地下鐵道施工方法的選擇

地下鐵道施工方法的選擇及對周圍環(huán)境的影響主講：劉勇博士教授1第一部分施工方法的選擇第二部分施工對周圍環(huán)境的影響2地鐵施工方法選擇第一部分3一施工方法分類地鐵隧道施工方法選擇主要受工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地形地貌、沿線環(huán)境的要求、施工單位的技術(shù)水平、施工進度、經(jīng)濟條件等因素限制。明挖法蓋挖法礦山法新奧法盾構(gòu)法沉管法掘進機法頂進法4

1、方法概述二明挖法開挖基坑修筑襯砌回填土石恢復(fù)路面5二明挖法明挖順作法施工步驟(a)基坑圍護(b)開挖及第一道撐(c)開挖(d)結(jié)構(gòu)施工(e)埋設(shè)物放置(g)恢復(fù)路面(f)回填演示62、分類二明挖法邊坡面不加支護的基坑無圍護結(jié)構(gòu)的基坑噴混凝土面和錨桿護坡基坑有圍護結(jié)構(gòu)的基坑鋼板樁圍護基坑鋼筋混凝土鉆孔灌注樁圍護工字鋼樁圍護基坑人工挖孔樁圍護基坑地下連續(xù)墻圍護基坑土釘墻圍護基坑深層攪拌樁圍護基坑明挖法基坑類型在選擇基坑類型時，應(yīng)根據(jù)隧道所處位置、隧道埋深、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，因地制宜地確定。7在城市地下工程采用明挖法施工時，為了防止塌方，保證施工安全，在基坑(槽)開挖深度超過一定限度時，土壁應(yīng)做成有斜率的邊坡，以保證土坡的穩(wěn)定。工程中常稱為放坡。3敞口放坡基坑84具有圍護結(jié)構(gòu)的基坑分濕法(噴漿)及干法(噴粉)。施工過程大致可分為：(1)樁架定位及保證垂直度 (2)預(yù)攪下沉(3)制備水泥漿 (4)提升、噴漿并攪拌(5)重復(fù)攪拌或重復(fù)噴漿 (6)移位

1．深層攪拌樁9樁架定位預(yù)攪下沉1210下沉至底并壓漿噴漿攪拌上升3411噴漿攪拌上升重復(fù)攪拌下沉5612重復(fù)攪拌下沉重復(fù)攪拌上升7813成樁移機，重復(fù)前面過程91014排樁支護可采用鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、預(yù)制鋼筋混凝土板樁、工字鋼樁或鋼板樁等。排樁支護結(jié)構(gòu)可分為：柱列式排樁支護，連續(xù)排樁支護，組合式排樁支護三種。(1)柱列式排樁支護：當(dāng)邊坡土質(zhì)較好、地下水位較低時，可利用土拱作用，以稀疏的鉆孔灌注樁或挖孔樁支擋土坡。2排樁支護15(2)連續(xù)排樁支護：在軟土中支擋樁應(yīng)該連續(xù)密排。開挖側(cè)樹根樁或注漿2排樁支護16bU形2b(3)組合式排樁支護:在地下水位較高的軟土地區(qū)，可采用鉆孔灌注樁排樁與水泥土樁防滲墻組合的。開挖側(cè)2排樁支護17(1)板樁常用的板樁類型有鋼板樁和鋼筋砼板樁。①鋼板樁

截面形式：U形、Z形和直腹板式。

優(yōu)點：板樁材料質(zhì)量可靠，在軟弱土層中施工速度快，施工也較簡單，并且有較好的擋水性，臨時性結(jié)構(gòu)的鋼板樁可拔出多次重復(fù)使用，降低成本。

