地下工程施工方法

1、地下工程施工方法根據(jù)隧道穿越地層的不同情況 傳統(tǒng)礦山法 礦山法（鉆爆發(fā)）山嶺隧道施工方法 新奧法 掘進(jìn)機(jī)法 明挖法 地下連續(xù)墻法 淺埋及軟土隧道施工法 蓋挖法 淺埋暗挖法 盾構(gòu)法 沉管法 水底隧道施工方法 盾構(gòu)法 一.山嶺隧道施工方法 1.礦山法是一種傳統(tǒng)的施工方法。它的基本原理是隧道開挖后受爆破影響，造成巖體破裂形成松弛狀態(tài)，形成巖土坍落，又稱鉆爆法，可分為傳統(tǒng)礦山法和新奧法。 (1).傳統(tǒng)礦山法 采用圓木，型鋼，鋼軌等形成支架。傳統(tǒng)礦山法的依據(jù)是“松弛理論”，認(rèn)為圍巖可能由于擾動(dòng)產(chǎn)生坍塌，支護(hù)需要支承圍巖在一定范圍內(nèi)由于松弛可能坍塌的巖體重量。 (2).新奧法 奧地利學(xué)者米勒發(fā)明，基本原則

2、是盡量利用地下工程周圍圍巖的自承載能力。具體做法是先用柔性支護(hù)（通常為整體模筑鋼筋混凝土襯砌）。 光面爆破，噴錨支護(hù)和現(xiàn)場測量是新奧法施工的三大支護(hù)。 新奧法適用范圍： 具有較長自穩(wěn)時(shí)間的中等巖體; 弱膠結(jié)的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖； 強(qiáng)風(fēng)化的巖石； 剛塑性的粘土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r; 堅(jiān)硬粘土，也有帶堅(jiān)硬夾層的粘土； 微裂隙的，但很少粘土的巖體； 在很高的初應(yīng)力場條件下，堅(jiān)硬的和可變堅(jiān)硬的巖石； 在下列條件下應(yīng)用新奧法必須與一些輔助方法相配合 有強(qiáng)烈地壓顯現(xiàn)的巖體； 膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）； 在一些松散巖體中，要與鋼背板與之配合； 在蠕動(dòng)性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等配合；

3、在下列場合中應(yīng)用應(yīng)慎重 大量涌水的巖體； 由于涌水會(huì)產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的圍巖； 極為破碎，錨桿鉆孔，安裝都極為困難的巖體； 開挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。 （3).傳統(tǒng)礦山法和新奧法施工的區(qū)別 相同：均屬于鉆爆法。 不相同：對圍巖的認(rèn)識(shí)和處理上不同。新奧法新奧法傳統(tǒng)礦山法傳統(tǒng)礦山法臨時(shí)支護(hù)噴錨支護(hù)木支撐為主，鋼支撐單層永久支護(hù)復(fù)合式襯砌單層模鑄混凝土襯砌閉合支護(hù)強(qiáng)調(diào)不強(qiáng)調(diào)控制爆破必須采用可采用量測必須采用無施工方法分塊較少分塊較多 2.掘進(jìn)機(jī)法 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，簡稱TBM。是利用回轉(zhuǎn)刀具切削破巖及掘進(jìn)，形成整個(gè)隧道斷面的一種新型，先進(jìn)的隧道施工機(jī)械。 （1）在巖石中開挖隧道的TBM 通常適用于穩(wěn)定性

