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★浅埋暗挖法

添加时间:2006-11-20 14:44:36

浅埋暗挖法
1、全断面开挖法施工
a 施工顺序
全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环．同时，施作初期支护，铺设防水隔离层（或不铺设），进行二次筑模衬砌．该流程突出两点：增加机械手进行复喷作业，先初喷后复喷，以利于稳定地层和加快施工进度；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m．当地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法．
b适用范围
全断面法主要适用于Ⅳ～Ⅵ类围岩．当断面在50m２以下，隧道又处于Ⅲ类围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工．但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20m２以下，且施工中仍须特别注意，山岭隧道及小断面城市地下电力﹑热力﹑电信等管道工程施工多用此法．
c评价
优点：全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织的管理．
缺点：(1)由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大．
(2)每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业．
2﹑台阶法施工
台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，分步开挖。根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法﹑中隔墙台阶法等。该法在浅埋暗挖法中应用最广，可根据工程实际、地层条件和机械条件，选择适合的台阶方式。
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），根据地层情况，可选择两步或多步开挖法。
1）上下两部分步开挖法。
采用此法，若地层较好（Ⅲ～Ⅳ类），可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护后形成封闭结构，如下图所示。若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。

图1 上下两部分步正台阶法开挖
2）分步开挖留核心土
该法适用于较差的地层，围岩级别Ⅰ、Ⅱ类，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土。用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过10d，以确保地面沉陷控制在50mm以内。

台阶法的评价：
（1）灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，这是各中不同方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化（变好或变坏），都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母。
（2）具有足够的作业空间和较快的施工速度。台阶有利于开挖面的稳定性，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。当地层无水、洞跨小于10m时，均可采用该方法。
（3）台阶法开挖的缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩扰动的次数等。
3 分步开挖法
分布开挖法主要适用于地层较差的大断面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括单侧壁导坑超前台阶法、中隔墙法（CD、CRD工法）、双侧壁导坑超前中间台阶法（也称眼镜工法）和双隔墙中间预留核心土法等多种形式。
（1）    单侧壁导坑超前台阶法
单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3~4m，这样就可将大跨变成3~4m跨和6~10m跨。这种施工方法简单而可靠。
采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为稳定工作面，经常和超前小导管预注浆等辅助施工措施配合使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出渣，开挖方式见下图。

图2 单侧壁导坑超前台阶法开挖方式
（2）    中隔墙法（CD工法）和交叉中隔墙法（CRD法）
a 概述
中隔墙法也称CD工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔墙法（也称CRD工法）。CRD工法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。
b 方法对比
大量施工实例资料的统计结果表明，CRD工法优于CD工法（前者比后者减少地面沉降近50%），而CD工法优于眼镜工法。但CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大断面地下结构物（如停车场），且地面沉降要求严格时才使用。
采用中隔墙法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5~7m。为稳定工作面，往往与预注浆等辅助施工措施配合使用，采用人工开挖、人工出渣方式。CD工法的开挖方式与施工顺序分别见下图3与图4。CRD工法的开挖方式与施工流程分别见图5与图6。

图3   CD工法开挖方式

图4 CD工法施工顺序

图5  CRD工法开挖方式

（a）横向施工示意图　　　　　　　　　（b）纵向施工

图6　CRD工法施工流程

（3）    双侧壁导坑超前中间台阶法
a 概述
双侧壁导坑超前中间台阶法也称眼镜法，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下工程。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。20世纪70年代至80年代初国内外多用此法，目前使用较少。但是，当断面很大时也经常采用，有时还采用连续眼镜工法，即三眼镜法、四眼镜法。采用该法开挖时，双侧壁导坑超前的距离相等或不等。为了稳定工作面，经常和超前预注浆等辅助施工措施配合使用。一般采用人工和机械混合开挖，人工和机械混合出渣，开挖方式见下图7。

