暗挖施工技術(shù)(砂卵石地質(zhì))

1、 研究內(nèi)容： 一、隧道開挖方法與比選 二、超前支護(hù)方法與比選 三、車站暗挖施工方法及施工要點(diǎn) 一、隧道施工方法與比選 隧道施工方法根據(jù)圍巖級別、隧道長度、斷面結(jié)構(gòu)和尺寸、支護(hù) 襯砌的設(shè)計、機(jī)械設(shè)備的配置和施工條件等綜合因素而確定。 具體方法有：明挖法、蓋挖法、礦山法（鉆爆法）、掘進(jìn)機(jī)(TBM) 法、盾構(gòu)法、沉埋法、頂進(jìn)法，其中礦山法又分為傳統(tǒng)礦山法和新奧 法。 傳統(tǒng)礦山法和新奧法的區(qū)別：在于對圍巖的認(rèn)識和處理不同，傳 統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)松動圍巖。 而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu)，構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的 支護(hù)結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支

2、護(hù)結(jié)構(gòu)共 同形成支撐環(huán)，來承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松 動破壞。，表現(xiàn)在支撐方式上，傳統(tǒng)礦山法一般采用木支撐、鋼支撐， 支撐步驟多、耗材多，切開挖分塊多；新奧法主要采用錨噴支護(hù)，開 挖分塊少，施工效率高。 隧道掘進(jìn)機(jī)（Tunnel Boring Machine & TBM） ：在我國和日本 專指指全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)，是用機(jī)械破碎巖石、出碴和支護(hù)實(shí)行 連續(xù)作業(yè)的一種綜合設(shè)備。 1、礦山法隧道施工主要方法 常見的礦山法隧道施工方法可以有：全斷面法、臺階法、環(huán)形取土 留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法（CD）、交叉中隔壁法 （CRD）、洞樁法（PBA）等 開挖方法開挖方法橫斷面示意

3、圖橫斷面示意圖施工方法施工方法使用范圍使用范圍 全斷面法全斷面開挖 初期支護(hù) 全斷面二次襯砌 13級圍巖,中小跨 度隧道 臺階法1上層臺階開挖、初 支，下層臺階開挖、 初支，全斷面二襯 34級圍巖，中小 跨度 環(huán)形開挖六 核心土法 上弧形導(dǎo)坑開挖、 初支，核心土開挖， 下臺階側(cè)壁開挖、 初支，超前仰拱， 全斷面二襯 45級圍巖、一般 土質(zhì)，中小跨度隧 道 開挖方法開挖方法橫斷面示意圖橫斷面示意圖施工方法施工方法使用范圍使用范圍 雙側(cè)壁導(dǎo)坑 法 先行側(cè)坑開挖、初支， 后行開挖、初支，上層 臺階開挖、初支，拆側(cè) 壁，下層開挖，初支， 超前仰拱，全斷面二襯 大跨度、圍巖 質(zhì)量差 中隔壁法 （CD）

4、先行導(dǎo)坑自上而下順序 開挖、初支，后行導(dǎo)坑 自上而下開挖初支，超 前仰拱，全斷面二襯 圍巖較差、跨 度大、淺埋、 地表沉降要求 嚴(yán)格 交叉中隔壁 法（CRD） 自上而下，分格開挖、 初支，超前仰拱，全斷 面二襯 開挖方法開挖方法橫斷面示意圖橫斷面示意圖施工方法施工方法使用范圍使用范圍 洞樁法 （PBA ） 按先下后上,先兩邊后中間施工 導(dǎo)洞，由邊到中施工條基、邊柱、 中柱、冠梁，開挖頂部、二襯， 繼續(xù)向下開挖完成 超大斷面，地 鐵上一般為車 站施工采用 2、方案比選 （1）工程概況： 車站橫穿道路為暗挖施工，暗挖段長61.5m，暗挖段內(nèi)凈空尺寸為 寬8.2m，高8.1m；外徑尺寸為寬9.8m，

