城市地铁与轻轨工程（第二版）课件：地下铁道隧道施工技术

地下铁道的施工技术

第一节

明（盖）挖法施工一、明挖法施工1.概述明挖法又称明挖顺作法，顾名思义，这是一种地面挖开的施工方法。其基本施工步骤是从地面向下开挖至基底设计高程，然后从下往上施作地铁结构，结构施作完成后进行回填及恢复路面。由于这种施工方式类似于房屋建筑物在敞口基坑内修建基础的施工方法，故又称之为基坑法。无锡地铁一号线绿色广场酒店门口铺盖位置冠梁及混凝土支撑施

明挖法具有施工工序简单、施工管理方便、作业面宽敞、便于使用高效率的挖土机械和运输工具等优点，所以施工进度快。此法的施工质量可以得到充分保证.

明挖法施工中的基坑可以分为敞口放坡基坑和有围护结构的基坑两大类。围护结构主要有：排桩围护(钢板桩、挖孔桩、钻孔桩、水泥土搅拌桩等)结构、地下连续墙围护结构、土钉墙围护结构等。2.敞口放坡基坑开挖对于基坑深度较浅、施工场地空旷、周围建筑物和地下管线及其他市政设施距离基坑较远的情况，一般采用敞口放坡开挖法。敞口放坡开挖具有施工简单、施工速度快、工程造价低等优点，并且能为地下结构的施工创造最大限度的工作面，因此，在场地允许的条件下，宜优先采用。预制板吊装敞口放坡基坑施工中，应注意采取以下防护措施：⑴根据土层的物理力学性质合理确定边坡坡度，并在不同土层变化处设置折线边坡或台阶。⑵做好降排水和防洪工作，保持基底和边坡的干燥。⑶严禁在基坑边坡坡顶1～2m范围内堆放材料、土方或其他重物。⑷基坑开挖过程中，随挖随刷边坡，并进行支护。⑸当基坑边坡坡度受到限制而采用围护结构又不经济时，可采用坡面土钉、挂金属网喷射混凝土或抹水泥砂浆护面技术等确保基坑边坡的稳定。⑹暴露时间在一年以上的基坑，应设置坡面防护措施。3.具有围护结构的基坑维护结构类型（1）桩板式墙

