隧道工程(浅埋暗挖法施工)讲座PPT

隧道工程浅埋暗挖法施工 2一、 概述1、 浅埋地下工程基本概念(1)浅埋隧道定义铁路隧道定义：对于单线或双线隧道洞顶埋深小于：VI级围岩35-40m、V级围岩18-25m、IV级围岩10-14m、III级围岩5-7m，为浅埋隧道。城市地铁：覆跨比H/D在0.6-1.5时为浅埋，H/D小于0.6时为超浅埋。(2)浅埋隧道特点最大的特点是埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此对开挖、支护、衬砌、排水、注浆等方法提出更高要求，施工难度增加。 3(3)浅埋地下工程的施工方法主要包括：明挖法（盖挖法）、盾构法、浅埋暗挖法。浅埋地下工程施工方法优缺点比较 4前德国地铁建造成本的变化2、浅埋暗挖法基本原理(1)浅埋暗挖法名称的确定在小导管超前支护技术、格栅拱架制造技术、正台阶环形开挖留核心土方法、监控量测技术等基础上，在软弱地层必须快速施工的理念，突出时空效应对防塌的重要作用。并在军都山黄土隧道、北京地铁复兴门折返线、复—八线、西单车站采用浅埋暗挖技术取得了巨大的成功。 51987年8月，北京市科委与铁道部科技司共同组织鉴定会，对浅埋暗挖技术进行评价，会上确定取名为：浅埋暗挖法，适用范围：各种软弱地层的地下工程设计与施工。浅埋暗挖法又经过十几年的广泛应用，形成了一套完整的配套技术，被评为国家级工法，并正式提出“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。军都山隧道（1988）（第一次用小导管、网构钢架）北京地铁复兴门折返线（1987）（国家科技进步二等奖） 6第一次用浅埋暗挖法建成北京地铁车站试验段第一次用浅埋暗挖法建成京珠高速乌龙岭双连拱隧道(2)浅埋暗挖法施工原理浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理：采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力；采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；采用信息化设计与施工。 7浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱地层的地下工程，围岩自承能力很差，为控制地表沉降，初期支护刚度要大、要及时。特征曲线中C点尽量靠近A点，即尽量增大支护的承载，减少围岩的自承载。要做到这点，必须遵守十八字方针，初支必须从上向下施工，初支基本稳定后才能做二衬，且必须从下到上施工。 83、浅埋暗挖法的发展方向浅埋暗挖法具有很多优点，但其缺点是：施工速度慢，施工工艺受施工队伍的技术水平限制等。发展的方向：(1)拓宽浅埋暗挖法的应用范围目前浅埋暗挖法已经推广到广州、深圳、北京、杭州等地特殊的流沙、淤泥、含水砂层、流塑、半流塑地层；埋深缩小到0.8m；暗挖施工的车站跨度达26m；穿越密集民房。随着建设项目的增多，还需进一步研究新的辅助工法和施工工艺，以适应各种地层条件、埋深、跨度等方面的要求。 9(2)以信息化设计法补充和丰富传统的经验类比设计法根据地表建筑物条件，选择合理的沉降值和结构刚度，并通过监控量测资料，及时调整、优化支护参数。对于地面无建筑物、地下无管线、对地面沉降要求不高时，可采用刚度较小的支护结构，以发挥围岩的自承能力；对于地面沉降要求比较严格的区段，应采用刚度较大、先柔后刚的网构钢拱架支护结构，以防止围岩过渡变形。(3)选择适宜的辅助施工措施常用的有：环形开挖留核心土；喷混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆或超前小导管支护；超前小导管周边注浆支护；设置上半断面临时仰拱；深孔注浆加固地层；长管棚超前支护；特殊地层冻结法；水平旋喷超前支护；地面锚杆或高压旋喷加固地层；降低洞内、洞外地下水位；洞内超前降排水。 10(4)选择合理的支护参数和施工方法(a)支护要及时，不仅能减小支护结构的荷载，还能避免地层的过分变形。(b)对浅埋软弱地层，锚杆作用降低，尤其顶部两侧30度范围内锚杆是承压的，可取消该区的锚杆。超前小导管是有效的，第一台阶一般2.5—2.7m，小导管长3.5m—3.7m，以确保1m左右导管插入破裂面以外。(c)作为初支的喷混凝土厚度要合理，太厚不利于混凝土材料力学性能的发挥，当厚度dD/40（D为洞径），喷混凝土支护接近无弯矩状态，支护结构性能较好。因此，用增喷混凝土厚度的方法来加强支护效果较差，应在采用合理的喷射方法、材料、配合比、外加剂上想办法，比如用湿喷、潮喷法，加聚丙烯纤维等。 11(d)采用正确的施工方法，从工程造价和施工速度考虑：施工方法的选择顺序应为：正台阶—台阶设临时仰拱—CD工法—CRD工法—眼镜工法，从施工安全考虑，顺序正好反过来。(5)富水地层的结构防水目前的设计思路是：第一道防水线是初支和二衬之间铺设全包防水板；第二道防水线是二衬防水混凝土。实践证明：在无水或少水地层是有效的，在富水地层失败。原因：(a)初支表面混凝土不平整，锚杆头也难于处理，难以保证防水板的完整性，特别是钢筋混凝土更易造成防水板破坏，这样封闭防水层结构的设计思想得不到落实。