5、高9.7m；拱頂覆土8.6m。 隧道拱部位于第四系中、下更新統(tǒng)冰水沉積層的中密卵石層 ，圍 巖級別為級；滲透系數(shù)K=20m/d。施工期間茶店子路繼續(xù)交通，且沿 茶店子路管線不遷改。 （2）總結(jié)工程特點(diǎn)： 圍巖自穩(wěn)能力差級、埋深很淺、地下水豐富、隧道長度短、跨 度中等，矢跨比約為1、地表沉降要求嚴(yán)格。 （3）施工方案確定 見下表 施工方法施工方法適用范圍適用范圍可否采用可否采用不采用原因不采用原因 全斷面法13級圍巖,中小跨度隧道否圍巖 臺階法34級圍巖，中小跨度否圍巖 環(huán)形開挖六核心 土法 45級圍巖、一般土質(zhì)，中小 跨度隧道 否地表沉降要求 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法大跨度、圍巖質(zhì)量差否地表沉降要求 中隔

6、壁法（CD） 圍巖較差、跨度大、淺埋、地 表沉降要求嚴(yán)格 可 交叉中隔壁法 （CRD） 可 洞樁法（PBA ）超大斷面，地鐵上一般為車站 施工采用 否施工難度大，大材 小用 CRD法比CD法的地表沉陷和結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移小50%，因此在 相同條件下推薦使用CRD法。 施工方法施工方法 地表總沉陷地表總沉陷(mm) 地表沉降最大化傾斜率地表沉降最大化傾斜率 側(cè)向水平位移側(cè)向水平位移 (mm) CD 7784 6 20 CRD 2630 2.3 9 CD、CRD法施工效果對比 二、超前支護(hù)的方法與比選 超前支護(hù)：隧道在淺埋地段、自穩(wěn)性差的軟弱破碎地層，由于開挖后 圍巖的自穩(wěn)時間小于完成支護(hù)所需時間，

7、或初期支護(hù)的強(qiáng)度不能滿足圍 巖要求，是保證隧道工程開挖工作面穩(wěn)定而采取的超前于開挖的輔助措 施的一種， 淺埋暗挖：淺埋暗挖法沿用新奧法 (New Austrian Tunneling Method)基本原理，初次支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計，二次模筑襯砌 作為安全儲備；初次支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。 結(jié)論：根據(jù)上節(jié)總結(jié)工程特點(diǎn)：圍巖自穩(wěn)能力差級、埋深很淺、地 下水豐富、隧道長度短、跨度中等，地表沉降要求嚴(yán)格。本工程屬于軟 弱地質(zhì)淺埋暗挖工程，需要進(jìn)行超前支護(hù)。 1、必要性論證 超前支護(hù)方一般有：管棚法、超前導(dǎo)管法、超前鉆孔注漿法、超 前錨桿法、地表錨桿與注漿加固法、水平旋噴注漿法、凍結(jié)法、

8、掌子 面噴射砼、臨時仰拱、墻式遮擋法等，這些方法在施工中可以單獨(dú)使 用，也可以根據(jù)工程需要平行使用。 2、超前支護(hù)方法 （1）管棚法：其主要原理是在隧道開挖之前，沿著隧道開挖輪廓線 外的設(shè)定部位水平鋪設(shè)鋼管，并可以通過鋼管向圍巖注漿，對管棚周 圍的圍巖進(jìn)行加固，使管棚成為隧道后續(xù)開挖的防護(hù)傘（棚），達(dá)到 安全施工的目的。使用設(shè)備為管棚鉆機(jī)。 （2）超前導(dǎo)管法：用于自穩(wěn)時間短的軟弱破碎帶、淺埋段、洞口偏 壓段、砂層段、砂卵石段、斷層破碎帶等地段的預(yù)支護(hù)，采用錘擊或 鉆機(jī)頂入時。 （3）超前錨桿是沿開挖輪廓線，以較大的外插角，向開挖面前方安 裝錨桿，形成對前方圍巖的預(yù)錨固(預(yù)支護(hù))，在提前形成的圍

