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1、双击此处修改或者删除页眉页脚信息 精品资源，临风文档。http:/ 摘要：全面总结了“浅埋暗挖法”的形成过程及其技术关键，介绍了“浅埋暗挖”在北京地铁车站工程中的应用及其配套技术。 关键词：地铁车站；浅埋暗挖法；注浆加固；大管棚护顶；挂网喷射混凝土；围岩监控测量 近十几年来，北京地铁及市政公用管线工程，越来越多的采用了“浅埋暗挖法”进行设计与施工。其使用范围之广，使用单位之多，发展速度之快，令国内外同行所瞩目。 刚刚建成通车的北京地铁“复-八线”全长12.7km，其中区间隧道长约7km，地铁西单站、天安门西站、王府井站、东单站等，均采用了“浅埋暗挖”技术设计施工。19941995年间，在北京长
2、安街下，用“浅埋暗挖法”还建成了20余条人行地下通道，建成了颇具名声的国家计委门前的大型地下停车库。近5年来，每年以数百公里计的各种市政公用地下管网，都采用了“浅埋暗挖”技术设计施工，可谓“浅埋暗挖”遍布北京市各个建设地区。 如今，这项技术已在全国各主要大城市，如广州地铁一号线、深圳地铁、郑州电力管线、徐州的地下通道等普遍使用。这项技术之所以发展很快，主要是因为我国地下空间的开发和利用历史不长，而“新奥法”的设计施工原理颇具新意，适于我国地下工程特点，其占地少、拆迁少、扰民少、影响交通少、污染环境少等特点，极其适合在城市，尤其是在城市中心区、旧城改造、繁华地带、交通拥挤地段进行各类地下工程建设
3、。目前，各地区结合自身的特点，利用“新奥法”原理进行设计、施工均有所发展，有所创造，通过不断总结，有所共识，并经过实践检验，形成了目前大家公认的所谓“浅埋暗挖”法原则。 但是，我们还应清醒地看到，该项按照“新奥法”原理兴起和发展的技术虽然已被广泛推广使用，仅就北京市的情况而言，并非所有的使用单位都真正地掌握了其真谛。无论在北京地铁工程中，还是在市政公用管线施工中，或因生搬硬套、或因片面性、或因配套技术不足，仅强调“只要会喷锚支护就会浅埋暗挖”的误导，造成坍塌、沉陷、渗漏、留下无穷后患的例子，也是常见的。因此，有必要对“浅埋暗挖法”设计施工进行深入的研究，综合分析，全面总结。本文仅就北京地铁“复
4、-八线”建设中，应用“浅埋暗挖法”设计施工主要战例概括性地进行分析总结。 1“浅埋暗挖”技术首次应用在北京地铁复兴门折返线工程 北京地铁复兴门折返线工程于1986年8月15日开工，1987年12月28日竣工。该工程主要是为了使苹果园至复兴门的地铁车辆，在复兴门底层站东端折返，从而使二环路下的北京地铁二期工程形成环线，使运输能力提高15倍以上。 鉴于该折返线工程处于繁华的长安街地下，显然，再按照过去北京一、二期地铁所采用的明开敞口、切断交通的施工方法已不可能。当时北京市地铁建设总指挥部和铁道部隧道工程局结合实际情况，利用“新奥法”的原理，研究了北京地表浮土610m以下暗挖设计施工的技术并得以实施
