地下工程施工方法

地下工程施工方法
• 根据隧道穿越地层的不同情况
•
传统矿山法
•
矿山法（钻爆发）
• 山岭隧道施工方法
新奥法
掘进机法
明挖法
地下连续墙法
浅埋及软土隧道施工法 盖挖法
浅埋暗挖法
盾构法
沉管法 水底隧道施工方法
盾构法
• 一.山岭隧道施工方法
• 1.矿山法是一种传统的施工方法。它的 基本原理是隧道开挖后受爆破影响，造成 岩体破裂形成松弛状态，形成岩土坍落， 又称钻爆法，可分为传统矿山法和新奥法。
• (2)适用条件
• 适合于沉管法施工的主要条件是：水道 河床稳定和水流并不过急。前者不仅便于 顺利开挖沟槽，并能减少土方量；后者便 于管段浮运、定位和沉放。
• 2.盾构法
• 盾构法施工是以盾构作为施工机械在地面 以下暗挖修筑隧道的一种施工方法。
• 在盾构的掩护下，头可以安全地开挖地层， 一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。 尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼 装成隧道的永久衬砌，并将衬砌与土层之 间的空隙用水泥压浆填实，防止周围地层
有一定难度
有一定难度
较易
• 三.水底隧道施工方法
• 1.沉管法
•
沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水
底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先
在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混
凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密
封后滑移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中， 再拖运到隧道设计位置。定位后,向管段内加 载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段
埋暗挖法与其他施工方法有很强的兼容性。
三者应用情况如下表：
工法 地质条件 地面拆迁 地下管线 断面尺寸 施工现场 进度
振动噪音 防水
浅埋暗挖法
盾构法
明（盖）挖法
有水需处理
各种地层
各种地层
小
小
大
无需拆迁
无需拆迁
需拆迁
各种断面
不行
各种断面
较小
一般
大
开工快，总工期偏 前期慢，总工期一 总工期快
慢
般
小
小
大
的岩体；
• 开挖面完全不能自稳的岩体等。
• （3).传统矿山法和新奥法施工的区别
•
相同：均属于钻爆法。
•
不相同：对围岩的认识和处理上不同。
临时支护 永久支护 闭合支护 控制爆破 量测 施工方法
新奥法 喷锚支护 复合式衬砌 强调 必须采用 必须采用 分块较少
传统矿山法 木支撑为主，钢支撑单层 单层模铸混凝土衬砌 不强调 可采用 无 分块较多
• (3)优点 • ①安全——人员在局部或整体的护盾下工作 • ②快速——常规钻爆法掘进速度的3~10倍 • ③优质——洞壁光滑美观
• ④自动化和机械化程度高（节省劳动力， 经济）
• ⑤围岩扰动小 • ⑥对环境影响小 • (4)缺点 • ①能耗大 • ②断面单一 • ③对岩层变化的适应性差 • ④一次性购买TBM投资高 • ⑤主机重量大，运输不方便，安装工作量大
• （4）经过许多工程的成功实施，其应用范 围进一步扩大，由只适用于第四纪地层、
无水、地面无建筑物等简单条件，拓广到
非第四纪地层、超浅埋（埋深已缩小到 0.8m）、大跨度、上软下硬、高水位等复 杂地层及环境条件下的地下工程中去。
• （6）优点
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结构形式灵活多变；对地面建筑，道
路和地下管线影响不大；拆迁占地少，扰
性土、冲积土、砂性土及粒径50mm以下的
砂砾层中施工，深度可达70m。不适于在含
承压水很高的细砂、粉砂地层以及很软的
粘性土层、使用。
• 3.盖挖法
• 当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等 障碍物而采取的新型工程施工方法，是由 地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭， 其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。 主体结构可以顺作，也可以逆作。也就是 说，盖挖法是由地面向下开挖至一定深度 后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭 的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，
• （3）缺点
•
①每段连续墙之间的接头质量较难控
制，往往容易形成结构的薄弱点。
•
②墙面虽可保证垂直度，但比较粗糙，
尚须加工处理或做衬壁。
•
③施工技术要求高，无论是造槽机械
选择、槽体施工、泥浆下浇筑混凝土、接