9、巖錨固 圈的保護(hù)下進(jìn)行開挖、裝渣、出渣和襯砌等作業(yè)。主要適用于圍巖應(yīng) 力較小，地下水較少、巖體軟弱破碎，開挖面有可能坍塌的隧道 （4）地表錨桿與注漿加固法：由地面鉆孔打入錨桿注漿或直接注 漿的一種預(yù)加固方法，作用原理是通過砂漿對錨桿的握裹力,以及砂漿 與周圍孔壁之間的粘結(jié)力實(shí)現(xiàn)的土體加固的。 （5）凍結(jié)法：在不穩(wěn)定含水地層中修建地下工程時，借助人工制 冷手段暫時加固地層和隔斷地下水的一種特殊施工方法，常用于豎井 工程。常用的制冷方法是液態(tài)氮。 （6）臨時仰拱：是指為控制沉降，在開挖完的臺階底部鋼架封閉 成環(huán)噴射混凝土，或直接噴射混凝土，待進(jìn)行下步施工時拆除。 （7）墻式遮擋法：采用地下墻的方式

10、抵抗側(cè)面土壓力。 序序 號號 支護(hù)措施支護(hù)措施使用條件使用條件可否采用可否采用不能采用的原因不能采用的原因 1管棚法56級圍巖，無自穩(wěn)能力， 或地面有荷載 可 2超前導(dǎo)管 法 5級圍巖，自穩(wěn)能力低可 3超前鉆孔 注漿法 56級圍巖，富水圍巖可 4超前錨桿 法 45級圍巖，防止局部剝 落或局部塌陷 可 5地表錨桿 與注漿加 固法 5級圍巖，埋深小于50m否路面不能破，物工 作面 6水平旋噴 樁 56級圍巖（如淤泥、流 沙等），富水，地面交通 復(fù)雜，管線較多 否砂卵石土成樁效果 差 序序 號號 支護(hù)措施支護(hù)措施使用條件使用條件可否采用可否采用不能采用的原因不能采用的原因 7凍結(jié)法含水率大于10%，

11、松散、 不穩(wěn)定地層 可 8掌子面噴 射砼 掌子面圍巖破碎、滲水嚴(yán) 重 可 9臨時仰拱圍巖與支護(hù)變形的臨時措 施、用于三臺階法和CD法 否不適用與CRD法 10墻式遮擋 法 隧道上方兩側(cè)有建筑物否場地限制 結(jié)合工程情況分析施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件差，施工安全要求高，管 棚法相比較于其他的支護(hù)方法具有更高的安全性、可靠性，很適合本 工程使用采用。 3、超前支護(hù)方法共存性論證 根據(jù)上節(jié)分析，確定管棚法為本工程首先采用的超前支護(hù)方法， 還有超前導(dǎo)管法、超前鉆孔注漿法、超前錨桿法、凍結(jié)法、掌子面噴 射砼等可以平行使用。 （1）管棚與小導(dǎo)管的共存性：從施工方法和作用機(jī)理上看，兩者 有重復(fù)性，但是從施工參數(shù)上分析

12、，兩者就可以共存而且可增大安全 性。 管棚環(huán)向間距一般為25-40cm，因?yàn)楣こ趟幍臑樯奥咽刭|(zhì)， 所以管棚環(huán)向間距不能取小值，而間距過大會造成管間注漿不充分， 施工中會有土體從管縫中塌落，不僅增加噴射混凝土和二襯混凝土用 量，還可能造成安全事故，如果在管棚的間隙中打入超前小導(dǎo)管就能 一定程度上彌補(bǔ)這個缺陷。因此可以同時采用管棚和超前導(dǎo)管法。 （2）由于采用了管棚和小導(dǎo)管法支護(hù)，同時也具有注漿的功能， 因此超前鉆孔注漿法就沒有使用的必要了。超前錨桿法的支護(hù)效果和 管棚的效果是重復(fù)的，且沒有管棚的效果好也沒有采用的必要。 （3）凍結(jié)法多用于豎井的開挖，且造價高，而且管棚、注漿的方 法可以達(dá)到加

