關(guān)于隧道及地下工程的若干問題

（建筑工程管理）關(guān)于隧道

及地下工程的若干問題

2020年4月

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關(guān)于隧道及地下工程的若干問題

王夢恕孔恒

北京交通大學(xué)北京市市政工程總公司

主要內(nèi)容

第一部分：隧道及地下工程的發(fā)展概述

第二部分：淺埋暗挖法隧道及地下工程

第三部分：盾構(gòu)法隧道

第四部分：復(fù)雜山區(qū)長大隧道

第五部分：隧道及地下工程的風(fēng)險評估與控制

第一部分：隧道及地下工程的發(fā)展概述

19世紀(jì)是橋的世紀(jì),20世紀(jì)是高層建筑的世紀(jì),21世紀(jì)可以說是地下工程資源開發(fā)和大

發(fā)展的世紀(jì).目前我國面臨著人口、環(huán)境、資源、土地、水資源及氣候變暖等六大難題。地下

工程是我國唾手可得的資源，并且是一項重要的綠色工程，如何優(yōu)質(zhì)、快速、經(jīng)濟(jì)的建成，

是我們必須在科研、設(shè)計、施工及機(jī)械制造四位一體方面需要研究解決的問題。

基于用途和特征來劃分，隧道及地下工程的分類如下：

(1)城市交通隧道：如地鐵、輕軌、地下快速路等；

(2)城市地下空間開發(fā)(城市地下工程):如市政隧道、綜合管廊(共同溝\地下商場、

地下倉庫、地下過街通道等設(shè)施；

(3)鐵路隧道

(4)公路隧道

(5)水電隧道

(6)管道輸送以及輸水隧道：如西氣東輸、南水北調(diào)隧道等；

(7)江、海、湖等水底隧道

(8)各類水封液體庫

(9)軍工、人防隧道和碉室

1城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀與規(guī)劃概述

中國地鐵60年代開始于北京地鐵1號線，目前建成運(yùn)營的有地鐵1號線、2線13號

線、八通線，共計113.4公里；正在建設(shè)的有地鐵5號線、10號線、4號線、機(jī)場線、奧

運(yùn)支線。

2008年要實現(xiàn)8條市區(qū)線路、，建設(shè)里程169.7公里，3條通往郊區(qū)的市郊鐵路線路，

建設(shè)里程109.4公里，建設(shè)總里程為279.1公里。

上海地鐵建設(shè)發(fā)展迅猛,1990年上海開始建設(shè)地鐵1號線,1996年上海開始建設(shè)地鐵

2號線，后開始建設(shè)3號線、4號線、M8線、6號線，就目前運(yùn)營里程超過北京。

緊隨其后的是廣州，1996年廣州開始建設(shè)地鐵1號線，后建設(shè)2號線、3號線、5號

線。

2001年深圳開始建設(shè)地鐵1號線,目前已經(jīng)運(yùn)營，現(xiàn)正在建設(shè)其他線路；

2001年南京建設(shè)地鐵1號線，目前已經(jīng)運(yùn)營，現(xiàn)在建設(shè)其他線路；

2002年天津地鐵1號線開工建設(shè)；

在開工和即將開工開始建設(shè)：杭州、沈陽、哈爾濱、成都等，蘇州、武漢、西安等地鐵

進(jìn)入設(shè)計階段。

1)中國地鐵建設(shè)規(guī)劃：

(1)北京地鐵2008規(guī)劃以及2050規(guī)戈！|(圖);

(2)上海地鐵規(guī)劃(圖)；

(3)廣州地鐵規(guī)劃(圖)；

(4)南京地鐵規(guī)劃(圖);

(5)深圳地則戈!1(圖)；

(6)天津地鐵規(guī)劃(圖)；

(7)沈陽地鐵規(guī)劃(圖)；

(8)哈爾濱地鐵規(guī)劃(圖X

2中國鐵路建設(shè)規(guī)劃

(1)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(圖)；

(2)"五縱"和"七橫"(表X

3公路隧道發(fā)展現(xiàn)狀

中國地域遼闊，南北長約4000km,東西長約4500km,海拔地勢高差達(dá)5000m左右，

地表起伏很大，峽谷、丘陵、高山遍布在2/3國土上，平面投影面積960萬平方公里，立

體面積超過2000萬平方公里，居住著56個民族，近13億人口，所以鐵路、公路一直、今

后永遠(yuǎn)是我國人民出行的主要交通方式。

隨著生活節(jié)奏的加快和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，要求安全、舒適、快速、方便經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式

已提到日程上來。鐵路，尤其是公路更加滿足不了乘客的需求，過去多用盤山繞行、挖深路

塹修建公路，不僅增加了里程，降低了行車速度，增多耗油量、破壞了環(huán)境，而且行車很不

安全，給汽車本身也帶來了機(jī)械損耗，趕上冬季，線路多在冰凍線以上，山高、路滑、坡陡

而翻車、封路的事件屢屢發(fā)生。深挖路塹形成高邊坡，不僅損失了許多土地，也破壞了自然

景觀，常常帶來大的滑坡、坍方等病害。

所以從實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，長大公路隧道像雨后春筍一樣迅猛發(fā)展起來，到2000

年底我國公路隧道已有1684座，總長有628km。其中有首座半橫向通風(fēng)自動化最高的深圳

梧桐山隧道、板樟山隧道等一批城市公路隧道；有廣州白云山雙向三車道大跨度扁平率為0.6

左右的隧道，?有福州多連體四連拱象山隧道(寬35.4m高8.9m);有近距離四連拱寬45.6m

的科苑立交隧道；

有應(yīng)用最多、大跨（32~35m）雙連拱，具有代表性的京珠高速公路五龍嶺隧道；有首

次采用豎井和縱向射流運(yùn)營通風(fēng)技術(shù)的中梁山隧道；有逆光照明不在洞口設(shè)光過渡段的貓貍

嶺隧道；有處于3800m高海拔、高寒（平均一7。（：最高達(dá)-35℃）地區(qū)施工的青海大板山隧

道；有處于高地應(yīng)力區(qū)的川藏公路二郎山隧道；有穿越高濃度、高壓力煤層的華圣山隧道（長

4705m）,以及目前正在施工的雙向分離式四車道國內(nèi)最長18.4km終南山隧道和長度大于

6km以上即將開工的鵬鴿山隧道、泥巴山隧道、雪峰山隧道等，總之隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和

運(yùn)營的需要，公路隧道趨勢是隧道越修越長，隧道越修越寬、技術(shù)越來越難、越復(fù)雜。

4中國的江（海）底隧道

南水北調(diào)工程中線建造了穿越黃河河底的引水隧道（TBM）

重慶主城越江排水隧道（①6.7m泥水式硬巖盾構(gòu)）

城陵磯西氣東輸越江隧道（①3.185m泥水盾構(gòu)）

三江口西氣東輸越江隧道（①4.3m泥水盾構(gòu)）

上海上中路越江隧道（①14.87m泥水盾構(gòu)）

武漢長江公路隧道（長江第一隧道）（①11.4m泥水盾構(gòu)）

上海崇明越江隧道（①15.1m泥水盾構(gòu)）

南京長江越江隧道（①15.1m泥水盾構(gòu)）

杭州錢塘江越江隧道（①11.4m泥水盾構(gòu)）

上海復(fù)興東路雙管雙層越江隧道

寧波甬江沉埋管水底隧道。

第一部分：結(jié)束語

上中路公路隧道

基于上述，可以很明確的了解，在中國將有大量隧道及地下工程等待建設(shè)。21世紀(jì)是

地下工程的世紀(jì)決不是夸口之詞。但鑒于地下工程自身的復(fù)雜性，因此對我們隧道及地下工

程的技術(shù)工作者來說既是機(jī)遇也是極大的挑戰(zhàn)。

第二部分

淺埋暗挖法隧道及地下工程

主要內(nèi)容

一、概述

二、淺埋暗挖的設(shè)計與施工技術(shù)