（2）钢板桩墙（3）钢管桩（4）预制混凝土板桩（5）灌注桩（6）地下连续墙（7）劲性水泥土搅拌桩(SMW)（8）稳定液固化墙（9)水泥搅拌桩挡墙

二、盖挖法施工

盖挖施工法是一种由明挖法派生出来的，既非完全明挖，也非完全暗挖的施工方法，一般使用在城市交通繁忙地段。盖挖法既可用于区间，也可用于车站，但用于车站的情况居多，这是因为车站的宽度和高度都较大，层数多在两层或两层以上，因而施工周期长，对地面交通的影响大，为了尽量减少对地面的干扰，故常采用盖挖法施工。盖挖法特别适用于埋深较浅、不允许较长时间占用地面交通路面的情况下的城市地下建筑工程施工。相对于其他施工方法,具有对交通管线影响小、经济性适中、文明施工程度高等众多突出优势无锡地铁市民广场站完成盖挖段负一层土方开挖盖挖段中板地模施工1.盖挖顺作法早期的盖挖法是在基坑围护结构的钢桩上架设梁板，以形成临时路面维持地面交通，然后开挖到基坑底，再从下至上施作底板、边墙，最后完成顶板，故称为盖挖顺作法。临时路面一般由型钢纵、横梁和路面板组成。由于主体结构是顺作，施工方便，质量易于保证，故仍然是盖挖法中常用的方法。2.盖挖逆作法如果开挖面大、覆土浅、基坑距周围建筑物很近，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，可采用盖挖逆作法施工。盖挖逆作法的施工顺序是：先在地表面向下施工基坑的围护结构和中间桩柱，然后开挖表层土至主体结构顶板底面高程，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，以防止围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，主体结构的现浇梁板也是以土模浇筑的。3.盖挖半逆作法盖挖逆作法和半逆作法与明挖顺作法相比，除施工顺序不同外，还具有以下特点。(1)对围护结构和中间桩柱的沉降量控制严格，以免对上部结构受力造成不良影响。(2)中间柱如为永久结构，施工精度要求高，施工工艺较难。(3)为了保证不同时期施工构件相互之间的连接能达到预期的设计状态，必须将各种施工误差控制在较小的施工范围内，并有可靠的连接构造措施。(4)除在非常软弱的地层中，一般不需再设置临时横撑，不仅可节省大量钢材，也为施工提供了方便。(5)由于是自上而下分层建筑主体结构，故可利用土模技术，可以节省大量模板和支架。(6)和盖挖顺作法一样，其挖土和出土往往成为决定工程进度的关键程序。三、排桩围护结构基坑开挖时，对不能放坡、开挖深度在6～10m的基坑，可采用排桩围护。排桩式围护结构(又称帷幕桩围护结构)是地铁基坑开挖施工中经常采用的形式。构成排桩的基本桩单元，可以是钢板桩、挖孔桩、钻孔桩、水泥土搅拌桩或劲性水泥土搅拌桩(SMW)等。排桩围护结构按排列密度分类(1)柱列式排桩围护。(2)连续排桩围护。(3)组合式排桩围护。按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩围护可分为以下几种。(1)无支撑(悬臂)围护结构。当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。(2)单支撑结构。当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑围护结构，可以在围护结构顶部附近设置一单支撑(或锚杆)。(3)多支撑结构。当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙的内力。四、地下连续墙围护结构地下连续墙于20世纪50年代始于意大利，首先用于水利水电工程，获得成功以后，迅速在世界各地发展起来，并广泛应用于各种土木工程的地下建筑之中。在它出现之前，围护结构主要是钢桩或钢板桩支护，其施作深度有限，而且施工过程中产生很大的噪声，对城市环境造成较大的影响；地下连续墙的问世，是围护结构的一个重要发展，它在止水性能和降低噪声方面都具有十分明显的优点，并使得大深度的基坑开挖成为可能。连续墙的适用条件(1)适用于修建深度较大的围护结构。(2)出于地下连续墙的刚度大，变形小，有利于控制地表沉陷，故适用于对地表沉陷要求严格的区段。(3)地下连续墙承载能力强，能承受很大的侧压力，故适用于软弱地层。(4)地下连续墙的止水性能好，适用于地下水丰富的地段。(5)基坑周围的地面建筑物需要采取严格的防止下沉的措施时，地下连续墙的支护作用稳定可靠。(6)当城市环境要求限制噪声公害，不能采用打桩支护时，可以采用地下连续墙。地下连续墙施工工艺工艺流程地下连续墙的施工，大致要经过筑导墙、成槽、吊放接头管、吊放钢筋笼、浇筑水下混凝土及拔出接头管成墙等环节

导墙构筑在地下连续墙施工中，导墙的作用有如下作用①挡土作用。在挖掘地下连续墙沟槽时，地表土松软容易坍陷，因此在单元槽段挖完之前，导墙起挡土墙作用。②测量基准作用。导墙规定了沟槽位置，在划分单元槽段的地段，作为测量挖槽高程、垂直度和精度的基准。③承重作用。导墙既是挖槽机械轨道的支承，又是钢筋笼接头管等搁置的支点，有时还承受其他施工设备的荷载。④存蓄泥浆作用。导墙可存蓄泥浆，稳定槽内泥浆液面。⑤其他作用。导墙还可防止泥浆漏失，阻止雨水等地面水流入槽内地下连续墙的优点(1)施工时振动小，噪声低，非常适于在城市施工。(2)墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力。(3)防渗性能好，由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水。(4)可以贴近施工。(5)可用于逆作法施工。(6)适用于多种地基条件。(7)可用作刚性基础。(8)用地下连续墙作为土坝、水闸等水工建筑物的垂直防渗结构是非常安全和经济的。(9)占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益。(10)工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。泥浆护壁泥浆护壁是挖深槽时不可缺少的环节，泥浆除了能防止槽壁坍塌或剥落外，还具有悬浮渣土的能力，随着泥浆排出地面的同时，也把悬浮渣土带出了地面。泥浆的比重一般不大于1.15，含砂量小于10％。挖槽挖槽是地下连续墙的主要工序，提高挖槽施工效率是缩短工期的关键。挖槽的精度，又是保证地下连续墙质量的关键步骤之一。地下连续墙也有几点缺点(1)在一些特殊的地质条件下(如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等)，施工难度很大。(2)如果施工方法不当或施工地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题。(3)地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其他方法所用的费用要高些。(4)在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。一、概述与其他施工方法(明挖法、盾构法等)比较，浅埋暗挖法具有许多特点。(1)适用于各种地质条件和地下水条件。(2)具有适合各种断面形式和变化断面的高度灵括性(3)通过分部开挖和辅助施工方法可以有效地控制地表下沉和坍陷。(4)与盾构法比较，在较短的开挖地段使用比较经济。(5)与明挖法比较，可以极大地减轻对地面交通和人类活动的影响，避免大量的拆迁；(6)从综合效益观点出发，是比较经济的一种方法。第二节

