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1、城市道路下浅埋水工隧洞暗挖施工 城市道路下浅埋水工隧洞暗挖施工工法中铁七局集团郑州工程有限公司 工法编号：EJGF242006一、前言随着城市的发展，城市地面5空间日益紧张。为减少施工对地面交通的干扰，减少拆迁，加快施工进度，城市道路下浅埋隧道采用暗挖技术施工越来越多地被应用到施工当中。南水北调中线京石段北京西四环暗涵工程在施工中采用了暗挖技术进行施工。在施工过程中采用超前小导管注浆预加固技术，对自稳能力差、易发生坍方的软弱围岩地质进行有效地加固，很好的解决了施工过程中的保证开挖面稳定、控制坍方的重点难点问题。支护结构采用整体性好，施工工艺简单，省工省料的喷射混凝土和网构格栅拱架组成的联合支撑
2、体系，有效地缩短了施工时间，并取得了良好的经济效益。通过全程进行跟踪监控量测，及时对检测数据进行分析，反馈指导施工，确保施工过程中洞室结构自身及地表的安全。本文对南水北调中线京石段北京西四环暗涵工程施工中应用的关键技术总结提炼，形成本工法，为类似工程施工提供参考和借鉴。二、工法特点1、扰民少，完全不影响交通；不拆迁或少量进行拆迁，占地少；节省投资等特点。2、采用小导管注浆预加固地层技术，施工工序简单，施工机械设备成本低，注浆材料来源广泛，加固效果好。3、合理的全圆断面初期支护与二次模筑砼所组成的复合式衬砌结构，是控制浅埋结构的地面沉陷较为科学的支护方式。4、整套施工监控技术与系统监控管理相印证
3、。三、适用范围本工法主要适用于不宜进行明挖施工的无水土质或砂、卵石等无粘结性地质情况。对于地下水含量较少或地下水位很低的地质情况，采用排、堵、引或降水等措施后仍可采用该方法。尤其对城市市区在结构埋置较浅（类似工程施工经验最小埋置深度浅至1米）、地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，而且对地面沉陷要求严格，且在交通干线下、人流来往密集或在不适合明挖的情况下修建地下水工隧洞较为合适。四、关键技术1、正确运用新奥法施工原理；2、无粘结地层预加固技术；3、钢筋网（双层）+钢格栅+纵向连接筋+喷射砼的综合支护体系作为地下开挖过程中的人员、设备安全及控制地表变形过大的可靠保证；4、系统的施工监控技术
4、；5、科学的衬砌结构有效地控制地表变形；6、合理的配套设备，优化劳动组合，科学施工管理。五、施工原则管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤监测。六、施工程序是开挖（加强支护施工辅助措施）（修改施工方案）（改变开挖步骤、程序）（修改支护参数）否混凝土衬砌防水层结 束混凝土衬砌背后回填灌浆支护 现场监控量测是否符合控制标准支护背后回填灌浆施工组织设计审批地层预加固及施工辅助措施施工准备（包括灌浆试验）施工组织设计审批施工程序流程图七、施工工艺1、施工组织（1）施工方法依据投标文件、施工承诺、围岩特性、断面大小、设备及施工环境和技术水平，考虑安全、经济、施工工期及环境保护慎重选择。（2）参考方案
5、 在砂砾(卵)石地层中开挖暗涵，宜采用上台阶环形开挖留核心体的分部开挖法，详见图1。DL2=(11.5)DL1=23m D图1 分部开挖法对穿越桥区段、人防工程及地铁设施时采用CRD，详见图2。 D1432243110m4-6m图2 CRD施工法2、上台阶环形开挖留核心体的分部开挖工艺（1）小导管超前注浆施工包括钻孔、布管、封口、注浆（浆液配置）四道工序。钻孔：超前小导管采用引孔顶入法进行掏孔。布管：小导管选用35mm的钢管加工而成，顶部切割成300mm长的圆锥状。管长1.7m2.5m，距尾部1000mm不开孔，剩余部分每隔200mm300mm 梅花型布设68mm的溢浆孔。小导管从起拱线以上沿