2排樁支護182排樁支護U形Z形192排樁支護202排樁支護212排樁支護22工字鋼腰梁橫撐樁槽鋼橡木楔橫撐支撐角鋼楔襯木木條樁2排樁支護(2)工字鋼樁23樁的排列方式一般為一根素混凝土樁(A樁)和一根鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置，A樁采用超緩凝型混凝土(緩凝時間視施工需要而定)，B樁采用普通混凝土。先施工A樁，在A樁初凝前施工B樁，并利用套管鉆機的切割能力切掉A樁相交部分的混凝土，使B樁嵌入A樁，形成相互咬合。AABBDd鉆孔咬合樁平面示意圖3鉆孔咬合樁24(1)施工方法采用三軸或多軸型旋轉(zhuǎn)攪拌鉆孔，一邊鉆進一邊由鉆頭向外噴出水泥固化劑，經(jīng)與地基土反復(fù)攪拌形成均一的水泥土混合體，并在其接硬前插入涂滿“減摩劑”的型鋼作為加勁材料，待水泥土硬化后便成為具有一定強度和剛度的基坑圍護結(jié)構(gòu)。密插三插二二插一4SMW樁25262728295地下連續(xù)墻施工1、施工方法簡述305地下連續(xù)墻施工1.成槽2.放入接頭管3.放入鋼筋籠4.澆筑混凝土5.拔管成墻動畫演示開挖溝槽放入接頭管下放鋼筋籠水下澆注砼拔出接頭管形成一個單元墻段泥漿護壁鋼筋籠制作修筑導(dǎo)墻315地下連續(xù)墻施工325地下連續(xù)墻施工335地下連續(xù)墻施工345地下連續(xù)墻施工355地下連續(xù)墻施工365地下連續(xù)墻施工375地下連續(xù)墻施工38土釘和錨桿有相似之處，但是作用機理卻不同。除錨固段外，錨桿沿全長受到同樣的拉力，并將這些拉力通過錨座傳給面部的擋土墻或樁。但土釘受力沿其長是不均勻的，土釘支護中的混凝土面層不屬主要受力構(gòu)件。土釘間距小而數(shù)量多，錨桿間距大而數(shù)量少。沿釘長拉力分布T0面層主動區(qū)抗力區(qū)土釘土釘土壓分布墻錨桿錨桿6土釘墻圍護結(jié)構(gòu)39二明挖法5、優(yōu)點①施工方法簡單，技術(shù)成熟。②工程進度快，工作面大，

便于機械和大量勞動力投

入，根據(jù)需要可以分段同

時作業(yè)。③淺埋時工程造價和運營費

用均較低，且能耗較少。40二明挖法6、缺點①外界氣象條件對施工影響較大。②施工對城市地面交通和居民的正常生活有較大影響，且易造成噪音、粉塵及廢棄泥漿等的污染。

③需要拆除工程影響范圍內(nèi)的建筑物和地下管線。④在飽和的軟土地層中，深基坑開挖引起的地面沉降較難控制，且坑內(nèi)土坡的縱向穩(wěn)定成為威脅工程安全的重大問題。41第一部分施工方法選擇二明挖法42二明挖法7、適用范圍

敞口明挖適用于地面開闊，周圍建筑物稀少，地質(zhì)條件好，土質(zhì)穩(wěn)定且在基坑周圍無較大荷載，對基坑周圍的位移和沉降無嚴(yán)格要求的情況。

具有圍護結(jié)構(gòu)的明挖適用于施工場地狹窄，土質(zhì)自立性較差，地層松軟，地下水豐富，建筑物密集的地區(qū)。43第一部分施工方法選擇三蓋挖法

1、方法概述修筑邊墻開挖頂部土體修筑頂蓋回填并恢復(fù)路面開挖下部土體修筑底板及內(nèi)部結(jié)構(gòu)44第一部分施工方法選擇三蓋挖法2、優(yōu)點①簡化施工程序，降低工程造價?？煽拷孛娼ㄖ锏幕A(chǔ)施工。②占地寬度比一般明挖法小，且無振動和噪音。③可最大限度地減少地面交通的干擾。④可免去或減少施工時的水平支撐系統(tǒng)。⑤在松軟地層中修建地下多層建筑物的好方法。45第一部分施工方法選擇三蓋挖法3、缺點①施工工序復(fù)雜，交叉作業(yè)多。 ②出土不方便。

③板墻柱接頭多，防水困難。 ④工效低，速度慢。⑤結(jié)構(gòu)完成前，中間立柱承受荷載有限。46第一部分施工方法選擇三蓋挖法4、分類蓋挖順作法蓋挖逆作法蓋挖半逆作法順作與逆作組合蓋挖與暗挖組合蓋挖與盾構(gòu)組合47早期的蓋挖法是在支護基坑的鋼樁上架設(shè)鋼梁、鋪設(shè)臨時路面維持地面交通。開挖到基坑底后，澆筑底板至澆筑頂板的蓋挖順作法。

后來大多使用蓋挖逆作法，用剛度

更大的圍護結(jié)構(gòu)取代了鋼樁，用結(jié)構(gòu)