13、固土體和防水的效果，所以不采用凍結(jié)法。 三、車站暗挖施工介紹 茶店子路站是成都地鐵*號線工程中的一個中間站。車站主體 長212m，暗挖段長61.64m，其中暗挖部分1121m2；暗挖斷面為雙馬 蹄形，外徑尺寸拱高9.7m，寬9.8m，內(nèi)凈空尺寸為寬8.2m，高8.1m； 隧道中心間距為13.7m，拱頂埋深為8.58m。 1、工程概況 2、施工方案 （1）施工步驟順序 施工方法和順序：采用 CRD法施工，全斷面分四次開 挖，施工總共分六步進(jìn)行，施 工順序如下：。 左側(cè)上部開挖、初支， 右側(cè)上部開挖、初支， 左側(cè)下部開挖、初支， 右側(cè)下部開挖、初支， 仰拱超前澆筑， 全斷面二襯襯砌， 施工嚴(yán)格遵從

14、管超前、嚴(yán) 注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封 閉、勤量測的原則， 隧道自外向內(nèi)依 次為： 拱頂：管棚-小導(dǎo) 管-工字鋼支撐- 噴射混凝土初支- 防水層-二襯結(jié)構(gòu)； 側(cè)墻：錨桿-鋼筋 網(wǎng)-噴射混凝土初 支-防水層-二襯 結(jié)構(gòu)； （2） 隧道斷面設(shè)計 （3）超前支護(hù)方法 1）管棚施工的設(shè)計參數(shù)要求 管棚的長度：一般為20-80m，特殊情況下，管棚打設(shè)長度可以達(dá)到 100m300m。 管棚直徑：常用的為89mm、108mm、159mm。 管棚壁厚：一般為6mm，中間用同直徑的壁厚1012mm鋼管車絲扣連接。 管棚中心位置距開挖線：20-30cm；開孔位置偏差為2cm。 管棚傾角：外插角(仰角)一般1-3為

15、宜，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。 環(huán)向間距：根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件、管棚管徑確定，一般為25-40cm，有防 水作用時的取值偏小。 鋼管內(nèi)可增設(shè)由4根 20螺紋鋼筋和固定短環(huán)組成的鋼筋籠提高鋼管剛 度和強(qiáng)度，固定環(huán)采用外徑42（壁厚3.5mm），長4cm的短管環(huán)，短管 間距1m。施工中應(yīng)利用大管棚向地層注漿。 外插角對施工的影響：由于管棚長度大，對空位和空身傾斜度不好控 制，因此施工時需要預(yù)設(shè)一定的外插角，外插角過大會造成施工時挖 土量過大同時造成襯砌混凝土量增加，增加成本，外插角過小或沒有 的話，施工中如控制不好，管棚就有可能侵入襯砌結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)導(dǎo)致襯 砌厚度不夠，影響施工質(zhì)量。 鉆機(jī)種類有很多種有潛 孔鉆

16、機(jī)、電動鉆機(jī)、氣動 鉆機(jī)、跟管鉆機(jī)等等；又 有履帶式和輪式之分。 跟管鉆機(jī)與常規(guī)鉆機(jī)的 區(qū)別：常規(guī)鉆機(jī)是先鉆孔 成孔后再將鋼管推進(jìn)形成 管棚；跟管式鉆機(jī)施工為 鉆頭推進(jìn)時套管直接跟進(jìn)， 一次性形成管棚。 2）超前小導(dǎo)管參數(shù)要求： 鋼管直徑 ：30-50mm； 鋼管長：3-5m； 鋼管鉆設(shè)注漿孔間距：為100-150 mm；距后端100cm內(nèi)不開孔 鋼管沿洪的環(huán)向布置間距：為300-500 mm； 鋼管沿拱的環(huán)向外插角：為10-15； 小導(dǎo)管是受力桿件，因此兩排小導(dǎo)管在縱向應(yīng)有一定搭接長度，鋼管沿 隧道縱向的搭接長度一般不小于1m 。 3）超前注漿： 利用大管棚和小導(dǎo)管向土體注漿。 注漿材料：一

