而言，并非所有的使用单位都真正地掌握了其真谛。无论在北京地铁工程中，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、留下无穷后患的例子，也是常见的。因此，有必要对“浅埋暗挖法”设计施工进行深入的研究，综合分析，全面总结。浅埋暗挖法是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。 顾名思义，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。浅埋暗挖法的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，操作简单灵活，而且适合于各种地层条件和各种尺寸与断面形式的隧道和洞室，并且配合辅助工法，还可在有水地层甚至软流塑地层中应用，加之国内丰富的劳动力资源，因此在北京、广州、深圳、南京等城市的地铁区间隧道修建中得到广泛推广，已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道，而且在大跨度车站工程中也得到应用。此外，该方法也广泛应用于地下车库、人行过街道、城市道路隧道和地下管道隧道等工程。主要的典型工程有：北京地铁复兴门折返线工程、复八线区间隧道；北京城铁14标的双联拱隧道；广州地铁1号线的杨体区间、2号线的公纪区间隧道等；深圳地铁一期工程国贸一老街的重叠隧道等；北京国家计委地下停车场。正在建设中的北京地铁5号线车站大多采用浅埋暗挖法，开挖跨度达24m，高度达21 m。浅埋暗挖法与其他方法相比,具有显著的优点。以城市地铁为例,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；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。当然，浅埋暗挖法也存在缺点，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。还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。浅埋暗挖法与明挖法、盾构法比较见表1-1：表1-1 三种施工方法对比表浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，如北京西单地铁站完全以此方法建成；它也可以与其他施工方法综合使用，如天安门西站、王府井站、东单站则是用浅埋暗挖法与盖挖法相结合的方法修建的。北京地铁部分区间隧道则是用半断面插刀盾构法与浅埋暗挖法相结合的方法建成的。 浅埋暗挖法与其他施工法有很强的兼容性，其整体配套技术处于国际领先水平，国际隧道协会有关专家也认为这是地下工程的一次突破。目前浅埋暗挖法已有自己全套设计、施工理论，作为一种方法已被国内外所采用。浅埋暗挖法作为建设部命名的国家级工法，不仅在地铁修建中显示了它的优越性，为国家取得重大经济、社会效益，它在地下停车场、地下街道、地下商业街及市政地下管网的建设中注入了前所未有的活力，为现代城市地下空间的开发作出了贡献。第二章 浅埋暗挖法施工方法2.1 施工原则（1）坚持以量测资料进行反馈指导施工由于工程位置极为重要，施工中必须确保安全，考虑到浅埋暗挖和地层软弱的特点，采用较强的初期支护手段，在围岩变形稳定后，进行二次模筑衬混凝土，坚持信息化指导施工，是本项施工的基点。（2）坚持先加固，后开挖由于围岩几乎没有自稳能力，松散易坍落，因此应根据洞室跨度不同，对单线、双线隧道采用小导管超前预注浆稳定工作面，应用中压注浆密实胶结地层。对大跨度、变断面、覆盖浅地段采用深孔、前进式劈裂注浆加固围岩，再应用小导管超前注浆来稳定地层，做到万无一失，防塌防沉。2.2 施工步骤浅埋暗挖法施工步骤是：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。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。一般情况下，可注入混凝土，特殊情况下要进行钢筋设计。当然，浅埋暗挖法的施工需利用监控测量获得的信息进行指导，这对施工的安全与质量都是重要的。 2.3 基本工艺要求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，保证暗挖作业的安全（作业安全和周边环境安全）：管超前：由于开挖拱部土体自稳能力差，自立时间短，当拱部土体凌空后极易坍塌，为了保证土体不坍塌，提高其稳定性，采用超前小导管或大管棚等预支护，形成对凌空土体的支护棚架，以约束土体变形，减少坍塌 。严注浆：要解决土体的稳定问题，必须从内部着手对土体性质进行改良，在施工中主要采取通过小导管预留的注浆孔对土体进行注浆固结的预加固措施。