1、 .PAGE23 / NUMPAGES23淺埋暗挖法簡介、施工方法研究以與在地下工程中的應用目 錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc291168557第一部分淺埋暗挖法簡介 PAGEREF _Toc291168557 h 3HYPERLINK l _Toc2911685581.1 概述 PAGEREF _Toc291168558 h 3HYPERLINK l _Toc2911685591.2 管棚法施工方法 PAGEREF _Toc291168559 h 3HYPERLINK l _Toc291168560第二部分淺埋暗挖法施工技術方案 PAGEREF _Toc

2、291168560 h 6HYPERLINK l _Toc2911685612.1 基本適用條件： PAGEREF _Toc291168561 h 6HYPERLINK l _Toc2911685622.2 基本經驗（管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測） PAGEREF _Toc291168562 h 6HYPERLINK l _Toc2911685632.3 地下水處理 PAGEREF _Toc291168563 h 7HYPERLINK l _Toc2911685642.4 鄰近地表建筑物的施工技術 PAGEREF _Toc291168564 h 7HYPERLINK l _T

3、oc2911685652.5 精神實質 PAGEREF _Toc291168565 h 8HYPERLINK l _Toc291168566第三部分淺埋暗挖法在工程中的應用 PAGEREF _Toc291168566 h 9HYPERLINK l _Toc291168567第一章淺埋暗挖法隧道施工在地鐵五號線的應用 PAGEREF _Toc291168567 h 9HYPERLINK l _Toc2911685681.1 工程概況 PAGEREF _Toc291168568 h 9HYPERLINK l _Toc2911685691.2 總體施工方案 PAGEREF _Toc291168569

4、 h 9HYPERLINK l _Toc2911685701.3 施工技術 PAGEREF _Toc291168570 h 10HYPERLINK l _Toc2911685711.4 監控量測 PAGEREF _Toc291168571 h 12HYPERLINK l _Toc2911685721.5 施工關鍵的處理 PAGEREF _Toc291168572 h 12HYPERLINK l _Toc291168573第二章淺埋暗挖法在地鐵建設中的應用 PAGEREF _Toc291168573 h 14HYPERLINK l _Toc2911685742.1“淺埋暗挖”技術首次應用在地鐵復

5、興門折返線工程 PAGEREF _Toc291168574 h 14HYPERLINK l _Toc2911685752.2“淺埋暗挖”技術的推廣應用 PAGEREF _Toc291168575 h 16HYPERLINK l _Toc2911685762.3地鐵“淺埋暗挖法”施工中常用的配套技術 PAGEREF _Toc291168576 h 19HYPERLINK l _Toc291168577第三章軟土地層中采用淺埋暗挖法修建人行地道 PAGEREF _Toc291168577 h 21HYPERLINK l _Toc2911685783.1 淺埋暗挖法的發展前景 PAGEREF _To

6、c291168578 h 21HYPERLINK l _Toc2911685793.2淺埋暗挖法修建人行過街地道實例分析 PAGEREF _Toc291168579 h 21HYPERLINK l _Toc2911685803.3工程概述 PAGEREF _Toc291168580 h 22HYPERLINK l _Toc2911685813.4施工設計參數 PAGEREF _Toc291168581 h 22HYPERLINK l _Toc2911685823.5有限元分析 PAGEREF _Toc291168582 h 24HYPERLINK l _Toc2911685833.6成果分析

7、PAGEREF _Toc291168583 h 24第一部分 淺埋暗挖法簡介1.1 概述淺埋暗挖是城市地下工程施工的主要方法之一。它適用于不宜明挖施工的含水量較小的各種地層，尤其對城市城區地面建筑物密集、交通運輸繁忙、地下管線密布，且對地沉陷要求嚴格的情況下修建埋置較淺的地下結構工程更為適用。對于含水較大的松軟地層，采取堵水或降水等措施后該法仍能適用。淺埋暗挖法的技術核心是依據新奧法(NewAustrianTunelingMethod)的基本原理，施工中采用多種輔助措施加固圍巖，充分調動圍巖的自承能力，開挖后與時支護、封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系，是一種抑制圍巖過大變形的綜合配

8、套施工技術。根據地下工程的結構特征與上面覆蓋層的地質條件，具體施工方法又可分為管棚法，礦山(導峒)法、盾構法以與頂管法等等。1.2 管棚法施工方法下面以管棚法為例介紹淺埋暗挖法施工方法：管棚法(PipeRood或稱傘拱法，是地下結構工程淺埋暗挖時的超前支護技術。管棚法的實質是在擬開挖的地下隧道或結構工程的襯砌拱圈隱埋弧線上，預先鉆孔并安設慣性力矩較大的厚壁鋼管，起臨時超前支護作用，防止土層坍塌和地表下沉，以保證掘進與后續支護工藝安全運作。在交通繁忙的城市公路，鐵路或建筑物下修建橫慣隧道或地下倉庫、車場等結構工程時，由于地面荷載很大，為防止地表下沉影響正常生產應用管棚超前支撐技術使地下隧道或洞室

