地鐵工程主要施工方法2008.3.8

1、主要內(nèi)容一、概述二、明挖法三、蓋挖法四、淺埋暗挖法五、盾構法六、輔助工法七、施工監(jiān)測八、結束語第一頁，共104頁。一、概述 1. 軌道交通（含地鐵、輕軌等）是解決城市交通的重要工具。 2. 軌道交通具有快捷、大運營、污染小等優(yōu)點，但造價高、占用空間大、養(yǎng)護和維護費用高，綜合比較前者大于后者。 3. 近年來，我國軌道交通進入大發(fā)展時期，北京、上海、廣州等城市每年以40公里的速度快速建設。第二頁，共104頁。第三頁，共104頁。第四頁，共104頁。第五頁，共104頁。第六頁，共104頁。第七頁，共104頁。第八頁，共104頁。 4. 地鐵建設具有一定的風險：地下修建、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件復雜多變

2、，未知因素多。地上、地下環(huán)境復雜，地面交通、臨近建（構）筑物、地下管線等都構成施工風險。技術、理論還不完善，還需要靠工程經(jīng)驗和現(xiàn)場監(jiān)測，及時反饋，靈活調(diào)整施工參數(shù)，采取信息化施工。 第九頁，共104頁。 5. 地鐵是一項綜合技術：一條地鐵線路由車站、區(qū)間隧道及車輛場等組成。地鐵工程包括土建、軌道、通風、排水、機電、環(huán)控等各種保障系統(tǒng)。地鐵工程土建施工方法主要有：明挖法、蓋挖法、暗挖法及盾構法，此外還有高架型式、地面建筑等。 因此，地鐵工程是集房建、深基坑、隧道、高架橋、市政道路、管線等的綜合工程。第十頁，共104頁。二、明挖法 1. 選擇原則：具有交通導改條件，對現(xiàn)況交通影響較小。地上、地下建

3、（構）筑物拆遷量少。 總之，明挖法較經(jīng)濟、施工速度快、質(zhì)量好、風險小，具有明挖條件的地鐵工程宜盡量采用。 第十一頁，共104頁。 2. 圍護結構： 北京地區(qū)地鐵基坑圍護結構型式主要有：1圍護樁+內(nèi)支撐支護體系圍護樁可采用：人工挖孔樁、鉆孔灌注樁等；內(nèi)支撐可采用：鋼管或型鋼格構件樁間處理：掛網(wǎng)噴射砼、攪拌樁、旋噴第十二頁，共104頁。第十三頁，共104頁。第十四頁，共104頁。鉆孔灌注樁施工流程開鉆前驗收安裝鋼筋籠清 孔放線定樁位埋設護筒制作護筒樁位校核鉆機就位鉆機成孔二次清孔下入灌注導管水下砼澆注配備鉆探設備終孔驗收測孔底沉渣制作優(yōu)質(zhì)泥漿制作鋼筋籠監(jiān)理工程師簽認配備灌注導管設置泥漿循環(huán)系統(tǒng)混凝

4、土輸送商品砼設置隔水塞施工準備第十五頁，共104頁。鑿樁頭施做冠梁及水平鋼腰梁第十六頁，共104頁。架設鋼支撐及施加預應力第十七頁，共104頁。分層開挖土方，樁間噴射混凝土第十八頁，共104頁。第十九頁，共104頁?；訉挾却笥?5m，一般鋼支撐中間增加臨時支柱第二十頁，共104頁。2圍護樁+外拉錨支護體系 對于開挖寬度較大的基坑，設臨時支柱會降低土方開挖速度，且對結構和防水施工不利，此時可采取預應力錨索。第二十一頁，共104頁。3土釘墻或土釘墻與圍護樁組成聯(lián)合支護體系 土釘墻設計坡度一般1：0.3； 土釘層距一般1.5m、間距1.52.0m；坡面鋪設6150150mm鋼筋網(wǎng)，然后噴射810c

