浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术

1、浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术崔玖江（北京市政府专家顾问）1 .浅埋暗挖法定义浅埋暗挖法是依据新奥法（NewAustrianTunnellingMethod）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、卵石等地层修建覆跨比大于0.5的隧道；对于较高地下水位的类似地层，采取灌浆堵水或降水等措施后仍能适用。采用浅埋暗挖法修建的隧道多采用复合式衬砌。隧道复合式衬砌是分内外两层先后施作的隧道衬砌

2、。隧道开挖后，采用锚喷或喷射混凝土+钢架+钢筋网作为衬砌（一次）支护，待围岩及初期支护经监控量测确认基本稳定后在施作内层衬砌（二次衬砌），内层衬砌一般为摸筑混凝土，在两层衬砌间设防水层。对于无水地层，采用浅埋暗挖法修建的隧道也有采用在初期支护基面上施工作聚合物水泥砂浆作防水层后即作为永久结构。2 .浅埋暗挖法修建隧道的一般规定2.1 采用浅埋暗挖法修建隧道时，应认真贯彻“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”18字原则。2. 2以喷射混凝土+网构钢架+钢筋网为初期支护（即一次衬砌）、二次衬砌为模筑钢筋混凝土，应在两层衬砌之间施作高材料的防水层。2.3当隧道围岩为V类，由于其自稳能力差

3、，必须采取预注浆加固地层后方可开挖。2.4隧道开挖应在无水条件下进行。如遇地下水，根据工程具体情况选择人工降水或灌浆堵水措施，创造无水作业条件。2.5隧道开挖应减少对围岩的扰动，保持隧道开挖轮廓圆。2.6隧道的防水层及二次衬砌应在初期支护变形基本稳定的条件下再施作。2.7施工前应根据施工规模、工期、围岩情况、现场条件编制施工组织设计，其内容包括：施工方法及技术措施、施工部署及质量、安全、环境措施等。2.8开工前必须进行质量、安全及施工工艺的培训工作，建立各工序工艺卡片。2.9施工期间必须加强施工管理，确保个工序衔接，不间断地施工。2 / 30浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术2.10监控量测工作应

4、纳入隧道施工作业循环之中，作为工序循环的一个组成部分。3 .浅埋暗挖法修建隧道施工程序浅埋暗挖法修建隧道应按图3.1所示程序组织施匚图3.14 .施工辅助措施4.1 在软弱地层中，对隧道开挖工作进行加固处理，可采取下列辅助措施:1. 1.1喷射混凝土封闭开挖工作面；4. 1.2超前注浆小导管支护；5. 1.3管棚钢架超前支护；4 / 30浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术4.1.4设置临时仰拱或临时支护；4.1.5地表注浆加固；4.1.6小导管周边注浆及围岩深孔注浆；4.1.7其他措施。根据工程具体情况，选择一种或几种措施同时采用。4.2采用喷射混凝土封闭工作面时，应采用早强喷射混凝土，其厚度宜为

5、510cm。4.3超前注浆小导管4.3.1小导管要和网架配合使用，从钢架格栅腹部穿过。4.3.2用小32640钢管制作，在砂卵石地层采用巾32（外径）无缝钢管，其他地层可采用640（外径）无缝钢管。管长：隧道网构网架间距为7500cm,每开挖2个循环注浆一次,管长为3m；隧道网构钢架间为50m,每开挖2个循环注浆一次，长为2.25m。小导管制作要求：先把钢管解成需要长度，在钢管一端做成30cm长圆锥状，在另一端10cm处焊接1）6钢筋箍。距钢筋箍一端75cm处开孔，剩余部分每隔20cm梅花布设小668的溢水孔。4.3.3小导管沿隧道拱部布设,环向间距应不小于30cm,外杆角（仰角）在5。10&

6、#176;4.3.4灌浆材料根据隧道所处地层条件因地制宜、合理选择灌浆材料。对于无水粗砂及砂砾（卵）石地层宜选择单液材料；对于无水中砂或粉细砂地层宜选择改性水玻璃浆；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：对于前期强度要求较高的地层，可选择硫铝酸盐水泥浆。4.3.5灌浆参数灌浆终压：0.3MPa：浆液扩散半径：0.25m灌速度30L/min灌浆量Q二nR,LnaB式中：R浆液扩散半径，m；L注浆管长（只计花管部分长度），m；地层孔;。地层填充系数，一般取0.8；B浆液消耗系数，一般取L11.24.4管棚4.4.1管棚用钢管直径为小6小180mm,钢管中心间距宜为管径的23倍。