9、工程順利實施暗挖掘技術。管棚施工技術亦適用于地下工程特殊或困難地段，如極破碎巖體、塌方體與巖堆區等，管輔以灌漿效果更好。當遇到流塑狀軟巖地層或巖溶嚴重流泥地段，管棚結合圍巖預注漿可成為有效的施工方法。一、管棚的布置形式管棚的形狀要根據地下隧道或蛔室形狀與工程條件來確定，常見的幾種布置形式如圖81所示。一字形布置適用于峒室跨度不大，僅上部土層易坍塌的地段，門形布置適用于大型峒室工程上部土層不穩定地段，半圓拱形適用于地鐵，地下隧道土層不穩定段，正方形布置適用于大型峒室工程松軟土層段。 管棚的基本設計要點 (1)管棚長度應按地質條件選用，但應保證開挖后管棚有足夠的超前長度。鋼管長度一般為1045m，

10、當采用分段連接時，選用長46m的鋼管，縱向以絲扣連接，絲扣長度不應小于15cm。(2)管棚鋼管宜采用厚壁鋼管，其間距按管棚用途(防塌、防水等)合理設計。目前常用管徑為O80一500mm，鋼管中心間距100550mm。 (3)管棚宜采取沿隧道或峒室開挖輪廓縱向近水平方向設置。為增加管棚剛度，通常要在鋼管灌入水泥砂漿，混凝土或設置鋼筋籠后注入水泥砂漿。 (4)縱向兩組管棚間應有不小于15m的水平搭接段，管棚搭接處應設汁鋼支架。二、管棚施工管棚法施工的主要工序包括：開挖工作室、鉆孔、安裝管棚，管棚鋼管注漿以與掘砌施工等。1開挖工作室在采用管棚法施工的地下隧道或峒室的開端開挖工作室，以設立管棚推進基地

11、和鉆眼施工空間。工作室的開挖尺寸應根據鉆機和鋼管推進機的規格確定，一般要超出隧道或峒室輪廓線外0.5-1.0m。開挖工作室采用普通施工方法，但加臺支護，一般需設受力鋼支架。2鉆孔管棚鉆孔基本為水平鉆進，孔徑根據棚管直徑確定，一般比設計的棚管直徑大2030mm，以便于頂進。鉆機選型由一次鉆孔深度和孔徑決定，國目前多采用地質鉆機。架立鉆機時，應精確核定孔位，使鉆桿軸線與管棚設計軸線吻合以保證鉆孔不產生偏移和傾斜。鉆孔過程中須與時測斜，若鉆孔不合格，應采用注漿法封堵，重新布孔補鉆。鉆孔順序一般由高孔位向低孔位進行。3安裝管棚根據鉆孔深度大小可選用適宜的安裝鋼管技術。對于坍孔嚴重地段，可直接將管棚鋼管

12、鉆人，使鉆孔與安裝一次完成。一般對于孔長小于15m的短孔，可用人工安裝或用卷揚機頂進。深孔則用鉆機頂進，在頂進過程中，必須用測斜儀嚴格控制上仰角度，一般為12。接長管棚鋼管時，接頭要采用厚壁管箍，上滿絲扣，確保連接可靠。4管棚鋼管注漿鋼管就位后，可用水泥砂漿或水泥水玻璃(cement-sodiumsilicate)漿液進行管注漿充填，一般以漿液注滿鋼管為止。當圍巖或土層松軟破碎時，可在管棚鋼管上事先鉆小孔，使漿液能擴散至鋼管周圍。為了增加管棚強度，可于鋼管加鋼筋籠后再注漿。管棚鋼管注漿用泵灌注，鉆孔封堵口設有進料孔和出氣孔，漿液由出氣孔流出時，說明管已注滿，應停止壓注。5掘砌施工掘砌施工在管棚

13、注漿結束48小時后方可進行。用管棚法施工的地下隧道或峒室斷面都比較大，所處地段的巖土層軟弱破碎，多選用單側壁導硐或雙側壁導硐掘進技術；由機械開挖或人工與機械混合法開挖，以盡量減小對圍巖的擾動。目前施工多選用小功率，小尺寸的小型挖掘機或單臂掘進機。圖8 2為單側臂導硐法開挖順序示意圖。開挖時，工作面I與的距離應保持在46m間，不應過大，工作面與I間要大于10m，以確保施工安全。通常采用的裝碴運輸方案。第二部分 淺埋暗挖法施工技術方案首先對于工程地質和水文地質條件、環境和經濟方面進行充分論證和評估；2.1 基本適用條件： 1、淺埋暗挖法不允許帶水作業。如果含水地層達不到疏干，帶水作業是非常危險的。

14、開挖面的穩定性時刻受到水的威脅，甚至發生塌方。把地下水，尤其是上層滯水處理好是非常關鍵的環節，它直接影響淺埋暗挖法的成敗。大圍的淤泥質軟土、粉細砂地層，降水有困難或者經濟上不合算的地層，不適宜采用淺埋暗挖法。2、采用淺埋暗挖法要求開挖面具有一定的自立性和穩定性。1997年日本學會曾提出開挖工作面土體穩定的定量判別標準：土壤中的細顆粒（74）含量10%, 且均勻系數Uc5%的突然不具備自立性.我國對土壤自立性提出了定性要求:工作面土體的自立時間,應足以進行必要的初期支護作業。因此開挖面前方對地層的預加固和預處理，是淺埋暗挖法的必要前提，目的在于加強開挖面的穩定性，增加施工的安全性。2.2 基本經