对间隙大的粗颗粒土体，采用持续压力的渗透式注浆方式固结土体；对于致密的细颗粒土体，采用瞬时压力作用下的劈裂式注浆，确保开挖过程中的安全。短进尺：开挖中，土体的稳定是施工中要解决的重点问题，性质一定的土体的稳定取决于以下两个因素：暴露（或凌空）时间和开挖进尺大小得到的自拱半径的大小。暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大；反之则越小。在施工中应主要采取预留核心土，开挖环向土体的施工方环法，每个循进尺要小。预留核心土的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：由于土体被扰动后拱部凌空面层的土体产生下沉，虽然自拱的存在阻止了自拱线以上土体的继续下沉，但随着时间的推移，振动的影响，自拱逐渐被破坏，大量松散土体的重力会直接作用于初期支护结构上，因此，必须有较强的支护体系来保证结构的稳定。早封闭：隧道施工一般采用台阶法，根据作业的空间要求设置分层高度，自上而下分层施工，为了防止拱部在没有坚实支撑面的情况下土体压迫拱部持续下沉，在施工中除采用厚木板支垫拱脚以增大拱脚与土体的接触面积的方法外，采取的最根本办法就是及早使支护体系成环。勤量测：浅埋暗挖法施工的理论基础源于新奥法施工理论，是新奥法理论的发展，因此它也离不开新奥法的理论精髓信息化施工。任何结构的受力最终都表现为变形，变形是结构对受力的必然反应，可以说，没有变形（微观的），结构就没有受力，而我们了解结构的受力也只有通过变形来研究。在浅埋暗挖作业中，土体的沉降、支护结构受力等均需要通过量测数据来了解，因此，必须按照规定频率对规定部位进行观测，掌握变形变位信息，调整施工参数并设置各种部位的变形警戒值，采取必要措施进行过大变形的预防预控。图2.1 浅埋暗挖施工工艺流程施工组织计划和施工工序必须严格遵守“先排管，后注浆，再开挖，注浆一段，开挖一段，支护一段，封闭一段”。其主要的技术特点为：动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用；研究、创新了劈裂注浆方法加固地层；发展了复合式衬砌技术，并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。其主要的技术特点如下：（1）动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；（2）强调小导管注浆超前支护在稳定工作面中的作用；（3）用劈裂注浆法加固地层；（4）采用复合式衬砌技术。2.4 浅埋暗挖施工方法比较采用浅埋暗挖法施工时,常见的典型施工方法是正台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法,如全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧导坑正台阶法 (眼睛工法)、中隔墙法等。施工方法见表2.1及表2.2。表2.1 浅埋暗挖法修建隧道及地下工程主要开挖方法表2.2 浅埋暗挖法修建隧道及地下工程主要开挖方法2.4.1 全断面开挖法可适用于I-级围岩隧道施工，级围岩隧道在采用了有效的措施后，亦可采用全断面法开挖。施工时应配备钻孔台车或台架及高效率装运机械设备。2.4.2 台阶法可适用于级围岩隧道施工，VI级围岩单线隧道，在采用了有效的措施后，亦可采用台阶法施工。台阶长度宜为隧道开挖宽度的12倍。台阶法施工时应符合下列规定: 1、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； 2、上台阶的底部位置应根据地质情况确定，一般情况下，可在起拱线及以下； 3、上台阶使用钢架时，可采用扩大拱脚和施作锁脚锚杆等措施，防止拱部下沉变形； 4、二次衬砌施工宜采用全断面一次性衬砌或先墙后拱法。2.4.3 环形开挖预留核心土法可适用于V一VI级围岩的双线隧道。该法施工时应符合下列规定: 1、环形开挖每循环开挖长度宜为0.51m； 2、开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间宜采用连接钢筋连接，并应加锁脚锚杆；3、核心土面积不应小于整个断面的50；4、当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前应在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护；5、二次衬砌应采用先墙后拱法施作。2.4.4 双侧壁导坑法可适用于V级围岩双线或多线隧道。采用先开挖隧道两侧导坑，并及时施作导坑四周初期支护及边墙衬砌，再根据地质条件、断面大小，对剩余部分断面进行一次或二次开挖。