第13章++地下工程施工方法(3)_新奥法+浅埋暗挖法+盾构法

山岭隧道新奥法施工传统的隧道施工方法是随挖随用钢材或木材支护，然后，从上到下，或从下到上砌筑刚性衬砌。这也和当时的机械设备、建筑材料、技术水平相一致的。二十世纪六十年代以来，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了更深入的认识，为提出新的、经济的隧道施工方法创造了前提。1963年，由奥地利学者L腊布兹维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法（NewAustriaTunnelingMethord）”，简称“新奥法（NTAM）”正式出台，新奥法（NATM）是由传统的矿山法发展起来的，传统的矿山法施工是把地层压力视作外力荷载，而新奥法是把围岩和支护结构作为一个统一的受力体系来考虑，围岩既是荷载的来源，又是支护结构体系的一部分，围岩和支护结构相互作用。新奥法施工的基本思想是：充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、量测来指导地下工程的设计与施工。新奥法的主要特点：1．充分保护围岩，减少对围岩的扰动。2．充分发挥围岩的自承能力。为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。为此，在施工中应采用能与围岩密贴、及时砌筑又能随时加强支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括底拱闭合时间）来控制岩体的变形。3．尽快使支护结构闭合为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。4．加强监测，根据监测数据指导施工在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信息，如坑道周边的位移或收敛、接触应力等。并及时反馈用来指导施工和修改设计。上述新奥法的基本原则可扼要地概括为：“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”。一、全断面法1、工序（1）钻眼、装药、爆破，开挖出整个隧道断面；（2）安装拱部锚杆、喷混凝土；（3）出渣；（4）安装边墙锚杆、喷混凝土；（5）必要时喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；（6）开始下一轮循环；（7）初期支护稳定后、施作二衬。优点：工序少、相互干扰小，便于大型机械作业，施工效率高适用条件：Ⅳ～Ⅵ比较均匀坚硬的岩石。二、台阶法：1、长台阶：一般上台阶超前50米，或大于5倍的洞跨；2、短台阶：一般上台阶长度1～1.5倍的洞跨〈L〈5倍的洞跨3、超短台阶。上台阶超前3～5米。三、分部开挖法：台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）CRD法CD法中洞法单侧壁导坑法双侧壁导坑法第5节辅助施工措施1、超前小导管：注浆、探水、了解地质情况；2、超前锚杆：一般为砂浆锚杆。3、大管棚加固地层φ109，φ115，φ159难点：控制管棚的方向城市地下工程浅埋暗挖法施工城市地下铁道工程的介质环境一般为松散地层，在松散地层中的新奥法施工，又常常冠以浅埋暗挖法的称谓。浅埋暗挖法的工艺流程和技术要求主要是针对埋深较浅、松散不稳定的地层和软弱破碎岩层的施工提出来的。浅埋暗挖法技术首次应用是在北京地铁复兴门折返线工程，近十几年来，浅埋暗挖法在我国的地下铁道工程的施工中得到了广泛的应用，北京地铁的区间隧道以及其它一些市政工程广泛采用“浅埋暗挖法”进行设计与施工，例如北京地铁复～八线全长12.7km，其中区间隧道长约7km，地铁西单站、天安门西站、王府井站、东单站等均采用浅埋暗挖法技术施工，北京地铁四号线、五号线和十号线也有53%的区间隧道采用浅埋暗挖法施工，长安街下多条人行地下通道和国家计委大型地下停车库也采用该技术施工。应该说地铁工程的暗挖法施工集中体现了我国在地下铁道工程暗挖法施工方面的技术成就。