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1、城市地铁工程浅埋暗挖施工技术概论刘昌用 蒋中庸摘要：本文全面论述了采用浅埋暗挖技术修建城市地铁单跨区间隧道和多跨车站结构的施工方法，并对各种关键技术作了全面介绍，同时通过一些成功案例，对施工中的疑难问题作深入的分析和探讨。1、地下工程支护结构理论的三个发展阶段确定作用于地下工程支护结构上的荷载大小，是地下工程支护结构理论计算的关键所在。地下工程支护结构理论的发展，大致经历以下三个阶段：1.1、古典基于简单假设的压力理论阶段。上世纪20年代以前受到岩土力学发展的限制，作用于地下工程的荷载靠一些简单的假设分析。1.2、松散体理论阶段。上世纪六十年代以前广泛采用的松散体理论是建立在围岩松散压力基础上
2、的，认为作用于地下洞室的荷载是围岩局部坍塌所形成塌落拱内的松动岩体重量。1.3、支护与围岩共同作用的现代支护理论。由于锚喷支护形式的出现和岩体力学的发展从而促使了考虑支护与围岩共同作用的现代支护理论，上世纪六十年代，最先用于奥地利阿尔卑斯山的硬岩隧道。这就是采用柔性支护以充分利用围岩自承能力的“新奥法”（NATM）。上世纪六十年代中期把“新奥法”原理扩大到欧洲一些城市（法兰克福，慕尼黑等）的地铁软土隧道和地下停车场。上世纪七十年代后期发展成为依据现场量测获得信息反馈设计指导施工，形成了一套完整的支护设计理论和施工方法。我国在上世纪七十年代进行了引用新奥法原理进行设计、施工的研究和试验，在八十年
3、初才全面推行。著名学者董飞云先生把地下工程传统支护的设计计算与锚喷支护的计算作了比较（如图1所示），认为传统支护荷载的确定要分析地质条件和物理力学性质复杂多变的围岩，同时，在围岩接触面上考虑围岩的“抗力”作用。而锚喷支护则把围岩与支护视作共同作用的统一体，其荷载是岩体地应力，围岩与支护共同受载。另外，传统支护着重验算结构强度，而锚喷支护除了强度外，更要验算围岩是否失稳。计算结果与岩体地应力、支护刚度、施工方法和支护时间等因素有关。值得一提的是，挪威根据本国的具体条件和大量实践经验的总结，提出了挪威隧道修建法（NMT），该方法在继承新奥法的基础上，充分认识、利用、确认系统围岩，以高强锚喷技术基础
4、及工程系统控制方法，建立功能围岩结构，以确保工程安全及结构经济合理。该法设计的核心是Q（围岩质量指标）系统法。在工程地质和水文地质调查、描述的基础上，计算围岩的Q值，用以定量的反映围岩质量，按Q值法岩石支护设计图，根据开挖尺寸和部位，确定支护类型和支护参数。和新奥法一样该法也强调施工阶段的地质工作、调整Q值和修改设计。Q分类法是建立在1000多个硬岩施工实例的基础上，因此最适合有节理的硬岩。在19971998年我国施工的汕头液化石油储库工程就采用了该法。但在城市第四系地层中暗挖工程仍宜采用新奥法。2、城市地下工程浅埋暗挖技术城市地下工程的一般特点是地面有建筑物，地下有管线路。由于埋深浅，地质条
5、件差，而且有地下水，用一般的暗挖法施工，开挖后容易发生坍塌，过去北京地铁采用明挖法施工，因此不得不面对地面建筑物拆迁、地面交通疏导、管网改移、环境污染等诸多难题。19861987年北京地铁复兴门折返线施工时，在开挖宽度14.5m、拱顶覆土59m的第四纪冲洪砂砾层中，首次成功进行浅埋暗挖施工，其成果通过了北京市和铁道部的科学成果鉴定，被正式命名为“北京浅埋暗挖技术”。该技术从城市地铁逐渐扩展到地下停车场、地下过街人行通道和城市电力、热力、排水、供水、电讯等市政建设，并在全国各大城市相继推广使用。2.1、城市地下工程浅埋暗挖技术定义在城市软弱围岩中，在浅埋条件下修筑地下工程，以改造地质条件为前提，
6、以控制地表沉降为重点，以格栅（或其它钢结构）和锚喷作为初期支护手段，遵循“新奥法”大部分原理，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。2.2、地下工程埋深的判别2.2.1、国外根据试验结果，按土体自重（rH）和实测压力（P值）的比值来判断:P/rH 0.4为深埋P/rH 0.4，0.6为浅埋P/rH 0.6，1.0为超浅埋式中：H拱顶覆盖厚r土柱容重P实侧压力上述的实测压力的大小实际上和施测时间和强度有关，并且在施工时才能测试，因此对设计无补。以上判断尚未得到我国工程界认可和推广。但该判断认为即使在超浅埋的条件下