施工时应符合下列规定: 1、侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面宜为整个断面的1/3； 2、侧壁导坑领先长度应根据现场具体情况确定，一般情况下宜为3050m； 3、导坑开挖后应及时进行初期支护，并尽早封闭成环。2.4.5 中洞法可适用于双连拱的隧道，采用先施作中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。施工时应符合下列规定: 1、中洞开挖高度应大于中墙高度，开挖宽度应大于5m； 2、中洞开挖长度可根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑；短隧道可先贯通中洞，后开挖两侧； 3、中洞开挖后，应及时施作初期支护，再分段灌注中墙混凝土，每一纵向段长度宜为46m；在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并应进行临时横向支撑； 4、施工中应注意力的转换，两侧应均衡开挖，并应设置临时横向支撑； 5、中墙顶部应作好防排水工作。2.4.6 中隔壁法（CD）可适用于V级围岩的浅埋双线隧道。施工时应符合下列规定: 1、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，底部应设临时仰拱，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； 2、各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺，减小应力集中； 3、各部的底部高程应与钢架接头处一致； 4、每一部的开挖高度，宜为3.5m； 5、后一侧开挖应全断面及时封闭； 6、左、右两侧纵向间距，应拉开一定距离，一般情况为30-50m；7、中隔壁应设置为弧形或圆弧形；8、中隔壁在灌注二次衬砌时，应逐段拆除。2.4.7 交叉中隔壁法(CRD)可适用于-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。 采用交又中隔壁法施工，除应满足中隔壁法施工的要求外，尚应满足下列要求: 1、设置临时仰拱，步步成环； 2、自上而下，交叉进行； 3、中隔壁及交叉临时支护，在灌注二次衬砌时，应逐段拆除。浅埋暗挖工程在选择施工方法时,浅埋暗挖工程施工中应根据不同的围岩工程地质条件、水文地质条件、工程建筑要求，机具设备、施工技术条件、施工技术水平、施工经验等多种因素,选择行之有效的一种或多种施工方法。这是一个受多种因素影响的动态的择优过程。围岩的地质条件是施工的主要影响因素。当围岩较稳定且岩体较坚硬时,施工往往采用先把隧道坑道断面开挖好，然后修筑支护结构，并且有条件时可以争取一次把全断面挖成。当围岩稳定性较差时，则需要随开挖随进行一次支撑，防止围岩变形及产生坍塌；分块开挖后，应及时进行一次支护的施作，一般先开挖顶部，在上部断面挖成后及时进行一次支护，在上部支护的保护下再开挖坑道下部断面。二次模筑衬砌修筑必须先修筑边墙，之后再修筑拱圈，即先墙后拱法施工。实践证明，选择合理的施工方法，可以安全地建设隧道，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。从国内外现有工程实绩和实验研究的情况来看,基于经济性及工期考虑,其工法选择的顺序为:正台阶法上台阶设临时仰拱闭合法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、工期、安全性、适应性、技术性和经济性六个方面综合考虑,选择施工方法。2.5 大断面暗挖法施工大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可较少地表沉陷;避免两个洞室同步掘进能防止较大应力集中的产生;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、开挖支护封闭时间愈快地表沉陷就越小。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:中洞法、侧洞法、洞桩法等。介于大洞与标准断面的隧道用中隔壁法(CD 法) 和十字中隔壁法(CRD) ,此工法的基本特点是将大断面划为小断面 ,分部开挖 ,做临时中隔壁 ,然后分段拆除中隔壁 ,施做二衬 ,一般是拆 6 m 长 ,通过监测可以调整拆除长度。施工过程中 ,可随时通过监控量测 ,调整施工方案和参数 ,从而实现信息化施工。在大断面施工中以下几点值得注意:(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) 原认为中洞法较为安全 ,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;(3) 较好的方法为洞桩法 ( PBA 工法) ,但洞桩法导洞多 ,洞内施工桩 ,作业条件差;(4) 大断面洞室开挖 ,先做侧洞 ,然后扣中拱 ,相对来讲较为安全。