土木毕业论文 - 浅埋暗挖法施工技术研究 - 图文

兵团广播电视大学开放教育（本科）

毕业设计（论文）

题目：浅埋暗挖法施工技术研究

姓 名： 学 号： 教育层次： 专 业： 分 校： 指导教师：

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目 录

第一章 绪论 ............................................................ 2

1.1概述 ............................................................. 2 1.2地下工程常见施工技术 ............................................. 3

1.2.1明挖法 ...................................................... 3 1.2.2暗挖法 ...................................................... 4 1.2.3地下工程常见施工方法优缺点比较 .............................. 5 1.3浅埋暗挖法施工技术 ............................................... 7

1.3.1浅埋暗挖法施工原理 .......................................... 7 1.3.2浅埋暗挖法适用范围 .......................................... 8 1.3.3浅埋暗挖法施工方法 .......................................... 8 1.4存在问题 ........................................................ 11 1.5本文研究内容 .................................................... 11 第二章 浅埋暗挖法施工技术 ............................................. 12

2.1概述 ............................................................ 12

2.1.1浅埋暗挖法施工要求 ......................................... 13 2.1.2浅埋暗挖法施工原则 ......................................... 13 2.2施工方法 ........................................................ 14

2.2.1全断面开挖法施工 ........................................... 14 2.2.2台阶法施工 ................................................. 16 2.2.3 分部开挖法 ................................................ 19 2.2.4特大断面施工方法 ........................................... 27 2.3本章小结 ........................................................ 28 第三章 浅埋暗挖法辅助施工方法 ......................................... 29

3.1概述 ............................................................ 32 3.2超前锚杆或超前小导管支护施工 .................................... 33

3.2.1超前锚杆或超前小导管的布设 ................................. 34 3.2.2参数选择 ................................................... 37 3.2.3超前锚杆或超前小导管的施工 ................................. 37 3.3注浆加固地层施工 ................................................ 38

3.3.1小导管超前周边注浆加固围岩施工 ............................. 38 3.3.2注浆方式 ................................................... 40 3.3.3深孔注浆加固围岩施工 ....................................... 40 3.3.4长、短导管相结合注浆堵水加固地层法 ......................... 41 3.4长管棚超前支护地层施工 .......................................... 42

3.4.1适用范围 ................................................... 42 3.4.2长管棚的布设 ............................................... 43 3.4.3长管棚施工长度的确定 ....................................... 44 3.4.4参数选择 ................................................... 44

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3.4本章小结 ........................................................ 44 第四章 监控量测和信息反馈 ............................................. 46

4.1概述 ............................................................ 46

4.1.1监控量测的目的 ............................................. 47 4.1.2监控量测的主要任务 ......................................... 47 4.1.3监控量测项目的确定 ......................................... 48 4.2监控量测方法 .................................................... 49

4.2.1目测 ....................................................... 49 4.2.2水平净空周边收敛的监控量测 ................................. 50 4.2.3拱顶下沉的监控量测 ......................................... 52 4.2.4地面沉降的监控量测 ......................................... 53 4.2.5地中多点垂直位移的监控量测 ................................. 54 4.2.6地中水平位移的监控量测 ..................................... 56 4.2.7围岩接触应力的监控量测 ..................................... 58 4.2.8钢拱架应力的监控量测 ....................................... 59 4.2.9孔隙水压力的监控量测 ....................................... 60 4.3监控量测数据的反馈 .............................................. 61

4.3.1监控量测数据对施工的反馈 ................................... 61 4.3.2监控量测数据对设计的反馈 ................................... 63 4.4本章小结 ........................................................ 64 第五章 工程实例 ........................................................ 65

5.1工程概况 ........................................................ 65 5.2施工方案 ........................................................ 65

5.2.1总体施工方案 ............................................... 65 5.2.2超前大管棚施工 ............................................. 66 5.2.3超前小导管及边墙注浆管施工 ................................. 68 5.2.4 全断面注浆施工 ............................................ 68 5.2.5 隧道施工 .................................................. 68 5.3监控量测 ........................................................ 68 5.4施工关键的处理 .................................................. 69 5.5.本章小结 ........................................................ 69 第六章 结论与展望 ...................................................... 70

6.1结论 ............................................................ 70 6.2展望 ............................................................ 70 参考文献 ............................................................... 73 致 谢 ................................................................. 75

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浅埋暗挖法施工技术研究

摘要：地下工程浅埋暗挖法是王梦恕院士在长期科研与实践的基础上，于20世纪80

年代中期创立的，并在北京市地铁工程中首次应用成功。经过近20多年的应用与实践，浅埋暗挖法从基本理论到适用范围及施工方法、工艺均有了进一步的拓展。本文阐述了浅埋暗挖法的基本原理及适用范围，指出了浅埋暗挖法的施工要求和施工原则，对浅埋暗挖各施工方法的施工要点、适用范围及优缺点进行了介绍和比较，并对浅埋暗挖法辅助施工方法的工艺原理及施工工艺加以分析研究，同时阐述了监控量测的目的和主要任务，总结了监控量测方法以及信息反馈技术，还通过工程实例对浅埋暗挖法施工技术进行了解析，最后对浅埋暗挖法施工技术的发展方向提出了完善之处。

关键词：地下工程；浅埋暗挖法；施工方法；辅助工法；监控量测；信息反馈

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第一章 绪论

1.1 概述

经济的发展，人口的增加，使城市的运行与发展受到土地与环境日益增多的制约。城市必须立体化。地下空间作为资源必须开发。地下工程大发展已是世界土木界的主流，地铁的建设是其重要组成部分。明挖法严重干扰交通，破坏环境，大量建筑物与管线的拆迁已不可能。即使拆迁，昂贵的拆迁费用也难以承受。盾构法解决了这些难题，但其灵活性差，特别是昂贵的盾构机械，会大大提高工程造价。

浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法、盾构法不适应的条件下，如北京长安街下的地铁修建工程，浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。浅埋暗挖法又称矿山法，起源于1986年北京地铁复兴折返线工程，是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。

浅埋暗挖技术是我们在借鉴外国成功经验，以及我国山岭隧道硬岩新奥法施工经验的基础上，结合中国国情和地质水文情况，由王梦恕先生主持创造的地下工程施工技术。它包括小导管超前支护技术、“8”字形网构钢拱架设计与制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工方法以及相应的监测仪器、监测方法和用变位仪进行反分析计算方法。

浅埋暗挖法施工步骤是：先将钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液，使地层加固。开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。地层加固后，进行短进尺开挖。一般每循环在0.5～1.0米左右。随后即作初期支护。第三步，施作防水层。开挖面的稳定性时刻受到水的危胁，严重时可导致塌方。处理好地下水是非常关键的环节。最后，完成二次支护。一般情况下，可注入混凝土，特殊情况下要进行钢筋设计。当然，浅埋暗挖法的施工需利用监控测量获得的信息进行指导，这对施工的安全与质量都是重要的。

浅埋暗挖法强调了新的施工要点，突出时空效应对防塌的重要作用，提出来在软弱地层必须快速施工的理念，于20世纪80年代中期在大秦线军都山铁路隧道双口黄土试验段研究成功。之后，在1986年5月～1987年5月，结合北京地区地质与水文

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地质情况，在北京地铁复兴门折返线工程设计与施工中，首次应用浅埋暗挖技术并获得成功。与明挖法相比，由于这项技术具有拆迁少、不扰民、不破坏交通及周围环境等优点，为城市修建地铁开辟了一条新路。例如北京地铁复兴门折返线，，因不便明挖而停滞了8年，应用浅埋暗挖法技术后沿长安街下施工成功。随后，这项技术又在北京地铁复兴门至西单区间进行了三拱两柱跨度达21.7m的地下车站的设计、施工和试验，并获得成功，从而为后来西单地铁站采用三拱两柱双层结构设计和施工提供了重要的技术支持。

由于浅埋暗挖法技术取得了巨大的经济效益和社会效益，北京市科委和铁道部科技司曾于1987年8月共同组织了成果鉴定会，与会专家和各级领导对这项技术进行了认真的讨论及评价，并对该技术方法的名称进行了讨论，否定了“软弱地层新奥法”、“中国特色新奥法”、“北京地铁浅埋暗挖法”等名称，最后确定取名“浅埋暗挖法”。与其他名称相比，这个名称定义准确，既反映了该技术方法的特点，又明确了它的普遍意义——适用于各种软弱地层的地下工程设计与施工。