4、良好，中厚埋深，中高強(qiáng)度的巖層中掘進(jìn)長大隧道。 （2）在松軟地層中掘進(jìn)隧道的TBM 一般適用于在具有有限壓力的地下水位以下基本均質(zhì)的軟弱地層中開挖有限長度的隧道。 (3)優(yōu)點(diǎn) 安全人員在局部或整體的護(hù)盾下工作 快速常規(guī)鉆爆法掘進(jìn)速度的310倍 優(yōu)質(zhì)洞壁光滑美觀 自動(dòng)化和機(jī)械化程度高（節(jié)省勞動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)） 圍巖擾動(dòng)小 對環(huán)境影響小 (4)缺點(diǎn) 能耗大 斷面單一 對巖層變化的適應(yīng)性差 一次性購買TBM投資高 主機(jī)重量大，運(yùn)輸不方便，安裝工作量大 短隧道不能發(fā)揮其優(yōu)越性（不經(jīng)濟(jì)） 二.淺埋及軟土隧道施工法 1.明挖法 明挖法是軟土地下工程施工中最基本，最常用的方法。明挖法施工是先將地表土層挖開一定深度

5、，然后在基坑內(nèi)澆筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行土方回填，最終完成地下工程的施工。 （1）明挖法適用條件 山嶺隧道中的明洞、城市中的地下鐵道隧道和市政隧道、穿越有明顯枯水期河流的水底隧道或它的河岸段、引道段及其他淺埋的地下建筑工程等，只要地形、地質(zhì)條件適宜和地面建筑物條件許可，均可采用明挖法施工。 一般來說，在開挖深度小于7米，施工場地比較開闊的情況下，優(yōu)先采用明挖法施工。 2.地下連續(xù)墻法 地下連續(xù)墻就是用專用設(shè)備沿著深基礎(chǔ)或地下構(gòu)筑周邊采用泥漿護(hù)壁開挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽，在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，采用導(dǎo)管法在泥漿中澆筑混凝土，筑成一單元墻段，依次順序施工，以某種接頭方法連接成的一道連續(xù)的地下

6、鋼筋混凝土墻，以便基坑開挖時(shí)防滲、擋土，作為鄰近建筑物基礎(chǔ)的支護(hù)以及直接成為承受直接荷載的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分。 （1）通常主要被用于： 水利水電、露天礦山和尾礦壩（池）和環(huán)保工程的防滲墻 建筑物地下室（基坑） 地下構(gòu)筑物（如地下鐵道、地下道路、地下停車場和 地下街道、商店以及地下變電站等）。 市政管溝和涵洞 盾構(gòu)等工程的豎井 泵站、水池 碼頭、護(hù)案和干船塢 地下油庫和倉庫 各種深基礎(chǔ)和樁基等. （2）優(yōu)點(diǎn) 施工全盤機(jī)械化，速度快、精度高，并且振動(dòng)小、噪聲小，適用于城市密集建筑群及夜間施工。 具有多功能用途，如防滲、截水、承重、擋土、防爆等，由于采用鋼筋混凝土或素混凝土，強(qiáng)度可靠，承壓力大。 對開

7、挖的地層適應(yīng)性強(qiáng)，在我國除熔巖地質(zhì)外，可適用于各種地質(zhì)條件，無論是軟弱地層或在重要建筑物附近的工程中，都能安全地施工 。 可以在各種復(fù)雜的條件下施工，如美國110層世界貿(mào)易中心的地基，過去曾為河岸，地下埋有碼頭等構(gòu)筑物，用地下連續(xù)墻則易處理；廣州白天鵝賓館基礎(chǔ)施工， 地下連續(xù)墻呈腰鼓狀，兩頭狹中間寬，形狀雖復(fù)雜也能施工。 開挖基坑無需放坡，土方量小，澆混凝土無需支模和養(yǎng)護(hù)，并可在低溫下施工，降低成本，縮短施工時(shí)間。 用觸變泥漿保護(hù)孔壁和止水，施工安全可靠，不會(huì)引起水位降低而造成周圍地基沉降，保證施工質(zhì)量。 可將地下連續(xù)墻與“逆做法”施工結(jié)合起來，地下連續(xù)墻為基礎(chǔ)墻，地下室梁板作支撐，地下部分施