从施工角度看 ,偏向使用侧洞和CRD 法开挖 ,尽量做到快封闭 ,这是暗挖施工的根本 ,也符合新奥法的基本原则;(5) 在大断面设计中主张多跨 ,不赞成单跨。西单站多连拱洞室拱脚防水问题引起重视后 ,在天安门西、王府井东单等站都没再出现此类问题。单洞室施工期间难度较大 ,相对沉降也较大。单跨车站结构受力较为合理 ,建筑效果也好 ,但还要充分注意施工难度;(6) 目前设计的小导洞结构断面一般在 30 cm ,都偏大 ,应优化断面结构 ,对大断面施工 ,临时导洞多 ,这种优化就非常有必要 ,可以减少废弃物 ,值得我们认真研究;(7) 在受管线等条件制约 ,结构无法起拱的情况下 ,可采用平顶直墙工法;(8) 多层导洞开挖 ,一般先从上部洞室开挖 ,然后落底。这种方法造成底洞开挖时 ,上部洞室会发生整体下沉 ,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;(9) 多导洞开挖 ,都有个初支连接问题 ,或称扣拱施工。目前设计图均在拱背位置埋设连接板 ,这种做法对施工要求很高 ,左右洞开挖设格栅位置必须准确 ,否则难以满足中洞初支安装精度要求。为此施工单位进行了不少优化 ,有的采取单侧设连接板 ,另一侧用插筋来调整;有的两侧都用插筋连接。该方法主要是现场焊接工作量大 ,还要延长封闭时间。建议采用双向插筋的办法 ,这样可以保证格栅受力较好 ,便于施工。为实现快速封闭施工 ,插筋连接点宜在边侧导洞内 ,这样可以采用点焊定位后 ,中洞喷混凝土 ,边洞内进行焊接作业。第三章 北京地铁浅埋暗挖法施工中常用的配套技术3.1 北京地铁浅埋暗挖施工中出现的问题北京地处第四纪冲、洪积扇的中上部,地层由粘性土、粉土、砂类土、碎石类土交互沉积而成,土质松散,成拱条件差；而且地下水水位高，渗透性强（一般采取降水措施,但仍有残留水）；加上大部分线路处于交通繁忙地段，车辆行驶过程中产生强烈震动，使浅埋隧道周边土体更加松弛，开挖过程中极易坍塌。支护结构采用初期支护加二次模筑混凝土支护的复合式衬砌结构形式，初期支护由钢格栅喷射混凝土组成。根据设计理论计算及工程实践总结，支护结构比较可靠，一般不会坍塌，坍塌多为开挖面的围岩失稳。一般引起坍塌的原因或因素有:（1）地层预加固效果不佳北京地区的浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术。对北京这种松散地层,开挖的过程更主要的是支护的过程,地层加固是开挖成败的关键。地层预加固效果不佳,极易引起坍塌。（2）开挖面暴露时间长在预加固后开挖过程中,围岩土体会出现一个短暂的稳定，随着暴露时间延长,坍塌的可能性也越大。（3）受地面震动影响地面车辆行驶过程中产生的震动是坍塌的重要诱因之一，尤其夜间重车高速行驶更为明显。（4）降水后地层残留水的影响土层隧道施工最为关键的是地下水。由于北京地区的地下水位较高，暗挖施工前都采取降水措施。但北京地区冲洪积地层往往不是很好的连续体，且部分地层中形成砂和粘土的混合透镜体，管井和水平井很难达到疏干的目的，开挖过程中可能产生潜蚀作用，并造成流砂、坍塌现象。（5）雨、污水管渗漏北京是一个有着悠久历史的古城,地下管线纵横交错,一些雨、污水管修建年代较早，渗漏严重，周围地层处于饱和状态，部分地段还形成一个水囊，给浅埋暗挖施工带来极大的隐患。随着暗挖施工扰动土体，破坏原有平衡，可能引起坍塌。（6）下穿河、湖或近距河湖暗挖下穿河、湖或近距河湖施工为暗挖施工的难点。部分河、湖虽经过人工整治，也仅为简单铺砌，水渗漏严重，而且此处的隧道覆土最薄，非常容易引起坍塌。（7）降雨后渗漏降雨后，雨水渗入地层中，引起围岩土体的不稳定，从而造成坍塌。（8）马头门及断面变换处马头门和断面变换处是工程施工的一大难点，由于受力转换比较复杂，施工中易引起坍塌。3.2 辅助工法的主要目的稳定地层的主要手段是用注浆加固隧道周边地层，用管棚加固隧道拱部地层。要根据地质和施工的具体情况确定注浆的范围、压力和材料，达到改善地层的物理力学参数(E、C、)，提高地层的自稳能力。稳定开挖工作面方法很多，优先选择次序为正台阶环形开挖留核心土、锚杆超前支护、小导管超前支护、小导管注浆超前支护、浅孔（46 m）周边预注浆超前支护、长导管注浆超前支护、全断面深孔注浆封闭工作面、初次支护背后充填注浆及周边23 m径向单液水泥注浆等。常用的辅助方法主要有降水和地层加固两种形式。