簡(jiǎn)介
淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進(jìn)行各種類型地下洞室暗挖施工的一種方法。繼1984年王夢(mèng)恕院士在軍都山隧道黃土段試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，又于1986年在具有開拓性、風(fēng)險(xiǎn)性、復(fù)雜性的北京復(fù)興門地鐵折返線工程中應(yīng)用，在拆遷少、不擾民、不破壞環(huán)境下獲得成功。同時(shí)，結(jié)合中國(guó)特點(diǎn)及水文地質(zhì)系統(tǒng)，創(chuàng)造了小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、8字型網(wǎng)構(gòu)鋼拱架設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、正臺(tái)階環(huán)形開挖留核心土施工技術(shù)和變位進(jìn)行反分析計(jì)算的方法，提出了“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)” 18字方針，突出時(shí)空效應(yīng)對(duì)防塌的重要作用，提出在軟弱地層快速施工的理念。由此形成了淺埋暗挖法，創(chuàng)立了適用于軟弱地層的地下工程設(shè)計(jì)、施工方法。
基本原理
淺埋暗挖法沿用新奧法 (New Austrian Tunneling Method)基本原理，初次支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計(jì)，二次模筑襯砌作為安全儲(chǔ)備；初次支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。應(yīng)用淺埋暗挖法設(shè)計(jì)、施工時(shí)，同時(shí)采用多種輔助工法，超前支護(hù)，改善加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖的自承能力；并采用不同的開挖方法及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系；在施工過程中應(yīng)用監(jiān)控量測(cè)、信息反饋和優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不塌方、少沉降、安全施工等，并形成多種綜合配套技術(shù)。
淺埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深淺（最小覆跨比可達(dá)0.2）、地層巖性差（通常為第四紀(jì)軟弱地層）、存在地下水（需降低地下水位）、周圍環(huán)境復(fù)雜（鄰近既有建、構(gòu)筑物）等特點(diǎn)。
由于造價(jià)低、拆遷少、靈活多變、無(wú)須太多專用設(shè)備及不干擾地面交通和周圍環(huán)境等特點(diǎn)，淺埋暗挖法在全國(guó)類似地層和各種地下工程中得到廣泛應(yīng)用。在北京地鐵復(fù)西區(qū)間、西單車站、國(guó)家計(jì)委地下停車場(chǎng)、首鋼地下運(yùn)輸廊道、城市地下熱力、電力管道、長(zhǎng)安街地下過街通道及地鐵復(fù)—八線中推廣應(yīng)用，在深圳地下過街通道及廣州地鐵一號(hào)線等地下工程中推廣應(yīng)用，并已形成了一套完整的綜合配套技術(shù)。
同時(shí)，經(jīng)過許多工程的成功實(shí)施，其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，由只適用于第四紀(jì)地層、無(wú)水、地面無(wú)建筑物等簡(jiǎn)單條件，拓廣到非第四紀(jì)地層、超淺埋（埋深已縮小到0.8m）、大跨度、上軟下硬、高水位等復(fù)雜地層及環(huán)境條件下的地下工程中去。
信息化技術(shù)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了淺埋暗挖技術(shù)的全過程控制，有效地減小了由于地層損失而引起的地表移動(dòng)變形等環(huán)境問題。不但使施工對(duì)周邊環(huán)境的影響降低到最低程度，由于及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，提高了施工質(zhì)量和速度，使淺埋暗挖法特點(diǎn)得到更進(jìn)一步的發(fā)揮，為城市地下工程設(shè)計(jì)、施工提供了一種非常好的方法，具有重大的社會(huì)效益和環(huán)境效益，該方法在總體上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