15、驗（管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測）1、地層的預加固和預處理（超前小導管和超前長管棚）2、隧道開挖和初期支護強調“隨開挖、隨支護”的基本原則，選擇適當的開挖方法，做到利用土體有限的自立時間進行開挖和支護，使土體開挖后暴露的時間盡可能短，使初期支護盡早封閉成環。開挖方法：短臺階法、帶臨時仰拱的長臺階法、中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、側壁導坑法（眼鏡法）、弧形導坑留核心土等。初期支護：具有足夠的強度和剛度，主要采用鋼筋格柵，主要有以下原因：（1）、鋼筋格柵與噴射混凝土能緊密結合；（2）、鋼筋格柵在拼裝成環后，具有一定的強度和剛度，在噴射混凝土尚未具備足夠強度前，鋼筋格

16、柵可以單獨承擔來自土層的一部分荷載。3、二次襯砌作用：提高初期支護強度和剛度、增強初期支護安全儲備的需要，也是支撐中間的防水隔離層、承受水壓力的需要。4、監控量測量測數據對隧道支護的受力變形狀態其者重要的監控作用，量測數據的與時性和準確性應高度重視。監控量測的項目：地表位移、拱頂下沉、隧道周邊收斂（必測項目）、土壓力、土體位移、支護應力（選測項目）。隧道穩定判據：當測點位移時間曲線變化率呈明顯收斂趨勢，隧道水平收斂變化率下于0.2mm/d，拱頂下沉變化率小于0.1 mm/d，而且所測的位移值大于預計總位移值的80%以上。2.3 地下水處理處理地下水方法：人工降低地下水位、地下連續墻阻水、帷幕注

17、漿隔水、壓縮空氣排水、凍結法等。地鐵復八線采用人工降低地下水，同時配合地下水的回灌，有效保護了地下水資源和地面建筑物的穩定。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，在施工時作好反濾層，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。2.4 鄰近地表建筑物的施工技術1、 基礎托換2、 開挖面外作圍護結構3、 基礎加固注漿2.5 精神實質充分了解隧道開挖過程中地層發生的變化，采取響應的加固方法和相應的開挖和支護措施。淺埋暗挖法與新奧法的比較新奧法要求初期支護有一定的柔度，以利于充分發揮圍巖的自承能力，淺埋暗挖法的地層壓力是覆蓋層的全部和部分土柱重，作用在支護上的地層壓力和

18、支護的剛、柔關系不大，從減少地表沉降的角度出發，要求初期支護有一定的剛度，并且沒有充分考慮圍巖的自承能力，因此淺埋暗挖法不同于新奧法。但是淺埋暗挖法仍然遵循了新奧法的部分原則，如盡量使周遍輪廓圓順，避免棱角突變處應力集中，盡量減少對圍巖的擾動，初期支護和圍巖緊貼，用量測指導施工，初期支護變形穩定后施工二次襯砌等。第三部分 淺埋暗挖法在工程中的應用第一章 淺埋暗挖法隧道施工在地鐵五號線的應用1.1 工程概況地鐵五號線西場站呈一字型橫穿東風西路下, 本站為明暗挖結合的島式車站, 在南北兩個站廳之間設一條橫跨東風西路的過街聯絡通道, 通道為直墻拱形斷面寬6.46m, 高6.535m, 通道頂距東風西

19、路路面3.3m, 同時在東風西路南北兩側人行道圍分別有1.5m1.9m人防洞埋深2.8m和1.5m1.5m排污涵埋深2.8m, 距隧道拱頂為0.5m。路面自上而下分別為人工填土、沖積洪積中粗砂層、沖積洪積土層、可塑或稍密中密狀殘積土層、硬塑或密實狀殘積土層、紅層巖石全風化帶等, 其中沖積洪積中粗砂層處于隧道拱頂, 隧道下部以可塑或稍密中密狀殘積土層、硬塑或密實狀殘積土層為主, 局部有紅層巖石全風化帶。1.2 總體施工方案由于隧道上部穿越中粗砂層, 地下水位較高,同時隧道下穿東風西路, 且兩端隧道拱頂距人防洞和混凝土排水涵較近, 因此在選擇施工方案時既要考慮如何保證隧道開挖時無水作業, 又要保證

20、東風西路正常通車和人防洞、排水涵的安全。經過專家多次論證, 確定施工方案為:(1) 利用南北站廳基坑做管棚工作井, 從南北兩端沿隧道拱部環向間距400mm, 108mm超前大管棚對打并注漿, 從而提高拱頂圍巖剛度, 減小地面沉降, 確保東風西路 HYPERLINK :/ 交通安全。 (2) 通道開挖過程中, 在隧道拱部和上部邊墻設 置42mm超 前 小 導 管 , 管 長3m, 環 向 間 距400mm, 縱向間距為1.8m, 并注漿加固, 確保隧道拱部圍巖穩定, 防止施工過程中地面坍塌, 保障隧道施工在無水條件下作業。 (3) 隧道邊墻圍打設32mm注漿錨管, 管長2.5m, 按0.6m1.

