浅埋隧道施工技术研究毕业论文.doc

毕业设计（论文）专用纸 浅埋隧道施工技术研究毕业论文目录摘 要1Abstact2目录31 绪 论61.1 浅埋隧道的简介61.1.1 浅埋隧道的判断61.1.2 浅埋隧道的特点61.2 浅埋隧道施工技术研究现状综述71.2.1 国内外的现状71.2.2 国内浅埋隧道施工技术的发展方向71.3 本文的研究意义、方法和内容71.3.1 研究意义71.3.2 研究方法81.3.3 研究内容82 浅埋隧道施工工艺及特点92.1 明挖法92.2 盖挖法102.2.1 盖挖顺作法102.2.2 盖挖逆作法122.2.3 盖挖半逆作法142.3 浅埋暗挖法152.3.1 浅埋暗挖法简介162.3.2 浅埋暗挖的优点162.3.3 浅埋暗挖法施工步骤：162.3.4 浅埋暗挖法的核心技术172.3.5 浅埋暗挖常用施工方法182.4 盾构法222.4.1 盾构施工流程222.4.2 盾构施工法优点232.4.3 盾构施工法存在的缺点232.4.4 盾构法施工适用范围243 浅埋隧道施工技术分析253.1 明挖法施工技术要点253.1.1 放坡开挖技术253.1.2 型钢支护技术253.1.3 连续墙支护技术273.1.4 混凝土灌注桩支护技术273.1.5 土钉墙支护技术273.1.6 锚杆支护技术283.1.7 混凝土和钢结构支撑支护方法293.1.8 明挖法三种基本类型：293.2 盖挖法施工技术分析303.2.1 盖挖逆作法的施工计划303.3 浅埋暗挖法施工技术要点313.3.1 浅埋暗挖施工中出现的问题313.3.2 常用的辅助工法323.4 盾构法施工343.4.1 盾构法施工准备工作343.4.2 盾构施工变形与沉降控制344 工程应用分析364.1 工程概况364.2 浅埋土质地层施工基本原则364.3 关键施工技术374.3.1 洞口土石方施工374.3.2 超前大管棚施工374.3.3 暗洞开挖及支护384.4 感想395 结 论40参考文献41致 谢421 绪 论1.1 浅埋隧道的简介1.1.1 浅埋隧道的判断一般情况下以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”作为区分但要确定出界限是困难的，因为它与许多因素有关,因此只能按经验做出概略的估算从深-埋隧道围岩松动压力值是根据施工坍方平均高度(等效荷载高度)出发，成此高度值，隧道上覆岩体就应有一定的厚度，否则坍方会扩展到地面。为此，深-浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度,且具有一定余量根据经验，这个深度通常为22.5倍的坍方平均高度值，即Hp=(22.5)hq式中：Hp为深-浅埋隧道分界的深度；Hp为坍方平均高度。当隧道覆盖层厚度HHp时为深埋，HHp时为浅埋。一般在松软的围岩(IVVI级)中取高限，在较坚硬围岩(IIII级)中取低限，对于其它情况，则应作具体分析后确定。对于大断面隧道，仅用拱顶埋深大小来确定深埋或浅埋是不妥的，还必须考虑隧道的跨度大小，跨度大时，对覆土的影响范围也大。拱顶覆土厚度(H)与隧道跨度(D)之比，即H/D称为覆跨比，当0.6H/D1.5时，均称为浅埋；当H/D0.6时，均称为超浅埋。1.1.2 浅埋隧道的特点 浅埋隧道的显著特点是，由于地层损失而引起的地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此，对各种开挖、支护衬砌、排水注浆方法提出了更高的要求。所以，如何有效控制浅埋隧道施工扰动诱发的地面移动变形，形成为浅埋隧道设计与施工研究的重点、难点和热点问题。1.2 浅埋隧道施工技术研究现状综述 1.2.1 国内外的现状姚明会探讨了软弱围岩浅埋暗挖大跨度地铁隧道施工技术：采用双侧壁导坑法施工，将大断面隧道开挖分成几个小断面开挖;将大断面隧道衬砌分成几部分衬砌，施工中做到短进尺、早支护、勤量测、速反馈，保证了结构安全，成功解决了工期紧张、工艺复杂、互相干扰大、地表沉降控制、微震爆破等难题。朱亮来针对软弱围岩浅埋大跨隧道，对微台阶法和双侧壁导坑法的优越性进行综合比较、分析，认为采用微台阶法施工可以有效地控制超挖，并减少对围岩的破坏影响，加上初期支护的及时性,有效地控制了围岩变形，为二次衬砌打下良好的基础。