浅埋暗挖法施工技术的发展.ppt

1、,浅埋暗挖法施工技术的发展,贺长俊1，蒋中庸2，刘昌用3，邹彪4 (1.北京城建集团，北京 100088；2.中铁隧道集团，洛阳 471009；3.中铁隆工程有限公司.成都 610000 4.北京市市政工程研究院，北京 100037),摘要：本文从三个方面叙述浅埋暗挖法施工技术的发展，首先着重介绍了双侧壁导坑法、中洞法以及洞桩法等已成熟发展的大跨度地下空间暗挖技术，并介绍了平顶直墙施工方法的应用，最后陈述了浅埋暗挖法施工中辅助施工技术的发展。 关键词：浅埋暗挖法；大跨度地下空间暗挖技术；平顶直墙施工法；辅助施工技术；发展,Development of shallow tunnel constr

2、uction method He Chang-jun1，Jiang Zhong-yong2，Liu Chang-yong3，Zou Biao4 (1.Beijing urban construction group CO.LTD,Beijing 100088;2.China railway tunnel group CO.LTD,Luoyang 471009; 3.Ranken railway construction.LTD,Chengdu 610000;4. Beijing Municipal Engineering Research Institute，Beijing 100037) A

3、bstract：The development of shallow tunnel construction method is indroduced in three aspects，first，the excavation technology of undergroundspace in large span，which has already maturely developed，is illustrated，such as double side drifts construction Method，central drift construction method and Pile

4、-Beam-Arch construction Method (PBA)；then，the application of horizontal roof straight wall construction method is presented； finally，the development of auxiliary construction technology of shallow tunnel construction method is stated. Key words：shallow tunnel construction method(STCM)；horizontal roo

5、f straight wall construction method；excavation technology of undergroundspace in large-span；auxiliary construction technology；development,20世纪80年代军都山铁路双线隧道进口段在黄土地层首次应用新奥法原理进行了浅埋暗挖法施工技术的研究和试验。随后在北京地铁复兴门折返段开发应用这种新技术获得成功，同时修建了北京地铁西单站。20世纪90年代在北京地铁复八线全面推广修建了十多公里的地铁区间段及天安门西，王府井、东单三座地下暗挖车站。复八线的成功建设，开创了我国地

6、下工程暗挖施工的新纪元。在这之后，开工建设的广州、深圳等地铁以及城市的浅埋热力隧道、电力隧道、过街通道、地下停车场以及南水北调工程都广泛采用。 国家科委于1987年8月25日召开科研成果鉴定会，与会专家对这种新施工技术给予了很高的评价，认为该技术方法为在繁华地段修建地铁开拓了一条新路，是具有中国特色的能带动我国产业经济发展的地下工程建设方法，经过论证正式取名为“浅埋暗挖法”。,浅埋暗挖方法是在第四纪软弱地层中修建隧道的方法，其基本原理是通过对地层的适当加固和处理，合理调动围岩的自承能力，采用短进尺开挖，及时施作初期支护结构并封闭成环，使围岩和初期支护结构形成联合支护体系以共同承担施工阶段荷载，

7、在变形基本稳定以后施作二次模筑衬砌，完成隧道建设。初期支护承担全部基本设计荷载，二次衬砌作为安全储备，由初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。这种先柔后刚的复合式新型支护结构体系很好的克服了隧道工程中的不可预知性。由于地层条件以及周围环境的复杂多变，应用浅埋暗挖法施作隧道必须对地层、支护材料、周围建构筑物进行施工过程的监测，根据监测信息及时修正设计和施工方法，以确保施工的安全。,根据浅埋暗挖法施工技术数十年的工程经验，该施工技术具有灵活多变、不拆迁、不影响交通、不破坏环境、综合造价较低、隧道支护结构强度高等优点，特别适合中国国情。浅埋暗挖法二十多年的实践是一个不断发展和完善的进步过程，特别是大跨

