标准地铁暗挖施工工艺 54页

地铁暗挖施工工法简介 在城市软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程， 以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅（或其他钢结构）和锚喷作为初期支护手段，遵循“新奥法”大部分原理， 按照“十八字”原则（即管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测）进行隧道的设计和施工，谓之城市地下工程浅埋暗挖技术。 一、浅埋暗挖施工简介 浅埋暗挖的概念 暗挖法： 不挖开地面，采用从施工通道在地下开挖、支护、衬砌的方式修筑车站等地下的施工方法，包括台阶法，双侧壁导坑法、 CD 法、 CRD 法、 PBA 法。 暗挖法 暗挖台阶法开挖 车站主体土方开挖 PBA 车站主体土方开挖 一、浅埋暗挖施工简介 暗挖十八字方针：“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” 管超前 ，就是隧道土方开挖前，在隧道前方土体中打设超前小导管（钢花管）； 严注浆 ，就是通过超前小导管注浆对隧道前方土体进行加固改良，以增大围岩稳定性和自承力。 管超前严注浆是两项工作一体施工，它的作用一是改良工作面前方的地层在开挖工作面以外 ( 尤其是顶部 ) 形成厚度为 0 ． 5 ～ Im 的加固圈；二是超前小导管与地层形成超前支护结构，从而保证开挖工作面的稳定，防止工作面坍塌，控制地表沉降。 浅埋暗挖施工必须“先注浆，后开挖，注浆一段，开挖一段”。 开挖支护控制 管超前，严注浆还要注意： 1 ） 打导管必须注浆 ，防止导管施工扰动前方土体导致坍塌。 2 ） 必须保证注浆质量，根据不同地层选取不同注浆材料，一般粉细沙、中粗砂、砂含量较高的砂卵石地层采用改性水玻璃或固沙剂， 卵石含量较高的砂卵石地层及卵石圆砾地层采用水泥水玻璃双液浆。要严格控制配比、注浆压力、注浆量。 3 ） 超前围岩预注浆加固施工中注浆结束的条件是注浆压力达到设计终压，浆液注入量达到设计值的 80% 以上 。 开挖支护控制 开挖支护控制 开挖支护控制 开挖支护控制 短进尺 ，就是控制开挖步距，每次进尺不能太长。 短进尺还要注意： 1 ）必须“开挖一段，封闭一段，段段推进”。禁止两榀钢架一次开挖。 2 ）对于稳定性很差的地层，开挖时应缩短每循环进尺。 3 ）短进尺是快封闭的前提。 4 ）预留核心土，放坡开挖，禁挖神仙土。 5 ） 环形留核心土法施工，应先开挖上台阶的环形拱部，并及时施工。 开挖支护控制 开挖支护控制 . 常用马蹄形断面形式的暗挖隧道 强支护 ，浅埋暗挖隧道支护结构承担隧道上覆盖层的全部或部分土柱的地层压力，并从减少地表沉陷的城市要求角度出发，初期支护必须有足够的刚度。 强支护还要注意： 1 ）必须严格控制钢架的材料质量，加工的骨架尺寸以及钢架节点法兰的焊接质量。 2 ）必须严格控制钢架安装质量。 a 、严格控制钢架安装的垂度，倾斜的钢架是不能承受巨大土压力的。 b 、 节点法兰连接 ，螺栓连接牢固，必要时进行绑焊。特别是较大断面分部开挖，在拆除临时支撑时，一旦存在问题后果不堪设想。 开挖支护控制 c 、连接筋焊接牢固，保证钢架的整体受力。 3 ）严格控制喷射混凝土的配合比。 控制水及速凝剂的搀量，过大均对混凝土强度影响巨大。喷射混凝土、砂浆所用水泥强度等级不得低 42.5MPa 。 开挖支护控制 早封闭 ，就是使初期支护的钢格栅最短时间内形成封闭换，确保结构及围岩的稳定。 早封闭要注意： 1 ）控制 台阶长度 ，根据地质条件，一般台阶长度为 1-1.5 倍洞径， 6m 的跨度，台阶长度以 6-9m 为好。