果断收藏！地铁暗挖施工现场技术管理+施工工法
2017-08-03 大漠孤烟 高铁见闻
01浅埋暗挖简介及质量控制要点
浅埋地下工程基本概念
(1) 浅埋隧道定义
铁路隧道定义：对于单线或双线隧道洞顶埋深小于：VI级围岩35-40m、V级围岩18-25m、IV级围岩10-14m、III级围岩5-7m，为浅埋隧道。
城市地铁：覆跨比H/D在0.6-1.5时为浅埋，H/D小于0.6时为超浅埋。
(2) 浅埋隧道特点
最大的特点是埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此对开挖、支护、衬砌、排水、注浆等方法提出更高要求，施工难度增加。
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、中洞法、侧洞法、CD法、CRD法、PBA法、一次扣拱暗挖逆作法等。
浅埋暗挖法是指：在城市软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程。
浅埋暗挖法以无水作业、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，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。
无水作业是浅埋暗挖的前提条件，十次坍塌九次与地下水有关。因此，一般情况必须事前进行降水。同时探明地质构造内有无地下水囊，从而采取相应措施，防止水囊内积水流入洞内，危及施工安全 。
降水施工一要控制降水施工的风险，二是通过保证降水质量来降低地铁结构施工风险。
1)核实管线资料重点对井位和排水管线处进行精确核查，对不明管线找相关产权单位进行核实，做到没遗漏,没偏差。必要时物理探测井位处有无地下管线。
人工探孔排查地下管线
2)根据地层颗粒粗细程度,合理选用过滤网,并保证含水层段井管周围包裹严密；
井管之间接口处采用20cm宽度塑料布进行包裹，防止井管错位时泥砂进入孔内。
3） 成井后要用空压机进行洗井，直至水清砂净；
4）正式抽水前，必须取水样送试验室化验含沙量，达到粗砂含量<1/5万；中砂含量<1/2万；细砂含量<1/1万标准后方可正式抽水。
5）在周边重大建筑物上布置沉降监测点，降水期间对其进行沉降观测。
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”。
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。
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。
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。
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
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，根据北京地质处在第四纪永定河冲洪积扇的地质条件，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。
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）。
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。
预探察
1） 加强管网调查，包括名称、直径、材质、接口，、年代、流量与结构的关系等。以便采取改移、导流、加固周边土体等措施。
2）用使地质雷达对隧道上方地层进行探测，发现空洞、松散异常区、富水区，提前进行注浆加固处理。
3）严格遵循“先探后挖”的原则, 对前方地质进行超前预报，探明前方土质和含水量情况，排放前方土层含水和不明水体。及时采取相应对策。
满回填，主要是初期支护背后回填，回填注浆是控制地层损失的核心措施，因此必须进行初期支护背后回填 。
满回填要注意：
1）回填必须要满。
a、一般注普通水泥砂浆即可，也有注水泥、白灰和粉煤灰浆液的，主要目的把初支背后空腔填满。
b、注浆量要饱满，并有一定注浆压力。
c、浆液应添加适量膨胀剂。
2）回填必须要及时。初支在封闭成环后，应迅速进行背后注浆，注的越早地层损失越小，效果也越好。
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。
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。
带水地层施工控制要点：
浅埋暗挖必须无水作业，带水操作，必然是豆腐渣工程。十次坍塌九次与地下水有关。因此，一般须事前进行降水。同时探明地层内有无地下水囊，采取措施防止水囊内积水流入洞内，危及施工安全 。
a、在采用多种降水措施仍不能 满足无水作业时，须采取阻水措施。
b、在粉细沙地层可采用旋喷桩（一般在降水之前施作）、超细水泥灌浆、改性水玻璃灌浆等。
c、在砂卵石、卵石圆砾地层中可采用水泥水玻璃双液浆。
d、注浆工艺可采用双重管、袖阀管效果较好。
1、模板：结构尺寸准确；足够的刚度；表面平整度；定位稳固；在混凝土的浇注过程中要经常加固。
1、钢筋；架立筋稳固；是施工安全最重要的保证；骨架尺寸；保护层厚度；常常被忽略的迎水面保护层；机械连接
混凝土质量
混凝土减水剂搀量小，水灰比大 混凝土塌落度损失快，不易泵送；凝固后降低防水级别。充分的捣固，保证混凝土的密实度，保证混凝土外观质量。
02地铁暗挖常见施工方法
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。
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。
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
中隔壁法CD
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。
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。
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。
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。
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。
CRD法施工控制要点
(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。