5、，即北京“浅埋暗挖法”产生了。这是北京地区进行地下工程设计施工的一次革命。 “新奥法”的基本原理是：在施工的全过程中保护围岩，调动和发挥围岩的自稳、自承能力，确保施工顺利进行，在工程竣工后，依靠围岩的固结和自承力，确保不塌不陷。这也是“浅埋暗挖法”的核心。从这一原则出发，可以根据地下工程的具体条件，灵活选择开挖方法、支护形式、喷锚技术、施作时机和辅助工程等。 复兴门折返线工程全长358m，包括南北区间正线隧道、渡线和各类别的洞室，共折合单线隧道长1098m，隧道断面31种，最大跨度为14.46m。全部折返线隧道工程埋深912m，穿过第四纪冲洪积砂砾层。隧道拱部穿过粉细砂层，边墙穿过砾石或砂砾层
6、，无胶结，松散、自稳能力差。 为了达到“地表沉降不大于30mm，不塌不陷、不渗不漏”的设计要求，确保工程质量，做到万无一失，边试验边施工，经专家认定，采用复合式衬砌法进行设计。初期支护的形式为网构刚架+钢筋网+C20喷射混凝土，厚30cm；二次衬砌为35cm厚的防水混凝土；在初期支护和二次衬砌间布设PVC防水板。通过研究实践，初步形成了一整套“浅埋暗挖”的设计施工技术。这里对3个主要技术环节简述如下。 1.1稳定地层，改造地层，提高松软地层的自稳能力 稳定地层的主要手段是用注浆加固隧道周边地层，用管棚加固隧道拱部地层。要根据地质和施工的具体情况确定注浆的范围、压力和材料，达到改善地层的物理力学
7、参数(E、C、)，提高地层的自稳能力。 大管棚护顶，就是运用钻机沿洞室拱部轮廓线钻设DN115的钢管，布设范围为80140，每m布4根且管内注满水泥浆液。从开挖到进尺，整个洞室处于大管棚的支护之下。 小导管注浆加固地层，就是利用DN42mm的小型钢管，在洞室周围按3050cm间距布设，压注水泥或水玻璃浆液，填充砂砾层孔隙，使之凝固胶结成为具有一定强度的壳体，为施工创造一个安全的环境。当时，市政府曾拨专款，组成试验小组，在复兴门折返线粉细砂地层中注射改性水玻璃砂浆，试验固结效果，一举成功。 1.2开挖及初期支护是施作地下工程的关键 一般在单洞掘进时采用上下台阶法施工，在上台阶开挖中采用环行开挖留
8、核心土稳定掌子面的方法。同时，在上台阶开挖中，要紧跟下台阶的开挖支护，使初期支护一次成环封闭，增强围岩的承载能力。上下台阶开挖相错，视地质情况，以1.52.5倍洞室的跨度为宜。 初期支护是由钢筋格栅、挂网喷射混凝土构成。格栅的制作及布设必须保证刚度和工艺要求。应强调架立上台阶格栅时，要加大拱脚或拱脚锚固的力度，以防下沉。在上下台阶格栅连接时，要注意连接部位的拱脚，必须保持干净，清理回弹料。拱部环状开挖、钢筋挂网喷射混凝土作为初期支护，要求承受全部荷载。同时，应重视回填注浆，即初期支护和二次衬砌完成后，应紧跟拱部回填注浆，填实拱部土层、初期支护与二次衬砌的间隙，对确保结构安全和控制地表沉降十分重
9、要。还要指出的是，折返线暗挖施工中锚杆是被广泛应用的一种围岩支护加固的形式。因此锚杆的布设和安装质量也直接影响支护稳定围岩的作用。 1.3围岩的监控量测是暗挖施工中必不可少的保证措施 突出强调监控量测技术，是因为暗挖施工时要全力掌握整个施工过程中的力学变化动态，并力求全面掌握其规律。根据围岩支护衬砌的力学变化特性曲线，评价开挖和支护的安全度，在开挖步骤、支护参数、施工程序等方面及时进行调整，为整体工程的调控提供科学依据，使开挖和支护处于最佳的受控状态。 复兴门折返线已建成十几年，经过1989年坦克车连续通过的考验，证明其结构安全可靠，其基本经验是成功的。经市政府专家顾问组和市地铁建设总指挥部共
