浅埋暗挖资料汇总表

浅埋暗挖浅埋暗挖 1 概述概述 2 基本原理基本原理 1 浅埋暗挖法名称的确定 在小导管超前支护技术 格栅拱架制造技术 正台阶环形开挖留核心土方 法 监控量测技术等基础上 在软弱地层必须快速施工的理念 突出时空效应 对防塌的重要作用 先后在军都山黄土隧道 北京地铁复兴门折返线 复一八 线 西单车站采用浅埋暗挖技术取得了巨大成功 见图 2 的基础上 1987 年 8 月 北京市科委与铁道部科技司共同组织鉴定会 对浅埋暗挖技术进行评价 会上确定取名为 浅埋暗挖法 适用范围 各种软弱地层的地下工程设计与 施工 浅埋暗挖法又经过十几年的广泛应用 形成了一套完整的配套技术 被 评为国家级工法 并正式提出 管超前 严注浆 短进尺 强支护 早封闭 勤量测 十八字方针 2 浅埋暗挖法施工原理 浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理 采用复合衬砌 初期支护承担全部 基本荷载 二衬作为安全储备 初支 二衬共同承担特殊荷载 采用多种辅助 工法 超前支护 改善加固围岩 调动部分围岩自承能力 采用不同开挖方法 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 采用信息化设计 与施工 3 十八字方针十八字方针 4 管超前 严注浆 短开挖 强支护 快封闭 勤量测 的十八字方针 是在任何条件下进行浅埋暗挖施工必须遵循的原则 每三个字 都可以写一本 书 不了解 不研究 不遵循 十八字方针 就不懂得浅埋暗挖 5 与此同时 还要了解浅埋暗挖中 先注浆 后开挖 注浆一段 开挖一 段 封闭一段 段段推进 的警句 6 适用范围适用范围 浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱地层的地下工程 围岩自承能力很差 为控制 地表沉降 初期支护刚度要大 要及时 特征曲线 见图 3 中 C 点尽量靠近 A 点 即尽量增大支护的承载 减少围岩的自承载 要做到这点 必须遵守十八 字方针 初支必须从上向下施工 初支基本稳定后才能做二衬 且必须从下到 上施工 军都山隧道 1 988 年 第一次用小导管 刚构铜架 北京地铁复兴门折返线 1987 年 国家科桔讲彤二等奖 弟一次片 j 浅璀曙琵坛建威 京珠高速乌龙岭双连拱隧道 第一次用浅埋暗挖法建成 北京地铁车站试验段 图 2 浅埋暗挖法最初应用成功实例 图 3 围岩特征曲线与支护刚度曲线示意 7 主要工法介绍主要工法介绍 全断面法全断面法 1 定义 地下工程断面采用一次开挖成型的施工方法叫全断面开挖法 2 施工顺序 方法 3 全断面开挖法施工操作比较简单 主要工序 使用移动式钻孔台车 首先全 断面一次钻孔 并进行装药连线 然后将钻孔台车后退到 50m 以外的安全地点 再起爆 一次爆破成型 出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位 开始下一个钻 爆作业循环 同时 施作初期支护 铺设防水隔离层 或不铺设 进行二次 筑模衬砌 该流程突出两点 增加机械手进行复喷作业 先初喷后复喷 以利 于稳定地层和加快施工进度 铺底混凝土必须提前施作 且不滞后 200m 当地 层较差时铺底应紧跟 这是确保施工安全和质量的重要做法 4 施工动画 5 适用范围 适用于 类围岩 当断面在 50m 以下 隧道又处于 类围岩地层时 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 但在第四纪地层中采用此施工方法时 断面一般均在 20m 以下 且施工中仍须特别注意 山岭隧道及小断面城市地下电力 热力 电信等管道工程施工多用此法 6 尺寸要求 控制 7 缺点 1 法的优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数 有利于围岩天然承载拱的形成 