1、第九章：地铁矿山法施工第九章：地铁矿山法施工概述及暗挖施工方法分类概述及暗挖施工方法分类岩石地层的矿山法施工岩石地层的矿山法施工浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法施工明挖法明挖法暗挖法暗挖法盾构法盾构法地下工程地下工程施工方法施工方法施工准备施工准备场地准备、测量定线、场地准备、测量定线、三通一平、人员组织三通一平、人员组织开挖爆破开挖爆破出渣运输出渣运输初期支护初期支护二次衬砌二次衬砌钻炮眼、装炸药、钻炮眼、装炸药、联结引炮装置、爆炸联结引炮装置、爆炸通风、消除通风、消除危石、装车危石、装车锚喷支护锚喷支护临时支撑临时支撑防水板铺设防水板铺设模注混凝土模注混凝土 矿山法是一种传统的施工方法。它的矿山法
2、是一种传统的施工方法。它的基本原理基本原理是，隧是，隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态松弛状态，形成，形成岩土坍落。岩土坍落。What? 什么是矿山法？基本原理？施工方法？什么是矿山法？基本原理？施工方法？ 它的它的施工方法施工方法是，按是，按分部顺序分部顺序采取采取分割式开挖分割式开挖，并要，并要求求边挖边撑边挖边撑以求安全。以求安全。传统矿山法传统矿山法 采用圆木、型钢、钢轨等形成支架，对开挖面形成强力支承。传统矿山法的依据是“松弛理论”，认为围岩可能由于扰动产生坍塌，支护需要支承围岩在一定范围内由于松弛可能坍塌的岩体重量。 在80年代及以前
3、，因施工工艺落后、钢材紧张而普遍采用。因安全性差，现已完全淘汰。 奥 地 利 学 者 米 勒 （Muller.L）发明。在支护手段上，采用喷射混凝土和锚杆为衬砌，把衬砌和围岩看作是一个相互作用的整体，既发挥围岩的自承能力，又使锚喷衬砌起到加固围岩的作用。初期支护能随着围岩变形，充分发挥围岩的自承能力。 新奥法新奥法 采用锚喷支护的新奥法与采用钢木支护的传统矿山法相比，不仅仅是支护手段上的革新，更重要的是工程概念的不同。与前二者相比，限制围岩变形，是矿山法的概念。 城市地铁工程基本属于浅埋暗挖法。浅埋暗挖法浅埋暗挖法新意法新意法 也称隧道岩土控制分析工法(ADECO-RS工法)。在开挖面周边区域
4、内，围岩由三轴应力状态变位平面应力状态。强调运用超前支护和加固措施减小或避免围岩变形。特别适用于浅埋松散地层、变形控制要求高的隧道工程。它是利用大直径的顶管施工，形成全部或部分永久钢筋混凝土结构，在此永久钢筋混凝土结构的支护下，进行暗挖结构土方大开挖，最终完成全部地下结构。 新管幕法新管幕法全断面法全断面法1台阶法台阶法2CD法、法、CRD法法4侧壁导坑法侧壁导坑法3中洞法中洞法5柱洞法柱洞法7桩桩洞洞法法8侧洞法侧洞法6全断面一次开挖法 、级围岩 大型施工机具(钻孔台车、模板台车等) 经济性考虑：中长隧道。全断面法全断面法1表示方法： 横断面工序图、 纵断面工序展开图习惯标注方法： 阿拉伯字
5、1、2、3.表示挖掘; 罗马字、.表示支护；图6-1 全断面施工方法(单位：m)12015011. 特点将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖；随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导方法。2.种类 长台阶法 短台阶法 超短台阶法台阶法台阶法2台阶长度L5BL5B，B B为洞室的宽度。 甚至可以上台阶先贯通，即为“半断面法”。特点：进度快，仅次于全断面法。适用于：级围岩。B(a)5B1212台阶缩短：台阶缩短： （1 11.51.5）B B L L5B, 5B, 特点：特点： 支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；支护闭合时间加快，围岩稳定性增加； 台阶缩短加大了对下台阶