7、实测的压力有时也只有土柱自重的60%。2.2.2、按国内规范判别作用在地下工程上的荷载，与覆盖层的厚度有关。浅埋地下工程的判别按TBJ108-92和TB10003-2001的标准如表1所示：表1 浅埋设计条件围岩级别覆盖厚度值（h）TBJ108-92TB10003-2001(m)单线隧道双线隧道1.0倍隧道宽度578102.0倍隧道宽度101415203.5倍隧道宽度18253035当h值ha时，作用在地下工程上的垂直压力为其上的土柱重，此时属超浅埋。ha为深埋地下工程的垂直荷载计算土柱高度： ha=0.452s-1式中：宽度影响系数， =1+I(B-5)；B开挖宽度(m)；I当B5m时取I=
8、0.2，B5m时取I=0.1；S围岩级别不同B、S的ha值如表2所示：表2 超浅埋层的覆盖层厚度（ha）围岩级别开挖宽度（m）510151.82.73.63.65.47.27.210.814.4由表1、表2可看出，城市的地下工程绝大部分属于浅埋和超浅埋。2.3、 浅埋暗挖技术与“新奥法”（NATM）“新奥法”的核心是以维护和利用围岩的自承能力为基点，使围岩成为支护体系的组成部分，支护在与围岩共同变形中承受的是形变应力。因此，要求初期支护有一定的柔度，以利用充分发挥围岩的自承能力。从前述分析可以看出，作用于浅埋地下工程上的地层压力是覆盖层的全部或部分土柱重，作用在支护上的地层压力和支护的刚柔关系
9、不大，从减少地表沉陷和城市要求角度出发，还要求初期支护有一定刚度。在设计时并且没有充分考虑利用围岩的自承能力，因此，浅埋暗挖技术不同于“新奥法”。但是，浅埋暗挖技术仍然遵循了“新奥法”施工的部分原则指导施工，这些原则正是两者的相同之处。浅埋暗挖技术遵循的新奥法原则有：喷锚作为初期支护手段尽量减少围岩扰动要求周边圆顺避免棱角突变处应力集中初期支护与围岩密贴量测信息反馈指导设计、施工浅埋暗挖技术从城市减少地表沉陷考虑，除要求初期支护有一定刚度（强支护），还必须辅之与其他配套技术，如加固地层、量测信息反馈、降水等。又由于城市浅埋暗挖技术所处地质条件大都是第四系地层，并有地下水，必须熟悉和掌握诸如不同
10、条件下的马头门开挖，断面变化地段的开挖，由明挖进入暗挖的破桩，分部开挖完成大断面开挖后自下而上的二次衬砌、进行“托梁换柱”等以实现“力的转换”以确保安全等诸多关键技术。这些辅助工法和关键技术，都是浅埋暗挖的重要组成内容。浅埋暗挖的另一个重要特点是十分讲究施工方法的选择，尤其是地铁车站多跨结构和大跨结构。一个合理的结构型式和正确的施工方法能起到事半功倍的作用，这正是从事浅埋暗挖设计和施工的广大技术人员所追求的。2.4、常用的单跨隧道浅埋暗挖方法2.4.1、开挖方法选择根据开挖断面大小，在一般条件下有如图2所示的开挖方法：（注：在地质条件较差和拱部弧度较平缓时情况，1012m断面仍宜采用CD法）2
11、.4.2、施工顺序各种施工方法的施工顺序如图3所示。 2.4.3、台阶法施工台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的重要手段。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3.54.5m。台阶长度的选择参见图4所示：长台阶（L5B）：长台阶对掌子面的稳定有利，但施工的干扰大；上台阶上设备、材料困难；上台阶向下台阶出碴困难；不能及时封闭成环，有时不得不在上台阶底板上作临时仰拱，这种方法在一般情况下不宜采用。中台阶（L=1.55B）：中台阶的特点介于上台阶和短台阶之间，由于台阶有一定长度，当拱部锚杆和初期支护壁后注浆工作量大时可减少和上台阶开挖的施工干扰。由于上台阶的距
12、离不长，喷砼和注浆设备仍可放在下台阶。短台阶（L=11.5B）:在土质隧道中上台阶不必上大型设备，而且从上台阶向下台阶运土的距离短，下半断能在11.5B内封闭成环，也能保证围岩开挖后的稳定，这种台阶长度在城市地铁的第四系地层中普遍采用。微台阶（LB）：在满足掌子面开挖稳定要求、满足开挖下台阶时喷砼的强度和方便施工的原则下进行选择，一般用34m。当使用反向挖掘机开挖装碴时，上台阶大部分可利用该机进行挖、装，可以提高施工速度。2.4.4、进行台阶开挖时的辅助施工方法2.4.4.1、在开挖上台阶时，类围岩地段宜采用环状开挖留核心土并做锁脚锚杆。上台阶开挖留核心土有利于掌子面的稳定减少地表沉陷，同时可
