城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法

城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法适用范围

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》适用于最大含水量≤58%、渗透系数≥10^-8的淤泥地层以及类似地层的地下过街通道、地铁出入口及其他地下浅埋暗挖工程。

城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法工艺原理

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》的工艺原理叙述如下：

在导向管引导下，采用无收缩浆液，先通过二重管垂直、水平或倾斜注浆加固淤泥地层，在型钢钢架＋网喷混凝土 锁脚锚管联合支护与内撑条件下，用注浆辅助喷锚构筑法顺作施工竖井；在井内用夯管锤夯设超前管棚，辅以周边TSS注浆管超前加固地层后，暗挖通道按分层多部、先上后下进行开挖、支护、先拱后墙法衬砌。

城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法施工工艺

• 工艺流程

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》的施工工艺流程如下：

一、淤泥地层竖井施工工艺流程（图1）。

二、淤泥地层浅埋暗挖通道施工工艺流程（图2）。

三、大管棚施工工艺（图3）。

四、二重管钻机注浆（机械配置图参见图4、工艺流程参见图5）。

参考资料：

• 操作要点

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》的操作要点如下：

一、淤泥地层特点与变形控制标准

淤泥地层的特点是自稳能力极差，具有高压缩、高灵敏、高蠕变、高含水率、低强度、低透水的特性，在该种地层当中施工极易发生地层蠕变、下沉，掌子面易发生坍塌，地表沉降、管线变形、建筑物倾斜，沉降波及的范围较大，地层加固困难。

变形控制标准则需根据工程地质、工程涉及既有建筑和周围环境、已有的经验成果和设计要求等因素而确定，该工法几个工程实例的变形控制标准参考值为：地面隆起控制在≤20毫米，总体沉降控制在≤50毫米。

二、断面与支护参数设计

1.竖井

断面通常设计为矩形较简洁，采用注浆辅助喷锚构筑法施工，支护用C20网喷混凝土 I20工字钢 连接筋组成。封底采用间距1米的I20工字钢 双层网片 C20喷射混凝土。竖井施工前采用二重管无收缩浆液对竖井周边2米、底部3米范围进行注浆加固（图6）。整个竖井周边四角设TSS锁脚注浆锚管。

2.过街通道

一般为直墙圆拱形断面，拱部180°范围布设ф≤108毫米（壁厚8毫米）、L≤40米的钢管管棚，环向间距200毫米，周边设径向超前小导管（6.0米长，纵向搭接3.0米），与管棚共同形成超前棚幕支护。大管棚内填注水泥浆，小导管做成TSS注浆管形式管内注水泥水玻璃双液浆，同时对开挖周边进行补充注浆。整个开挖轮廓线外拱部、周边2米，底部3米以及开挖断面采用二重管无收缩浆液进行注浆加固，浆液采用水泥水玻璃双液浆，以形成整体封闭，防止开挖中淤泥涌入。一般断面设计尺寸和参数参见图7。

三、竖井施工

在施工竖井口锁口圈后，根据拱架分节情况将竖井分为4部对称开挖，整体每开挖5米，进行临时封底，并对竖井周边进行注浆回填和土体改良。到达底部后及时完成封底。

四、过街通道施工

为避免地表沉降槽明显及方便下半断面垂直补注浆，宜采用分层分部双CD法开挖，先上后下。每部间用工字钢设置临时隔墙和临时仰拱，初期支护采用C20网喷混凝土，临时支护采用C20素混凝土。每部间距控制在3～5米，尽快做到封闭成环（图8）。

防水层在初期支护全部完成后，根据监控量测结果，在洞室基本处于稳定时，采取换撑或拆撑的形式进行防水层的铺设，施工缝遇水膨胀止水条和沉降缝钢边止水带。

二次衬砌采用模板台架先墙后拱法施工，混凝土采用自防水混凝土（C30、S8），每循环衬砌长度6～9米。

五、施工要点

1.大管棚施工

先在竖井壁布置管棚施钻的导向管，并严格控制导向管和大管棚的成型精度。管棚夯进完毕后注人水泥浆液填充，以增强管棚刚度。

2.注浆施工

1）注浆方法

用二重管无收缩浆液注浆法，水平作业，其特点是：

①具有成孔和双液注浆功能，能够确保钻孔和注浆连续、快速进行。

②可直挖采用钻杆注浆，但要将钻机预设一定的上仰角度，认真控制钻进中的上仰角，防止孔位偏离。

③钻孔角度可调，能够实现洞内斜向注浆。

④注浆长度控制在≤20米。

⑤浆液须有良好的渗透性、凝结时间可调、凝结最短时间可控制在10秒、有微膨胀性、可有效控制浆液在地层中的扩散距离。

⑥设备配套简单、轻便、易操作、效率高。

2）注浆工艺（图9）

为了达到良好的注浆加固效果，暗洞注浆最好是一次施工完成，如暗洞长度过长可分段进行，每次加固长度可达20～30米（20米之前效果较好）。根据孔位布置图在掌子面画出每个孔的位置，按照先周边后中间的顺序进行注浆。注浆孔位布置见图10。