6、拱部轮廓线设置，环向间距300mm，排距500mm，外插角可根据格栅间距而定，一般在7-30之间。小导管应从格栅腹部空间穿过，插入已钻好的孔中，管身与格栅点焊连成一体。封口：为防止导管周围缝隙漏浆，要在导管周围用塑胶泥封堵，并用棉纱将孔口堵塞。对个别掌子面地质条件特差的围岩，在小导管安设后必须对工作面进行喷射混凝土封闭。喷射厚度视地质情况以50mm80mm为宜。浆液配制及注浆：小导管注浆前，应检查小导管是否通畅，如果小导管堵塞，立即用8.0或10.0的钢筋透析，直至通畅为止，再检查机械是否运转正常。检查小导管的同时，应同时检查浆液配对情况，根据图纸说明及现场施工分析，不同地质层施作不同浆液，浆
7、液有:改性水玻璃浆液、水泥净浆浆液、水泥砂浆浆液及水泥水玻璃双液浆浆液。注浆材料比选：改性水玻璃浆液：此浆液由硫酸与水稀释、水玻璃与水稀释以后配对而成，硫酸浓度达到98，水玻璃浓度达到40Be以上，配对此浆液人员应戴好防护用品，以防硫酸伤及施工人员，根据以往施工注浆经验及现场取样配对而确定，此浆液对砂砾层、粉细砂层、少量粘性土层及杂质填土层有非常好的注浆加固效果。此浆液优点：该浆液凝结时间早，初凝时间V配PH4.0时35min，终凝时间57min（采用精度PH试纸0.5-5.0），强度快，经现场试验室测试，最佳强度时间在终凝时间以后的360min以内，对地层有很好的超前加固效果。此浆液缺点：强
8、度来得早去得也快，在短时间内很容易被氧化，经试验室测试，强度一般在终凝时间以后的48h之内。所以此浆液不宜用于强度高、耐久性长的施工注浆，如：回填注浆，耐久性支撑注浆等。水泥净浆浆液：此浆液由水泥与水配制而成，水泥采用强度不低于42.5的硅酸盐水泥。此浆液优点：耐久性长、后期强度高，对后期强支撑回填有很好帮助。此浆液缺点：凝结时间慢、扩散度不好，对砂砾层，粉细砂层，粘性土层等空隙率小的地质层没有很好的效果。如掺外加剂注浆时容易堵管。另外要随时调整水灰比比例，所以，此浆液不宜用于开挖超前小导管注浆，因耽误开挖施工时间长，此浆液只能用于一衬或二衬回填注浆，强支撑注浆、耐久性注浆等，所以此浆液适用于
9、一衬或二衬回填注浆。水泥砂浆浆液：此浆液同水泥净浆浆液相似，由水泥水粉细砂配制而成，不宜用于超前小导管注浆，适用于一衬或二衬回填注浆。双液浆浆液：此浆液由水泥水水玻璃配制而成，水泥强度不低于42.5的硅酸盐水泥，原水玻璃浓度在40Be/以上。配制此浆液应分开配对，配对时应掌握好水灰比，水玻璃稀释浓度等，如果水灰比过大，水玻璃稀释浓度大，强度就小，凝结时间就很长，如果水灰比过小，水玻璃稀释小，强度虽大，凝结时间短，但注浆时速度慢，就很容易造成注浆管堵塞，如不及时疏通注浆管和清洗注浆泵，就会造成材料的浪费和机械的损坏。所以此浆液也不能作为超前小导管注浆。隧洞开挖初支施工，考虑到开挖尺寸短、时间快、
10、早封闭、控制塌方等因素，在现有的施工注浆中，采用改性水玻璃浆液，在采用此浆液时，应有专人配制，试验室人员现场指导，应根据注浆配比，现场地质层情况等因素，随时调整注浆材料用量及PH值等。配好浆液以后，施配人员应在掌子面现场取样，把取好的样品（大约一锹）放在注浆容器旁，将配对好的浆液缓慢倒在样品上，以样品饱和状态为准开始记录时间，如果初凝时间迟于3min或5min，可以判定此浆液PH值未达到施工要求，应继续缓慢地调配浆液，根据地质情况不同控制好PH值，在调配期间，应勤测试PH值及现场取样测试凝结时间，直至达到施工要求，在测试样品终凝时间期间，应作样品的相关强度试验，根据以往的施工经验及现场操作，在