工藝流程圖：
適用條件：
1、淺埋暗挖法不允許帶水作業(yè)。如果含水地層達(dá)不到疏干，帶水作業(yè)是非常危險(xiǎn)的。開挖面的穩(wěn)定性時(shí)刻受到水的威脅，甚至發(fā)生塌方。把地下水，尤其是上層滯水處理好是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它直接影響淺埋暗挖法的成敗。大范圍的淤泥質(zhì)軟土、粉細(xì)砂地層，降水有困難或者經(jīng)濟(jì)上不合算的地層，不適宜采用淺埋暗挖法。
2、采用淺埋暗挖法要求開挖面具有一定的自立性和穩(wěn)定性。1997年日本學(xué)會(huì)曾提出開挖工作面土體穩(wěn)定的定量判別標(biāo)準(zhǔn)：土壤中的細(xì)顆粒（<74µ）含量≤10%, 且均勻系數(shù)Uc≤5%的突然不具備自立性.我國(guó)對(duì)土壤自立性提出了定性要求:工作面土體的自立時(shí)間,應(yīng)足以進(jìn)行必要的初期支護(hù)作業(yè)。因此開挖面前方對(duì)地層的預(yù)加固和預(yù)處理，是淺埋暗挖法的必要前提，目的在于加強(qiáng)開挖面的穩(wěn)定性，增加施工的安全性。
（1）淺埋暗挖法的十八字方針“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)，快封閉、勤量測(cè)”。
1、地層的預(yù)加固和預(yù)處理（超前小導(dǎo)管和超前長(zhǎng)管棚）
2、隧道開挖和初期支護(hù) 強(qiáng)調(diào)“隨開挖、隨支護(hù)”的基本原則，選擇適當(dāng)?shù)拈_挖方法，做到利用土體有限的自立時(shí)間進(jìn)行開挖和支護(hù)，使土體開挖后暴露的時(shí)間盡可能短，使初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)。開挖方法：短臺(tái)階法、帶臨時(shí)仰拱的長(zhǎng)臺(tái)階法、中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、側(cè)壁導(dǎo)坑法（眼鏡法）、弧形導(dǎo)坑留核心土等。初期支護(hù)：具有足夠的強(qiáng)度和剛度，主要采用鋼筋格柵，主要有以下原因：（1）、鋼筋格柵與噴射混凝土能緊密結(jié)合；（2）、鋼筋格柵在拼裝成環(huán)后，具有一定的強(qiáng)度和剛度，在噴射混凝土尚未具備足夠強(qiáng)度前，鋼筋格柵可以單獨(dú)承擔(dān)來(lái)自土層的一部分荷載
3、二次襯砌 作用：提高初期支護(hù)強(qiáng)度和剛度、增強(qiáng)初期支護(hù)安全儲(chǔ)備的需要，也是支撐中間的防水隔離層、承受水壓力的需要。
4、監(jiān)控量測(cè) 量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)隧道支護(hù)的受力變形狀態(tài)其者重要的監(jiān)控作用，量測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性應(yīng)高度重視。監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目：地表位移、拱頂下沉、隧道周邊收斂（必測(cè)項(xiàng)目）、土壓力、土體位移、支護(hù)應(yīng)力（選測(cè)項(xiàng)目）。
隧道穩(wěn)定判據(jù)：當(dāng)測(cè)點(diǎn)位移時(shí)間曲線變化率呈明顯收斂趨勢(shì)，隧道水平收斂變化率下于0.2mm/d，拱頂下沉變化率小于0.1 mm/d，而且所測(cè)的位移值大于預(yù)計(jì)總位移值的80%以上
（2）淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)。