1.2.2 国内浅埋隧道施工技术的发展方向当前除施工方法、技术手段有较大进步外，隧道施工中越来越重视地质超前预报工作，除常规的超前钻孔外，近年来还大量应用物探的方法，如地震折射波法、声波反射法等进行施工期间的地质预测预报，1996年1998年秦岭特长隧道的施工地质综合测试工作及超前预报工作；1999年2000年株六复线新课纳隧道开展的全面施工地质工作，包括地面地质调查和地质体投射法、断层参数预测法TSP一202仪器探测法、临近前兆预测法和掌子面编录预测法组成的综合长、短期超前地质预报工作，进行施工中的围岩级别的准确鉴定，施工中各类地质灾害的监测以及依据围岩工程地质条件确定合理的预支护方法和手段；渝怀线的圆梁山等长大隧道，宜万线正在施工的长大、重点、地质复杂隧道等，也开展了施工过程中的地质预报工作。1.3 本文的研究意义、方法和内容1.3.1 研究意义在浅埋条件下进行隧道施工,需解决的难题较多，目前国内外的公路隧道施工当中，也不乏成功案例，但同时又是在填土公路下方的却极为少见，故对下穿公路的浅埋隧道施工技术进行系统的研究具有重要的工程意义和经济价值，可为以后类似隧道施工提供有益借鉴。1.3.2 研究方法本文在进行上述内容研究中综合运用了以下研究方法：（1）查阅相关研究文献,对相关研究成果中浅埋隧道一些常见的施工方法进行综述概括，并对其技术原则、施工工艺、技术要点以及优缺、点进行对比分析，结合具体超前地质预报、现场监控量测等进行理论研究；（2）实际工程运用.1.3.3 研究内容 由于在施工中经常遇到浅埋隧道,为了使施工更加安全、快速、优质，提高经济效益，有必要系统性地对浅埋隧道的特点施工方法，优缺点进行分析，浅埋隧道开挖、支护、衬砌及防水，监控量测的目的、量测方法及数据处理，隧道坍方处理措施和注浆堵水加固围岩等进行了研究。2 浅埋隧道施工工艺及特点基于浅埋隧道这些特点，出现了一系列比较适合浅埋隧道特点的施工方法，比较常用的有明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法和盾构法等。各种施工方法有不同的优、缺点和适用范围。2.1 明挖法明挖法，指的是现将隧道部位的岩石（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门、在进行回填的施工方法。施工的基本流程为：打桩（护坡桩）路面开挖埋设支承防护与开挖地下结构物的施工回填拔桩回复地面（或路面），如图1图1 明挖法施工流程示意图a)打桩；b）路面开挖；c）埋设物支承防护和开挖；d）结构施工；e）埋设物支承修筑；f）回填；g）拔桩，恢复路面明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。优点；（1）使用功能好。由于对地铁车站的最小埋深除需卯足地下管线敷设的要求外，一般无特别限制，在某些特定条件下可以做的很浅，甚至将结构顶板与路面合二为一，所以乘客进出站十分方便，出入口可根据需要灵活布置，能很好滴吸引地面客流和较快地疏散车站内的客流，并可见座城市的过街通道。明挖法的适应性强，可以根据场地条件和使用要求灵活布置车站的平面及纵断面。能够较好地利用地下空间。（2）施工方法简单，技术成熟。（3）工程进度快，根据需要可以分段同时作业。（4）在浅埋隧道时工程造价和运营费用均较低，且能耗较少。缺点：（1）外界气象条件对施工影响较大。（2）施工队地面交通和居民的正常生活有较大影响，且已造成噪声、粉尘及废弃泥浆等的污染。（3）需要拆除工程有限范围内的建筑物和地下管线。（4）在饱和的软土地层中，深基坑开挖一起的地面沉降较难控制，且坑内突破的中想稳定常常会成为威胁工程安全的重大问题。明挖法的适用条件：在山岭隧道的洞口和名动的施工中一般都采用明挖法，在城市的地铁车站施工也多采用明挖法施工，在交通繁忙的地段修建地铁车站，尤其是修建有综合功能要求的车站，或需要严格控制基坑开挖引起的地面沉降时，则可采用盖挖法施工。明挖法施工隧道的工艺相对简单、受力明确，操作方便，但需做好地下管线拆迁或加固稳定、地面交通疏导、环境保护以及基坑安全稳定等工作。遇有基坑石方需要爆破时，必须事先编制爆破方案、申报主管部门批准后方可实施。2.2 盖挖法盖挖法是先盖后挖，以临时路面或结构顶板维持地面畅通再进行下部结构施作的施工方法。当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法。2.2.1 盖挖顺作法盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。图2 盖挖顺法施工顺序示意图2.2.2 盖挖逆作法盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。