7、4.4.2管棚长度应根据工程具体条件及地层条件选用，一般不宜小于10m4. 4.3纵向两组管棚的搭接长度应大于3m.1. 5临时仰拱的设置区段应根据围岩情况及测量数据确定，其做法可采用工字钢或喷射混凝土构筑。4. 6在软弱地层中施工时，根据围岩情况及测量数据，为确保隧道结构稳定，可选用小导管周边灌浆或深孔围岩灌浆。5.竖井城市地铁或市政工程隧道隧道浅埋道路下方，为此必须在地面向下开挖竖井方能开辟工作面，而城市道路无开挖竖井条件，则必须根据具体工程所处的条件，在隧道一侧开挖竖井，再从竖井底向隧道方向开挖横通道，山横通道再开辟进入主隧道的工作面。竖静一般采用复合式衬砌结构，如工程完工后废弃可采用支

8、护结构（必要时加作防水层）。竖井由地面而下，初期支护采用逆筑法施工，其工艺流程图如图5.1所示图5.14.1 竖井锁口段开挖根据测量所放控制线，定出锁口圈的开挖轮廓线，井口段可以采用PC-220反铲挖掘机配合人工进行开挖。为保证井口开挖后井壁的稳定和喷锚支护施工的要求，井口分三次开挖成型。开挖土方由挖掘机直接装入自卸汽车外弃，同时工人对井壁进行修整，以保证竖井断面尺寸符合设计要求。在开挖过程中，严禁超挖，发生超挖时，用同等级的碎喷平。在开挖时，及时对该层井壁施作初期支护。地下工程竖井常用锁口结构见图5.2单位:m竖井锁口平面10.6S.61-1剖面2-2剖面图5.25. 2竖井锁口段衬砌竖井开

9、挖4m后，先平整开挖面，用水泥砂浆抹平初支基面后施做防水；然后绑扎井圈钢筋，钢筋的绑扎接头错开，绑扎搭接错开，绑扎搭接长度35d,采用300mmX1500mm的钢模板及满堂红脚手架，同时根据测量防线预埋提升井架基础、护栏，具体尺寸见提升井架，锁口圈的结构图。锁口圈绑扎钢筋时向预埋联结筋；井圈采用C30商品碎，一次性连续灌注。5. 3碎挡水墙模筑井圈碎时，沿竖井井圈四周浇筑一道宽300mm高500mm的挡水墙。5.4 竖井井深开挖及支护开挖采用人工开挖，由上而下逆作施工，渣土由人工装入吊桶，通过电动葫芦提升至地面渣场，竖井每完成一段开挖，经检查开挖尺寸符合设计要求后，立即进行该段的初期支护，为防

10、止竖井壁坍塌，同时控制钢支撑便移采取小导管超前注浆；与边墙成45°角，穿过刚支撑打3.5m长小42管棚，环向间距1.0m,竖向每两根支撑（间距1.0m）排设一次：井壁钢格珊在井外预制，井内安装，用螺栓将其连接成整体。喷射碎采用湿喷工艺，采取分侧分块开挖，一侧喷碎支护后再进行另一侧开挖。施工期间在井壁设临时爬梯，供施工人员上下。5.5 竖井封底竖井开挖至设计标高后，按设计支护封底，并在井底设集水井。5. 6竖井回填工程完毕后，竖井采用回填土分层回填夯实。5. 7竖井施工技术措施5.7.1井身开挖过程中严格控制纲支撑进尺，及时间网喷混凝土支护，达到尽快封闭的目的。5.7.2为密实初支与壁

11、后主体的空隙采用壁后回填注浆；5. 7.3当井壁上有涌水时，预埋胶管，把水引入积水吭，抽排出井外，并对涌水点周围排管注浆堵水。6. 7.4竖井支护同时预埋梯步预埋件。7. 横通道施工6. 1竖井马头门施工竖井马头门即竖井与横道道上台阶后，先行将横通道上半断面进洞，通过对两种开挖方式洞察口处受力的简单分析。采用第一种方法施工时，洞口下断面应力集中，为了避免马头门处的应力集中，保证施工安全，采用第二种马头门方式，即竖井挖至横通道上半断面时,半断面先行开挖8m10m。如图6.1图6.1施工前应在马头门位置处进行换撑措施处置，在割除前先在竖井内架设临时支撑，确保马头门处土体稳定，临时支撑在进洞后拆除。