21、0m菱形布置; 同時在邊墻上部1.5m圍增設超前錨桿, 加強支護結構安全, 減少沉降。 (4) 隧道斷面、地層段進行全斷面注漿, 保證圍巖穩定。 (5) 由于地面為交通繁忙的東風西路, 減少隧道開挖對路面的影響, 挖支采用CD法進行。1.3 施工技術1.3.1 超前大管棚施工隧道拱部采用超前大管棚進行注漿加固。管棚沿隧道開挖線外200mm布設, 管棚采用108mm壁厚8mm無縫鋼管, 外插角小于1, 環向間距為400mm, 具體布孔見圖1。管棚施工的主要施工工序有: (1) 南北站廳明挖圍護樁施工完成后, 開挖基坑, 邊挖邊撐。基坑開挖至適當位置施工管棚導向墻并預埋好管棚導向管。根據鉆機型式與

22、工藝設備的需要, 在適當位置施工鉆機工作平臺然后施工大管棚。(2) 從管棚導向管按設計鉆孔, 采用間隔鉆孔, 先兩側后中間的順序, 利用鉆桿的柔性在導向系統的監測下沿設計線路軌跡鉆進, 到達目的地, 卸下鉆頭換上回擴器進行回擴孔, 拖管時將鋼管隨鉆頭一起鉆入地層, 當達到設計深度后停機。(3) 管棚安裝完成后,安放鋼筋籠, 在管棚鋼管孔口用法蘭盤連結上孔口管(42mm壁厚4mm, 長500mm)。(4) 向管棚鋼管注漿, 注漿順序先下后上, 全孔可采用一次性注漿。注漿漿液采用水泥漿,漿液水灰比: 0.6:11:1; 注漿壓力擬采用0.61.0MPa。為使鉆孔定位準確, 在拱部設置導向墻, 導向

23、墻中預埋!133mm、壁厚8mm、長120cm管棚導向管。鋼管采用分節安裝。管棚的分節長度為: 5.4m共5節, 每兩節之間用絲扣連接, 絲扣螺紋段長大于150mm。相鄰兩根鋼花管的接頭要錯接, 其錯接長度不小于1.0m。注漿鋼管上鉆注漿孔, 孔徑10mm,孔間距200mm, 呈梅花型布置。鋼管尾部( 孔口段)2.0m不鉆花孔作為止漿段。為提高鋼管的剛度和強度, 鋼管增設由4根16mm螺紋鋼筋和固定短環組成的鋼筋籠, 固定環采用外徑42mm,壁厚8mm,長60mm的短管環,短管間距1m。本工程管棚施工的關鍵控制環節為鉆孔質量控制, 由于地下有管線、人防洞和排污涵等, 角度控制稍有差錯將鑄成事故

24、, 此外由于鉆進通過砂層容易出現塌孔與涌水現象, 因此必須做好泥漿系統、導向系統。 (1)泥漿系統本工程地層為砂層、土層, 自穩能力稍差, 導向孔鉆進與鋼管回拖成功與否泥漿起到關鍵作用, 泥漿采用易鉆膨潤土, 并在膨潤土摻少量的聚合物, 粘度在40秒左右, PH值控制在8.510, 泥漿采用機械攪拌, 并進行二次回收利用。 (2)導向系統 本工程鉆孔線路沿線有管線、混凝土基礎等,對導向系統信號發射有一定干擾, 施工中采用美國DCI公司生產的ECLIPSE無線地下定位系統, 加強型探棒, 探棒發射信號強, 探測深度為19.8m,加強型探棒電池采用DCI公司生產的專用鋰電池。導向系統確保了鉆孔不破

25、壞人防洞、混凝土排水涵。1.3.2 超前小導管與邊墻注漿管施工超前小導管施工: 隧道采用的超前小導管為42無縫鋼管, 小導管單根長度為3.0m, 壁厚3.5mm, 布設于拱部和邊墻上部圍, 外插角10, 環向間距0.4m, 縱向間距為1.8m。超前小導管注漿施工工序包括: 封閉掌子面、鉆孔、安設小導管、注漿、效果檢查等。小導管采用手持式鑿巖機鉆孔。插管時采用風動錘振入, 注漿采用注漿泵。邊墻注漿管施工與超前小導管施工方法基本一樣。1.3.3 全斷面注漿施工本站站廳聯絡通道施工時, 對淤泥質砂、沖洪積土層、殘積土層作全斷面注漿加固處理。全斷面注漿加固利用全斷面打設超前注漿管進行注漿, 注漿前利用

26、噴射砼封閉掌子面, 漿液采用水泥- 水玻璃漿液, 水灰比10.7511, 水玻璃濃度為35, Be模數為2.6。注漿圍為隧道開挖輪廓線外1.5m以的、地層。漿液擴散半徑: R=0.65m, 注漿孔孔底間距為1m, 梅花型布置。注漿采用長套管護壁后退式注漿工藝, 注漿順序為先隧道周邊后中間, 隔孔交替注漿。注漿方法為在砂層中采用滲透注漿, 在土層中采用劈裂注漿。1.3.4 隧道施工超前大管棚施工完成后, 即可進行正常的隧道施工, 隧道采用CD法開挖。CD法施工工序與步驟包括: 打設小導管、加固注漿、分區土方開挖、型鋼支撐和鋼格柵架設( 包括連接鋼筋的焊接, 網片的搭接)、噴射混凝土、封閉后回填注

