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1、地鐵隧道淺埋暗挖法地鐵隧道淺埋暗挖法施工技術施工技術北京地鐵北京地鐵14號線工程土建施工號線工程土建施工09合同段合同段劉劉 冰冰 目目錄淺埋暗挖法施工方法淺埋暗挖法施工方法2淺埋暗挖法施工中的監測淺埋暗挖法施工中的監測4淺埋暗挖法常用的配套技術淺埋暗挖法常用的配套技術3淺埋暗挖法概述淺埋暗挖法概述1淺埋暗挖法在本項目的應用淺埋暗挖法在本項目的應用5v1、淺埋暗挖法產生的背景、淺埋暗挖法產生的背景v地面條件允許的情況下，地鐵隧道宜采用明挖法，主要適合在人、交通和管線較少的地方應用。因埋深條件、周邊環境條件等因素的限制，在建筑物密集的繁華市區和特殊地質區段經常采用淺埋暗挖法施工。v淺埋暗挖法起源2、于1986年北京地鐵復興門車站折返線工程，由于當時取得了很大的經濟效益和社會效益，隨后鐵道部等相關部門討論后確定采用“淺埋暗挖法”這個名稱，建設部把它命名為國家級工法。一、淺埋暗挖法概述v2 2、淺埋暗挖法的特點、淺埋暗挖法的特點v淺埋暗挖法，是指在軟弱圍巖地層中，以改造地質條件為前提，以控制地表沉降為重點，以格柵和錨噴砼作為初期支護手段，遵循“新奧法”理論，按照“十八字”方針（管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測）進行隧道的設計和施工。v淺埋暗挖的優點：結構形式靈活多變，對地面建筑、道路和地下管線影響不大，拆遷占地少，擾民少，污染城市環境少等。缺點：施工速度慢，噴射混凝土粉塵多，勞3、動強度大，機械化程度不高，以及高水位地層結構防水比較困難等。v雖然已被廣泛推廣應用，但是并非都真正地掌握了其真諦。無論在地鐵工程中，還是在市政公用管線施工中，或因生搬硬套、或因片面性、或因配套技術不足，僅強調“只要會噴錨支護就會淺埋暗挖”的誤導，造成坍塌、沉陷、滲漏等，經常發生嚴重的安全質量事故。因此，在施工過程中要對“淺埋暗挖法”進行深入的研討，綜合分析，全面總結。v3 3、地鐵中淺埋暗挖、明（蓋）挖及盾構的關系、地鐵中淺埋暗挖、明（蓋）挖及盾構的關系v淺埋暗挖法既可作為獨立的施工方法，也可以與其他施工方法結合使用，車站經常采用淺埋暗挖法與蓋挖法相結合，區間隧道用盾構法與淺埋暗挖法結合施工。4、淺埋暗挖法與其他工法有很強的兼容性。三者的應用情況如下表。v4、淺埋暗挖法與新奧法的區別、淺埋暗挖法與新奧法的區別 v新奧法是施工過程中充分發揮圍巖本身具有的自承能力，以噴射砼、錨桿為主的初期支護，使支護與圍巖聯合受力共同作用，把圍巖看作是支護結構的重要組成部分。v淺埋暗挖法又稱礦山法，基本不考慮利用圍巖的自承能力，采用復合襯砌，初期支護承受全部基本荷載，二襯作為安全儲備，共同承擔特殊荷載。v淺埋暗挖法理論源于“新奧法”，如以錨噴作為初期支護手段；盡量減少圍巖擾動；初支與圍巖密貼；量測信息反饋指導施工等。v1、淺埋暗挖施工步驟及工藝流程、淺埋暗挖施工步驟及工藝流程v淺埋暗挖法施工步驟：v施工準5、備超前小導管布設注漿土方開挖格柵架立鋼筋網片、連接筋噴射混凝土防水施工二次襯砌二、淺埋暗挖法施工方法* *8施工準備施工準備超前導管超前導管超前注漿超前注漿土方開挖土方開挖格柵安裝格柵安裝網片安裝網片安裝砼噴射砼噴射防水施工防水施工二次襯砌二次襯砌淺埋暗挖法施工工淺埋暗挖法施工工藝流程流程施工準備實施性施工組織設計地層預加固及施工輔助措施開挖 初期支護 現場監控量測 是否符合控制標準防水層二次襯砌混凝土結構結束是（修改施工方案）（加強初期支護施工輔助措施）（改變開挖步驟，程序）（修改支護參數）否v 2、淺埋暗挖施工技術原則、淺埋暗挖施工技術原則v淺埋暗挖法的核心技術被概括為18字方針：“管超前6、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”。