8、工可自上而下與上部建筑同時(shí)施工，將地下連續(xù)墻筑成擋土、防水和承重的墻，形成一種深基礎(chǔ)多層地下室施工的有效方法。 （3）缺點(diǎn) 每段連續(xù)墻之間的接頭質(zhì)量較難控制，往往容易形成結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)。 墻面雖可保證垂直度，但比較粗糙，尚須加工處理或做襯壁。 施工技術(shù)要求高，無論是造槽機(jī)械選擇、槽體施工、泥漿下澆筑混凝土、接頭、 制漿及處理系統(tǒng)占地較大，管理不善易造成現(xiàn)場泥濘和污染。 （4）適用范圍 適用于多種地質(zhì)條件，包括淤泥、粘性土、沖積土、砂性土及粒徑50mm以下的砂礫層中施工，深度可達(dá)70m。不適于在含承壓水很高的細(xì)砂、粉砂地層以及很軟的粘性土層、使用。 3.蓋挖法 當(dāng)?shù)叵鹿こ堂髯鰰r(shí)需要穿越公路、建筑等

9、障礙物而采取的新型工程施工方法，是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工。主體結(jié)構(gòu)可以順作，也可以逆作。也就是說，蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工。主體結(jié)構(gòu)可以順作， 也可以逆作。在城市繁忙地帶修建地鐵車站時(shí)，往往占用道路，影響交通當(dāng)?shù)罔F車站設(shè)在主干道上，而交通不能中斷，且需要確保一定交通流量要求時(shí)，可選用蓋挖法。 （1）適用范圍 在城市中，不能長期中斷交通的道路下修建地下建筑；先修路面，恢復(fù)交通，在頂板的保護(hù)下修地下建筑； 埋置較淺3.0m; 適用于軟土地區(qū)，復(fù)雜形狀，大平面，大深度的地下工程； 不能使

10、用大型機(jī)械，周邊狀況苛刻，對環(huán)境要求高； 工期較長，做業(yè)空間較小，和基坑開挖，支擋開挖相比較貴。 （2）優(yōu)點(diǎn) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降，有利于保護(hù)臨近建筑物和構(gòu)筑物。 基坑底部土體穩(wěn)定，隆起小，施工安全。 蓋挖逆作法施工一般不設(shè)內(nèi)布支撐或錨固，可增大施工空間和降低工程造價(jià)。 蓋挖逆作法施工基坑暴露時(shí)間短，用于城市街區(qū)施工時(shí)，可盡快恢復(fù)路面。 （3）缺點(diǎn) 蓋挖法施工時(shí)，混凝土內(nèi)襯的水平施工縫的處理較困難. 蓋挖逆作法施工時(shí)，暗挖施工難度大，費(fèi)用高。 蓋挖法每次分部開挖及澆筑襯砌的深度，應(yīng)綜合考慮基坑穩(wěn)定，環(huán)境保護(hù)，永久結(jié)構(gòu)形式和混凝土澆筑作業(yè)等因素來確定。 4.淺埋暗

11、挖法 淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進(jìn)行各種類型地下洞室暗挖施工的方法。技術(shù)核心是依據(jù)新奧法的基本原理，施工中采用多種輔助措施加固圍巖，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力，開挖后及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系，是一種抑制圍巖過大變形的綜合配套施工技術(shù)。 （1）施工原則是“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，早封閉，勤量測”。 （2）淺埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深淺（最小覆跨比可達(dá)0.2）、地層巖性差（通常為第四紀(jì)軟弱地層）、存在地下水（需降低地下水位）、周圍環(huán)境復(fù)雜（鄰近既有建、構(gòu)筑物）等特點(diǎn)。 （3）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(qū)地面建筑物密集、交通運(yùn)輸