三、淺埋暗挖的監(jiān)控量測技術(shù)

四、淺埋暗挖工作面的穩(wěn)定性分析

五、淺埋暗挖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)體系

六、隧道及地下結(jié)構(gòu)的防水體系

七、幾個問題的討論

一概述

1隧道及地下工程（或地下空間）的幾個概念

1）隧道及地下工程（或地下空間）的定義

*介質(zhì)力學(xué)的角度——處于千變?nèi)f化的地質(zhì)體之中，其結(jié)構(gòu)本身與地層（圍巖）緊密接

觸和相互傳遞作用的工程建筑物。

*典型實例——交通隧道、地下鐵道、水電輸水隧洞、城市共同溝、地下商場與車庫、

軍用洞室、大型建筑物的地下室（深基坑）等等。

2）隧道及地下工程施工的復(fù)雜力學(xué)過程

,開挖

*地質(zhì)體原始地應(yīng)力體系被打破

*形成二次地應(yīng)力發(fā)生變形

*初期支護(hù)

*抑制地層的變形

*變形收斂

*后期支護(hù)

*形成三次地應(yīng)力并達(dá)到力學(xué)平衡

3）隧道及地下工程結(jié)構(gòu)物的技術(shù)特性

概括地說，有以下幾點是需要特別關(guān)注的。

*隱蔽性：地下結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)最大的不同就是它的隱蔽性；隱蔽性同時伴隨巨大的

風(fēng)險性；

*力學(xué)狀態(tài)的不確定性：它的力學(xué)狀態(tài)受到施工方法的極大影響，也是其他工程結(jié)構(gòu)

物所不可比擬的；

*地下環(huán)境影響的嚴(yán)重性：其他結(jié)構(gòu)物主要受自然條件的影響，而地下結(jié)構(gòu)除自然條

件外，還受到地下環(huán)境，主要指圍巖和地下水條件的影響；

*可維修性差，這是不言而喻的；

*施工條件和環(huán)境條件的約束。

4）與地面工程的基本區(qū)別

*作用體系——

A地面工程：一般只與地基相互作用，是空間自由狀態(tài)的作用體系。

B地下工程：與周圍地層密切相關(guān)，是二者共同作用體系。

*外荷——

A地面工程：已知的，明確的。

B地下工程：由于地質(zhì)體和圍巖的千變?nèi)f化性，迄今仍是有待解決的不確定性問題。

2淺埋暗挖法(STCM)的概念與特點

1)淺埋暗挖法的基本概念

淺埋暗挖法(國外多稱軟土隧道新奧法或淺埋隧道新奧法)是基于巖石隧道新奧法

(NATM)的基本原理，針對城市地下工程的特點，于80年代在北京地鐵第四紀(jì)軟土中開

創(chuàng)出的新方法。

(1)淺埋暗挖法名稱的確定

在小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、格柵拱架制造技術(shù)、正臺階環(huán)形開挖留核心土方法、監(jiān)控量測

技術(shù)等基礎(chǔ)上，在軟弱地層必須快速施工的理念，突出時空效應(yīng)對防塌的重要作用。并在軍

都山黃土隧道、北京地鐵復(fù)興門折返線、復(fù)一八線、西單車站采用淺埋暗挖技術(shù)取得了巨大

的成功。

1987年8月，北京市科委與鐵道部科技司共同組織鑒定會，對淺埋暗挖技術(shù)進(jìn)行評價,

會上確定取名為：淺埋暗挖法，適用范圍：各種軟弱地層的地下工程設(shè)計與施工。淺埋暗挖

法又經(jīng)過十幾年的廣泛應(yīng)用，形成了一套完整的配套技術(shù)，被評為國家級工法，并正式提出

"管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測"十八字方針。

(2)淺埋暗挖法施工原理

淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理：采用復(fù)合襯砌，初期支護(hù)承擔(dān)全部基本荷載，二

襯作為安全儲備，初支、二襯共同承擔(dān)特殊荷載；采用多種輔助工法，超前支護(hù)，改善加固

圍巖，調(diào)動部分圍巖自承能力；采用不同開挖方法及時支護(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；采用信息化設(shè)計與施工。

淺埋暗挖法大多用于第四紀(jì)軟弱地層的地下工程，圍巖自承能力很差，為控制地表沉降,

初期支護(hù)剛度要大、要及時。特征曲線中C點盡量靠近A點，即盡量增大支護(hù)的承載，減少

圍巖的自承載。要做到這點，必須遵守十八字方針，初支必須從上向下施工，初支基本穩(wěn)定

后才能做二襯，且必須從下到上施工。

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#應(yīng)用實測應(yīng)力P和垂直土柱重量田之比判別

P/(/H)>0.4~0.6為淺埋；

P/(/H)>0.6~1.0為超淺埋；

#當(dāng)圍巖變形和地表下沉值相等時，即覆蓋層整體下

沉?xí)r為超淺埋；

#覆土厚度H與隧道跨度D之比判別

建議設(shè)計階段：H/D小于等于0.4時為超淺埋。

3)淺埋暗挖法的特點

與明挖法、盾構(gòu)法相比較，淺埋暗挖法的特點如下：

(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、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，可以有效控制地表下沉和坍

塌；

(4)與盾構(gòu)法比較，在較短的開挖地段使用，也很經(jīng)濟(jì)；

(5)與明挖法上匕較,可以極大地減輕對地面交通和商業(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(jì)的一種方法。

3幾種工法的比較

總之，囿于經(jīng)濟(jì)性、地層的復(fù)雜多變以及特殊的環(huán)境條件，在未來一個相當(dāng)長時期內(nèi)，

對地層有較強(qiáng)適應(yīng)性和高度靈活性的淺埋暗挖法仍會在城市地鐵隧道中得到不斷完善使用。

二、淺埋暗挖的設(shè)計與施工技術(shù)

相對而言，應(yīng)用淺埋暗挖法具代表性，且占較大比重的國家有中國、英國、法國、德國、

韓國、巴西等。日本、美國自進(jìn)入90年代后，除在少數(shù)地層條件下應(yīng)用淺埋暗挖法外，大

部分都采用盾構(gòu)法。但在90年代以前，日本則大

量使用淺埋暗挖法。

1淺埋暗挖法的實質(zhì)內(nèi)涵--18字方針

1)管超前：指采用超前導(dǎo)管注漿防護(hù)，實際上就是采用超前預(yù)加固支護(hù)的各種手段，

提高工作面的穩(wěn)定性，防止圍巖松弛和坍塌；

2)嚴(yán)注漿：在超前預(yù)支護(hù)后，立即進(jìn)行壓注水泥砂漿或其它化學(xué)漿液，填充圍巖空隙，

使隧道周圍形成一個具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體，以增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力；

3)短開挖：即限制1次進(jìn)尺的長度，減少對圍巖的松弛；

4)強(qiáng)支護(hù)：在淺埋的松軟地層中施工，初期支護(hù)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：在臺階法施工中，如上臺階過長時，變形增加較快，為及時控制圍巖松弛,

必須采用臨時仰拱封閉，開挖1環(huán)，封閉1環(huán)，提高初期支護(hù)的承載能力；

6)勤量測：對隧道施工過程進(jìn)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。

2、淺埋暗挖法設(shè)計與施工的選擇

淺埋暗挖法具有很多優(yōu)點，但其缺點是：施工速度慢，施工工藝受施工隊伍的技術(shù)水平

限制等。

(1)淺埋暗挖法應(yīng)用范圍拓寬的要求

目前淺埋暗挖法已經(jīng)推廣到廣州、深圳、北京、杭州等地特殊的流沙、淤泥、含水砂層、

流塑、半流塑地層；埋深縮小到0.8m;暗挖施工的車站跨度達(dá)26m;穿越密集民房。隨著

建設(shè)項目的增多，還需進(jìn)一步研究新的輔助工法和施工工藝，以適應(yīng)各種地層條件、埋深、

跨度等方面的要求。

(2)以信息化設(shè)計法補(bǔ)充和豐富傳統(tǒng)的經(jīng)驗類比設(shè)計法

根據(jù)地表建筑物條件，選擇合理的沉降值和結(jié)構(gòu)剛度，并通過監(jiān)控量測資料，及時調(diào)整、

優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。對于地面無建筑物、地下無管線、對地面沉降要求不高時，可采用剛度較小