27、漿。1.4 監控量測為了減小通道施工時對東風西路的影響, 站廳聯絡通道施工時, 對東風西路進行變形監測。在路面垂直于通道方向布置沉降監測點, 發現變形超限(30mm) 后與時調整施工參數, 并采取加強措施,洞加強支護。根據施工要求, 在東風西路與隧道上方管線位置布置沉降觀測點, 共計4個監測斷面,每個監測斷面設7個沉降觀測點。通過監測, 發現東風西路沉降在可控圍, 路面最大沉降26mm, 符合規要求, 暗挖施工是安全成功的, 達到了預期的保護效果。1.5 施工關鍵的處理 西場站站廳聯絡通道淺埋暗挖法能夠成功通過東風西路, 以下幾點對成功實施至關重要:(1) 暗挖通道兩端存在距離拱頂很近的管線,

28、超前管棚如果打穿則會造成嚴重后果, 通過管棚打設角度的合理設計與導向系統的合理利用是管棚施工取得了成功。(2)由于隧道通過淤泥質砂層, 大管棚成孔成為了超前支護成敗的關鍵, 施工中選用合適的泥漿進行護壁, 即防止了塌孔, 又防止了導孔涌砂涌水現象。(3)隧道施工中嚴格超前地質探孔, 遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的方針進行施工, 避免掌子面長時間暴露, 保證支護的與時性、有效性, 控制周圍土體變形, 確保結構安全。(4) 開挖過程中采用超前探孔措施時, 須同時注意地層含水率的變化, 如含水率過大, 則應與時封閉掌子面, 對掌子面進行注漿。第二章 淺埋暗挖法在地鐵建設中的

29、應用近十幾年來，地鐵與市政公用管線工程，越來越多的采用了“淺埋暗挖法”進行設計與施工。其使用圍之廣，使用單位之多，發展速度之快，令國外同行所矚目。剛剛建成通車的地鐵“復-八線”全長12.7km，其中區間隧道長約7km，地鐵西單站、天安門西站、王府井站、東單站等，均采用了“淺埋暗挖”技術設計施工。19941995年間，在長安街下，用“淺埋暗挖法”還建成了20余條人行地下通道，建成了頗具名聲的國家計委門前的大型地下停車庫。近5年來，每年以數百公里計的各種市政公用地下管網，都采用了“淺埋暗挖”技術設計施工，可謂“淺埋暗挖”遍布市各個建設地區。如今，這項技術已在全國各主要大城市，如地鐵一號線、地鐵、電

30、力管線、的地下通道等普遍使用。這項技術之所以發展很快，主要是因為我國地下空間的開發和利用歷史不長，而“新奧法”的設計施工原理頗具新意，適于我國地下工程特點，其占地少、拆遷少、擾民少、影響交通少、污染環境少等特點，極其適合在城市，尤其是在城市中心區、舊城改造、繁華地帶、交通擁擠地段進行各類地下工程建設。目前，各地區結合自身的特點，利用“新奧法”原理進行設計、施工均有所發展，有所創造，通過不斷總結，有所共識，并經過實踐檢驗，形成了目前大家公認的所謂“淺埋暗挖”法原則。但是，我們還應清醒地看到，該項按照“新奧法”原理興起和發展的技術雖然已被廣泛推廣使用，僅就市的情況而言，并非所有的使用單位都真正地掌

31、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、留下無窮后患的例子，也是常見的。因此，有必要對“淺埋暗挖法”設計施工進行深入的研究，綜合分析，全面總結。本文僅就地鐵“復-八線”建設中，應用“淺埋暗挖法”設計施工主要戰例概括性地進行分析總結。2.1“淺埋暗挖”技術首次應用在地鐵復興門折返線工程地鐵復興門折返線工程于1986年8月15日開工，1987年12月28日竣工。該工程主要是為了使蘋果園至復興門的地鐵車輛，在復興門底層站東端折返，從而使二環路下的地鐵二期工程形成環線，使運輸能

32、力提高15倍以上。鑒于該折返線工程處于繁華的長安街地下，顯然，再按照過去一、二期地鐵所采用的明開敞口、切斷交通的施工方法已不可能。當時市地鐵建設總指揮部和鐵道部隧道工程局結合實際情況，利用“新奧法”的原理，研究了地表浮土610m以下暗挖設計施工的技術并得以實施，即“淺埋暗挖法”產生了。這是地區進行地下工程設計施工的一次革命。“新奧法”的基本原理是：在施工的全過程中保護圍巖，調動和發揮圍巖的自穩、自承能力，確保施工順利進行，在工程竣工后，依靠圍巖的固結和自承力，確保不塌不陷。這也是“淺埋暗挖法”的核心。從這一原則出發，可以根據地下工程的具體條件，靈活選擇開挖方法、支護形式、噴錨技術、施作時機和輔

33、助工程等。復興門折返線工程全長358m，包括南北區間正線隧道、渡線和各類別的洞室，共折合單線隧道長1098m，隧道斷面31種，最大跨度為14.46m。全部折返線隧道工程埋深912m，穿過第四紀沖洪積砂礫層。隧道拱部穿過粉細砂層，邊墻穿過礫石或砂礫層，無膠結，松散、自穩能力差。為了達到“地表沉降不大于30mm，不塌不陷、不滲不漏”的設計要求，確保工程質量，做到萬無一失，邊試驗邊施工，經專家認定，采用復合式襯砌法進行設計。初期支護的形式為網構剛架+鋼筋網+C20噴射混凝土，厚30cm；二次襯砌為35cm厚的防水混凝土；在初期支護和二次襯砌間布設PVC防水板。通過研究實踐，初步形成了一整套“淺埋暗挖

