地下工程施工方法.ppt

地下工程施工方法根据隧道穿越地层的不同情况传统矿山法矿山法（钻爆发）山岭隧道施工方法新奥法掘进机法 明挖法地下连续墙法 浅埋及软土隧道施工法 盖挖法 浅埋暗挖法 盾构法 沉管法水底隧道施工方法 盾构法一.山岭隧道施工方法 1.矿山法是一种传统的施工方法。它的基本原理是隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，形成岩土坍落，又称钻爆法，可分为传统矿山法和新奥法。(1).传统矿山法 采用圆木，型钢，钢轨等形成支架。传统矿山法的依据是“松弛理论”，认为围岩可能由于扰动产生坍塌，支护需要支承围岩在一定范围内由于松弛可能坍塌的岩体重量。(2).新奥法 奥地利学者米勒发明，基本原则是尽量利用地下工程周围围岩的自承载能力。具体做法是先用柔性支护（通常为整体模筑钢筋混凝土衬砌）。光面爆破，喷锚支护和现场测量是新奥法施工的三大支护。新奥法适用范围：具有较长自稳时间的中等岩体;弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩；强风化的岩石；刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩;坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土；微裂隙的，但很少粘土的岩体；在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石；在下列条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合有强烈地压显现的岩体；膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）；在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合；在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合；在下列场合中应用应慎重 大量涌水的岩体；由于涌水会产生流砂现象的围岩；极为破碎，锚杆钻孔，安装都极为困难的岩体；开挖面完全不能自稳的岩体等。（3).传统矿山法和新奥法施工的区别 相同：均属于钻爆法。不相同：对围岩的认识和处理上不同。新奥法新奥法传统矿山法传统矿山法临时支护喷锚支护木支撑为主，钢支撑单层永久支护复合式衬砌单层模铸混凝土衬砌闭合支护强调不强调控制爆破必须采用可采用量测必须采用无施工方法分块较少分块较多2.掘进机法 全断面隧道掘进机，简称TBM。是利用回转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型，先进的隧道施工机械。（1）在岩石中开挖隧道的TBM通常适用于稳定性良好，中厚埋深，中高强度的岩层中掘进长大隧道。（2）在松软地层中掘进隧道的TBM一般适用于在具有有限压力的地下水位以下基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。(3)优点安全人员在局部或整体的护盾下工作快速常规钻爆法掘进速度的310倍优质洞壁光滑美观自动化和机械化程度高（节省劳动力，经济）围岩扰动小对环境影响小(4)缺点能耗大断面单一对岩层变化的适应性差一次性购买TBM投资高主机重量大，运输不方便，安装工作量大短隧道不能发挥其优越性（不经济）二.浅埋及软土隧道施工法1.明挖法 明挖法是软土地下工程施工中最基本，最常用的方法。明挖法施工是先将地表土层挖开一定深度，然后在基坑内浇筑结构，结构施工完成后进行土方回填，最终完成地下工程的施工。（1）明挖法适用条件 山岭隧道中的明洞、城市中的地下铁道隧道和市政隧道、穿越有明显枯水期河流的水底隧道或它的河岸段、引道段及其他浅埋的地下建筑工程等，只要地形、地质条件适宜和地面建筑物条件许可，均可采用明挖法施工。一般来说，在开挖深度小于7米，施工场地比较开阔的情况下，优先采用明挖法施工。2.地下连续墙法 地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。（1）通常主要被用于：水利水电、露天矿山和尾矿坝（池）和环保工程的防渗墙建筑物地下室（基坑）地下构筑物（如地下铁道、地下道路、地下停车场和 地下街道、商店以及地下变电站等）。市政管沟和涵洞盾构等工程的竖井泵站、水池码头、护案和干船坞地下油库和仓库各种深基础和桩基等.（2）优点 施工全盘机械化，速度快、精度高，并且振动小、噪声小，适用于城市密集建筑群及夜间施工。具有多功能用途，如防渗、截水、承重、挡土、防爆等，由于采用钢筋混凝土或素混凝土，强度可靠，承压力大。