11、现场作如下试验（例如：用手按样品，如样品不凹陷、不脱落，用脚踩样品，样品不松散等情况）可以判定此浆液达到施工要求。并记录好浆液在终凝时间至样品强度达到最佳状态下的这段时间差（一般在注浆完成2030min左右），此时间差为小导管注浆完成至土方开挖的间隔时间。改性水玻璃浆液可采用牛角泵灌注，注浆压力控制在0.30.5MPa。（2）上台阶环形开挖部：采用人工沿拱部轮廓线开挖，预留核心体，其断面应大于开挖轮廓面的40%-60%，每循环进尺为0.50.54m。（3）上半断面初期支护，包括：立拱、挂网、按纵向连接筋和喷射砼四道工序。网构格栅拱架是由主筋直径不小于22mm的16Mn钢筋采用矩形截面焊接而成。
12、网构格栅拱架安装应靠近围岩，与之有不小于4cm的保护层厚度，拱脚应设置在原状围岩上或下部加方木（视其地质条件的好坏而定）。钢格栅之间环向每隔0.7m设纵向连接筋，使其成为一个整体结构。钢筋网采用6、HPB筋制作，网孔间距100*100mm，网块为700mm*1500mm。网片应在格栅架立之后安装迎土面部分（第一层）及焊接纵向连接筋，初喷混凝土厚度达到15cm之后再挂迎水面网片筋（第二层） 纵向连接筋采用22，HRB筋，穿插在迎土面网片安装之后、喷混凝土之前进行。喷射混凝土选用42.5普通硅酸盐水泥（低碱）、中砂（无碱）、粗骨料（无碱或低碱）等原材料。喷射混凝土有干喷、潮喷及湿喷三种方式，从保护
13、环境上，采用潮喷及湿喷施工工艺。喷射混凝土厚度30cm,C30混凝土，分二次完成。喷射混凝土应采用分块进行，顺时针螺旋方向，自下而上进行。为了使施工更加安全，施工时需加入一定量的速凝剂。（4）核心体及下台阶开挖：可采用人工或小型机械开挖。（5）下半断面初期支护，包括：立拱、挂网、焊接纵向筋和喷射砼四道工序，施工工艺同上半断面。（6）碴土外运由于北京西四环暗涵输水洞断面尺寸较小，故采用上下台阶不平行作业施工方案。使用农用三轮车将碴土外运到竖井处后提升到碴仓存放。（7）初期支护与二次模筑衬砌之间设置防水板（EVA），防水板连接采用热塑、双焊道焊接，使其全部封闭。焊缝经试压不漏气后，方可绑扎钢筋。（
14、8）二次模筑砼必须在洞室围岩与一衬支护变形基本稳定后才能进行。二衬砼采用30cm厚C30砼，每次施作长度为8-12m。在大曲线或直线段采用模板台车施工，强度达到2.5MPa，可拆除堵头模板。3、防坍塌应急措施（1）严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤监测”十八字方针。（2）施工中尽量减少对围岩的扰动，优先选用人工开挖，配合短进尺的施工方式。（3）严格控制循环进尺，一次不能超过50cm；保证台阶长度，按1倍洞径进行控制。（4）开挖后应及时进行初期支护，尽快“落底”，及早封闭成环。当地层变坏时，应及时封闭掌子面，加强注浆来改善围岩性能，控制围岩变形。（5）当初期支护变形过大时，必须
15、停工，查找变形原因，并进行必要的加固处理后方可继续施工。（6）在低水位软岩地层施工时，应采用“排、堵、截”的方式进行综合降水，同时对暗涵周围进行加注浆来保证施工。（7）施工过程中，应对支护结构进行拱顶沉降及净空收敛进行观测，必要时对围岩位移进行测量，以便控制其稳定，确保地面的沉降。（8）严肃纪律，加强施工管理，严格按标准施工工艺进行施工，保证施工质量。4、现场监控量测现场监控量测是本工法的一个必不缺少的组成部分。为施工管理及时提供围岩稳定性和支护可靠性的信息、二次衬砌的合理施作、修改支护设计和变更施工方法的依据。（1）监控量测的项目及内容水工隧洞现场监控包括必测和选测两个项目。具体内容详见下表
