城市地铁施工概论演讲

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1、 前 言 轨 道 交 通 作 为 城 市 重 大 的 公 益 性 基 础 设 施 工 程 ， 近 年 来 正 飞 速 发 展 。 修 建 地铁 常 用 的 浅 埋 暗 挖 技 术 、 明 挖 、 盖 挖 及 盾 构 ， 均 根 据 不 同 的 地 理 环 境 和 水 文 、 地 质条 件 被 普 遍 采 用 ， 并 不 断 取 得 技 术 进 步 。 本 文 只 是 对 这 些 工 法 作 一 次 系 统 梳 理 ， 同时 针 对 施 工 现 场 经 常 出 现 的 一 些 关 键 技 术 提 出 对 策 。 一 、 概 述 在 城 市 软 弱 围 岩 地 层 中 ， 在 浅 埋 条 件 下

2、修 建 地 下 工 程 ， 以 改 造 地 质 条 件 为前 提 ， 以 控 制 地 表 沉 降 为 重 点 ， 以 格 栅 （ 或 其 他 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 。 “新 奥 法 ” 的 核 心 是 以 维 护 和 利 用 围 岩 的 自 承 能 力 为 基 点 ， 使

3、 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 柔 度 以 利 用 和 充 分 发 挥 围 岩 的 自 承 能 力 。 而 作 用 于 浅 埋 隧 道 上 的 地 层 压 力 是 覆 盖层 的 全 部 或 部 分 土 柱 重 ， 其 地 层 压 力 和 支 护 的 刚 柔 度 关 联 不 大 ， 从 减 少 地 表 沉 陷 的城 市 要 求 角 度 出 发 ， 还 要 求 初 期 支 护 有 一 定 刚 度 。 设 计 时 并 没 有 充 分 考 虑 利 用 围 岩

4、的 自 承 能 力 。 这 正 是 浅 埋 暗 挖 技 术 与 “ 新 奥 法 ” 的 不 同 点 。 但 是 ， 浅 埋 暗 挖 技 术 仍 然 遵 循 了 “ 新 奥 法 ” 施 工 的 大 部 分 原 则 ， 如 以 锚 喷 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 支与 围 岩 密 贴 ； 量 测 信 息 反 馈 指 导 设 计 施 工 等 。二 、 浅 埋 暗 挖 与 “ 新 奥 法 ” （ NATM） 三 、 浅 埋 暗 挖 技 术 的 特 点 浅 埋 暗 挖 技 术 从 减 少

5、 城 市 地 表 沉 陷 考 虑 ， 还 必 须 辅 之 与 其 他 配 套 技 术 ， 如 地 层 加固 、 降 水 等 。 从 工 程 条 件 出 发 ， 还 必 须 熟 悉 在 不 同 条 件 下 的 马 头 门 开 挖 ， 断 面 变 化 地高 （ 诸 如 扩 大 爬 高 转 弯 等 ） 开 挖 ， 由 明 挖 进 入 暗 挖 的 破 桩 ， 分 部 开 挖 完 成 自 下 而 上的 二 次 衬 砌 前 的 “ 托 梁 换 柱 ” 以 实 现 “ 力 的 转 换 ” 以 确 保 安 全 等 诸 多 关 键 技 术 。 浅 埋 暗 挖 的 另 一 个 特 点 是 十 分 讲 究 施 工

6、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 机 构 型 式 和 正 确 的 施 工 方 法 能 起 到 事 半 功 倍 的 作 用 。 四 、 常 用 的 单 跨 隧 道 浅 埋 暗 挖 方 法1.开 挖 方 法 选 择根 据 开 挖 断 面 大 小 ， 在 一 般 条 件 下 有 如 图 1所 示 的 开 挖 方 法 。单 跨 隧 道 （ 洞 ） 开 挖 宽 12m开 挖 宽 1216m 开 挖 宽 1622m 台 阶 开 挖 法CD法CRD法PBA法双 侧 壁 导 坑 法 （ 4） 、 法（ 1） 、 台 阶 法 （ 2）