之后，浅埋暗挖法经过十多年的广泛应用，不断改进和完善，现已在城市地铁、市政工程、城市热力和电力管道、城市地下过街道、地下停车场等工程中推广应用，形成的“隧道与地铁浅埋暗挖法”，已被国家建设部批准为国家级工法，并广泛应用于铁路、公路及其他城市地下工程。该工法正式提出的“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针，广为流传，推动了该工法的广泛应用。 1.2 地下工程常见施工技术

浅埋地下工程施工地方法主要有明挖法（盖挖法）和暗挖法两大类，早期多采用明挖法施工。近年来，随着盾构技术和暗挖技术的发展以及城市生活与环境要求的提高，暗挖法已被广泛采用。 1.2.1 明挖法

浅埋地下工程以往多采用传统的的明挖法施工。明挖法也称基坑法，主要包括敞口明挖法和基坑支护开挖法两类。其施工方法是首先从地面向下开挖出基坑，在基坑内进行结构施工，然后回填回复地面。明挖法简单易行，施工作业面宽敞，施工速度

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较快，在覆盖层薄、建筑物稀少、地面交通车量不多、地下各种管线少、周围环境要求不高的地区，采用这种方法最经济。我国最初的北京地铁北京站到苹果园站一期工程，就是在当时沿线两边没有建筑或少量建筑情况下，本着先修地铁，后带动两边建筑发展的原则，地下铁道采用明挖法修建的。然而随着城市的发展，地面交通、周围环境、地下管线也在增加。采用明挖法施工的最大缺点是破坏地面、中断交通、拆迁工作量大。同时施工产生的噪音、震动等也会严重干扰居民的生活和工作。为了尽可能地减少地下工程施工对地面交通和附近居民的干扰，盖挖法应运而生。

盖挖法是一种先做钻孔灌注桩或连续墙作为维护结构和支撑结构，在该结构保护下再做桩顶纵梁、盖顶板，恢复路面，然后，在桩及钢筋混凝土顶板的支护下进行主体结构施工的方法。根据开挖和结构施工顺序的不同，盖挖法又可分为盖挖顺筑和盖挖逆筑两类。盖挖法是一种比较快速、经济、安全的施工方法。但是在主要交通干道上修建地下工程时，盖挖法施工还是不能彻底解决问题，因此研究开发新的地下工程设计与施工技术，成为工程技术人员孜孜以求的目标。浅埋暗挖法就是一种可以克服明挖法上述困难的创新技术和方法。 1.2.2 暗挖法

随着地面交通运输量越来越大，以及人们环境保护意识的提高，地下工程暗挖法已经逐渐取代明挖法而广泛应用于城市地下施工。

一、盾构法

盾构是在有水地层、软弱不稳定岩层中修建地铁区间隧道和其他地下工程时，进行开挖支护和衬砌的一种专用机械设备。盾构的种类很多，目前广泛采用最先进的盾构有泥水加压复合式盾构和土压复合式盾构。由于盾构法施工具有施工速度快，不拆迁地面建筑物和地下管网，施工期间噪音小、震动小、不影响地面交通等优点，近年来在国内外地铁区间工程中被广泛采用。但是盾构法施工存在着随地层的变化而产生不适应、断面又不容许改变、制造盾构的成本较高、造价昂贵等缺点，因此，其优越性不如浅埋暗挖法。

二、浅埋暗挖法

在工程设计中，根据施工特点，地下工程可分为深埋、浅埋、超浅埋地下工程。

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按照《铁路隧道设计规范》（TB1003-2001）规定，当单线或双线隧道拱顶埋深小于：Ⅵ级围岩35～40m、Ⅴ级围岩18～25m、Ⅳ级围岩10～14m、Ⅲ级围岩5～7m，为浅埋隧道。也可用实测压力P和垂直土柱重量γh之比来确定，根据实测资料统计，当P/γh＞0.4～0.6为浅埋隧道。

城市地铁、地下工程结构断面变化很大，仅用拱顶深度来确定深埋或浅埋是不妥的，还必须考虑地下工程大跨度大小，跨度大时，对覆土的影响也大。拱顶覆土厚度（H）与结构跨度（D）之比，即H/D称为覆跨比。当0.6＜H/D≤1.5时，均称为浅埋；当H/D≤0.6时，称为超浅埋。

对于浅埋地下工程而言，其显著特点是埋深浅。在施工过程中，由于地层损失而引起的地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此，在各种开挖、支护衬砌、排水注浆方法突出了更高的要求，施工难度增加。所以，如何有效控制浅埋地下工程施工扰动诱发的地面移动变形，成为浅埋地下工程设计与施工研究的重点、难点和热点问题。基于从控制地面变形、减少对环境的不利影响、降低施工成本等方面考虑，形成了各种适用于浅埋地下工程施工地方法。为了达到及时支护，防止地层沉降的目的，必须完全稳定后，再敷设防水隔离板，施加二次模筑混凝土衬砌，这是最符合地下工程受力特点的一种结构。

浅埋暗挖法是在近十几年发展起来的一种新方法，该方法现在已经在城市地铁、市政地下管网及地下空间的其他浅埋地下结构物的工程设计与施工中广泛应用。该方法多应用于第四纪软弱地层，开挖方法有正台阶法、单侧壁导洞法、中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、双侧壁导洞法（眼镜工法）等。该方法具有灵活多变，对地面建筑、道路和地下管网影响不大，拆迁占地少、不扰民、不污染城市环境，是目前较先进的施工方法。该方法在铁路、公路及软弱地层中也开始应用。 1.2.3 地下工程常见施工方法优缺点比较

浅埋暗挖法与其他的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（明挖法）相比，具有拆迁占地少、不扰民、不破坏交通及周围环境、节省大量拆迁投资等优点；与盾构法相比，具有简单易行，无需多种专用设备，灵活方便，适用于不同地层、不同跨度、多种断面，可以提供大量就业机会等优点，是适合我国

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国情的好方法。尤其对于区间隧道，浅埋暗挖法施工速度完全能满足总工期要求。当然，浅埋暗挖法也存在缺点，如速度较慢，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、盾构法优缺点比较见表1-1。

表1-1 浅埋地下工程常见施工方法优缺点比较

方法 地质 占用场所 断面变化 深度 防水 地面下沉 交通影响 地下管路 震动噪音 地面拆迁 水处理 进度 明挖法 各种地层均可 占用街道路面较大 适用于不同断面 浅 较易 小 影响很大 需拆迁和防护 大 大 降水、疏干 拆迁干扰大， 总工期较短 造价 （日本） 注：造价仅是区间对比，是日本1988年的工程总结。

43～85亿日元/km 盾构法 各种地层均可 占用街道路面较小 不适用于不同断面 需要一定深度 较难 较小 竖井影响大 不需拆迁和防护 小 较大 堵、降结合 前期工程复杂， 总工期正常 46亿日元/km 暗挖法 有水地层需做特殊处理 不占用街道路面 适用于不同断面 需要的深度比盾构法小 有一定难度 较小 不影响 不需拆迁和防护 小 小 堵、降或堵、排结合 开工快， 总工期正常 25亿日元/km， 低于其他方法2-4倍 在地下工程建设中，应根据工程的实际情况选择合适的施工方法。随着暗挖法技术的不断改善以及人们对环境保护的不断提高，上述施工方法的造价也在不断的提高，普及的程度也在不断的变化，图1-1为签联邦德国地铁建设采用上述三种方法建造成本随年代的变化情况，以及1984年交通隧道工程施工方法的普及程度，图中表明暗挖法施工成本逐年降低，1973年以后已低于其他方法。

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图1-1 前联邦德国地铁建造成本变化

1.3 浅埋暗挖法施工技术 1.3.1 浅埋暗挖法施工原理

浅埋暗挖法沿用了新奥法（New Austrian Tunneling Method简称NATM）的基本原理，创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念；采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法进行设计和施工时，同时采用多种辅助工具，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；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、安全生产与施工。

浅埋暗挖法大多应用于第四纪软弱地层中的地下工程，由于威严自承能力很差，为避免对地面建筑物和地中构筑物造成破坏，需要严格控制地表沉降量。因此，要求初期支护刚度要大，支护要及时。例如，图1-2所示的围岩特征曲线和支护的刚度曲线交点C（稳定点）应尽量靠近A点，即支护所承受的荷载（P0值）越大越好，以减小围岩的承载力，并作为支护和围岩共同作用的安全储备。这种设计思想的施工要点可概括为管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈。初期支护必须从上向下施工，二次模筑衬砌必须通过变位量测，当结构基本稳定时，才能施工，而且必须从下向上施工，决不容许先拱后墙施工。