13、以方便架设钢筋和喷砼，如图5所示。2.4.4.2、下台阶除可一次开挖外，根据地质条件又可分别选用图6所示的开挖方法： 下台阶先挖核心土施工速度较快，但有时施工不安全，一般不宜采用；留核心土施工较安全，但施工仍然不方便，仅在必要时使用；左右错进同样可以保证施工安全，而且施工方便，因此使用较广泛。2.4.4.3、初次支护背后注浆：拱部部分喷砼常因重力下沉而在围岩之间产生小的裂隙，在其壁后注浆有利于减少地表下沉。2.4.4.4、在开挖上台阶时根据情况可在上台阶的底部设临时仰拱，或者在上台阶的拱顶下设临时立柱，有利于减少围岩的收敛和拱顶的下沉。2.4.5、CD法和CRD法（中隔墙法和交叉中隔墙法）进入
14、20世纪80年代，日本和西欧在经历众多工法选择和权衡后，热衷于运用非掘进机方法处理浅埋软弱地层的地下工程，并在技术、经济上有所突破。在CD法出现以前，惯用的方法除台阶法外，在断面较大和地质条件较差时，采用上半断面临时闭合法和眼镜工法。最先采用CD法的工程是德国兰茨贝格城地下停车场和慕尼黑地铁工程以及日本的真米隧道。最先采用CRD工法的工程是日本东叶高速线习志野台隧道和北习志野台隧道。CD法和CRD法实际上都是左右分块、上下分台的开挖方法，将大断面化成小断面施工，步步封闭成环，每个施工阶段都是一个完整的受力体系，结构受力均匀。而两种方法的不同处，前者是先将一个半块挖完后再挖另一个半块；后者是是每
15、层左、右开挖后再挖下层。CD法和CRD法模筑砼施工方法，是先用支承替换法施工底板，即分段拆除中壁铺设防水板和施工底板，再用支撑恢复中壁，最后分段拆除中壁和临时仰拱，由初期支护承受荷载，完成墙、拱衬砌。应当指出，当断面的高、宽尺寸不大（例如小于1012m）、外形好（矢跨比大）的情况下采用CD法和CRD法时对控制地表的作用并不大。由于分块、分层多，对地层的多次扰动，对控制地表沉降反而不利。如果此时采用台阶法，把CD，CRD中隔壁和临时仰拱的数量用在台阶法初期支护加强上，不但增加了结构的安全度，有利于减少地表沉降，而且还减少了中隔壁和临时仰拱施工和拆除的麻烦。根据日本试验资料，在同等条件下开挖宽9m
16、、隧道覆盖层10m时，两种方法施工效果比较如下(表3)表3 CD、CRD法施工效果对比施工方法地表总沉陷(mm)地表沉降最大化倾斜率侧向水平位移(mm)CD7784620CRD26302.39由表3可看出CRD法比CD法的地表沉陷和结构侧向水平位移小50%，因此在相同条件下推荐使用CRD法。目前我国城市地下工程以30mm控制地表沉陷，以上试验资料是主要参考因素。CRD法是将原CD法先挖中壁一侧改为两侧交叉开挖方式，并步步封闭成环(如图7、8所示）。CRD法即交叉中隔墙法，来源于英文“Center Cross Diaphragm”。CRD法的使用十分广泛，浅埋暗挖地铁车站三拱两柱和双拱单柱结构断
17、面，其中洞和侧洞大断面自上而下的开挖均用CRD法实现。车站风道双层大断面及风道进入车站施工的抬高段，一般也是采用CRD法。CRD法的每个步序均采用最基本的台阶法步骤。 图8 CRD工法施工实例2.4.6、PBA法即洞桩法，该方法的施工顺序是先在起拱线附近开挖导坑，利用导坑施工钻孔桩和桩顶纵梁，开挖上半断面（采用环形开挖）进行拱部衬砌，最后开挖其余部份完成底板和边墙衬砌。如果条件允许，也可以用挖孔桩代替钻孔桩。施工的方法是在边墙脚附近增加下导坑，在下导坑内施工条形基础，然后从上导坑向下施工孔桩和完成桩顶冠梁，以后的施工同前钻孔桩。如基底地质条件较好，可用矩形挖孔桩下部扩桩的方法取消下导坑和条形基
