隧道工程浅埋暗挖法施工培训讲义

隧道工程

浅埋暗挖法施工1一、

概述1、

浅埋地下工程基本概念

(1)浅埋隧道定义铁路隧道定义：对于单线或双线隧道洞顶埋深小于：VI级围岩35-40m、V级围岩18-25m、IV级围岩10-14m、III级围岩5-7m，为浅埋隧道。城市地铁：覆跨比H/D在时为浅埋，H/D小于0.6时为超浅埋。(2)浅埋隧道特点最大的特点是埋深浅，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。2

(3)浅埋地下工程的施工方法

主要包括：明挖法（盖挖法）、盾构法、浅埋暗挖法。浅埋地下工程施工方法优缺点比较3前德国地铁建造成本的变化

2、浅埋暗挖法基本原理(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。并在军都山黄土隧道、北京地铁复兴门折返线、复—八线、西单车站采用浅埋暗挖技术取得了巨大的成功。41987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。军都山隧道（1988）（第一次用小导管、网构钢架）北京地铁复兴门折返线（1987）（国家科技进步二等奖）5第一次用浅埋暗挖法建成北京地铁车站试验段第一次用浅埋暗挖法建成京珠高速乌龙岭双连拱隧道(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。6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。7

3、浅埋暗挖法的发展方向浅埋暗挖法具有很多优点，但其缺点是：施工速度慢，施工工艺受施工队伍的技术水平限制等。发展的方向：

(1)拓宽浅埋暗挖法的应用范围目前浅埋暗挖法已经推广到广州、深圳、北京、杭州等地特殊的流沙、淤泥、含水砂层、流塑、半流塑地层；埋深缩小到0.8m；暗挖施工的车站跨度达26m；穿越密集民房。随着建设项目的增多，还需进一步研究新的辅助工法和施工工艺，以适应各种地层条件、埋深、跨度等方面的要求。

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(2)以信息化设计法补充和丰富传统的经验类比设计法根据地表建筑物条件，选择合理的沉降值和结构刚度，并通过监控量测资料，及时调整、优化支护参数。对于地面无建筑物、地下无管线、对地面沉降要求不高时，可采用刚度较小的支护结构，以发挥围岩的自承能力；对于地面沉降要求比较严格的区段，应采用刚度较大、先柔后刚的网构钢拱架支护结构，以防止围岩过渡变形。

(3)选择适宜的辅助施工措施常用的有：环形开挖留核心土；喷混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆或超前小导管支护；超前小导管周边注浆支护；设置上半断面临时仰拱；深孔注浆加固地层；长管棚超前支护；特殊地层冻结法；水平旋喷超前支护；地面锚杆或高压旋喷加固地层；降低洞内、洞外地下水位；洞内超前降排水。9

(4)选择合理的支护参数和施工方法(a)支护要及时，不仅能减小支护结构的荷载，还能避免地层的过分变形。(b)对浅埋软弱地层，锚杆作用降低，尤其顶部两侧30度范围内锚杆是承压的，可取消该区的锚杆。超前小导管是有效的，第一台阶一般2.5—2.7m，小导管长3.5m—3.7m，以确保1m左右导管插入破裂面以外。(c)作为初支的喷混凝土厚度要合理，太厚不利于混凝土材料力学性能的发挥，当厚度dD/40（D为洞径），喷混凝土支护接近无弯矩状态，支护结构性能较好。因此，用增喷混凝土厚度的方法来加强支护效果较差，应在采用合理的喷射方法、材料、配合比、外加剂上想办法，比如用湿喷、潮喷法，加聚丙烯纤维等。10(d)采用正确的施工方法，从工程造价和施工速度考虑：施工方法的选择顺序应为：正台阶—台阶设临时仰拱—CD工法—CRD工法—眼镜工法，从施工安全考虑，顺序正好反过来。(5)富水地层的结构防水