浅埋暗挖法施工

二、浅埋暗挖法的施工技术1.施工的基本原则(1)管超前。(2)严注浆。(3)短开挖。(4)强支护。(5)快封闭。(6)勤量测。2.地层预加固和预支护以提高周围地层的稳定性,需要采用地层预加固和预支护的方法，主要的措施有以下l两项。(1)小导管超前预注浆(2)管棚超前支护(1)小导管超前预注浆注浆小导管管头为

～

的锥体，管长3.0～3.5m，其中端头花管2.0～2.5m，花管部分钻有直径为6～10mm的孔眼，每排4个孔，交叉排列，间距为10～20cm。注浆小导管用风镐打入。注浆材料及配合比应根据地质条件和施工要求，通过现场试验确定。注浆压力应根据地质条件、周围建筑物及施工要求通过现场试验确定，一般控制在0.5～1.0MPa之间。超前小导管注浆加固(2)管棚超前支护管棚法，又称伞拱法，就是将一系列直径为60～180mm的钢管，沿隧道外轮廓线或部分外轮廓线，顺隧道轴线方向依次打入开挖面前方的地层内，以支撑来自外侧的围岩压力。管棚排列的形状主要有门字形、正方形、一字形、圆形及拱形。管棚设置的范围、间距、管径则应根据工程地质和水文地质条件以及隧道的埋深等因素确定。一字形布置适用于洞室跨度不大、仅上部土层容易坍塌的地段；门字形布置适用于大型洞室工程上部土层不稳定地段；圆拱形适用于地铁隧道周围土层不稳定地段；正方形布置适用于大型洞室工程且松软土层段。3.区间隧道开挖区间隧道开挖常采用的方法有：全断面法、台阶法、分部开挖法等，这都与山岭隧道相同。另外还有CD法和CRD法，虽然山岭隧道有时也用，但主要还是在城市地铁施工中使用得较多。这两个方法的基本特点是将大断面划为小断面，分部开挖，做临时中隔墙，然后分拆中隔墙，施做二衬。中隔墙法中隔墙法也称CD工法是以台阶法为基础，将隧道断面从中间分成左右部分，使上、下台阶左右各分成2或多部分，每一部分开挖并支护后形成独立的闭合单元。交叉中隔墙法交叉中隔墙法也称CRD工法，当CD工法仍不能保证围岩稳定和隧道施工安全要求时，可在CD工法的基础上对各分部加设临时仰拱，将原CD工法先开挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环而改进发展的一种工法。4.车站隧道开挖为了解决对地面交通干扰等问题，采用浅埋暗挖法是修建地铁车站的有效方法。目前国内几种行之有效的施工方法。(1)中洞法(2)侧洞法(3)双眼镜工法5.辅助施工方法为确保开挖面围岩的稳定，一般情况下可按下列次序依次结合地质条件加以选用。1）上半断面留核心土环形开挖。2）喷射混凝土封闭开挖工作面。3）超前锚杆或超前小导管注浆预支护。4）超前小导管周边注浆。5）设置临时仰拱。6）开挖面全断面或拱部深孔注浆加固及堵水。7）长管棚超前支护或注浆。6.监控量测利用监控量测信息指导设计和施工是浅埋暗挖法施工工序的重要组成部分。在施工设计文件中应提出具体的要求和内容，监控量测的费用应纳入工程的建设成本。(1)监控量测项目根据工程性质及工程地质条件，监控量测项目可分为A类和B类。A类为必测项目，为指导施工、监测工程安全状态服务；B类为选测项目，主要为了解周围地层和支护系统的工作状态，为调整设计提供依据，以便进一步优化结构设计参数。(2)监控量测信息对施工的控制根据隧道周边位移(收敛)量测数据确定净空预留量。根据位移随时间变化的测试资料进行回归分析，推算最终位移值，此最终位移值即可作为净空预留量。根据位移与时间的变化关系曲线，可以确定二次衬砌施作的时间。(3)监控量测数值处理。根据监控量测的各种变量如位移、应力和应变等，应及时绘出位移时态曲线、应力时态曲线、应变时态曲线。横坐标为时间，纵坐标为各类变量如位移、应变及应力等。这些曲线可能形成极不规则的散点图，如果将工序标在水平坐标上，就可以看出各工序对隧道监控量测变量的影响。一、盾构法概述1.盾构法盾构施工法是使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全地进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法。按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。盾构法施工稳定开挖面技术的历史，是从压气施工法的“气”演变到泥水式的“水”和土压式的“土”。“开挖面稳定”和“盾构开挖”的技术已达到较完善的地步。目前盾构一般指密封式泥水平衡式盾构和土压平衡式盾构。