7、、 法 （ 3） 、 法（ 5） 、 双 侧 壁 导 坑 法图 2 开 挖 顺 序 示 意 图 法 2.施 工 顺 序各 种 施 工 方 法 的 施 工 顺 序 如 图 2所 示 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 3.5 4.5m， 或 以 人 站 立 方 便 操 作 选择 台 阶 高 度 。 台 阶 长 度 的 选 择 参 见 图 3示 ：图 3 台 阶 长

8、度 进 行 台 阶 开 挖 时 的 辅 助 施 工 方 法 环 状 开 挖 留 核 心 土 并 设 锁 脚 锚 管 22 图 4 上 台 阶 环 状 开 挖锁 脚 锚 管 1-21-11-21-1 下 台 阶 除 可 一 次 开 挖 外 ， 根 据 地 质 条 件 又 可 分 别 选 用 图 5所 示 的 开 挖 方 法 ： 图 5 下 台 阶 开 挖 方 法 （ 三 ） 留 核 心 土（ 二 ） 先 挖 核 心 土（ 一 ） 左 、 右 错 进 初 次 支 护 背 后 注 浆 特 殊 不 良 地 质 条 件 在 上 台 阶 的 底 部 设 临 时 仰 拱 ， 或 者 在 上 台 阶 的 拱

9、顶 下 设临 时 立 柱 ， 有 利 于 减 少 围 岩 的 收 敛 和 拱 顶 的 下 沉 。 4.CD法 和 CRD法 （ 中 隔 墙 法 和 交 叉 中 隔 墙 法 ）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)CD 77 84 6 20CRD 26 30 2.3 9 CRD工 法 施 工 实 例 5.PBA法6.双 侧 壁 导 坑 法 双 侧 壁 导 坑 法 工 程 实 例 五 、 单 跨 隧 道 分 部 开 挖 完 成 及 进 行 二 次 衬 砌 应 遵 循 的 原 则

10、14950 8420第 一 步 密 排 小 导 管 施 工 ， 注 浆 加 固 前 方 土 体 14950 8420第 二 步 左 侧 壁 上 导 坑 台 阶 法 开 挖 ， 留 核 心 土 ， 初 期 支 护3501900170020060临 时 支 护350 4400 250 14950 8420第 四 步 左 侧 壁 下 导 坑 开 挖 超 过 15m， 开 始 右 侧 壁 上 导 坑 台 阶 法 开 挖 ， 留 核 心 土 ， 初 期 支 护3503600 200350350 4400 2503920 临 时 支 护 350250 4400 3根 锁 脚 锚 杆 长 3m 3根 锁 脚

11、 锚 杆 长 3m 14950 8420第 三 步 左 侧 壁 上 导 坑 开 挖 进 尺 超 过 15m， 开 始 左 侧 壁 下 导 坑 台 阶 法 开 挖 ， 留 核 心 土 ， 初 期 支 护350360020020201900350 临 时 支 护350 4400 250 14950 8420第 五 步 右 侧 壁 上 导 坑 开 挖 超 过 15m， 开 始 右 侧 壁 下 导 坑 台 阶 法 开 挖 ， 初 期 支 护3503600200350 临 时 支 护350 4400 2503920 350360020020201900350 350250 4400 14950 8420

12、第 六 步 左 侧 壁 底 板 防 水 层 保 护 层 、 底 板 防 水 层 ， 二 次 衬 砌350 4400 250 350250 440024001000 300 350360020015025001200703501000 14950 842 0 第 七 步 左 侧 壁 拆 除 横 向 临 时 支 护 ， 立 侧 墙 与 顶 板 模 板 ， 支 架 体 系 ， 侧 墙 与 顶 板 防 水 层 ， 侧 墙 与 顶 板 二 次 衬 砌 350250 440024001000 300 1200703502400 5350110035047501000 300 35019001700200

13、14950 842 0 第 八 步 右 侧 壁 底 板 防 水 层 保 护 层 ， 底 板 ， 侧 墙 与 顶 板 防 水 层 ， 二 次 衬 砌 同 左 侧 壁120070350 53501100350350 4400 250 3504400250 14950 8420 第 九 步 中 上 导 坑 台 阶 法 开 挖 ， 留 核 心 土 ， 初 期 支 护 临 时 支 护350 4400 250 4950 250 4400 350350 14950 842 0 第 十 步 中 洞 顶 板 防 水 层 ， 立 中 洞 顶 板 支 架 、 模 板 、 中 洞 顶 板 二 次 衬 砌 350 44