但不是越短越好，小于 1 倍洞径，一旦发生坍塌造成的后果会更严重。 2 ）隧道掘进前必须做好施工准备：支护材料齐备，满足进尺要求，施工机具和风水电等齐全完好，抢险物资充足到位等。 开挖支护控制 3 ）倘若遇到不良地质条件或重要环境风险时，应在上半断面台阶上设临时仰拱提前封闭。 4 ）隧道掘进应连续作业，因故停止掘进时，应对掌子面进行临时封闭处理（挂网喷砼，打设导管注浆）。 开挖支护控制 勤量测 ，就是通过监控量测，及时分析数据，并根据监控数据来调整支护参数（信息化施工）。 勤量测要注意： 1 ）必须重视 数据分析 。 a 、审阅内拱顶和对应的地面沉降值和洞内两侧收敛值，对照预警值分析。 b 、沉降数据结合地质条件的风险分析。 c 、周边结构的差异沉降分析。 2 ） 及时采取相应对策。 开挖支护控制 马头门 施工控制要点： 贴口加强环隧道支护马头门开口施工工法。 a 、 开洞前利用超前预注浆加固掌子面及周边一定范围内土体，提高土体自稳及抵抗变形能力；同时周边预注浆管棚或导管兼起棚架支撑作用 。 b 、在开口前密排钢格栅拱架及相关的加强措施，形成开洞处内贴加强环梁，提高受力状况较复杂的开口部位初期支护的强度、刚度和整体性，有效弥补开口施工对隧道初期支护受力性能的减弱，控制交叉开口部位的变形。 c 、开口隧道增设临时仰拱保证开口稳定。 特殊部位及特殊地层施工控制 群洞开挖 施工控制措施一般有： a 、 拱部采用小导管、长管棚或小导管 + 长管棚超前支护。 b 、 中间土体进行注浆加固。 c 、 优化施工工序。    d 、 对斜通道的隧道断面采用扩大范围的超前地层加固。   e 、 每部拱脚均加设锁脚锚杆或加大拱脚喷混凝土厚度 , 控制拱脚变位。 f 、 两条平行隧道（包括导洞），相距小于 1 倍隧道开挖跨度时，其前后开挖面错开距离不应小于 15m 。 特殊部位及特殊地层施工控制 二、地铁暗挖施工工法 区间及部分风道、出入口一般为小断面，主要施工工法有： 全断面法、台阶法 。（跨度一般小于 8m ） 风道、出入口、换乘通道等断面一般介于大断面及小断面之间，主要施工工法有： CD 法（中隔壁法）、 CRD （交叉中隔壁法）、双侧壁导坑法等 。 （跨度一般在 6~15m 之间） 地铁车站及渡线段一般为大断面， 主要工法有： 中洞法、侧洞法、洞桩法、 PBA 工法等 。（跨度较大） 除小断面施工工法外，其余工法的特点是将 大断面划为小断面，分部开挖， 做临时中隔壁及仰拱，然后分段拆除，施做二衬。 在施工过程，随时通过监控量测，调整施工方案和参数，实现信息化施工。 地铁暗挖应根据地质条件、断面大小选择施工方法。 台阶法 台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的基础 。 台阶法适用于隧道跨度较小的情况，一般跨度小于 8m 。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 ），当开挖断面较高时可进行多台阶施工，每层台阶的高度常用 3.5 ～ 4.5m ，或以人站立方便操作选择台阶高度。 注意事项： （ 1 ）台阶数不宜过多，台阶长度要适中，一般分长台阶 （ 5B ），中台阶（ 1.5~5B ），短台阶（ 1~1.5B ），微台阶（ 3~4m ）。 （ 2 ）开挖过程中根据地层需要，采取一些辅助的施工措施，如回填注浆、增加锁脚锚管、超前支护等。 二、地铁暗挖施工工法 台阶法施工步序 ① 施作超前支护 ② 上台阶土体开挖 ③ 上台阶初期支护施作，打设锁脚锚杆 ④ 下台阶土体开挖 ⑤ 下台阶初期支护施作 ⑥ 施作防水 ⑦ 二次衬砌施作 台 阶 法 下台阶 上台阶 核心土 0.8 米 0.8 米 1.6 米 二、地铁暗挖施工工法 CD 法是指将隧道断面分为左右两个洞室进行开挖，中间增设一道临时中隔壁，每个洞室开挖后及时施作初支 封闭成环。 