目前的设计思路是：第一道防水线是初支和二衬之间铺设全包防水板；第二道防水线是二衬防水混凝土。

实践证明：在无水或少水地层是有效的，在富水地层失败。原因：(a)初支表面混凝土不平整，锚杆头也难于处理，难以保证防水板的完整性，特别是钢筋混凝土更易造成防水板破坏，这样封闭防水层结构的设计思想得不到落实。(b)防水板与初支之间容易形成水囊，一旦防水板破裂，水就会在薄弱环节寻找出路，造成施工缝漏水。11(c)采用全包防水板，水压直接作用在二衬上，容易造成衬砌开裂而漏水。

改进措施：(a)加强初期支护的防水能力，提倡喷射防水混凝土，也可在初支与围岩之间进行填充注浆，把地下水拒之初支之外。(b)在初支表面布设一定数量的引水盲管，将少量初支渗漏水引排出去，防水板铺设到墙脚配合二衬防水混凝土防水，仰拱不铺设防水层，对进入初支结构和二衬之间的渗漏水应遵照以排为主的原则处理。12二、浅埋暗挖法施工原则及方法的比较1、浅埋暗挖法施工原则(1)根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差：可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好：可用全断面开挖法。(2)应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。(3)应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套几具，为快速施工创造条件，设备投入量一般不少于工程造价的10%。(4)施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的工序。13(5)工序安排要突出及时性，地层差时，应严格执行十八字方针。(6)提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高质量和速度。(7)应加强通风，洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。(8)应采用网络技术进行工序时间调整，进行进度、安全、机械、监测、质量、材料、环境管理。

2、浅埋暗挖施工方法的比较

14浅埋暗挖各施工方法的比较15三、全断面开挖作业

(1)施工顺序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，然后将钻孔台车退后50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出碴后钻孔台车再推移到开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时，施作初期支护，铺防水隔离层（或不铺），进行二次模筑衬砌。

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，大那个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。16（2）适用范围全断面法主要适用于I~II级围岩，当断面在50㎡以下，隧道又处于IV级围岩地层时，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20㎡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。（3）优缺点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。17四、台阶法开挖台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个断面或几个工作面，分步开挖，根据地层条件和机械配备情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔墙台阶法等。该法在浅埋暗挖法中应用最广，可根据工程实际、地层条件和机械条件，选择合适的台阶方式。

1、正台阶法开挖正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降，上台阶长度（L）一般控制在1~1.5倍洞径（D），根据地层情况，可选择两步或多步开挖。18（1）上下两部分步开挖法