在暗挖施工作業時根據地質情況制定相應的開挖步驟和支護措施，嚴格根據量測數據確定支護參數，保證暗挖作業和周邊環境的安全。短進尺短進尺：一次注漿，一次開挖或多次開挖，土體暴露時間越長，進尺越大，土體坍塌的危險就越大，所以一定要嚴格限制進尺的長度。在施工中可采取預留核心土，目的除減少開挖時間外，預留的土體還可以平衡掌子面的土體，防止滑塌。強支護：強支護：在松散地層中施工，大量土體的重力會直接作用于初期支護結構上，初期支護必須十分牢固，具有較大的剛度，以控制初期結構的變形，保證結構的穩定。 快封閉快封閉：在臺階法施工中，如上臺階未封閉成環，變形速度較快，為有7、效控制圍巖松弛，必須及時采用臨時仰拱或使支護體系成環。勤量測：勤量測：結構的受力最終都表現為變形，可以說，沒有變形（微觀的），結構就沒有受力。按照規定頻率對規定部位進行監測，掌握施工動態，調整施工參數并設置各部位的變形警戒值，是淺埋暗挖法施工成敗的關鍵。v3、淺埋暗挖常用施工方法、淺埋暗挖常用施工方法v采用淺埋暗挖法施工時, 依據工程地質、水文情況、工程規模、覆土埋深及工期等因素，常用施工方法有全斷面法、臺階法、中隔墻法（CD法）、交叉中隔墻法（CRD法）、雙側壁導坑法(眼睛工法)、洞樁法（PBA法)、中洞法及側洞法等。v（1）全斷面開挖法v全斷面法主要適用于較好圍巖，全斷面開挖法施工操作比較8、簡單，為了減少對地層的擾動次數，在采取局部注漿等輔助施工措施加固地層后，也可采用全斷面法施工。采全斷面開挖法有較大的作業空間，有利于采用大型配套機械化作業，提高施工速度，且工序少，便于施工組織和管理。但由于開挖面較大，圍巖穩定性降低，且每個循環工作量較大。每次深孔爆破引起的震動較大，因此要求進行精心的鉆爆設計，并嚴格控制爆破作業。v（2）臺階法v臺階法是最基本、運用最廣泛的施工方法，而且是實現其它施工方法的重要手段。當開挖斷面較高時可進行多臺階施工，每層臺階的高度常用3.04.5m，或以人站立方便操作選擇臺階高度。當拱部圍巖條件發生較大變化時，可適當延長或縮短臺階長度，確保開挖、支護質量及施工9、安全。v臺階法一般分為正臺階法、正臺階環形開挖法（留置核心土）和正臺階臨時仰拱法。臺階法工程實例v（3）CD法和CRD法v中隔墻法也稱CD工法，CD法是在軟弱圍巖大跨度隧道中，先開挖隧道的一側，并在設計中間部位作中隔壁，然后再開挖另一側的施工方法，主要應用于雙線隧道級圍巖深埋硬質巖地段以及老黃土隧道（級圍巖）地段。v當CD工法仍不能滿足要求時，可在CD工法的基礎上加設臨時仰拱，即所謂的交叉中隔壁法（也稱CRD工法）。CRD工法的最大特點是將大斷面施工化成小斷面施工，各個局部封閉成環的時間短，控制早期沉降好，每個步序受力體系完整。因此，結構受力均勻，形變小。另外，由于支護剛度大，施工時隧道整體下10、沉微弱，地層沉降量不大，而且容易控制。CD法施工步法施工步驟示意示意圖 大量施工實例資料的統計結果表明，CRD工法優于CD工法（前者比后者減少地面沉降近50%）。