图3 盖挖逆作法施工顺序示意图盖挖逆作法的特点：对维护结构和中间桩柱的沉降量控制严格，以免对上部结构手里造成不良影响；中间柱如果为永久结构，就安装就位困难，施工精度要求高；各种施工误差控制在较小范围内，并有可靠的链接构造措施；除了软弱地层中，大多数不需要再设置临时横撑，未施工提供方便；利用土模技术可以节省大量模板和支架；挖土和出土成为决定工程进度的关键工序。盖挖逆作法适用的范围：大平面的地下工程，大深度的地下工程，复杂形状的地下工程，周边状况复杂、对环境要求较高，作业空间小，工期要求紧迫。2.2.3 盖挖半逆作法盖挖半逆作法与逆作法的区别仅在于顶板完成及恢复路面后， 向下挖土至设计标高后先浇筑底板，再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力。图4 盖挖半逆作法施工顺序示意图盖挖法施工的优点是：结构的水平位移小；结构板作为基坑开挖的支撑，节省了临时支撑；缩短占道时间，减少对地面干扰；受外界气候影响小。其缺点是：出土不方便；板墙柱施工接头多，需进行防水处理；工效低，速度慢；结构框架形成之前，中间立柱能够支承的上部荷载有限。盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后， 将顶部封闭， 其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求。2.3 浅埋暗挖法浅埋暗挖法起源于 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。2.3.1 浅埋暗挖法简介浅埋暗挖法，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，即“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。2.3.2 浅埋暗挖的优点支护及时，有一定的粘贴性，柔性，封闭性，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，质量不易控制等。2.3.3 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。图5 浅埋暗挖法施工步骤图2.3.4 浅埋暗挖法的核心技术浅埋暗挖法被概括为 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。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。短开挖：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。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。2.3.5 浅埋暗挖常用施工方法采用浅埋暗挖法施工时，所选用的施工方法及工艺流程，应保证最大限度地减少底层的扰动，提高周围底层自承作用和减少地表沉降，总原则就是与支护、预加固一段，开挖一段；开挖一段，支护一段；支护一段，封闭成环一段。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。（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。浅埋隧道断面较大时不宜采用全断面开挖。（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 3.54.5m，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。城市及附近地区的一般隧道可采用上台阶分不开挖法或短台阶法施工。a）b）c）图6a）正台阶法；b）上台阶分部开挖发；c）短台阶法（3）CD法和CRD法CD法又叫中隔壁法，是在软弱围岩大跨度隧道中，先分部开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再分布开挖另一侧的施工方法。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法先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法。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，地层沉降量大，而且容易控制。