8、度暗挖技术得到长足发展，是浅埋暗挖法成为一个成熟的技术，得到广泛的应用。,1 大跨度地下空间暗挖法技术的发展,1.1 双侧壁导洞法暗挖技术 在北京地铁复兴门折返段单洞大跨及北京地铁西单三联拱车站等大跨度隧道的建设中，采用了单侧壁导洞结合双侧壁导洞法，应用了大管棚、小导管注浆加固地层等预加固技术以及多导洞开挖完成内力转换，实现了中国城市地铁暗挖技术的突破，为中国地铁隧道施工奠定了基础，该工法到今天已经是大跨度隧道施工的基本方法之一，实践中总结出的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，是我们地铁隧道浅埋暗挖法施工所应该遵守的基本原则。 双侧壁导洞法也称眼镜工法，是变大跨度

9、为小跨度的施工方法，其实质是将大断面分成多个小断面进行作业，即两侧导洞和中部导洞，导洞尺寸以满足机械设备和施工条件为准，其施工示意和顺序分别如图1和图2所示。采用双侧壁导坑法施工时，在导洞内按正台阶法施工，当地质情况较差时，上台阶应考虑采用中隔墙法（如图1中的虚线所示）或者环形留核心土法开挖，在施工过程中左右侧导坑开挖时错开的距离不应小于15m（以15m20m为宜）以降低两洞在开挖过程中的相互影响，中洞与侧洞开挖时错开的距离不应小于20m（以20m30m为宜），而上下台阶之间的距离，可视具体情况而定，一般为3m5m。由于开挖多个导洞，地层多次被扰动，会引起地层过大沉降，导洞断面不规则更加大了开

10、挖引起的沉降，所以采用该工法施工时如何控制沉降和及时完成支护是地铁工程施工应多多关注的问题。,图1 双侧壁导坑法施工示意图,图2 双侧壁导坑法施工顺序图,1.2 中洞法暗挖技术 在总结以往的施工经验的基础上，吸取国外隧道建设的经验，在北京地铁五号线大跨度暗挖车站和渡线隧道，采用中洞法施工技术。 中洞法是先开挖整个隧道的中间部分，由于中洞的跨度一般较大，施工中一般采用CD法、CRD法等工法进行施作并应该遵守 “小分块、短台阶、早成环、环套环”以及“竖向留坡、纵向错台”的施工原则。在完成中洞的隧道初支后，立即施作该部分的二次衬砌，实现对地层的刚性支撑。，施工二衬可以采用洞内逆做法，能较好控制初支沉

11、降变形及保护邻近构筑物，完成中洞施工后再用侧洞法施作其余部分,两侧洞应该对称施工，这样比较容易解决从中洞初期支护转移到梁柱上时产生的不平衡压力问题，且比较容易控制施工引起的地层沉降。 如图3所示为中洞法的施工示意，其施工工艺流程为：(a).中洞拱部大管棚及超前小导管注浆预加固拱部土体，采用CRD工法按图中顺序开挖中洞并及时施作初期支护(b).铺设底部防水层，底纵梁(c).施作钢管柱(d).铺设顶部防水层，施作顶梁，拆除部分竖向初支以施作顶拱和仰供(e).侧洞拱部大管棚及超前小导管注浆预加固拱部土体，按图中顺序对称开挖两侧洞并及时施作和封闭初期支护(f ).施作两侧洞二衬(g).分步拆除所有临时

12、支撑，施作站台板和内部结构，完成全部主体结构。,由于中洞已经实现刚性支撑且成型封闭，在侧洞开挖时可以大大减少中洞的沉降，以达到控制地层沉降的目的。但是由于中洞施作二次衬砌是先要把顶部防水层做好，在浇注混凝土时，因施工条件较差及混凝土的收缩，很难做到顶紧初衬结构，采用二衬背后注浆也因结构不封闭，难以达到注浆饱满，因此中洞在侧洞开挖时仍有叠加沉降。,图3中洞法施工示意图,1.3 洞桩法暗挖技术(PBA工法) 在总结隧道施工经验的基础上，我国设计人员提出了先做多个分离导洞，在小导洞内先做支护桩再加拱的暗挖技术，即洞桩法（简称PBA工法，“pile、beam、arch”），此施工方法已获国家专利，并被