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图1-2 围岩特征曲线和支护的刚度曲线示意图

1.3.2 浅埋暗挖法适用范围

浅埋暗挖法是在软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其他适于浅埋结构物的施工方法。它主要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，采取堵水和降水等措施后也适用。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，且对地面沉降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。 1.3.3 浅埋暗挖法施工方法

采用浅埋暗挖法施工时，根据地表沉降要求、地层条件及开挖断面大小，常见的典型方法是全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧壁导坑正台阶法（眼镜工法）、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）等。开挖根据围岩情况Ⅴ级地段采用CRD法或双侧壁导坑法施工，Ⅳ级采用CD法或弧型导坑预留核心土法施工，每循环进尺控制在1m以内，Ⅱ、Ⅲ级及横洞Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法施工，每循环进尺控制在2.5m以内。施工方法详见下表1-2。

表1-2 浅埋暗挖法主要开挖方法比较

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施工方法 示意图 适用条件 沉降 工期 防水 初期支护拆除量 造价 全断面法 正台阶法 上半断面封闭正台阶法 正台阶环形开挖法 单侧壁导坑正台阶法 中隔壁法 （CD法） 交叉中隔壁法（CRD法） 双侧壁导坑法（眼镜工法） 中洞法 侧洞法 柱洞法 地层好， 跨度≤8m 地层较差， 跨度≤12m 地层差， 跨度≤12m 一般 最短 好 无 低 一般 短 好 无 低 一般 短 好 小 低 一般 短 好 无 低 地层差， 跨度≤14m 地层差， 跨度≤18m 较大 较短 好 小 低 较大 较短 好 小 偏高 地层差， 跨度≤20m 较小 长 好 大 高 大 长 差 大 高 小跨度，连续使用可扩成大跨度 小 长 差 大 较高 大 长 差 大 高 多层多跨 大 长 差 大 高 1.全断面法施工

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常用在Ⅰ～Ⅲ级硬岩中，利于组织大型机械化作业，提高施工速度。该法可采用深孔爆破，例如大瑶山双线隧道用该法施工时，最深钻孔眼达5.15m，复合式衬砌单口月成洞达150～240m。

2.台阶法施工

在松散地层中采用台阶法施工，一般都要用超前小导管对地层进行超前加固，对于一些特殊地段，如隧道埋深浅、地表有重要建筑物、隧道穿越公路或铁路线等，则需要对地层采用大管棚和小导管联合支护的方式。

3.CD法施工

围岩较差、跨度大、地表沉陷难控制是采用，此法单侧壁导坑超前，中部和另一侧的断面用正台阶法施工，故兼有正台阶法和双侧壁导坑法的优点，且洞跨可随机械设备等施工条件决定，此法已在北京地铁复兴门折返线，埋深与洞跨比为0.67、宽15m的渡线断面中应用并获得成功。

4.CRD法施工

当开挖断面较大时，为确保地层沉降在允许控制范围内，需要将整个开挖断面分为若干个小断面，并在断面中部设置一道临时支撑。在具体施工时，开挖一个小断面，进行一个小断面的初期支护，最终使整个大断面初期支护闭合成环，在二衬前，拆除中间“十字”支撑。

5.双侧壁导坑法

适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求严格，围岩条件特别差时，此法安全可靠，但速度慢，造价高。北京地铁西单车站施工采用了该方法，该处地层主要是粉细砂、中粗砂、砾砂等，埋深在6m左右，车站长、宽、高分别为270m，26.04m，13.5m。衡广复线上的香炉坑隧道，为双线铁路隧道，全长238m，隧道开挖宽度13.22m，高度10.47m，面积约120m2，随到最大埋深28m，洞口段覆盖层厚度在14m以内，最小埋深仅1.5m，该隧道采用双侧壁导坑法进洞获得了成功。 1.4 存在问题

浅埋暗挖法虽然是一个成功的方法，获得了越来越多的应用，但也应该看到它的

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问题和不足。这主要表现在施工速度不快、施工步骤复杂，在困难条件下衬砌和防水施工质量难以控制，施工成本偏高等。因此，不断完善和提高浅埋暗挖法施工技术水平，是一项长期而重要的任务。

目前, 采用浅埋暗挖法修建城市地铁主要受到地质条件、结构断面、地形条件等因素的影响, 应用范围受到一定限制。

不能带水作业是浅埋暗挖法施工必须具备的基本条件。在含水地层暗挖施工中,必须进行先期降水。特别是城市地铁采用浅埋暗挖法基本是在无水条件下施工，通常情况下，城市地铁地下水位一般较高，水的影响往往是浅埋暗挖法施工成败的关键，而大深度、大范围降水可能会对周围环境造成破坏(如导致地面沉陷、地下水流失等)，而且也是造价偏高的一个原因。从目前效果看,在砂质地层中达到无水作业条件是完全可能的；在非砂质地层或含水层较薄的潜水或上层滞水疏干比较困难的情况下,可采用洞内轻型井点降水。

浅埋暗挖法修建城市地铁的施工速度较慢，工程造价偏高，难以适应城市地铁的快速发展。目前浅埋暗挖法已经采用各项改进措施，虽然施工速度可能有所提高，工程造价得到降低，但挖潜、改进能力有限。 1.5 本文研究内容

地下工程浅埋暗挖法于20世纪80年代中期创立的，并在北京市地铁工程中首次应用成功。它特别适用于我国北方地区地下水位较低条件下的浅埋隧道暗挖施工，不仅适用于地铁和公路隧道，而且适用于水利涵管、电力管线等其他浅埋隧道施工，为缺乏盾构等现代化掘进机械的浅埋暗挖隧道施工提供了强有力的支持，这对我国地下工程建设进一步推广和应用具有重大意义。本文主要研究内容包括浅埋暗挖法的定义和分类，浅埋暗挖法施工技术，浅埋暗挖法辅助施工方法，以及监控量测和信息反馈等， 对浅埋暗挖法施工要领进行了简要的论述。

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第二章 浅埋暗挖法施工技术

2.1 概述

修建浅埋地段隧道时，往往因周围环境等要求必须采用暗挖法施工。浅埋暗挖法是一种综合施工技术，其特点是在开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩，合理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，有效地抑制围岩过大变形。

施工中我们坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针，这套施工要点是在施工实践中总结出来的，比较准确地概括了浅埋暗挖施工技术。其具体内容如下：

“管超前”——在工作面开挖前，沿隧道拱部周边按设计打入超前小导管起超前支护作用，开挖后管与管之间的围岩有成拱效应，管棚本身形成很多简支梁对围岩起支撑和抑制围岩变形作用，以便提供一个能完成初期支护的时间。

“严注浆”——在打设超前小导管后注浆加固地层，使松散的砂砾等能胶结起来，以便在开挖后不引起坍塌。在导管超前支护后，立即进行压注水泥或水泥水玻璃浆液，填充砂层孔隙，凝固后将砂砾胶结成为具有一定强度的“结石体”，使周围形成一个壳体，增强围岩自稳能力。此外，严注浆还包括初支背后注浆和二衬背后注浆。

“短进尺”——每个开挖循环距离要短，这样才能做到开挖和支护时间尽可能短，且由于嵌制作用和纵向围岩暴露得少，确保了施工完全。

“强支护”——采用格棚钢架和速凝混凝土进行较强的初期支护，以限制地层变形，浅埋暗挖法的网喷支护承载安全系数取得转大，一般不考虑二次支护承力。

“早封闭”——开挖后初期支护要尽早封闭成环，以便改变受力条件。 “勤量测”——施工量测指地表沉降量测和洞内拱顶下沉与收敛量测。量测是对施工过程中围岩及结构变化情况进行动态跟踪的主要手段，是对威严和支护结构的变形监测，其信息及时而准确地反馈给设计施工主管部门，以便修改设计或采取特殊的施工措施。

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2.1.1 浅埋暗挖法施工要求

1.控制围岩变形波及地面

浅埋隧道施工中开挖的影响将波及地面。为了避免破坏地面建筑物及地层内埋设的线路管网，保护地面自然景观，克服对地上交通的影响，更好地适应周围环境的需要，必须严格控制地中及地表沉陷变形量。

