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1、地鐵暗挖施工技術及安全管理,（監(jiān)理內部培訓教材）,前 言,青島地鐵采用的淺埋暗挖法，是以加固、處理軟弱地層為前提，采用足夠剛性的復合初砌為基本支護結構的一種用于軟土地層近地表隧道的暗挖施工方案。它以施工監(jiān)測為手段，指導設計與施工，控制地表沉降，保證施工安全。,青島地鐵11號線簡介,青島藍色硅谷城際軌道交通工程，位于青島市東岸城區(qū)東部，于2013年4 月1日開工，全線線路起于苗嶺路站，止于鹽田東站，線路全長59.2公里，設置車站22座（4座地下站，18座高架站），平均站間距2753m。第一駐地監(jiān)理工程師辦公室監(jiān)理范圍為K12+000K30+640，線路長18.64km，共9站9區(qū)間；其中01標、

2、02標為暗挖段4站4區(qū)間和一個折返線，區(qū)間均為暗挖，3個明挖車站1個暗挖車站；03標、04標為高架橋部分，其中04標有一個575米隧道；工程費用約21.72億元。,一、淺埋暗挖法,選用淺埋暗挖法應考慮的基本條件有：首先，淺埋暗挖法不允許帶水作業(yè)，如果含水地層達不到疏干，帶水作業(yè)是非危常險的，開挖面的穩(wěn)定性時刻受到水的威脅，甚至發(fā)生塌方。把地下水，尤其是上層滯水處管理好是非常關鍵的環(huán)節(jié)，它直接影響到淺埋暗挖法的成敗。第二，采用淺埋暗挖法要求開挖面具有一定的自立性和穩(wěn)定性。,（一）淺埋暗挖法的前提條件,（二）淺埋暗挖的基本經驗,鐵道部隧道工程局就復興門折返線工程總結的十八字決，即“管超前，嚴注漿，

3、短開挖，強支護，快封閉，勤量測”，基本上概括了淺埋暗挖法的施工工藝要求及施工經驗。,1、 地層的預加固和預處理,開挖面土體穩(wěn)定是采用淺埋暗挖法的基本條件。當土體難以達到所需的穩(wěn)定條件時，必須通過地層預加固和預處理來提高開挖面土體的穩(wěn)定性和自立性。降低地下水位，一方面可達到無水施工，另一方面可以改善土體的物理力學特性，經常采用的預加固和預處理的措施有超前小導管注漿，工作面前方深孔注漿和大管棚超前支護。視具體情況可以單獨使用，也可以配合使用。,2、 隧道開挖和初期支護,要本著“隨開挖，隨支護”的基本原則。如何利用土體有限的自立時間進行開挖和支護作業(yè)，使土體開挖后暴露的時間盡可能短，使初期支護盡早封

4、閉成環(huán)，就這一意義上說，選擇適當?shù)拈_挖方法就顯得十分重要。,根據(jù)土體的穩(wěn)定性隧道斷面大小可以選用短臺階法開挖，或帶臨時仰拱的長臺階法開挖。對于斷面較大的隧道，考慮分部開挖、分部支護和封閉成環(huán)的需要，選擇中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、和側壁導坑法（眼鏡法）等。每次開挖循環(huán)，以“短尺”為原則。為了保持開挖面的穩(wěn)定，采用弧形導坑留核心土的開挖方法，使開挖面得到核心土的支撐。,淺埋暗挖法常用的初期支護形式是鋼筋格柵、鋼筋網和噴射混凝土，淺埋暗挖法要求初期支護具有足夠的強度和剛度。在技術、經濟的合理范圍內，盡可能減小初期支護的變形量，目的是控制土體位移，減小地表沉降。之所以廣泛采用鋼筋格柵