的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以發(fā)揮圍巖的自承能力；對于地面沉降要求比較嚴(yán)格的區(qū)段，應(yīng)采用剛度較大、

先柔后剛的網(wǎng)構(gòu)鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，以防止圍巖過渡變形。

(3)選擇適宜的輔助施工措施

常用的有：環(huán)形開挖留核心土；噴混凝土封閉開挖工作面；超前錨桿或超前小導(dǎo)管支護(hù)；

超前小導(dǎo)管周邊注漿支護(hù)；設(shè)置上半斷面臨時仰拱；深孔注漿加固地層；長管棚超前支護(hù)；

特殊地層凍結(jié)法；水平旋噴超前支護(hù)；地面錨桿或高壓旋噴加固地層；降低洞內(nèi)、洞外地下

水位；洞內(nèi)超前降排水。

(4)選擇合理的支護(hù)參數(shù)和施工方法

(a)支護(hù)要及時，不僅能減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載，還能避免地層的過分變形。

(b)對淺埋軟弱地層，錨桿作用降低，尤其頂部兩側(cè)30度范圍內(nèi)錨桿是承壓的，可取消

該區(qū)的錨桿。超前小導(dǎo)管是有效的，但至少要確保1m左右導(dǎo)管插入破裂面以外。

(c)作為初支的噴混凝土厚度要合理，太厚不利于混凝土材料力學(xué)性能的發(fā)揮，當(dāng)厚度

d<D/40(D為洞徑)，噴混凝土支護(hù)接近無彎矩狀態(tài)，支護(hù)結(jié)構(gòu)性能較好。因此，用增

噴混凝土厚度的方法來加強(qiáng)支護(hù)效果較差，應(yīng)在采用合理的噴射方法、材料、配合比、

外加劑上想辦法，比如用濕噴、潮噴法，加聚丙烯纖維等。

(d)采用正確的施工方法，從工程造價和施工速度考慮：施工方法的選擇N頁序應(yīng)為：正臺

階一臺階設(shè)臨時仰拱一CD工法一CRD工法一眼鏡工法，從施工安全考慮，順序正好反

過來。

(5)富水地層的結(jié)構(gòu)防水

目前的設(shè)計思路是：第一道防水線是初支和二襯之間鋪設(shè)全包防水板；第二道防水線是二襯

防水混凝土。實踐證明：在無水或少水地層是有效的，在富水地層失敗。原因：

(a)初支表面混凝土不平整，錨桿頭也難于處理，難以保證防水板的完整性，特別是鋼筋

混凝土更易造成防水板破壞，這樣封閉防水層結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想得不到落實。

(b)防水板與初支之間容易形成水囊，一旦防水板破裂，水就會在薄弱環(huán)節(jié)尋找出路，造成施

工筵漏水。

(c)采用全包防水板，水壓直接作用在二襯上，容易造成襯砌開裂而漏水。

改進(jìn)措施：

(a)加強(qiáng)初期支護(hù)的防水能力，提倡噴射防水混凝土，也可在初支與圍巖之間進(jìn)行填充

注漿，把地下水拒之初支之外。

(b)在初支表面布設(shè)一定數(shù)量的引水盲管，將少量初支滲漏水引排出去，防水板鋪設(shè)到墻

腳配合二襯防水混凝土防水，仰拱不鋪設(shè)防水層，對進(jìn)入初支結(jié)構(gòu)和二襯之間的滲漏水

應(yīng)遵照以排為主的原則處理。

3淺埋暗挖法的施工原則與基本施工方法

1)淺埋暗挖法施工原則

Q)根據(jù)地層情況、地面建筑物特點等四個環(huán)境以及機(jī)械配備情況，選擇對地層擾動小、

經(jīng)濟(jì)、快速的開挖方法。若斷面大或地層較差：可采用經(jīng)濟(jì)合理的輔助工法和相應(yīng)的分部正

臺階開挖法；若斷面小或地層較好：可用全斷面開挖法。

(2)應(yīng)重視輔助工法的選擇，當(dāng)?shù)貙虞^差、開挖面不能自穩(wěn)時，采取輔助施工措施后，仍

應(yīng)優(yōu)先采用大斷面開挖法。

(3)應(yīng)選擇能適應(yīng)不同地層和不同斷面的開挖、通風(fēng)、噴錨、裝運(yùn)、防水、二襯作業(yè)的配

套機(jī)具，為快速施工創(chuàng)造條件，設(shè)備投入量一般不少于工程造價的10%.

(4)施工過程的監(jiān)控量測與反饋非常重要，必須作為重要的工序。

(5)工序安排要突出及時性，地層差時，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行十八字方針。

(6)提高職工素質(zhì)，組織綜合工班進(jìn)行作業(yè)，以提高質(zhì)量和速度。

(7)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，洞內(nèi)外都要處理好施工、人員、環(huán)境三者的關(guān)系。

(8)應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行工序時間調(diào)整，進(jìn)行進(jìn)度、安全、機(jī)械、監(jiān)測、質(zhì)量、材料、環(huán)

境管理。

2)基本施工方法與比較

從基本施工方法看，為有效地控制圍巖松弛及由此引

起的地表下沉，采用的基本施工方法有：

(1)地鐵區(qū)間或小跨度隧道的基本施工方法

a全斷面法

b正臺階法

c上半斷面臨時封閉正臺階法

d正臺階環(huán)形開挖留核心土法

e導(dǎo)坑法，包括單導(dǎo)坑法和雙導(dǎo)坑法，其中雙導(dǎo)坑法也稱為眼鏡法；

f中隔壁法（CD法，CRD法工

（2）地鐵車站、地下商場、停車場等大跨度聯(lián)拱結(jié)構(gòu)的基本施工方法的施工次序為：

a柱洞法等（圖）；

b多導(dǎo)坑法（側(cè)洞法）（圖）；

c中洞法（圖1

其中柱洞法、側(cè)洞法應(yīng)用較多，大斷面施工應(yīng)遵守變大洞為小洞的施工原則。

開挖方法應(yīng)按以下次序優(yōu)選：正臺階開挖、CD法開挖、CRD法開挖、雙側(cè)壁導(dǎo)

洞開挖（眼鏡工法）進(jìn)行，這樣可節(jié)約投資。

施工方法比較匯總表

新奧法的一般設(shè)計流程--信息化設(shè)計流程圖

淺埋暗挖法地下工程的一般施工程序圖

4各種施工方法的開挖作業(yè)及問題

1）全斷面開挖作業(yè)（一般巖石隧道）

Q）施工順序

全斷面開挖法施工操作比較簡單，主要工序：使用移動式鉆孔臺車，首先全斷面一次鉆

孔，并進(jìn)行裝藥連線，然后將鉆孔臺車退后50m以外的安全地點，再起爆，一次爆破成型，

出硝后鉆孔臺車再推移到開挖面就位，開始下一個鉆爆作業(yè)循環(huán)，同時，施作初期支護(hù)，鋪

防水隔離層（或不鋪），進(jìn)行二次模筑襯砌。

該流程突出兩點：增加機(jī)械手進(jìn)行復(fù)噴作業(yè)，先初噴后復(fù)噴，以利于穩(wěn)定地層和加快施

工進(jìn)度；鋪底混凝土必須提前施作，且不滯后200m,地層較差時鋪底應(yīng)緊跟，這是確保施

工安全和質(zhì)量的重要做法。

（2）適用范圍

全斷面法主要適用于I-II級圍巖，當(dāng)斷面在50m,以下，隧道又處于IV級圍巖地層時，

為了減少對地層的擾動次數(shù)，在采取局部注漿等輔助施工措施加固地層后，也可采用全斷面

法施工。

（3）優(yōu)缺點

全斷面開挖法有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機(jī)械化作業(yè)，提高施工速度，目工序