3.2.1 地层加固的方法（1）环形开挖留核心土；（2）喷射混凝土封闭开挖工作面；（3）超前锚杆或超前小导管支护；（4）超前小导管周边注浆加固地层；（5）设置临时仰拱；（6）深孔围岩加固劈裂预注浆或堵水固结预注浆加固地层；（7）长管棚超前支护加固地层；（8）冻结法固结地层；（9）水平旋喷法超前支护；（10）地面加固地层；（11）洞内、洞外降水法；（12）洞内施工水平降排水法；3.2.2 其他常用辅助方法（1）新型结构复合式衬砌防水。在初期喷锚支护与二次衬砌模筑混凝土之间，铺设一层柔性的防水材料，例如LDPE、PVC、EVA、ECB等，只要施工工艺和管理工作到位，可以做到不渗不漏。（2）降水技术。这一重要的配套技术，施作简单、效果好，特别是井点降水方法技术简单。如地铁永安里车站建设时，用井点降水获得较大成功。所有降水方法都要考虑好地表和建筑物的沉降及对水资源保护问题。（3）注浆加固技术。地层的注浆工艺和浆液配比要因地制宜。如在粉细砂地层中，改压注水泥砂浆为改性水玻璃注浆，起到了快速凝固的更好效果。(4)冷冻法施工技术该项技术在地铁“复-八线”大北窑热电厂区间松散流体地层中应用，取得较好效果，但造价昂贵。(5)半断面插板盾构技术。“复-八线”建国门站试用，为北京地铁建设全面使用盾构技术取得了一定经验。(6)通用小型机械设备。不求更先进但求配套，起到了“快、小、灵”的作用。如拱部开挖配皮带运输、下部开挖试用单臂掘进机、二次衬砌利用泵送混凝土至模板台车、洞内运输采用电瓶车带动梭式矿车(8m3)等，都是普通设备，只要安排组织好，可节省大量人力，提高工作效果，区间隧道可月掘进100m以上。3.2.3 地下水处理方法处理地下水方法：人工降低地下水位、地下连续墙阻水、帷幕注浆隔水、压缩空气排水、冻结法等。地表井点降水是常用方法，在布置井点时应控制单井抽水量，在施工时做好反滤层，并且分段抽水，以减少因降水引起的地表沉降和减少地下水的流失。地下水的排放无疑会使上覆地层尤其是隧道工作面附近地层的强度增加，刚度变大。但对于砂层、砾砂等特殊地层，过度抽排地下水，会使上覆多孔介质土层超固结，反而引起地表大范围沉降。因此，在能保证工作面稳定、能保证正常开挖的条件下，应尽量减少地下水的抽排，可根据情况采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道，采取地表或洞内注浆措施封堵部分地下水；采取地表或洞内降排水时，尽量缩短抽排时间，掌子面开挖过后及时停止；采取断面注浆、喷混凝土等措施稳定工作面；根据具体地层条件，及时调整小导管、格栅支护参数、注浆参数，确保注浆效果。防水原则应遵循“以防为主，多道防线，刚柔结合，综合治理的”。其核心是：“以结构自防水为本，附加防水层为标”。做到固本，最主要的是要求混凝土抗裂、密实,并把裂纹控制在一定范围内;附加防水层是指在隧道与车站采用复合式衬砌结构，中间设防水板及在结构外表面粘贴卷材等辅助措施，它包括材料防水、接缝密封防水和构造防水。北京地区地质主要为第四纪冲洪积地层,常用处理地下水的方法为管井降水,井距 8 m 左右。在建筑物集中地带打不了管井时采用辐射井,一般300 mm,长度 5070 m ,在不同透水层中打设。由于冲洪积地层往往不是一个很好的连续体,伴有透镜体存在,即粘土层中夹有砂层或砂层中夹有粘土等,管井、平井降水很难全部疏干,地层中存在残留水。对残留水的处理措施:在地层含水层中打水平井排水管,将地层中残留水集中引出来。随着工作面前进,逐步封闭水平管。打水平管时注意要略有一定的上台角,管中用棉砂截砂,管端用 PVC 管集中引流；根据地层情况,可先做下半部导洞,打垂直引水管；注浆止水,根据不同地层采用不同浆液,如改性水玻璃或水泥加水玻璃浆液等,必要时采用长导管注浆,搭接长度不小于2 m；根据地层情况,适当调整格栅节点,调整格栅节点要与排水管统一考虑,有人主张调到透水层上部，有的建议做到下部,我们认为调到下部较好；增加锁脚锚杆,必要时用锚管加注浆；增加临时仰拱；在管井中间加渗井(复八线基本采用此办法)。3.3 辅助工法运用的注意点3.3.1 小导管超前支护地铁小导管一般间距每米 3 根 ,并注浆加固地层 ,小导管与浆液共同起棚护作用 ,防止开挖时拱顶塌方。值得注意的地方:a. 在卵石地层 ,特别是砂率较低时 ,对于 32mm、长 33. 5 m 小导管不好打 ,易劈裂。一般要打 25 mm、长 2. 5 m 左右的钢管 ,可两步一打。也有的采用长 1. 75 m 的一步一打 ,搭接 1 m。这在北京西部地区常用 ,南水北调进西四环暗挖段都是这样做的;b. 对较好的粘性土层,采用开挖镐刨,小导管打入较困难，只要能够使开挖面稳定，可不必强求打小导管；c. 小导管仰角不宜过大 ,一般控制在 15以内。3.3.2 管棚支护一般开挖洞门或结构受力转换、大断面或通过重要管线等地方 ,设计普遍采用管棚方案。常用管棚为 108mm159mm ,崇文门站采用600mm，也有采用更大的管棚。管棚施工有以下几点值得注意:（1）管棚直径不是越大越好 ,从施工角度看 108mm159 mm 较合理。