对开挖的地层适应性强，在我国除熔岩地质外，可适用于各种地质条件，无论是软弱地层或在重要建筑物附近的工程中，都能安全地施工。可以在各种复杂的条件下施工，如美国110层世界贸易中心的地基，过去曾为河岸，地下埋有码头等构筑物，用地下连续墙则易处理；广州白天鹅宾馆基础施工，地下连续墙呈腰鼓状，两头狭中间宽，形状虽复杂也能施工。开挖基坑无需放坡，土方量小，浇混凝土无需支模和养护，并可在低温下施工，降低成本，缩短施工时间。用触变泥浆保护孔壁和止水，施工安全可靠，不会引起水位降低而造成周围地基沉降，保证施工质量。可将地下连续墙与“逆做法”施工结合起来，地下连续墙为基础墙，地下室梁板作支撑，地下部分施工可自上而下与上部建筑同时施工，将地下连续墙筑成挡土、防水和承重的墙，形成一种深基础多层地下室施工的有效方法。（3）缺点 每段连续墙之间的接头质量较难控制，往往容易形成结构的薄弱点。墙面虽可保证垂直度，但比较粗糙，尚须加工处理或做衬壁。施工技术要求高，无论是造槽机械选择、槽体施工、泥浆下浇筑混凝土、接头、制浆及处理系统占地较大，管理不善易造成现场泥泞和污染。（4）适用范围 适用于多种地质条件，包括淤泥、粘性土、冲积土、砂性土及粒径50mm以下的砂砾层中施工，深度可达70m。不适于在含承压水很高的细砂、粉砂地层以及很软的粘性土层、使用。3.盖挖法 当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法，是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。也就是说，盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。（1）适用范围 在城市中，不能长期中断交通的道路下修建地下建筑；先修路面，恢复交通，在顶板的保护下修地下建筑；埋置较浅3.0m;适用于软土地区，复杂形状，大平面，大深度的地下工程；不能使用大型机械，周边状况苛刻，对环境要求高；工期较长，做业空间较小，和基坑开挖，支挡开挖相比较贵。（2）优点 围护结构变形小，能够有效控制周围土体的变形和地表沉降，有利于保护临近建筑物和构筑物。基坑底部土体稳定，隆起小，施工安全。盖挖逆作法施工一般不设内布支撑或锚固，可增大施工空间和降低工程造价。盖挖逆作法施工基坑暴露时间短，用于城市街区施工时，可尽快恢复路面。（3）缺点 盖挖法施工时，混凝土内衬的水平施工缝的处理较困难.盖挖逆作法施工时，暗挖施工难度大，费用高。盖挖法每次分部开挖及浇筑衬砌的深度，应综合考虑基坑稳定，环境保护，永久结构形式和混凝土浇筑作业等因素来确定。4.浅埋暗挖法 浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。技术核心是依据新奥法的基本原理，施工中采用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合配套施工技术。（1）施工原则是“管超前，严注浆，短开挖，强支护，早封闭，勤量测”。（2）浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深浅（最小覆跨比可达0.2）、地层岩性差（通常为第四纪软弱地层）、存在地下水（需降低地下水位）、周围环境复杂（邻近既有建、构筑物）等特点。（3）适用于不宜明挖施工的含水量较小的各种地层，尤其对城市城区地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地沉陷要求严格的情况下修建埋置较浅的地下结构工程更为适用。对于含水较大的松软地层，采取堵水或降水等措施后该法仍能适用。（4）经过许多工程的成功实施，其应用范围进一步扩大，由只适用于第四纪地层、无水、地面无建筑物等简单条件，拓广到非第四纪地层、超浅埋（埋深已缩小到0.8m）、大跨度、上软下硬、高水位等复杂地层及环境条件下的地下工程中去。（6）优点 结构形式灵活多变；对地面建筑，道路和地下管线影响不大；拆迁占地少，扰民少，污染城市环境少等。（7）缺点 施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水比较困难等。（8）地铁中浅埋暗挖法，明（盖）挖法及盾构法的关系 浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，也可以与其他施工方法结合使用，车站经常使用浅埋暗挖法与盖挖法相结合，区间隧道用盾构法与浅埋暗挖法结合施工。浅埋暗挖法与其他施工方法有很强的兼容性。三者应用情况如下表：工法工法浅埋暗挖法浅埋暗挖法盾构法盾构法明（盖）挖法明（盖）挖法地质条件有水需处理各种地层各种地层地面拆迁小小大地下管线无需拆迁无需拆迁需拆迁断面尺寸各种断面不行各种断面施工现场较小一般大进度开工快，总工期偏慢前期慢，总工期一般总工期快振动噪音小小大防水有一定难度有一定难度较易三.