少，便于施工組織和管理。但由于開挖面較大，圍巖穩(wěn)定性降低，且每個循環(huán)工作量較大。

每次深孔爆破引起的震動較大，因此要求進(jìn)行精心的鉆爆設(shè)計，并嚴(yán)格控制爆破作業(yè)。

2）臺階法開挖

臺階法施工就是將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個或幾個部分，即分成上下兩個斷面或幾個工作面，

分步開挖，根據(jù)地層條件和機(jī)械配備情況，臺階法又可分為正臺階法、中隔墻臺階法等。該

法在淺埋暗挖法中應(yīng)用最廣，可根據(jù)工程實際、地層條件和機(jī)械條件，選擇合適的臺階方式。

（1）正臺階法開挖

正臺階法開挖優(yōu)點很多，能較早地使支護(hù)閉合，有利于控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地

面沉降，上臺階長度（L）一般控制在1~1.5倍洞徑（D）,根據(jù)地層情況，可選擇兩步或多

步開挖。

a上下兩部分步開挖法

采用此法，若地層較好（ni~iv級），可將斷面分成上下兩個臺階開挖，上臺階長度一般

控制在1-1.5倍洞徑（D）以內(nèi)，但必須在地層失去自穩(wěn)能力之前盡快開挖下臺階，支護(hù)形

成封閉結(jié)構(gòu)；若地層較差，為了穩(wěn)定工作面，也可輔以小導(dǎo)管超前支護(hù)等措施。

上下兩部分步開挖法示意圖

b多部分步開挖留核心土

該法適用于較差的地層，圍巖級別為V、VI級，上臺階取1倍洞徑左右環(huán)形開挖，留核

心土，用系統(tǒng)小導(dǎo)管超前支護(hù)、預(yù)注漿穩(wěn)定工作面；用網(wǎng)鉤鋼拱架做初期支護(hù)；拱腳、墻腳

設(shè)置鎖腳錨桿。從斷面開挖到初期支護(hù)、仰拱封閉不能超過10d,以確保地面沉陷控制在

50mm以內(nèi)。

多部分步開挖留核心土法示意圖

(2)有關(guān)臺階長度問題

臺階長度之所以定為1倍洞徑(D),主要因為：地面沉降不容許超過30mm,承載拱

的跨度約為1倍洞徑。

在1倍洞徑區(qū)段周圍地層產(chǎn)生橫向和縱向兩個承載拱的作用，這對開挖是有利的，臺階

長度超過1倍洞徑將失去縱向承載拱受力結(jié)構(gòu)，僅有橫向平面承載拱受力結(jié)構(gòu)。

上臺階若選用大于1.5倍洞徑的長臺階，在開挖時縱向變位大，上臺階斷面形狀不利于

受力，而且容易引起周圍地層松動，塑性區(qū)增大，造成拱腳附近受力大而使其失去穩(wěn)定性。

上臺階若過短，小于1倍洞徑，因洞內(nèi)縱向破裂面超過工作面，易造成洞頂土體下滑，

引起工作面不穩(wěn)定，所以軟弱地層不能采用短臺階法施工，但是若用硬巖爆破法施工時，為

了便于風(fēng)鉆打眼，可設(shè)置超短臺階。

因此，在采用正臺階法施工時，應(yīng)樹立一個概念，不要分長臺階、短臺階、微臺階，這是長

期施工經(jīng)驗教訓(xùn)的總結(jié)，有關(guān)施工規(guī)范中也取消了這種說法，也不再提半斷面法開挖。需要

說明的是，在n類砂卵石地層中進(jìn)行大斷面正臺階開挖，必須同時實施深孔注漿和小導(dǎo)管超

前支護(hù)、預(yù)注漿輔助工法。

（3）正臺階法開挎優(yōu)缺點

a靈活多變，適用性強(qiáng)。凡是軟弱圍巖、第四紀(jì)沉積地層，必須采用正臺階法，尤其是各種

不同方法中的基本方法。而且，當(dāng)遇到地層變化（變好或變壞），都能及時更改、變換成其

他方法，所以被稱為淺埋暗挖施工方法之母。

b具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，臺階有利于開挖面的穩(wěn)定，尤其是上部開挖支

護(hù)后，下部作業(yè)則較為安全。當(dāng)?shù)貙訜o水、洞跨小于10m時，均可采用該方法。

c臺階法開挖的缺點是上下部作業(yè)相互干擾，應(yīng)注意下部作業(yè)時對上部穩(wěn)定性的影響，還

應(yīng)注意臺階開挖會增加圍巖被擾動的次數(shù)等。

3）單側(cè)壁導(dǎo)坑超前導(dǎo)坑法開挖

主要適用于地層較差、斷面較大，采用臺階法開挖有困難的地層。采用該法可變大跨斷

面為小跨斷面。大跨斷面多不小于10m,可采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，將導(dǎo)坑跨度定為3~4m,

這樣就可將大跨度變?yōu)?~4m跨和6~10m跨，這種施工方法簡單可靠。

采用該法開挖時，單側(cè)壁導(dǎo)坑超前的距離一般在2倍洞徑以上，為了穩(wěn)定工作面，經(jīng)常

和超前小導(dǎo)管注漿等輔助施工措施配合適用，一般采用人工開挖，人工和機(jī)械混合出硝。

單側(cè)壁導(dǎo)坑超前導(dǎo)坑法開挖法示意圖

4）中隔墻法（CD工法）和交叉中隔墻（CRD工法）開挖

Q）基本概念

CD法（CenterDiaphragm）主要適用于地層較差和不穩(wěn)定巖體，且地面沉降要求嚴(yán)格

的地下工程施工。當(dāng)CD法仍不能滿足要求時，可在CD工法的基礎(chǔ)上加設(shè)臨時仰拱，即CRD

法（CrossDiaphragm\

CD法首次在德國慕尼黑地鐵工程的實踐中獲得了成功，CRD法是日本吸取歐洲CD法

的經(jīng)驗，將原CD工法先開挖中壁T則改為兩側(cè)交叉開挖、步步封閉成環(huán)、改進(jìn)發(fā)展的一種

工法。其最大特點是將大斷面施工化成小段面施工，各個局部封閉成環(huán)的時間短，控制早期

沉降好，每個步序受力體系完整。

（2）方法的比較

大量的施工實例資料的統(tǒng)計結(jié)果表明，CRD法優(yōu)于CD法（CRD法比CD法減少地面

沉降近50%）,而CD法又優(yōu)于眼鏡法。但是CRD工法施工工序復(fù)雜，隔墻拆除困難，成本

較高，進(jìn)度較慢，一般在第四紀(jì)地層中修建大段面地下結(jié)構(gòu)物（如停車場），且地面沉降要

求嚴(yán)格時才使用。每步的臺階長度都應(yīng)控制，一般為5~7m。

在市區(qū)軟弱、松散的地層中，僅從控制地層位移的角度考慮，前述隧道淺埋暗挖施工方

法擇優(yōu)的順序為CRD工法一眼睛工法一CD工法一上半斷面臨時閉合法―正臺階法。而從進(jìn)

度和經(jīng)濟(jì)角度考慮，由于各工法的工序和臨時支護(hù)不同，其順序恰恰相反。

5）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖

（1）基本概念

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也稱眼睛工法，也是變大跨度為小跨度的施工方法，其實質(zhì)是將大跨度（＞

20m）分成三個小跨度進(jìn)行作業(yè)，主要適用于地層較差、斷面很大、單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺階法

無法滿足要求的三線或多線大斷面鐵路隧道及地鐵工程。該法工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護(hù)拆除

困難，有可能由于測量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大了下沉值，而且成本較高，進(jìn)度

較慢。20世紀(jì)70年代至80年代初國內(nèi)外多用此法，目前使用較少。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖法示意圖