① 两侧洞开挖与支护；② 两侧洞二次结构施工；③ 中洞拱部开挖与支护
④ 中洞拱部二次结构施工；⑤分层开挖中洞土方并支护；⑥中洞二次衬砌施作
中洞法
施工控制要点：
中洞开挖采用“CRD”法，完成中洞(六部或八部)封闭后，在中洞较大空间内自下而上完成基础、立柱、中隔板、顶梁和中拱，使之在中洞内形成一个庞大的刚体项住上部土体。用正台阶法或“CRD’’法完成两侧洞开挖支护和二次衬砌。
在开挖侧洞上台阶时，为平衡中洞拱脚向左右的推力，在两柱项纵梁之间设置水平拉杆。该法工序单纯，中洞开挖充分利用各部分尽快封闭早成环，整体环套环特点，结构整体性好。
施工控制要点：
侧洞法施工顺序上是先同步开挖两个侧洞，而侧洞往往又是采用“CRD”法来完成。待侧洞封闭后，在侧洞内自下而上施作基础、立柱、边墙和边拱，顶住两侧洞上部土体，再在中部用正台阶自上而下开挖并完成中拱、隔板和基础。
该法必须同步推进两个较大跨度的侧洞，以免产生不均匀推力，对地层扰动范围较大。
① 中洞的开挖与支护② 中洞二次衬砌施工③ 两侧洞的开挖与支护④ 侧洞二次衬砌施工
双侧壁导坑法
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。目前使用较少。
双侧壁导坑法
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。
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。
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。
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。
双侧壁导坑法施工注意事项
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．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。
5．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。
6．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。
暗挖法（PBA）
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。
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。
⑴分部开挖上下八个导洞，先下后上，先边后中，相邻导洞前后错开间距10m，各导洞单循环开挖完毕，及时封闭初支。
⑵上导洞打设扣拱预支护大管棚。
⑴下导洞：侧洞施做条型基础，中洞做底纵梁
⑵上导洞：由上至下成孔边桩及钢管柱→浇注边桩砼和桩间回填→桩顶冠梁施工
⑶上导洞：中洞内安装钢管柱施工，侧洞内扣拱初支背后回填
施工中洞顶纵梁
①开挖中导洞间上部土体，施作拱部初支→继续开挖至顶纵梁下，施作连系梁
②对称开挖两侧拱上部土体，破除部分导洞临时支护，侧拱初支扣拱。
拆除临时竖撑→土体开挖到上导洞底板，破除导洞初支结构→及时施作侧拱和中拱衬砌。
拉槽开挖中部中板上土体→施工中板及中纵梁结构→中楼板以上侧墙衬砌。
①分部分层开中楼板以下土方
②浇注底板垫层，铺设防水→封闭底板结构→施作地下二层内衬墙
钢管柱施工质量控制要点：
顶纵梁施工质量控制要点：
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。
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）
边墙结构施工：
模板施工时，在侧向堵头模板顶设灌注口，并埋设回填注浆管兼作排气管，注浆嘴竖贴上层混凝土底面与墙的竖筋焊牢固定。对于逆筑法混凝土浇注形成的“反缝”，采取在接缝处加注浆管，待混凝土浇注完成未终凝前注水泥浆填充。模架及作业平台安全要点同明挖部分 。
施工缝凿毛及止水条嵌缝胶安装：
拉锚螺栓
侧墙钢模台
中板施工：
土模制作要求
(1找平层采用C15细石混凝土。
(2)找平层与其下地基结合牢固，避免找平层下出现空鼓。
(3)找平层表面用钢抹反复收水压实、抹平，表面平整度偏差控制在3mm之内，底模上表面标高允许偏差为±5mm。
(4)模板隔离剂采用无污染材料，涂刷时要避免玷污钢筋及混凝土接茬部位。
(5)中板及其梁混凝土强度达到100%以上，方可开挖地下二层土体，拆除土模。
一次扣拱暗挖逆筑法：
03地铁暗挖常用施工辅助方法
根据浅埋暗挖的需要及各工法的特点，施工中主要辅助方法的作用为改善地层条件，补偿因施工带来的地层损失等，常用方法为：
超前探测、管棚、超前小导管、水平旋喷、锁脚锚管、背后回填注浆、。
其中前2-4项为改良地质措施，后2项为补偿地层损失措施。
超前探测施工：
一般地层情况
利用探地雷达和高密电解技术沿隧道走向探测，对存在疑问或重点区域使用地质钻机钻孔探测验证。
为更准确探明管线、建（构）筑物与区间隧道结构的位置关系以及渗漏水对隧道前方土体的影响程度，在隧道开挖前施作3个5~6m深的探水孔。探水孔分别布设在拱部及两侧拱腰。
复杂地层情况
根据详勘报告，在地质水文情况较为复杂的地层，在开挖过程中可能遇到一定的水囊或砾岩低凹含水区，为了保证小导洞无水开挖作业，在上层小导洞开挖前施工超前探测。
超前探测若采用TXU-150型号钻机施作，探测长度为15m，通道开挖10-12m后自掌子面进行下一循环探测，探测高度控制在拱顶以上1.5m，探测范围为小导洞起拱线以上部分，每断面打设3个探测孔。
SIR-2型探地雷达探测：
超前探测施工：
超前探测问题处理
⑴、水囊：根据探孔中水的流量、压力，判断水囊的大小。在范围明确的前提下限量排放，同时注入与排放同等量的TGRM特种浆液，直至将水囊中水排放完毕。小水囊采取直接排放，排放结束后利用探孔进行浆液填充。
⑵、空穴：采用1：2：0.3比例的水泥砂浆填充密实后再行开挖作业。初支施作完毕后及时回填注浆。
⑶、涌泥涌砂：首先采取封堵的方法控制大量泥砂流失，然后用自进式中空锚杆注入水泥砂浆（1：2：0.3），一方面起到置换作用，另一方面加固土体，提高土体自稳能力。
大管棚施工：
一般开挖洞门，或结构受力转换的地方，大断面，过重要管线等地方，设计普遍采用管棚方案。
管棚的主要作用是起到棚护作用，在开挖过程中可以有效防治大的塌方。但管棚对地表沉降作用不大。
注意事项：
⑴管棚直径不是越大越好。一般为φ108~φ159。
⑵施工管棚要间隔进行，同时完成一个管就立即进行注浆。
⑶管棚施工过程中沉降控制。目前管棚施工有两种办法，一是常规钻孔，长度在10～20米左右，这种管棚施工一般为带水作业，施工期间，由于水土流失，钻孔孔径较管棚大，单根管棚施工完注