CD法与CRD 法的只要区别：开挖顺序：CD法先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁墙，然后再开挖另一侧的施工方法；CRD法先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分 ，完成横隔板施工，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法。临时支护：CD法是用钢支撑和喷射混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法，一般临时仰拱没有横撑；CRD 法用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割进行开挖的方法，是在地质条件要求分部开挖及时封闭的条件下采用的，一般临时仰拱有横撑。二者既有联系又有区别。它们都适用于比较软弱而且是大断面隧道的场合。CD法是在用钢支撑和喷射混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法。CDR法则是用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割进行开挖的方法，是在地质条件要求分部开挖及时封闭的条件下采用的。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。施工要点及技术措施： 注意控制先行导洞的开挖中线和水平，确保开挖断面圆顺，钢格栅安装位置正确； 尽可能缩短开挖台阶和各开挖分部的施工间隔，使初期支护尽快闭合，以控制围岩变形； 因为中隔壁法工序较多，工序转换使得结构受力复杂，为保证拆除临时格栅时的安全，必须保证各部格栅之间的连接质量； 中隔墙、板拆除时，一定要进行拆除实验，根据监测数据，决定拆除长度。拆除时要有专项拆除方案， 采用滑轮、 绳索等措施确保安全， 严禁采用卷扬机等机械设备连续拆除 ，一般采用跳仓或换撑拆除等方法。（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。图7 双侧壁导坑法（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：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；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；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；图8 中洞法施工顺序 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。2.4 盾构法盾构法施工是以盾构作为施工机械在地面以下暗挖修筑隧道的一种施工方法。盾构是一种钢制的活动防护装置，或活动支撑；盾构是既可支承地层压力，又可以在地层中推进的活动钢制圆形或半圆形装置。2.4.1 盾构施工流程在盾构的掩护下，头可以安全地开挖地层，一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。 尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道的永久衬砌，并将衬砌与土层之间的空隙用水泥压浆填实，防止周围地层的继续变形和围岩压力的增长。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶，用千斤顶块顶在拼成的衬砌环上，使它推进到已挖好的空间内，然后缩回活塞杆，为下一环衬砌拼装创造条件。重复上述过程，不断开挖、不断推进，借助盾构这种特制施工机械，可用较快的速度完成隧道施工基本作业循环，直至隧道建成。盾构施工前，应先修建一竖井，在竖井处安装盾构。采用盾构开挖出的土体，由竖井通道提升运出地面弃土场处理。盾构施工工艺。1盾构；2盾构千斤顶；3盾构正面网格；4出土转盘；5出土皮带运输机；6管片拼装机；7管片；8压浆泵；9压浆孔；10出土机；11管片衬砌；12盾尾空隙中的压浆；13后盾管片；14竖井。图9 盾构法施工工艺图2.4.2 盾构施工法优点（1）安全性。该施工方法属于地下工程暗挖法施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工，可在盾构支护下安全地开挖、衬砌等；（2）高效率。盾构的推进、出土、拼装衬砌等可全部机械化，自动化作业，施工劳动强度较低，而掘进速度比较快；（3）危害小。施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰；（4）经济性。