34、”的設計施工技術。這里對3個主要技術環節簡述如下。2.1.1穩定地層，改造地層，提高松軟地層的自穩能力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圍、壓力和材料，達到改善地層的物理力學參數(E、C、)，提高地層的自穩能力。大管棚護頂，就是運用鉆機沿洞室拱部輪廓線鉆設DN115的鋼管，布設圍為80140，每m布4根且管注滿水泥漿液。從開挖到進尺，整個洞室處于大管棚的支護之下。小導管注漿加固地層，就是利用DN42mm的小型鋼管，在洞室周圍按3050cm間距布設，壓注水泥或水玻璃漿液，填充砂礫層孔隙，使之凝固膠結成為具有一定強度的殼體，為施

35、工創造一個安全的環境。當時，市政府曾撥專款，組成試驗小組，在復興門折返線粉細砂地層中注射改性水玻璃砂漿，試驗固結效果，一舉成功。2.1.2開挖與初期支護是施作地下工程的關鍵一般在單洞掘進時采用上下臺階法施工，在上臺階開挖中采用環行開挖留核心土穩定掌子面的方法。同時，在上臺階開挖中，要緊跟下臺階的開挖支護，使初期支護一次成環封閉，增強圍巖的承載能力。上下臺階開挖相錯，視地質情況，以1.52.5倍洞室的跨度為宜。初期支護是由鋼筋格柵、掛網噴射混凝土構成。格柵的制作與布設必須保證剛度和工藝要求。應強調架立上臺階格柵時，要加大拱腳或拱腳錨固的力度，以防下沉。在上下臺階格柵連接時，要注意連接部位的拱腳，

36、必須保持干凈，清理回彈料。拱部環狀開挖、鋼筋掛網噴射混凝土作為初期支護，要求承受全部荷載。同時，應重視回填注漿，即初期支護和二次襯砌完成后，應緊跟拱部回填注漿，填實拱部土層、初期支護與二次襯砌的間隙，對確保結構安全和控制地表沉降十分重要。還要指出的是，折返線暗挖施工中錨桿是被廣泛應用的一種圍巖支護加固的形式。因此錨桿的布設和安裝質量也直接影響支護穩定圍巖的作用。2.1.3圍巖的監控量測是暗挖施工中必不可少的保證措施突出強調監控量測技術，是因為暗挖施工時要全力掌握整個施工過程中的力學變化動態，并力求全面掌握其規律。根據圍巖支護襯砌的力學變化特性曲線，評價開挖和支護的安全度，在開挖步驟、支護參數、

37、施工程序等方面與時進行調整，為整體工程的調控提供科學依據，使開挖和支護處于最佳的受控狀態。復興門折返線已建成十幾年，經過1989年坦克車連續通過的考驗，證明其結構安全可靠，其基本經驗是成功的。經市政府專家顧問組和市地鐵建設總指揮部共同研究，歸納總結出24字方針“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、穩中央、速封閉、多試驗、勤量測”，起名為“淺埋暗挖”法原則。2.2“淺埋暗挖”技術的推廣應用通過復興門折返線的建設，一整套的“淺埋暗挖”技術形成后，首先在地鐵“復-八線”建設中得到了充分的使用和肯定。地鐵建設總指揮部在19901992年間多次開會、請專家論證，明確要求地鐵西單站、天安門西站、天安門東站、王

38、府井站、東單站用“淺埋暗挖法”設計施工。為地鐵“復-八線”建成通車突破難關奠定了堅實的基礎。各個地鐵車站根據不同地質情況確定的施工方法如下：2.2.1西單站采用“雙眼鏡法”施工西單地鐵車站于1989年4月底開標，同年7月15日開工，1992年10月10日竣工試運行，比同類工程縮短工期1年左右。該車站的施工是在松軟土質中進行的，綜合運用了6項技術，即大管棚護頂強支護、小導管嚴注漿加固、短快開挖支撐基礎、梁板柱相接力平衡、剛柔結合復合防水，監控量測調控指導。2.2.2天安門西站、王府井站和東單站的暗挖施作方法2.2.2.1天安門西站全長226.1m，寬23.8m，高15.25m，結構覆土厚5.8m

39、。車站主體穿過粘土、亞粘土和砂礫石地層，地下承壓水位在結構底板以上1.5m，有7條市政公用管線于站頂穿過。地處人民大會堂西側路和石碑胡同之間。經過優化各種暗挖方案后，決定該站采用洞柱結合的暗挖逆作法(見圖1)。實際上是沿襲了“蓋挖逆作”的方法。與一般暗挖法相比，其具有如下特點：先施作車站承載結構，再逐步實施開挖、加載。開挖時無明顯力的轉換，可有效控制地面沉降，保證施工安全。施作時，首先在車站仰拱部位作4個小導洞，用人工挖孔到車站的底板位置，再對應挖下面的4個小導洞，在下面的4個小導洞施作條形基礎，然后作中柱和頂梁，自上而下緊跟施作扣拱、中隔板與邊墻、封閉成環。這樣的施工方法安全可靠，依靠天、地