12、排设超前小导管及注浆洞口处换撑措施措施完毕后，应尽快在井壁上放出横通道开挖轮廓线的位置，并标出超前小导管的位置，为了加大洞口处加固地层的范围，马头门处第一排小导管长度为5m,且尽量与隧道中线保持平行，超前注浆加固地层。分部破除马头门处井壁混凝土，割除钢格栅支撑。注浆完毕后，即破除马头门处上部竖井井壁碎，割除该部位钢格栅支撑，架设上部第一根格栅架，并将其主筋与周围的竖井壁格栅焊接牢固，并及时喷射碎，按隧道的主体开挖及初期支护的方法将上部向前推进8m10m,待竖井施作到底部并施作井身衬砌后，破除下部竖井井壁碎，割除该部为位的钢格栅支撑，架设下部第一根格栅拱甲，同样将起主筋与周围的竖井钢格栅焊接牢固

13、，并及时喷射碎。竖井马头们处的格栅一定要架到位，防止侵入竖井净空。7. 2横通道施工8 / 30浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术根据竖井用途和横通道断面大小的不同，如仅用于施工，横通道断面能满足施工需要即可；如横通道用作通风道，则断面较大，应按设计要求进一步施工，仅用于施工的横通道断面如图6.2所示区同隧道凯顶区阿随道13 / 301U图6.2当从横通道进入地铁主隧道交叉口前，横通道应抬高约2.9m,以利于开“马头门”进入主隧道施工。交叉口断面如图6. 3所示为了保证施工时的安全，分上、下二部开挖，设临时仰拱。由于交义口段结构受力转换复杂，临空面多，横通道施作完并将端头墙封闭后，再施工主隧道。端

14、头墙采用水平钢格栅+系统锚杆+纵向连接筋+系统锚杆+喷射碎，自上而下进行封闭。施工交叉口断面时，在正洞拱顶开挖线上方加设格栅横梁将通道格栅联结成整体，使得主隧道“马头门”结构受力转换稳定，以保证主隧道开挖时的安全。工程施工完毕后，施工横通道中间采用土石进行回填密实，并进行压浆填实，横通道两端采用混凝土封堵。8. .地铁区间隧道标准断面正台阶法施工8.1 正台阶法开挖断面分块及台阶长度的控制一般情况下，根据地质情况台阶长度控制在5-8m,在遇水开挖困难地段台阶长度适当延长至15nl左右，以满足洞内轻型井点降水要求，如图7.17.14卜俎格网£丈妒城先碎QQ拱战二利碇传作起前小导管?&#

15、39;、价八环影开花上部格畏钠架、阳嗔支芯上台阶用的核心上开挖下台阶开光7.2正台阶法施工流程见图7.2图7.27.3正台阶法施工工序示意见图7.3序号施工示意图文字说明1彳_JL1虢小导管W,1=3.5,卜30。0界向问时帅虬向月比2伽冰平便角5,10第一步:拱鞭前小导管注浆，台阶法环形开挖上部土俶施做上部初他2(Lj一j第二步:开挖核心土及下部土体，施做下部初衬；3i*|t/-ihi/jir4|第三步:施做仰拱防水层及浇宽仰拱混凝土二衬浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术7.4施工要点及技术措施：1.1 .1采用“正台阶法”施工,开挖循环进尺宜为每根格栅间距。7.4 .2严格控制隧道开挖的中线和

16、水平,开挖轮廓要圆顺,防止超挖,局部欠挖处人工修凿，但要充分考虑施工误差及顶留变形。7.4. 3隧道开挖时保留核心土,待拱部初支完成后再开挖核心部分土体。7.4.4 当隧道围岩自稳能力较差时,应尽可能缩短开挖台阶长度,尽快使初期支护闭合。7.4.5 在过房屋段时，为严格控制地表陈降，在上台阶架设临时仰拱，待下半段面初支封闭达到设计强度后拆除。7.4.6钢格栅接头采用连接板和螺栓连接以方便安装。7.4.7为防止格栅承载下沉,钢格栅下端设在稳固地层上,或设在扩大钢板混凝土垫块上。7.4.8为防止开挖下部引起格栅悬空出现下陈,可在上半段面格栅拱脚施作锁脚锚管,或在拱脚下设纵向托梁把几排格栅连成整体，