头、
•
④制浆及处理系统占地较大，管理不 善易造成现场泥泞和污染。
• （4）适用范围
•
适用于多种地质条件，包括淤泥、粘
• 2.掘进机法
• 全断面隧道掘进机，简称TBM。是利用回 转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断 面的一种新型，先进的隧道施工机械。
• （1）在岩石中开挖隧道的TBM
• 通常适用于稳定性良好，中~厚埋深，中~ 高强度的岩层中掘进长大隧道。
• （2）在松软地层中掘进隧道的TBM
• 一般适用于在具有有限压力的地下水位以 下基本均质的软弱地层中开挖有限长度的 隧道。
• (1).传统矿山法
• 采用圆木，型钢，钢轨等形成支架。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。
• (2).新奥法
• 奥地利学者米勒发明，基本原则是尽量 利用地下工程周围围岩的自承载能力。具 体做法是先用柔性支护（通常为整体模筑 钢筋混凝土衬砌）。
• 逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连 接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为
整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖， 以保安全。
• (1)优点
• 采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾 构法施工具有较多优点。
• ①容易保证隧道施工质量。因管段为预 制，混凝土施工质量高，易于做好防水措 施；管段较长,接缝很少,漏水机会大为减少， 而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。
• ②工程造价较低。因水下挖土单价比河
• 底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比 制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少 而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆 盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多， 工程总价大为降低。
• ③在隧道现场的施工期短。因预制管段 （包括修筑临时干坞）等大量工作均不在 现场进行。
• （2）优点
•
①施工全盘机械化，速度快、精度高，
并且振动小、噪声小，适用于城市密集建
筑群及夜间施工。
•
②具有多功能用途，如防渗、截水、
承重、挡土、防爆等，由于采用钢筋混凝
土或素混凝土，强度可靠，承压力大。
• ③对开挖的地层适应性强，在我国除熔岩 地质外，可适用于各种地质条件，无论是 软弱地层或在重要建筑物附近的工程中， 都能安全地施工 。
• （1）通常主要被用于： • ①水利水电、露天矿山和尾矿坝（池）和环
保工程的防渗墙
• ②建筑物地下室（基坑）
• ③地下构筑物（如地下铁道、地下道路、地 下停车场和 地下街道、商店以及地下变电站 等）。
• ④市政管沟和涵洞
• ⑤盾构等工程的竖井
• ⑥泵站、水池 • ⑦码头、护案和干船坞 • ⑧地下油库和仓库 • ⑨各种深基础和桩基等.
• ④可以在各种复杂的条件下施工，如美 国110层世界贸易中心的地基，过去曾为河 岸，地下埋有码头等构筑物，用地下连续 墙则易处理；广州白天鹅宾馆基础施工，
• 地下连续墙呈腰鼓状，两头狭中间宽，形 状虽复杂也能施工。
• ⑤开挖基坑无需放坡，土方量小，浇混 凝土无需支模和养护，并可在低温下施工， 降低成本，缩短施工时间。
民少，污染城市环境少等。
• （7）缺点
•
施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，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。
• （8）地铁中浅埋暗挖法，明（盖）挖法及 盾构法的关系
•
浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，
也可以与其他施工方法结合使用，车站经
常使用浅埋暗挖法与盖挖法相结合，区间
隧道用盾构法与浅埋暗挖法结合施工。浅
• ⑥用触变泥浆保护孔壁和止水，施工安全 可靠，不会引起水位降低而造成周围地基 沉降，保证施工质量。
• ⑦可将地下连续墙与“逆做法”施工结合起来， 地下连续墙为基础墙，地下室梁板作支撑， 地下部分施工可自上而下与上部建筑同时 施工，将地下连续墙筑成挡土、防水和承 重的墙，形成一种深基础多层地下室施工 的有效方法。
安全。
•
③盖挖逆作法施工一般不设内布支撑
或锚固，可增大施工空间和降低工程造价。
•
④盖挖逆作法施工基坑暴露时间短，
用于城市街区施工时，可尽快恢复路面。
• （3）缺点
•
①盖挖法施工时，混凝土内衬的水平
施工缝的处理较困难.