淺埋暗挖法施工步驟是：先將鋼管打入地層，然后注入水泥或化學(xué)漿液，使地層加固。開挖面土體穩(wěn)定是采用淺埋暗挖法的基本條件。地層加固后，進(jìn)行短進(jìn)尺開挖。一般每循環(huán)在0.5-1.0米左右。隨后即作初期支護(hù)。第三步，施作防水層。開挖面的穩(wěn)定性時(shí)刻受到水的危脅，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致塌方。處理好地下水是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。最后，完成二次支護(hù)。一般情況下，可注入混凝土，特殊情況下要進(jìn)行鋼筋設(shè)計(jì)。當(dāng)然，淺埋暗挖法的施工需利用監(jiān)控測(cè)量獲得的信息進(jìn)行指導(dǎo)，這對(duì)施工的安全與質(zhì)量都是重要的。
施工技術(shù)：
1 超前大管棚施工 隧道拱部采用超前大管棚進(jìn)行注漿加固。管棚沿隧道開挖線外200mm布設(shè), 管棚采用Φ108mm壁厚8mm無(wú)縫鋼管, 外插角小于1°, 環(huán)向間距為400mm,。
管棚施工的主要施工工序有: (1) 南北站廳明挖圍護(hù)樁施工完成后, 開挖基坑, 邊挖邊撐�；娱_挖至適當(dāng)位置施工管棚導(dǎo)向墻并預(yù)埋好管棚導(dǎo)向管。根據(jù)鉆機(jī)型式及工藝設(shè)備的需要, 在適當(dāng)位置施工鉆機(jī)工作平臺(tái)然后施工大管棚。(2)從管棚導(dǎo)向管按設(shè)計(jì)鉆孔, 采用間隔鉆孔, 先兩側(cè)后中間的順序, 利用鉆桿的柔性在導(dǎo)向系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)下沿設(shè)計(jì)線路軌跡鉆進(jìn), 到達(dá)目的地, 卸下鉆頭換上回?cái)U(kuò)器進(jìn)行回?cái)U(kuò)孔, 拖管時(shí)將鋼管隨鉆頭一起鉆入地層內(nèi), 當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后停機(jī)。(3) 管棚安裝完成后,安放鋼筋籠, 在管棚鋼管孔口用法蘭盤連結(jié)上孔口管(Φ42mm壁厚4mm, 長(zhǎng)500mm)。(4) 向管棚鋼管內(nèi)注漿, 注漿順序先下后上, 全孔可采用一次性注漿。注漿漿液采用水泥漿,漿液水灰比: 0.6:1～1:1; 注漿壓力擬采用0.6～1.0MPa。為使鉆孔定位準(zhǔn)確, 在拱部設(shè)置導(dǎo)向墻, 導(dǎo)向墻中預(yù)埋!133mm、壁厚8mm、長(zhǎng)120cm管棚導(dǎo)向管。鋼管采用分節(jié)安裝。管棚的分節(jié)長(zhǎng)度為: 5.4m共5節(jié), 每?jī)晒?jié)之間用絲扣連接, 絲扣螺紋段長(zhǎng)大于150mm。相鄰兩根鋼花管的接頭要錯(cuò)接, 其錯(cuò)接長(zhǎng)度不小于1.0m。注漿鋼管上鉆注漿孔, 孔徑Φ10mm,孔間距200mm, 呈梅花型布置。鋼管尾部( 孔口段)2.0m不鉆花孔作為止?jié){段。為提高鋼管的剛度和強(qiáng)度, 鋼管內(nèi)增設(shè)由4根Φ16mm螺紋鋼筋和固定短環(huán)組成的鋼筋籠, 固定環(huán)采用外徑Φ42mm,壁厚8mm,長(zhǎng)60mm的短管環(huán),短管間距1m。本工程管棚施工的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)為鉆孔質(zhì)量控制, 由于地下有管線、人防洞和排污涵等, 角度控制稍有差錯(cuò)將鑄成事故, 此外由于鉆進(jìn)通過砂層容易出現(xiàn)塌孔及涌水現(xiàn)象, 因此必須做好泥漿系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)。
(1)泥漿系統(tǒng)
本工程地層為砂層、土層, 自穩(wěn)能力稍差, 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)及鋼管回拖成功與否泥漿起到關(guān)鍵作用, 泥漿采用易鉆膨潤(rùn)土, 并在膨潤(rùn)土內(nèi)摻少量的聚合物, 粘度在40秒左右, PH值控制在8.5～10, 泥漿采用機(jī)械攪拌, 并進(jìn)行二次回收利用。
(2)導(dǎo)向系統(tǒng)
本工程鉆孔線路沿線有管線、混凝土基礎(chǔ)等,對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)信號(hào)發(fā)射有一定干擾, 施工中采用美國(guó)DCI公司生產(chǎn)的ECLIPSE無(wú)線地下定位系統(tǒng), 加強(qiáng)型探棒, 探棒發(fā)射信號(hào)強(qiáng), 探測(cè)深度為19.8m,加強(qiáng)型探棒電池采用DCI公司生產(chǎn)的專用鋰電池。導(dǎo)向系統(tǒng)確保了鉆孔不破壞人防洞、混凝土排水涵。