14、00 250 4950 250 4400 350 350 14950 8420第 十 一 步 拆 除 支 架 体 系 、 模 板 ， 中 洞 下 导 坑 开 挖350350 4400 250 4950 250 4400 350 14950 8420第 十 二 步 中 洞 底 板 防 水 层 保 护 层 ， 底 板 防 水 层 ， 中 洞 底 板 二 次 衬 砌 ， 拆 除 支 架 模 板 形 成 闭 合 框 架3503503501000 12250 35011005350 120070 1000 六 、 城 市 地 铁 车 站 暗 挖 施 工1.侧 洞 法 11 图 11 侧 洞 法 施 工

15、顺 序 图 86 10 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 。 2. PBA法 99 9 1111 7 434 11111 11 1 图 12 法 施 工 顺 序 图 1、 上 下

16、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 。 3.中 洞 法 55 1图 13 中 洞 法 施 工 顺 序 图 1、 用 CRD法 开 挖 中

17、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 。 4.柱 洞 法 99 73 1 99 1 图 14 柱 洞 法 施 工 顺 序 图 51、 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

18、； 、中 洞 拱 部 ； 5、 用 台 阶 法 开 挖 中 洞 楼 板 以 上 部 分 ； 、 中 洞 楼 板 ； 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 。 5.分 离 岛 式 车 站 施 工 方 法 七 、 浅 埋 暗 挖 二 十 问一 问 ： “ 十 八 字 方 针 ” 是 什 么 ？二 问 ： 超 前 小 导 管 注 浆 的 作 用 是 什 么 ？三 问 ： 关 于 地 下 水 的 问 题 ， 在 地 下

19、工 程 施 工 中 ， “ 成 也 是 水 ， 败 也 是 水 ” 的 含 义 是 什 么 ？四 问 ： 初 支 格 栅 节 点 螺 栓 ， 都 能 拧 紧 吗 ？ 拧 不 紧 怎 么 办 ？五 问 ： 上 半 断 面 台 阶 有 多 长 ？ 何 时 封 闭 成 环 ？ 六 问 ： 工 程 周 边 管 网 调 查 清 楚 了 吗 ？ 有 何 对 策 ？ 七 问 ： 天 天 都 量 测 ， 然 而 你 重 视 分 析 量 测 成 果 吗 ？ 即 时 采 取 对 策 吗 ？八 问 ： 二 次 衬 砌 的 保 护 层 有 何 作 用 ？ 迎 水 面 的 保 护 层 也 重 要 吗 ？九 问 ： 正

20、台 阶 分 层 开 挖 ， 台 阶 有 坡 度 吗 ？十 问 ： 初 支 背 后 和 二 衬 背 后 都 注 浆 吗 ？ 何 时 注 浆 ？ 注 什 么 浆 液 ？十 一 问 ： 二 衬 导 墙 是 怎 么 回 事 ？ 为 什 么 要 与 仰 拱 同 时 浇 注 ？十 二 问 ： 你 在 乎 竖 井 周 边 堆 土 的 荷 载 和 动 载 影 响 吗 ？ 214 3 - - 竖 井 马 头 门 施 工 顺 序 图21 十 三 问 ： 开 马 头 门 有 什 么 原 则 ？ 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 十 五 问

21、 ： 掌 子 面 都 需 要 封 闭 吗 ？十 四 问 ： 大 断 面 采 用 CRD或 双 侧 壁 导 坑 施 工 ， 完 成 初 次 支 护 后 ， 是 采 用 分 部 二 衬 还 是 使 用 台 车 进 行 全 断 面 衬 砌 ？十 六 问 ： 为 什 么 坍 方 、 冒 顶 、 流 沙 、 涌 水 多 出 现 在 风 道 或 出 入 口 、 人 防 段 换 乘 通 道 地 段 ？十 八 问 ： 双 连 拱 区 间 隧 道 如 何 施 工 ？十 九 问 ： 如 何 实 现 暗 挖 隧 道 的 机 械 化 施 工 ?十 七 问 ： 任 何 地 质 条 件 都 必 须 采 用 小 导 管 超