6）特大斷面施工施工方法

在修筑地下發(fā)電廠、地下倉庫、地下商業(yè)街及地鐵車站時，經(jīng)常出現(xiàn)地下大空間的施

工問題。這些建筑物若在埋深較淺、軟弱不穩(wěn)定的m~丫級圍巖中，一般用淺埋暗挖法施工。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件差、斷面特大時，一般設(shè)計成多跨結(jié)構(gòu)，跨與跨之間有梁、柱連接。比如

常見的三跨兩柱的大型地鐵站、地下商業(yè)街、地下停車場等，一般采用中洞法、側(cè)洞法、柱

洞法及洞樁墻法（地下蓋挖法）等方法施工，其核心思想是變大斷面為中小斷面，提高施工

安全度。

Q）中洞法施工

中洞法施工就是先開挖中間部分（中洞），中洞內(nèi)施作梁、柱結(jié)構(gòu)上。由于中洞的跨度

較大，施工中一般采用CD法、CRD法或眼睛法等進(jìn)行施作。中洞法施工工序復(fù)雜，但兩側(cè)

洞對稱施工，比較容易解決側(cè)壓力從中洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁柱上時產(chǎn)生的不平衡側(cè)壓力問

題，施工引起的地面沉降較易控制。該工法多在無水、地層相對較好的時應(yīng)用。該工法空間

大，施工方便，混凝土質(zhì)量也能得到保證。當(dāng)施工隊伍水平較高時，多采用該工法施工。采

用該工法施工，地面沉降均勻，兩側(cè)洞的沉降曲線不會在中洞施工的沉降曲線最大點疊加，

應(yīng)為優(yōu)選方案。

中洞法施工示意圖

（2）柱洞法施工

施工中，先在立柱位置施作一個小導(dǎo)洞，可用臺階法開挖。當(dāng)小導(dǎo)洞做好后，在洞內(nèi)再

做底梁、立柱和頂梁，形成一個細(xì)而高的縱向結(jié)構(gòu)。該工法的關(guān)鍵是如何確保兩側(cè)開挖后初

期支護(hù)同步作用在頂縱梁上，而且柱子左右水平力要同時加上且保持相等，這是很困難的力

的平衡和力的轉(zhuǎn)換交織在一起的問題。在第④步增設(shè)強(qiáng)有力的臨時水平支撐是解決問題的一

個辦法，但工程量大，不易控制。另一個辦法是在第②步的空間用片石（間層用素混凝土或

三合土)回填密實，使立柱在承受不平衡水平力時，依靠回填物給予支持，這樣左邊和右邊

施工就可以不同步地將水平荷載轉(zhuǎn)移到立柱縱梁上。這樣做雖能確保立柱的質(zhì)量，但造價較

lW)o

柱洞法施工示意圖

(4)樁柱法

樁柱法就是先開挖，在洞內(nèi)制作挖孑版。梁柱完成后，再施作頂部結(jié)構(gòu)，然后在其保護(hù)

下施工，實際上就是將蓋挖法施工的挖孔樁梁柱等轉(zhuǎn)入地下進(jìn)行，因此也稱做地下式蓋挖法。

該工法施工工序較多，且由于地下工作環(huán)境很差，施工質(zhì)量較難保證?？酃皶r由于跨度較大，

安全性稍差。該工法是為民工隊準(zhǔn)備的低水平施工法，洞內(nèi)挖孔環(huán)境破壞很大，是一種不宜

過多提倡的方法。

樁柱法施工示意圖

(3)側(cè)洞法施工

側(cè)洞法施工就是先開挖兩側(cè)部分(側(cè)洞)，在側(cè)洞內(nèi)做梁、柱結(jié)構(gòu)，然后在開挖中間部分(中

洞)，并逐漸將中洞頂部荷載通過側(cè)洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁、柱上。這種施工方法，在處理中

洞頂部荷載轉(zhuǎn)移時，相對于中洞法要困難一些。

兩側(cè)洞施工時，中洞上方土體經(jīng)受多次擾動，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形。改

土體直接壓在中洞上，中洞施工若不夠謹(jǐn)慎就可能發(fā)生坍塌。采用該工法施工引起的地面沉

降較大，而中洞法則不會出現(xiàn)這種情況。

土體擾動示意圖

5幾種大斷面施工方法的發(fā)展

--單拱大跨的流暢弧線形

中洞法

洞柱法

側(cè)洞法

6工程案例

［案例1］北京地鐵五號線崇文門站施工技術(shù)

（1）工程概況

地鐵五號線崇文門站位于崇文門路口下，采用"淺埋暗挖法"施工。車站與既有地鐵二號

線崇文門站東端喇叭口式過渡段區(qū)間立交，并從其下方穿過。五號線崇文門車站結(jié)構(gòu)為雙柱

三跨島式暗挖車站，車站兩端為雙層結(jié)構(gòu)（地下一層為站廳層，地下二層為站臺層），中間

為單層結(jié)構(gòu)（系站臺層）,車站總長度208.9m，總寬度24.2m,站臺寬度14m。車站頂板

覆土：雙層結(jié)構(gòu)為8~9.3m,單層結(jié)構(gòu)為13.5m。

車站施工的難點主要集中在新建車站近距離（凈距1.98m）暗挖施工下穿既有地鐵環(huán)線

結(jié)構(gòu)。

車站平面布置圖

在建車站與既有地鐵隧道的位置關(guān)系圖

（2）過既有線施工方案

采用（p600咬合管幕，鋼管管徑（p600mm,壁厚16mm,長度為36m。管幕布置在既

有環(huán)線區(qū)間隧道和車站拱頂之間，距離車站初支30cm，沿車站隧道單層斷面拱部布設(shè)一環(huán),

鋼管之間采用工字鋼相互咬合，環(huán)向間距中一中為725mm。在大管棚的施工過程中，考慮

到開挖時管棚在一定的階段是作為荷載存在的，同時管棚具有足夠的剛度，所以在初支施工

過程中暫時不進(jìn)行管棚鋼管的填充工作，在鋼管支座施工完成后，鋼管內(nèi)再填充無收縮水泥

砂漿，用來提高鋼管剛度和防止管棚鋼管腐蝕后造成地層空洞影響地鐵結(jié)構(gòu)安全。

超前（p600管幕采用水平液壓鉆孔頂管機(jī)施工，施工時水平螺旋鉆超前成孔，（p600鋼

管同步頂進(jìn)（成孔孔徑小于鋼管外徑20mm）,超前成孔鉆頭（（p580）和鋼管之間距離保持

在+5cm、-10cm之間，（p600鋼管前端收縮至cp580。該施工工藝能夠有效的控制地層沉降,

其主施工設(shè)備為液壓系統(tǒng)，施工中振動和噪音較小。

［案例2］北京地鐵十號線呼家樓車站施工技術(shù)

（1）工程概況

呼家樓車站是北京地鐵十號線的中間站，車站位于東三環(huán)與朝陽北路的交叉路口，呈南北

走向，為分離島式暗挖車站。東三環(huán)現(xiàn)狀路寬80m，雙向8車道，兩側(cè)為輔道；朝陽北路

為新建城市道路,路寬60m,雙向8車道。呼家樓站與規(guī)劃的東西走向的M6線在本站形

成"十"字換乘關(guān)系。車站受交叉路口朝陽路立交橋的影響，左右線結(jié)構(gòu)分別位于橋梁兩側(cè)