工 序简单 便于组织大型机械化施工 施工速度快 防水处理简单 缺点是对地质条 件要求严格 围岩必须有足够的自稳能力 2 由于开挖面较大 围岩稳定性降低 且每个循环工作量较大 3 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 8 型工程举例 附照片 正台阶法正台阶法 1 定义 台阶法的一种就是将结构断面分成两个或几个部分 即分成上下 两个 工作面或几个工作面 分步开挖 2 施工顺序 方法 洞身 类围岩地段采用正台阶法施工 上台阶开挖采用 YT 24 凿岩机钻眼 塑 料导爆管非电起爆系统 毫秒微差有序起爆 每循环进尺 1 2 2 4m 上下台阶 由 CAT320 挖掘机和 ITC 312H 挖装机装碴 施工中合理调整工序 实行 钻爆 装碴 运输 机械化一条龙作业 隧道开挖后及时施作喷锚支护 下半断面开 挖后仰拱施工紧跟 正台阶法掘进喷锚作业循环时间见图 1 6 循 环 时 间 min 工 序 作业时间 min 6012 0 180 240 300 36 0 420 48 0 540 600 660 720 测量放线 30 开 挖180 初 喷60 出 碴120 架格栅 挂 网 180 打锚杆 喷 砼 150 正台阶法掘进喷锚作业循环时间图 双线 3 施工动画 4 适用范围 根据巷道断面确定台阶的高度 原则上保证最上的台阶层掘进后满足施工顶部锚杆要求 根据使用工具和锚杆长度一般将上分层定在 2 6 2 8m 之间 采用正台阶法施工 爆破后上台阶倒完矸石进行打眼或顶部锚杆施工时 下台阶进行 倒矸石作业 台阶长度太短 下台阶倒矸石作业对上台阶工作人员不安全 台阶长度太长 上台阶倒矸作业时间长 并且风筒距离下台阶爆破地点太近 放炮容易崩风筒 一般选择 台阶长度为 5 6m 5 尺寸要求 控制 正台阶施工是将巷道分成两个或多个工作面 上一个工作面超前下一个工作面一定 距离的施工方法 在大断面硐室施工中 常采用分层施工 先掘进硐室 巷道 上分 层 然后掘进下分层 本文探讨的正台阶法施工与分层施工不同 为了平行作业 提 高掘进速度 正台阶施工法上 下分层同时作业 各分层间始终保持相对固定的距离 6 优缺点 在正台阶环形开挖法中 因为上部留有核心土支挡着开挖面 而且能迅速及时 地建造拱部初次支护 所以开挖工作面稳定性好 和台阶法一样 核心土和下 部开挖都是在拱部初次支护保护下进行的 施工安全性好 与超短台阶法相比 台阶长度可以适度加长 以减少上下台阶施工干扰 与侧壁法相比 施工机械 化程度可相对提高 施工速度可加快 7 典型工程举例 附照片 上半断面临时封闭正台阶法上半断面临时封闭正台阶法 1 定义 又称环形开挖留核心土法 适用于地层较差 跨度 12M 的隧道工程 一般将断面分成环 形拱部 图中的 1 2 3 上部核心土 图中的 4 下部台阶等三部分 2 施工顺序 方法 3 施工动画 4 适用范围 5 尺寸要求 控制 6 优缺点 7 典型工程举例 附照片 正台阶环形开挖法正台阶环形开挖法 1 定义 2 施工顺序 方法 3 施工动画 4 适用范围 5 尺寸要求 控制 6 优缺点 7 典型工程举例 附照片 单侧壁导坑正台阶法单侧壁导坑正台阶法 1 定义 2 单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差 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 大跨多不小于 10m 可采用 单侧壁导坑法 将导坑跨度定为 3 4m 这样就可将大跨变成 3 4m 跨和 6 10m 跨 这种施工方法简单而可靠 3 施工顺序 方法 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 为稳定工作面 经常和超前小导管预注浆等辅助施工措施配合使用 一般采用人工开挖 人工 和机械混合出渣 