16、一：（2）量测数据整理、分析与反馈每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面的关系图。对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度。数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或增加格栅等加固措施。（3）变形管理等级详见表二八、机具设备本工法所需主要设备、规格和数量见表三表一：监控量测项目和量测频率类别量测项目量测仪器和工具测点布置量测频率应测项目围岩及支护状态地质描述及拱架支护状态观察每一开挖环开挖后立即进行地表、地面建筑地下管线及构筑物变化水准仪和水平尺每10-50m一个断面，每断面7-11测点开挖面距量测断面前后2D时1-2次/d开挖面距量测断面
17、前后5D时1次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/w拱顶下沉水准仪、钢尺每5-30m一个断面，每断面1-3测点开挖面距量测断面前后2D时1-2次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/w周边净空收敛位移收敛计每5-100m一个断面，每断面2-3测点开挖面距量测断面前后2D时1-2次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/w选测项目围岩内部位移在面钻孔安放位移计、测斜仪等取代表性地段设一断面，每断面2-3孔开挖面距量测断面前后2D时1-2次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/w围岩压力及支护间应力压力传
18、感器每代表性地段设一断面 ，每一断面 15-20个测点开挖面距量测断面前后2D时1-2次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/w钢筋格栅拱架内力及外力支柱压力计或其它测力计每10-30榀钢拱架设一对测力计开挖面距量测断面前后2D时1-2次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/w初期支护、二次补砌内应力及表面压力砼内的应变计及应力计每代表性地地段设一断面，每断面11个测点开挖面距量测断面前后2D时1-2次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/d开挖面距量测断面前后5D时1次/w注：D为暗涵直径。表二：变形管理等级管理等级管理位移（mm
19、）施工状态三uuo/3可正常施工二uo/3u2uo/3应加强支护一u2uo/3应采取特殊措施说明：u-实测位移值； uo最大允许位移值表三：机械设备表系统设备构成设备名称及型号生产能力数量（每工作面）开挖设备系统开挖、装载设备SF电钻2m/min2反铲挖掘机1支护设备系统立拱挂网设备BX3-300-1电焊机3喷射砼设备ZPG-喷射机1模筑砼设备针梁式台车10m/循环1组合模板同上1-2（总计）注浆设备钻孔SF电钻2吹管1注浆牛角泵1运输设备系统运输设备小型农用三轮车2供气设备系统供气设备高压空压机201（总计）、1（备用）低压轴流风机3961供料设备强制式拌和机1九、质量标准本工法洞室断面尺寸
20、、初期支护外观、厚度、喷射砼强度，超前小导管质量、二次模注砼强度和衬砌厚度均应遵守京石段应急供水工程（北京段）西四环暗涵浅埋暗挖施工技术导则（2005年）、水工建筑物地下开挖工程施工技术规范（DL/T5099-1999）、水工砼施工规范（SL62-94）、地下工程防水技术规范（GB50086-2001）、地铁暗挖隧道注浆施工技术规程（DBF01-96-2004）、南水北调中线一期北京西四环暗涵工程施工质量评定验收标准（NSBD2-2006）有关质量检验标准。十、劳动组织1、施工组织采用如下结构形式（图三）常务副经理总工项目经理部资料试验技术调度室测量机械运输班二衬作业班综合保障班防水作业班钢构