5、m砼第二十二頁，共104頁。洛陽鏟成孔土釘墻施工（按土釘層距分層開挖土方）機械成孔第二十三頁，共104頁。4其他支護型式 上述支護型式在有地下水時，應采取降水措施。為保護水資源，可采取圍護止水措施，包括地下連續(xù)墻、灌注樁樁間旋噴樁、咬合樁等。地下連續(xù)墻施工第二十四頁，共104頁。地下連續(xù)墻施工工藝流程第二十五頁，共104頁。 3. 主體結構與防水施工：基坑土方落底后，自下而上施做主體結構與防水。明挖法車站示意圖（雙層三跨車站）第二十六頁，共104頁。明挖法車站施工步驟示意圖（雙層三跨車站）第二十七頁，共104頁。4. 明挖施工安全控制要點：控制超載，做好排水；腰梁連續(xù)，背后填實；施工監(jiān)測，三級

6、管理；隨挖隨撐，嚴禁超挖；遇水及排，防止塌方；旁站監(jiān)理，確保質(zhì)量。第二十八頁，共104頁。三、蓋挖法 1. 選擇原則：交通繁忙，且可短期封閉。建（構）筑物變形控制要求嚴格。 2. 蓋挖法分類：蓋挖逆作法蓋挖半逆作法蓋挖順作法鋪蓋法第二十九頁，共104頁。3. 蓋挖順作法施工流程：蓋挖順作法車站施工步驟示意圖（雙層三跨車站）第三十頁，共104頁。4. 蓋挖逆作法施工流程：蓋挖逆作法車站施工步驟示意圖（雙層三跨車站）第三十一頁，共104頁。第三十二頁，共104頁。 5.蓋挖法施工關鍵技術：支護結構沉降控制；中柱（樁）定位與施工；頂板及中板保護下的土方開挖；邊墻二襯施工；防水施工。第三十三頁，共10

7、4頁。第三十四頁，共104頁。第三十五頁，共104頁。第三十六頁，共104頁。第三十七頁，共104頁。 6.蓋挖法施工安全控制要點：基本要求同明挖法 ；分層開挖中支護體系的穩(wěn)定；站臺層開挖：增加臨時支撐，分條分幅開挖。第三十八頁，共104頁。四、淺埋暗挖法 1. 基本原理：淺埋暗挖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軟土中開創(chuàng)出的新方法 。隧道開挖前，采取輔助土體加固技術，提高地層自穩(wěn)能力；隧道開挖時，利用圍巖短暫自穩(wěn)能力適時封閉支護，使圍巖與支護體共同作用，承擔土層與施工期內(nèi)的全部荷載；最后，在初期支護保護下施做防水和二襯砼，形成復

8、合襯砌 結構，承擔使用荷載的這樣一種綜合施工技術。 淺埋暗挖法理論源于新奧法，但強調(diào)預支護，及時支護，控制地面沉降，保證施工和地面地下建筑物的安全。第三十九頁，共104頁。 2. 基本原則： 十八字方針無水開挖（降水或止水）1）管超前：指采用超前導管注漿防護，實際上就是采用超前預加固支護的各種手段，提高工作面的穩(wěn)定性，防止圍巖松弛和坍塌；2）嚴注漿：在超前預支護后，立即進行壓注水泥砂漿或其它化學漿液，填充圍巖空隙，使隧道周圍形成一個具有一定強度的結構體，以增強圍巖的自穩(wěn)能力；3）短開挖：即限制1次進尺的長度，減少對圍巖的松弛；4）強支護：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

9、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)，提高初期支護的承載能力；6）勤量測：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鍵。第四十頁，共104頁。 3. 開挖方法： 根據(jù)不同斷面和地質(zhì)條件選擇相應的施工方法1正臺階法第一步：拱部超前注漿小導管施工第二步：上斷面環(huán)形開挖留核心土第三步：下斷面開挖第四步：鋪設防水板，由下至上模筑二襯第四十一頁，共104頁。2中隔壁法（CD法）第四十二頁，共104頁。第一步：左上斷面開挖第二步：左下斷面開挖第三步：右上斷面開