17、下部开挖后及时拼接。7.4.9格栅安装位置要准确,各节点要对齐,连接要牢固，确保格栅可靠受力。7.4.10初支结束后及时回填注浆,液浆为内渗XPM外加剂的无收缩浆液。7.4.11作好开挖的施工记录和地质段面描述,加强对洞内外的观察。7 .4.12开挖过程中必须加强监控量测，当发现拱顶拱脚和边墙位移速率值超过设计允许值或出现突变时°,应及时施工临时支撑或仰拱，形成封闭环,控制位移和变形。根据量测结果进行跟踪注浆。8 .大断面隧道隧道CRD法施工CRD法(centercrossdiaphragm)即交叉中隔壁法,适用于地质条件差,跨度较大，陈降控制要求高的隧道。8.1 法开挖断面分块加台

18、阶长度的控制CRD法施工时;隧道分成四个部分开挖,开挖顺序见图8.1,各部分开挖施工间隔为：部与部相隔6-8ni。各部每次开挖进尺为一个格栅间距,严禁多根一次开挖,在各开挖分部内,按正台阶法分两台阶支护，台阶长度2-3叫见图8.1/也/X®!®：$i«N©L=2m-3m公L二2m3mS-也4（一，：L>10m图8.1图8.28.2CRD法施工工艺流程图，见图&28.3CRD法施工要点及技术措施8.3.1注意控制先行导洞的开挖中线和水平,确保开挖端面圆顺,钢格栅安装位置正确。8.3.2加强量测监控，作好信息反馈,及时调整施工方法。8.3.3尽

19、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。8.3.4因为CRD法工序较多,工序转换使得结构受力复杂，为保证临时拆除格栅时的安全,必须保证各部格栅之间的连接质量。8.3CRD法工序示意图，见图8-2序号施工示意图文字说明1小导浆:WE撤;1F3T-7,入%/*o确好黜摊第一步：开挖洞室，施作初期支护2/二二-一V*/.朝蚊护/./.;.】'J一一第二步：台阶法开挖洞室，施作初期支护3翻1”一十，、一第三步：开挖洞室，施作初期支护4翎以才一二二7ZZ二F./、./'.©©、JAQ)0第四步：台阶法开挖洞室，施作初期支护54之二二

20、二w±/J.7"，'；Kiir/KV!i/.-.一-.第五步：根据监测情况，纵向分段拆除临时仰拱及中隔壁23 / 30第六步：敷设防水层，施作二次衬砌及内部结构9.大断面隧道双侧壁导坑（眼镜）法施工双侧壁导坑法适用于地质条件差跨度大沉降控制要求高的隧道.9.1 双侧壁导坑法施工工艺流程图，见图9.1图9.19.2双侧壁导坑法施工示意图见图9.2序号施工工序示意图文字说明第一步：超前支护后，分布开挖1部,预留核心土,及时架立隔栅，中隔墙、仰拱，尽快成环。第二步：与1部错开合适的台阶长度，分部开挖2部，及时架立隔栅、中隔墙、仰拱，尽快成环。第三步：1、2部施工完毕后，拆

21、除临时仰拱，施做边墙二衬，为保证结构稳定，顶部用异型型钢钢撑托焊接在中隔壁上，底部采用型钢支撑。第四步：1、2部边墙衬砌完成后，超前支护后，分部开挖3部，顶预留核心土，及时架设隔栅、中隔墙、仰拱，尽快成环。序:号施工二序示意图文字说明第五步：与1部错开合适的台阶长度，分部开挖2部，及时架立隔栅、中隔墙、仰拱，尽快成环。第六步：3、4部施工完毕后，拆除临时仰拱，施做边墙二衬，为保证结构稳定，顶部用异型型钢钢撑托焊接在中隔壁上，底部采用型钢支撑。第七步：3、4部边墙衬砌完成后，超前支护后，分部开挖5部，顶预留核心土，及时架设隔栅、中隔墙、仰拱，尽快成环。第八步：5部施工完毕后,拆除两侧中隔壁上部支

22、撑，施做顶部二衬，为保证结构稳定，边墙异型型钢撑托部分部拆除。第九步：顶板衬砌完成后，分布开挖6部，预留核心土，及时架设仰拱，季军那块成环。文字说明第十步：与6部错开合适的台阶长度，分部开挖7部，及时架立格栅、仰拱,尽快成环。第十一步：7部施工完毕后，拆除剩余中隔壁，施做底板二衬，结构二衬成环。9.3施工要点及技术措施9.3.1双侧壁导坑法施工要点及技术措施同CRD法。9.3.2双侧壁导坑法先进行侧洞衬砌，后开挖中洞，侧洞顶部衬砌形成悬臂结构，易造成混凝土开裂、失稳，为保持结构稳定，侧洞顶部二衬时预埋一异型型钢构件，焊接在侧洞中隔壁上，侧洞底部衬砌采用型钢撑托塞紧底部衬砌与中隔壁间空隙；中洞进