6、施工的干扰。台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于：适用于：、级围岩级围岩(b)(11.5)BB1122上台阶长度仅为35m。特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。适用于：软弱破碎围岩(、级围岩)B(c)5B2B1B212B2(b)2(11.5)B11B(或35m)(c)将3种台阶法放在一起比较：区别主要在台阶长度。 三台阶七步是以弧三台阶七步是以弧形导坑形导坑预留核心土法预留核心土法为为基本模式，分上、中、基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，下三个台阶七个开挖面，各部位开挖、支护沿隧各部位开挖、支护沿隧道纵向错开，平行推进道纵向错开，平行推进。侧壁导坑法侧壁导坑
7、法3特点： 洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定； 导坑要闭合，增加了材料用量； 进度慢。 适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。图6-4 单侧壁导坑法123132特点：双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；耗材增加；进度慢。 适用于：对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。 图6-5 双侧壁导坑法13324142格栅支撑6图6-40 双眼睛工法施工步骤图51211871091243初期支护CD法、法、CRD法法4n中隔壁法中隔壁法(CD(CD法）法）适用于适用于一般一般级围岩大断面隧道。级围岩大断面隧道。n中隔壁法中隔壁法(CD(CD法）法）是将隧道分为是将隧道分为左右二部分左右二
8、部分进行开挖，进行开挖，先在隧道一侧采用二部或三部分层开挖，施做初期支先在隧道一侧采用二部或三部分层开挖，施做初期支护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。进行相应的初期支护的施工方法。7911531CD法、法、CRD法法4u中隔壁法左右侧的台阶高度根据地质情况、隧道断面中隔壁法左右侧的台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备确定。分二或三个台阶开挖，台阶长大小和施工设备确定。分二或三个台阶开挖，台阶长度控制在度控制在3 35m5m。开挖后及时施做支护。开挖后及时施做支护。u在一侧中隔壁完成后，方可开挖另一侧
9、，二个侧洞纵在一侧中隔壁完成后，方可开挖另一侧，二个侧洞纵向错开距离一般为向错开距离一般为101030m30m。u各部位开挖时，相邻部位的喷混凝土强度应达到设计各部位开挖时，相邻部位的喷混凝土强度应达到设计强度的强度的7070以上。以上。CD法、法、CRD法法4n交叉中隔壁（交叉中隔壁（CRDCRD法）法）适用于适用于级围岩浅埋、偏压地段。级围岩浅埋、偏压地段。n交叉中隔壁（交叉中隔壁（CRDCRD法）法）是分部开挖、支护，分部闭合成小是分部开挖、支护，分部闭合成小环，最后全断面闭合成大环。每开挖一步均及时施做初环，最后全断面闭合成大环。每开挖一步均及时施做初期支护、中隔壁及临时仰拱。期支护、