10、挖第四步：右下斷面開挖第五步：隧道仰拱防水層鋪設及模筑二襯第六步：滿鋪防水層，隧道拱墻二次襯砌3交叉中隔壁法（CRD法）第四十三頁，共104頁。4雙側(cè)壁導坑法（眼鏡法）第一步第二步第三步第四步第五步第六步第四十四頁，共104頁。5側(cè)洞法第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步第八步第四十五頁，共104頁。6中洞法第四十六頁，共104頁。6洞柱法（1）第四十七頁，共104頁。6洞柱法（2）第四十八頁，共104頁。五、盾構法 1.盾構法盾構法是一種完全使用機械修建隧道的施工方法。盾構是一種既能承受圍巖壓力，又能在地層中自動前進的，以圓筒形為主的隧道工程機械，它一邊掘進一邊出土，同時安裝襯砌（結構

11、）的施工機械設備。現(xiàn)代化盾構集機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能。第四十九頁，共104頁。盾構外形圖之一（胸板式刀盤）第五十頁，共104頁。盾構外形圖之二（輻條式刀盤）第五十一頁，共104頁。 盾構機的組成 盾構機由三部分組成切口環(huán)：切削土層；支承環(huán)：主要設備艙、千斤頂、出土器；盾尾：襯砌安裝及注漿。第五十二頁，共104頁。 盾構機的構造第五十三頁，共104頁。 盾構機的種類盾構機全敞開式手掘式半機械式機械式半開敞式擠壓式密封式泥水式土壓式土壓式泥土加壓式第五十四頁，共104頁。 手掘式盾構機 手掘式盾構機的正面是開敞的，通常設置防止

12、開挖頂面坍塌的活動前檐及上承千斤頂、工作面千斤頂及擋土千斤頂。開挖采用鐵鍬、鎬、碎石機等開挖工具人工進行。 這種盾構機適應的土質(zhì)是自穩(wěn)性強的洪基層壓實的砂、砂礫、固結粉砂和粘土。對于開挖面不能自穩(wěn)的沖擊層軟弱砂層、粉砂和粘土，施工時必須采用穩(wěn)定開挖面的輔助施工法。第五十五頁，共104頁。半機械式盾構機 半機械式盾構進行開挖及裝運石渣都采用專用機械，配備液壓鏟土機、臂式刀盤等挖掘機械和皮帶運輸機等出渣機械，或配備具有開挖與出渣雙重功能的機械以圖省力。 為防止開挖面頂部坍塌，盾 構機安裝了活動前檐、半月形千 斤頂。這種盾構機適用于以洪積 層的砂、砂礫、固結粉砂和粘土 為主的土質(zhì)。也可用于軟土層，

13、但必須同時采用壓氣施工法或降 低地下水位、改良地基等輔助措 施。第五十六頁，共104頁。半機械式盾構機第五十七頁，共104頁。 機械式盾構機 機械式盾構機前面裝備有旋轉(zhuǎn)式刀盤，增大了盾構機的挖掘能力。開挖的土砂通過旋轉(zhuǎn)鏟斗和斜槽 裝入皮帶運送機。由于圍巖開挖和排土可以連續(xù)進行，縮短了工期，減少了作業(yè)人員。 這種盾構適用的土質(zhì)與半機械式、半機械式盾構機適用的一樣。 第五十八頁，共104頁。擠壓式盾構機 擠壓式盾構機是在開挖面的稍后方設 置隔墻，在隔墻上設置孔口面積可調(diào)的 排土口。盾構機正面貫入圍巖向前推進， 使貫入部位土砂流動，由孔口部位絞出， 進行排土。 開挖面的穩(wěn)定是靠調(diào)節(jié)孔口大小和排 土阻

14、力，使千斤頂推力和開挖面土壓達到 平衡來實現(xiàn)。 這種盾構機適用于自穩(wěn)性差、流動性 很大的軟粘土和粉砂質(zhì)圍巖，而不適用于 含砂率高的圍巖和硬質(zhì)地層。第五十九頁，共104頁。 擠壓式盾構機第六十頁，共104頁。 盾構機的選擇 根據(jù)地質(zhì)條件選擇不同類型的盾構機械。當前地鐵使用盾構機主要為加泥式或土壓平衡式，也有采用泥水式盾構的；盾構機在有水地層中不需降水也能進行推進。第六十一頁，共104頁。 2. 盾構法施工概貌 施工步驟： 建始發(fā)井在井內(nèi)安裝盾構機推進、同時出土及安裝管片同步注漿（防止地層沉降及固定管片）進入接收井及拆除盾構機第六十二頁，共104頁。 施工框圖掘削壁后注漿拼裝管片排土掘削土搬出掘削