中隔壁法 CD 二、地铁暗挖施工工法 CRD 法是指将隧道分为多个导洞（视隧道断面大小确定导洞的划分数量），依次、分别进行开挖，增设临时中隔壁及临时仰拱，每个小导洞开挖后及时封闭成环，导洞与导洞之间保持一 定的纵向安全距离。 此工法适用于地质条件差，隧道断面大，沉降控制 要求较高的隧道开挖。 CRD 法 二、地铁暗挖施工工法 CRD 法 第一步： Φ42 超前小导管超前预注浆加固地层，开挖左上部导洞并施作永久及临时初期支护，封闭成环，采用锁脚锚管加固拱脚。 第二步：开挖左下部导洞并施作永久及临时初期支护，封闭成环，采用锁脚锚管加固拱脚。 二、地铁暗挖施工工法 CRD 法 第三步： Φ42 超前小导管超前预注浆加固地层，开挖右上部导洞并施作永久及临时初期支护，封闭成环，采用锁脚锚管加固拱脚。 第四步：开挖右下部导洞并施作永久及临时初期支护，封闭成环，采用锁脚锚管加固拱脚。 二、地铁暗挖施工工法 CRD 法 第五步：初期支护背后注浆，进行换撑施作仰拱二次衬砌，预留钢筋、防水板接头。 第六步：拆除剩余临时支撑，施作拱部二次衬砌，结构封闭成环，进行二次衬砌背后注浆。 二、地铁暗挖施工工法 ① ② ③ ④ 二、地铁暗挖施工工法 CRD 法 (1) 保持各分部开挖断面和各部的纵向间距，开挖轮廓线要圆顺，以减少出现应力集中现象。 (2) 每块小断面紧临核心土，及时设置临时仰拱封闭、步步成环，尽量缩短成环时间，必要时进行掌子面喷射混凝土临时支护。 (3) 中隔壁设置为弧形临时支护，隧道左右开挖小断面底部临时仰拱保持在同一断面上，各节点的连接一定要对齐，螺栓连接牢固，并及时施作锁脚锚管。 (4) 必须保证中隔壁和临时仰拱钢架的规格数量和喷射混凝土的厚度，钢架之间纵向连接钢筋及时施作并连接牢固。 (5) 为减小支护结构对地基的压力，提高地基的承载能力，对钢拱架的底部设置 20×20×20 厘米的枕木支垫。 (6) 中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土，以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土。 CRD 法施工控制要点 二、地铁暗挖施工工法 采用双侧壁导坑法开挖隧道时首先进行两侧洞的开挖与支护（一般是两侧对称开挖），然后再进行中洞的开挖与支护，视隧道断面大小，可将两侧洞及中洞 再分为若干个小导洞分部开挖。 此工法适用于地质条件差、跨度大、沉降控制要求高的隧道。 双侧壁导坑法 二、地铁暗挖施工工法 双侧壁导坑法开挖 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。 二、地铁暗挖施工工法 第一步：拱顶打设大管棚及小导管、注浆，同时先后开挖两侧洞室①，施作初期支护及中隔壁、中隔板。两侧洞室开挖距离参考值为 5 ～ 6 米。 双侧壁导坑法 第二步：先后开挖洞室②，前后参考距离 5~6 米，施作初期支护及中隔壁。 中隔板 2 1 中隔壁 2 1 中隔板 二、地铁暗挖施工工法 第三步：拱顶小导管注浆，开挖洞室③，施做初期支护及中隔板。 第四步：开挖右下部导洞并施作永久及临时初期支护，封闭成环，采用锁脚锚管加固拱脚。 双侧壁导坑法 二、地铁暗挖施工工法 第五步：根据监测情况，纵向分段防水层，施做拱底二衬（步长≤ 3m ）。 第六步：根据监测情况，纵向分段拆除的中隔板和中隔壁（步长≤ 3m ），敷设防水层，施作余下二衬，仰拱部分回填素混凝土。 双侧壁导坑法 二、地铁暗挖施工工法 ① ② ⑤ ⑥ ③ ④ 又名眼镜法施工 双侧壁导坑法 二、地铁暗挖施工工法 1 ．开挖方式采用机械辅助人工开挖。 2 ．