10、同研究，归纳总结出24字方针“管超前、严注浆、短开挖、强支护、稳中央、速封闭、多试验、勤量测”，起名为“浅埋暗挖”法原则。 2“浅埋暗挖”技术的推广应用 通过复兴门折返线的建设，一整套的“浅埋暗挖”技术形成后，首先在北京地铁“复-八线”建设中得到了充分的使用和肯定。北京地铁建设总指挥部在19901992年间多次开会、请专家论证，明确要求地铁西单站、天安门西站、天安门东站、王府井站、东单站用“浅埋暗挖法”设计施工。为地铁“复-八线”建成通车突破难关奠定了坚实的基础。各个地铁车站根据不同地质情况确定的施工方法如下： 2.1西单站采用“双眼镜法”施工 西单地铁车站于1989年4月底开标，同年7月15
11、日开工，1992年10月10日竣工试运行，比同类工程缩短工期1年左右。该车站的施工是在松软土质中进行的，综合运用了6项技术，即大管棚护顶强支护、小导管严注浆加固、短快开挖支撑基础、梁板柱相接力平衡、刚柔结合复合防水，监控量测调控指导(详见本刊1993，(1)：25)。 2.2天安门西站、王府井站和东单站的暗挖施作方法 2.2.1天安门西站全长226.1m，宽23.8m，高15.25m，结构覆土厚5.8m。车站主体穿过粘土、亚粘土和砂砾石地层，地下承压水位在结构底板以上1.5m，有7条市政公用管线于站顶穿过。地处人民大会堂西侧路和石碑胡同之间。 经过优化各种暗挖方案后，决定该站采用洞柱结合的暗挖
12、逆作法(见图1)。实际上是沿袭了“盖挖逆作”的方法。与一般暗挖法相比，其具有如下特点：先施作车站承载结构，再逐步实施开挖、加载。开挖时无明显力的转换，可有效控制地面沉降，保证施工安全。施作时，首先在车站仰拱部位作4个小导洞，用人工挖孔到车站的底板位置，再对应挖下面的4个小导洞，在下面的4个小导洞内施作条形基础，然后作中柱和顶梁，自上而下紧跟施作扣拱、中隔板及边墙、封闭成环。这样的施工方法安全可靠，依靠天、地梁和中柱承受了全部动载和静载，为大面积的开挖创造了条件；为适应这种特殊工艺的需要，车站主体结构由原来的三拱、两柱、曲墙、仰拱，改为三拱、两柱、直墙、平底板。为施工安全，开挖时巧妙地将正作和逆
13、作相结合。 图1暗挖逆作法示意 该方法的优点是改变了地下工程暗挖中习惯的分块开挖支护，以小环封闭通过力的转换到大环封闭，造成临时工程多、拆除量大的问题。同时，这种洞柱结合暗挖逆作法直接完成永久性结构，减少了地下结构施作时多次力的转换和干扰，有利于保证施工质量，控制地面下沉，降低工程造价。 不足之处是在小导洞内作梁、柱基础，施工环境差，且人工挖孔不安全因素多。另外，通过小导洞的延伸开挖，施作边墙，缺乏整体性，零碎、表面凹凸不平，如处理不好影响 二次衬砌防水效果。 2.2.2天安门东站地处天安门广场东侧，历史博物馆北侧，长安街下，采用三跨两柱三层箱式结构形式。全长218.3m，宽160m，高15.