10、中隔壁及临时仰拱。12861042交叉中隔壁法（CRD法）中洞法中洞法5u （1）中跨部分(包括立柱)采用CRD法施工。先将中洞自上而下分块成环，随挖随撑，及时做好喷锚和钢架初期支护；u （2）由下而上施作中跨部分二次模注钢筋混凝土结构，中隔墙也逐层拆除。中洞各工序完成后，就会形成一个刚度很大的完整结构顶住上部土体，从而有效地减少地表沉降量。u （3）当中洞完成后，两侧洞采用台阶法，对称自上而下开挖。u （4）同样，初期支护完成后，再自下而上施作两侧洞的二次模注钢筋混凝土衬砌图6-38 三拱立柱式车站中洞法施工步骤图10987425613中隔墙109初期支护87第1步第2步第3步钢拱架钢拱架第
11、 1 步第 2 步第 3 步钢 拱 架钢 拱 架第4步钢拱架钢拱架第4步钢拱架钢拱架第1步第2步第3步钢拱架钢拱架第 5步第 6步钢 拱 架钢 拱 架第5步第6步钢拱架钢拱架拆除中隔墙并施作立柱及纵梁( 1 : 1 2 5 )钢 拱 架（ 10号 工 字 钢 ）纵 向 连 接 钢 筋（ 槽 钢 ）钢 拱 架 示 意 图侧 洞 台 阶 法 施 工 顺 序立 模 浇 注 混 凝 土第 7步第 8步第 9步第 10步(1:125)(1:125)盾 构 法 施 工 示 意 图侧洞法侧洞法6图6-39 三拱立柱式车站侧洞法施工步骤图65241310964873初期支护521中隔墙柱洞法柱洞法7u 采用“
12、柱洞法”施工。按照“小分块、短台阶、早成环”的原则，将整个断面开挖横向分为：侧洞、有柱的柱洞和中洞共5个洞，每洞分上、中、下三层。u 先自上而下对称施工柱洞初支，再由下而上施作柱洞二衬，建立起梁、柱支撑体系。柱洞完成后，施工两个柱洞中间的中洞初支和二衬，形成整个大中洞稳定体系。再对称自上而下施工两侧洞初支，最后纵向分段自下而上对称施作二衬，完成结构闭合。 u 其其主要原理主要原理是在车站立柱和边墙的顶部和底部施作小是在车站立柱和边墙的顶部和底部施作小导洞，通过导洞采用桩基的施工方法施作车站立柱和边导洞，通过导洞采用桩基的施工方法施作车站立柱和边墙，而后小断面开挖施作车站顶板，最后在车站顶板的墙
13、，而后小断面开挖施作车站顶板，最后在车站顶板的保护下开挖车站主体并进行车站其余结构的施工。保护下开挖车站主体并进行车站其余结构的施工。u 洞桩法施工中车站的主体工程的开挖在车站顶板的保洞桩法施工中车站的主体工程的开挖在车站顶板的保护下进行，施工较为安全，并能有效的控制地表的沉降。护下进行，施工较为安全，并能有效的控制地表的沉降。 洞洞桩法桩法8u 岩石地层一般都采用钻爆法开挖，可根据工程地质条件、开挖断面、掘进循环进尺、分部开挖方法、钻眼机械和爆破材料等进行钻爆设计。 光面爆破 硬岩中宜采用预裂爆破 软岩中宜采用光面爆破与预裂爆破光面爆破与预裂爆破区别 炮孔起爆顺序不同 自由面数目不同 单位炸
14、药消耗量不同光面爆破 主爆区先爆,光爆孔后爆 有两个自由面 单位炸药消耗量小预裂爆破 预裂孔先爆,主爆区后爆 只有一个自由面 由于药包受到的夹制作用较大,故炸药单耗也大u临空面临空面 又叫又叫自由面自由面，是指暴露在大气中的开挖面。，是指暴露在大气中的开挖面。u爆破漏斗爆破漏斗 在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆爆破凹坑破凹坑就叫爆破漏斗。就叫爆破漏斗。u最小抵抗线最小抵抗线W W 药包中心到自由面的最小距离。药包中心到自由面的最小距离。u 周边眼周边眼 沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。 u掏槽眼掏槽眼