工序变化处之钢架（或临时钢架）应设锁脚钢管，且必须对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。 3 ．当现场导坑开挖孔径及台阶高度需进行适当调整时，应保证侧壁导坑临时支护与主体洞身钢架连接牢固，横向钢支撑可根据监控量测结果适当调整其位置。并考虑侧壁导坑自身的稳定及施工的便捷性。 4 ． 双侧壁导洞法施工，其导洞跨度不宜大于 0.3 倍隧道宽度， 施工时 , 左右导洞前后错开距离不应小于 1 5 m 。并在导洞施工完后方可按台阶法施工上下台阶及仰拱。 二、地铁暗挖施工工法 双侧壁导坑法施工注意事项 5 ．钢架之间纵向连接钢筋应按要求设置，及时施作并连接牢固。 6 ．临时钢架的拆除应等洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后，方可进行。 7 ．施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、浇筑二次衬砌的时机提供依据。 二、地铁暗挖施工工法 双侧壁导坑法施工注意事项 施工控制要点： 首先施工上下各四个导洞，在下导洞内作条形基础并由上导洞向下开挖护壁桩孔和立柱孔，分别吊装钢管柱和浇注护壁桩，使之置于条形基础之上，然后进行上层开挖和初次支护，实施二次衬砌的顶梁、拱部和上部边墙，并用地模施作中隔板，再向下完成下部开挖和衬砌。在开挖左、右洞上台阶时，为平衡中洞拱脚向左、右的推力，在两柱顶纵梁之间设置水平拉杆。为保证中柱两条形基础的整体性，在其下导坑间中柱位置，每隔一柱间距横向开挖小导坑先施作部分窄条底板。 暗挖法车站施工控制要点 暗 挖 法 （ PBA ） 施工控制要点： 如前所述，也可以用钻孔桩法施工边桩及中柱，并可取消下导坑，对控制地表沉降有利，但施工设备复杂，成本高，在有的地层中 ( 例如漂石和直径较大的砂卵石地层 ) 钻孔的速度慢，如果地质条件好边桩可采用矩形挖孔桩底部扩桩的办法，取消边桩的下导坑和条形基础。 该法最大优点是按照施工顺序，可以再横向扩大施作更大跨度结构，但因其在一个十分狭窄的小导洞内完成一系列的钢筋、立模、浇注、吊装等操作，作业环境恶劣。采用 PBA 法地表沉降值比侧洞法、中洞法小，因此适用于一拱两柱等拱顶较平缓的断面。 暗挖法车站施工控制要点 暗 挖 法 （ PBA ） 钢管柱施工控制要点 钢管柱施工控制要点 顶纵梁施工控制要点 架立筋固定 顶纵梁施工控制要点 顶纵梁加固 顶纵梁加固施工控制要点 砼 面板顶梁加固 砼面板 顶纵梁施工控制要点 拉压杆顶梁加固 初支结构破除 中隔壁拆除跳槽分段施工。根据每模衬砌长度，中隔壁拆除位置选定应尽量选择以钢管柱为中心向两侧平均分配拆除长度。 顶纵梁部位的破除注意防水板和预埋拱顶钢筋接驳器的保护，破除完成后检查防水板破坏情况，做好标记，及时修补。 初支结构破除 扣拱施工安全控制要点 （ 1 ）根据监控量测信息，分段对称破除。顶纵梁部位破除导洞初支结构时，加强顶纵梁部位防水板的保护与检查，破坏的防水板及时修补； （ 2 ）施工缝凿毛，二衬钢筋绑扎前要对顶纵梁处的混凝土面进行凿毛处理，注意保护预埋筋接头； （ 3 ）预留好注浆管； （ 4 ）边拱与下道工序接口部位预留斜向坡口。 （ 5 ）台车加工要进行受力计算。 （ 6 ）台车基础要有足够的承载力。 （ 7 ）台车组装及移动必须由专人统一指挥。 （ 8 ）采用机械或手拉葫芦吊装，吊环设置必须牢固可靠。 （ 9 ）台车就位后对其中线、高程进行检校，调整台车水平丝杆与竖向千斤顶，确保中线、高程完全满足设计要求。（所有临时支撑不能顶在钢管柱、顶纵梁上） 扣拱施工安全控制要点 大断面初支支撑结构受力转换常用方法与措施。