淺埋暗挖法施工技術(shù)簡介課件PPT（52頁）

1、淺埋暗挖法施工技術(shù)簡介2012年01月31日臧洋 人類社會的不斷發(fā)展進(jìn)步，各種用途的隧道不斷修建，隧道工程技術(shù)水平也不斷提高與發(fā)展。我國地鐵修建方法已由最初單一的明挖法發(fā)展到現(xiàn)在的明挖、蓋挖、淺埋暗挖及盾構(gòu)法等多種方法并存，極大地推動了地下工程的快速發(fā)展。前 言第一章 淺埋暗挖法概述第二章 淺埋暗挖法施工方法第三章 淺埋暗挖法常用的配套技術(shù)第四章 淺埋暗挖法施工中的監(jiān)測目錄第一章 淺埋暗挖法概述 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(yīng)用。因埋深條件、周邊環(huán)境條件等因素的限制，在建筑物密集的繁華市區(qū)和特殊地質(zhì)區(qū)段經(jīng)常采用淺埋暗挖法施工。 淺埋暗挖法起源于

2、1986年北京地鐵復(fù)興門車站折返線工程，由于當(dāng)時(shí)取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，隨后鐵道部等相關(guān)部門討論后確定采用“淺埋暗挖法”這個(gè)名稱，建設(shè)部把它命名為國家級工法。1、淺埋暗挖法產(chǎn)生的背景 采用“淺埋暗挖法”施工的第一項(xiàng)工程北京市地鐵復(fù)興門折返線工程。1986年8月開工，1987年8月建成。榮獲國家優(yōu)秀設(shè)計(jì)金獎，國家科技進(jìn)步二等獎，北京市科技進(jìn)步一等獎。 淺埋暗挖法，是指在軟弱圍巖地層中，以改造地質(zhì)條件為前提，以控制地表沉降為重點(diǎn)，以格柵和錨噴砼作為初期支護(hù)手段，遵循“新奧法”理論，按照“十八字”方針（管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測）進(jìn)行隧道的設(shè)計(jì)和施工。 淺埋暗挖的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)

3、構(gòu)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(huán)境少等。缺點(diǎn)：施工速度慢，噴射混凝土粉塵多，勞動強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高，以及高水位地層結(jié)構(gòu)防水比較困難等。 2、淺埋暗挖法的特點(diǎn) 3、地鐵中淺埋暗挖、明（蓋）挖及盾構(gòu)的關(guān)系 淺埋暗挖法既可作為獨(dú)立的施工方法，也可以與其他施工方法結(jié)合使用，車站經(jīng)常采用淺埋暗挖法與蓋挖法相結(jié)合，區(qū)間隧道用盾構(gòu)法與淺埋暗挖法結(jié)合施工。 淺埋暗挖法與其他工法有很強(qiáng)的兼容性。三者的應(yīng)用情況如下圖。 新奧法是施工過程中充分發(fā)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(hù)，使支護(hù)與圍巖聯(lián)合受力共同作用，把圍巖看作是支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部

4、分。 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(fù)合襯砌，初期支護(hù)承受全部基本荷載，二襯作為安全儲備，共同承擔(dān)特殊荷載。 淺埋暗挖法理論源于“新奧法” ，如以錨噴作為初期支護(hù)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(dǎo)施工等。 4、淺埋暗挖法與新奧法的區(qū)別 自承能力：圍巖開挖后在未進(jìn)行任何支護(hù)情況下，承載上部荷重的能力。第二章 淺埋暗挖法施工方法 1、淺埋暗挖施工步驟及工藝流程淺埋暗挖法施工步驟：施工準(zhǔn)備超前小導(dǎo)管布設(shè)注漿土方開挖格柵架立鋼筋網(wǎng)片、連接筋噴射混凝土防水施工 二次襯砌。（見下圖）施工準(zhǔn)備超前導(dǎo)管超前注漿土方開挖格柵安裝網(wǎng)片安裝砼噴射防水施工二次襯砌 2、

5、淺埋暗挖施工技術(shù)原則 淺埋暗挖法的核心技術(shù)被概括為18字方針：“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”。在暗挖施工作業(yè)時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況制定相應(yīng)的開挖步驟和支護(hù)措施，嚴(yán)格根據(jù)量測數(shù)據(jù)確定支護(hù)參數(shù)，保證暗挖作業(yè)和周邊環(huán)境的安全。管超前：開挖拱部土體自穩(wěn)能力差，自立時(shí)間短，土體凌空后極易坍塌，采用超前支護(hù)的各種手段主要提高土體的穩(wěn)定性，控制下沉，防止圍巖松弛和坍塌。嚴(yán)注漿：導(dǎo)管超前支護(hù)后，立即進(jìn)行壓注水泥漿或其它化學(xué)漿液，填充圍巖空隙，使隧道周圍形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的殼體，以增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，確保開挖過程中的安全。 短進(jìn)尺：一次注漿，一次開挖或多次開挖，土體暴露時(shí)間越長，進(jìn)尺越大，土體坍塌