的輔路下，左右線兩結(jié)構(gòu)之間設(shè)聯(lián)絡(luò)通道、迂回風(fēng)道，采用洞樁法施工。車站平面及地質(zhì)剖

面如下圖。

案例【3】側(cè)洞法施工張自忠路車站

北京地鐵五號線張自忠路站位于平安大街與東四北大街十字路口偏東一側(cè)，為地下島式

站臺車站，車站總長179.8m,其中橫跨平安大街部分長68.6m,寬23.86m,為暗挖單層

三跨拱形結(jié)構(gòu)，側(cè)洞法施工；兩端為三層三跨框架結(jié)構(gòu)，南端長55.8m,北端長55.4m,寬

均為26.2m,明挖法施工。明挖法施工段地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層，地下三層

為站臺層。

車站范圍為第四系覆蓋層，沖洪積成因的松散沉積物。其中暗挖段拱部為粉細(xì)砂層，開

挖時自穩(wěn)能力差，尤其遇到上層滯水容易產(chǎn)生流沙，開挖時保證拱部和掌子面的穩(wěn)定，避免

產(chǎn)生坍方是關(guān)鍵，施工難度較大；中部為卵石層；隧道仰拱坐落在粘土層。

施工步序

第一步：施作超前支護(hù)，注漿加固地層,前后開挖兩側(cè)1號洞室，環(huán)形開挖預(yù)留核心土.施作

初期支護(hù),1號洞室兩側(cè)拱腳打設(shè)鎖腳錨管，左右側(cè)洞同號洞室縱向間距30m;

第二步：繼續(xù)前后開挖兩側(cè)2號洞室，施作初期支護(hù)，2號洞室兩側(cè)拱腳打設(shè)鎖腳錨管，1、

2號洞室縱向間距5m左右;

第三步：施作超前支護(hù)，前后開挖兩側(cè)3號洞室，施作初期支護(hù)，2號與3號洞室縱向間距

15m;

第四步：繼續(xù)前后開挖兩側(cè)4號洞室，施作初期支護(hù)，左側(cè)3號與4號洞室縱向間距5m,右

側(cè)3號與4號導(dǎo)洞縱向間距15m;

第五步：繼續(xù)前后開挖兩側(cè)5號洞室，施作初期支護(hù)，5號洞室兩側(cè)拱腳打設(shè)鎖腳錨管，4

號與5號洞室縱向間距15m;

第六步：繼續(xù)前后開挖兩側(cè)6號洞室，施作初期支護(hù)，5號與6號洞室縱向間距15m;

第七步：在臨時仰拱上鑿洞，施作底梁、中柱與頂梁（含防水），并預(yù)留施工縫；對梁進(jìn)行

臨時支撐固定；

第八步：根據(jù)監(jiān)測情況縱向分段拆除中隔墻，臨時支撐，逐步完成側(cè)洞底板防水與二次襯砌，

兩側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)作業(yè)縱向錯開間距30m;

第九步：根據(jù)監(jiān)測情況縱向分段拆除中隔壁，臨時仰拱及臨時支撐，逐步完成側(cè)洞防水與二

次襯砌，兩側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)作業(yè)縱向錯開間距30m

第十步：中洞上臺階開挖，縱向緊跟施作拱頂初期支護(hù)，中隔壁穿孔及時架設(shè)頂梁水平鋼支

撐；

第十一步：中洞縱向緊隨中臺階開挖，視監(jiān)測情況拉結(jié)中隔壁，鑿除頂部中隔壁并施作頂板

防水與二次襯砌；

第十二步：短臺階緊隨開挖下臺階土體，穿洞架設(shè)臨時鋼支撐，開挖至基底，封閉初期支護(hù)；

（同時頂板達(dá)到強(qiáng)度后可拆除頂部臨時支撐）

第十三步：緊跟前步初期支護(hù)，分段拆除臨時中隔壁和施作底板防水與二次襯砌結(jié)構(gòu)；拆除

臨時鋼支撐，完成暗挖段主體結(jié)構(gòu)及站臺板（主體結(jié)構(gòu)全部形成之后）.

三、淺埋暗挖的監(jiān)控量測技術(shù)

（-）國標(biāo)中的規(guī)定（略X

（二）監(jiān)控量測的重要意義與目的

1意義

①對地鐵工程和周邊環(huán)境安全的全程監(jiān)控；

②對工程和環(huán)境安全及風(fēng)險程度的預(yù)測和評估；

③為今后的地鐵設(shè)計與施工提供可靠類比依據(jù)。

2監(jiān)控量測的目的

⑴監(jiān)視圍巖變化狀態(tài)，了解支護(hù)襯砌受力情況，確保施工安全；

⑵確定二次襯砌和仰拱施作時間；

⑶掌握圍巖變化規(guī)律，確認(rèn)或修改支護(hù)設(shè)計參數(shù)及施工順序，提供支護(hù)襯砌最終穩(wěn)定信息，

為以后隧道設(shè)計和施工積累資料。

（三）現(xiàn)場量測項目：

A類一必測項目

⑴水平收斂（在拱腳附近和墻基面以上二米處）；

（2）拱頂下沉或拱頂單點位移（位移計錨固點的深度單線隧道不小于3米，雙線隧道不

小于4米）；

⑶淺埋隧道地表下沉；

⑷描述開挖后隧道地質(zhì)情況，核對圍巖分類，并觀察支護(hù)襯砌受力狀態(tài)。

B類一選測項目

⑴圍巖內(nèi)部位移；

⑵支護(hù)襯砌的應(yīng)力和應(yīng)變；

⑶支護(hù)襯砌的接觸壓力；

⑷錨桿軸力。

（四）控制基準(zhǔn)

1）淺埋暗挖法控制基準(zhǔn)

2）盾構(gòu)法控制基準(zhǔn)

3）地鐵明（蓋）挖法施工監(jiān)控量測值控制標(biāo)準(zhǔn)

4）管線沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

5）建（構(gòu)）筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

按不同結(jié)構(gòu)情況確定：

沉降極限值一5~30mm

沉降速度極限值一2~3mm/d

差異沉降極限值一0.0015~0.005

6）關(guān)于沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的討論

（1）現(xiàn)行30mm控制標(biāo)準(zhǔn)問題:在某些地質(zhì)

環(huán)境惡劣的隧道中用統(tǒng)一的30mm作為施工控制標(biāo)準(zhǔn)有一定難度。為結(jié)合實際情況和便于

管理，目前正在考慮通過數(shù)理統(tǒng)計方法適當(dāng)放寬控制值

（2）多值控制問題:目前用單一沉降值進(jìn)行控制的習(xí)慣方法有很大弊病，應(yīng)該用沉降值-速

度值或沉降值-速度值-差異值的多值控制法

（五）當(dāng)前監(jiān)測中的若干具體問題

1）地表沉降測點問題

2）管線沉降測試問題

地表沉降曲線與管線沉降曲線

3）拱頂土體沉降與拱頂結(jié)構(gòu)

沉降問題

4）基坑橫撐軸力測試問題

5）鋼管柱受力測試問題

鋼弦式表面應(yīng)變計

（六）監(jiān)控量測儀器與元件

1）監(jiān)控量測技術(shù)中的若干基本概念和名詞

-非電量的電測法-一次、二次儀表

-傳感器-測試元件

-遙測-率定

-誤差-精度

-靈敏度-穩(wěn)定性

-重復(fù)性-非線性偏差

測試元件的基本原理

?-機(jī)械式原理-液壓式原理

?-光彈式原理-光纖傳感原理

?-電阻式原理-振弦式原理

?-電感式原理-物探式原理

電阻式元件原理一惠斯頓電橋

電阻式應(yīng)變計（表面及埋入式）

振弦式元件原理

鋼弦式壓力盒

常用機(jī)械式測試元件

常用收斂計

數(shù)顯式收斂計

鉆孔式位移計

多點式鉆孔位移計的安設(shè)

普通測斜儀

鋼筋測力計（弦式及電阻式）

弦式噴層壓力計

弦式滲壓計

錨桿拉拔檢測儀

錨桿預(yù)應(yīng)力測力計

錨索測力計

磁感應(yīng)分層沉降儀

電子水平測斜儀

電測水位計

智能應(yīng)變傳感器

激光撓度儀

鋼筋位置及保護(hù)層測試儀

拔出式混凝土強(qiáng)度儀

拔出式混凝土強(qiáng)度儀（國產(chǎn)）

混凝土強(qiáng)度回彈儀

激光測距儀

手持式應(yīng)變儀

鉆孔狀況測定儀

鉆孔多點位移計

鋼弦式多點位移計

可拆式多點位移計

GPS監(jiān)測系統(tǒng)