18、础。该方法的特点是边桩可起到部分隔离作用，即减少对桩外土体的扰动，地面沉槽范围减少为左、右上导坑开挖高度的沉槽范围，同时，开挖上台阶时进行初期支护，拱脚有稳固的桩作为支点，下沉量很小，也避免了以后开挖下台阶时引起的下沉。因此本方法对控制地表沉降和保护周边建筑和地下管线有利。2.4.7、双侧壁导坑法双侧壁导坑法（如图9所示）实际上是竖向分成3块，上、下仍是分台的开挖方法，先开挖两侧导坑后再开挖中间块。这种施工方法，因为开挖的断面大，完成全部开挖、拆除双侧壁导坑的内壁，一般初期支护的强度不能满足要求，因此一般均采用在开挖完双侧壁导坑后先做边墙，完成拱部后再开挖中间块的下半断面，并在做拱部衬砌在边墙
19、上端和未开挖的中间块间设临时支撑，并采用拱部衬砌紧跟侧壁导坑内壁施工支护的拆除等措施，以减少拱部初期受力。只有在开挖跨度不大，初期支护有足够的承载力，在应力应变允许的条件下方可将内壁和临时仰拱的施工支护分段拆除，进行墙、拱一次模筑砼。 图9 双侧壁导坑法工程实例3、城市地铁车站暗挖施工用浅埋暗挖技术修建城市地铁车站，因对地面交通和对环境的影响方面具有明显优势而倍受推崇。北京、广州、深圳、南京等大城市通过市区的地铁车站，原则上都采用暗挖施工。其中，侧洞法、PBA法和中洞法常被用于修建三拱两柱双层岛式车站。一拱两柱和一拱一柱断面有利于拱顶防水，但拱顶较平缓，宜用PBA法或洞柱法。3.1、侧洞法施工
20、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。如图10所示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、 CRD法开挖左、右洞包括初支和施工支护；、柱底纵梁和钢管柱；、左右洞底板；、分边墙和左、右洞楼板；、左、右洞其余边墙和拱部； 6、中洞上台阶环形开挖；、中洞拱部；8、中洞楼板以上土方开挖；、中洞楼板；10、中洞其余部份开挖；、中洞底板。3.2、PBA法如图11所示，首先施工上下各四个导洞，在下导洞内作条形基础
21、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，也可以在中柱和孔桩间的空隙进行回填，并在中柱穿过上、下导坑施工支护的缺口处，用塑料布包住钢管柱后用低标号砼填充。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
22、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。1、上下导坑错开距离开挖（包括初支）；、孔桩开挖、底纵桩、中柱边桩、顶纵梁；3、中洞上台阶开挖（包括初支）；4、左右洞上台阶开挖（包括初支）；、中洞拱部衬砌；、侧洞拱部衬砌；7、楼板以上土体开挖；、楼板浇砼；9、剩余部分土体开挖；、底板及底部边墙衬砌；、站台板浇筑。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，但因其需在两侧施作护壁桩而提高了造价，且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
23、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。3.3、中洞法中洞法在松散地层中修建地铁车站，因其在开挖和初次支护过程中横向影响范围小、沉降小、安全且避免了侧洞法施工时因施工误差而造成安装中洞拱部钢架的困难，因此在北京地铁多座车站被推荐采用。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顶住上部土体。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，在两柱顶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
24、套环特点，结构整体性好，具有广泛使用前景。（图12所示）1、用CRD法开挖中洞（包括初期支护和施工支护）；、中洞底板底纵梁；、钢管柱、楼板；、柱顶纵梁和中洞拱部；5、用台阶法开挖左、右洞；、左右洞底板；、左右洞部分边墙和楼板；、左右洞其余边墙和拱部。3.4、柱洞法本方法具有PBA和中洞法的特点，即先挖柱洞完成中柱再开挖中洞。其它和压力转换基原理和中洞法相洞。本方法主要用在一柱两洞设计拱部弧度平缓，采用一般中洞法可能有大的地面沉降值使用。如图13所示。1、台阶法开挖柱洞（包括初期支护和施工支护）；、底纵梁、中柱、顶纵梁；3、中洞上台阶开挖；、中洞拱部；5、用台阶法开挖中洞楼板以上部分；、中洞楼板