(b)防水板与初支之间容易形成水囊，一旦防水板破裂，水就会在薄弱环节寻找出路，造成施工缝漏水。 12(c)采用全包防水板，水压直接作用在二衬上，容易造成衬砌开裂而漏水。改进措施：(a)加强初期支护的防水能力，提倡喷射防水混凝土，也可在初支与围岩之间进行填充注浆，把地下水拒之初支之外。(b)在初支表面布设一定数量的引水盲管，将少量初支渗漏水引排出去，防水板铺设到墙脚配合二衬防水混凝土防水，仰拱不铺设防水层，对进入初支结构和二衬之间的渗漏水应遵照以排为主的原则处理。 13二、浅埋暗挖法施工原则及方法的比较1、浅埋暗挖法施工原则(1)根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差：可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好：可用全断面开挖法。(2)应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。(3)应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套几具，为快速施工创造条件，设备投入量一般不少于工程造价的10%。(4)施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的工序。 14(5)工序安排要突出及时性，地层差时，应严格执行十八字方针。(6)提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高质量和速度。(7)应加强通风，洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。(8)应采用网络技术进行工序时间调整，进行进度、安全、机械、监测、质量、材料、环境管理。2、浅埋暗挖施工方法的比较 15浅埋暗挖各施工方法的比较 16三、全断面开挖作业(1)施工顺序全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车退后50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出碴后钻孔台车再推移到开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时，施作初期支护，铺防水隔离层（或不铺），进行二次模筑衬砌。该流程突出两点：增加机械手进行复喷作业，先初喷后复喷，以利于稳定地层和加快施工进度；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m，大那个地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法。 17（2）适用范围全断面法主要适用于I~II级围岩，当断面在50㎡以下，隧道又处于IV级围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工，但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20㎡以下，且施工中仍须特别注意，山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道工程施工多用此法。（3）优缺点全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理。但由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。 18四、台阶法开挖台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个断面或几个工作面，分步开挖，根据地层条件和机械配备情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔墙台阶法等。该法在浅埋暗挖法中应用最广，可根据工程实际、地层条件和机械条件，选择合适的台阶方式。1、正台阶法开挖正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降，上台阶长度（L）一般控制在1~1.5倍洞径（D），根据地层情况，可选择两步或多步开挖。 19（1）上下两部分步开挖法采用此法，若地层较好（III~IV级），可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。 20（2）多部分步开挖留核心土该法适用于较差的地层，围岩级别为V、VI级，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土，用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网钩钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过10d，以确保地面沉陷控制在50mm以内。 212、有关台阶长度问题台阶长度之所以定为1倍洞径（D），主要因为：地面沉降不容许超过30mm，承载拱的跨度约为1倍洞径。