在松软含水地层中，修筑埋置深度较大的长大隧道，具有经济、技术、安全等方面的优越性。2.4.3 盾构施工法存在的缺点（1）重复利用率低。盾构是一种价格较昂贵、针对性强的专用施工机械，对每一座采用盾构法施工的隧道，均应根据工程地质、水文地质条件、衬砌结构断面尺寸的大小进行专门制造、运送、拼装与拆卸等，且设备较复杂。因此，一般不能随便将其他隧道施工用的盾构重复使用；（2）施工复杂。需要有气压供应设备、人工井点降水、衬砌管片预制、衬砌结构的防水设施及堵漏、隧道内的运输、施工测量、场地布置、拼装与拆卸工作井等施工技术的密切配合才能顺利施工。且用气压法施工时，涉及到压缩空气泄出的危险、减压病等医学上的防护措施；（3）适用性受限。对于短于750米的隧道，有统计资料显示，被认为是不经济的；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工困难较大（对水底隧道当覆盖土太浅时施工反而不太安全）；（4）当工作条件差。盾构法施工采用全气压方法稳定地层时，施工条件较差，因此对劳动保护要求较高，用盾构法施工时，在隧道上方一定范围内，尤其是饱和含水松软土层，地表沉陷尚难以防止，拼装衬砌对衬砌整体防水技术要求很高。（5）地表变形不易控制。用盾构法施工时，在隧道上方一定范围内，尤其是饱和含水松软土层，很难防止底表沉陷，而且拼装衬砌时对整体防水技术要求很高。2.4.4 盾构法施工适用范围现代盾构能适用于各种复杂的工程地质和水文地质条件，从流动性很大的第四纪淤泥质土层到中风化和微风化岩层。即可用来修建小断面的区间隧道，也可用来修建大断面的车站隧道。而且施工速度快，对控制地面沉降有较大的把握。但盾构法施工需要较长时间和较高的投资用于盾构与附属设备的设计和制造，以及建造端头工作井等等工程设施。再有，盾构法的施工技术方案和细节对于威严的条件的依赖性，和其他方法相比，这比较要求实现对沿线的工程地质和水温等条件做细致的勘探工作。因此，在地面交通繁忙的建筑物和地下管线密布，对地面沉降要求严格的城区，不宜用明挖法，况且地下水发育，围岩稳定性差，或者隧道长而且工期比较严峻，采用盾构法施工才是比较经济合理的。3 浅埋隧道施工技术分析3.1 明挖法施工技术要点明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术，主要有：3.1.1 放坡开挖技术适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。放坡开挖是明挖法施工的首选方案。采用敞口放坡基坑法修建隧道时，保证基坑边坡的稳定是非常重要的。 影响边坡稳定性的因素主要有：没有按设计边坡来开挖，基坑边坡堆放附加荷载，基坑的降排水措施不力，基坑开挖时间后暴露时间过长风化，开挖过程中未及时刷坡。因此要采取以下措施保证边坡的稳定性：根据图层物理力学性质确定边坡坡度，做好基坑降排水工作保持干燥，可采用坡面土钉、挂金属网喷射混凝土火魔水泥砂浆护面，严格控制边坡坡顶12m范围内堆放的荷载等。3.1.2 型钢支护技术一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。图10 工字钢围护结构支护a）平面图；b）立面图图11 钢板桩围护结构3.1.3 连续墙支护技术在基坑深、地质条件差、地下水位高时，一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽作为基坑的围护结构；当条件适宜时常常配合图层锚杆或横撑一并使用。 连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。3.1.4 混凝土灌注桩支护技术一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。3.1.5 土钉墙支护技术在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。土钉墙围护结构用于深基坑开挖的做法：从上到下分段开挖土方，每段高度12m，并随开挖在开挖面上设置土钉，然后挂网喷射混凝土。土钉墙的施工流程如图12根据地质划分开挖段高度开挖段土方开挖钻设钉孔安装土钉杆注浆铺设钢筋网并与土钉杆尾部焊牢喷射混凝土(710cm厚)加工土钉杆加工钢筋网片架设钻机或人工钻孔重复下开挖段直至基坑底图12 土钉墙施工流程图在土钉墙施工要点：1）钻设钉孔或人工钻设，孔径大小为100150mm，孔深要根据地质情况大部分为基坑深度的70%100%，孔距0.52m，倾斜度为130200。