22、 前 予 注 浆 吗 ？二 十 问 ： 请 谈 谈 暗 挖 隧 道 的 通 风 方 式 一 、 概 述 先 施 作 车 站 周 边 围 护 桩 和 结 构 主 体 桩 柱 ， 然 后 将 结 构 盖 板 置 于 桩 （ 围 护 桩 ） 、柱 （ 钢 管 柱 或 混 凝 土 柱 ） 之 上 ， 自 上 而 下 完 成 土 方 开 挖 和 边 墙 、 中 隔 板 及 底 板 衬 砌的 施 工 方 法 ， 谓 之 盖 挖 逆 作 法 。 l 快 速 覆 盖 ， 缩 短 中 断 交 通 的 时 间 ；l 自 上 而 下 由 顶 板 、 中 隔 板 及 水 平 支 撑 ， 刚 度 大 ， 在 一 个 相

23、 对 安 全 环 境 里 作业 ；l 占 地 少 ， 回 填 量 小 ； 可 分 层 施 工 ， 也 可 分 左 右 两 幅 施 工 ， 交 通 道 改 灵 活 ；l 不 受 季 节 影 响 ， 无 冬 施 要 求 ， 低 噪 音 ， 少 扰 民 ；l 设 备 简 单 ， 不 需 大 型 设 备 ， 操 作 空 间 大 ， 操 作 环 境 相 对 好 。二 、 盖 挖 逆 作 法 的 施 工 特 点 盖 挖 逆 作 法 是 在 明 挖 内 支 撑 基 坑 基 础 上 发 展 起 来 的 。 施 工 过 程 中 不需 设 置 临 时 支 撑 ， 而 是 借 助 结 构 顶 板 、 中 隔 板 自

24、 身 的 水 平 刚 度 和 抗 压 强度 ， 实 现 对 基 坑 围 护 桩 （ 墙 ） 的 支 护 作 用 。 其 工 法 特 点 是 ： 三 、 盖 挖 逆 作 法 的 施 工 步 骤 ： 简 言 之 ， 其 施 工 步 骤 为 ： 一 柱 、 二 盖 、 三 板 、 四 墙 、 五 底 。 钻 孔 灌 注 桩第 一 步 ： 占 用 半 幅 路 面 ， 施 做 基 坑 维 护 结 构 ， 中间 立 柱 下 桩 基 及 中 间 立 柱 钻 孔 灌 注 桩 第 二 步 ： 占 用 半 幅 路 面 ， 施 做 另 一 侧 基 坑 维 护 结构 ， 中 间 立 柱 下 桩 基 及 中 间 立 柱

25、 中 间 立 柱 (钢 管 柱 ) 柱 下 桩 基钻 孔 灌 注 桩 第 三 步 ： 开 挖 基 坑 ， 施 作 浅 基 坑 保 护 墙 ， 开 挖至 顶 板 底 面 标 高 处 第 四 步 ： 施 作 结 构 顶 板 ， 顶 梁 ， 敷 设 顶 板 防 水层 第 五 步 ： 回 填 顶 板 覆 土 ， 恢 复 地 面 交 通 ， 开 挖基 坑 至 中 楼 板 底 面 标 高 处 中 间 立 柱 (钢 管 柱 ) 柱 下 桩 基钻 孔 灌 注 桩 第 六 步 ： 施 作 中 楼 板 、 纵 梁 及 内 衬 墙 ， 继 续 开挖 基 坑 至 基 坑 底 设 计 标 高 处 第 七 步 ： 施 作

26、 底 板 垫 层 ， 防 水 层 ， 底 板 及 纵 梁 ，施 作 内 衬 墙 ， 完 成 主 体 结 构 钻 孔 灌 注 桩 第 一 步 ： 占 用 半 幅 路 面 ， 施 做 基 坑 维 护 结 构 ， 中间 立 柱 下 桩 基 及 中 间 立 柱 钻 孔 灌 注 桩 第 二 步 ： 占 用 半 幅 路 面 ， 施 做 另 一 侧 基 坑 维 护 结构 ， 中 间 立 柱 下 桩 基 及 中 间 立 柱 中 间 立 柱 (钢 管 柱 ) 柱 下 桩 基钻 孔 灌 注 桩 第 三 步 ： 开 挖 基 坑 ， 施 作 浅 基 坑 保 护 墙 ， 开 挖至 顶 板 底 面 标 高 处 第 四 步