5、，其原因一方面是鋼筋格柵與噴射混凝土能緊密結合，另一方面是因為鋼筋格柵在拼裝成環(huán)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之前，鋼筋格柵可以單獨承擔來自土層的一部分荷載。有的施工指南要求鋼筋格柵能承擔2-4米的土柱壓力，也是基于這方面的考慮。,3、 二次襯砌,淺埋暗挖法通常采用模筑混凝土作為二次襯砌材料它既是提高初期支護強度和剛度，增加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。一般通過監(jiān)控量測，證明初期支護基本穩(wěn)定，防水層鋪設完畢隱蔽工程檢查合格后，可以開始灌注二次襯砌，如果隧道斷面較大，等待初期支護變形達到基本穩(wěn)定需要很長時間，也可提前施作二次襯砌，這時

6、的二次襯砌將要承受初期支護變形傳來的壓力。,（三）確保無水施工，重視地下管道漏水,淺埋暗挖法是在十分不穩(wěn)定的土體中進行暗挖作業(yè)，必須十分謹慎。人們采用小導管、管棚、深孔土體注漿都是提高土體穩(wěn)定性的措施，其中必保的一條就是保持土體無水施工。這不但為方便施工所必須，也是提高土體穩(wěn)定性的必須采用辦法。諸多工程教訓使同行們取得共識無水施工是淺理暗挖法的前提條件。,采用淺埋暗挖法不可避免要在市政管理道下面進行施工，問題在于大多數(shù)上下水管道不同程度地存在滲漏水的情況。嚴重的滲漏導致管道周圍的地層狀況惡化，形成飽和水狀態(tài)的軟塑或流塑地層。當隧道開挖接近這一層時，流泥和流砂便會涌入隧道，管道下面土體被掏空，又

7、會造成管道斷裂，管道內的水（特別是有壓上水）沖入隧道，對隧道形成第二次沖擊。 探明開挖面前方的工程地質和水文地質工作是非常重要的，一般采用紅外線溫度掃描儀或地質雷達等物探手段，查明上層滯水和管道滲漏水的情況，必須對制定相應對策提供可靠依據(jù)。,如果發(fā)現(xiàn)有上層滯水和管道滲漏嚴重威脅隧道施工的情況，可以采取局部加密注漿，增設管棚等措施，必要時采用局部土壤凍結也是可取的，總之要把一般降水難以奏效的上層滯水和管道滲漏水對淺埋暗挖法的潛在威脅，在開挖面到達之前加以消除。,（四）管理、經驗、監(jiān)測在淺埋暗挖法中的作用,隧道采用淺埋暗挖法施工，施工安全取決于人們通過嚴格的管理和正確的工程實踐，包括監(jiān)控量測的反饋

8、來控制施工作業(yè)，以減少風險。 淺埋暗挖法的十八字決，盡人皆知，但是對它的理解和體會的深度，實施中的堅決程度未必相同，嚴格的管理表現(xiàn)在對影響工作面穩(wěn)定的因素始終緊抓不放，例如對地層預加固預處理的質量，對于地下水的警覺，對支護支跟開挖面施作的及時性，短進尺，快封閉的重要性，以及對補償注漿的作用等，不僅有深刻的認識，而且有嚴密的施工工藝和質量控制作保證。此外，注意對施工人員的培訓，提高技術素質。嚴格的管理還表現(xiàn)在，重視并關于利用不良地質超前預報和施工的手段，了解開挖面前方工程地質和水文地質條件的變化，了解支護受力變形狀態(tài)的變化，及時發(fā)現(xiàn)危險征兆，采取有效的應變補救工作。,二、區(qū)間標準斷面施工方法及需