（2）管棚施工过程中沉降控制。目前管棚施工有两种办法:一是常规钻孔，长度在20m左右，这种管棚施工一般为带水作业，施工期间，由于水土流失，钻孔孔径较管棚大，单根管棚施工后注浆，这样会引起地层沉降45mm，且长距离施工要做分段管棚工作室；常规施工要尽量控制带水作业引起的水土流失，尤其在粉细砂层中，必要时可用泥浆或水泥浆液，使其带有一定的护壁作用。（3）长管棚,且两端有工作室地段(一般为两端明挖 ,中间暗挖段) ,最好采用非开挖技术 ,非开挖技术即是用有线或无线监视系统 ,对管棚钻进采用监控措施 ,保证施工精度;钻进时可采用小直径管 ,然后通过反拉 ,挤扩成大管 ,可较好控制沉降。另外亦可采用夯锤进行施工。（4）管棚施工要间隔进行，同时完成一个管就要立即进行注浆，防止地层中地下水的串流。地铁复八线 4 号井塌方教训可供借鉴。3.3.3 水平旋喷法采用向上、向外墙角，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。目前一般旋喷长度为20 m左右，开挖18m，留2 m 搭接。旋喷压力为不小于20 MPa ，覆土较薄时要减压，且适当缩小间距。旋喷浆液主要为水泥浆，形成柱体强度 10 MPa。目前采用旋喷加固土体主要问题是浆液流失较大，另外长距离水平旋喷方向性偏差。水平旋喷施工期间会有较大沉降，有时可超过10mm，但开挖时沉降较小，初支背后压浆亦少，对于个别点棚护不好时，可补打小导管注浆处理。3.3.4 水平冻结法通过打水平冻结管，输入低温（- 25 - 30 ）盐水，将含水地层进行冰冻，形成保护冻壳，然后进行开挖。地层冻结技术是很成熟的技术，关键是要控制冻结壁，要保证有一定的强度，一般冻结壁强度可以达10MPa。冻结壁设计要重点考虑冻涨及融沉，冻结壁不宜过大，一般在12m厚。否则会发生较大冻涨和融沉，影响地下管线、构筑物。冻结壁的形成，关键在于地下水流速度，一般渗透系数 K10 m/d为理想。渗流速度过大要提前采取降速措施（旋喷、搅拌等），否则难以形成冻结壁。冻结法只在做冻结管时会引起沉降，开挖时基本没有沉降。经过初支背后注浆液，总体沉降小的多，特别适用于流砂、淤泥等地层。若有局部点冻的不好，可以随开挖时喷液氮，解决局部点问题。第四章 浅埋暗挖法施工中的监测4.1总体要求监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。4.2 监测的作用监控量测应作为施工组织设计一个重要组成部分，量测工作的作用是：（1）掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工。 （2）预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。 （3）积累资料，为以后的新奥法设计提供类比依据。 （4）为确定隧道安全提供可靠的信息。（5）量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道稳定。 （6）得出二次衬砌合理的施作时间。开工前应根据隧道规模、地形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等，进行监控量测设计。该设计应包括：量测项目、量测仪器选择、测点布置、量测频率、数据处理及量测人员组织等。4.3 监测项目的确定因素监测项目的确定、监测断面及测点的位置、仪器设备的选择及组件的埋设方法等，主要考虑如下因素：工程地质和水文地质情况；隧道埋深、跨度、结构型式和施工工艺；隧道间距；隧道施工影响范围内现有房屋建筑的结构特点、形状尺寸及与隧道轴线的相对位置；设计提供的变形及其它控制值及其安全储备系数等。4.4 量测项目类型在地下工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以，在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态应进行目测。对开挖后动态进行目测，对被覆后围岩动态进行目测、在新奥法量测项目中占有很重要的地位。观察目的：细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以目测观察是新奥法监测中的必测项目：隧道目测观察的目的是：（1）预测开挖面前方的地质条件。（2）为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。（3）根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目可分为必测项目和选侧项目两大类(见下列表)，必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须进行；选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他特殊要求，有选择地进行。