6、的危險(xiǎn)就越大，所以一定要嚴(yán)格限制進(jìn)尺的長度。在施工中可采取預(yù)留核心土，目的除減少開挖時(shí)間外，預(yù)留的土體還可以平衡掌子面的土體，防止滑塌。強(qiáng)支護(hù)：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(hù)結(jié)構(gòu)上，初期支護(hù)必須十分牢固，具有較大的剛度，以控制初期結(jié)構(gòu)的變形，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 快封閉：在臺階法施工中，如上臺階未封閉成環(huán)，變形速度較快，為有效控制圍巖松弛，必須及時(shí)采用臨時(shí)仰拱或使支護(hù)體系成環(huán)。勤量測：結(jié)構(gòu)的受力最終都表現(xiàn)為變形，可以說，沒有變形（微觀的），結(jié)構(gòu)就沒有受力。按照規(guī)定頻率對規(guī)定部位進(jìn)行監(jiān)測，掌握施工動態(tài)，調(diào)整施工參數(shù)并設(shè)置各部位的變形警戒值，是淺埋暗挖法施工成敗的關(guān)鍵。3、淺埋暗

7、挖常用施工方法 采用淺埋暗挖法施工時(shí), 依據(jù)工程地質(zhì)、水文情況、工程規(guī)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(cè)壁導(dǎo)坑法(眼睛工法)、洞樁法（PBA法)、中洞法及側(cè)洞法等。 施工方法示意圖縱段示意圖重要指標(biāo)比較 沉降工期支護(hù)拆除量造價(jià)全斷面法一般最短沒有拆除低 臺階法 一般短沒有拆除低 中隔墻法（CD）法較大短拆除少偏高交叉中隔墻法 (CRD法)較小長拆除多高雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 （眼鏡法）大長拆除多高洞樁法（PBA法）大長拆除多高中洞法小長拆除多高側(cè)洞法大長拆除多高（1）全斷面開挖法 全斷面法主要適用于較好圍巖，全斷面開挖法施工操作比

8、較簡單，為了減少對地層的擾動次數(shù)，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(yè)空間，有利于采用大型配套機(jī)械化作業(yè)，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(wěn)定性降低，且每個(gè)循環(huán)工作量較大。每次深孔爆破引起的震動較大，因此要求進(jìn)行精心的鉆爆設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格控制爆破作業(yè)。（2）臺階法 臺階法是最基本、運(yùn)用最廣泛的施工方法，而且是實(shí)現(xiàn)其它施工方法的重要手段。當(dāng)開挖斷面較高時(shí)可進(jìn)行多臺階施工，每層臺階的高度常用3.54.5m，或以人站立方便操作選擇臺階高度。當(dāng)拱部圍巖條件發(fā)生較大變化時(shí)，可適當(dāng)延長或縮短臺階長度，確保開挖、支護(hù)質(zhì)量及施工

9、安全。臺階法工程實(shí)例（3）CD法和CRD法 中隔墻法也稱CD工法，主要適用于地層較差和不穩(wěn)定巖體，且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。當(dāng)CD工法仍不能滿足要求時(shí)，可在CD工法的基礎(chǔ)上加設(shè)臨時(shí)仰拱，即所謂的交叉中隔墻法（也稱CRD工法）。CRD工法的最大特點(diǎn)是將大斷面施工化成小斷面施工，各個(gè)局部封閉成環(huán)的時(shí)間短，控制早期沉降好，每個(gè)步序受力體系完整。因此，結(jié)構(gòu)受力均勻，形變小。另外，由于支護(hù)剛度大，施工時(shí)隧道整體下沉微弱，地層沉降量不大，而且容易控制。 大量施工實(shí)例資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，CRD工法優(yōu)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(fù)雜，隔墻拆除困難，成本較高，進(jìn)度較