40、梁和中柱承受了全部動載和靜載，為大面積的開挖創造了條件；為適應這種特殊工藝的需要，車站主體結構由原來的三拱、兩柱、曲墻、仰拱，改為三拱、兩柱、直墻、平底板。為施工安全，開挖時巧妙地將正作和逆作相結合。 圖1暗挖逆作法示意該方法的優點是改變了地下工程暗挖中習慣的分塊開挖支護，以小環封閉通過力的轉換到大環封閉，造成臨時工程多、拆除量大的問題。同時，這種洞柱結合暗挖逆作法直接完成永久性結構，減少了地下結構施作時多次力的轉換和干擾，有利于保證施工質量，控制地面下沉，降低工程造價。不足之處是在小導洞作梁、柱基礎，施工環境差，且人工挖孔不安全因素多。另外，通過小導洞的延伸開挖，施作邊墻，缺乏整體性，零碎、

41、表面凹凸不平，如處理不好影響 二次襯砌防水效果。2.2.2.2天安門東站地處天安門廣場東側，歷史博物館北側，長安街下，采用三跨兩柱三層箱式結構形式。全長218.3m，寬160m，高15.25m，地上覆地厚度1.5m。車站主體位于雜填土、砂粘土、亞粘土和圓礫土中。各種市政公用管線在縱橫交錯的地表土過。由于該站有臨時圍擋和交通疏導的條件，可占用土地。首先，用“淺埋暗挖法”完成地下條形基礎的施作，并結合人工挖孔的辦法施作邊樁和中柱，然后頂上扣蓋形成封閉，為開挖創造條件。該方法實際是把傳統的“蓋挖逆作法”和“淺埋暗挖法”相結合，稱為“條形基礎蓋挖逆作法”(見圖2)。其特點是利用傳統的人工挖孔形成柱體結

42、構，施作地下條形基礎，利用無入土深度邊樁作為周邊圍護結構，操作程序便捷。圖2條形基礎蓋挖逆作法示意但其不足之處明顯存在。盡管天安門東站創造了從地面較大圍圍擋到頂蓋封閉、恢復路面通車僅用139d的施工記錄(一般蓋挖法需1年左右時間)，具有較大的社會效益和經濟效益，但在城市鬧市區要獲得大面積圍擋139d的機會仍是不可多得的。同時，人工挖孔樁的危險因素導致不宜多用。所以，天安門東站的“條形基礎蓋挖逆作法”只是特定環境下，從實際出發的特定設計施工方法。2.2.2.3王府井站位于東長安街與王府井大街十字交叉路口，全長241.4m，寬24.3m，高14.21m。其所處地理位置、環境因素、工程地質和水文地質

43、條件與天安門東、西站大致一樣，屬第四紀地層。所不同的是地下水豐富，共分3層：上層滯水埋深4.55m，主要分布在輕亞粘土層；中間為潛水層，位于地下13.5m左右的中細砂中；下層為承壓水，埋在17m左右的中粗砂、礫砂與卵石層中。因此該站施工方法不但要暗挖，而且必須解決好防治水問題。經反復比較研究，最后確定采用“淺埋暗挖樁柱支撐法”，利用車站上部無水地層空間進行有水地層的護壁樁和中間支撐樁柱的施作，結合大管棚和小導管注漿加固地層的傳統做法形成車站初期支護，與前述天安門東站西站類似。所不同的是在樁柱完成后，在邊樁間先施作帷幕注漿，再繼續完成洞體的開挖和各項結構工程。其施工特點是：在有承壓水和潛水的情況

44、下，利用自然存在的無水層施作邊樁、中柱、支護并合理布設帷幕注漿，形成大作業空間，按程序完成樁、柱、梁板的制作與連接，整體灌注車站結構和施作防水，既解決了在松散地層超淺埋暗挖時，地下洞體系統支護結構的安全可靠性，有效地控制了地表沉降，同時解決了帶水施工和無水作業，防止了因施工需要各種防排水措施對地下水資源的破壞，減少了因降水引起的地表沉降，確保周圍建筑物的安全。同樣還存在不足，如：注漿的配制條件、人工(或機械)操作的工藝水平和地層結構的特點等，都存在可變性，因此，帷幕注漿的封閉，可靠性受到影響，難免出現滲漏。同時，地下導洞鉆孔機具操作空間較小，難于操作。另外，在施工過程中，首先完成初期支護，形成

45、單柱雙跨結構，然后轉換成兩柱三跨雙層結構，需拆除兩層橫支撐和中柱造成廢棄工程量較大。2.2.2.4地鐵東單站全長241.3m，寬22.4m，高13.73m。地下水文地質資料類似于王府井站，施工方法也類同。2.3地鐵“淺埋暗挖法”施工中常用的配套技術 (1)新型結構復合式襯砌防水在初期噴錨支護與二次襯砌模筑混凝土之間，鋪設一層柔性的防水材料，例如LDPE、PVC、EVA、ECB等，只要施工工藝和管理工作到位，可以做到不滲不漏。(2)降水技術這一重要的配套技術，施作簡單、效果好，特別是井點降水方法技術簡單。如地鐵永安里車站建設時，用井點降水獲得較大成功。所有降水方法都要考慮好地表和建筑物的沉降與對