27、 ： 施 作 结 构 顶 板 ， 顶 梁 ， 敷 设 顶 板 防 水层 第 五 步 ： 回 填 顶 板 覆 土 ， 恢 复 地 面 交 通 ， 开 挖基 坑 至 中 楼 板 底 面 标 高 处 中 间 立 柱 (钢 管 柱 ) 柱 下 桩 基钻 孔 灌 注 桩 第 六 步 ： 施 作 中 楼 板 、 纵 梁 及 内 衬 墙 ， 继 续 开挖 基 坑 至 基 坑 底 设 计 标 高 处 第 七 步 ： 施 作 底 板 垫 层 ， 防 水 层 ， 底 板 及 纵 梁 ，施 作 内 衬 墙 ， 完 成 主 体 结 构 四 、 盖 挖 逆 作 法 的 关 键 技 术五 、 盖 挖 逆 作 实 施 过

28、程 容 易 被 忽 略 的 几 个 问 题 一 、 概 述 城 市 地 铁 车 站 、 区 间 及 相 关 配 套 的 风 道 、 出 入 口 、 行 车 线 等 工 程 ， 只 要 条 件许 可 ， 应 优 先 考 虑 采 用 明 挖 施 工 。 因 为 不 论 从 施 工 的 难 易 程 度 、 工 程 造 价 、 工 期 、 风 险等 考 虑 ， 明 挖 法 都 有 明 显 优 势 。 明 挖 法 是 在 以 桩 锚 体 系 、 桩 撑 体 系 及 土 钉 墙 作 为 围 护 结 构 ， 进 行 土 方 开 挖 和主 体 结 构 施 作 。 其 主 体 结 构 多 为 两 层 或 多 层

29、 框 架 式 结 构 型 式 。 .明 挖 车 站 框 架 式 结 构 图 二 、 前 期 准 备 工 作三 、 围 护 结 构 平 整 场 地加 工 护 筒钢 筋 笼 制 作吊 装 钢 筋 笼 测 量 沉 碴 厚 度施 工 准 备测 量 定 位沉 埋 护 筒钻 机 就 位钻 进清 孔钢 筋 笼 就 位二 次 清 孔灌 水 下 混 土 混 凝 土 养 生起 拔 护 筒凿 除 桩 头 、 施 工 冠 梁测 量 钻 孔 深 度 、 斜 度 、直 径设 隔 水 装 置设 溜 槽 和 漏 斗 斗 钻 孔 注 泥 浆泥 浆 循 环废 浆 排 弃拼 装 导 管 检 查 导管坍 落 度 测 试 土商 品 砼

30、 运 输商 品 砼 生 产 供 水循 环 池沉 淀 池图 2.钻 孔 桩 施 工 流 程 图 （ 一 ） 钻 孔 灌 注 桩1、 钻 孔 灌 注 桩 施 工 流 程 2、 钻 孔 常 见 故 障 3、 钻 孔 桩 水 下 混 凝 土 灌 注 常 见 故 障 （ 二 ） 人 工 挖 孔 桩（ 三 ） 土 钉 墙 四 、 土 方 开 挖 原 则五 、 支 撑 体 系（ 一 ） 锚 杆 图 3.锚 杆 施 工 流 程 图浆 液 检 查 施 工 准 备基 坑 开 挖钻 孔清 孔插 入 锚 杆灌 注 浆 液 封 口施 工 准 备施 工 准 备 合 格 不 合 格 （ 二 ） 钢 围 檩 及 钢 支 撑 、 支 撑 预 验 收 、 围 檩 及 支 撑 架 设 、 预 应 力 加 设1.预 应 力 加 设2.预 应 力 复 加 、 围 檩 及 支 撑 拆 除1.钢 支 撑 拆 除 方 法 2.钢 支 撑 系 统 拆 除 技 术 要 点 六 、 主 体 结 构（ 一 ） 结 构 单 元 划 分 原 则（ 二 ） 车 站 主 体 结 构 施 工 程 序