3）注浆材料

可用超细水泥 水玻璃、HSC特种灌浆材料、普通水泥 水玻璃三种注浆材料，但需视地层情况进行合理选择。经地层情况、施工工艺和经济比较，选用普通水泥水玻璃作为主要加固用材料。

4）注浆参数

浆液凝结时间：30~60秒；浆液扩散半径：0.35~0.6米；注浆速度：20~50升/分钟；注浆分段长度：15~30厘米；注浆压力：0.5~1.0兆帕。

5）单孔注浆量

公式：Q=πR²Hα。式中Q——注浆量（立方米）；R²——扩散半径（米）；H——注浆长度（米）；α——土层填充率，一般取25%~30%。

6）注浆控制要点

①要有一定厚度的反压层（止浆墙），即掌子面需封闭，以保证注浆效果和施工安全。

②注浆顺序宜先周边后中间、先底部后上部，并用跳孔的方式进行。

③严格控制与检查浆液配比及搅拌时间。

④注浆时要密切监控地面和地表构筑物，根据监测反馈情况，随时调整浆液凝结时间，控制变形在允许值之内，防止地表隆起超量而引起事故。

⑤如对掌子面实施洞内注浆，其他工作面不宜施工。

3.通道开挖及初期支护

1）采用分部人工开挖，每部开挖后尽快支护封闭成环，以缩短围岩暴露时间，减少时间效应的影响。

2）每循环进尺0.5米，一榀一循环。

3）要保证格栅的连接刚度和混凝土喷射的密实性、及时性。

4）仰拱下20厘米换填碎石并预埋注浆管，待混凝土喷射完毕达到一定强度后，进行注浆，增加基底承载能力。

5）及时进行初支背后回填注浆，填充初期支护与围岩间的空隙，控制围岩变形。

6）发现掌子面注浆加固效果不好，应及时加强封闭，重新补充注浆。

7）在经济合理的前提下尽量提高初期支护的刚度。

4.施工监测

按照规范、设计文件，结合工程地表及地下既有设施进行。浅埋地下过街通道断面小，埋深浅，可参照表1的内容进行。

5.防水层施工

1）防水层施工前。要根据监控量测情况决定初期支护的拆撑或换撑。以减少和控制沉隆，拆撑或换撑视防水层每循环铺设长度分段进行。

2）防水层铺设前先进行净空检查、基面处理和初期支护表面明水处理。

3）防水层施工和二衬钢筋绑扎完成后，要进行严格的防水层复检，避免因钢筋施工损坏防水板的情况存在。

4）施工缝和沉降缝要严格按要求施工和检验，必须达到设计要求。

6.二次衬砌施工

1）混凝土采用双掺技术（优质粉煤灰、高效减水剂），减少水泥用量，降低水化热，控制粗细骨料质量、抑制温度裂纹产生。

2）控制好混凝土的坍落度，尽量使拱部填充饱满。

3）不得随意改变混凝土的配比，加强灌注中的捣固，保证混凝土结构质量达到设计要求。

4）模板拆除后，待混凝土达到一定强度时及早进行二衬背后填充注浆。

六、施工中容易出现的问题与对策

1.超前加固注浆效果不理想

注浆宜采用先周边后中间的顺序，孔位布置外密内疏。如开挖过程中发现注浆效果不理想，应进行二次补注浆。产生该问题的原因可能是浆液配比不合理、孔位布置不合理、注浆过程操作不当，要针对具体原因采取不同对策。

2.竖井施工过程中出现过量下沉

产生此问题的原因可能是注浆加固不到位或是竖井一次性开挖断面过大，应进行二次补注浆或减少一次性开挖面积。竖井发生过量沉降时，必要时进行反压。控制沉降进一步发展，不可盲目加密周边锁脚锚杆，否则可能出现相反的效果，造成沉降面积加大。