15、土処理場外搬出管片搬入管片保管貼防水材坑內(nèi)搬入管片搬送第六十三頁，共104頁。盾構法施工概貌圖第六十四頁，共104頁。3.盾構的始發(fā)和接收 第一、盾構施工，必須設置盾構始發(fā)井和接收井。 第二、地鐵區(qū)間長度超過600m規(guī)范規(guī)定必須設置聯(lián)絡通道，用以安全疏散人員。 第三、始發(fā)井、接收井及聯(lián)絡通道施工采用基坑支護和礦山法施工技術。盾構施工人員必須重視和熟悉。第六十五頁，共104頁。盾構的始發(fā)井和接收井第六十六頁，共104頁。處于始發(fā)狀態(tài)的盾構機盾構豎井第六十七頁，共104頁。盾構始發(fā)臺盾構始發(fā)第六十八頁，共104頁。盾構反力臺第六十九頁，共104頁。入口的墊襯第七十頁，共104頁。第七十一頁，共10

16、4頁。盾構始發(fā)井與接收井端頭地層加固加固的目的：防止地表沉陷，控制掌子面穩(wěn)定，防止地下水涌入。加固范圍及要求：控制K=10-8mm/s，R=0.50.8Mpa。根據(jù)洞口圍巖的水、土側(cè)壓力及盾構推進方向，隧道進出洞端頭地層加固范圍為：始發(fā)井長度6-8m，接收井長度4-6m，寬12m，具體范圍為：沿隧道軸線方向自混凝土灌注樁外皮開始往外，隧道兩側(cè)各3m，隧道上部3.5m，隧道底部以下1.95m，如下圖。加固方法：在盾構機始發(fā)及到達洞口時對封門的拆除會使工作面處于開放狀態(tài)，如處理不當，會引起周圍圍巖的坍塌，甚至會造成土體涌入盾構工作井中，造成極大的損失和危害。另外，為了保持盾構機剛進入土體中時，機頭

17、盾尾具有相同的剛度，保持良好的初始掘進姿態(tài)，均須進行隧道端頭洞口的加固工作。第七十二頁，共104頁。平 面 圖 剖 面 圖 地層加固范圍第七十三頁，共104頁。 4.管片及防水管片寬1.2m、1.5m，每環(huán)6塊第七十四頁，共104頁。管片的儲存及搬運第七十五頁，共104頁。管片搬運臺車第七十六頁，共104頁。管片的拼裝圖K管片為避免應力集中應錯縫拼裝用螺栓將管片連接第七十七頁，共104頁。管片的自動拼裝第七十八頁，共104頁。管片的密封材料第七十九頁，共104頁。充填材料防水第八十頁，共104頁。5. 盾構掘進 管片拼裝； 控制盾構姿態(tài)；推進力保持土壓；控制出土量；同步注漿。6. 注漿 同步注

18、漿；二次注漿?？刂频貙映两担Ｗo建（構）筑物。第八十一頁，共104頁。 7. 聯(lián)絡通道施工管片拆除時（鋼管片）做好臨時支護及防護；暗挖進馬頭門時加強支護；采取超前探測，提早判定前方土層狀態(tài)；超前小導管注漿，環(huán)形土開挖；做好施工監(jiān)測；做好風險預案。 8. 風險控制與措施 進出洞地層加固；推進參數(shù)控制與調(diào)整；聯(lián)絡通道施工。第八十二頁，共104頁。六、輔助工法 根據(jù)不同施工方法，選用不同輔助工法，以確保工程安全施工。 1.降水施工 在有水地層中進行明挖、蓋挖、暗挖，以及盾構始發(fā)、接收井和聯(lián)絡通道施工，有條件的地方應首先采取降水措施，確保無水作業(yè)。降水方法：管井降水；水平井降水。水資源保護第八十三頁，