14、25m，地上覆地厚度1.5m。车站主体位于杂填土、砂粘土、亚粘土和圆砾土中。各种市政公用管线在纵横交错的地表土中通过。由于该站有临时围挡和交通疏导的条件，可占用土地。首先，用“浅埋暗挖法”完成地下条形基础的施作，并结合人工挖孔的办法施作边桩和中柱，然后顶上扣盖形成封闭，为开挖创造条件。 该方法实际是把传统的“盖挖逆作法”和“浅埋暗挖法”相结合，称为“条形基础盖挖逆作法”(见图2)。其特点是利用传统的人工挖孔形成柱体结构，施作地下条形基础，利用无入土深度边桩作为周边围护结构，操作程序便捷。 图2条形基础盖挖逆作法示意 但其不足之处明显存在。尽管天安门东站创造了从地面较大范围围挡到顶盖封闭、恢复路
15、面通车仅用139d的施工记录(一般盖挖法需1年左右时间)，具有较大的社会效益和经济效益，但在城市闹市区要获得大面积围挡139d的机会仍是不可多得的。同时，人工挖孔桩的危险因素导致不宜多用。所以，天安门东站的“条形基础盖挖逆作法”只是特定环境下，从实际出发的特定设计施工方法。 2.2.3王府井站位于东长安街与王府井大街十字交叉路口，全长241.4m，宽24.3m，高14.21m。其所处地理位置、环境因素、工程地质和水文地质条件与天安门东、西站大致相同，属第四纪地层。所不同的是地下水丰富，共分3层：上层滞水埋深4.55m，主要分布在轻亚粘土层；中间为潜水层，位于地下13.5m左右的中细砂中；下层为
16、承压水，埋在17m左右的中粗砂、砾砂及卵石层中。因此该站施工方法不但要暗挖，而且必须解决好防治水问题。 经反复比较研究，最后确定采用“浅埋暗挖桩柱支撑法”，利用车站上部无水地层空间进行有水地层的护壁桩和中间支撑桩柱的施作，结合大管棚和小导管注浆加固地层的传统做法形成车站初期支护，与前述天安门东站西站类似。所不同的是在桩柱完成后，在边桩间先施作帷幕注浆，再继续完成洞体内的开挖和各项结构工程。 其施工特点是：在有承压水和潜水的情况下，利用自然存在的无水层施作边桩、中柱、支护并合理布设帷幕注浆，形成大作业空间，按程序完成桩、柱、梁板的制作及连接，整体灌注车站结构和施作防水，既解决了在松散地层超浅埋暗
17、挖时，地下洞体系统支护结构的安全可靠性，有效地控制了地表沉降，同时解决了带水施工和无水作业，防止了因施工需要各种防排水措施对地下水资源的破坏，减少了因降水引起的地表沉降，确保周围建筑物的安全。 同样还存在不足，如：注浆的配制条件、人工(或机械)操作的工艺水平和地层结构的特点等，都存在可变性，因此，帷幕注浆的封闭，可靠性受到影响，难免出现渗漏。同时，地下导洞内钻孔机具操作空间较小，难于操作。 另外，在施工过程中，首先完成初期支护，形成单柱双跨结构，然后转换成两柱三跨双层结构，需拆除两层横支撑和中柱造成废弃工程量较大。 2.2.4地铁东单站全长241.3m，宽22.4m，高13.73m。地下水文地
18、质资料类似于王府井站，施工方法也类同。 3北京地铁“浅埋暗挖法”施工中常用的配套技术 (1)新型结构复合式衬砌防水在初期喷锚支护与二次衬砌模筑混凝土之间，铺设一层柔性的防水材料，例如LDPE、PVC、EVA、ECB等，只要施工工艺和管理工作到位，可以做到不渗不漏。 (2)降水技术这一重要的配套技术，施作简单、效果好，特别是井点降水方法技术简单。如地铁永安里车站建设时，用井点降水获得较大成功。所有降水方法都要考虑好地表和建筑物的沉降及对水资源保护问题。 (3)注浆加固技术地层的注浆工艺和浆液配比要因地制宜。如在粉细砂地层中，改压注水泥砂浆为改性水玻璃注浆，起到了快速凝固的更好效果。 (4)冷冻法施工技术该项技术在地铁“复-八线”大北窑热电厂区间松散流体地层中应用，取得较好效果，但造价昂贵。 (5)半断面插板盾构技术“复-八线”建国门站试用，为北京地铁建设全面使用盾构技术取得了一定经验。 (6)通用小型机械设备不求更先进但求配套，起到了“快、小、灵”的作用。如拱部开挖配皮带运输、下部开挖试用单臂掘进机、二次衬砌利用泵送混凝土至模板台车、洞内运输采用电瓶车带动梭式矿车(8m3)等，都是普通设备，只要安排组织好，可节省大量人力，提高工作效果，区间隧道可月掘进100m以上。 - 11 -