17、般采用單液水泥漿、水泥-添加劑漿液、水泥-水玻璃雙漿 液。 水泥-添加劑漿液：主要添加劑為早強(qiáng)劑，強(qiáng)度與單液水泥漿大致相同， 膠凝時間縮短一半，為6-15小時。 水泥-水玻璃雙漿液：主要由水泥漿和水玻璃按一定比例混合而成，強(qiáng) 度比單液水泥漿偏小，膠凝時間大大縮短，一般為十幾秒到十幾分鐘。 其它材料：根據(jù)工程情況和施工要求的不同還有其他材料，包括鉻木素 類、脲醛樹脂類、丙烯酰胺胺類、聚氨酯類、水玻璃等。比如水玻璃可 以在瞬間凝結(jié)；丙烯酰胺胺類在注漿后一段時間內(nèi)黏度不變，在某一時 間點(diǎn)瞬間凝結(jié)。這是這一類注漿材料造價偏高。 （4）開挖、初支方法 整個斷面分成4個導(dǎo)坑開挖支 護(hù)，每部分施工時采用人工

18、 開挖配以機(jī)械謹(jǐn)慎開挖，注 意短進(jìn)尺開挖，每一循環(huán)控 制在0.50.8m。 每一循環(huán)開挖后應(yīng)立即初噴 約40mm厚砼、然后掛網(wǎng)、架 立鋼架、打錨桿，鋼架與噴 層間隙應(yīng)楔緊，架立鋼架后， 立即分層續(xù)噴砼至設(shè)計厚度。 隧道同一斷面兩側(cè)相鄰導(dǎo)坑 的前后工序宜保持約15m的安 全距離，每個導(dǎo)坑內(nèi)的臺階 長度控制在46m的距離。 u錨桿噴射混凝土 錨桿：兩側(cè)側(cè)墻各75范圍內(nèi)設(shè)置錨桿，采用直徑32mm自進(jìn)式錨桿，錨桿 間距為60*120cm，呈梅花狀； 鋼筋網(wǎng)：采用直徑8mm鋼筋，間距為150mm*150mm，設(shè)置兩層全環(huán)鋼筋網(wǎng)； 噴射混凝土：采用C25，抗?jié)BS6早強(qiáng)混凝土，噴射厚度為350mm。 噴射混

19、凝土要求：主要有混凝土強(qiáng)度、噴射厚度、噴射混凝土與圍巖黏結(jié) 強(qiáng)度等，這些可以通過實(shí)驗(yàn)的方法檢測。施工中影響噴射混凝土這些質(zhì)量 的因素主要有混凝土原材料質(zhì)量、噴射壓力、碰頭和圍巖的距離等，同時 施工現(xiàn)場的管理也是影響施工質(zhì)量的一個重要因素。 u噴射混凝土后注漿 噴射混凝土?xí)r預(yù)留初支后注漿管，頂部間距為2m，側(cè)墻上間距為3m，注漿 的目的是填充開挖造成的土體松動。 u鋼架安裝 中隔壁采用I22a型鋼加工而成，全環(huán)鋼架間距為0.6m，每榀(pn )鋼架分 為8個單元拼接而成，橫隔壁和豎隔壁分別由兩個單元組成。 每榀個單元構(gòu)件的拼接采 用螺栓連接 鋼架施工均按設(shè)計位置安 設(shè)，在安設(shè)過程中當(dāng)鋼架 和噴層之間有較大間隙時 設(shè)騎馬墊塊，墊塊按每單 元3處計。 鋼架之間用 22（螺紋鋼 筋）縱向連接鋼筋焊接在 一起，鋼架中心間距0.6m, 連接鋼筋環(huán)向間距0.5m內(nèi) 外交錯設(shè)置。 鋼架拼接示意圖鋼架拼接示意圖 鎖腳錨桿（管）：是通過鉆 孔打入錨管的方式，向土體 注漿，以改善圍巖的力學(xué)性 能，從而提高圍巖自穩(wěn)能力。 一般在上部開挖完后下部未 開挖前施工，常用在CRD法 和臺階法中。 （5）防水層 u防水層施做在初支和二襯之間全斷面鋪設(shè)， 制作方法為在二襯施工前在噴射的混凝土 上鋪設(shè)防