23、行顶板衬砌时，只割除中隔壁顶部，异型型钢焊接部分仍与中隔壁相连接，保证整体的稳定，中洞底板衬砌施工时方可拆除全部支撑。10.双联拱隧道中洞法施工10.1 双联拱隧道中洞法施工示意图见图10.1序号图例说明第二步：在中洞内铺设防水层，施作中墙。第一步：沿外轮廓打设超前小导管，小导管注浆，上下台阶法开挖中洞；上下掌子面间距5米。第三步：对称开挖中洞两侧边洞上台阶，施作两边洞上部初期支护第四步：开挖两侧边洞下台阶，施作两边洞下部初期支护第五步：分段凿除部分中洞临时初期支护，铺设防水层，施作两边洞下部二次衬砌。浅埋暗挖法修建隧道关键施工技术6XIXI二加0第六步：分段凿除中洞临时初期支护，铺设防水层，

24、施作其余二次衬砌。10.2施工要点及技术措施10.2.1超长小导管注浆严格控制配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并侧定注浆固结体的强度，选定最佳配合比。注浆过程，严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求，并稳压，保证浆液的渗透范围，防止出现结构变形、串浆、危及地下构筑物的异常现象。当出现异常现象时，采取下列控制措施。降低注浆压力或采用间隙注浆。改变注浆材料或缩短浆液凝胶时间。调整注浆实施方案。注浆效果检验：一方面用进浆量来检查注浆效果，另一方面因为注浆方法为周边单排固结注浆，开挖隧道后检查地层固结厚度，如达不到要求，要及时调整浆液配合比，改善注浆工艺。注浆的次序由两侧

25、对称向中间进行，自下而上逐孔注浆。注浆过程派专人记录，开挖时要检验注浆效果。注浆达到需要强度后方可进行开挖作业。10.2.2.初期支护关键技术初期支护封闭成环关键技术在施工时采取分部开挖的方式，因此分部开挖的初期支护及时成环，是确保隧道稳定安全的关键，在施工中拟采用如下技术措施：确定合理的循环进尺。结合本工程地质条件、工期要求及施工方法，确定循环进尺为0.5-0.7米；控制台阶长度，一般保持在3-5米较为合适；加强各工序间的衔接，加快各部分开挖和初期支护施工进度；勒测量各部开挖支护完成后围岩变形情况，及时修正初期支护中超前小导管、格栅钢架的设计参数，严格控制围岩变形收敛；各种机具处于良好运转状

26、态，保证不间断地组织施工；组织熟练的操作施工人员，保证施工有序进行。10 .2.3临时中隔墙和中隔板的拆除施工隧道主体二次衬砌前，临时上下导洞初衬的拆除关系到中洞顶拱预留防水板焊接接头的安全，因而，在拆除时必须作好以下准备：拆除前认真检查预留防水板的位置，并采取在其侧面加设2mm原的钢板进行防护，拆除作业时，要避免用风镐撞击防护钢板，以免损伤防水板。临时中隔墙和中隔板初衬采取分段拆除，并按照自下而上的顺序拆除。11 .渡线段隧道施工折返线断面变化多，工法转换较为频繁，结构跨度大，施工较为复杂，如图11.1所示，隧道结构的拱顶土体自稳能力差，而在渡线段，左右线间的狭窄柱较薄，最小处仅1.5米,在

27、施工的多次扰动下，极易引起隧道的坍塌，如何在渡线段施工中顺利的实现工法、断面的转换过渡，和确保该段结构及狭小土柱的稳定是施工的重点和难点。11.1 合理组织，实现工法与断面转换的顺利过渡在渡线段近10多个断面变化点。这些段面变化处有的断面尺寸相差不大，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。按施组安排，将这些断面过渡分为两类，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。在施工过程我方将加强管理，不断优化施工方案，合理并紧凑组织施工工序。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，再破口进入小断面施工，初支封端采用双层喷碎支护，内层为焊接双层钢筋网支护,并设置系统锚杆，外层为钢架锚喷碎支护。大断面或大断面的部分开挖至设计位置，初喷4cm厚碎，连架两根I钢架，架最后一根