水底隧道施工方法 1.沉管法 沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后,向管段内加载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。(1)优点 采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点。容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长,接缝很少,漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。在隧道现场的施工期短。因预制管段（包括修筑临时干坞）等大量工作均不在现场进行。操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业。适用水深范围较大。因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳48车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。(2)适用条件 适合于沉管法施工的主要条件是：水道河床稳定和水流并不过急。前者不仅便于顺利开挖沟槽，并能减少土方量；后者便于管段浮运、定位和沉放。2.盾构法 盾构法施工是以盾构作为施工机械在地面以下暗挖修筑隧道的一种施工方法。在盾构的掩护下，头可以安全地开挖地层，一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道的永久衬砌，并将衬砌与土层之间的空隙用水泥压浆填实，防止周围地层的继续变形和围岩压力的增长。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶，用千斤顶块顶在拼成的衬砌环上，使它推进到已挖好的空间内，然后缩回活塞杆，为下一环衬砌拼装创造条件。重复上述过程，不断开挖，不断推进，借助盾构这种特制施工机械，可以较快的速度完成隧道施工基本作业循环，直至隧道建成。盾构施工前，应先修建一竖井，在竖井处安装盾构。采用盾构开挖出的土体，由竖井通道提升运出地面弃土场处理。(1)优点 属于地下工程暗挖法施工，不受地面交通，河道，航运，潮汐，季节，气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工，可在盾构支护下安全地开挖，衬砌等。盾构的推进，出土，拼装衬砌等可全部机械化，自动化作业，施工劳动强度较低，而掘进速度比较快；施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰；在松软含水地层中，修筑埋置深度较大的长大隧道，具有经济，技术，安全等方面的优越性。(2)缺点 盾构是一种价格昂贵，针对性强的专用施工机械，对每一座采用盾构法施工的隧道，均应根据工程地质，水文地质条件，衬砌结构断面尺寸的大小进行专门制造，运送，拼装与拆卸等，且设备较复杂。需要有气压供应设备，人工井点降水，衬砌管片预制，衬砌结构的防水设施及堵漏，隧道内的运输，施工测量，场地布置，拼装与拆卸工作井等施工技术的密切配合才能顺利施工。对于短于750m的隧道，有资料显示，被认为是不经济的，对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工困难较大，对水底隧道当覆盖土太浅时施工反而不太安全；当盾构法施工采用全气压方法稳定地层时，施工条件较差，因此对劳动保护要求较高，用盾构法施工时，在隧道上方一定范围内，尤其是饱和含水松软土层，地表沉陷尚难以防止，拼装衬砌对衬砌整体防水技术要求很高。(3)应用范围 现代的盾构能适用于各种复杂的工程地质和水文地质条件，从流动性很大的第四纪淤泥质土层到中风化和微风化岩层。既可用来修建小断面的区间隧道，也可用来修建大断面的车站隧道。而且施工速度快(540m/d)，对控制地面沉降有较大把握。但应指出，盾构法施工需要较长的时间和较高的投资用于质构与附属设备的设计和制造，以及建造端头工作井等工程设施。同时，盾构法的施工技术方案和施工细节对围岩条件的依赖件，较之其他方法尤甚，这就要求事先对沿线的工程地质和水文地质条件做细致的勘探工作，井要根据围岩的复杂程度做好各种应变的准备。因此，在地面交通繁忙，地面建筑韧和地下管线密布，对地面沉降要求严格的城区不宣采用明挖法，且地下水发育，围岩稳定性差，或隧道很长而又工期要求紧迫，不能采用较为经济的矿山法时，采用盾构法施工才是经济合理的。