第三节

盾构法施工

2.盾构机分类盾构机的类型很多，按开挖方式不同可将盾构机分为：手掘式盾构机——开挖和出土可人工进行；半机械式盾构机——大部分的开挖工作和出土由机械进行；机械式盾构机——从开挖到出土均采用机械从盾构技术的发展进程上看，手工挖掘式、半机械挖掘式趋于淘汰，取而代之的是自动化程度非常高的全机械化操作。二、盾构法施工盾构法施工的一般步骤(1)在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井。(2)盾构机在起始端工作井内安装就位。(3)依靠盾构千斤顶推力(作用在工作井后壁或已拼装好的衬砌环上)将盾构机从起始工作井的墙壁开孔处推出。(4)盾构机在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片。(5)及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置。(6)施工过程中，适时施作衬砌防水。(7)盾构机进人终端工作井后拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。盾构施工法中应注意的问题(1)盾构法施工对覆土厚度的要求。一般盾构进出洞时要对地层进行预加固，预加固范围按设计要求。加固方法可用注浆、搅拌、冻结等。(2)对使用管片的技术要求。盾构进洞时，由于前方已无土体，对管片收缩量就有影响，容易造成管片松弛和错台。(3)隧道内的水平运输以及地面的垂直运输。隧道内配套的水平运输往往也关系到整个施工的快慢。三、盾构技术的发展随着人类对地下空间的进一步开发利用，盾构技术必将向长距离、大直径、大埋深、断面复杂和高度自动化方向发展。在城市有限的地下空间中，探索构筑经济断面形状、穿过密集的地下建筑空隙、兼顾环境保护和降低施工费的盾构隧道施工法，将具有十分重要的意义。

单圆面盾构隧道虽然有其受力与施工方面的合理性，但在某些情况下，空间利用并非最佳。双圆面盾构隧道适合双线地铁的净空需求，与圆形断面相比，其无效断面少，可以一次获得合理的隧道断面。双圆形断面可以采用上下、左右任意组合的结构形式，并选择与周边条件和施工条件相适应的最佳断面。由于无效断面少，故缩小了开挖断面，比以往的施工断面经济合理。上海轨道交通双圆盾构机目前我国盾构技术使用的情况而言，一些问题的解决、新技术的开发将成为当务之急。(1)盾构机的反复使用问题。(2)长距离施工。(3)双圆形或眼镜形盾构。。(4)三圆形盾构。(5)管片技术。双圆盾构穿越原水箱涵一、概述沉管隧道，简单地说就是在水底预先挖好沟槽，把在陆上预制的适当长度的管体，浮运到沉放现场，按顺序沉放于沟槽中，并回填覆盖而成的隧道。此工法称为沉管法，用此法修建的隧道称为沉管隧道。这是修建水底隧道通常采用的方法。