表4-1 监控量测必测项目表4-2 监控量测选测项目4.6 测点设置隧道施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。（1）开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施;观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。（2）洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。净空变化、拱顶下沉和地表下沉(浅埋地段)等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等按表4-3规定进行。各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的l2个。4.7 监测要求净空变化、拱顶下沉量测应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。拱顶下沉和地表下沉量测基点应与洞内、外水准基点建立联系。表4-3 必测项目量测断面间距和每断面测点数量隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。横断面方向应在隧道中心及两侧间距2-5m处设地表下沉测点，每个断面设7-11点，监测范围应在隧道开挖影响范围以外。地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。地表下沉量测频率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离，分别按表4-4和表4-5确定。当按表4-4和表4-5选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。或参照表4-6各项量测作业均应持续到变形基本稳定后23周结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。4.8 量测数据整理、分析与反馈要求1、每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图;2、对初期的时态曲线应进行回归分析，顶测可能出现的最大值和变化速度;3、数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。4.9 围岩稳定性的综合判别1、实测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于表4-7和表4-8所列指标，并按表4-9变形管理等级指导施工。2、根据位移变化速度判别: 净空变化速度持续大于1.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统; 净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。在浅埋特别是超浅埋地段，以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其他指标判别。3、根据位移时态曲线的形态来判别: 当围岩位移速率不断下降时（du2/dt20)，围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。第五章 浅埋暗挖法工程实例5.1复兴门折返线工程（正台阶法和单侧臂导坑正台阶法）5.1.1 工程概况折返线工程位于复兴门内大街西嘉样里至闹市口国宾大道之下，该段地面每天来往车辆57万辆、自行车30万辆；地下管网密布、纵横交错。工程全长358.292米，折合单线隧道1058米，由南北两条正线和一条折返库线所组成（见图5.1），隧道断面变化繁多，包括尾单线隧道445米，双线隧道262米，渡线隧道43米，不同跨度、高度的断面形式33个，隧道开挖跨度由6.96米到14.86米不等，拱顶至路面的覆土厚度912米，覆跨比0.67，属于非常浅埋型，隧道断面与覆盖深度关系（如图5.2）。并且还增设了两条换乘通道总长190米。车助坑道设有一座直径5.5米、深22米的竖井和一条长54米的联络通道，通道与折返线成45相交，是出碴、运料的唯一途径。主要工程量包括：开挖土方5.6万立方米，采用复合式衬砌：一次支护喷射混凝土8000 立方米，塑料防水板铺设2.7万平方米，二次衬砌模筑混凝土1.3万立方米(包括道床)。隧道主体结构处于第四纪冲积洪积层中，主要由粉细砂及砂砾石所组成，该地层松散，无自稳，没