变形量，不仅包括由于开挖直接引起的围岩的沉降变形，而且包括由于围岩作用引起的支护体系的柔性变形和各阶段施工中基础下沉变位而引起的结构整体位移。

2.要求刚性支护或进行地层改良

为了抑制地中及地面的变形沉陷，浅埋暗挖法施工时，其支护时间必须尽可能提前，支护的刚度也应适当加大；必须选用适当的开挖方法、支护方式及施工工艺。另外，还应经常采用对前方围岩条件进行改良及超前支护等基本措施。

3.通过试验段来指导设计和施工

由于周围环境及隧道所处地段地质的复杂性，在做出包括结构设计、施工方案、试验及量测计划的设计后，往往需要选取地质条件及结构情况有代表性的一段工程作为试验段，先期开工。施工过程中，对引起的地中及地面沉陷变形、支护结构及围岩应力状态、地面环境受影响程度等情况进行观察、量测、分析和研究。根据试验段施工中所取得数据，还可以用反分析法获得更多更符合实际的围岩力学参数，并在此基础上进行力学分析计算。

通过对试验段施工的研究分析，对整体施工方案进行优化设计，对量测数据管理标准进行验证。

2.1.2 浅埋暗挖法施工原则

1.根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差；可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好，可用全断面开挖法。

2.应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。

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3.应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二次模筑衬砌作业的配套机具，使施工程序化，为快速施工创造条件。设备投入量一般不少于工程造价的10％，否则难以满足工程质量和进度的要求。

4.现场施工过程中的监控量测与反馈在浅埋暗挖法施工中非常重要，必须在施工组织设计中作为重要的工序进行规划和实施。必须采用先进的量测设备、方法和相应的处理量测资料的软件。

5.工序安排要突出及时性，尤其在开挖后要认真做到及时喷射混凝土、及时量测、及时反馈、及时修正。地层较差时，应严格执行“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。

6.提高职工素质，组织综合工班进行作业，以提高施工质量和速度。当前，许多施工队伍严重缺乏管理，施工质量差，极易造成塌方和大幅度沉降。

7.在施工过程中，开挖、喷锚、装渣运输等工序将产生大量粉尘、噪音和有害气体，应加强通风、防尘措施及管理，并指定专人负责，做到文明施工，在洞内外都要处理好施工、人员、环境三者的关系。

8.应采用网络技术进行工序时间调整，进行进度管理、安全技术组织措施管理、机械配套和维修管理、监控量测与反馈管理、质量检验管理、材料消耗管理、环境工程管理等，应配套容量较大的微机进行存储和分析。 2.2 施工方法

2.2.1 全断面开挖法施工

地下断面采用一次开挖成型（主要是爆破或机械开挖）的施工方法叫全断面开挖

法。该法的优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成；工序简单，便于组织大型机械化施工；施工速度快，防水处理简单。缺点是对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力。另外，机械设备配套费用也较大。

1.施工顺序

全断面开挖法操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台机，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次

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爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环。同时施做初期支护，铺设防水隔离层或不铺设，进行二次模筑衬砌。开挖顺序见下图2-1。

①全断面开挖 ②喷锚支护 ③灌注衬砌

图2-1全段面法开挖施工顺序

该施工工艺流程突出两点：增加操作手进行复喷作业，先初喷后复喷，以利于稳定地层和加快施工进度；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m。当地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法。

2.适用范围

全断面开挖法主要适用于Ⅳ～Ⅵ级围岩。当断面在50m2以下，隧道又处于Ⅲ级围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工。但是第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均为20m2以下，且施工中仍需特别注意。山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信管道施工多用此法。

3.评价 （1）优点

全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理。 （2）缺点

①由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。

②每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计 ，并严格控制爆破作业。

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2.2.2 台阶法施工

台阶法施工就是将结构断面分成两个和几个部分，即分成上下两个工作面或几个工作面，分部开挖。根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔壁台阶法等。该方法在浅埋暗挖法中应用最广，可根据工程实际、地质条件和机械条件，选择合适的台阶方式。台阶法开挖顺序见图2-2。

1.上半部开挖 2.拱部喷锚支护 3.下半 1.上半部开挖 2.拱部喷锚支护 3中 部中央部开挖 4.边墙部开挖 5.边墙锚 核开挖 4.下部开挖 5.边墙锚喷支护 喷支护 6.二次衬砌仰拱 7.二次衬砌 6.二次衬砌仰拱 7.二次衬砌

图2-2 台阶法开挖顺序

1.正台阶法开挖

正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制围岩其结构变形及由此引起的地面沉降。上台阶长度（L）一般控制在1～1.5倍洞径（D），根据地层条件可选择两部或多部开挖法。

（1）上下两部分步开挖

采用此方法，若地层较好（Ⅲ、Ⅳ类），可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度（L）一般控制在1～1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护后形成封闭结构。若地层较差，为了稳定工作面，也可以辅以小导管超前支护等措施。上下两部分步正台阶法开挖示意图见下图2-3。

一般采用人工和机械混合开挖法，即上半断面采用人工开挖、机械出渣，下半断面采用机械开挖、机械出渣。有时为避免上半断面出渣对下半断面的影响，可用皮带运输机将上半断面渣土送到下半断面的运输车中。

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图2-3 上下两部分步正台阶法开挖

（2）多部分开挖留核心土

该方法适用于较差的地层，围岩级别是Ⅰ、Ⅱ类，上台阶取1倍洞径（D）左右环形开挖，留核心土。用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过10d，以确保地面沉陷控制在50mm以内。当隧道断面较高时，可以分多层台阶开挖法，但台阶长度不容许超过1.5D。多部分开挖留核心土示意图见图2-3。

图2-3 多部分开挖留核心土示意图

2.有关台阶长度问题

台阶长度之所以定为1倍洞径(D)，主要因为地面沉降不容许超过30mm，另外，隧道在施工中纵向产生承载拱，承载拱的跨度约为1倍洞径（图2-4）。

这样，在1倍洞径区段周围地层产生横向和纵向两个承载拱的作用，这对开挖是有利的。台阶长度超过1倍洞径将失去纵向承载拱受力结构，仅有横向平面承载拱受力结构。

另外，上台阶若选用大于1．5倍洞径的长台阶，在开挖时纵向变位大，上台阶断面形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近受力大

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而使其失去稳定性（图2-5）；在下台阶开挖时，也容易产生变位叠加而使其失去稳定性（图2-6）。

图2-4 纵向承载拱的作用 图2-5 上台阶过长引起松动荷载

图2-6 开挖过程纵向变位影响长度图 图2-7 上台阶过短引起工作面不稳定

上台阶若过短，小于1倍洞径，因洞内纵向破裂面超过工作面，易造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定所以软弱地层不能采用短台阶法施工（图2-7），但是若用硬岩爆破法施工时，为了便于风钻打眼，可设置超短台阶。

从安全角度考虑，台阶长度定为1倍洞径是合理的，施工机械的配置也应遵守这个原则。因此，在采用正台阶法施工时，应树立一个概念，不要分长台阶、短台阶、微台阶，这是长期施工经验教训的总结，有关施工规范中也取消了这种说法，也不再提半断面法开挖。

需要说明的是，在Ⅱ类砂卵石地层中进行大断面正台阶开挖，必须同时实施深孔注浆和小导管超前支护、预注浆辅助工法。

3.优缺点

①灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，

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尤其是各种不同方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化(变好或变坏)，都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母。

②具有足够的作业空间和较快的施工速度，台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。当地层无水、洞跨小于10m时，均可采用该方法。

③台阶法开挖的缺点是上下部作业相互干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩被扰动的次数等。 2.2.3 分部开挖法

分部开挖法主要适用于地层较差的大断面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市

地下工程，包括单侧壁导坑超前台阶法、中隔墙法（CD工法）、交叉中隔墙法(CRD工法）、双侧壁导坑超前中间台阶法（眼镜工法）和双隔墙中间预留核心土法等多种形式。 一、单侧壁导坑超前台阶法

1. 基本概念

单侧壁导坑法是指在隧道断面一侧先开挖一导坑，并始终超前一定距离，再开挖隧道断面剩余部分的隧道开挖方法。单侧壁导坑超前导坑法开挖示意图见下图2-8。

图2-8 单侧壁导坑超前台阶法

采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上。为了稳定工作面，须采取超前锚杆、超前小管管、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合开挖、人工和机械配合出碴。断面剩余部分开挖时，可适当采用控制爆破以免破坏已完成导坑的临时支护。

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侧壁导坑尺寸通常根据机械设备和施工条件来确定，而侧壁导坑的正台阶高度，一般规定为台阶底部至拱线的位置，这主要是为施工方便而规定的，范围在2.5～3.5m。下台阶落底、封闭要及时，以减少地面沉降。