图7 双侧壁导坑超前中间台阶法开挖方式
双侧壁导坑超前中间台阶法以台阶法为基础，将隧道断面分成三部分，即双侧壁导洞和中部，其双侧壁导洞尺寸以满足机械设备和施工条件为标准加以确定。
施工时，应先开挖两侧的侧壁导洞，在导洞内按正台阶法施工，当隧道跨度较大且地质情况较差时，上台阶也可采用中隔墙法或环形留核心土法开挖，并及时施作初期支护结构，在初期支护的保护下，逐层开挖下台阶至基底，并进行仰拱或底板的施工。施工过程中，左右侧壁导洞错开应不小于15m，确定这个数值的前提是，在开挖中引起的导洞周边围岩的应力重新分布不影响已完成的导洞。关于上、下台阶之间的距离，可视具体情况，按台阶法确定。
  b 工艺原理
1）采用双侧壁导坑超前中间台阶法施作大跨度隧道，其机理是将大跨度洞室首先分割成几个小洞室分步施工，合理转化工序。
2）以岩体力学理论为基础，以监控量测为依据，采用新奥法原理和控制爆破技术，及时喷锚进行初期支护。针对围岩软弱的特点，经监控数据反馈，合理确定工序间的关系。
3）利用监控位移反分析法和初期支护的钢筋轴力、围岩应力、二衬钢筋轴力、二衬接触压应力的量测结果指导施工。

（a）横向施工示意图                   （b）纵向施工示意图

8 双侧壁导坑超前中间台阶法施工顺序
c 工艺流程
工艺流程框图如下页图9所示。

图9 双侧壁导坑超前中间台阶法施工工艺流程
（4）双隔墙中间预留核心土法
a.           概述
双隔墙中间预留核心土法也称为留土柱法，主要适用于地层较差、断面较大（跨度大于10m），而且采用CD工法、CRD工法和眼镜工法开挖有困难的地层，该法也是将大跨变为小跨的施工方法。
该方法是以台阶法为基础，用预留核心土将隧道断面从中间分成四部分，使上、下台阶左右各分成两部分，每一部分开挖并支护后形成独立的闭合单元。同时，中间预留土柱能支撑拱顶，有效减少拱顶下沉，充分发挥土体的支护作用。而且，该施工方法比CRD工法和眼镜工法工艺简单，进度更快，由于减少了支护，可降低成本。采用该工法开挖时，双隔墙超前的距离相等或不等。预留土柱的各部分开挖时，纵向间隔的距离可根据具体情况按台阶法确定。
b.          方法
采用双隔墙中间预留核心土法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5~7m。为稳定工作面，配合运用长期预注浆等辅助施工措施，并采用人工开挖、人工出渣方式。工艺流程见图10、图11以及图12。

图10  双隔墙中间预留核心土法开挖方式

图11  双隔墙中间预留核心土法开挖顺序
c 特点
(1)适用范围广。适用于地层地质条件很差,跨度大,地面沉降要求严格的隧道开挖.
(2)减小地面沉降。预留土柱起到支撑作用,当两侧封闭后,开挖中部可实现快速封闭,使得支护结构受力更合理,从而有效减小拱顶下沉,减少沉降曲线的叠加.
(3)工艺简单。拆除临时支护工作量小,从而简化了工艺.
(4)成本低。支护体系与CD工法、眼镜工法比较，需要的支护材料少，工作量小，因此施工成本较低。
4．特大断面施工
a 概述
在修筑地下发电厂、地下仓库、地下商业街及地铁车站时，经常出现地下大空间的施工问题。这些建筑物若在埋深较浅、软弱不稳定的Ⅲ～Ⅴ级围岩中，一般用浅埋暗挖法施工。
当地层条件差、断面特大时，一般设计成多跨结构，跨与跨之间有梁、柱连接。比如常见的三跨两柱大型地铁站、地下商业街、地下停车场等，一般采用中洞法、侧洞法、柱洞法及洞桩墙法（地下盖挖法）等方法施工，其核心思想是变大断面为中小断面，提高施工安全度。
为了开挖地下大空间而进行的调查、试验、量测等工作，与山岭隧道工程没有本质上的差异。由于洞室的规模大，围岩的影响特别明显，所以在设计、施工各阶段，应根据工程使用目的做更详细、更周密的地质调查和围岩试验。