15、 针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置布置几个掏槽炮眼。效果，宜先在开挖断面的适当位置布置几个掏槽炮眼。u 辅助眼辅助眼 位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称为辅助眼继爆管。位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称为辅助眼继爆管。 掏槽眼掏槽眼 辅助眼辅助眼周边眼周边眼上台阶：1段：4个，每孔装药5巻3段：5个，每孔装药4巻5段：9个，每孔装药4巻7段：2个，每孔装药4巻9段：12个，每孔装药4巻10段：31个，每孔装药1巻11段：13个，每孔装药4巻共76个孔，215巻炸药。下台阶：1段：8个，每孔装药4巻3段
16、：8个，每孔装药4巻5段：4个，每孔装药4巻7段：10个，每孔装药4巻7段：13个，每孔装药1巻共43个孔，共142巻炸药。v光面爆破效果图光面爆破效果图光面眼光面眼位于隧道周边轮廓上位于隧道周边轮廓上,只不过是底板部位的炮只不过是底板部位的炮眼而已。眼而已。爆破网络爆破网络2新奥法施工主要工序新奥法施工主要工序锚杆格栅喷砼初期支护初期支护人工机械爆破开挖开挖防水板止水带注 浆防水防水钢 筋混凝土二次衬砌二次衬砌开始完成新奥法施工原理新奥法施工原理少扰动少扰动早支护早支护勤量测勤量测紧封闭紧封闭What? 城市浅埋地下工程的特点？城市浅埋地下工程的特点？覆土浅1地质条件差、自稳能力差2承载能力
17、小、变形快3初期增长快，极易产生坍塌或过大的下沉4周围有建筑物或地下管网，给施工带来严格的要求5锚喷支护技术发展复兴门车站折返线工程What? 浅埋暗挖法？浅埋暗挖法？2%路线设计标高C25素砼隧底填充C10素砼初期支护防水层 模注二次衬砌隧道中线线路中线C25素砼复合式衬砌结构图 浅埋暗挖法的特点浅埋暗挖法的特点优势：优势：不影响城市交通，无污染、无噪声，无需专用设备，不影响城市交通，无污染、无噪声，无需专用设备，适用于不同跨度、多种断面等。适用于不同跨度、多种断面等。主要特点：主要特点：适用于不宜明挖施工的适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、土质或软弱无胶结的砂、卵石卵石等地层，修建
18、覆跨比大于等地层，修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。对于高的浅埋地下洞室。对于高水位的类似地层，采取水位的类似地层，采取堵水、降水或排水堵水、降水或排水措施后也可以采措施后也可以采取此工法。取此工法。施工的基本原则施工的基本原则p 浅埋暗挖法浅埋暗挖法“十八字方针十八字方针”超前锚杆超前小导管大管棚超前支护超前支护地表旋喷、注浆洞内水平加固预加固预加固钢筋锚杆锚管中空锚杆锚杆锚杆干喷砼湿喷砼喷混凝土喷混凝土钢筋格栅型钢格栅格栅格栅开始初期支护完成防水措施排水措施防水工程防水工程二次衬砌二次衬砌完成浅埋暗挖法施工工序浅埋暗挖法施工工序浅埋暗挖法施工工序浅埋暗挖法施工工序目的地层较差或地面沉降有
19、很高要求时改良地层，防止过大沉降、坍塌一般用于埋深浅的隧道， 如过街通道等。地表加固地表有施工条件并埋深浅地表旋喷加固地表注浆水平加筋开挖掌支面稳定差时加水平塑料筋、管等极少采用 预加固预加固 地表无施工条件或埋深大 洞内水平旋喷 洞内水平注浆洞内加固目的 地层自稳性较差采用 开挖过程对围岩保护 初支完成后失去作用超前锚杆用普通钢筋制作施工方便、成本低刚度小角度约15大管棚 刚度很大，适用于埋深浅、地 表沉 降控制严的地段，如过街通道等 用大钢管制作，一般108 127 施工要求高、成本高 可实施对围岩注浆 角度：一般与隧道轴线平行超前支护超前支护 用小钢管制作，一般42 施工方便、成本适中