2.适用范围

单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨断面多不小于10 m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3～4m，这样就可将大跨度变为3～4m跨和6～10m跨，这种施工方法简单可靠。 二、中隔墙法(CD工法)

1.基本概念

CD工法（Center Diaphragm）是指是在软弱围岩大跨度隧道中，将隧道断面左右一分为二，先开挖一侧，并在隧道断面中部架设一临时支撑隔，待先开挖的一侧超前一定距离后，再开挖另一侧隧道的施工方法。通过隧道断面中部的临时支撑隔墙，将断面跨度一分为二，减小了开挖断面跨度，使断面受力更合理，从而使隧道开挖更安全、可靠。

CD工法是在20世纪80年代以来，随着修建城市地下工程实例日益增多，尤其是非掘进机方法运用于软弱、松散地层中浅埋暗挖隧道工程后，在原正台阶法的基础上发展起来的一种工法。它更有效地解决了将大跨、中跨的洞室开挖转变为中、小跨洞室开挖问题。CD工法首次在德国慕尼黑地铁工程的实践中获得了成功，并在技术和经济上去的突破。

2.适用范围

CD工法主要适用于地层较差的、可采用人工或人工配合机械开挖的Ⅳ、V级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段，且地面沉降要求严格的地下工程施工。

3.施工方法

采用CD工法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5～7m。为了稳定工作面，往往与预注浆等辅助施工措施配合使用，采用人工开挖、人工出渣方式。CD工法的开挖方式与施工顺序分别见下图2-9和图2-10。

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图2-9 CD工法开挖方式

图2-10 CD工法施工顺序

三、交叉中隔墙法(CRD工法)

1.基本概念

当CD工法仍不能保证围岩稳定和隧道施工安全要求时，可在CD工法的基础上对各分部加设临时仰拱，即CRD工法(Center Cross Diaphragm)。CRD工法是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工的施工方法。

CRD工法是日本在真米隧道建设中吸取欧洲CD工法的经验，在冬叶高速线习志野台隧道施工中，将原CD工法先开挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环、改进发展的一种工法。其最大特点是将大断面施工化成小段面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时随到整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。

2.适用范围

CRD工法适用于特别破碎的岩石、碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土及黄上组成的V级围岩和软朗状粘性土、潮湿的粉细砂组成的Ⅵ级围岩及较差围岩中的洞口段、偏压段、浅埋段等。

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3.施工方法

CRD工法以台阶法为基础，将隧道断面从中间分成4～6部分，使上下台阶左右各分成2～3部分，每一部分开挖并支护后形成独立闭合单元。各部分开挖时，纵向间隔的距离可根据具体情况按台阶法确定。CRD工法的开挖方式与施工流程分别见下图2-11和图2-12。

图2-11 CRD工法开挖方式

（a）横向施工示意图 （b）纵向施工示意图

图2-12 CRD工法施工流程

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的施工问题。这些建筑物若在埋深较浅、软弱不稳定的Ⅲ～Ⅴ级围岩中，一般用浅埋暗挖法施工。

当地质条件差、断面特大时，一般设计成多跨结构跨与跨之间有梁、柱连接。比如常见的三跨两柱的大型地铁站、地下商业街、地下停车场等，一般采用中洞法侧洞法、柱洞法及洞桩墙法(地下盖挖法)等方法施工，其核心思想是变大断面为中小断面，提高施工安全度。 一、中洞法

1.基本概念

中洞法先开挖中间部分(中洞) ,在中洞内施作梁柱结构,然后再开挖两侧部分(侧洞) ,并逐渐将侧洞顶部荷载通过中洞初期支护转移到梁、柱结构上。中洞法施工示意图和具体施工顺序分别见下图2-18和图2-19。

图2-18 中洞法施工示意图 图2-19 中洞法施工顺序

由于中洞的跨度较大，施工中一般采用CD法、CRD法或眼睛法等进行施作。中洞法施工工序复杂，但两侧洞对称施工，比较容易解决侧压力从中洞初期支护转移到梁柱上时产生的不平衡侧压力问题，施工引起的地面沉降较易控制。该工法多在无水、地层相对较好的时应用。该工法空间大，施工方便，混凝土质量也能得到保证。当施工队伍水平较高时，多采用该工法施工。采用该工法施工，地面沉降均匀，两侧洞的沉降曲线不会在中洞施工的沉降曲线最大点叠加，应为优选方案。

该施工方法的特点是初期支护自上而下，每一步封闭成环，环环相扣，二次衬砌自下而上施作，混凝土质量较容易得到保证，多在无水、地层相对较好时应用。该施工方法空间大，施工方便，但该方法施工引起的地面沉降和影响范围较大。 二、柱洞法

柱洞法是按照“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,台阶法施工。先自上而下对称施

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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。柱洞法施工示意图和具体施工顺序分别见下图2-20和图2-21。

图2-20 柱洞法施工示意图 图2-21 柱洞法施工顺序

施工中，先在立柱位置施作一个小导洞，可用台阶法开挖。当小导洞做好后，在洞内再做底梁、立柱和顶梁，形成一个细而高的纵向结构。该工法的关键是如何确保两侧开挖后初期支护同步作用在顶纵梁上，而且柱子左右水平力要同时加上且保持相等，这是很困难的力的平衡和力的转换交织在一起的问题。在第④步增设强有力的临时水平支撑是解决问题的一个办法，但工程量大，不易控制。另一个办法是在第②步的空间用片石(间层用素混凝土或三合土)回填密实，使立柱在承受不平衡水平力时，依靠回填物给予支持，这样左边和右边施工就可以不同步地将水平荷载转移到立柱纵梁上。这样做虽能确保立柱的质量，但造价较高。

柱洞法施工引起的地面沉降量较小，安全度大，但中洞开挖时受力转换复杂。 三、侧洞法

侧洞法施工就是先开挖两侧部分(侧洞)，在侧洞内做梁、柱结构，然后再开挖中间部分(中洞)，并逐渐将中洞顶部荷载通过侧洞初期支护转移到梁、柱上。这种施工方法，在处理中洞顶部荷载转移时，相对于中洞法要困难一些 。侧洞法对于单层多跨的大断面车站较为适用。侧洞法施工示意图和具体施工顺序分别见下图2-22和2-23。

图2-22 侧洞法施工示意图 图2-23 侧洞法施工顺序

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两侧洞施工时，中洞上方土体经受多次扰动，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形。该土体直接压在中洞上，中洞施工若不够谨慎就可能发生坍塌。采用该工法施工引起的地面沉降较大，而中洞法则不会出现这种情况。 四、桩柱法

桩柱法也称PBA工法，就是先开挖，在洞内制作挖孔桩。梁柱完后，再施作顶部结构，然后在其保护下施工，实际上是将盖挖法施工的挖孔桩梁柱等转入地下进行，因此也称做地下式盖挖法。施工工序见下图2-24。

PBA工法是对传统的地面框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合,将导洞技术、桩技术、拱技术及框架结构的受力机理进行综合运用的一种新的地下工程施工工法。在地面上不具备施作基坑围护结构条件时,改在地下小导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱,共同构成桩、梁、拱支撑框架体系,承受施工过程的外部荷载,然后在顶拱和边桩的保护下,逐层向下开挖土体,施作内部结构,最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系

该工法施工工序较多，且由地下工作环境很差，施工质量较难保证。扣拱时由跨度较大，安全性稍差。在地层较好、无水时，可采桩柱法。该工法是为民工队准备的低水平施工法内挖孔环境破坏很大，是一种不宜过多提倡的方法。

图2-24 车站桩柱法施工工序

①坑开挖及支护 ②导坑内施作挖孔桩及顶梁、底梁 ③主体上部开挖及拱部初期支护 ④施作中承板及侧墙、拱部衬砌

⑤主体下部开挖及垫层施作 ⑥施作地板、站台层侧墙 ⑦施作站台及附属工程

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五、方法比较

各种开挖方式比较，详见表2-2。

表2-2 特大断面施工各种开挖方式比较

方 法 地面沉降 施工安全 断面利用率 施工环境 受力条件 废弃工程量 造 价 中洞法 较 大 中 等 中 等 较 好 较 好 中 等 中 等 侧洞法 较 大 较 高 中 等 较 好 较 好 较 大 高 柱洞法 大 中 等 中 等 导洞内稍差 较 差 较 小 较 低 柱洞法施工总体安全度较高、废弃工程量较少，但导洞内作业条件较差，施工质量较难保证，扣拱时跨度较大，安全性稍差。侧洞法是地面沉降量较大，钢格栅连接难度较大。中洞法是初期支护自上而下，每一步封闭成环，环环相扣，二次衬砌自下而上施作，施工质量容易得到保证，施工环境和受力条件较好，地面沉降量、施工安全度、废弃工程量均能满足工程要求。 2.3 本章小结