浅埋暗挖法整个工艺流程与新奥法的总原则类似，但是浅埋暗挖法更强调地层的预支护和预加固。“Boringinshallowdepth”—constructionprocessboth-sideheadingconstructionmethod双侧壁导坑法both-sideheadingconstructionmethod双侧壁导坑法挖掘装载隧道掘进机Cutandloadmachine“Boringinshallowdepth”—constructionprocess“Boringinshallowdepth”—constructionprocess临时支撑临时支撑平顶直墙施工示意图长安街过街道6.3.1施工顺序降水、地层预加固和预支护--开挖--施作初期支护--对初期支护背后注浆填充--铺设防水隔离层--施作内层衬砌--对内衬和防水层之间注浆填充。6.3.2地层的预加固和预支护在城市中修地铁，大多会遇到软弱地层，且地下水位较高，一般均需要对地层进行预加固或预支护。1)全断面帷幕注浆2)小导管注浆3)大管棚4)锚杆5)管幕6.3.3地层开挖在软弱地层中一般均采用留核心土的短台阶开挖法。在相对稳定的地层中，则可采用全断面开挖法。大断面的渡线隧道则需采用CD法、CRD法、中洞法、侧洞法、双侧壁导坑法等。6.3.4初期支护初期支护需要有较大的刚度，通常由格栅刚架、钢筋网和喷射混凝土构成。1)格栅刚架一般采用直径为22--25毫米的钢筋焊接而成。2)钢筋网一般用直径为6-8毫米的钢筋焊接而成。3)喷射混凝土在初期支护中一般采用C20--C25喷混凝土，厚度20--25cm。目前招标文件中均要求采用湿喷工艺。在喷混凝土中掺入钢纤维或聚两烯纤维将可大大提高喷混凝土的韧性和抗折性。现在均要求在初支背后注浆，可以填充初支背后空隙，增加初期支护的防水性。6.3.5防水隔离层目前防水材料大致可分为有机类、无机类和橡胶类：1)无机类如1.5mm厚的伊娃卷材加400g的土工布，采用无钉铺设，热焊连接。2)无机类如单层膨润毯，采用钉子铺设，直接搭接。3)橡胶类如三元乙丙橡胶卷材加无纺布。6.3.6内层衬砌通常采用钢筋混凝土结构，厚度为20--30cm。在绑扎内层衬砌的钢筋时，特别要注意保护好防水层不要将其刺穿或烧坏。在用泵送混凝土灌注内衬时要保证振捣质量，还要防止将防水层撕破。由于泵送混凝土坍落度较大，结硬后免不了要在内层与防水层之间留下空隙，因此要求在内衬与防水层之间注浆，在内衬中要预埋注浆管。地铁区间隧道的浅埋暗挖法施工在区间隧道的开挖支护施工中，严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字施工原则。在施工工序上坚持“开挖一段，支护一段，封闭一段”的基本工艺。管超前---在工作面开挖前，沿隧道拱部周边按设计打入超前小导管。严注浆---在打设超前小导管后注浆加固地层，使松散、松软的土体胶结成整体。增强土体的自稳能力，和超前小导管一起形成纵向超前支护体系，防止工作面失稳。此外，严注浆还包括初支背后注浆和二衬背后注浆。短开挖---每次开挖循环进尺要短，开挖和支护时间尽可能缩短。强支护---采用格栅钢架和喷射混凝土进行较强的早期支护，以限制地层变形。早封闭---开挖后初期支护要尽早封闭成环，以改善受力条件。勤量测---量测是对施工过程中围岩及结构变化情况进行动态跟踪的重要手段，对围岩和支护结构的变形监测，根据监测数据绘制位移---时间曲线，当位移---时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，加密监视，加强支护，确保施工安全。目前，在城市地下铁道和其它市政工程的浅埋暗挖法施工中，根据地表沉降的控制要求、地层条件以及开挖断面大小，主要施工方法有台阶法，中隔壁法（CD法）、十字中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法等。（一）台阶法施工松散地层中，采用台阶法施工，一般都要用超前小导管对地层进行超前加固，对于一些特殊地段，例如隧道埋深浅、地表有重要建筑物、隧道穿越公路或铁路线等，则需要对地层采用大管棚和小导管联合支护的方式。