以 CRD 法 8 部开挖的风道二衬施工作为讲解 沉降情况控制是整个大断面初支支撑受力转换控制的重点，风道初支施工完成后依据监控量测信息正线地表沉降，待地表沉降稳定同时风道内初期支护结构已趋于稳定，具备临时支撑拆除作业条件后方可进行二衬施工。 三、大断面初支结构受力转换 破除工作采用人工 + 风镐破除法，在破除的过程中要求作业人员先破除型钢间锚喷混凝土结构，保留型钢与连接筋，待混凝土结构破除完全，依据量测信息观察结构稳定后再气割型钢与连接筋。 二次衬砌按 4m 一模跳跃式浇筑 ，破除作业同样采用跳跃法， 每模按 5m 破除 。 在拆除作业过程中，以自上而下、由里而外的拆除原则；先在临时仰拱位置用脚手架架立作业平台，为破除工人提供安全的作业环境；平台架立完成后需经过项目部质检部门及监理部门联合检验合格后，才可让其破除工人上台作业 ； 三、大断面初支结构受力转换 拆除方案 在 破除作业过程中划分作业区域，使用锥桶及警戒线将施工作业区简易围挡，并委派专业看守人员在仰拱周边巡视，发现有其他工种人员穿越通道下方时，给予引导并告知通道上方破除人员，暂停作业，以防破除坠物砸伤行人 。 建筑施工中的电梯井口必须设高度不低于 1.2 米的金属防护门。 超过 2 米为高空作业，要正确使用安全带，高挂低用。 三、大断面初支结构受力转换 拆除方案 3 、中板衬砌一模施工 12 ～ 18m ，施工前，先将第 1 模中板位置临时仰拱全部破除并割除工字钢；同时破除中板位置竖隔壁（只破除，工字钢清理干净后不割除）。待第 1 模中板浇筑完成后，破除第 2 模中板位置临时仰拱及竖隔壁（工字钢不割除），同时割除仰拱工字钢。 三、大断面初支结构受力转换 拆除方案 4 、拱顶结构衬砌每模衬砌浇筑 4m ，每模破除 6.5m ，隔断施工两侧 1.1m 临时仰拱及 1.2m 竖隔壁破除，工字钢暂缓割除，随即破除后的渣土清理完成后，在 2 、 5 部中板上搭设脚手架支撑仰拱未破除部分，再将工字钢割除。 根据混凝土强度情况，破除中板一下剩余临时仰拱和中隔壁，割除工字钢。 三、大断面初支结构受力转换 1 、监控量测及巡视 为保证拆除施工的安全，必须加强对车站的监控量测，对拆除全过程中进行监控。将监测数据与预测值相比较，判断前一步施工工艺和拆除措施是否符合预期要求，以确定和调整下一步施工，控制并减少变形，确保施工安全和地表建筑物、地下管线的安全。 2 、监控点布设 作业影响范围内，区间人防拱顶及侧墙部位每间隔 5m 设置一组拱顶沉降点及收敛环。 拆除作业前，通告项目部量测班到现场量测拱顶沉降及收敛初始值，在拆除的过程中，量测频率为 2 次 /d ，及时将量测信息通告监理及现场值班技术人员，掌握破除沉降及收敛动态值，指导现场作业施工。若发现量测值突变、洞内出现型钢变形或初支结构表面出现裂纹时，应立即停止施工，撤离作业人员至安全地带。加强量测继续观察，依据量测信息采取补救措施。使用型钢或方木支撑横通道拱顶，初支结构稳定后，加强拱顶背后回填注浆。在拆除过程中加强管理，现场要求 24 小时有值班技术人员指导作业。拆除作业人员作业前以书面形式对拆除工班组进行安全技术交底，确保作业人员作业安全。 三、大断面初支结构受力转换 监控量测 3 、管线沉降、地表沉降监测点 根据车站主体结构周边管线情况，可通过在管线上埋设观测点对管线沉降做观测，管线沉降观测点采用抱箍式或套筒式安装。地表及建筑物沉降利用水准仪，钢尺对沉降进行观测，利用读数差系列数据组合，分析判断区间开挖对地表及周围建筑物沉降的影响。 4 、测点保护 监测点是一切测试工作的基础，因此特别加强对个监测点的保护工作，完善检察和验收措施，在每个监测点埋设完成后，立即检查埋设质量，发现问题及时整改；对于所有埋设监测点的实地位置做好记录，露出地坪的应做出醒目标志，并设保护装置。 三、大断面初支结构受力转换 监控量测