开挖方式见下图 图 2 单侧壁导坑超前台阶法开挖方式 4 施工动画 5 适用范围 6 尺寸要求 控制 7 优缺点 单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差 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 大跨多不小于 10m 可采用单 侧壁导坑法 将导坑跨度定为 3 4m 这样就可将大跨变成 3 4m 跨和 6 10m 跨 这种施工方法简单而可靠 8 典型工程举例 附照片 中隔壁法 中隔壁法 CD 法法 1 定义 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 2 施工顺序 方法 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 而 CD 工法优于眼镜工法 但 CRD 工法施工工序复杂 隔墙拆 除困难 成本较高 进度较慢 一般在第四纪地层中修建大断面地下结构物 如停车场 且地面沉降要求严格时才使用 采用中隔墙法施工时 每步的台阶长度都应控制 一般为 5 7m 为稳定工作面 往往与预注浆等辅助施工措施配合使用 采用人工开挖 人工出渣方式 CD 工 法的开挖方式与施工顺序分别见下图 3 与图 4 CRD 工法的开挖方式与施工流程 分别见图 5 与图 6 图 3 CD 工法开挖方式 图 4 CD 工法施工顺序 3 施工动画 4 适用范围 该法变大跨为小跨 使断面受力更合理 对减少沉降 保证隧道开挖安全 可靠具有 良好效果 该法适用于较差地层 如采用人工或人工配合机械开挖的 级围岩和浅埋 偏压及洞口段 施工过程中 为保证初支稳定 除喷锚支护外 须增加型钢或钢格栅支撑 并采用超前大管棚 超前锚杆 超前注浆小导管 超前预注浆等一种或多种辅助措施进行 超前加固 由于地层软弱 断面较小 只能采用小型机械或人工开挖及运输作业 工序多 施 工进度较慢 必要爆破时 应控制药量 避免损坏中隔墙 临时中隔墙型钢支撑规格应与 初期支护所采用的一致 每步台阶长度可控制在 3 5m 5 尺寸要求 控制 各部开挖时 周边轮廓尽量圆顺 减小应力集中 各部的底部高程应与钢架接 头处一致 每一部的开挖高度为 3 5m 后一侧开挖应全断面及时封闭 左右两 侧纵向间距一般为 30 50m 中隔壁设置为弧形或圆弧形 6 优缺点 7 典型工程举例 附照片 交叉中隔壁法 交叉中隔壁法 CRD 法法 1 定义当采用中隔壁法 CD 法 仍然无法保持围岩稳定和隧道施工安全 时 可采用交叉中隔壁法 CRD 法 开挖 该法的特点是各分部增设临时仰拱 和两侧交叉开挖 每步封闭成环 且封闭时间短 以抑制围岩变形 达到围岩 沉降可控 初期支护安全稳定的目的 2 施工顺序 方法 CRD 工法遵循 小分块 短台阶 多循环 快封闭 的施工原则 自上而下步步为 营 分块成环 随挖随撑 及时做好初期支护 并待初期支护结构的拱顶沉降和收 敛已经稳定后 自下而上拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱 再施做 外包 3 施工动画 4 适用范围 5 尺寸要求 控制 采用交叉中隔壁法施工 除满足中隔壁法的要求外 尚应满足 设置临时仰拱 步步成环 自上而下 交叉进行 中隔壁及交叉临时支护 在灌注二次衬砌时 应逐段拆除 6 优缺点 7 典型工程举例 附照片 双侧壁导坑法 眼镜法 双侧壁导坑法 眼镜法 1 定义 双侧壁导坑超前中间台阶法也称眼镜法 也是变大跨度为小跨度的施工方法 其实质是将大跨度 20m 分成三个小跨度进行作业 主要适用于地层较差 断面很大 单侧壁导坑超前台阶法无法满足要求的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 2 施工顺序 方法 1 采用双侧壁导坑超前中间台阶法施作大跨度隧道 