25、；7、中洞其它部分开挖；、中洞底板；9、台阶开挖左右洞；、左右洞底板；、左右洞部分边墙和楼板；、左右洞其余边墙和拱部。3.5、分离岛式车站施工方法 随着我国各大城市地铁建设的快速发展，一种结构简单而又不影响使用功能的车站形式，分离岛式车站应运而生。 为避开地铁对城市立交桥梁桩基的影响，在选择地铁线路走向时，常将两线路的线间距加大（例如北京地铁十号东三环地段地铁的线间距为45.5m），线路的左右线分别位于地面主干线桥梁的两侧，从而把对桥梁桩基的影响降至最低。此车站由分离的两个双层（或单层）单洞组成，由中间横通道将两洞相连，单洞的一半与通道共同组成站台，如附图1所示。分离岛式隧道一般宽度为12.5
26、m，双层高度15m左右。这种新颖的车站组合型式，大大化解了暗挖车站多跨结构施工风险但又不致影响车站使用功能。目前北京地铁十号线的工体北路站、呼家楼站等均采用分离岛式车站，其施工方法的选择大都是PBA法，在距桩基较近时采用洞内施工作围护桩固然有保护桥桩和控制地面沉降作用，但毕竟污染大，施工环境差。实际上对于分离岛式车站这种单跨12m左右的地下结构，可以选择一些更简单的施工方法，把中隔板以上部位作为一个单独的结构来完成，采用CD法完成中隔板以上部位土体开挖，用地模两侧留槽，将边墙防水板和钢筋下埋回填，完成中隔板及拱部衬砌，再开挖中隔板下土体并完成边墙仰拱衬砌。4、相关配套技术城市浅埋暗挖技术不单包
27、含施工方法，还必须有相关的配套技术，才能保证施工正常进行。这里仅叙述其主要的配套技术。4.1、超前防护4.1.1、小导管注浆这是城市地下工程最常用的超前防护方法。在一些特殊地段（如下穿地铁铁路、河流、楼房等），有选择的使用长管棚时，为防止长管棚和初期支护间土体脱落，也需采用小导管注浆配合。小导管一般选用外径42的钢管，横向间距一般为2040cm，在可能有流砂出现时，还要加密。仰角以79为宜，实际上其仰角受钢架高度和间距所制约。管棚长度一般不宜超过3.5m，纵向搭接长度不小于1m。当仰角过大或者卵石地层施工困难时，管棚长度宜为2.5m左右。超前小导管固结注浆的浆液在地层中凝固胶结砂石，形成一定范
28、围有一定强度的壳体。根据需要可选择单液注浆（纯水泥浆或水泥砂浆）和双液注浆（水泥浆和稀释水玻璃），如图14所示，也可根据对砂层的化学分析选用改性水玻璃浆液，能取得快速固结的效果。对双线或地铁车站大断面，在对地表下沉要求极严情况下，可选用长孔劈裂注浆，靠浆液挤压、填充地层缝隙或将软弱围岩压裂让浆液填充，以增加地层密实度，改变原物理力学性能。如图15如示。 4.1.2、长管棚长管棚控制地表下沉和防塌的效果比小导管注浆好，但在隧道中部使用时要加大开挖断面以作施工长管棚的工作室，而且长管棚施工的速度慢，造价高，因此仅在开口处邻近有建筑物、地下有管线和地质条件很差时才选用。采用地质钻机施工时，长管棚一般
29、选用108、159mm无缝钢管，长2040m，横向间距3060cm，外插角12，纵向搭接长34m。当使用条件、施工方法不同时，以上参数可随之变化。长管棚的施工方法有：4.1.2.1、地质钻机施工管棚这是过去常用的方法，使用反循环钻机钻孔，施工的精度为1%，当钻孔可能塌孔时拟采用跟管钻进。这种施工方法由于采用泥浆护壁，在管棚施工期可能引起地表510mm的沉降。4.1.2.2、夯管施工管棚本方法是用夯管锤将钢管夯至设计位置，适用于159400mm的钢管，长度在30m以内，可适用于卵石粒径小于管径的地层。根据管径、管长选择不同型号的夯管锤。夯入方法一般采用开口夯进。管中的土可不取出，也可以用螺旋钻机
30、、高压风、高压水等手段配合人工将土取出后注浆。夯管对地表的沉降影响小，施工精度高，施工速度快。崇文门东站377长22m的66根管棚，用TT350夯管锤，除去施工准备和收尾验收，施工期仅8天，平均每天完成管棚近8根。由于是无水作业，夯管时的地表沉降小于5mm，从隧道开挖到完成衬砌地表沉降量最大为35mm。该方法可能对地层产生较大的冲击力，邻近有地下管线时应测试对其影响。4.1.2.3、水平导向钻机施工管棚该钻机上配有无线电导向和纠偏系统施工误差可作到10cm，在钻进时采用膨润土护壁 ，钻进引起地面的沉降5mm，小于普通的地质钻机法，同时施工的速度也快。本方法适合于管径为108219mm的管棚，卵