第四节

沉管法施工

主要特点(1)隧道深度与其他隧道相比，在不妨碍通航深度的条件下就可设置，隧道长度可以缩短。(2)管段是预制的，结构的质量好、水密性高、施工效率高、工期短。(3)因有浮力作用在隧道上，要求的地层承载力不大，故也适用于软弱地层。(4)对断面形状有特殊要求时，可按用途自由选择，特别适应较宽的断面形式。(5)沉管的浮运、沉放，虽然需要时间，但基本上可在1～3日内完成，对航运的限制较小。(6)不需要沉箱法和盾构法的压缩空气作业，在相当水深的条件下，能安全施工。海河隧道沉管开始浮运注水二、断面形状和结构形式(1)钢壳圆形断面。(2)钢壳长方形断面。(3)钢筋混凝土长方形断面。(4)预应力混凝土长方形断面。除上述断面外，尚有一些变化断面，如眼镜形断面、长方形的变形断面等。三、沉管施工四、基础处理方式分类1.整平方式2.喷射方式3.压注砂浆方式4.临时承台5.桩基一、概述对于城市建设，由于高层建筑的增多，而且多数地下工程往往处于房屋密集地区，致使有很多情况需要在人工支护条件下进行基础开挖，为了保证基坑周围的建筑物、道路等的安全，需要大力研究新型的深基坑支护技术。人工冻土墙围护结构以其对复杂的水文条件和地质条件的适应性强，冻结施工方法灵活、形式多样，冻结墙均匀完整，可靠性高、强度高、设备简单、技术经济效果较好等优点，近几年在地下工程中倍受重视，特别是冻结施工技术在市政工程和城市地下工程，尤其是在松软含水地层施工中具有不可替代性，并且在特殊情况的工程抢险中也得到较多的应用。

第五节

冻结法施工

长江隧道打通首条连接通道冻结法有着独特的优点，是一种很有发展前景的施工方法。由于在城市岩土工程的应用还较少，由此产生的下面几方面问题值得进一步研究。1.土体性质的弱化2.冻胀融缩与地表移动3.冻融附加应力对主体工程结构的影响4.混凝土低温冻害二、人工冻结法1.基本原理冻结法施工是利用冻土具有强度高、可隔水的性质进行土层加固，然后在冻土壁的围护下进行地下结构施工，其原理是将低温冷媒送入地层，通过热质交换来冻结地层。土冻结后强度显著提高，若冻土形成连续、封闭冻土壁则可以起到支护、隔水的作用，从而在冻土壁的维护下进行地下空间施工。人工水平冻结法能够适应复杂的工程地质和水文地质，其冻结管布置具有任意性，用作地层加固时，冻土壁形状不受加固场合的限制；冻土壁具有隔水性，不需进行基坑排水，可避免因抽水引起的地基沉降对邻近建筑物的影响；冻结地层具有复原性，施工结束土层恢复原状，对土层破坏小，不会影响日后建筑物管线的埋设。2.施工方法人工冻结法的施工流程如下。(1)工作站安装。冻结工作站主要由压缩机、冷凝器、节流阀、中间冷却器、盐水循环系统设备等组成。(2)冻结管埋设。在冻结孔内设置冻结器，将不同冻结孔内的冻结器连成一个系统，并与冻结站连接。(3)积极冻结。冻结壁首先从每个冻结管向外扩展，在每个冻结管周围形成冻结圆柱，当各冻结管的冻结圆柱交圈时，随着冻结时间的延长，地层的平均温度逐渐降低，冻土墙的强度也逐渐增大。(4)维护冻结。补充冷量损失，维持地层的温度稳定。(5)解冻。当地层开挖和永久结构施工完成后，就可以解冻，拔除冻结管。三、常规盐水冻结1.常规冻结的施工工序(1)冻结孔的布置。根据设计要求，布置冻结孔。(2)冻结器的安装包括冻结管和供液管的下放和安装。(3)制冷站和供冷管路的安装包括盐水循环系统管路和设备安装。(4)地层冻结运转和维护。通过调试，使得各设备达到正常运转状况。(5)隧道施工包括土方挖掘和钢筋混凝土浇筑施工。2.冻土