遙感自動光學(xué)掃描儀

遙感自動光學(xué)掃描儀現(xiàn)場（沉降掃描）

沉降遙測

地表傾斜遙測

隧道測試布置

盾構(gòu)隧道測試布置

滑坡測試布置

支承樁檢測布置

（七）淺埋暗挖法隧道的監(jiān)測與分析

1主觀測斷面的基本布置

（1）地層變位測試包括以下5項測試研究內(nèi)容：

a地表（隧道）下沉；b地中下沉；c零距離拱頂下沉；d隧道開挖方向水平位移；e隧道橫

斷面方向水平位移。

(2)圍巖應(yīng)力測試包括以下5項測試研究內(nèi)容：

a超前小導(dǎo)管應(yīng)變測試;b圍巖與初支接觸應(yīng)力測試；c孔隙水壓力測試；d初支結(jié)構(gòu)內(nèi)力測

試；e初支鋼格柵拱腳接觸應(yīng)力測試。

2工作面開挖的地層變位規(guī)律

2.1地層垂直位移的變化

2.1.1地表下沉

1)隧道縱軸方向地表下沉變化特征

(1)隧道縱向多測點地表下沉變化特征

(2)隧道縱軸方向單測點地表下沉的變化特征

#隧道開挖引起的單點歷時沉降可分為四個階段：

①超前隆起或負(fù)下沉階段

盡管不同的地層條件有其特殊性，但基本上當(dāng)工作面開挖到距測點距離相差

-3.0。時，開挖即對地表產(chǎn)生影響，對含水砂層地段其影響域甚至超過4D,沉降量約占總

沉降量的5%~15%。

②急劇變形階段

對一般地層條件，當(dāng)隧道工作面在3。范圍內(nèi)時，地表變形速率增長，正加速度變

化。該段沉降量約占總沉降量的但對富水砂層條件，由圖明顯看出，其范圍

55%~65%O

明顯減小，速度的最大點在開挖工作面附近。

③緩慢變形階段

當(dāng)隧道工作面在3。~5。范圍時，變形速率減緩，呈負(fù)加速度變化。該段沉降量約占總

沉降量的15%~20%,而富水砂層地段的負(fù)加速度范圍明顯縮小。

④穩(wěn)定變形階段

不論是對何種地層條件，當(dāng)隧道工作面超過5。后，沉降增長緩慢，時而下沉，時而上

升，呈反復(fù)狀態(tài)。但其值變小，趨于穩(wěn)定。該段沉降量約占總沉降量的5%~10%.

（3）隧道橫向地表下沉變化特征

?2.1.2地中下沉

2.1.3拱頂下沉

2.2地層水平位移的變化

2.2.1隧道縱向水平位移

?2.2.2隧道橫向水平位移

（1）超前影響距離，背離隧道內(nèi)空方向；（2）橫向水平位最大值在滯后開挖1。范圍內(nèi)，

然后又趨于減小；（3）隧道外側(cè)的一定距離處，圍巖由松弛狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閴簲D趨勢；（4）一般

情況下，沿深度方向，橫向水平位移皆表現(xiàn)為近地表隧道處相對較大，而其間范圍內(nèi)的水平

位移都有減小的趨勢.

2.3地層變位規(guī)律的認(rèn)識

2.3.1地層反彈或隆起與地表下沉的關(guān)系

--與地表下沉正相關(guān)

2.3.2地表下沉與拱頂下沉的關(guān)系

2.3.3地層變位與地層條件的關(guān)系

--地表下沉最大值；

--沉降槽寬度參數(shù)/（沉降槽反彎點距離I

2.3.4地層變位與施工方法的關(guān)系

臺階法--中隔壁法-雙導(dǎo)坑法

2.4工作面開挖的圍巖應(yīng)力變化規(guī)律

2.4.1圍巖徑向接觸應(yīng)力

P仰拱〉P拱部〉P邊墻

2.4.2孔隙水壓力分布

--拱頂部位孔隙水壓力為負(fù)值，表明該處土體處于松馳狀態(tài)，為剪性拉張區(qū)（膨脹）；

--仰拱處的孔隙水壓力為最大，其次為下臺階的右下側(cè)和左下側(cè)；

--孔隙水壓力分布與圍巖徑向應(yīng)力分布特征基本類似。

?2.4.3初期支護(hù)格柵鋼架結(jié)構(gòu)內(nèi)力

2.4.4超前支護(hù)體應(yīng)力

?2.5工作面圍巖應(yīng)力重分布的分區(qū)

四、淺埋暗挖法隧道工作面的穩(wěn)定性分析

4.1隧道工作面地層的分區(qū)（帶）

①彎曲下沉帶（I）：該帶近地表附近，無固定屬性，隨隧道施工方法以及下伏地層特性

的變化而變化。從實測以及考慮地表活荷載的影響，該帶不單獨作為結(jié)構(gòu)，分析時可將其作

為均布荷載作用在下伏地層結(jié)構(gòu)上。

②壓密帶（n）：該帶位于地層中部，一般在該帶內(nèi)，垂直下沉速度的表現(xiàn)特點是：下位

土層的運(yùn)動速度要小于其上方土層,即v下＜v上，因而土層處于相對壓密狀態(tài)。該帶可作為

相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)存在，它是隧道工作面上覆地層的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，可以說該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定存在，是

隧道拱頂圍巖壓力小于上覆土柱荷載的內(nèi)在原因。但該結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度與其上覆以及下伏

地層，尤其是隧道的設(shè)計和施工有著根本的聯(lián)系。

③松弛帶（田）：該帶直接覆于隧道工作面之上：其垂直下沉速度的表現(xiàn)特點是：下位土

層的運(yùn)動速度大于其上方土層，即v下〉v上.因而，土層處于相對拉伸的松弛膨脹狀態(tài)。該

帶也可作為力學(xué)上的結(jié)構(gòu)存在，只是其穩(wěn)定性與前述的相對易失穩(wěn)區(qū)一樣，具明顯的時效性。

其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與否，取決于其上覆地層的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)以及下位隧道的施作體系（含施工和支

護(hù)I某種程度上后者起決定作用。

④工作面前方影響帶（IV）:該帶為因工作面開挖而影響的前方正面土體。該帶的特點是

以向隧道自由面移動的水平位移為主，它表征工作面正面土體的穩(wěn)定性。該帶的穩(wěn)定與否，

對松弛區(qū)所述地層結(jié)構(gòu)的成立起關(guān)鍵作用。一般而言，對工作面影響帶的特性以及力學(xué)作用,

往往在分析中易被忽視。

⑤基底影響帶（V）:該帶直接位于隧道拱頂之下，為隧道的地基土，其表現(xiàn)為仰拱的負(fù)

下沉即上升。該帶主要對隧道的下沉有一定影響，反映在兩方面，一方面是仰拱上抬造成的

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，另一方面是造成隧道的整體下沉。

4.2工作面上覆地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析

4.2.1上覆地層結(jié)構(gòu)模型

4.2.2上覆地層結(jié)構(gòu)模型的力學(xué)分析

4.2.3上覆地層結(jié)構(gòu)的平衡條件

促使該結(jié)構(gòu)形成并穩(wěn)定的條件是：

（1）減少工作面無支護(hù)距離或縮短工作面推進(jìn)長度（開挖進(jìn)尺）；

（2）控制并減少下沉速度或下沉量；

（3）保證結(jié)構(gòu)土層具有一定的厚度。

#揭示淺埋暗挖法隧道開挖的兩個關(guān)鍵

①必須保證一定的水平推力。本身無法滿足時，為促成土體穩(wěn)定，必須要求有一定的預(yù)置

結(jié)構(gòu)提供水平推力；

②必須保證工作面范圍內(nèi)的豎向荷載能被分擔(dān)或傳遞。工作面前方土體的上覆荷載顯然可

由其本身來承擔(dān)并轉(zhuǎn)移，而對工作面未支護(hù)段，顯然為利于穩(wěn)定，也要求必須有一預(yù)置結(jié)構(gòu)