31、石粒小于1/3管径。其适合铺设长度随以下施工方法不同而不同。水平导向钻机顶进管棚：本方法用水平导向钻机钻孔和顶进管棚，管长30m。崇文门站用TT40水平导向钻机施工108mm长27m的44根管棚，施工期11天，平均每天完成4根。水平导向钻机配合夯管锤：本方法在用水平导向钻机钻孔后，安装管棚时使用夯管锤，用直径159的管棚，管棚长度可达4050m。水平导向钻机回拖管棚：当管棚的另一端有工作室时，先用钻机沿管棚位置从一端钻至另一端的工作室，然后换扩孔钻头，扩孔后将钢管回拉到设计位置。用这种方法蒲黄榆车站完成了直径114，长146.6m的长管棚。施工误差在中砂层中20cm，一般地层10cm，精度比一
32、般的施工方法高，管棚长度比一般的施工方法长，节省了施作中间管棚施工工作室的工程量和时间。4.1.2.4、水平液压钻孔顶管机施工长管棚本设备主要有螺旋钻（旋扭机构和螺旋钻杆）、带挡梁的液压油缸（千斤顶）和带挡块的轨道，如图16所示。 顶进时液压油缸前端的顶头前伸，将钢管向前顶进，当顶进到一个行程时，将顶头缩回，并将油缸后的挡梁卡在下一挡块上开始下一行程的顶进。顶进和螺旋钻出土交替进行。待顶进到一节钢管长度时，顶管机退到起始位置，接长钢管和钻杆，开始下一循环的出土和顶进。本方法适用于较大直径的管棚，如果前方顶进时有障碍可进人处理。北京地铁五号线崇文门车站下穿既有地铁时采用的是直径600钢管，壁厚1
33、6mm，长36m，由6段组成，在正常情况下的前进速度为每小时1.5m。4.2、堵水、降水技术在松散地层中施工，有地下水时，不但影响机械作业，而且影响工程进度和工程质量。因此，必须杜绝带水作业，根据经济比较进行堵水或降水，做到无水施工。4.2.1、堵水4.2.1.1、洞内下台阶注浆堵水当地下水位在上台阶底面以下时，在开挖上台阶时可在其台阶底面进行短管注浆堵水，然后再开挖下台阶。这种堵水方法仅适用于地下水位在底板以上、深度不大及开挖断面小的条件。如图17所示。注浆参数根据地层情况而定。西单天安门区间注浆孔间距采用70100cm，浆液采用水泥、水玻璃浆，注浆压力0.61.0Mpa，注浆管的长度在底板
34、下0.5m。为便于注浆，管的下部分采用有孔的花管，注浆管用风钻顶入土中，为防止漏浆，在孔口处采用缠亚麻和喷砼等止浆措施。这种堵水效率只能达到70%90%，而且是单工序作业，影响施工进度，故较少使用。4.2.1.2、洞内周边注浆堵水当地下水位较高（在上台阶开挖有水），地面降水效果又达不到要求时（如上层滞水较大），则采用在开挖面的周围进行注浆堵水。4.2.1.3、地表堵水在距地下工程底部之下不远处如有隔水层则用地表帷幕注浆或旋喷桩间加旋喷以形成帷幕阻断地下开挖范围内的水源补给。如果无隔水层（或隔水层距底部距离较大），除帷幕注浆外，还应在开挖范围内进行全断面注浆，以便在工程底部形成注浆的堵水带。4.
35、2.2、降水4.2.2.1、洞内井点降水当地下水位在上台阶底面以下时，在开挖上台阶后在其底面上进行真空降水再开挖下台阶。如图18所示。井点管埋深H=h1+h+h2+h3=h1+h1+LI+h3h1上台阶底至底板的距离；h降水后底板至地下水位的距离，一般用0.5m；h2降水曲线高差；I降水曲线坡度，一般可取1/5； L中心至井点管的距离； h3-滤心管长度，一般用1.5m。井点管数（n）依据计算的井群出水量（Q）和单井出水量（q）进行计算，然后根据分布范围计算纵向间距a。抽水设备采用射流泵，型号根据出水量而定。以上计算和选型可参考有关资料。井点钻孔由于受到洞内高度限制，应将现有钻机进行改造。井点
36、结构如图19所示。洞内井点降水的适用条件同前洞内注浆堵水条件。洞水降水比注浆堵水的造阶低、效果好、施工干扰小，虽然降水和上台阶开挖部分可以平行作业，但下台阶开挖时仍为单工序作业，对进度的影响也很大，因此也很少使用。1、井点管；2、孔口封填土；3、滤层；4、滤管；5、钻孔。4.2.2.2、地下幅射井降水地下幅射井降水是在竖井的井底，向隧道底板下呈幅射状施工数座水平降水井，地下水经幅射井流到竖井底然后经抽水设备排出地表，施工幅射井的竖井可设在隧道内，但和施工有干扰，而且不能起到提前降水的作用，因此常在隧道旁从地面开挖专供幅射井施工的竖井。一般情况下，辐射井布置如图20所示，幅射井的长度可达50m。