本章主要对浅埋暗挖法施工技术加以介绍，主要内容包括浅埋暗挖法施工要求和施工原则，以及浅埋暗挖法施工方法的主要典型方法，如全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧壁导坑正台阶法（眼镜工法）、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、中洞法、柱洞法、侧洞法和桩柱法等。本章针对各种工法，对它们的基本概念、施工顺序、适用范围以及优缺点都作了相应的概述。

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第三章 浅埋暗挖法辅助施工方法

3.1 概述

辅助施工方法是针对软弱不良地层而提出的，其选择的正确与否直接关系到工作的成败和造价的高低，它是衡量施工应变能力的重要标志。辅助施工方法已作为地下工程，尤其是浅埋地下工程暗挖法施工的一个重要分支进行研究和应用。施工前需根据围岩条件、施工方法、进度要求、机械配套和工程所处环境等情况，优先选择较简单的方法或同时采用几种辅助施工方法来加固地层，确保不塌方、少沉陷。浅埋暗挖法辅助施工方法较多，常用的有以下几种：

（1）环形开挖留核心土

多用于台阶法开挖施工中，此方法在围岩自稳时间达到24h以上，开挖工作面稳定时才能采用。环形开挖循环进尺长度一般控制在1.2m以内，以0.75～1m为宜。核心土的断面面积应大于开挖断面面积50%，核心土纵向长度应大于3m。

（2）喷射混凝土封闭开挖工作面

多与环形开挖留核心土方法配合使用，在留核心土仍不能满足工作面稳定时，可及时喷射混凝土封闭开挖工作面，喷射混凝土厚度一般为5～10cm。

（3）超前锚杆和超前小导管支护

当围岩自稳时间在12～24h之间时，通常采用超前锚杆或超前小导管支护。 （4）超前小导管周边注浆加固地层施工

多用于自稳时间在12h以内，甚至没有自稳能力的围岩中，如第四纪末胶结的砂卵石、粉细沙层中。

（5）设置上半断面临时仰拱

在软弱地层中施工，当采用分部开挖法施工不能及时形成闭合结构时，应设置临时仰拱。

（6）深孔注浆加固地层

多用于沙土、粘沙土有水、大跨度、地面不容许有较大沉陷的各类地下工程中。 （7）长管棚超前支护或注浆加固地层

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多用于钻机容易打入管棚的较软弱地层和不能注浆或注浆效果不佳的粘性土层地段。

（8）冻结法加固地层

多用于降水效果不佳或不容许降水施工的软弱富水地段。该方法要求专门设备，施工工艺复杂，造价高。

（9）水平旋喷法超前支护

当遇到流沙、淤泥地层，工作面没有自稳能力，地面上又有房屋，不容许地面有较大沉降时采用。

（10）地面锚杆或高压旋喷加固地层

包括地面锚杆加固和地面高压旋喷加固地层等。地面锚杆加固适用于浅埋洞口地段和某些偏压地层的加固，高压旋喷加固适用于注浆效果不佳、粉细沙含量较高的地层。

（11）降低洞内、洞外地下水位法

多用于渗透性较好的富水地层。此方法通过降低工作面地下水位，在干燥或少水状态下施工。常用降水方法为井点降水，包括地面深井降水及洞内轻型井点降水。

（12）洞内超前水平降排水法

当地下工程处于富水地层，地面不容许采用降水措施或降水效果不佳时，应在施工期间采取适当防排水措施。常用方法包括超前钻孔排水和仰拱底部埋管排水。

以上各种辅助施工措施中，环形开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面和设置上半断面临时仰拱等工艺比较简单，应作为首选方案。其中超前小导管支护和注浆加固地层是最常用的辅助施工方法。 3.2 超前锚杆或超前小导管支护施工

采用浅埋暗挖法施工时，当围岩自稳时间在12～24h之间时，通常采用超前锚杆或超前小导管支护。若结构跨度较小，常采用超前锚杆支护；若结构跨度较大（跨度＞6m）或锚杆成孔较差，可采用超前小导管支护。采用超前小导管支护时，为提高支护效果，必须配合钢拱架支护。

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3.2.1 超前锚杆或超前小导管的布设 一、超前锚杆的布设

超前锚杆一般采用φ22mm螺纹钢全长粘结砂浆锚杆和迈式（自进式）注浆锚杆两种类型。超前锚杆的布设有以下两种形式：

1.以钢拱架为支点的全长粘结砂浆超前锚杆

这种超前锚杆的尾部以钢拱架为支点的，如下图3-1所示，超前锚杆在钢拱架腹部穿过，锚杆长度一般为短台阶的高度加1m，总长度多为3.5～4.0m。锚杆的倾角α一般选用6°～12°，一般情况下，超前锚杆的横向宽度为内拱顶线的一半再加2m，也可根据地质情况适当增减其布置范围，为提高支护效果，在靠近拱脚部位的超前支护的方向常分别向左右酌情外插。横向间距应根据围岩情况而定，一般为0.2～0.4m，如采用双层支护时，间距为0.4～0.6m。其上、下层应错开排列，其纵向间距应根据围岩类别、超前支护的长度、锚杆的截面尺寸及横向间距等因素综合考虑确定。一般可取100cm或150cm，最大不超过200cm，其长度应根据地质情况，锚杆拉拔试验强度，钻孔机械类型，供给钢筋长度，开挖循环次数等因素综合考虑确定。一般多采用3.5～5m，最长为7.0m，对围岩软弱的地方，可采用φ8或φ10的钢筋按间距0.1×0.1m2挂方格网，再喷射0.10～0.15m厚度的混凝土，增强围岩的自稳能力。

①超前锚杆 ②钢拱架 a.超前锚杆横向间距 b.钢拱架支承间距 α.超前倾角

图3-1 有钢拱支护的锚杆布置图

2.迈式注浆（或不注浆）自进超前锚杆

该类型锚杆是一种将钻进、注浆、锚固等功能合为一体的锚杆，在成孔不好的地层，如回填土、沙、沙砾石、黏土等松软地层中应用，效果最好。因钻杆是锚杆，不

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需先放钻孔后放锚杆，所以操作简单，能节省25%工作量，是一种较理想的锚杆形式。迈式注浆自进锚杆施工示意图和结构图分别见下图3-2和图3-3所示。

①封闭喷射混凝土 ②第一层钢筋网 ③格栅拱 ④第一层喷射混凝土 ⑤超前自钻式注浆锚杆 ⑥普通锚杆 ⑦第二层钢筋网 ⑧第二层喷射混凝土

图3-2 迈式注浆自进锚杆施工示意图

图3-3 迈式注浆自进锚杆结构图

迈式注浆自进锚杆主要有各种类型钻头、带有标准型螺纹的空锚杆体、冷压成型的垫板和螺母组成。当需要加锚杆长度时，还备有连接套。支护参数见下表3-1。

表3-1 迈式注浆自进锚杆支护参数.

锚杆类型 R25N 锚杆长度 4.0m 纵向间距 3m 环向间距 0.3～0.4m 注浆材料 水泥 水灰比 0.45 注浆压力 ＞0.6Mpa 二、超前小导管布设

在软弱、破碎地层中凿孔后易塌方，且施用超前锚杆比较困难或结构断面较大时，应采取超前小导管支护。超前小导管支护必须配合钢拱架使用。

超前小导管一般用φ30mm～φ50mm的焊接钢管或无缝钢管制作而成，为便于打入地层，前端常做成尖靴状，后端焊一圈φ8mm钢筋加固，详见下图3-4所示。

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图3-4 小导管加工图

小导管间距一般为40cm，外插角为10°～15°。外插角不宜过大，以减少超挖。管子打入3.3m，外露20cm。其布设见下图3-5和图3-6所示。

图3-5 小导管注浆横剖面图

图3-6 小导管注浆纵剖面图

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3.2.2 参数选择

超前支护参数包括杆径（管径）、纵向间距、环向间距、外插角等。施工前必须根据围岩状况的量测监控结果和施工的水平来选择合理的参数。表3-2是我国铁路隧道、地下铁道工程中曾经采用过的参数。