2）加工并安装钉杆。采用螺纹钉杆，为保证钉杆置于孔中心，每隔2m左右设置一支撑杆，钉孔钻好即可安装钉杆。3)注浆。浆液采用水泥浆或水泥砂浆，其强度不低于200MPa，水灰比为0.40.5，根据需要，也可以掺早强剂、微膨胀剂等外加剂，注浆的压力保持在0.40.6MPa。4）水泥沙浆达到设计强度后，要对秃顶施加设计荷载在10%20%的预加应力。5）挂钢筋网时，要将纵向加强钢筋与钢筋网和土钉之间一定要焊接牢固。6）在以上步骤完成之后就可以喷射混凝土，强度不低于200MPa，厚度在7cm到10cm之间。3.1.6 锚杆支护技术在孔内放入钢筋或钢索后注浆， 达到强度后与桩墙进行拉锚， 并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。3.1.7 混凝土和钢结构支撑支护方法依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。3.1.8 明挖法三种基本类型： （1）先墙后拱法：先墙后拱法是最常用的一种方法，适用于地形有利、地质条件较好的各种浅埋隧道和地下工程。图13施工步骤是：先开挖基坑或堑壕,再以先边墙后拱圈（或顶板）的顺序施做衬砌和敷设防水层，最后进行洞顶回填。当地形和施工场地条件许可，边坡开挖后又能暂时稳定时，可采用带边坡的基坑或堑壕。如施工场地受限制，或边坡不稳定时，可采用直壁的基坑或堑壕，此时坑壁必须进行支护。（2）先拱后墙法：先拱后墙法，也称支承顶拱法。在稳定性较差的松软岩层中，为了施工安全，先开挖拱部断面并及时砌筑顶拱，以支护顶部围岩，然后在顶拱保护下开挖下部断面和砌筑边墙。在开挖边墙部分的岩层之前，必须将顶拱支承好。开挖两侧边墙部分的岩层时（俗称挖马口），须左右交错分段进行，以免顶拱悬空而下沉。该法施工顺序见图14（图中阿拉伯数字为开挖顺序，罗马数字为衬砌顺序）。图14 先拱后墙法施工顺序图施工时盖挖半逆作法，须开挖上下两个导坑，开挖上部断面时的大量石碴，可通过上下导坑之间的一系列漏碴孔装车后从下导坑运出，既提高出碴效率，又减少施工干扰。当隧道长度较短、岩层又干燥时，可只设上导坑。在此种场合，开挖时可将临时支撑和拱架都支承于坑道中间未被开挖的大块核心地层上，为避免运输和施工的干扰，可先将上半断面完全修筑完毕，然后再进行下半断面的施工。本法适用于松软岩层，但其抗压强度应能承受拱座处较高的支承应力； 也适用于坚硬岩层中跨度或高度较大的洞室施工，以简化修筑顶拱时的拱架和灌筑混凝土作业。（3）墙拱交替法：墙拱交替法是上述两种方法的混合使用， 边墙和顶拱的修筑相互交替进行， 它适用于不能单独采用先墙后拱法或先拱后墙法的特殊情况。其施工步骤是： 先开挖外侧边墙部位土石方，修筑外侧边墙；开挖部分堑壕至起拱线，修筑顶拱；分段交错开挖余下的堑壕，筑内侧边墙。3.2 盖挖法施工技术分析3.2.1 盖挖逆作法的施工计划由以下三种类型的结合：开挖终了以后，着手地上结构的施工，不限制使用各种机械；地下结构的施工与地上结构施工并行；中心岛工法和逆作法的并用，即中央部顺作法施工，而仅在外周部采用逆作法图15 逆作法与顺作法的施工计划3.3 浅埋暗挖法施工技术要点3.3.1 浅埋暗挖施工中出现的问题施工一般地处第四纪冲、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。一般引起坍塌的原因或因素：地层预加固效果不佳。浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术。对松散地层,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。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。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。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。施工有地下水时，施工前都采取降水措施。部分地层中形成砂和粘土的混合体，管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。地下管线纵横交错，一些雨、污水管修建年代较早，渗漏严重，下穿河、湖水渗漏严重，周围地层处于饱和状态，部分地段还形成一个水囊。随着暗挖施工扰动土体，破坏原有平衡，可能引起坍塌。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。