37、幅射井的设计与施工一般由专业队进行。地下幅射井降水的降水效果较好，钻井的总长少，而且投入的抽水机少，但要增加竖井工程量，总的降水费用还是较高，因此当洞内井点降水达不到要求的降水效果，地面邻近有建筑物又不具备地面深井降水的条件时，或者经比较降水费用较低时，才采用地下幅射降水方案。4.2.2.3、地表井点降水这是降水常用方法，根据地质水文条件井点设计得当，完全可以达到无水施工，以加快进度。在布置井点时应控制单井抽水量，在施工时作好反滤层（一般要求反滤层达到120目），并且分段抽水，以减少因降水引起的地表沉陷和减少地下水的流失。4.2.3、截、降结合当地下工程底部之下无隔水层时，在开挖范围外做帷幕截
38、水，在帷幕内采用井点降水，可起到减少地下水流失，同时又达到降水的目的。4.3、邻近地表建筑物的施工技术4.3.1、基础（包括桩基）托换在地下工程的顶部如有高层建筑物，则必然会加大地表沉陷和建造物的不均匀沉陷，此时则应进行基础托换（托换方法略）。但这种方法费工费时，造价昂贵，且不宜长距离进行基础托换。当桩基侵入隧道开挖面内时，则应对桩基采取托换措施工，有条件并且又较经济的方法是可在地面加桩并作承台进行托换（方法略），否则可采取洞内托换，其施工顺序如图21所示。1、 桩；2、 扩大断面开挖；3、初期支护；、套拱；、模筑衬砌；6、断桩。开挖过桩位时前后要加大开挖断面，开挖通过后将套拱范围内桩四周的砼
39、凿除一定深度，然后施作套拱钢筋砼，待砼达到要求强度后断桩施作二次衬砌。套拱厚、长和钢筋配置应进行强度核算。4.3.2、开挖面外作围护结构在地下工程旁有建造物（甚至是高层建筑），其基础可能对地下工程产生一定侧压力，由于地下工程开挖破坏了其基础原来的应力扩散角，改变了原来的平衡状态，必然引起土体的水平位移，从而引起建筑物的不均匀沉陷。如果这种影响较小，可在侧面施作长管棚和加强初期支护抵抗侧向应力的强度来平衡其影响。如果这种影响较大时，则应在地下建筑物旁施作围护结构来平衡其影响。例如北京城市铁路东直门区间双连拱隧道从两座22层高楼之间穿行，而楼房基础标高在隧道底部之上4.7m，且距隧道结构水平距离仅
40、1.6m，由于采用钻孔桩作围护结构将楼房隔离，拱顶下沉平均为39mm，楼房基础下沉平均12.7mm，顺利通过该楼房地段。4.3.3、基础加固注浆在地下工程开挖前对地表建筑物的基础进行加固注浆可以减少建筑物的沉陷，在地下工程开挖后，建筑物的沉陷可能超限时进行分段跟踪注浆，注浆还可以对沉陷量进行调整。例如广州地铁越秀公园站的以太广场建筑物采用注浆加固地层，当个别点沉陷值超过25mm时，采用跟踪注浆使其累计沉陷值控制在30mm以内。4.4、结构防水在初期支护与二次模筑衬砌之间铺设的柔性防水层，能起到很好的防水效果，同时也为二衬应力变化产生的形变留有微量空间，避免二衬产生裂缝。但对整个结构的防水而言，
41、第一道防线应该是在初期支护与围岩之间进行的背后注浆，以此来填充两者之间的空隙，注浆浆液也能填充衬砌支护可能产生的裂缝，直至确认初期支护表面确实干燥无渗漏且基本平顺，才能铺设防水层。北京地铁复八线选用厚0.65mm的LDPE（低密度聚乙烯）或EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）作防水层，用厚4mm的PE（聚乙烯）泡沫塑料衬垫作缓冲层。其施工工艺实现了防水层无钉铺设，接缝依靠本身材料热合而成双焊缝，形成结构的关键性防水线。另一种防水板铺设方法为悬挂铺设，这是近几年采用PVC复合防水板（土工布和防水板粘接成一整体）后才使用的新方法。在防水板的背后设有吊带，铺设时将防水板通过吊带小木桩固定在喷砼上，两幅防水板