13、广大设计人员在设计中采用。 该工法首先是在北京地铁复八线天安门西站应用，随后在北京地铁十号线，特别是经过立交桥的极度复杂的环境下应用，北京地铁四号线海淀黄庄站、沈阳地铁一号线的青年大街站两座地下暗挖换乘车站均被采用。一般三跨双层车站采用六导洞或八导洞法施工， 采用六导洞时，边桩可以用机械成孔，中桩人工挖孔，八导洞时均采用人工挖孔，由于有桩做围护，再加上桩顶冠梁便成为一个很好的围护体系。又由于每个导洞断面较小（一般在20m2左右），且每个导洞相互之间有一定的距离，相互独立，相互之间影响较小，较好的缩小了对地层的扰动范围，很好的控制了地表沉降和地层塑性区的发展。,如图4所示为洞桩法法的施工示意图，

14、其施工工艺流程为：(a).超前小导管并注浆加固小导洞拱部土体，开挖小导洞并施工初期支护，在小导洞(5)、(8)内施工基础，在小导洞(1)、(4)内施工钻孔灌注桩、桩顶冠梁(b). (2)、(3)、(6)、(7)导洞内做底、顶纵梁及中柱(c).开挖车站顶部土体并施作顶拱初期支护(d).凿除小导洞(1)、(2)、(3)、(4)部分初期支护结构，施工顶拱防水层及结构二衬(e).开挖车站中部土体并施作车站侧墙以及中楼板(f ).开挖车站底部土体，凿除小导洞(5)、(6)、(7)、(8)部分初期支护结构，施工底板以及侧墙，最后完成车站内部构件施工。,图4 洞桩法施工示意图,1.4 分离式岛式车站结构的应

15、用 为减少地铁线路对城市主要桥梁桩基的影响，常常加大两线间距，一种新型的分离式岛式车站应运而生，这种新型车站采用两个双层单洞作为车站主体，两洞间增设横向通道，仍保留乘客的岛式车站乘车习惯。北京地铁十号线的团结湖站、呼家楼站、金台夕照站、国贸站等地铁车站均采用该结构形式，如图5所示为分离式岛式车站结构示意：,图5 分离式岛式车站结构示意图,1.5双连拱隧道 因地铁线间距的形态及停车线的设置，等跨式、不等跨双连拱隧道已被广泛运用于地铁区间及折返线。只要认识到等跨双连拱隧道单工序作业及开挖、二衬的对称性特点，其技术难度是不大的。而不等跨双连拱隧道施工则应在完成中洞后，按照先小后大的原则，增加内撑并注

16、意保持受力平衡，其施工步骤及结构形式。如图6所示为不等跨双连拱隧道施工步骤示意图：,图6 不等跨双连拱隧道施工步骤示意图,2 平顶直墙暗挖施工技术的应用,地铁建设过程中，总会遇到各种地下构筑物，如新建地铁要下穿既有地铁线、地下热力、电力、燃气管沟、各种直埋水管等。过去设计一般采取加大新建线路纵坡以加大新旧二线之间的距离，但这样往往加大隧道埋深，在遇到地下水位较高时，会增加降水难度。新线施工也同样会引起既有结构的下沉，必须增加过多的辅助措施，即使这样也难以保证既有线结构的安全使用。考虑到以上的诸多不便以及经济因素，在起拱条件得不到满足的时候，平顶直墙暗挖施工技术得到了应用，如图7所示为平顶直墙下