表3-2 超前支护参数表

围岩类别 锚杆直径（m） Ⅰ Ⅱ 20～22 18～20 小导管直径（m） 40～50 30～40 纵向间距（m） 3～5 2.5～3.5 环向间距（m） 25～35 35～45 锚杆 外插角 小导管 10°～20° 5°～10° 10°～20° 5°～10° 超前支护施工的范围：一般情况下超前支护横向布置宽度K防为内拱K的一半加1.0m。实际施工时应根据具体情况适当增减,其布设见下图3-7所示。

图3-7 超前支护横向布置宽度示意图

3.2.3 超前锚杆或超前小导管的施工

超前锚杆或超前小导管的施工一般采用钻孔打入法，其安设方法及步骤如下： 1．用YT-28风钻或专用液压台车打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔。

2．插入锚杆或小导管。插入有困难时，可用带冲击锤的YT-28风钻顶入或直接用重锤打入。有钢拱架时，小导管及锚杆插入须从其腹部穿过。

3．用吹风管将导管内沙石吹出或用掏钩掏出。

4．导管周围和工作面裂隙用塑胶泥封堵，或在导管周围和工作面喷8～10cm厚混凝土封闭。 5．超前锚杆灌浆可使用牛角泵、注浆泵或早强药包。

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3.3 注浆加固地层施工

浅埋暗挖法施工中，当围岩的自稳能力在12h以内，甚至没有自稳能力时，为了稳定工作面，确保安全施工，需要进行注浆加固地层（同时也起到堵水作用）。注浆方法包括小导管超前周边注浆加固，以及由此派生出的许多与其他特殊施工相配合的注浆方法，本节介绍小导管超前周边注浆加固、深孔围岩加固周边劈裂预注浆或堵水固结预注浆。

小导管超前周边注浆加固方法适用于中沙及沙卵（砾）石，且卵（砾）石直径不大于60mm的地层中，并且常和台阶法施工相配合。在未胶结的沙卵石、粉细沙等第四纪地层中修建的北京地铁区间隧道常用此法。

深孔注浆加固方法适用于无粘结性沙及沙卵石、亚黏土地层，这种方法对地面沉降要求严格，是一种适于采用台阶法的大跨度结构物施工方法，当遇到围岩特别破碎或有地下水时，也可辅之以周边小导管在初次支护背后注浆，以控制地面沉降。 3.3.1 小导管超前周边注浆加固围岩施工

采用小导管注浆法的目的是给开挖创造安全良好的施工条件。利用注浆设备把配置好的具有凝胶性能的浆液注入地层，浆液凝胶后便填充裂隙和胶结土砂颗粒，形成整体，达到稳定开挖面，保证隧道按快速施工。

1.特点

隧道周围小导管注浆，是在开挖面前方沿隧道开挖轮廓线外钻孔安管注浆，起稳定开挖面和止水作用，同时，小导管还起到超前管棚支护作用。另外，该方法具有施工设备少、工艺简单、成本低、质量可靠、安全等特点。

图3-8 注浆锁脚锚杆

小导管还具有锁脚锚杆（如图3-8所示）的功能，对防止正台阶下移非常有利。

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2.施工机具

小导管注浆所用机具主要包括钻孔机械、注浆泵、浆液搅拌机、混合器等。超前小导管结构见图3-9所示。

1.管端焊一圈φ8mm钢筋 2.插入小导管段 3.插入风钻的杆尾部分 4.冲击锤

图3-9 超前小导管结构图

3.注浆材料

岩层预注浆广泛使用成本低、货源广、结石强度高的单液水泥浆系列和水泥—水玻璃浆系列或改性水玻璃浆系列。

注浆所用水泥一般为525号硅酸盐水泥，水玻璃浓度一般为35-40Be＇, 缓凝剂为磷酸二氢钠。

4.注浆工艺

注浆工艺流程详见图3-10。

开 挖 ① ② 制 准 作 备 小 注 导 浆 管 材 料 喷混凝土 钻 孔 注浆效果检查 钻孔清洗 A液 安装小导管 B液 注 浆 图3-10 注浆工艺流程

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3.3.2 注浆方式

根据工程特点和地质条件，有全断面封闭预注浆、周边浅孔预注浆、劈裂预注浆、小导管注浆、围截注浆、填充注浆及径向固结注浆等多种方式。各种注浆方式与适用范围见下表3-3。

表3-3 各种注浆方式与适用范围

注浆方式 全断面封闭预注浆 说明 适用范围 钻孔分布在开挖面内及轮廓线外一定距离， 水下隧道及地下工程、注浆形成一个整体 无排水条件的隧道工程 周边浅孔预注浆 在工作面周边布孔，浆液在开挖轮廓线外形 有自然排水条件下的水成半封闭壳 工、铁路、公路隧道 劈裂预注浆 用较高的压力将岩石细小裂隙或地层劈开， 细小裂隙岩层、断层中浆液在劈缝中填充、固结 心地带 松软弱岩层 小导管注浆 用带孔的花管作为注浆管，浆液通过导管进入地层，导管起输浆和超前锚杆作用 围截注浆 在出水口周围一定范围内布孔注浆，先外后内，最后顶水注浆封堵涌水 隧道开挖后集中涌水 填充注浆 支护背后于地层之间有许多空隙，浆液填充后起加固和堵水作用 衬砌背后 径向固结注浆 衬砌（或初期支护）完成后，仍需通过注浆加固围岩，增强支护强度 围岩 3.3.3 深孔注浆加固围岩施工

1.孔口管制作

用于注浆的孔口管一般采用φ80mm的焊接钢管或外径不大于90mm、壁厚5～7mm的无缝钢管制作而成。

2.工作面的封闭及准备工作

为了保证注浆施工顺利安全进行，工作面必须喷10cm以上混凝土进行封闭，并且

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在开挖轮廓线上大一圈小导管进行注浆，然后按要求进行空位放线、钻孔定位，试机运转。

3.注浆参数选择

（1）预注浆采用双浆液——CS液浆，其配比为C:S=1:0.6～1:1(体积比)。 （2）预注浆压力不宜超过1.5Mpa，凝胶时间应控制在1～2min。

（3）缓凝剂（磷酸二氢钠）掺量应根据所需凝胶时间而定，一般为水泥用量的2%～3%。

（4）注浆范围为开挖轮廓线外0～3m,终孔间距按（1.5～1.6）R考虑，一般为2～3m，注浆终压为1.2～1.5Mpa，浆液扩散半径R为1.5～2.0m。

（6）水泥浆液的水灰比分级为2：1，1.75：1，1.5：1，1：1，0.8：1，0.6：1。 3.3.4 长、短导管相结合注浆堵水加固地层法

一、注浆材料选择

超细水泥稳定性好，流动性比普通水泥有显著改善，材料颗粒粒径小，对于中细沙层，注浆比值（N值）大，可注性好，一般能注入渗透系数为1.0×10-2～1.0×10-4cm/s的中细沙层。超细水泥和水玻璃配制成双浆液，凝胶时间可调，可以减少水对浆液凝胶性能的改变；浆液结石率高，有微膨胀性，耐久性能好；采用双叶灌注，工艺实施较容易；浆液原材料均为无毒材料，大量使用不会产生环境污染；双液浆在中细沙层中主要在主脉下（一般为2mm）均匀渗透扩散，不易发生大量的劈裂、挤压现象，可以较均匀地加固沙层，形成完整的防水帷幕。

二、钻进成孔工艺

采用一次性钻头、水平套管跟进钻进、限量排沙等技术是目前解决饱和动态含水沙地层钻进成孔的一种有效方法。

三、长管后退式分段注浆

采用长管后退式分段注浆工艺，其注浆分段长度短（一般为0.6m），可以有效地解决海陆交互相冲击饱和动态含水沙层中粗、细沙交互出现，地质多变等复杂条件下解决加固均一性问题，可提高饱和动态含水沙地层的整体加固效果。

四、短管注浆

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短管注浆通常采用“小导管超前诸将施工法”，但在注浆工艺方面有所改进。 短管注浆是对小导管注浆效果的检查，以及对其薄弱环节的补充和完整，而且加强了初期支护能力，他是保证饱和动态含水沙地层安全施工的一项重要的技术措施。