46、水資源保護問題。(3)注漿加固技術地層的注漿工藝和漿液配比要因地制宜。如在粉細砂地層中，改壓注水泥砂漿為改性水玻璃注漿，起到了快速凝固的更好效果。(4)冷凍法施工技術該項技術在地鐵“復-八線”大北窯熱電廠區間松散流體地層中應用，取得較好效果，但造價昂貴。(5)半斷面插板盾構技術“復-八線”建國門站試用，為地鐵建設全面使用盾構技術取得了一定經驗。(6)通用小型機械設備不求更先進但求配套，起到了“快、小、靈”的作用。如拱部開挖配皮帶運輸、下部開挖試用單臂掘進機、二次襯砌利用泵送混凝土至模板臺車、洞運輸采用電瓶車帶動梭式礦車(8m3)等，都是普通設備，只要安排組織好，可節省大量人力，提高工作效果，區

47、間隧道可月掘進100m以上。第三章 軟土地層中采用淺埋暗挖法修建人行地道3.1 淺埋暗挖法的發展前景隨著城市建設的發展, 市區的道路改、擴建工程取得了令世人矚目的成就, 長期存在的交通擁擠現象得到了改觀。然而中心城區, 行人步行系統還不完善, 突出表現在密集的行人、狹窄的人行道, 行人與機動車、非機動車爭道現象日趨嚴重。結合道路改造, 過街系統的建設迫在眉睫。由于在景觀的綜合規劃中, 人行過街地道相對于人行天橋能更好地與周圍布局結合在一起, 因此在中心城區采用人行過街地道方案具有更明顯的優越性。因此在全國的許多大城市尤其是, 人行過街地道方案被廣泛采用。由于地質等條件的特殊性和工程造價居高不下

48、給此方案的采用造成了很大的困難。近幾年來隨著城市軌道交通的發展, 許多的地鐵乘客出入口與人行地下通道規劃在一起, 但其施工方法大多采用明挖法, 然而在既有道路改造中, 采用明挖法和蓋挖法施工占地多、交通干擾大、地下管線拆遷量大、容易造成環境污染。如果在引進淺埋暗挖法就克服了上述缺點, 減少了對環境的影響, 能保證交通暢通和地下管線的正常使用。3.2淺埋暗挖法修建人行過街地道實例分析為了人行方便, 地下過街地道底部標高多設計得較淺, 因此地道工程一般屬淺埋、超淺埋甚至特淺埋結構, 拱頂圍巖多無自承能力, 且其因覆土淺或受地下管線限制, 覆跨比有逐漸減小的趨勢, 同時結構受地面動荷載影響明顯。這些

49、因素都為暗挖法的實施增添了不少困難。隨著施工設計技術水平的提高, 我國在、等城市均成功地采用暗挖法建成了人行過街地道工程, 表1 列舉了相關的幾個工程實例, 從中可以為人行過街地道工程修建引進暗挖法提供一些有益的經驗。 (1) 對于人行通道工程, 應加強超前支護以提高拱頂土體與開挖面前方土體的強度。的粘性土層采用小導管超前加固, 而與地層極其類似的淤泥質地層, 在施工過程中直接采用了大管棚作為超前支護的主要手段, 并考慮到屬于高水位地層, 在施工中加大小導管注漿加固的密度。 (2) 在開挖過程中均采用了短進尺分步開挖方案: 的長安街過街地道工程中, 采用了6 步開挖的CRD 法縮小每步的開挖跨

50、度, 同時控制開挖循環步長, 格柵間距調整為014 015m。也采用了4 步CRD 法施作。 (3) 兩者在施工過程中都貫徹“ 短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的原則, 量測結果顯示, 地面沉降均得到了有效的控制。根據對以上工程實例的分析類比, 下面以某個人行過街地道工程為例, 針對地層采用暗挖法施工的可靠性進行探討。3.3工程概述某人行過街地道穿越一城市主干道, 地面交通繁忙, 地道上部煤氣、自來水等各種管線密布。因此該地道在施工中對沉降控制要求嚴格, 應確保道路的暢通和管線的安全。地道平面呈工字型, 中間地道長70 m。兩端出入口長度為16 20m。結構形式為鋼筋混凝土結構, 凈空尺寸為4

51、m 215m。拱頂埋深為318 m。根據地質勘察, 此人行地道主要處于灰色淤泥質粉質粘土與灰色粘質粉土之中, 其中灰色淤泥質粉質粘土處于流塑地層, 屬于壓縮性土, 地下水埋深淺, 各土層分層情況詳見圖1。 圖1地質剖面圖3.4施工設計參數根據地質條件與相關國經驗擬訂如下設計原則: (1) 超前支護是設計中的關鍵, 此工程與五一路工程所處地層同屬于淤泥質地層, 而該地道相對埋深較大, 土體自承能力優于路工程。的經驗表明采用108 大管棚施作拱部, 輔以32 小導管超前預支護可有效地控制沉降; 由于的軟土層較厚, 仰拱隆起在設計中也應重視, 因此在該過街地道支護設計中, 隧道拱頂與仰拱都采用108 大管棚超前支護, 并輔以32 小導管超前注漿。比較拱部與仰拱, 側壁由于土壓力相對較小, 采用了32 小導管密排方案。這樣就使得地道周圍形成了一個具備一定剛度密閉的殼體, 可有效地