在1倍洞径区段周围地层产生横向和纵向两个承载拱的作用，这对开挖是有利的，台阶长度超过1倍洞径将失去纵向承载拱受力结构，仅有横向平面承载拱受力结构。上台阶若选用大于1.5倍洞径的长台阶，在开挖时纵向变位大，上台阶断面形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近受力大而使其失去稳定性。上台阶若过短，小于1倍洞径，因洞内纵向破裂面超过工作面，易造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定，所以软弱地层不能采用短台阶法施工，但是若用硬岩爆破法施工时，为了便于风钻打眼，可设置超短台阶。 22纵向承载拱上台阶过长引起松动荷载开挖过程纵向变位影响长度 23从安全角度考虑，台阶长度定为1倍洞径是合理的，施工机械的配置也应遵守这个原则。因此，在采用正台阶法施工时，应树立一个概念，不要分长台阶、短台阶、微台阶，这是长期施工经验教训的总结，有关施工规范中也取消了这种说法，也不再提半断面法开挖。需要说明的是，在II类砂卵石地层中进行大断面正台阶开挖，必须同时实施深孔注浆和小导管超前支护、预注浆辅助工法。3、正台阶法开挖优缺点(1)灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，尤其是各种不同方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化（变好或变坏），都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母。 24(2)具有足够的作业空间和较快的施工速度，台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。当地层无水、洞跨小于10m时，均可采用该方法。(3)台阶法开挖的缺点是上下部作业相互干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩被扰动的次数等。 25五、单侧壁导坑超前导坑法开挖主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨断面多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3~4m，这样就可将大跨度变为3~4m跨和6~10m跨，这种施工方法简单可靠。采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为了稳定工作面，经常和超前小导管注浆等辅助施工措施配合适用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出碴。 26六、中隔墙法（CD工法）和交叉中隔墙法（CRD工法）开挖(1)基本概念CD法（CenterDiaphragm）主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即CRD法（CrossDiaphragm）。CD法首次在德国慕尼黑地铁工程的实践中获得了成功，CRD法是日本吸取欧洲CD法的经验，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、改进发展的一种工法。其最大特点是将大断面施工化成小段面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。 27(2)施工顺序及工艺CRD法施工国家计委地下停车场工程 28 29(3)方法的比较大量的施工实例资料的统计结果表明，CRD法优于CD法（CRD法比CD法减少地面沉降近50%），而CD法又优于眼镜法。但是CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大段面地下结构物（如停车场），且地面沉降要求严格时才使用。每步的台阶长度都应控制，一般为5~7m。在市区软弱、松散的地层中，仅从控制地层位移的角度考虑，前述隧道浅埋暗挖施工方法择优的顺序为CRD工法→眼睛工法→CD工法→上半断面临时闭合法→正台阶法。而从进度和经济角度考虑，由于各工法的工序和临时支护不同，其顺序恰恰相反。 30七、双侧壁导坑法开挖(1)基本概念双侧壁导坑法也称眼睛工法，也是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度（＞20m）分成三个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大、单侧壁导坑超前台阶法无法满足要求的三线或多线大断面铁路隧道及地铁工程。该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。20世纪70年代至80年代初国内外多用此法，目前使用较少。 31(2)施工顺序及工艺 32(2)施工顺序及工艺 33八、特大断面施工施工方法在修筑地下发电厂、地下仓库、地下商业街及地铁车站时，经常出现地下大空间的施工问题。这些建筑物若在埋深较浅、软弱不稳定的Ⅲ~Ⅴ级围岩中，一般用浅埋暗挖法施工。