頂板作為路面系統(tǒng)和支撐，結(jié)構(gòu)施作

順序是自上而下挖土后澆筑側(cè)墻樓板

至底板完成。也有采用蓋挖半逆作法。

一概述48一概述施工期間的地面處理①部分或全部占用地面；②分條施工臨時路面和結(jié)構(gòu)頂板，維持部分交通；③夜間施工、白天恢復(fù)交通。49二蓋挖順作法施工步驟1構(gòu)筑連續(xù)墻和中間支撐樁步驟3構(gòu)筑連續(xù)墻及覆蓋板步驟4開挖及支撐安裝步驟2構(gòu)筑中間支撐樁50二蓋挖順作法施工構(gòu)筑底板步驟5步驟6構(gòu)筑側(cè)墻、柱及樓板步驟7步驟8構(gòu)筑側(cè)墻及頂板構(gòu)筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)及路面恢復(fù)51如果開挖面較大、覆土較淺、沿線建筑物過于靠近，為盡量防止因開挖基坑而引起鄰近建筑物沉陷，或需及早恢復(fù)路面交通，但又缺乏定型覆蓋結(jié)構(gòu)時，可采用蓋挖逆作法施工?；貜椓?。三蓋挖逆作法施工52三蓋挖逆作法施工構(gòu)筑頂板步驟3回填土，恢復(fù)路面步驟4構(gòu)筑圍護結(jié)構(gòu)步驟1構(gòu)筑主體結(jié)構(gòu)中間樁柱步驟253三蓋挖逆作法施工開挖下層土步驟7構(gòu)筑下層主體結(jié)構(gòu)步驟8構(gòu)筑上層結(jié)構(gòu)步驟6開挖中層土步驟554防水層挖孔樁鋼管柱天安門東站施工方法三蓋挖逆作法施工應(yīng)用實例55優(yōu)點①圍護結(jié)構(gòu)變形減少，減少了臨時支撐的工程量，提高了工程施工的安全性，也減少了對周邊環(huán)境的影響。②地下、地上結(jié)構(gòu)施工可以并行，縮短了整個工程的工期。③減少了開挖時卸載對持力層的影響，降低了地基三蓋挖逆作法施工56缺點①需要設(shè)臨時立柱和立柱樁，增加了施工費用，且由于支撐為建筑結(jié)構(gòu)本身，自重大，為防止不均勻沉降，要求立柱具有足夠的承載力。②為便于出土，需要在頂板處設(shè)置臨時出土口，因此需對頂板采取加強措施。③地下結(jié)構(gòu)的土方開挖和結(jié)構(gòu)施工在頂板覆蓋下進行，因此大型施工機械難于展開，降低了施工效率。④混凝土的澆注在逆作施工的各個階段都有先后之分，這不僅給施工帶來不便，而且給結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)防水帶來一些問題。三蓋挖逆作法施工57適用條件(1)大平面地下工程(2)大深度的地下工程(3)復(fù)雜結(jié)構(gòu)地下工程(4)周邊狀況苛刻，對環(huán)境要求較高(5)作業(yè)空間狹小(6)工期要求緊迫(7)要求盡快恢復(fù)地面交通的工程。施工的難點節(jié)點的連接形式、節(jié)點連接的操作程序三蓋挖逆作法施工58類似逆作法，其區(qū)別僅在于頂板完成及恢復(fù)路面后，向下挖土至設(shè)計標(biāo)高后先修筑底板，再依次序向上逐層建筑側(cè)墻、樓板。在半逆作法中，一般必須設(shè)置橫撐并施加預(yù)應(yīng)力。四蓋挖半逆作法施工59四蓋挖半逆作法施工步驟3打設(shè)中間樁、臨時性擋土設(shè)備及構(gòu)筑頂板(Ⅱ)步驟4構(gòu)筑連續(xù)墻及頂板(Ⅲ)步驟1構(gòu)筑連續(xù)墻中間支撐樁及臨時性擋土設(shè)備步驟2構(gòu)筑頂板(Ⅰ)60四蓋挖半逆作法施工步驟5依序向下開挖及逐層安裝水平支撐步驟6向下開挖、構(gòu)筑底板步驟8構(gòu)筑側(cè)墻及內(nèi)部之其余結(jié)構(gòu)物步驟7構(gòu)筑側(cè)墻、柱及樓板61三蓋挖法適用范圍適用于施工地段交通繁忙，要求阻斷交通時間短，多用于松軟地層中修建地下多層建筑物。62四新奧法及淺埋暗挖法

1、方法概述超前支護(必要時)鉆爆、小型機械或人工開挖鋼架、噴錨聯(lián)合支護防水層模筑混凝土63第一部分施工方法選擇四新奧法及淺埋暗挖法2、優(yōu)點對地面干擾小，工程投資也相對較小。3、缺點不方便機械化作業(yè)，