一般来说台阶法施工的主要工序有：超前小导管注浆支护，分台阶开挖土方、洞内土方运输、初期支护、初期支护背后压浆，补喷砼、防水层施工、浇注仰拱以及二次模筑钢筋砼衬砌。（二）CRD法施工当开挖断面比较大的时候，为确保地层沉降控制在允许值范围内，需要将整个开挖断面分为若干个小断面，并在断面中部设置一道临时支撑。在具体施工时，开挖一个小断面，进行一个小断面的初期支护，最终使整个大断面初期支护闭合成环，在二衬前，拆除中间“十字”支撑。（三）双侧壁导坑法施工（四）辅助施工措施1、超前小导管小导管一般布置在隧道拱部，超前小导管注浆支护的目的是改变地层力学参数，提高地层承载能力。施工步骤有：施工准备、钻孔与打入小导管、注浆。（1）施工准备：小导管制作：超前小导管采用φ42×3.25mm普通水煤气管，管长3.5m，注浆管一端做成尖形，另一端焊接上铁箍，在距铁箍端0.5～1.0m开始钻孔，钻孔沿管壁间隔100～200mm呈梅花型布置，孔位互成90度。对于卵石层，超前小导管采用钢管。注浆压力：根据地层性质，初步设定注浆压力0.1～0.3Mpa。（2）钻孔、打小导管注浆钢管沿隧道开挖轮廓线布置，外插角取5～10°，处理特殊地段时，可适当加大。纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度为100cm，环向间距3根/m，小导管布设在拱顶部三分之二范围内布置。（3）注浆注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防渗漏，对强行打入的钢管进行冲清管内积物，然后再注浆，注浆顺序由下而上，浆液用搅拌桶搅拌。在土层段注水泥浆，砂层段注水泥、水玻璃双液浆。小导管注浆SMALLCONDUITGROUTING冻结法FREEZINGMETHOD2、管棚对于开挖断面比较大、对地表沉降控制标准高的隧道或者隧道拱顶有市政管线时，一般都要采用大管棚对地层进行加固。管棚规格有φ108、φ159等，对于近距离下穿既有地铁隧道，可以考虑采用φ600的超大管棚。管棚法PIPE-ROOFINGMETHOD管棚法PIPE-ROOFINGMETHOD地铁车站的浅埋暗挖法施工用暗挖法施工地铁车站可以将对地面交通的干扰减少到最低，因此，暗挖法在地铁车站的施工占有较大的比重，北京地铁复——八线的西单站、天安门东站和北京地铁五号线蒲黄榆站、天坛东站、磁器口站等均采用暗挖法施工。采用浅埋暗挖法修建地铁车站，其基本作业程序包括地层预支护和预加固、土方开挖、初期支护及二次衬砌，监控量测指导施工组织设计等，这些与区间隧道的施工大体类似，只是车站的结构断面型式比区间隧道复杂，断面尺寸比区间隧道大，地表沉降控制相对更严。在进行地铁车站暗挖法施工时，要根据地表沉降的控制要求、地表交通状况、施工技术水平等情况，进行技术经济比较，选择相对较为合理的施工方法。实践已经证明并将继续证明：采用合理的支护技术和施工工艺，用暗挖法可以安全地建设地铁车站，并且地表沉降可以控制在设计要求的范围内。一.特点车站浅埋暗挖的施工顺序、地层预加固和预支护方法、初期支护的组成、内层衬砌的构造、施工方法等都和区间隧道相彷，主要差别在于以下几方面：1开挖方法由于车站的开挖断面很大，一般均在300平方米左右，因此，在土层或软岩中，均需采用分块开挖，根据车站结构型式、断面大小派生出多种组合的分块开挖方法：1)适用于单拱式车站的开挖方法留核心土的台阶法、CD法、CRD法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、洞桩(柱)法等。2.适用于双连拱式车站的开挖方法中洞法、不对称侧洞法等。3)适用于单层三连拱式车站的开挖方法中洞法、侧洞法、中柱洞法、洞桩(柱)法等。4)适用于双层三连拱式车站的开挖方法中洞法、侧洞法、中柱洞法、洞桩(柱)法等。上述中洞法、侧洞法中的中洞、侧洞开挖也要采用留核心土的台阶法或CD法或CRD法等。二.车站浅埋暗挖法中应注意的事项1)无水作业在土层中修建如此大断面的暗挖隧道，必需做到无水作业，也就是说必需在施工前进行人工降水，将地下水位降到隧道仰拱以下，保证无水作业，众所周知，含水的土层极易塌坍，造成事故或引起地面大量沉降，危及邻近建筑物和地下管线路的安全。在不允许进行人工降水的城市，又要在含水土层中进行暗挖施工，则必需进