9、注意問題,地鐵區(qū)間隧道除個別特殊地段外，一般均采用單線馬蹄形曲墻斷面形式，臺階法開挖支護形式。,1、暗挖區(qū)間標準斷面,1,4,正臺階法開挖支護程序,斷面開工開挖尺寸：11（5.76.1）； 22（5.86.12）； 33（6.36.22）； 88（6.06.16）,開挖程序及其示意圖：環(huán)狀開挖1部土體；架格柵掛網、安置縱向連接筋，噴混凝土；拱頂設超前小導管或鋼筋，拱腳設置錨桿或錨管，并注漿；開挖2部土體，上、下臺階相距610m，開挖3部土體，架格柵、掛網、噴混凝土，初期支護封閉成環(huán)，拱背注漿。,2,2、超前支護施工,結合具體地質條件和開挖面的穩(wěn)定情況，一般選擇小導管注漿作為主要超前支護手段。

10、小導管采用直徑42mm，長2.5-3.5mm，外插角10-15度，環(huán)向間距為25-32cm，搭接長度1.5米。 注漿漿液需根據(jù)具體地質條件選用，或用單液水泥注漿，或用水泥水玻璃注漿，或用改性水玻璃漿注漿。注漿漿液的選擇、配比、壓力的確定必須經過現(xiàn)場試驗決定。,目前工程中經常出現(xiàn)的問題有： （1） 注漿漿液配比及參數(shù)既無控制，注漿效果又不作嚴格檢查，甚至只設管不注漿，結果影響開挖面的土體穩(wěn)定。 （2） 外插角過大，沿拱架內緣斜插下一拱架外緣，但外插角近30-40度，小導管下方土體坍塌，影響開挖面的穩(wěn)定。,隧道凈高6米，凈寬5.6米，對于一般地層常采用短臺階開挖，上臺階長不超過1倍洞徑，并留有2米

11、以上核心土。后方開挖中層土，并施作仰拱。 （1）留核心土的目的，一方面可以抑制開挖面的變形，保持土體穩(wěn)定；另一方面可以壓縮拱部開挖土方時間，盡早在有限空間架設拱部格柵拱架，并噴射混凝土，盡早完成拱部初期支護。 （2）采用臺階法目的，一方面利用臺階的土壓力支擋前方工作面，保持開挖面開挖穩(wěn)定；另一方面利用臺階便于人工開挖。 （3）采用短臺階的目的，一方面便于人工翻碴，另一方面可以盡快開挖中層土方，便于盡早施作邊墻支護和封閉仰拱，盡早使初期支護形成封閉的穩(wěn)定結構。,3、短臺階法開挖與支護,目前有些工地施工存在的問題是：（1）格柵拱架制作不合規(guī)范要求 在開挖以后，土體自承穩(wěn)定的時間極短，在噴射混凝土達

12、到設計強度以前，格柵拱架是主要支撐結構，因此規(guī)范要求拱架能單獨承受2-4米土體荷載并密貼土體，最早由德國引進的圖紙，在四根鋼筋之間用8字結連接，以后為了簡化做成斜向連接，再以后斜向連接鋼筋便點焊上，把拱架作為構造鋼筋處理，這是非常危險的，正是因為如此，規(guī)范對拱架作出嚴格要求。除此之外，拱架基礎必須支牢，必要時設置斜向支撐注錨管。,（2） 噴射混凝土不密實 鋼筋密集地段實施噴射混凝土是一件比較困難的事，回彈大，而且鋼筋背后不密實，所以規(guī)范對雙層鋼筋網噴混凝土必須噴完一層再掛第二層網再噴， 在格柵表面的混凝土要清除后再噴，不然鋼筋背后是無法噴實的。不密實的初期支護存在嚴重隱患，而且地下水銹蝕鋼筋，

13、影響初期支護的壽命。,（3） 短臺階過長 前面已介紹了用短臺階的理由，但是有些工地運土車上了臺階以后，取消了人工翻土的作用，為了便于布置人力，往往將臺階拉得過長，臺階拉得過長，結果是： 1)未封閉成環(huán)的初期支護是一個不穩(wěn)定結構，長時間隧道處于不穩(wěn)定支護體系是危險的。 2)半拱初期支護基礎支撐在土體上，土體不可能提供足夠的支撐力，半拱呈懸臂狀態(tài)，懸臂過長，端頭下沉，將會造成拱部拉裂，這在國外曾發(fā)生過事故，造成嚴重后果。 3）臺階過長，拖后了中層土體開挖，也拖后了封閉仰拱時間，結果至少將導致隧道變形過大，地表下沉過大，由此，十八字決中“短開挖，強支護，快封閉”就是從這里提煉出來的。,4、長臺階施工