10、慢，一般在地面沉降要求嚴(yán)格時(shí)才使用。暗挖CRD法施工步序CRD工法施工實(shí)例CRD法開挖效果圖（4）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也稱眼鏡法，是變大跨度為小跨度的施工方法，其實(shí)質(zhì)是將大跨度分成三個(gè)小跨度進(jìn)行作業(yè)，主要適用于地層較差、斷面很大、三線或多線大斷面鐵路隧道及地下工程。該法工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護(hù)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(jìn)度較慢。一般采用人工和機(jī)械混合開挖，人工和機(jī)械混合出渣。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法實(shí)例 實(shí)踐證明，選擇合理的施工方法，可以安全的施工隧道，并將地表沉降控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。因此，選擇一種合理的施工方法是工程成敗的關(guān)鍵。綜合國內(nèi)外施工經(jīng)

11、驗(yàn),基于經(jīng)濟(jì)性及工期考慮,其工法選擇的順序?yàn)?臺階法CD工法CRD工法眼鏡工法。從安全性角度考慮，順序正好相反。在工程實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小、地面環(huán)境等因素從工法的可實(shí)現(xiàn)性、安全性、工期、適應(yīng)性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性六個(gè)方面綜合考慮,選擇施工方法。 （5）大斷面暗挖法 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(shù)增多地表沉陷就越大;一次支護(hù)及時(shí)、開挖支護(hù)封閉時(shí)間越快地表沉陷就越小。當(dāng)采用正確施工方法和相應(yīng)的輔助施工措施后,可以做到安全、經(jīng)濟(jì)、快速施工的目的。 大斷面暗挖主要集中在地鐵車站及渡線段。主要工法為: 洞樁法（PBA法）、中洞

12、法、側(cè)洞法等。在大斷面施工中以下幾點(diǎn)值得注意:大斷面劃小斷面 ,不是越小越好 ,要根據(jù)地層做調(diào)整 ,小斷面固然開挖安全 ,但多次力的轉(zhuǎn)換 ,易造成累計(jì)沉降過大;較好的方法為洞樁法 ,但洞樁法導(dǎo)洞多 ,洞內(nèi)施工樁 ,作業(yè)條件差; 中洞法較為安全 ,控制沉降好 ,但該法在完成中洞后 ,開挖側(cè)洞 ,由于側(cè)向抵抗側(cè)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;多層導(dǎo)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(jì)沉降較大。為減少累計(jì)沉降 ,可采取反復(fù)注漿措施 ,也可以考慮先挖下部導(dǎo)洞 ,逐層上挖 ,但每層開挖增加超前小導(dǎo)管; 1、上下導(dǎo)坑錯(cuò)開距離開挖（包括

13、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(cè)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。施工要點(diǎn)及技術(shù)措施注意控制先行導(dǎo)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(hù)盡快閉合，以控制圍巖變形。因?yàn)橹懈舯诜üば蜉^多，工序轉(zhuǎn)換使得結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，為保證拆除臨時(shí)格柵時(shí)的安全，必須保證各部格柵之間的連接質(zhì)量。中隔墻、板拆除時(shí)，一定要進(jìn)行拆除實(shí)驗(yàn)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，決定拆除長度。拆除時(shí)要有專項(xiàng)拆除方

14、案，采用滑輪、繩索等措施確保安全，嚴(yán)禁采用卷揚(yáng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備連續(xù)拆除，一般采用跳倉或換撐拆除等方法。第三章 淺埋暗挖法常用的配套技術(shù)1.淺埋暗挖施工中出現(xiàn)的問題 施工一般地處第四紀(jì)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(zhì)松散,成拱條件差；而且地下水水位高，滲透性強(qiáng)（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(chǎn)生強(qiáng)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。一般引起坍塌的原因或因素:（1）地層預(yù)加固效果不佳 淺埋暗挖是以地層預(yù)加固為前提的一種施工技術(shù)。對松散地層,開挖的過程更主要的是支護(hù)的過程,地層加固是開挖成敗的關(guān)鍵

15、。（2）開挖面暴露時(shí)間長 在預(yù)加固后開挖過程中,圍巖土體會出現(xiàn)一個(gè)短暫的穩(wěn)定，隨著暴露時(shí)間延長,坍塌的可能性也越大。（3）受地面震動影響 地面車輛行駛過程中產(chǎn)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。（4）降水后地層殘留水的影響 土層隧道施工最為關(guān)鍵的是地下水。施工有地下水時(shí)，施工前都采取降水措施。部分地層中形成砂和粘土的混合體，管井很難達(dá)到疏干的目的，開挖過程中可能產(chǎn)生潛蝕作用，并造成流砂、坍塌現(xiàn)象。（5）雨、污水等市政管線滲漏或下穿河、湖 地下管線縱橫交錯(cuò),一些雨、污水管修建年代較早，滲漏嚴(yán)重，下穿河、湖水滲漏嚴(yán)重，周圍地層處于飽和狀態(tài)，部分地段還形成一個(gè)水囊。隨著暗挖施