工人勞動強度高，工

作條件惡劣，風(fēng)險大。64第一部分施工方法選擇四新奧法及淺埋暗挖法4、分類全斷面法臺階法中隔壁法交叉中隔壁法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法洞樁法中洞法65《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范》把新奧法基本要點簡化為4點:合理地利用圍巖的自承能力，保護圍巖穩(wěn)定；以噴混凝土、錨桿為主要支護手段，及時支護、封閉，使圍巖成為支護體系的重要組成部分；開挖作業(yè)應(yīng)減少對圍巖的擾動，保持隧道開挖輪廓圓順；施工中必須對圍巖和支護進行觀察、量測，并根據(jù)反饋信息進行動態(tài)設(shè)計。66全斷面法67臺階法68臺階法69中隔壁法70交叉中隔壁法71雙側(cè)壁導(dǎo)坑法72洞樁法73中洞法74755、松散地層的新奧法施工(淺埋暗挖法)我國將新奧法原理用在地鐵區(qū)間和車站施工中，逐漸形成一套“淺埋暗挖”工法。這種方法在我國地鐵和隧道工程中發(fā)揮了很大作用，目前已經(jīng)成為地鐵施工的主要方法之一。76（1）城市淺埋地下工程的特點

覆土淺、地質(zhì)條件差(多數(shù)是未固結(jié)的土砂、粘性土、粉細砂等)、自穩(wěn)能力差、承載力小、變形快，特別是初期增長快，稍有不慎極易產(chǎn)生坍塌或過大的下沉，而且在隧道附近往往有重要的地面建筑物或地下管網(wǎng)，給施工帶來嚴(yán)格的要求等.（2）淺埋暗挖法的主要思想淺埋暗挖法是以超前加固、處理軟弱地層為前提,采用足夠剛性的復(fù)合襯砌（由初期支護和二次襯砌及中間防水層所組成）為基本支護結(jié)構(gòu),用于軟土地層近地表(淺埋)隧道的暗挖施工方法。它以施工監(jiān)測為手段，指導(dǎo)設(shè)計與施工，保證施工安全，控制地表沉降。77（3）淺埋暗挖法的應(yīng)用范圍①區(qū)間、大跨度渡線段、通風(fēng)道、出入口和豎井的修建；

②多跨、多層大型車站的修建。（4）淺埋暗挖法的結(jié)構(gòu)形式

①圓拱曲墻形式；②大跨度平拱直墻形式；③平頂直墻等形式。

（5）淺埋暗挖法與其它方法的結(jié)合

①淺埋暗挖法與蓋挖法的結(jié)合；②淺埋暗挖法與半斷面插刀盾構(gòu)的結(jié)合；

“淺埋暗挖法”建成的北京復(fù)興門地鐵折返線

78（6）淺埋暗挖法的特點①適用于各種地質(zhì)條件和地下水條件；②具有適合各種斷面形式(單線、雙線及多線、車站等)和變化斷面(過渡段、多層斷面等)的高度靈活性；③通過分部開挖和輔助施工方法，能有效地控制地表下沉和坍塌；④與盾構(gòu)法相比，在較短的開挖地段使用，比較經(jīng)濟；⑤與明挖法相比，可以減輕對地面交通的干擾和對商業(yè)活動的影響，避免大量的拆遷；⑥從綜合效益觀點出發(fā)，是比較經(jīng)濟的一種施工方法。79①管超前：指采用超前管棚或小導(dǎo)管注漿防護，實際上就是采用超前支護的各種手段，提高掌子面的穩(wěn)定性，防止圍巖松弛和坍塌；②嚴(yán)注漿：指在導(dǎo)管超前支護后，立即進行壓注水泥漿或其它化學(xué)漿液，填充圍巖空隙，使隧道周圍形成一個具有一定強度的殼體，以增強圍巖的自穩(wěn)能力；③短開挖：指一次注漿，多次開挖，即限制一次進尺的長度，減少對圍巖的松弛。施工的基本原則

80④強支護：指在淺埋的松軟地層中施工，初期支護必須十分牢固，具有較大的剛度，以控制開挖初期的變形；⑤快封閉：指在分部開挖施工中，必須采用臨時仰拱封閉，開挖一環(huán)，封閉一環(huán)，提高初期支護的承載能力；⑥勤量測：指對隧道施工過程進行經(jīng)常性的量測，掌握施工動態(tài)，及時反饋，是淺埋暗挖法施工成敗的關(guān)鍵。81(1)小導(dǎo)管超前注漿2．地層預(yù)加固和預(yù)支護技術(shù)82(2)開挖面深孔注漿正注漿區(qū)域已注漿區(qū)域83(3)管棚超前支護所謂管棚，就是把一系列直徑為70~250mm的鋼管，沿隧道外輪廓線或部分外輪廓線，順?biāo)淼垒S線方向依次打入開挖面前方的地層內(nèi)，以支撐來自外側(cè)的圍巖壓力。管棚的縱向加固作用是明顯的，為了實現(xiàn)“縱向成梁、橫向成拱”的理想空間加固效果