14、方法,有些單位為便于施工組織安排，采用長臺階施工方法，這種施工方法也是允許的，但是必須及時施作臨時仰拱。半斷面初期支護封閉成環(huán)，拱腳支撐在臨時仰拱上，拱部荷載由臨埋仰拱承受，由于上半斷面已形成獨立的封閉環(huán)形穩(wěn)定結構，它的長度將不受限制。 問題是我們一些施工單位考慮施作臨時仰拱投資過大，將來還要拆除，不認真施工臨時仰拱，又不及時進行施工監(jiān)測，這樣的長臺階施工是十分危險的，復八線上的幾個工程的教訓需要引起我們的注意。,（1）采用超前小導管注漿是防止工作面失穩(wěn)及控制地面下沉的重要措施，小導管必須與鋼拱架聯(lián)結。 （2）嚴格控制格柵鋼架的安裝質量，保證鋼架平面垂直隧道中線，水平、高程、左右、誤差應符合設

15、計要求，在拱腳處應設注漿錨管，這是防止拱部垂直位移的關鍵。 （3）采用環(huán)形開挖，留核心土，可保證工作面穩(wěn)定，核心土的尺寸在縱向要大于2m。對不良地層，要及時用噴射混凝土封閉工作面，做到開挖后，土體損失系數(shù)最小。 （4）嚴格控制每循環(huán)的進尺，一般為0.5-0.75m，因為拱部局部的坍塌高度一般是進尺長度的二分之一。,5、小 結,（5）控制臺階長度，充分利用地層縱向承載拱的作用。量測證明：對于軟弱地層，臺階長度超過1倍洞徑，就要及時閉合臨時仰拱。 （6）及時進行初期支護，當開挖完成以后，必須及時架立拱架。拱架與地層之間要緊密接觸，以防地層松馳。隨后掛網、焊接。從開挖到施噴混凝土的時間不應超過土體的

16、自穩(wěn)時間。工序的拖長、工序的銜接不緊，是造成塌方、下沉的最大隱患。 （7）由于地層穩(wěn)定性差，在噴層與地層間經常出現(xiàn)空隙。該空隙多發(fā)生在拱頂附近和拱腳處，所以背后充填注漿非常重要，該工序應緊跟工作面進行。 （8）系統(tǒng)地進行初期周圍2-3m土體的固結注漿，是克服土壤長期流變引起地表下沉的最好方法。,三、區(qū)間隧道大跨度斷面施工技術,區(qū)間隧道受線路平面布置的影響，有些區(qū)段采用雙線隧道方案。這時的隧道的凈跨將達到12m，凈高達到8m。如果仍采用前面介紹的短臺階施工技術或長臺階施工技術，則臺階上部弧形導坑的弧度十分平緩，矢高比非常不合理，直接影響到拱部土體的穩(wěn)定。平拱拱腳水平推力大，拱頂下沉過大，甚至坍塌。跨度越大問題越嚴重，所以跨度法叫CRD法，即交叉中隔墻法。大斷面隧道分隔成小斷面隧道，每個小隧道的初期支護都是封閉成環(huán)，都是穩(wěn)定的。按一定順序開挖支護好的小斷面隧道最終匯成一個大斷面隧道。臨時隔墻與臨時仰拱對大斷面隧道的穩(wěn)定起到十分重要作用。,1、大跨度隧道中隔墻施工法（CD法）和交叉隔墻（CRD法）,二次襯砌施工時，需要拆除臨時隔墻及仰拱，如何拆除，如何選擇拆除順序，如何確定拆除段長是十分關鍵