但CRD工法施工工序復雜，隔墻拆除困難，成本較高，進度較慢，一般在地面沉降要求嚴格時才使用。CRD工法施工橫向示意圖CRD工法施工縱向示意圖暗挖暗挖CRD法施工步序法施工步序CRD工法施工實例* *CRD法開挖效果圖v（4）雙側壁導坑法v雙側壁導坑法也稱眼鏡法，是變大跨度為小跨度的施工方法，其實質是將大跨度分成三個小跨度進行作業，主要適用于地層較差、斷面很大的地下工程。雙側壁導坑法具有開挖斷面小，擾動范圍小，支護快，封閉早和安全性高等11、特點。該法工序較復雜，導坑的支護拆除困難，有可能由于測量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大了下沉值，而且成本較高，進度較慢。一般采用人工和機械混合開挖，人工和機械混合出渣。v采用雙側壁導坑法施工時，兩側導坑開挖根據圍巖情況可全斷面開挖，也可以分步開挖，對變形較大，初期支護結構開裂破壞的，一般采取在兩側壁導坑內中部增設臨時型鋼橫撐，以達到維護穩定的目的。雙雙側壁壁導坑法施工步序坑法施工步序圖雙側壁導坑法實例施工要點及技術措施施工要點及技術措施注意控制先行導洞的開挖中線和水平，確保開挖斷面圓順，鋼格柵安裝位置正確。盡可能縮短開挖臺階和各開挖分部的施工間隔，使初期支護盡快閉合，以控制圍巖變形。因為中隔12、壁法工序較多，工序轉換使得結構受力復雜，為保證拆除臨時格柵時的安全，必須保證各部格柵之間的連接質量。中隔墻、板拆除時，一定要進行拆除實驗，根據監測數據，決定拆除長度。拆除時要有專項拆除方案，采用滑輪、繩索等措施確保安全，嚴禁采用卷揚機等機械設備連續拆除，一般采用跳倉或換撐拆除等方法。v（5）大斷面暗挖法v大斷面車站開挖方法的選擇,受地表沉陷影響較大,變大跨為小跨可減小地表沉陷;開挖分塊越多,擾動地層次數增多地表沉陷就越大;一次支護及時、開挖支護封閉時間越快地表沉陷就越小。當采用正確施工方法和相應的輔助施工措施后,可以做到安全、經濟、快速施工的目的。v大斷面暗挖主要集中在地鐵車站及渡線段。主要工13、法為: 洞樁法（PBA法）、中洞法、側洞法等。在大斷面施工中以下幾點值得注意:v大斷面劃小斷面 ,不是越小越好 ,要根據地層做調整 ,小斷面固然開挖安全 ,但多次力的轉換 ,易造成累計沉降過大;v較好的方法為洞樁法 ,但洞樁法導洞多 ,洞內施工樁 ,作業條件差; v中洞法較為安全 ,控制沉降好 ,但該法在完成中洞后 ,開挖側洞 ,由于側向抵抗側壓的減弱 ,會造成中洞過大變形 ,有的造成中拱二襯開裂 ,二襯不宜過早受力;v多層導洞開挖 ,一般先從上部洞室開挖 ,然后落底。但是整體下沉 總累計沉降較大。為減少累計沉降 ,可采取反復注漿措施 ,也可以考慮先挖下部導洞 ,逐層上挖 ,但每層開挖增加超前14、小導管。1、上下導坑錯開距離開挖（包括初支）；2、孔樁開挖、底縱樁、中柱邊樁、頂縱梁；3、中洞上臺階開挖（包括初支）；4、左右洞上臺階開挖（包括初支）；、中洞拱部襯砌；、側洞拱部襯砌；7、樓板以上土體開挖；、樓板澆砼；9、剩余部分土體開挖；、底板及底部邊墻襯砌；、站臺板澆筑。v1.淺埋暗挖施工中出現的問題v施工一般地處第四紀沖、洪積扇的中上部,地層由粘性土、粉土、砂類土、碎石類土沉積而成,土質松散,成拱條件差；而且地下水水位高，滲透性強（一般采取降水措施,但仍有殘留水）；加上大部分線路處于交通繁忙地段，車輛行駛過程中產生強烈震動，使淺埋隧道周邊土體更加松弛，開挖過程中極易坍塌。一般引起坍塌的原15、因或因素:三、淺埋暗挖法常用的配套技術v（1 1）地層預加固效果不佳。）