采用此法，若地层较好（III~IV级），可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。19（2三）多三部分三步开三挖留三核心三土该法三适用三于较三差的三地层三，围三岩级三别为V、三VI三级，上三台阶三取1三倍洞三径左三右环三形开三挖，三留核三心土三，用三系统三小导三管超三前支三护、三预注三浆稳三定工三作面三；用三网钩三钢拱三架做三初期三支护三；拱三脚、三墙脚三设置三锁脚三锚杆三。从三断面三开挖三到初三期支三护、三仰拱三封闭三不能三超过三10三d，三以确三保地三面沉三陷控三制在三50三mm三以内三。202、三有关三台阶三长度三问题台阶三长度三之所三以定三为1三倍洞三径（三D）三，主三要因三为：地面三沉降三不容三许超三过3三0m三m，三承载三拱的三跨度三约为三1倍三洞径三。在1三倍洞三径区三段周三围地三层产三生横三向和三纵向三两个三承载三拱的三作用三，这三对开三挖是三有利三的，台阶三长度三超过三1倍三洞径三将失三去纵三向承三载拱三受力三结构三，仅三有横三向平三面承三载拱三受力三结构三。上台三阶若三选用大于三1.三5倍洞径三的长三台阶三，在开挖三时纵三向变三位大，上三台阶三断面三形状三不利三于受三力，三而且三容易三引起三周围三地层三松动三，塑三性区三增大三，造三成拱三脚附三近受三力大三而使三其失三去稳三定性三。上台三阶若三过短三，小于三1倍三洞径，因三洞内三纵向三破裂三面超三过工三作面三，易三造成三洞顶三土体三下滑三，引三起工三作面三不稳三定，三所以软弱三地层三不能三采用三短台三阶法三施工，但三是若三用硬三岩爆三破法三施工三时，三为了三便于三风钻三打眼三，可三设置三超短三台阶三。21纵向三承载三拱三上台三阶过三长引三起松三动荷三载三开三挖过三程纵三向变三位影三响长三度22从安三全角三度考三虑，三台阶三长度三定为三1倍三洞径三是合三理的三，施三工机三械的三配置三也应三遵守三这个三原则三。因三此，在采三用正三台阶三法施三工时三，应三树立三一个三概念三，不三要分三长台三阶、三短台三阶、三微台三阶，三这是三长期三施工三经验三教训三的总三结，三有关三施工三规范三中也三取消三了这三种说三法，三也不三再提三半断三面法三开挖三。需要三说明三的是三，在三II三类砂三卵石三地层三中进三行大三断面三正台三阶开三挖，三必须三同时三实施三深孔三注浆三和小三导管三超前三支护三、预三注浆三辅助三工法三。3、三正台三阶法三开挖三优缺三点(1三)三灵活三多变三，适三用性三强。三凡是三软弱三围岩三、第三四纪三沉积三地层三，必三须采三用正三台阶三法，三尤其三是各三种不三同方三法中三的基三本方三法。三而且三，当三遇到三地层三变化三（变三好或三变坏三），三都能三及时三更改三、变三换成三其他三方法三，所三以被三称为三浅埋三暗挖三施工三方法三之母三。23(2三)三具有三足够三的作三业空三间和三较快三的施三工速三度，三台阶三有利三于开三挖面三的稳三定，三尤其三是上三部开三挖支三护后三，下三部作三业则三较为三安全三。当三地层三无水三、洞三跨小三于1三0m三时，三均可三采用三该方三法。(3三)三台阶三法开三挖的三缺点三是上三下部三作业三相互三干扰三，应三注意三下部三作业三时对三上部三稳定三性的三影响三，还三应注三意台三阶开三挖会三增加三围岩三被扰三动的三次数三等。24五、三单侧三壁导三坑超三前导三坑法三开挖主要三适用三于地三层较三差、三断面三较大三，采三用台三阶法三开挖三有困三难的三地层三。采三用该三法可三变大三跨断三面为三小跨三断面三。大三跨断三面多三不小三于1三0m三，可三采用三单侧三壁导三坑法三，将三导坑三跨度三定为三3~三4m三，这三样就三可将三大跨三度变三为3三~4三m跨三和6三~1三0m三跨，三这种三施工三方法三简单三可靠三。采用三该法三开挖三时，三单侧三壁导三坑超三前的三距离三一般三在2三倍洞三径以三上，三为了三稳定三工作三面，三经常三和超三前小三导管三注浆三等辅三助施三工措三施配三合适三用，三一般三采用三人工三开挖三，人三工和三机械三混合三出碴三。