五、施工工艺流程

洞内长短管相结合诸将施工工艺流程见图3-11。

施工准备 钻孔、安设注浆管 长管注浆 打孔检查 补孔注浆 已达短管设计开挖循环数 本段结束 已达设计开挖长度 图3-11 洞内长短管相结合诸将施工工艺流程

开挖支护 短管注浆 3.4 长管棚超前支护地层施工

长管棚超前支护作为地下工程的辅助施工方法，是为了在恶劣和特殊条件下安全开挖，预先提供增强地层承载力的临时支护方法，对控制塌方和抑制地面沉降有明显的效果由于施工精度要求高、要求专用设备、造价高、速度慢、纵向搭接设置第二排管棚大等原因，只在特殊地段、通过距离不长的不良地层或不稳定地层处开挖洞门时采用。长管朋的设置主要有钻孔引入法和导管直接打入法，一般采用钻孔打入法。根据地层成孔的难易程度，可选择不同的成孔机械。当地层容许先钻孔后排管时，可采用普通的地质钻机、液压钻孔台车、锚杆钻机等钻进设备；当成孔困难时，必须采用跟管钻机，边钻孔边打入导管。直接将管棚打入地层的方法多用于处理塌方和山岭隧道通过松散软弱地层，且要求精度不高的地段。当存在空洞或弧石，导向难以控制时，多配合才去注浆的方法进行地层加固。

3.4.1 适用范围

长管棚超前支护加固地层主要适用于软弱、沙砾地层或软岩、岩堆、破碎带地层。根据国内外经验，一般在下列场合可采用长管棚超前支护：

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（1）在铁路正下方修建地下工程。

（2）在地中和地面结构物下方修建地下工程。 （3）修建大断面地下工程。 （4）隧道洞口段施工。

（5）通过断层破碎带等特殊地层。

（6）其他特殊地段，如大跨度地下车站，重要文物保护区，突破河底、海底的地下工程等。

3.4.2 长管棚的布设

长管棚一般是沿地下工程断面周边的一部分或全部，以一定的间距环向布设，以形成管棚群。沿周边布设的长度及形状主要取决于地形、地层、地中或地面及周围建筑的状况，通常采用以下几种形状，其中扇形布设、半圆形布设、门形布设和上部双层布设采用较多。

（1）扇形布设

用于隧道断面内地层比较稳定，但拱部附近的地层不稳定的场合。 （2）半圆形布设

用于隧道下半部地层稳定，但拱线以上的地层不稳定的场合。此外，即使地层比较稳定，但地面周围有结构物且埋深很小时多采用此种布设。

（3）门形布设

隧道除了底部外，布置成半圆一侧壁的门形。隧道基础稳定，但断面内地层和上部地层不稳定时采用。

（4）全周布设

用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等级较低的场合，但不提倡采用。用垂直底部和边墙锚杆注浆取代，效果更好。

（5）上部一侧布设

隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需要防护，或斜坡地形可能形成偏压时采用。

（6）上部双层布设

用于隧道上部有重要设施，拱部地层是崩塌性的、不稳定的，或地铁车站等大断

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面施工，或突破海底段施工时采用。

（7）“一”字形布设

在铁路、公路正下方施工，或在某些结构物下方施工时采用。 3.4.3 长管棚施工长度的确定

沿隧道纵向方向，管棚应该施工到何处为止，即长管棚的长度确定，硬是隧道所

处地形、地质情况，以及地面、地中建筑物状况而定。特别是在预计地质条件比较复杂的情况下，为了慎重起见，应该沿隧道轴向进行试验钻孔，取得更详细数据，以确定管棚的施工区长度，从确保管棚施工质量考虑，管棚长度一般为10～35m不等。 3.4.4 参数选择

1.钢管的选择

采用长管棚超前支护施工时，管棚一般选用φ50mm～φ80mm的焊接钢管，入土端制作成尖靴状或楔形，顶进端焊一圈φ8mm圆钢筋加固，钢管长度8～30m不等。对于特殊地段，可采用长大管棚多为φ500mm～φ1000mm。

2.钢管环向布设间距的选择

钢管环向布设间距对防止上方土体塌落及松弛有很大影响，施工中须根据结构埋深、周围结构物状况等选择合理间距。一般采用的间距为2.0～2.5倍钢管直径。在公路、铁路正下方施工时，要采用刚度大的大中直径钢管连续布设。 3.4 本章小结

本章主要对浅埋暗挖法辅助施工方法加以介绍，主要内容包括超前锚杆或超前小导管支护施工，注浆加固地层施工，以及长管棚超前支护地层施工等辅助施工方法。但实施时应注意：

（1）注浆设计应以满足施工工序为主，以从开挖到施喷混凝土的时差作为注浆设计原则，取消为了增加围岩承载力而进行注浆的设计原则。围岩的固结强度和时间要满足施工工序的顺序要求，以便提高施工速度，降低工程造价。

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（2）长管棚超前支护，在穿越公路、铁路等相对较短的隧道施工中具有明显的防塌限沉的作用，但在相对较长的隧道和含水层施工中，由于施工管棚形成的过水通道以及多次扰动地层等原因，对限制沉降所起的作用不大，反而增加沉降，应多考虑小导管超前支护及其他辅助措施的综合应用，以提高施工速度，降低工程造价。

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第四章 监控量测和信息反馈

在岩土中修建地下工程，理论的和理性分析比较困难，牵涉的问题繁多，其主要原因是地质条件的复杂性、施工方法的难以模拟性、围岩与结构支护相互作用的复杂性。另外，城市地下工程周围环境一般比较复杂，因此有必要通过信息化施工，及时反馈施工并修正完善设计，确保地下工程施工与周围环境的安全。施工过程中进行的监控量测是信息化施工的基础，具有重要作用。在地下工程施工过程中进行现场监控量测，及时获取围岩变动与地下工程结构的动态信息，用以修正支护参数与施工措施，以期达到施工安全与经济合理的目的，这是关于信息化设计与施工的实质性要求。 4.1 概述

监控量测是浅埋暗挖法信息化设计与施工的重要手段。在地下工程浅埋暗挖法施工中，监控量测是检验设计参数、地面稳定性，评价施工方法的重要依据，它以作为工序要求编入工程预算和施工组织设计中。目前，地下工程，尤其是浅埋地下工程，除了在施工前的预设计阶段必须进行地质勘查和试验外，还应在施工全过程中进行监控量测，即用人工观察和各种仪器测试围岩、地面的变化，支护的外观和力学变化，并将实测资料和数据加工处理成为一定的信息，及时反馈到设计与施工中去，以评定围岩的稳定程度和支护结构的可靠度，以便调整施工方法和支护参数。必要时还应采取相应的辅助工法，以确保施工的绝对安全和工程经济合理。这是地下工程不同于地面工程的第一个重大区别。

监控量测的数据也应是地下工程竣工文件中不可缺少的部分。因此，在工程施工的全过程中，及时进行现场监控量测是重要的工序。同时，要强调及时将监控量测结果反馈到设计与施工中去，并及时修正，否则，这种监控量测流于形式，是无用的，塌方、沉陷等现象也就不可避免。所以，及时监控量测、及时反馈、及时修正是地下工程，尤其是软弱地层地下施工管理的核心。这是地下工程不同于地面工程的第二个重大区别。

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4.1.1 监控量测的目的

1.通过监控量测，了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，明确工程施工对地层的影响程度以及可能产生失稳的薄弱环节，把握施工过程中结构所处的安全状态。

2.用现场实测的结果弥补理论分析的不足，并把监控量测结果反馈到设计与施工中。在施工过程中，及时掌握地层和支护结构的变位与受力信息，以便采用相应的施工技术措施，比如改变施工方法、选择相应辅助工法、确定二次衬砌施作时机、调整开挖步序、修正支护参数等，以避免出现施工事故。

3.对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控，判断浅埋暗挖法施工对周围环境的影响程度，寻求预防方法。

4.监控量测除了表明工程的质量状况外，研究监控量测工程状况的累积记录，有助于对工程设计进行修改，并通过观测数据与理论上及试验中预测的工程特性指标的比较，了解设计的合理程度。

5.积累资料，以提高地下工程的设计与施工水平，通过监控量测，了解该工程客观条件下所表现出来的一些地下工程施工规律和特点，为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴。

4.1.2 监控量测的主要任务

1.保证隧道和围岩的稳定，确保施工安全。因此，掌握围岩和支护的动态，按照动态管理监控量测的信息，正确的施工。

2.监控量测数据经过分析处理和必要的计算与判断，预测和确定隧道最终稳定时间，指导施工工序与二衬的施作时间。

3.信息反馈修正设计。根据隧道开挖后围岩稳定性信息进行综合分析，检验和修改施工前的预设计。

4.积累资料。已有工程的监控量测结果可应用到其他类似的工程中，作为设计与施工的依据。

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