20、可实施对围岩注浆 刚度较大，推荐使用 角度约15超前小导管浅埋暗挖法施工工序浅埋暗挖法施工工序喷射混凝土 利用压缩空气等动力，将一定配合比的拌合料通过管道并高速喷射到受碰面上，凝结硬化而成的一种混凝土。锚杆 预应力或无预应力的砂浆锚杆或树脂锚杆。 胶骨比1:11:2，水灰比0.380.45.钢架 型钢拱架支撑，如工字钢、H型钢等。 格栅拱架支撑。灰浆机灰浆机喷射混凝土拌合料中添加钢纤维、玻璃纤维等提高喷混凝土强度和抗折弯能力，一般用于变形量大的隧道造价高湿拌合料（水泥+砂+碎石+水）， 喷头处加液体速凝剂可采用机械臂式喷砼机，提高功率，降低劳动强度，改善作业环境造价稍高作业环境稍好干拌合料（水
21、泥+砂+碎石+粉状速凝剂），喷头处加水设备简单，轻巧灵活造价低作业环境差干喷射砼湿喷射砼加纤维喷射砼 围岩破碎，成孔困难时采用 可通过空心通道对围岩注浆 成本较高 较少采用中空锚杆锚杆作用 悬挂围岩 改善围岩c、，提高自稳性 固定格栅、钢筋网 锁定拱脚砂浆锚杆用普通钢筋制作施工方便、成本低最常见预应力锚杆（索） 一般用于高地应力隧道 恢复部分应力场 约束围岩变形 极少采用，地铁无类似情况型钢拱架型钢拱架 截面大、刚度大，能承受较大的荷载 型钢与混凝土的热膨胀系数不同，温度变化时，经常沿型钢拱架产生纵向收缩裂缝，而且型钢拱架背后的喷射混凝土很难填充实等 重量大，制作安装困难格栅钢架格栅钢架 重量
22、轻，便于制作、运输和安装 具有足够的支撑刚度和强度，与混凝土接触面大、结合好，能够共同变形、共同受力，不会出现型钢拱架那样的收缩裂缝 造价低 刚度与强度不及型钢拱架 防水体系分类防水体系分类u二衬防水混凝土、防水层等形成防水体系u防水层背后排水盲管、侧沟形成排水体系u解决水压问题u解决冻土地区冻融问题防、排水体系防、排水体系u初支防水+防水层+二衬防水形成复合防、堵水体系u解决地表失水沉降问题u减少或避免人工排水u适用于城市地下工程防、堵水体系防、堵水体系初支防水初支防水1.喷射混凝土防水效果差，需要在初期支护完成后进行注浆处理，同时填充初支与围岩之间的空隙2.围岩有明显渗漏地段需要进行注浆处
23、理，铺设防水层前不能有明显渗漏防水层防水层1.防水板+无纺布形成防水第二道防线2.防水板焊接质量是关键二衬防水二衬防水1.二衬混凝土自防水能力，一般达到S8，特殊地段S102.施工缝、沉降缝防水措施3.注浆填充二衬与初支之间的空隙以及混凝土本身的空隙。水泥浆是最好的注浆材料复合式防水体系复合式防水体系浅埋暗挖法施工工序浅埋暗挖法施工工序暗 挖 法明 挖 法盾 构 法顶 管 法管幕箱函浅埋暗挖矿山法大 开 挖明挖半逆作盖挖顺作盖挖逆作34144说明： 1.图上单位：mm转角基准钢管一般钢管7850基准钢管沉 管 法 浅埋暗挖法实例浅埋暗挖法实例青岛地铁青岛地铁 施工现场图片施工现场图片u坍方过程一般为坍方过程一般为：开挖：开挖围岩塑性变形围岩塑性变形支护过大变形支护过大变形支护支护 局部破坏局部破坏支护与围岩破坏失稳支护与围岩破坏失稳坍方。坍方。不利的地形、地貌因素不利的地形、地貌因素如隧道穿过地面建筑物，而且如隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅；埋深浅；不良的地质条件不良的地质条件如隧道穿过断层及其破碎带；如隧道穿过断层及其破碎带；通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或无胶结或胶结差胶结差。施工施工无小事！无小事！第九章：地铁矿山法施工第九章：地铁矿山法施工
