岩土论坛
GEO TECHN I C AL EN G I N EER I N G WO RLD VOL.8 No.3
浅埋暗挖法施工工艺研究
周丰峻
(洛阳水利工程技术研究所
)
周丰峻 男,防护工程专家。
1938年出生,山东省黄县人,1962年毕业于清华大
学。
总参某研究所研究员。
兼任中国力学学会理事、中国土木工程学会理事、防护工程学会理事。
1999年当选中国工程院院士。
周丰峻长期从事和主持防护工程领域的研究工作,对核效应试验、核爆炸理论计算及防护工程抗冲击爆炸作用模拟等方面进行了全面、深入和开创性的研究,为我国核爆化爆冲击波效应模拟研究开辟了新的技术途径,对防护工程的发展起到了重要推动作用。
圆满完成了一系列防护工程的技术攻关课题和科研任务,为我国核试验和防护工程技术理论的发展做出了重要贡献。
周丰峻在紧张的国防科研和工作之余,他把精力投入到民用工程的研究和应用当中。
目前正在探索和研究的学科研究方向为岩土工程和结构工程中的新技术和新工艺。
主要以铁道、公路系统岩土工程与结构工程中的新技术与新工艺为研究范围,主攻岩土力学、工程力学、材料科学和爆炸力学领域相互交叉形成的研究方向。
1 概 述
王梦恕院士在多年工程实践和理论研究的基础上,并把大家的工程实践经验和教训吸纳进来,历经5年著成《地下工程浅埋暗挖技术通论》,对浅埋暗
挖技术的理论基础、工程理念、设计与施工方法进行了全面论述。
本书是我国第一部全面系统论述“浅埋暗挖法”理论、设计、施工的专著,是在求真、求实、求是的科学写作的态度上完成的,它不但是隧道修建史上里程碑式的著作,更是地下工程领域划时代的作品。
本书注重理论联系实际,力求简单明了,具有指导性、理论性和可操作性,可供从事地铁、铁路、公路、水利、矿山、军工、城市规划各行业、建设管理、设计、施工、监理、运营养护各部门、高校、研究单位的科技、工程技术人员应用。
是隧道与地下工程建设者难得的设计、施工指导手册。
施工工艺是浅埋暗挖技术的核心,应用浅埋暗挖法设计、施工时,同时采用多种辅助工法,超前支护,改善加固围岩,充分发挥围岩的自承能力;并采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系;在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计,实现不塌方、少沉降、安全生产和施工等多种综合配套技术。
其方法的实质内涵可用18字原则概括,即:“管超前”、“严注浆”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤量测”。
浅埋暗挖法大多应用于松软第四纪地层中的地下工程,由于围岩自身承载能力很差,为避免对地表建筑物和地中构筑物造成破坏,地表沉降量需要严格控制。
因此,要求一次支护刚度要大,支护要及时。
并明确提出,一次支护必须从上向下施作,二次模筑衬砌必须通过变位量测基本稳定时,方可施作,施作方法必须从下向上进行,决不允许先拱后墙施工。
2 浅埋暗挖法优点
浅埋暗挖法与其他方法相比,具有显著的优点。
以城市地铁为例,浅埋暗挖法与明挖法(盖挖法)相比,具有拆迁占地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优点;与盾构法相比,它具有简单易行,不需太多专用设备,灵活方便,适用不同地层、不同跨度、多种断面形式,可以多适用劳力,解决就业。
当然,浅埋暗挖法也存在缺点,速度较慢,喷射混凝土粉尘较多,劳动强度大、机械化程度不高,以及高水位地层结构防水比较困难等。
浅埋暗挖法与明挖法、盾构法比较见表1。
3 浅埋暗挖法施工方法比较
采用浅埋暗挖法施工时,常见的典型施工方法是正台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法,如全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧壁
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岩土工程界 第8卷 第3期岩土论坛
表1 三种施工方法对比表
指 标明(盖)挖法盾构法暗挖法
地 质各种地层均可各种地层均可有水地层需作特殊处理
场 所占用街道路面较大占用街道路面较小不占街道路面
断面变化适用不同断面不行适用不同断面
深 度浅埋需要一定深度需要一定深度可比盾构浅
防 水较易较难有一定难度
地面下沉小较小较小
交通障碍影响很大竖井影响大不影响
地下管路需拆迁和防护不需拆迁、防护不需拆迁、防护
振动噪音大小小
地面拆迁大较大小
水处理降水、疏干堵、降结合堵、降或堵排结合
进 度受拆迁干扰大总工期较快前期工程复杂、总工期一般开工快、总工期一般偏慢
造 价日本43～85亿日元/公里46亿日元/公里25亿日元/公里
注:造价仅是区间对比、是日本88年工程总结低于其他方法2～4倍
导坑正台阶法(眼睛工法)、中隔墙法等。
施工方法见表2(见文后)。
浅埋暗挖工程在选择施工方法时,浅埋暗挖工程施工中应根据不同的围岩工程地质条件、水文地质条件、工程建筑要求,机具设备、施工技术条件、施工技术水平、施工经验等多种因素,选择行之有效的一种或多种施工方法。
这是一个受多种因素影响的动态的择优过程。
围岩的地质条件是施工的主要影响因素。
当围岩较稳定且岩体较坚硬时,施工往往采用先把隧道坑道断面开挖好,然后修筑支护结构,并且有条件时可以争取一次把全断面挖成。
当围岩稳定性较差时,则需要随开挖随进行一次支撑,防止围岩变形及产生坍塌;分块开挖后,应及时进行一次支护的施作,一般先开挖顶部,在上部断面挖成后及时进行一次支护,在上部支护的保护下再开挖坑道下部断面。
二次模筑衬砌修筑必须先修筑边墙,之后再修筑拱圈,即先墙后拱法施工。
4 采取正确的施工方法
实践证明,选择合理的施工方法,可以安全地建设隧道,并将地表沉降控制在设计要求范围内。
因此,选择一种合理的施工方法是工程成败的关键。
从国内外现有工程实绩和实验研究的情况来看,基于经济性及工期考虑,其工法选择的顺序为:正台阶法→上台阶设临时仰拱闭合法→CD工法→CRD工法→眼镜工法。
从安全性角度考虑,顺序正好相反。
在工程实践中,应根据地质条件、断面大小、地面环境等因素从工法的可实现性、工期、安全性、适应性、技术性和经济性六个方面综合考虑,选择施工方法。
大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可较少地表沉陷;避免两个洞室同步掘进能防止较大应力集中的产生;开挖分块越多,扰动地层次数增多地表沉陷就越大;一次支护及时、开挖支护封闭时间愈快地表沉陷就越小。
当采用正确施工方法和相应的辅助施工措施后,可以做到安全、经济、快速施工的目的。
5 结 语
(1)浅埋暗挖法适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等第四纪地层,修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。
对于高水位的类似地层,采取堵水或降水、排水等措施后也适用。
尤其对于结构埋置浅、地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布且对地表沉陷要求严格的都市城区,如修建地下铁道、地下停车场、热力与电力管线,这项技术方法更为适用。
(2)浅埋暗挖特大断面、多跨洞室的施工方法,宜采用中隔墙法(CD)法、中隔墙交叉台阶法(CRD 法)、双侧壁导坑法(眼镜工法),连拱结构应优先采用侧洞法,中洞法,最后考虑柱洞法。
(3)施工中必须严格遵守“管超前、严注浆、短进尺、快支护、紧封闭、勤量测”18字方针,不能违背。
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表2 浅埋暗挖法修建隧道及地下工程主要开挖方法
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