16、工擾動土體，破壞原有平衡，可能引起坍塌。（6）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(diǎn)，由于受力轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜，施工中易引起坍塌。（7）人為管理等因素 施工方法不當(dāng)；施工方案不當(dāng)；管理上重開挖輕支護(hù)等。 坍塌事故照片2.常用的輔助工法 穩(wěn)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(jù)地質(zhì)和施工的具體情況確定注漿的范圍、壓力和材料，達(dá)到改善地層的物理力學(xué)參數(shù)，提高地層的自穩(wěn)能力。常用輔助方法：（1）大管棚支護(hù) 一般開挖洞門或結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換、大斷面或通過重要管線等地方 ,設(shè)計(jì)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

17、是越大越好 ,施工過程中注意沉降控制。管棚施工帶水作業(yè)時(shí)要間隔進(jìn)行，同時(shí)完成一個(gè)管就要立即進(jìn)行注漿，防止地層中地下水的串流。大管棚支護(hù)實(shí)例（2）小導(dǎo)管超前支護(hù) 在軟弱地層中沿著開挖輪廓線和加固輪廓線，按照一定的入射角度，打設(shè)一定數(shù)量的小導(dǎo)管，用注漿設(shè)備把配置好的注漿材料，通過小導(dǎo)管注入到地層里，使注漿材料在軟弱地層里向四周迅速擴(kuò)散和固結(jié)，并使小導(dǎo)管和土體固結(jié)在一起，起到棚護(hù)和加固地層的作用。常用的小導(dǎo)管為25mm42mm。對較好的粘性土層,采用開挖鎬刨,小導(dǎo)管打入較困難，只要能夠使開挖面穩(wěn)定，可不必強(qiáng)求打小導(dǎo)管；小導(dǎo)管仰角不宜過大 ,一般控制在 15以內(nèi)。小導(dǎo)管不能盲目追求角度要求，防止下榀格

18、柵因無架設(shè)空間而割斷導(dǎo)管。（3）地表降水及洞內(nèi)水理方法 地表井點(diǎn)降水是常用方法，在布置井點(diǎn)時(shí)應(yīng)控制單井抽水量，在施工時(shí)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(shí)經(jīng)常采用水平排水和注漿止水等辦法。（4）凍結(jié)法 凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水凍結(jié)，把天然巖土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行隧道和地下工程的開挖與襯砌施工技術(shù)。多用在盾構(gòu)隧道出發(fā)、到達(dá)端頭、聯(lián)絡(luò)通道和區(qū)間隧道局部具流塑或流沙地層的止水與加固。 另外還有一些小的輔助辦法如

19、：開挖留核心土、噴射混凝土封閉開挖工作面、鎖腳錨管、設(shè)置臨時(shí)仰拱等。 第四章 淺埋暗挖法施工中的監(jiān)測 1.施工監(jiān)測總體要求 監(jiān)控量測工作必須緊接開挖、支護(hù)作業(yè)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布點(diǎn)和監(jiān)測，并根據(jù)現(xiàn)場情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或增加量測的項(xiàng)目和內(nèi)容。量測數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)分析處理，并將結(jié)果反饋到施工過程中。 量測結(jié)果修改設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工積累資料為以后設(shè)計(jì)提供類比依據(jù)二次襯砌合理的施作時(shí)間為確定隧道安全提供可靠的信息預(yù)見事故和險(xiǎn)情掌握圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)監(jiān)控量測2.監(jiān)測的作用3.監(jiān)測項(xiàng)目的確定因素 監(jiān)測項(xiàng)目的確定、監(jiān)測斷面及測點(diǎn)的位置、儀器設(shè)備的選擇及組件的埋設(shè)方法等，主要考慮如下因素： (1)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況； (2)隧道埋深、跨度、結(jié)構(gòu)型式、隧道間距和施工工藝； (3)隧道施工影響范圍內(nèi)現(xiàn)有房屋建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、形狀尺寸及與隧道軸線的相對位置； (4)設(shè)計(jì)提供的變形及其它控制值及其安全儲備系數(shù)等 4.量測項(xiàng)目類型 隧道監(jiān)控量測的項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、規(guī)模大小和設(shè)計(jì)要求綜合選定。量測項(xiàng)目可分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目兩大類(見下列表)，必測項(xiàng)目在采用噴錨構(gòu)筑法施工時(shí)必須進(jìn)行；選測項(xiàng)