地層預加固效果不佳。淺埋暗挖是以地層預加固為前提的一種施工技術。對松散地層,開挖的過程更主要的是支護的過程,地層加固是開挖成敗的關鍵。v（2 2）開挖面暴露時間長。）開挖面暴露時間長。在預加固后開挖過程中,圍巖土體會出現一個短暫的穩定，隨著暴露時間延長,坍塌的可能性也越大。v（3 3）受地面震動影響。）受地面震動影響。地面車輛行駛過程中產生的震動是坍塌的重要誘因之一，尤其夜間重車高速行駛更為明顯。v（4 4）降水后地層殘留水的影響。）降水后地層殘留水的影響。土層隧道施工最為關鍵的是地下水。施工有地下水時，施工前都采取降水措16、施。部分地層中形成砂和粘土的混合體，管井很難達到疏干的目的，開挖過程中可能產生潛蝕作用，并造成流砂、坍塌現象。v（5 5）雨、污水等市政管線滲漏或下穿河、湖。）雨、污水等市政管線滲漏或下穿河、湖。地下管線縱橫交錯,一些雨、污水管修建年代較早，滲漏嚴重，下穿河、湖水滲漏嚴重，周圍地層處于飽和狀態，部分地段還形成一個水囊。隨著暗挖施工擾動土體，破壞原有平衡，可能引起坍塌。v（6 6）馬頭門及斷面變換處。）馬頭門及斷面變換處。馬頭門和斷面變換處是工程施工的一大難點，由于受力轉換比較復雜，施工中易引起坍塌。v（7 7）人為管理等因素。）人為管理等因素。施工方法不當；施工方案不當；管理上重開挖輕支護等。17、 坍塌事故照片v2.常用的輔助工法v穩定地層的主要手段是用注漿加固隧道周邊地層，用管棚加固隧道拱部地層。要根據地質和施工的具體情況確定注漿的范圍、壓力和材料，達到改善地層的物理力學參數，提高地層的自穩能力。常用輔助方法：v（1）大管棚支護v一般開挖洞門或結構受力轉換、大斷面或通過重要管線等地方 ,設計普遍采用管棚方案。常用管棚為 108mm159mm ,也有采用更大的管棚。管棚直徑不是越大越好 ,施工過程中注意沉降控制。管棚施工帶水作業時要間隔進行，同時完成一個管就要立即進行注漿，防止地層中地下水的串流。大管棚支護實例大管棚支護實例v（2）小導管超前支護v在軟弱地層中沿著開挖輪廓線和加固輪廓線18、，按照一定的入射角度，打設一定數量的小導管，用注漿設備把配置好的注漿材料，通過小導管注入到地層里，使注漿材料在軟弱地層里向四周迅速擴散和固結，并使小導管和土體固結在一起，起到棚護和加固地層的作用。常用的小導管為25mm42mm。對較好的粘性土層,采用開挖鎬刨,小導管打入較困難，只要能夠使開挖面穩定，可不必強求打小導管；小導管仰角不宜過大 ,一般控制在 1020以內。小導管不能盲目追求角度要求，防止下榀格柵因無架設空間而割斷導管。小導管不能盲目追求角度要求，防止下榀格柵因無架設空間而割斷導管。v（3）水平旋噴法v開挖前進行水平旋噴加固土體，一般土柱直徑為30mm，相互咬合搭接，形成整體殼體，開挖19、時起到棚護作用。目前一般旋噴長度為20 m左右，開挖18m，留2 m 搭接。旋噴壓力為不小于20MPa，覆土較薄時要減壓，且適當縮小間距。目前采用旋噴加固土體主要問題是漿液流失較大，另外長距離水平旋噴方向性偏差。水平旋噴施工期間會有較大沉降，有時可超過10mm，但開挖時沉降較小，初支背后壓漿亦少，對于個別點棚護不好時，可補打小導管注漿處理。v（4）地表降水及洞內水理方法 v地表井點降水是常用方法，在布置井點時應控制單井抽水量，在施工時做好反濾層，并且分段抽水，以減少因降水引起的地表沉降和減少地下水的流失。