浅埋隧道施工方法(明挖-地下连续墙-盖挖-暗挖-明洞)

第四章浅埋隧道施工•第一节明挖法施工•第二节地下连续墙施工•第三节盖挖法施工•第四节浅埋暗挖法施工•第五节洞口及明洞施工浅埋隧道的施工不仅受覆盖层地质因素的制约，而且还受地面环境的影响。浅埋隧道常用的施工方法有：明挖法、地下连续墙法、盖挖法、浅埋暗挖法及顶进法等。本章重点介绍明挖法、地下连续墙法、盖挖法与浅埋暗挖法施工的要点。明挖法是从地表面向下开挖，形成露天的基坑，然后在基坑中修筑衬砌，敷设外贴式防水层，最后用土回填。明挖法施工中，基坑的开挖方式常用的有如下几种：一、放坡开挖适用于隧道埋深较浅、地势、地面空旷，土质稳定，地下水位较低的情况。此法机械化程度高，施工速度快，质量也易得到保证。放坡开挖法第一节明挖法施工返回二、支护开挖法基坑的支护开挖法是将基坑围护结构插入基坑底部以下，然后直接开挖基坑内土体。1.基坑内无支撑(图4-1-1)2.围护结构有支撑当基坑深度较大，开挖时除采用围护结构外，还常采用支撑加强围护结构以抵抗较大的侧压力。支撑分为水平支撑、斜支撑以及采用锚杆加固围护结构。图4-1-2悬臂支护开挖法(一)水平支撑水平支撑常用的形式有横撑和角撑(图4-1-2)，基坑拐角或断面变化处用角撑，其它一般用横撑。采用水平支撑的优点是：墙体水平位移小；安全可靠，开挖深度不受限制；但要求围护结构的平面形状比较规则，以矩形为最佳。图4-1-2水平支撑开挖支护(a)立面图(b)平面图采用明挖法施工的北京地铁车站开挖(二)斜支撑(图4-1-3)斜支撑是在基坑横向宽度较大或形状不规则，不便使用水平支撑时采用的支撑形式。采用斜支撑时，围护结构上部水平位移比较大，易引起基坑外地面及附近建筑下沉，对沉降要求严格的地段应十分慎重，因此基坑开挖深度也受到一定限制。（三）锚杆(图4-1-4)锚杆是一种设在基坑外的支撑。一般由锚头、拉杆和锚固体三个基本部分组成。图4-1-3斜支撑立面图图4-1-4锚杆立面图返回第二节地下连续墙施工地下连续墙分为现浇地下连续墙、预制地下连续墙、排桩地下连续墙。地下连续墙法的优点：施工时不产生大量噪音和震动，墙体刚度大、防渗性能好，能适应软土地质条件，工程施工对周围土体扰动小，灌注混凝土无需模板，节省木板和劳力。缺点是：随地质条件选用不同的挖槽机械，成本高，泥浆等措施稳定槽壁处理麻烦。返回一、现浇地下连续墙(图4-2-1)地下连续墙是将分段施工的单元地下墙连接成连续的地下墙体，起挡土、承重、防水作用。（一）施工准备包括编制施工组织设计；审阅技术文件；测量放线，场地规划与拆迁；道路、供水、供电等临时设施的建设；机械设备、材料的落实及设立试验室等工作。（二）护壁泥浆泥浆在钻孔时有护壁和浮渣的作用。下一张图4-2-1现浇地下连续墙返回(三)导墙1.导墙的作用（1）在挖槽孔时起导向作用，提高槽孔垂直精度；（2）储存泥浆，保持泥浆液面高度，稳定槽壁；（3）支挡表土，支承施工设备及固定钢筋笼、接头管；（4）防止泥浆渗漏及地表水流入。2.导墙的分类导墙分为现浇或预制拼装钢筋混凝土、H型钢等。常用现浇钢筋混凝土导墙。下一张导墙开挖下一张导墙钢筋下一张导墙模板下一张导墙浇注下一张导墙完成下一张返回(四)挖槽机械根据不同的地质条件选择不同的挖槽方法和挖槽机械。按挖槽机理来分，挖槽机可分为两大类：挖斗式挖槽机、钻斗式挖槽机。1．挖斗式挖槽机这类机械的特点是既对土层进行破碎，又将土碴运出槽外，广泛用于软弱土层施工。2．钻头式挖槽机这类机械是用钻头对地层进行破碎，借助泥浆循环将土碴排出槽外。下一张返回蚌式抓斗式挖槽机钻头式挖槽机返回(五)挖槽1．导孔施工蚌式抓斗挖槽机施工前，常先以一定间距钻出垂直导孔，其作用是提高挖槽效率和垂直精度，也便于接头施工。导孔的直径为地下连续墙的厚度，导孔间距为挖斗宽度。2．槽段的划分槽段长度选择应根据地质、地下水位、有无地下管线等因素来决定。如图4-2-3所示。下一张图4-2-3槽段划分及开挖返回（六）调入接头构件接头构件可采用钢管、接头箱、型钢、预制钢筋混凝土等。