2 超前小導(dǎo)管及邊墻注漿管施工
超前小導(dǎo)管施工: 隧道采用的超前小導(dǎo)管為Φ42無(wú)縫鋼管, 小導(dǎo)管單根長(zhǎng)度為3.0m, 壁厚3.5mm, 布設(shè)于拱部和邊墻上部范圍, 外插角10°, 環(huán)向間距0.4m, 縱向間距為1.8m超前小導(dǎo)管注漿施工工序包括: 封閉掌子面、鉆孔、安設(shè)小導(dǎo)管、注漿、效果檢查等。小導(dǎo)管采用手持式鑿巖機(jī)鉆孔。插管時(shí)采用風(fēng)動(dòng)錘振入, 注漿采用注漿泵。邊墻注漿管施工與超前小導(dǎo)管施工方法基本相同。
3 全斷面注漿施工 本站站廳聯(lián)絡(luò)通道施工時(shí), 對(duì)<3- 2>淤泥質(zhì)砂、<4- 1>沖洪積土層、<5- 1>殘積土層作全斷面注漿加固處理。
全斷面注漿加固利用全斷面打設(shè)超前注漿管進(jìn)行注漿, 注漿前利用噴射砼封閉掌子面, 漿液采用水泥- 水玻璃漿液, 水灰比1∶0.75～1∶1, 水玻璃濃度為35°, Be′模數(shù)為2.6。注漿范圍為隧道開挖輪廓線外1.5m以內(nèi)的<3- 2>、<4- 1>、<5- 1>地層。漿液擴(kuò)散半徑: R=0.65m, 注漿孔孔底間距為1m, 梅花型布置。注漿采用長(zhǎng)套管護(hù)壁后退式注漿工藝, 注漿順序?yàn)橄人淼乐苓吅笾虚g, 隔孔交替注漿。注漿方法為在砂層中采用滲透注漿, 在土層中采用劈裂注漿。
4 隧道施工 超前大管棚施工完成后, 即可進(jìn)行正常的隧道施工, 隧道采用CD法開挖。CD法施工工序及步驟包括: 打設(shè)小導(dǎo)管、加固注漿、分區(qū)土方開挖、型鋼支撐和鋼格柵架設(shè)( 包括連接鋼筋的焊接, 網(wǎng)片的搭接)、噴射混凝土、封閉后回填注漿。
根據(jù)地質(zhì)條件及相關(guān)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)擬訂設(shè)計(jì)原則:
(1) 超前支護(hù)是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵, 此工程地層屬于淤泥質(zhì)地層, 而該地道相對(duì)埋深較大, 土體自承能力優(yōu)于福州路工程。福州的經(jīng)驗(yàn)表明采用<108 大管棚施作拱部, 輔以<32 小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)可有效地控制沉降; 由于軟土層較厚, 仰拱隆起在設(shè)計(jì)中也應(yīng)重視, 因此在該過街地道支護(hù)設(shè)計(jì)中, 隧道拱頂及仰拱都采用<108 大管棚超前支護(hù), 并輔以<32 小導(dǎo)管超前注漿。比較拱部與仰拱, 側(cè)壁由于土壓力相對(duì)較小, 采用了<32 小導(dǎo)管密排方案。這樣就使得地道周圍形成了一個(gè)具備一定剛度密閉的殼體, 可有效地控制開挖過程中引起的水土流失及開挖應(yīng)力釋放所導(dǎo)致的土體位移
(2) 該設(shè)計(jì)為減小開挖對(duì)周圍土體的擾動(dòng), 采用小斷面短進(jìn)尺的CRD 工法開挖, 并及時(shí)采用
(3) 采用有效的掌子面加固措施, 限制掌子面位移及水土流失。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下: 豎撐與橫撐增大支護(hù)剛度, 并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取格柵剛架間距為50 cm
(4)了解淺埋暗挖法設(shè)計(jì)施工中的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)管理辦法以及最新的淺埋暗挖法地下工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的建立和各個(gè)階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算方法。
(5)了解利用有限元對(duì)淺埋暗挖法施工方案可行性分析的方法，及對(duì)有限元軟件計(jì)算成果的分析應(yīng)用。