当地质条件差、断面特大时，一般设计成多跨结构，跨与跨之间有梁、柱连接。比如常见的三跨两柱的大型地铁站、地下商业街、地下停车场等，一般采用中洞法、侧洞法、柱洞法及洞桩墙法（地下盖挖法）等方法施工，其核心思想是变大断面为中小断面，提高施工安全度。 34(1)中洞法施工中洞法施工就是先开挖中间部分（中洞），中洞内施作梁、柱结构上。由于中洞的跨度较大，施工中一般采用CD法、CRD法或眼睛法等进行施作。中洞法施工工序复杂，但两侧洞对称施工，比较容易解决侧压力从中洞初期支护转移到梁柱上时产生的不平衡侧压力问题，施工引起的地面沉降较易控制。该工法多在无水、地层相对较好的时应用。该工法空间大，施工方便，混凝土质量也能得到保证。当施工队伍水平较高时，多采用该工法施工。采用该工法施工，地面沉降均匀，两侧洞的沉降曲线不会在中洞施工的沉降曲线最大点叠加，应为优选方案。 35 36(2)柱洞法施工施工中，先在立柱位置施作一个小导洞，可用台阶法开挖。当小导洞做好后，在洞内再做底梁、立柱和顶梁，形成一个细而高的纵向结构。该工法的关键是如何确保两侧开挖后初期支护同步作用在顶纵梁上，而且柱子左右水平力要同时加上且保持相等，这是很困难的力的平衡和力的转换交织在一起的问题。在第④步增设强有力的临时水平支撑是解决问题的一个办法，但工程量大，不易控制。另一个办法是在第②步的空间用片石（间层用素混凝土或三合土）回填密实，使立柱在承受不平衡水平力时，依靠回填物给予支持，这样左边和右边施工就可以不同步地将水平荷载转移到立柱纵梁上。这样做虽能确保立柱的质量，但造价较高。 37 38(3)侧洞法施工侧洞法施工就是先开挖两侧部分（侧洞），在侧洞内做梁、柱结构，然后在开挖中间部分（中洞），并逐渐将中洞顶部荷载通过侧洞初期支护转移到梁、柱上。这种施工方法，在处理中洞顶部荷载转移时，相对于中洞法要困难一些。两侧洞施工时，中洞上方土体经受多次扰动，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形。改土体直接压在中洞上，中洞施工若不够谨慎就可能发生坍塌。采用该工法施工引起的地面沉降较大，而中洞法则不会出现这种情况。 39 40(4)桩柱法桩柱法就是先开挖，在洞内制作挖孔桩。梁柱完成后，再施作顶部结构，然后在其保护下施工，实际上就是将盖挖法施工的挖孔桩梁柱等转入地下进行，因此也称做地下式盖挖法。该工法施工工序较多，且由于地下工作环境很差，施工质量较难保证。扣拱时由于跨度较大，安全性稍差。该工法是为民工队准备的低水平施工法，洞内挖孔环境破坏很大，是一种不宜过多提倡的方法。 41 42(5)各种开挖方式的比较 43九、工程案例分析[案例1]北京地铁五号线崇文门站施工技术（1）工程概况地铁五号线崇文门站位于崇文门路口下,采用“浅埋暗挖法”施工。车站与既有地铁二号线崇文门站东端喇叭口式过渡段区间立交，并从其下方穿过。五号线崇文门车站结构为双柱三跨岛式暗挖车站，车站两端为双层结构（地下一层为站厅层，地下二层为站台层），中间为单层结构（系站台层），车站总长度208.9m，总宽度24.2m，站台宽度14m。车站顶板覆土：双层结构为8～9.3m，单层结构为13.5m。车站施工的难点主要集中在新建车站近距离（净距1.98m）暗挖施工下穿既有地铁环线结构。 44崇文门车站平面图 45新建车站与既有线的关系 46（2）过既有线施工方案采用φ600咬合管幕，钢管管径φ600mm，壁厚16mm，长度为36m。管幕布置在既有环线区间隧道和车站拱顶之间，距离车站初支30cm，沿车站隧道单层断面拱部布设一环，钢管之间采用工字钢相互咬合，环向间距中—中为725mm。在大管棚的施工过程中，考虑到开挖时管棚在一定的阶段是作为荷载存在的，同时管棚具有足够的刚度，所以在初支施工过程中暂时不进行管棚钢管的填充工作，在钢管支座施工完成后，钢管内再填充无收缩水泥砂浆，用来提高钢管刚度和防止管棚钢管腐蚀后造成地层空洞影响地铁结构安全。 47超前φ600管幕采用水平液压钻孔顶管机施工，施工时水平螺旋钻超前成孔，φ600钢管同步顶进（成孔孔径小于钢管外径20mm），超前成孔钻头（φ580）和钢管之间距离保持在+5cm、-10cm之间，φ600钢管前端收缩至φ580。该施工工艺能够有效的控制地层沉降，其主施工设备为液压系统，施工中振动和噪音较小。 48 49 50 51[案例2]北京地铁十号线呼家楼车站施工技术（1）工程概况呼家楼车站是北京地铁十号线的中间站，车站位于东三环与朝阳北路的交叉路口,呈南北走向，为分离岛式暗挖车站。东三环现状路宽80m，双向8车道，两侧为辅道；朝阳北路为新建城市道路，路宽60m，双向8车道。呼家楼站与规划的东西走向的M6线在本站形成“十”字换乘关系。车站受交叉路口朝阳路立交桥的影响，左右线结构分别位于桥梁两侧的辅路下，左右线两结构之间设联络通道、迂回风道，采用洞桩法施工。车站平面及地质剖面如下图。 52呼家楼车站平面图 53呼家楼车站地质剖面图 54（2）洞桩法施工工序图 55 56该图为小导洞回填施工，即上图中的工序3。该图为扣拱施工，即上图中的工序4。 57该图为中板施工完成后正在施工拱部衬砌。 2019ppt资料58欢迎批评指导！！快乐工作，快乐生活！感谢您的聆听！！ 让我们一起努力，把最好的教育献给我们的孩子！