常用钢管做接头管，又称锁口管。吊入时表面涂油，尽量使其紧靠原土层，垂直缓慢插入。（七）刷壁、清底刷壁、清底的目的是清除接头部位的凝聚物、槽底已松动的泥块、沉淀物、不合格的泥浆。(八)钢筋笼制作及吊装1．钢筋笼制作下一张钢筋笼制作返回2．钢筋笼的吊装起吊前应验算起吊能力。钢筋笼的下端不得在地上拖拉、碰撞，应系上拖绳防止其摆动，运至槽口时对准后慢速下降就位。（九)浇筑混凝土浇筑水下混凝土应采用导管法。(十)拔出接头构件提拔接头构件宜采用顶升架。根据混凝土开始凝结的时间，依次适当的拔动，最后全部拔出。若拔管过早会影响接头的强度和形状，拔管过迟可能拔不出来。返回2.预制地下连续墙预制地下连续墙是挖槽后用预制的墙板组拼并经水泥浆固化后形成的地下连续墙。预制地下连续墙有板－梁和板－板法。常用的为板－板法，它又可分为板榫槽、板槽体系。平面简图如图4-2-6所示。图4-2-63.排桩地下连续墙(1)钻冲孔排桩地下连续墙(图4-2-2)。(2)挖孔排桩地下连续墙(图4-2-3)图4-2-2钻冲孔排桩地下连续墙图4-2-3挖孔排桩地下连续墙施工平面简图a)桩孔护壁开挖；b)成桩；c)桩间开挖现浇地下连续墙施工现场盖挖法是先盖后挖，即先以临时路面或结构顶板维持地面畅通再向下施工。第三节盖挖法施工盖挖法施工的优点是：结构的水平位移小；结构板作为基坑开挖的支撑，节省了临时支撑；缩短占道时间，减少对地面干扰；受外界气候影响小。缺点是：出土不方便；板墙柱施工接头多，需进行防水处理；工效低，速度慢；结构框架形成之前，中间立柱能够支承的上部荷载有限。返回下一张盖挖法下一张盖挖法施工返回一、盖挖法的施工方法盖挖法的施工方法主要有：盖挖顺作法；盖挖逆作法；盖挖半逆作法。盖挖顺作法：在支护基坑的钢桩上架设钢梁、铺设临时路面维持地面交通，开挖到基坑底后，浇筑底板至浇筑顶板。盖挖逆作法：用刚度更大的围护结构取代了钢桩，用结构顶板作为路面系统和支撑，结构施作顺序是自上而下挖土后浇筑侧墙楼板至底板完成。盖挖半逆作法：施工程序如下：围护结构——顶板——挖土到基坑底——底板及其侧墙——中板及其侧墙。下一张a)施工围护结构、中间支撑柱；b)浇筑顶板、向下挖土；c)浇筑负1层板、边墙柱，后挖土；d)浇筑底板、边墙、柱。图4-3-1盖挖逆作法施工程序图下一张地铁车站中层板浇注及支模返回盖挖法施工下一张盖挖法施工下一张图4-3-2盖挖顺作法与盖挖逆作法组合施工程序图（a）施工上半部围护结构、中间柱、挖土并架设支撑、下半部围护结构；（b)主体结构中间桩施工；（c)浇筑第2层楼板并开挖土方；（d)架设支撑，浇筑第3层楼板及其侧墙并开挖土方；（e)依次浇筑第4层楼板及相应侧墙；（f)用顺作法浇筑第1、2层结构，拆除临时设施恢复路面。二、盖挖法施工措施（一)施工期间地面的处置1．部分或全部占用地面；2．分条施工临时路面和结构顶板，维持部分交通；3．夜间施工、白天恢复交通。（二)围护结构盖挖法施工的地下工程围护结构型式基本可分为两大类：1．由桩（钻孔桩；挖孔或预制桩）和内衬墙组成的柱墙结构；下一张盖挖法占用路面情况下一张盖挖法占用路面情况返回2．地下连续墙或地下连续墙与内衬墙组合结构。在软弱土层中，多采用刚度和防水性较好的地下连续墙。围护结构与内衬墙之间的构造视传力方式不同可分为两种：1．分离式结构；2．复合式结构；(三)中间临时柱中间临时柱在结构框架形成前是承受竖向荷载的主要受力构件。盖挖顺作法大多采用在永久柱两侧单独设置临时柱。而盖挖逆作法多使临时柱与永久柱合二为一。临时柱通常采用钢管柱或H形钢柱。(四)土方挖运盖挖法施工的土方，由明、暗挖两部分组成。一般是以顶板底面作为明、暗挖土方的分界线，这样可利用土模浇筑顶板。而在软弱土层，难以利用土模时，明挖土方可延续到顶板下，按要求架设支撑，立模浇筑顶板。(五)混凝土施工缝处理逆作法施工时，结构的内衬墙及立柱是由上而下分段施作，施工缝一般多在立柱上设V型接头、在内衬墙上设L型接头进行处理，处理的方法有：1.直接法。2.注入法。3.