人为管理等因素。施工方法不当；施工方案不当；管理上重开挖轻支护等。3.3.2 常用的辅助工法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，提高地层的自稳能力。常用辅助方法：大管棚支护。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 ,也有采用更大的管棚。管棚直径不是越大越好，施工过程中注意沉降控制。管棚施工带水作业时要间隔进行，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。管棚施工的工艺包括：封闭开挖面，设置钻机平台，铺设钻机走行轨，测定孔位，钻机作业，钻机推出，注浆封孔。具体如图，钻机维修保养钻机就位测量放线修筑钻机平台喷混凝土封闭掌子面管棚试钻精度检测封口结束钢管加工材料准备图16 管棚施工工艺流小导管超前支护。在软弱地层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，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。常用的小导管为 25mm42mm。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；小导管仰角不宜过大，一般控制在15以内。图17 超前小导管预注浆加固围岩施工示意图水平旋喷法。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。目前一般旋喷长度为20m左右，开挖18m，留2m搭接。旋喷压力为不小于20MPa，覆土较薄时要减压，且适当缩小间距。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。地表降水及洞内水理方法。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。粘土层中夹有砂层或砂层中夹有粘土等，管井降水很难全部疏干，地层中存在残留水，这时经常采用水平排水和注浆止水等办法。冻结法。冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道和地下工程的开挖与衬砌施工技术。多用在盾构隧道出发、到达端头、联络通道和区间隧道局部具流塑或流沙地层的止水与加固。另外还有一些小的辅助办法如：开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面、锁脚锚管、设置临时仰拱等。3.4 盾构法施工3.4.1 盾构法施工准备工作 盾构法施工准备工作主要有：盾构竖井的修建、盾构拼装和拆卸的检查、配合盾构施工附属设施的准备。盾构竖井的施工中要注意几点问题的处理：对盾构的出口区段底层、进口区段底层和树精周围底层采取注浆加固措施；地下水较大时，应该采取降水措施，以防止井内涌水、冒浆以及底部隆起；在施工中竖井沉入深度的增加，要对劲敌开挖的工作小心，防止地下水涌出，出现淹井事故。3.4.2 盾构施工变形与沉降控制采用盾构法施工时，一般在隧道上面的地表均会有变形，在松软含水图层中比较常见，地表变形的程度与隧道的直径、底层的特性、盾构施工方法、向衬砌背面的压浆工艺、地面建筑的基础形式都有密切关系。地表沉降的规律：在施工时，眼隧道纵向轴线所产生的地表变形，一般在盾构前方约和盾构深度相等的距离内由地表开始产生隆起，在盾构推过以后底边逐渐下沉，其下沉量随时间推移而增加，然后趋于稳定。如图18，图18 地表沉降纵断面图导致地表变形的因素：扰乱平衡而破坏周围的土体，造成土体变形而形成地表下沉；由于施工过程中井点降水而导致净水平面在井点管周围变成漏斗状曲面，周围地下水的不断补充产生土层内的动水压头，从而导致土中有效应力增加产生了固结沉降等。地表变形的检测与控制：监测地下水位的变化和地表变形观测；对地表沉降的控制有减少开挖面地层的扰动、做好吨位建筑空袭的充填压注浆、选线时充分考虑地面沉降对建筑的影响。4 工程应用分析4.1 工程概况南村隧道属于长隧道，设计为双洞4车道，隧道A线（AK12+759AK14+107）全长1348m，B线（BK12+745BK14+140）全长1395m。隧道进口A线浅埋段平均埋深20m，地层表面为第四系覆盖层，厚度为39m，岩性为硬塑状态的亚黏土、中密状态的碎石和混卵石、块石，其下为强风化状态的变质长石石英砂岩、硬绿泥石石英千枚岩，且均夹劣质煤线，岩体完整程度呈极破碎-破碎，岩芯呈破碎块状-短柱状，部分呈土状。