粘土層中夾有砂層或砂層中夾有粘土等,管井降水很難全部疏干,地層中存在殘留水，這時經常采用水20、平排水和注漿止水等辦法。v（5）凍結法v凍結法是利用人工制冷技術，使地層中的水凍結，把天然巖土變成凍土，增加其強度和穩定性，隔絕地下水與地下工程的聯系，以便在凍結壁的保護下進行隧道和地下工程的開挖與襯砌施工技術。多用在盾構隧道出發、到達端頭、聯絡通道和區間隧道局部具流塑或流沙地層的止水與加固。v另外還有一些小的輔助辦法如：開挖留核心土、噴射混凝土封閉開挖工作面、鎖腳錨管、設置臨時仰拱等。v1.施工監測總體要求v監控量測工作必須緊接開挖、支護作業，按設計要求進行布點和監測，并根據現場情況及時進行調整或增加量測的項目和內容。量測數據應及時分析處理，并將結果反饋到施工過程中。四、淺埋暗挖法施工中的監21、測 2.監測的作用量測結果修改設計指導施工積累資料為以后設計提供類比依據二次襯砌合理的施作時間為確定隧道安全提供可靠的信息預見事故和險情掌握圍巖動態和支護結構的工作狀態監控量測監控量測v3.監測項目的確定因素v監測項目的確定、監測斷面及測點的位置、儀器設備的選擇及組件的埋設方法等，主要考慮如下因素：v(1)工程地質和水文地質情況；v(2)隧道埋深、跨度、結構型式、隧道間距和施工工藝；v(3)隧道施工影響范圍內現有房屋建筑的結構特點、形狀尺寸及與隧道軸線的相對位置；v(4)設計提供的變形及其它控制值及其安全儲備系數等。 v4.量測項目類型v隧道監控量測的項目應根據工程特點、規模大小和設計要求綜合22、選定。量測項目可分為必測項目和選測項目兩大類(見下列表)，必測項目在采用噴錨構筑法施工時必須進行；選測項目應根據工程規模、地質條件、隧道埋深、開挖方法及其他特殊要求，有選擇地進行。監控量測（必測項目）地表下沉水準儀等拱頂下沉水準儀等凈空變化收斂儀等洞內、外觀察現場觀察、地質羅盤隧道拱頂下沉、凈空收斂示意圖很重要！很重要！ 監控量測項目監控量測項目 區區間監測點布置點布置圖v5.監測要求v凈空變化、拱頂下沉量測應在每次開挖后12h內取得初讀數，最遲不得大于24h，且在下一循環開挖前必須完成。測點應牢固可靠、易于識別，并注意保護，嚴防損壞。拱頂下沉和地表下沉量測基點應與洞內、外水準基點建立聯系。v23、地表下沉量測應在開挖工作面前方，隧道埋深與隧道開挖高度之和處開始，直到襯砌結構封閉、下沉基本停止時為止。各項量測作業均應持續到變形基本穩定后23周結束。對于膨脹性和擠壓性圍巖，位移長期沒有減緩趨勢時，應適當延長量測時間。v凈空變化速度持續大于1.0mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護系統;凈空變化速度小于0.2mm/d時，圍巖達到基本穩定。五、淺埋暗挖法在本五、淺埋暗挖法在本項目的目的應用用豎井豎井區間左線區間左線隧道隧道 永安區間自永定門外站向東南穿越琉璃井路和永外街道辦事處，沿安樂林路與安樂林站對接，包括正線段和停車線段，均采用礦山法施工，斷面型式有：標準減震斷面、CRD法斷面24、和雙側壁導洞法斷面。區間隧道洞身標高從小里程向大里程方向呈逐漸抬升趨勢，軌面線標高約在19.73125.175之間，隧道覆土深度約為8.5915.54m。區間右線區間右線隧道隧道安樂林站安樂林站永定門永定門外站外站區區間右右線隧道斷面隧道斷面設置置區區間左左線隧道斷面隧道斷面設置置工程地工程地質及水文及水文區間右線工程地質縱剖面圖區間右線工程地質縱剖面圖 根據地質圖顯示，區間隧道拱頂大部分處于粉質粘土層，部分處于粉細砂及細中砂層，施工過程中應做好超前支護加固，防止坍塌；區間隧道結構底大部分位于潛水（二）水位以上，僅1號豎井及橫通道向小里程方向部分位于水位線以下，采用管井降水，同時做好洞內抽排水25、準備。