充填法第四节浅埋暗挖法施工一、浅埋隧道的判定标准根据我国铁路隧道调查资料，Ⅲ级以上围岩岩体强度较高，一般未出现由于浅埋而失稳破坏的情况，因此，通常在Ⅲ--Ⅵ级围岩中才考虑浅埋隧道的设计问题。铁路隧道新奥法指南规定：当埋深大于：Ⅵ级围岩4D--6D、Ⅴ级围岩2.0D--3.0D、Ⅳ级围岩1.OD--2.OD、Ⅲ级围岩0.5--1.OD；铁路隧道设计规范规定:当埋深大于:Ⅵ级围岩35--40m、Ⅴ级围岩18--25m、Ⅳ级围岩10--l2m、Ⅲ级围岩5--6m为深埋隧道，反之为浅埋隧道。返回二、浅埋暗挖法的定义浅埋暗挖法是依据新奥法的基本原理，在施工中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，隧道开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合配套施工技术，适用于第四系无水土质或软弱无胶结的砂、卵石等地层修建覆跨比大于0.5的隧道；对于较高地下水位的类似地层，采取灌浆堵水或降水等措施后仍能适用。采用浅埋暗挖法修建的隧道多采用复合式衬砌。三、浅埋暗挖法修建隧道的一般规定1.采用浅埋暗挖法修建隧道时，应认真贯彻“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18字原则。2.以喷射混凝土+网构钢架+钢筋网为初期支护（即一次衬砌）、二次衬砌为模筑钢筋混凝土，应在两层衬砌之间施作高材料的防水层。3.当隧道围岩为V类，由于其自稳能力差，必须采取预注浆加固地层后方可开挖。4.隧道开挖应在无水条件下进行。如遇地下水，根据工程具体情况选择人工降水或灌浆堵水措施，创造无水作业条件。5.隧道开挖应减少对围岩的扰动，保持隧道开挖轮廓圆顺。6.隧道的防水层及二次衬砌应在初期支护变形基本稳定的条件下再施作。7.施工前应根据施工规模、工期、围岩情况、现场条件编制施工组织设计，其内容包括：施工方法及技术措施、施工部署及质量、安全、环境措施等。8.开工前必须进行质量、安全及施工工艺的培训工作，建立各工序工艺卡片。9.施工期间必须加强施工管理，确保个工序衔接，不间断地施工。10.监控量测工作应纳入隧道施工作业循环之中，作为工序循环的一个组成部分。四、开挖方法及支护方式（一)开挖方法的选用施工中常用的开挖方法是台阶法以及适用于特殊条件的各类型分部开挖方法。施工中应尽量减少对围岩的拢动，优先采用掘进机或人工开挖。采用爆破开挖时，应采用短进尺、弱爆破，必要时要对爆破振动进行监控。爆破进尺一般不宜超过1.0m。（二)支护方式多采用复合式衬砌，对于浅埋软弱地层，应采用刚度较大的初期支护。如采用喷射钢纤维混凝土代替网喷混凝土以加快支护速度及提高支护质量。五、辅助施工方法一般情况下可按下列次序依次选用；1、上半断面留核心土环形开挖；2、喷射混凝土封闭开挖工作面；3、超前锚杆或超前小导管支护；4、超前小导管周边注浆；5、设置临时仰拱；6、深孔注浆加固及堵水；7、长管棚超前支护或注浆。四、控制沉陷变形及防坍（一)现场监控量测在浅埋暗挖法施工中应将现场监控量测作为一道重要工序来进行，使施工现场每时每刻均处于监控之中，以确保工程安全及控制沉陷变形。(二)量测管理基准及施工各阶段沉陷变形控制标准的建立隧道施工量测数据管理基准值应细化为各施工阶段控制标准。控制标准数值一般应分为三个控制水平。I级为安全值，II级为警戒值，III级为危险值。第五节洞口及明洞施工一、洞口施工（一）确定洞口段范围隧道洞口地段，一般地质条件差，且地表水汇集，施工难度较大。隧道洞口工程主要包括边、仰坡土石方；边、仰坡防护；端墙、翼墙等洞门圬工；洞口排水系统；洞口检查设备安装；洞口段洞身衬砌。每座隧道应根据各自的围岩条件来确定洞口段范围，一般亦可参照图4-5-1确定。返回洞口下一张洞口冬季施工设防寒门帘返回图4-5-1洞口段的一般范围1-洞门位置；2-洞口位置；3-明洞段；4-进口过渡段；5-洞口段；6-隧道洞身段；7-上部开挖地基；D-隧道开挖最大洞跨（m）（二）进洞