围岩级别V级，完整性、稳定性均较差，开挖时会出现掉块、崩塌、局部可能会存在少量上层滞水和基岩裂隙水。隧道最大开挖宽度13.67m，最大开挖高度（含仰拱）10.55m，最大开挖断面123.8m。隧道衬砌内轮廓为三心圆曲墙结构，采用复合式衬砌，初期支护采用喷、锚、网、钢拱架支护，并辅以管棚、小导管、超前锚杆等预加固措施，二次衬砌为模筑钢筋混凝土。图194.2 浅埋土质地层施工基本原则1）短进尺。在隧道进口浅埋软弱地段，人工配合挖掘机要严格按短进尺开挖，局部坚石采用光面爆破，控制好爆破用药量。2）初期支护紧跟开挖面。在软弱围岩段，地压增长快，自稳时间短。初喷、打设锚杆、挂钢筋网及架立型钢拱架等工作应该在开挖后立即开始，基本与出碴同时或交错进行，尤其在地层破碎或构造带地段更要紧跟支护措施，以保证围岩稳定。3）仰拱紧跟。根据该隧道地质情况，拱、墙部初期支护形成之后要尽早施设仰拱，以使初期支护尽快形成封闭受力结构，并为二衬施工中模板台车轨道的铺设提供条件。一般仰拱与正面下部开挖面保持距离为4050m，以保证开挖、装碴机具有足够的活动场地。4）及时施作二次衬砌。初期支护设置后，仍需对围岩及初期支护变形进行不间断量测。如围岩及初期支护变形仍在急剧增长，则需补强初期支护或架设临时支撑，直到围岩及初期支护变形基本稳定时才可施作二衬。但在V级围岩段，在变形得不到有效控制的情况下，应迅速施做二次衬砌，然后再进行长期检测、观察。4.3 关键施工技术 4.3.1 洞口土石方施工首先清理洞口上方及侧方可能滑塌的表土及危石等，然后开挖洞口边仰坡顶的截水沟，开挖过程应避开雨天进行，洞口段边仰坡开挖应严格按设计控制坡度。开挖时从上至下，随挖随防护，随时监测、检查山坡稳定情况。边仰坡上的浮石、危石要及时清除，坡面凹凸不平处予以修整平顺。4.3.2 超前大管棚施工超前大管棚作为洞口浅埋加强段的辅助施工措施，通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成拱部坍塌。南村隧道超前大管棚支护采用外径108mm，壁6mm的热轧无缝钢管，管节长度46m，采用丝扣相接。管棚的环向布置间距为45cm，共布置48根，倾角13，在拱部180范围内布置。施工要点：1）钻孔平面误差不大于15cm，钢管不得侵入隧道开挖轮廓线；2）管棚应逐节接长，打入1节，再连接后1节，并且钢管接头应纵向错开；3）钻孔时如出现卡钻或塌孔，应注浆后再钻，有些土质底层可直接将钢管顶入。4.3.3 暗洞开挖及支护1）开挖方法及施工顺序。该工程隧道开挖具有开挖断面较大、覆盖层薄、洞线短的特点，隧道洞口加强段和V级围岩采用上、下断面侧壁导坑分部开挖法（CD法）进行施工。先开挖1部及2部，后开挖3部及4部，2部相对于1部，3部相对于4部均为短台阶，台阶纵向长度一般不超过5m，1、2部在纵向超前3、4部至少1 m。这样可以减少各部分交叉工序的干扰，加快施工进度。施工以机械开挖或风镐人工开挖为主，松动爆破为辅，每循环进尺0.8m，每部开挖后应及时施作初期支护和临时支撑，以减小导洞下部开挖时因拱部初期支护拱脚悬空引起的下沉，初期支护拱脚部位设锁脚锚杆加固。V级围岩段围岩自稳性差、工序多且干扰大，施工中应本着稳步开挖的原则。2）喷射混凝土施工。喷射机安装调试后先注水后通风，清通机筒及管路以便投料，连续喂料，经常保持料斗内料满，料斗上设孔径12mm的筛网1道，避免超径骨料进入机内，造成堵管。喷射时，先注水（注意喷嘴要朝下，避免水流入输料管），后送风，然后上料，根据受喷面和喷出的拌和物情况调整注水量，以喷后易黏着、回弹小和表面呈湿润光泽为度。喷射顺序：采取分段、分部、分块，先墙后拱，自下而上的顺序，如岩面凹凸不平时，应先喷凹处找平，然后向上喷射。喷射时，喷嘴料束应呈旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形进行。转动半径一般为15cm左右，每次蛇形前进34m。料束旋转速度要均匀，不宜太慢或太快。为保证喷射混凝土密实度，减少回弹量，对于风压、水压及喷头的喷射距离、喷射角度都应合理调整。喷嘴至受喷面距离以0.81.2m为宜，料束以垂直于喷射面为佳，倾斜角不大10。在有钢拱架时应注意使喷射混凝土与钢拱架结成一体，要注意在钢拱架背面不留空隙。3）锚杆施工。开挖后先进行第1层喷射混凝土施工，待该层混凝土终凝并形成一定强度后，按设计要求布置锚杆，用红油漆标示清楚位置，钻孔时尽量保持钻孔垂直于岩面。钻孔完成后，用高压风吹净孔内岩屑，并检查钻孔深度；将锚杆体送入孔内，直达孔底，并注意转动杆体，安好垫板及螺帽，并安装止浆塞。注浆采用水泥砂浆，注浆压力不得