來進(jìn)行荷載的分擔(dān)和傳遞。

4.3隧道工作面上覆地層結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)坍落的橢球體模式

4.3.1工作面無支護(hù)長度與坍落高度的關(guān)系分析

4.3.2上覆地層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)坍落穩(wěn)定性分析

4.3.3橢球體模型的實踐意義

(1)工作面無支護(hù)空間是影響坍落的重要因素。針對此空間，超前施作預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)，改善

時空間效應(yīng)影響，是淺埋暗挖法隧道施工的前提條件。

(2)上覆地層失穩(wěn)坍落決定于地層物性參數(shù)，而與隧道埋深關(guān)系不大。

(3)可明確解釋粘土和砂土隧道工作面失穩(wěn)破壞機(jī)理。

(4)可對城市地鐵淺埋暗挖隧道施工波及地表的坍方，出現(xiàn)的"下沉漏斗(盆)"現(xiàn)象給

出合理解釋。因此對極軟弱地層，工程上必須實施地層改良，才能確保地表下沉的控制和工

作面的穩(wěn)定性。

(5)能有效說明并指導(dǎo)一旦隧道工作面坍方后，注漿量大的原因。

五、淺埋暗挖法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)體系

從根本上說，在隧道開挖過程中，都要回答一個關(guān)鍵性的問題，即：圍巖具有多大的自支護(hù)

能力？，是否需要人工支護(hù)？、用什么類型的人工支護(hù)結(jié)構(gòu)和怎樣支護(hù)？這樣一個問題。因

為在隧道工程中，如何保證隧道的暫時穩(wěn)定(施工期間)和長期穩(wěn)定(運(yùn)營期間)始終是一

個基本的、關(guān)鍵性的問題。而要做到這一點，就要從理論上、實踐上解決隧道穩(wěn)定性、圍巖

分級與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系這樣一個問題。

1根據(jù)鐵路隧道施工實踐，隧道開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)分為以下4類：

?1)隧道充分穩(wěn)定(>60MPa)

?2)隧道穩(wěn)定(》30MPa)

?3）隧道暫時穩(wěn)定-不及時采取人工支護(hù)會進(jìn)一步喪失穩(wěn)定。因此，在這種圍巖中，必須采

取各種類型的人工支護(hù)措施。

4）隧道不穩(wěn)定-在這種情況下，需要采取專門的人工支護(hù)措施和特殊的施工方法來保證隧道

的穩(wěn)定。

2隧道支護(hù)

從性質(zhì)上看，主要分為自支護(hù)和人工支護(hù)兩部分.自支護(hù)是指圍巖自身所具有的支護(hù)能

力。而人工支護(hù)則指在自支護(hù)能力不充分的條件下，人為地采取的支護(hù)措施。兩者共同構(gòu)成

了坑道的永久支護(hù)體系。

人工支護(hù)通常又分為一次支護(hù)（初期支護(hù)）和二次支護(hù)兩大類。在施工期間為了保證施工安

全、減少隧道圍巖松弛、及時地控制地壓的發(fā)展，更主要的是為了控制圍巖自支護(hù)能力的降

低，從而更充分地利用圍巖自身的自支護(hù)能力，常常需要對隧道進(jìn)行初期支護(hù)，也就是所謂

的一次支護(hù)。它是在施工過程中采用的支護(hù)措施，在這個意義上，也可以稱謂施工支護(hù)。由

于一次支護(hù)的力學(xué)特性，它不僅在施工期間能夠維護(hù)隧道的穩(wěn)定或暫時穩(wěn)定，還能夠與二次

支護(hù)一起，發(fā)揮永久支護(hù)的作用。在現(xiàn)代的隧道施工中，一次支護(hù)主要采用了噴混凝土、錨

桿等既能夠在施工期間維護(hù)隧道的穩(wěn)定，控制圍巖自支護(hù)能力的降低，又能夠作為永久支護(hù)

結(jié)構(gòu)一部分的支護(hù)方法

但是對城市地下工程，也要認(rèn)識到：有時僅僅采用噴混凝土、錨桿及鋼支撐等一般人工支護(hù)

方法，還不能保證隧道的穩(wěn)定時，還需要采取輔助的支護(hù)措施，來維護(hù)隧道的穩(wěn)定。這種措

施，在支護(hù)的意義上看，也是一種人工支護(hù)方式。如小導(dǎo)管注漿、管棚、鎖腳錨桿、圍巖注

漿等超前支護(hù)。這是提高圍巖自支護(hù)能力的重要措施。為強(qiáng)調(diào)起見，在城市地下工程中，輔

助支護(hù)措施也稱地層預(yù)加固或地層預(yù)支護(hù)。

二次支護(hù)，也是人工支護(hù)的一種類型。在目前的設(shè)計原則中，主要是在運(yùn)營期間和初期

支護(hù)一起，維護(hù)隧道的長期穩(wěn)定和耐久性的基本結(jié)構(gòu)，又稱為永久支護(hù)或襯砌。

一般說，在城市地下工程條件下，因二次支護(hù)時，隧道變形并未收斂，因此其應(yīng)按承受

一定荷載的情況進(jìn)行設(shè)計和施工。

3隧道支護(hù)的“內(nèi)實外美"概念

隧道一次支護(hù)和永久襯砌作到“內(nèi)實外美"，是評價襯砌施工質(zhì)量的重要指標(biāo)。而“內(nèi)實外

美"主要決定于隧道一次支護(hù)和襯砌的施工質(zhì)量。應(yīng)該說，由于隧道施工條件和施工環(huán)境的

限制，隧道內(nèi)的施工條件比露天的施工條件要差，有一定的難度，但也有其特點。因此，隧

道工程技術(shù)人員要經(jīng)常想到這一點，是很重要的。

"內(nèi)實”是襯砌內(nèi)在質(zhì)量的體現(xiàn)，"外美"是外觀質(zhì)量的體現(xiàn)。因此，深刻地理解"內(nèi)

實外美"的內(nèi)涵是非常重要的。

所謂"內(nèi)實"，一句話，就是隧道一次支護(hù)和襯砌應(yīng)當(dāng)具有在設(shè)計耐用期間內(nèi)的強(qiáng)度，耐久

性、使用性和可靠性外，要切實作到“四密實"，即：混凝土密實，噴混凝土密實，一次支

護(hù)與圍巖密實和二次襯砌與一次支護(hù)密實。

4地層預(yù)加固技術(shù)概述

一般地在隧道施工中常采用的預(yù)加固技術(shù)見下表

1）錨桿-城市地鐵軟土隧道，我國工程實例不是很多

2）小導(dǎo)管--①32mm~（p60mm的鋼管，長度一般為3m~6m

3）管棚--（pl00mm~（p600mm,長度亦較長，一般都在20m~40m左右，外插角不能過

大（一般45。）

4）水平旋噴注漿

5）機(jī)械預(yù)切槽襯砌法

5-二次支護(hù)概述

1)噴混凝土

噴混凝土的支護(hù)作用，簡要歸納為以下幾點：

(1)首先，要認(rèn)識到噴混凝土是唯一地能夠與圍巖大面積的、牢固接觸的一種支護(hù)方式，

是其它方式所不能代替的。從力學(xué)意義上說，它既能傳遞徑向應(yīng)力也能夠傳遞切向應(yīng)力；

(2)噴混凝土與巖層的附著力可以把作用在噴混凝土上的外力分散到圍巖上，同時也提供

了隧道周邊的裂隙和節(jié)理等以剪切阻力保持塊體的平衡，防止局部掉塊，在隧道壁面附近形

成一承載環(huán)。

(3)比較厚的噴混凝土是作為一個連續(xù)構(gòu)件支護(hù)圍巖的，給予約束圍巖變形的支護(hù)力(內(nèi)

壓)，使圍巖保持近于3