21、加工班8#竖井工区环境保护部安全监察部财务部质量监察部综合办公室设备物资部计划合约部施工技术部图三 项目部施工组织结构图整个施工组织系统由项目经理、副经理、工区及工班长为主线的施工生产组织。由于水工隧洞是一项特殊、高危的专业化生产，要求各部门必须听从指挥，各工班互相协作和配合。2、劳动组织（1）运输班、机械班、量测组等班组采用专业班组运输班：负责洞内装、运机械的使用和管理及出碴。机械班：负责机械设备的维修与保养。量测组：负责开挖、初支和二初模筑放样，联系测量，监控量测。并作为重要的专业班组，直接受工程部技术指导。（2）开挖、支护作业则采用综合班组组织生产，按4班/6小时工作制，以作业项目来安排
22、劳力。见表四表四：综合工班人员配制作业项目作业内容人员配备（人）注浆作业钻孔、布管、封面、注浆5上台阶开挖破面、环形开挖、出碴8上台阶立拱挂网格栅定位、联接、焊纵向连接筋、挂网片8上台阶喷射砼喷射砼5下台阶开挖挖边墙、仰拱、出碴3下台阶立拱挂网格栅定位、联接、焊纵向连接筋、挂网片6下台阶喷射砼喷射砼5二次模筑砼模板台车安装、定位、砼浇筑及振捣10十一、安全技术措施本工法严格按第八款京石段应急供水工程（北京段）西四环暗涵浅埋暗挖施工技术导则（2005年）有关条文执行外，还按北京市市政基础设施工程暗挖施工安全技术规程（DBJ01-87-2005）相关条文执行。十二、效益分析社会效益：本工法保证了西
23、四环地面交通干线的畅通无阻，同时减少对公路路面、地下各种管线的破坏，保持了城市的原貌；使地下水工隧洞施工生产不受外界拆迁、交通等因素干扰，有利施工单位按流水法安排施工任务，加快施工生产进度；在施工期间不干扰广大市民的正常工作和生活，使城市远离噪音、尘土等公害。经济效益：使用本工法可节省大量的拆迁、安置等费用；本工法超前加固地层采用改性水玻璃浆液比传统的加固注浆节约了近一半机具设备和劳动力；支护结构采用网构格栅拱架比传统的钢拱架节约了大量原材料，每百米支护可节约钢材19吨，节约资金5.1万元；同时采取合理的混凝土配合比，有效地控制喷射混凝土的回弹率，每百米支护可节约混凝土16立方米，节约资金1.
24、5万元；综合经济效益每百米成洞支护可节省投资约7万元。南水北调中线干线工程京石段应急供水工程（北京段）西四环暗涵工程六标主洞总计1686（单洞）延米，总计节约资金达110余万元。十三、工程实例南水北调中线干线工程京石段应急供水工程（北京段）西四环暗涵工程六标，为双线并行输水隧洞，单线长1686米，直径4米，暗涵埋置深度510米，暗涵走向为南高北低，坡度为0.194，并行双洞轴线之间的净距离12.2米。洞身位于北京西四环交通主干线之下。地质为全新统的砂壤土、中细砂和圆砾之中，地质条件复杂，全为无粘结性地质。再加上北京西四环作为北京南北来往的动脉，车辆密集，大、重型车辆繁多，地面振动大，给施工带来意想不到的困难，同时位于市区内地下水、暖、气、电、污水等管线纵横交错，又增加了施工的难度。南水北调中线干线工程京石段应急供水工程（北京段）西四环暗涵工程六标采用本工法施工，从2005年6月开工，到2005年12月完工。历时6个月，没有发生任何安全质量事故。既保证了北京西四环道路的畅通，没有给广大市民带来任何的不便，又使城市远离噪声和尘土的危害，同时圆满完成了施工任务，得到业主及广大北京市民的好评。工程应用情况良好。15中铁七局集团有限公司