3.暗洞净空收敛加大

产生此问题的原因可能是初期支护刚度不够或是拱架连接不牢靠，应适当加强初期支护刚度并加强拱架连接，必要时还需在洞内加设临时支撑进行加强。

4.暗洞拱顶沉降加大

产生此问题的原因可能是初期支护刚度不够或基底承载能力不够，应适当加强支护刚度或是对基底进行注浆加固，注浆过程中一定要注意仰拱情况，不能破坏仰拱结构。

• 劳动力组织

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》的劳动力组织按开挖、混凝土喷射施工三班进行，重点是组织好注浆班，其余施工按进度情况调整。具体情况见表2。

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》无需特别说明的材料，采用的机具设备见表3。

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》的工法特点是：

1.采用二重管钻机无收缩浆液注浆技术，先按设计范围注浆加固软弱地层，进行超支护，再按分部工序进行开挖、支护、衬砌。

2.注浆工艺以多角度、多频次、全断面的动态作业方式进行，以克服注浆盲区，减小地面隆起。

3.实行全程监控信息化动态管理，注浆辅助喷锚构筑法建井；超前支护、分部双CD法开挖通道。

4.二重管钻机无收缩浆液注浆技术被成功用于水平作业，并可用于建筑物纠偏和防水堵漏。

5.对场地要求不高，方法灵活，适用于不同工程断面结构，能充分降低地下工程施工对地面建筑物、交通、地下管线等城市设施的影响程度。

6.可操作性强，能满足工程建设经济、合理、快速、安全、优质的各项指标要求。

自浅埋暗挖法在中国应用推广以来，修建了众多难度较大的地下工程，并以其占地面积小、方法灵活、对周边环境影响较小等优点，在地下工程领域占据了重要位置，但淤泥地层一直以来被视为是浅埋暗挖法的施工禁区。淤泥地层属软流塑地层，其性质条件最差，在该种地层当中应用浅埋暗挖法施工，首先必须解决地层改良的技术问题。

南京地铁南北线一期工程珠江路站～鼓楼站和鼓楼站~玄武门站区间隧道遇到的软流塑地层最高含水量达48%、渗透系数为10^-7级，浅埋暗挖法施工。采用了液压顶进大管棚、挤入法施工小导管、掌子面全断面注浆加固、后退式劈裂注浆工艺和小型机械结合人工台阶法开挖等工艺技术，取得了成功。

而杭州市武林广场人行过街通道工程所处淤泥地层最高含水量达到58%、渗透系数为10^-8级，与南京软流塑地层相比，湿密度偏小，比重约大7千牛/立方米，孔隙比、塑性指数、液性指数、内摩擦角、压缩系数等性能指标有很大的变化范围，从地层地质条件上使工程难度增加了一个数量级。

针对施工技术难题，中铁隧道集团有限公司首先在杭州市武林广场人行过街通道工程开展了专项技术研究，多次组织专家现场研讨与论证，制定了合理的施工方案，及时化解了施工竖井过量下沉、净空收敛加大等技术难题，取得了的经验和科研成果，形成了《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》。

采用《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》施工，除满足国家行业相关设计与施工规范的质量要求外，还要结合软弱地层工程特点制定质量要求：

1.初期支护钢筋宜采用ф18以上的螺纹钢，喷射混凝土厚度不小于30厘米，保证焊接质量并严格按喷射混凝土施工工艺要求施工。

2.注浆分段长度不宜太长，重点部位分段长度宜控制在30厘米左右，严格控制浆液配比。

3.控制好管棚导管安装精度，并固定牢靠，确保管棚施工精度，避免伤及管线或是侵人净空。

4.控制好台阶距离，每部距离控制在3～5米，及时将结构封闭成环。

5.变形控制标准：地面隆起≤20毫米，总体沉降≤50毫米，建筑物沉降≤15毫米。

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》拓宽了传统浅埋暗挖工法的施工领域，解决了工程用地与既有交通和管线的矛盾可较小影响地面交通，最大限度的避让管线和既有构筑物，具有占地面积小、施工安全、进度快、工程质量好、施工噪音小、对城市交通和居民生活影响小、周围建筑和地下管线能得到很好保护等优点，城市文明施工的优点突出，对周围环境保护情况良好，适应复杂的周边环境和复杂多变的地质条件，适应复杂多变有结构形式。