19、共104頁。管井降水就是在區(qū)間隧道的兩側(cè)(一般要求2.0m)布置降水井點，在每眼井中安裝抽水泵，通過抽水形成水位降落漏斗，各個降水井抽水形成群井水位降落漏斗疊加，以此來達到降低施工范圍內(nèi)地下水位的目的。第八十四頁，共104頁。水平井降水是由不同深度上若干水平輻射管和個豎直大井所組成的輻射型抽水裝置組合。水平輻射井是用來匯集含水層中的地下水至豎井內(nèi)。豎直大井一般有兩個作用：一是通過豎井，設置施工平臺，開鑿不同深度和不同方向上的水平輻射管；二是匯集由水平輻射管流人的地下水，并設置潛水泵將這部分地下水排至地表。水平井結構示意圖第八十五頁，共104頁。 2.注漿加固地層小導管注漿；長管棚；深孔注漿。

20、一般情況下多采用小導管注漿，當小導管注漿不能滿足開挖安全和建（構）筑物保護時，往往增加長管棚，或有堵水要求時采用深孔注漿。第八十六頁，共104頁。（1）小導管注漿第八十七頁，共104頁。第八十八頁，共104頁。（2）長管棚第八十九頁，共104頁。第九十頁，共104頁。（3）深孔注漿第九十一頁，共104頁。第九十二頁，共104頁。 3.水平凍結 凍結法就是利用人工制冷技術，在凍結孔中循環(huán)低溫鹽水，使地層中的水結冰，將松散含水巖土變成人工凍土，增加其強度和穩(wěn)定性，在要開挖體周圍形成封閉的連續(xù)凍土帷幕，以抵抗土壓、水壓并隔絕地下水與開挖體之間的聯(lián)系，以便在凍結壁的保護下，進行掘砌作業(yè)。 第九十三頁，

21、共104頁。4.水平旋噴與攪拌樁 水平旋噴樁是以高壓泵為動力源,通過水平鉆機鉆桿、噴嘴把配制好的漿液噴射到土體內(nèi),噴射流以巨大的能量將一定范圍內(nèi)的土體射穿,并在噴嘴作緩慢旋轉(zhuǎn)和進退的同時切割土體,強制土顆粒與漿液攪拌混合。待漿液凝固后,形成水平圓柱狀水泥土固結體即水平旋噴樁,當旋噴樁相互咬合后,便以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體,起到防流砂、抗滑移、防滲透的作用。第九十四頁，共104頁。a、控制好提升速度。b、地層選擇，礫石層成樁問題。c、注漿對周圍環(huán)境調(diào)查，特別是砂層中地下水流動速度。d、垂直旋噴和水平旋噴。e、注意壓噴傷人。測量定位鉆機就位鉆孔施工插入注漿管噴射作業(yè)拔管

22、清洗機具移開鉆機回填注漿配套設備就位水泥漿拌制水泥漿輸送旋噴樁施工工藝流程圖 旋噴樁法施工關鍵技術第九十五頁，共104頁。 5.臨近地下管線與建（構）筑物的保護注漿加固地層；注漿抬升；設隔離樁；基礎托換。第九十六頁，共104頁。七、施工監(jiān)測 1.監(jiān)控量測的意義對地鐵工程和周邊環(huán)境安全的全程監(jiān)控；對工程和環(huán)境安全及風險程度的預測和評估；為今后的地鐵設計與施工提供可靠類比依據(jù)。 2.監(jiān)控量測的目的監(jiān)視圍巖變化狀態(tài)，了解支護襯砌受力情況，確保施工安全；確定二次襯砌和仰拱施作時間；掌握圍巖變化規(guī)律，及時確認或修改支護設計參數(shù)及施工順序，提供支護襯砌最終穩(wěn)定信息，為以后隧道設計和施工積累資料。第九十七頁，共104頁。3.監(jiān)測項目 根據(jù)工法，選擇相應的監(jiān)測內(nèi)容A類監(jiān)測項目為必測項目，包括地表沉降、地面建筑物沉降及傾斜、洞室拱頂下沉、洞內(nèi)凈空收斂及底部隆起等5項項目，屬必測項目，施工時嚴格按照有關規(guī)范和設計要求進行監(jiān)測；B類監(jiān)測項目為選測項目，包括圍巖壓力與鋼格柵、內(nèi)襯主筋內(nèi)力，根據(jù)設計要求、施工的實際要求和地層情況選擇了一些實際意義的監(jiān)測項目進行監(jiān)測，以保證結構施工滿足設計要求。第九十八頁，共10