17、穿既有线示意图：,图7 平顶直墙下穿既有线结构示意图,如北京某房建工程，在修建下穿北京地铁2号线的联络通道时，由于上部有构筑物，通道断面较大，且结构净空高度被限制，暗挖通道无法起拱，只能做成平顶直墙型式，由设计、施工人员共同努力，安全建成。北京长安街地下通道，由于控制高度等限制，在12条通道施工中采用了此技术安全建成了7条通道。在北京地铁五号线雍和宫站与地铁2号线的换乘节点处，由于两站埋深的控制，大胆的采用了大断面平顶直墙施工技术，联接节点结构宽度达32m，施工采用横九竖三共27个联体矩形导洞，安全建成该联接节点。 北京地铁五号线崇文门站下穿既有的二号线崇文门站时，两站结构净距为1.9m，施工

18、中采用600mm的管棚支护一系列措施，即使这样，施工引起二号线沉降也接近了警戒值。如果继续施工，可能会影响二号线安全运营，经过研究采取重复注浆抬升技术后，才得以继续施工。目前该站已经建成通车，但注浆抬升也给既有线结构造成了一定的损伤。,五号线崇文门站施工给人以思考，两结构立体交叉其夹层留有一定土层和刚性接触哪个比较好？施工中采用什么措施更加合理？北京分别做了两个有意义的工程。一个是北京五号线区间隧道下穿二号线雍和宫车站，另一个是北京地铁四号线宣武门站下穿地铁二号线宣武门站，两工程均采用平顶直墙结构。前一个工程采用新线顶板和旧线底板密贴，施工中在新作顶板初支上预埋注浆管，施工中进行严密监测，有毫

19、米沉降即进行注浆，再有沉降又即时注浆，施工完成后二号线结构沉降较小，也没有任何损伤。宣武门站留较小间隙，先施工300mm的管幕，初支结构紧贴管幕下施作，在初支的顶部预埋注浆管，通过监测及时跟踪注浆，总体沉降都较小，完全满足设计及既有线运营要求。 工程实践证明，在下穿既有结构采用不留或少留间隔土对控制既有结构是有利的。目前在北京暗挖施工通过既有线结构，一般均采用平顶直墙。,3 辅助施工技术的发展,浅埋暗挖法从一开始就对控制沉降和保证施工安全采取了一些相应的辅助技术措施（也称预加固技术），如管井降水、小导管内注浆，环形开挖留核心土、大管棚等，对控制沉降，保证施工安全，至今仍然运用，随着工程实践和新

20、问题的发生，辅助措施技术也在不断发展完善。 3.1初支背后注浆和二衬背后注浆技术 初支施作完成后，初支背后与土层有时不够密贴，或开挖到初支完成这段时间内土体有扰动、沉降，如不及时处理，这部分影响很快会反映到地面，造成地表沉降的增加。在总结北京复八线施工经验后，设计和施工中增加了初支背后注浆，即在初支施作时在拱部范围内(必要时侧墙上半部)埋设注浆管，当初支封闭成环，封闭段距开挖面一定距离后即进行初支背后注浆，这样不仅对控制沉降有利，同时对防水也有利。 当二衬模筑混凝土施作完成后，由于砼的收缩等影响，隧道顶部一般都有月牙形空隙。同时暗挖隧道防水采用的防水板为无钉铺设，混凝土浇注中会有空腔，混凝土收

21、缩后，防水板与混凝土之间会有小的缝隙。北京地铁复八线二衬施工后发现渗漏点较多，经过二衬背后注浆后，结构防水得到明显改进。,3.2 双排小导管超前支护技术 在暗挖隧道过重要管线时，一般采用长管棚支护技术。长管棚施工在隧道内较长时一般要加大施工断面做管棚工作室，而长管棚在曲线和变界面处施工困难，在施作长管棚时往往就出现沉降，有时这种沉降达到4-5mm，为弥补这些不足，近年新建地铁线路，采用了双排小导管技术，即在常规小导管的基础上，再增加一排倾角30o-45o小导管，通过双排小导管注浆，使开挖面外侧形成比单排小导管注浆厚的土体加固层，实践证明这种新型预加固技术可以让新建线路成功的通过各种市政管线，地