12、繁忙、地下管線密布，且對地沉陷要求嚴(yán)格的情況下修建埋置較淺的地下結(jié)構(gòu)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。 （4）經(jīng)過許多工程的成功實(shí)施，其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，由只適用于第四紀(jì)地層、無水、地面無建筑物等簡單條件，拓廣到非第四紀(jì)地層、超淺埋（埋深已縮小到0.8m）、大跨度、上軟下硬、高水位等復(fù)雜地層及環(huán)境條件下的地下工程中去。 （6）優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)形式靈活多變；對地面建筑，道路和地下管線影響不大；拆遷占地少，擾民少，污染城市環(huán)境少等。 （7）缺點(diǎn) 施工速度慢，噴射混凝土粉塵多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高，以及高水位地層結(jié)構(gòu)防水比較困難等。 （8）地鐵中淺埋暗挖法，

13、明（蓋）挖法及盾構(gòu)法的關(guān)系 淺埋暗挖法既可作為獨(dú)立的施工方法，也可以與其他施工方法結(jié)合使用，車站經(jīng)常使用淺埋暗挖法與蓋挖法相結(jié)合，區(qū)間隧道用盾構(gòu)法與淺埋暗挖法結(jié)合施工。淺埋暗挖法與其他施工方法有很強(qiáng)的兼容性。三者應(yīng)用情況如下表：工法工法淺埋暗挖法淺埋暗挖法盾構(gòu)法盾構(gòu)法明（蓋）挖法明（蓋）挖法地質(zhì)條件有水需處理各種地層各種地層地面拆遷小小大地下管線無需拆遷無需拆遷需拆遷斷面尺寸各種斷面不行各種斷面施工現(xiàn)場較小一般大進(jìn)度開工快，總工期偏慢前期慢，總工期一般總工期快振動(dòng)噪音小小大防水有一定難度有一定難度較易 三.水底隧道施工方法 1.沉管法 沉管法是預(yù)制管段沉放法的簡稱，是在水底建筑隧道的一種施工方

14、法。其施工順序是先在船臺(tái)上或干塢中制作隧道管段（用鋼板和混凝土或鋼筋混凝土），管段兩端用臨時(shí)封墻密封后滑移下水(或在塢內(nèi)放水)，使其浮在水中，再拖運(yùn)到隧道設(shè)計(jì)位置。定位后,向管段內(nèi)加載,使其下沉至預(yù)先挖好的水底溝槽內(nèi)。管段 逐節(jié)沉放，并用水力壓接法將相鄰管段連接。最后拆除封墻，使各節(jié)管段連通成為整體的隧道。在其頂部和外側(cè)用塊石覆蓋，以保安全。 (1)優(yōu)點(diǎn) 采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾構(gòu)法施工具有較多優(yōu)點(diǎn)。 容易保證隧道施工質(zhì)量。因管段為預(yù)制，混凝土施工質(zhì)量高，易于做好防水措施；管段較長,接縫很少,漏水機(jī)會(huì)大為減少，而且采用水力壓接法可以實(shí)現(xiàn)接縫不漏水。 工程造價(jià)較低。因水下挖土單價(jià)比河

15、底下挖土低；管段的整體制作,浮運(yùn)費(fèi)用比制造、運(yùn)送大量的管片低得多;又因接縫少而使隧道每米單價(jià)降低；再因隧道頂部覆蓋層厚度可以很小，隧道長度可縮短很多，工程總價(jià)大為降低。 在隧道現(xiàn)場的施工期短。因預(yù)制管段（包括修筑臨時(shí)干塢）等大量工作均不在現(xiàn)場進(jìn)行。 操作條件好、施工安全。因除極少量水下作業(yè)外，基本上無地下作業(yè)，更不用氣壓作業(yè)。 適用水深范圍較大。因大多作業(yè)在水上操作，水下作業(yè)極少，故幾乎不受水深限制，如以潛水作業(yè)實(shí)用深度范圍，則可達(dá)70米。 斷面形狀、大小可自由選擇，斷面空 間可充分利用。大型的矩形斷面的管段可容納48車道，而盾構(gòu)法施工的圓形斷面利用率不高，且只能設(shè)雙車道。 (2)適用條件 適