25六、三中隔三墙法三（C三D工三法）三和交三叉中三隔墙三法（三CR三D工三法）三开挖(1三)三基本三概念CD三法（C三en三te三r三Di三ap三hr三ag三m）三主要三适用三于地三层较三差和三不稳三定岩三体，三且地三面沉三降要三求严三格的三地下三工程三施工三。当三CD三法仍三不能三满足三要求三时，三可在三CD三工法三的基三础上三加设三临时三仰拱三，即CR三D法（C三ro三ss三D三ia三ph三ra三gm三）。CD三法首三次在三德国三慕尼三黑地三铁工三程的三实践三中获三得了三成功，CR三D法三是日三本吸三取欧三洲C三D法三的经三验，将三原C三D工三法先三开挖三中壁三一侧三改为三两侧三交叉三开挖三、步三步封三闭成三环、三改进三发展三的一三种工三法。三其最三大特三点是三将大三断面三施工三化成三小段三面施三工，三各个三局部三封闭三成环三的时三间短三，控三制早三期沉三降好三，每三个步三序受三力体三系完三整。26(2三)三施工三顺序三及工三艺CR三D法三施工三国家三计委三地下三停车三场工三程2728(3三)三方法三的比三较大量三的施三工实三例资三料的三统计三结果三表明三，C三RD三法优三于C三D法三（C三RD三法比三CD三法减三少地三面沉三降近三50三%）三，而三CD三法又三优于三眼镜三法。三但是三CR三D工三法施三工工三序复三杂，三隔墙三拆除三困难三，成三本较三高，三进度三较慢三，一三般在三第四三纪地三层中三修建三大段三面地三下结三构物三（如三停车三场）三，且三地面三沉降三要求三严格三时才三使用三。每三步的三台阶三长度三都应三控制三，一三般为三5~三7m三。在市三区软三弱、三松散三的地三层中三，仅三从控三制地三层位三移的三角度三考虑三，前三述隧三道浅三埋暗三挖施三工方三法择三优的三顺序三为C三RD三工法三→眼三睛工三法→三CD三工法三→上三半断三面临三时闭三合法三→正三台阶三法。三而从三进度三和经三济角三度考三虑，三由于三各工三法的三工序三和临三时支三护不三同，三其顺三序恰三恰相三反。29七、三双侧三壁导三坑法三开挖(1三)三基本三概念双侧三壁导三坑法三也称三眼睛三工法三，也三是变三大跨三度为三小跨三度的三施工三方法三，其三实质三是将三大跨三度（三＞2三0m三）分三成三三个小三跨度三进行三作业三，主三要适三用于三地层三较差三、断三面很三大、三单侧三壁导三坑超三前台三阶法三无法三满足三要求三的三三线或三多线三大断三面铁三路隧三道及三地铁三工程三。该三法工三序较三复杂三，导三坑的三支护三拆除三困难三，有三可能三由于三测量三误差三而引三起钢三架连三接困三难，三从而三加大三了下三沉值三，而三且成三本较三高，三进度三较慢三。2三0世三纪7三0年三代至三80三年代三初国三内外三多用三此法三，目三前使三用较三少。30(2三)三施工三顺序三及工三艺31(2三)三施工三顺序三及工三艺32八、三特大三断面三施工三施工三方法在修三筑地三下发三电厂三、地三下仓三库、三地下三商业三街及三地铁三车站三时，三经常三出现三地下三大空三间的三施工三问题三。这三些建三筑物三若在三埋深三较浅三、软三弱不三稳定三的Ⅲ三~Ⅴ三级围三岩中三，一三般用三浅埋三暗挖三法施三工。当地三质条三件差三、断三面特三大时三，一三般设三计成三多跨三结构三，跨三与跨三之间三有梁三、柱三连接三。比三如常三见的三三跨三两柱三的大三型地三铁站三、地三下商三业街三、地三下停三车场三等，三一般三采用三中洞三法、三侧洞三法、三柱洞三法及三洞桩三墙法三（地三下盖三挖法三）等三方法三施工三，其三核心三思想三是变三大断三面为三中小三断面三，提三高施三工安三全度三。33(1三)三中洞三法施三工中洞三法施三工就三是先三开挖三中间三部分三（中三洞）三，中三洞内三施作三梁、三柱结三构上三。由三于中三洞的三跨度三较大三，施三工中三一般三采用三CD三法、三CR三D法三或眼三睛法三等进三行施三作。三中洞三法施三工工三序复三杂，三但两三侧洞三对称三施工三，比三较容三易解三决侧三压力三从中三洞初三期支三护转三移到三梁柱三上时三产生三的不三平衡三侧压三力问三题，三施工三引起三的地三面沉三降较三易控三制。三该工三法多三在无三水、三地层三相对三较好三的时三应用三。该三工法三空间三大，三施工三方便三，混三凝土三质量三也能三得到三保证三。当三施工三队伍三水平三较高三时，三多采三用该三工法三施工三。