42、之间仍用前法焊接。这种铺设方法也是无钉铺设，但比前面的无钉铺设法简单，有一定的推广价值。4.5、机械配套技术4.5.1、有轨运输北京地铁早期施工采用有轨运输机械配套：上台阶用人工开挖，装圩胶轮车弃土于下台阶；下台阶用单臂掘进机或侧卸式装载机装圩2m3侧卸式矿车，经电瓶牵引至竖井底装简易罐笼，由JJK-8提升机提升，水平推至弃碴点内电动葫芦提起矿车一侧卸碴。以上配套方法存在以下问题：用单臂掘进机开挖台班费用太高，在粘性土含水量较高的地层，单臂掘进机的皮带粘附的土清理很麻烦。由于采用的单臂掘进机无法进行环状开挖，因此只能在下台阶使用，开挖速度受上台阶人工开挖速度的控制，因此施工效率不能完全发挥，对
43、加快施工进度帮助不大，因此现在已不用。提升的井架结构较复杂，占地面积大，而且在凿井阶段还得用临时提升，在井底形成井底车场和充电能力前，还得人工推车；当通道与区间在交叉点为90时，无法布置道岔。由于以上原因，目前已很少采用有轨运输机械配套方案。4.5.2、无轨运输人工开挖，双胶输车运输，运距长时用体积小、使用灵活的农用小四轮车，用电动葫芦配龙门架进行提升。从前用58t的普通电动葫芦，绳速为7m/分钟，配1m3吊桶，现在多用810t的快速电葫芦，绳速与14 m/分钟，配22.5m3吊桶，提升速度提高近一倍（如图22所示），由于吊桶提升占井筒面积小，在46m的井筒面积内布置两组提升装置，可满足施工进
44、度要求。使用小四轮存在内燃污梁，必须加大通风量以保证环保要求，由于小四轮的容量较大，可以在下台阶配合小型反向挖掘机进行挖装。下台阶的挖、装使用单臂推进机（如图23所示），虽然进度很快，但受到上台阶人工挖、装速度限制，至今仍未解决好上半断面的机械配套。目前较好的挖、装、运的方法是：斗容量0.61m3的电动侧卸式装载机配合812m3的梭式矿车、电瓶车牵引轨道运输至竖井，将土体倾卸位于竖井底部的1.82m3吊桶中，电葫芦提升至地面。做好井下运输轨道车场布置，尽可能多的使用大容量812m3梭式矿车或槽式列车在井下存土，以适应城市施工白天井下作业，夜间出土的要求。 图23 单臂推进机开挖台阶下部4.6、
45、监控量测现场监控量测是实施浅埋暗挖的重要手段，其内容包括支护结构及土体位移量测和支护应力量测两大类。在浅埋条件下，隧道开挖过程所引起的应变必将经覆盖层变化反映到地表，因此监控量测的对象，将主要针对地面沉陷、洞内拱顶下沉及覆盖土不同深度的竖向和水平位移。因此，整个工程地表测试系统的平面布置和地表、洞内测试系统的横向布置，必须与施工过程同步进行。在地表有建筑物时还应进行建筑物沉陷和倾率量测，如果需要爆破时还应进行震动纵向波速量测。如图24所示。6、浅埋暗挖关键技术及施工案例6.1、马头门开挖由竖井井壁进入暗挖通道，由通道进入区间，区间隧道开挖迂回风道，或由车站的暗挖风道进入暗挖车站主体，这种在墙壁
46、上开凿隧洞，谓之“马头门”开挖。任何实施马头门开挖都需将原通道墙部抬高至新开通道拱顶之上，以便于小导管注浆和架立格栅操作。6.1.1、竖井马头门开挖在竖井井壁开挖通道的马头门一般采用与竖井下挖同步进行，即在竖井挖至通道拱部时，先排管注浆加固地层并按预先计算好的在竖井上下两榀格栅之间嵌入相应的两榀并列通道格栅作为加强环。竖井继续下挖，通道弧形格栅继续下接，竖井到底，通道格栅也封闭成环。值得注意的是，此时通道刚开门尚未形成一个完整的受力体系，通道继续开挖时只能通过竖井的格栅空隙“掏洞”而入，且通道的格栅和纵向连接筋必须与竖井格栅焊牢，进入马头门先开挖上半断面，在邻近竖井35m内在上台阶底用临时横撑
47、加强，待上半断面进810m后再开挖下半断面。待下半断面进入了5m以上（马头门的格栅间距一般不得大于0.5m），全部封闭成环形成一个完整受力体系，方可破除竖井横向格栅，形成真正通道空间，如图25所示。1、马头门加固环 2、超前管棚 3、上半断面开挖 4、下半断面开挖6.1.2、进入区间隧道马头门开挖由横向的施工通道进入与其垂直的隧道施工，实际上是在通道的侧壁上开口进入隧道开挖，因此在开口破除横通道侧壁前如何安全地进行力的转换是施工的关键。为方便施工，一般均在横通道的起拱线下开挖马头门。一般情况下由于隧道比横通道高，为满足施工要求，因此要将横通道加高、加深。当开口隧道的断面较小时，可按前竖井马头门开挖的施工方法。目前地铁施工常用在隧道开口处作加固环的方法，用加固环承托横通道拱部的支护实现力的转换。如图示26所示。