16、合于沉管法施工的主要條件是：水道河床穩(wěn)定和水流并不過急。前者不僅便于順利開挖溝槽，并能減少土方量；后者便于管段浮運(yùn)、定位和沉放。 2.盾構(gòu)法 盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)作為施工機(jī)械在地面以下暗挖修筑隧道的一種施工方法。 在盾構(gòu)的掩護(hù)下，頭可以安全地開挖地層，一次掘進(jìn)相當(dāng)于裝配式襯砌一環(huán)的寬度。尾部可以裝配預(yù)制管片或砌塊，迅速地拼裝成隧道的永久襯砌，并將襯砌與土層之間的空隙用水泥壓漿填實(shí)，防止周圍地層 的繼續(xù)變形和圍巖壓力的增長。 盾構(gòu)推進(jìn)主要依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的千斤頂，用千斤頂塊頂在拼成的襯砌環(huán)上，使它推進(jìn)到已挖好的空間內(nèi)，然后縮回活塞桿，為下一環(huán)襯砌拼裝創(chuàng)造條件。 重復(fù)上述過程，不斷開挖，不斷推進(jìn)，借

17、助盾構(gòu)這種特制施工機(jī)械，可以較快的速度完成隧道施工基本作業(yè)循環(huán)，直至隧 道建成。 盾構(gòu)施工前，應(yīng)先修建一豎井，在豎井處安裝盾構(gòu)。采用盾構(gòu)開挖出的土體，由豎井通道提升運(yùn)出地面棄土場處理。 (1)優(yōu)點(diǎn) 屬于地下工程暗挖法施工，不受地面交通，河道，航運(yùn)，潮汐，季節(jié)，氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安 全施工，可在盾構(gòu)支護(hù)下安全地開挖，襯砌等。 盾構(gòu)的推進(jìn)，出土，拼裝襯砌等可全部機(jī)械化，自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度較低，而掘進(jìn)速度比較快； 施工中沒有噪聲和振動(dòng)，對周圍環(huán)境沒有干擾； 在松軟含水地層中，修筑埋置深度較 大的長大隧道，具有經(jīng)濟(jì)，技術(shù)，安全等方面的優(yōu)越性。 (2)缺點(diǎn) 盾構(gòu)是一種價(jià)格昂貴

18、，針對性強(qiáng)的專用施工機(jī)械，對每一座采用盾構(gòu)法施工的隧道，均應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)，水文地質(zhì)條件，襯砌結(jié)構(gòu)斷面尺寸的大小進(jìn)行專門制造，運(yùn)送，拼裝與拆卸等，且設(shè)備較復(fù)雜。 需要有氣壓供應(yīng)設(shè)備，人工井點(diǎn)降水，襯砌管片預(yù)制，襯砌結(jié)構(gòu)的防水設(shè)施及堵漏，隧道內(nèi)的運(yùn)輸，施工測量，場地布置，拼裝與拆卸工作井等施工技術(shù)的密切配合才能順利施工。 對于短于750m的隧道，有資料顯示，被認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的，對隧道曲線半徑過小或隧道埋深較淺時(shí)，施工困難較大，對水 底隧道當(dāng)覆蓋土太淺時(shí)施工反而不太安全； 當(dāng)盾構(gòu)法施工采用全氣壓方法穩(wěn)定地層時(shí)，施工條件較差，因此對勞動(dòng)保護(hù)要求較高，用盾構(gòu)法施工時(shí)，在隧道上方一定范圍內(nèi)，尤其是飽和含水松軟土層，地表沉陷尚難以防止，拼裝襯砌對襯砌整體防水技術(shù)要求很高。 (3)應(yīng)用范圍 現(xiàn)代的盾構(gòu)能適用于各種復(fù)雜的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，從流動(dòng)性很大的第四紀(jì)淤泥質(zhì)土層到中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層。既可用來修建小斷面的區(qū)間隧道