采三用该三工法三施工三，地三面沉三降均三匀，三两侧三洞的三沉降三曲线三不会三在中三洞施三工的三沉降三曲线三最大三点叠三加，三应为三优选三方案三。3435(2三)三柱洞三法施三工施工三中，三先在三立柱三位置三施作三一个三小导三洞，三可用三台阶三法开三挖。三当小三导洞三做好三后，三在洞三内再三做底三梁、三立柱三和顶三梁，三形成三一个三细而三高的三纵向三结构三。该三工法三的关三键是三如何三确保三两侧三开挖三后初三期支三护同三步作三用在三顶纵三梁上三，而三且柱三子左三右水三平力三要同三时加三上且三保持三相等三，这三是很三困难三的力三的平三衡和三力的三转换三交织三在一三起的三问题三。在三第④三步增三设强三有力三的临三时水三平支三撑是三解决三问题三的一三个办三法，三但工三程量三大，三不易三控制三。另三一个三办法三是在三第②三步的三空间三用片三石（三间层三用素三混凝三土或三三合三土）三回填三密实三，使三立柱三在承三受不三平衡三水平三力时三，依三靠回三填物三给予三支持三，这三样左三边和三右边三施工三就可三以不三同步三地将三水平三荷载三转移三到立三柱纵三梁上三。这三样做三虽能三确保三立柱三的质三量，三但造三价较三高。3637(3三)三侧洞三法施三工侧洞三法施三工就三是先三开挖三两侧三部分三（侧三洞）三，在三侧洞三内做三梁、三柱结三构，三然后三在开三挖中三间部三分（三中洞三），三并逐三渐将三中洞三顶部三荷载三通过三侧洞三初期三支护三转移三到梁三、柱三上。三这种三施工三方法三，在三处理三中洞三顶部三荷载三转移三时，三相对三于中三洞法三要困三难一三些。两侧三洞施三工时三，中三洞上三方土三体经三受多三次扰三动，三形成三危及三中洞三的上三小下三大的三梯形三、三三角形三。改三土体三直接三压在三中洞三上，三中洞三施工三若不三够谨三慎就三可能三发生三坍塌三。采三用该三工法三施工三引起三的地三面沉三降较三大，三而中三洞法三则不三会出三现这三种情三况。3839(4三)三桩柱三法桩柱三法就三是先三开挖三，在三洞内三制作三挖孔三桩。三梁柱三完成三后，三再施三作顶三部结三构，三然后三在其三保护三下施三工，三实际三上就三是将三盖挖三法施三工的三挖孔三桩梁三柱等三转入三地下三进行三，因三此也三称做三地下三式盖三挖法三。该三工法三施工三工序三较多三，且三由于三地下三工作三环境三很差三，施三工质三量较三难保三证。三扣拱三时由三于跨三度较三大，三安全三性稍三差。三该工三法是三为民三工队三准备三的低三水平三施工三法，三洞内三挖孔三环境三破坏三很大三，是三一种三不宜三过多三提倡三的方三法。4041(5三)三各种三开挖三方式三的比三较42九、三工程三案例三分析[案三例1三]三北京三地铁三五号三线崇三文门三站施三工技三术（1三）工三程概三况地铁三五号三线崇三文门三站位三于崇三文门三路口三下,三采用三“浅三埋暗三挖法三”施三工。三车站三与既三有地三铁二三号线三崇文三门站三东端三喇叭三口式三过渡三段区三间立三交，三并从三其下三方穿三过。三五号三线崇三文门三车站三结构三为双三柱三三跨岛三式暗三挖车三站，三车站三两端三为双三层结三构（三地下三一层三为站三厅层三，地三下二三层为三站台三层）三，中三间为三单层三结构三（系三站台三层）三，车三站总三长度三20三8.三9m三，总三宽度三24三.2三m，三站台三宽度三14三m。三车站三顶板三覆土三：双三层结三构为三8～三9.三3m三，单三层结三构为三13三.5三m。车站三施工三的难三点主三要集三中在三新建三车站三近距三离（三净距三1.三98三m）三暗挖三施工三下穿三既有三地铁三环线三结构三。43崇文三门车三站平三面图44新建三车站三与既三有线三的关三系45（2三）过三既有三线施三工方三案采用三φ6三00三咬合三管幕三，钢三管管三径φ三60三0m三m，三壁厚三16三mm三，长三度为三36三m。三管幕三布置三在既三有环三线区三间隧三道和三车站三拱顶三之间三，距三离车三站初三支3三0c三m，三沿车三站隧三道单三层断三面拱三部布三设一三环，三钢管三之间三采用三工字三钢相三互咬三合，三环向三间距三中—三中为三72三5m三m。三在大三管棚三的施三工过三程中三，考三虑到三开挖三时管三棚在三一定三的阶三段是三作为三荷载三存在三的，三同