22、表沉降也比较小。 3.3 锁脚锚管技术 隧道台阶法开挖时，初支上半断面完成后开挖下断面，该过程中沉降发展最快，控制好这段时间的沉降十分重要。 在上半断面初支施作时，在拱脚处增加斜向45o，长2.5m的锁脚锚管，打入土层后注浆，在下部土体开挖时，由于锁脚锚管的作用，上半拱沉降大大缩小。在上下重叠导洞，上导洞底脚做锁脚管也十分有益。 锁脚锚管技术不仅在隧道施工中应用，在隧道竖井施工中增加侧壁锁脚锚管，对控制竖井下坠也十分有效。,3.4 注浆技术的发展 在隧道施工中，注浆的应用十分广泛。近年来注浆技术从浆液和注浆方法方面做了不少的试验。尤其是深孔前进式和后退式注浆技术。深孔注浆一般做到14m，最长的

23、已达50m。在注浆材料方面，除一般水泥浆、改性水玻璃浆液外，还有一些膨胀性的浆液，如TGRM浆液，和无收缩浆液，如MS浆液等。在砂卵石地层中注浆可以达到无砂砼的强度。 3.5 水平冻结技术 冻结地层技术在矿山竖井、斜井中早已广泛应用。在地铁施工中应用起步较晚，常在盾构法施工时应用于联络通道和盾构始发井、接受井的地层加固。北京地铁复八线在过饱和含水粉细砂层中成功的运用了冻结技控制术。目前冻结技术主要应用于特殊环境下的特殊地层中。,3.6 其他技术的发展状况 1) 降水技术 浅埋暗挖法最基本要求是无水作业，在有水地层中必须采取降水和封闭止水措施。现在地铁工程降水都是管井降水为主，但在管井布设遇到地

24、上地下构筑物，无法布设井管井位时，可采用辐射井降水。辐射井一般要做直径3m的深井，在深井内根据底层含水情况布设多排多层辐射形水平井管，水通过井管流入大井内，用泵排出。在渗透系数较小的地层管井降水效果不好时，亦可采用真空管井技术。在特殊环境下亦可以采用隧道内成井降水技术。 2) 岩土锚固技术 岩土锚固技术是成熟的技术，在地铁深基坑设计中已有过很多应用。但在地铁隧道上跨既有线、施工新线开挖时控制既有线上浮还是较少采用。北京地铁四号线西单站上跨地铁一号线复西区间时为控制区间上浮，采取了在新施作的车站隧道，开挖到第二层导洞时，采用增加底层锚杆技术。用锚杆锁住隧道的上浮，取得理想的效果。,3）长管棚超前

25、支护技术 该技术被运用于地铁大断面结构下穿河流、铁路、楼房、桥梁及既有地铁等特殊地段。管棚直径由108至600不等，常以水平液压顶管机或水平导向钻机施作单根或咬合管幕。 4）地铁结构与周边建（构）筑物隔离技术 由于城市建设的快速发展，地下结构空间也越来越小，地铁区间线路的设计与出入口位置的设置，常在高层建筑之间的地层内穿越或在离建筑物很近的位置设置出入口。北京地铁曾用间距1m的800桩，将双连拱区间隧道两侧22层高楼隔离，在两者净距仅1.6m的空间范围施作隔离桩，桩底在隧道下方约6m，距楼基底约11m，监测结果表明地面最大位移2.4mm，房基最大沉降值18.9mm，均小于未隔离地段。北京地铁十号线一期团结湖站西南出入口，因出入口位置处受各市政管线的影响，该口的设置位置离西侧一栋13层高楼很近，最大间距只有4.7m，该出入口结构正好位于地面明挖部分，明挖基坑最深处大到11.2m，超过该楼地下室5.2m，在该处采用间距1.2m的800桩加内支撑的方式支护施工，将两者隔离开，根据监测结果表明地面桩顶最大位移值1.8mm，房楼最大沉降5.2mm，未产生不均匀沉降。该技术已被广泛用于隔离桥基、房基、高压铁塔等建（构）筑物。,5）监测技术与施工管理的进步 地铁