其机理是将大跨度洞室首 先分割成几个小洞室分步施工 合理转化工序 2 以岩体力学理论为基础 以监控量测为依据 采用新奥法原理和控制爆破技 术 及时喷锚进行初期支护 针对围岩软弱的特点 经监控数据反馈 合理确 定工序间的关系 3 利用监控位移反分析法和初期支护的钢筋轴力 围岩应力 二衬钢筋轴力 二衬接触压应力的量测结果指导施工 a 横向施工示意图 b 纵向施工示意图 8 双侧壁导坑超前中间台阶法施 3 施工动画 4 适用范围 双侧壁导坑法是采用先开挖隧道两侧导坑 及时施作导坑四周初期支护及 临时支护 必要时施做边墙衬砌 然后再根据地质条件 断面大小 对剩余部 分采用二台阶或三台阶开挖的方法 其实质是将大跨度的隧道变为三个小跨度 的隧道进行开挖 该法施工进度较慢 成本较高 但其在施工安全尤其在控制地表下沉方面 优于其它施工方法 此外 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 因此城市浅埋 软弱 大跨隧道和 山岭软弱破碎 地下水发育的大跨隧道可优先选用双侧壁导坑法 在 级围 岩的浅埋 偏压及洞口段 也可采用此法施工 5 尺寸要求 控制 侧壁导坑高度以到起拱线为宜 侧壁导坑形状应近于椭圆形断面 导坑断面为整个断面的 1 3 侧壁导坑领先长度一般为 30 50m 以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响 另一侧导坑为原则 导坑开挖后应及时进行初期支护 并尽早封闭成环 6 优缺点 总之 对于硬岩隧道宜采用全断面法与台阶法 分部开挖法适用于软岩隧道 采用台阶 法施工时 不宜采用长台阶 因其不利于初期支护及早封闭成环 在采用分部开挖法的硬 岩隧道中爆破作业将会严重破坏已成形的中隔壁 应采取一定的保护措施 7 典型工程举例 附照片 中洞法中洞法 1 定义 中洞法在松散地层中修建地铁车站 因其在开挖和初次支护过程中横向影 响范围小 沉降小 安全且避免了侧洞法施工时因施工误差而造成安装中洞拱 部钢架的困难 因此在北京地铁多座车站被推荐采用 2 施工顺序 中洞法适用于双连拱隧道 采用先施作隧道中墙混凝土 后开挖两侧的施工方法 2 施工顺序 方法 中隔壁法是近年来从国外引进的先进的施工方法 通过在国内的铁路隧道和城市地下 工程中的实践 证明这种方法是通过软弱 浅埋 大跨度隧道的最有效的施工方法 它适 用于 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 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 3 施工动画 4 适用范围 中洞法在松散地层中修建地铁车站 因其在开挖和初次支护过程中横向影 响范围小 沉降小 安全且避免了侧洞法施工时因施工误差而造成安装中洞拱 部钢架的困难 因此在北京地铁多座车站被推荐采用 5 尺寸要求 控制 中洞法开挖高度应大于中墙高度 1m 开挖宽度应大于 5m 中洞开挖长度根据隧道长 度 宽度以及地质情况综合考虑 一般为 50 80m 对长度 200 300m 的短隧道可先贯通中 洞 然后再施工两侧侧洞 中洞开挖后应及时施作初期支护 再分段灌筑中墙混凝土 每 一纵向段长度为 4 6m 在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模 并进行临时横向支撑 6 优缺点 7 典型工程举例 附照片 侧洞法侧洞法 1 定义 2 施工顺序 方法 施工顺序上是先同步开挖两个侧洞 而侧洞往往又是采用 CRD 法来完成 待侧洞封闭后 在侧洞内自下而上施作基础 立柱 边墙和边拱 顶住两侧洞 上部土体 再在中部用正台阶自上而下开挖并完成中拱 隔板和基础 如图 11 所示 该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 11 图11 侧洞法施工顺序图 8