區間左線工程地質縱剖面圖區間左線工程地質縱剖面圖粉細砂細中砂粉質粘土粉質粘土細中砂粉質粘土粉細砂粉質粘土橫通道施工橫通道施工順序序圖橫通道橫通道進正正線馬頭門門架施工架施工橫通道橫通道進正正線馬頭門破除施工步序破除施工步序圖超前小超前小導管施工管施工土方開挖土方開挖神仙土神仙土格格柵安裝控制要點安裝控制要點v1.超前小導管注漿的作用是什么？v超前小導管注漿的作用，一是改良工作面前方的地層在開挖工作面以外（尤其是頂部）形成厚度為0.51m的加固圈；二是超前小導管與地層形成超前支護結構，從而保證開挖工作面的穩定，防止工作面坍塌，控制地表沉降。淺埋暗挖常見問題答疑v2.任何地質條件都必須采用小26、導管超前預注漿嗎？v超前小導管注漿適用于隧道拱部處于無粘結，自穩能力差的砂層及砂礫（卵）石層。對于降水后自穩能力較強的亞粘土地層可不進行小導管注漿。v3.初支格柵節點螺栓，都能擰緊嗎？擰不緊怎么辦？ v一般來說，在地下施工環境里格柵螺栓是不容易都擰緊的，一榀格柵若干個松動的節點會給工程留下無窮隱患。首先初支結構會沿著節點處留下一道縱向裂縫并不斷擴大，這是十分可怕的。因此，用與格柵主筋相同的鋼筋豎向按規范進行幫焊，是一項不可缺的工序。v4.工程周邊管網調查清楚了嗎？有何對策？v調查對象應該是管網名稱、直徑、材質、接口、年代、流量與結構的關系。以便采取改移、導流、加固周邊土體等措施。v5.天天都量27、測，你重視分析量測成果嗎？及時采取對策嗎？v每天必須審閱內拱頂和對應的地面沉降值和洞內兩側收斂值，對照預警值分析。注意周邊結構的差異沉降分析，及時采取注漿加固，縮小步距，地面注漿，修改設計等對應措施。v6.正臺階分層開挖，臺階有坡度嗎？v臺階縱向必須有坡度，以確保臺階穩定。在亞粘土地區，通常采用1：0.3，砂層應更緩些。接近90度直立是不允許的，挖神仙土是絕對違章。臺階過陡土體滑落傷人屢見不鮮。v7.初支背后和二襯背后都注漿嗎？何時注漿？注什么漿液？v初支背后有空洞是公認的事實，因此必須梅花形布置注漿孔注漿填充，一般注普通水泥砂漿即可，也有注水泥、白灰和粉煤灰漿液的。初支在封閉成環后，背后注漿28、應予跟上。v二襯背后也需注漿，因為泵送二襯混凝土，收縮后拱背是平的，與初支有縫隙，需用同等級沙漿或超細水泥漿填充使之密貼。v8.你在乎豎井周邊堆土的荷載和動載影響嗎？v井周邊的堆土應以不影響豎井結構安全為原則，同時要有一定安全距離，每晚及時把當日棄土裝運外卸。裝載機、載重汽車也要遠離豎井結構。v9.掌子面都需要封閉嗎？ v封閉掌子面是為了避免超前注漿時漿液外泄，在中、粗砂，細砂，砂礫層等可注性好地層常采取封閉掌子面措施。在有水地層，地質較壞，掌子面易坍塌時也會采取封閉掌子面措施。v10.為什么坍方、冒頂、流沙、涌水多出現在風道或出入口、人防段換乘通道地段？v出入口等均屬于超淺埋地下工程，覆土薄，斷面變化頻繁。陡坡、轉彎、對開、平頂、直墻等復雜的結構斷面都集中在這些部位。這些大都屬于地下管網密布地區，常年受管網漏水浸泡，土質松軟，有的甚至成流動狀，是地鐵施工的主要風險源。如果設計或施工方案稍欠考慮，或工藝流程不過關，或隊伍管理不嚴，或方案未經專家論證貿然施工，都會造成不良后果。2011年年8月月27日日