•
②盖挖逆作法施工时，暗挖施工难度
大，费用高。
• ③盖挖法每次分部开挖及浇筑衬砌的深度， 应综合考虑基坑稳定，环境保护，永久结 构形式和混凝土浇筑作业等因素来确定。
• 在下列条件下应用新奥法必须与一些辅助 方法相配合
• 有强烈地压显现的岩体；
• 膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配 合）；
• 在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合；
• 在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法 等配合；
• ②在下列场合中应用应慎重 • 大量涌水的岩体； • 由于涌水会产生流砂现象的围岩； • 极为破碎，锚杆钻孔，安装都极为困难
• ④操作条件好、施工安全。因除极少量水 下作业外，基本上无地下作业，更不用气 压作业。
• ⑤适用水深范围较大。因大多作业在水上 操作，水下作业极少，故几乎不受水深限 制，如以潜水作业实用深度范围，则可达 70米。
• ⑥断面形状、大小可自由选择，断面空
• 间可充分利用。大型的矩形断面的管段可 容纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面 利用率不高，且只能设双车道。
• ⑥短隧道不能发挥其优越性（不经济）
• 二.浅埋及软土隧道施工法
• 1.明挖法
• 明挖法是软土地下工程施工中最基本，最 常用的方法。明挖法施工是先将地表土层 挖开一定深度，然后在基坑内浇筑结构， 结构施工完成后进行土方回填，最终完成 地下工程的施工。
• （1）明挖法适用条件
•
山岭隧道中的明洞、城市中的地下铁道
• （2）浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深 浅（最小覆跨比可达0.2）、地层岩性差 （通常为第四纪软弱地层）、存在地下水 （需降低地下水位）、周围环境复杂（邻 近既有建、构筑物）等特点。
• （3）适用于不宜明挖施工的含水量较小的 各种地层，尤其对城市城区地面建筑物密 集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对 地沉陷要求严格的情况下修建埋置较浅的 地下结构工程更为适用。对于含水较大的 松软地层，采取堵水或降水等措施后该法 仍能适用。
隧道和市政隧道、穿越有明显枯水期河流的水
底隧道或它的河岸段、引道段及其他浅埋的地
下建筑工程等，只要地形、地质条件适宜和地
面建筑物条件许可，均可采用明挖法施工。
•
一般来说，在开挖深度小于7米，施工场
地比较开阔的情况下，优先采用明挖法施工。
• 2.地下连续墙法
• 地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地 下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定 宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用 导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段， 依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道 连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防 渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直 接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。
• 4.浅埋暗挖法
• 浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行 各种类型地下洞室暗挖施工的方法。技术 核心是依据新奥法的基本原理，施工中采 用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩 的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环， 使其与围岩共同作用形成联合支护体系， 是一种抑制围岩过大变形的综合配套施工 技术。
• （1）施工原则是“管超前，严注浆，短开 挖，强支护，早封闭，勤量测”。
•
③适用于软土地区，复杂形状，大平
面，大深度的地下工程；
•
④不能使用大型机械，周边状况苛刻，
对环境要求高；
•
⑤工期较长，做业空间较小，和基坑
开挖，支挡开挖相比较贵。
• （2）优点
•
①围护结构变形小，能够有效控制周
围土体的变形和地表沉降，有利于保护临
近建筑物和构筑物。
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②基坑底部土体稳定，隆起小，施工
• 也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车 站时，往往占用道路，影响交通当地铁车 站设在主干道上，而交通不能中断，且需 要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖 法。
• （1）适用范围
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①在城市中，不能长期中断交通的道
路下修建地下建筑；先修路面，恢复交通，
在顶板的保护下修地下建筑；
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②埋置较浅＜3.0m;
• 光面爆破，喷锚支护和现场测量是新奥 法施工的三大支护。
• ①新奥法适用范围： • 具有较长自稳时间的中等岩体;
弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩；
强风化的岩石；
刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩; 坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土；
微裂隙的，但很少粘土的岩体；
在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚 硬的岩石；