在管线和建筑物密集地区，该工法比冻结法、明挖法都要节省费用，且对交通能起到保障作用。

在杭州市武林广场人行过街通道、西湖大道/南山路过街地道和艮山西路闸弄口人行过街地道三个工程建设实例中，城市交通正常通行、旅游景点正常开放，地面建筑完好无损、众多地下管线受到良好保护，形成了经济效益、社会效益和环境效益。

采用《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1.广泛开展安全生产的宣传教育，做好员工岗位安全教育工作，做到持证上岗。

2.严抓安全纪律，认真执行安全检查制度，确定防范重点，制定安全技术措施。

3.严格执行浅埋暗挖法"管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤量测、紧封闭"十八字施工原则，加强施工动态管理，及时进行监控量测及信息反馈。

4.做好机械设备的维修、保养、使用，确保设备的良好状态，保证施工顺利进行。

5.实行严格的注浆管理制度，定人、定机、定岗，确保注浆质量。

6.严格检查各工序完成情况，上道工序不合格严禁进入下一道工序。

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》的应用实例如下：

• 实例1：杭州市武林广场人行过街通道工程

工程为东西两条直墙单心圆复合式衬砌隧道，设四个7.1米×5.1米的临时施工竖井和共六个出入口，地处市中心，周边建筑物密集，涉及管线有四十余条，有自来水、煤气、污水、热力、电力电缆、通讯光缆、人防、雨水等。主体结构采用浅埋暗挖法施工，覆土厚度约3米。

该地区为杭州第四纪滨海相沉积平原区，地层含水量非常大，承载力很低，土体具有很高的蠕变特性，处于软塑～流塑状态，渗透系数达10^-8级。揭露土体有：②₁黏质粉土、②₂粉质黏土、③₁淤泥质黏土、③₂淤泥质粉质黏土夹粉土，其物理力学性能指标参见表4。

工程于2004年3月26日开工，过街通道由于其长度在注浆工艺技术能有效控制的范围内，故利用竖井从两端进行管棚布设和二重管无收缩浆液注浆，在开挖前完成地层预加固，施工中及时对加固效果进行检查和补充注浆，分层分块进行开挖，确保了工程安全稳步地进行。工程于2005年6月3日竣工。

工程建设中，各项监控指标均在允许范围内，交通、管线、构筑物均正常使用，周围环境得到保护。工程完工后，竣工验收质量等级被评为优良，受到各方的好评，取得了较好的经济、社会和环境效益。

实例2：杭州市西湖大道/南山路过地道工程

工程位于国家级风景区内西子湖畔西湖大道与南山路"T"字形路口下，地道平面布置呈"L"形，设三个出人口，东北出入口位于西湖天地二期开发用地，东南出入口位于索菲特西湖大酒店，西南出入口位于涌金公园附近。地道全长约164米，其中主通道长约81米，净宽5米，净高2.5米。所经地层为富水淤泥地层，地下管线众多，包括自来水、煤气、污水、雨水、军用电缆、移动、联通、铁通、小灵通、有线电视等。

工程于2005年9月~2006年9月施工。施工中应用杭州市体育场路武林广场人行过街地道的工法及科研成果，并针对该工程情况，提出优化措施。地道出入口和施工竖井采用钻孔桩和旋喷桩围护、明挖顺作法施工，主通道施工采用注浆改良地层，CRD法暗挖施。确保了路面交通正常、景区正常开放，工程质量优良。

• 实例3：杭州市艮山西路闸弄口人行过街地道工程

位于艮山西路—机场路凯旋路交叉口东约150米，呈"工"字形分布，大体为南北走向，其中通道总长70.00米，设有四个出入口，各出入口长49.65米。主通道采取箱形拱顶结构，拱部采用三心圆，矢高0.3米，顶板覆土5.1米左右，装修后净高2.5米，净宽8.0米。两端分别设施工竖井，净空为10.55米×10.8米，深度为11.05米。

工程下穿艮山西路及雨水管、污水管、通信管、电力管、供水管等九条管线，其中三条ф1500污水管要求重点保护。周边有天杭大酒店、汽配市场、闸弄口新村公交车站等，所经地层为砂质粉土及淤泥质粉质黏土。

工程于2006年1月~2006年9月施工，应用杭州市体育场路武林广场人行过街地道的工法技术。主通道施工时，调整为先自上而下进行中间两块开挖初支，后按自上而下顺序对称进行两侧的开挖初支，每部通过临时型钢网喷支护与初支形成封闭结构。工程顺利、安全、优质、按时完工，地下管线、周围建筑、交通、生活及环境没有受到影响，竣工验收质量评为优良。

《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》的环保措施如下：

1.成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。

2.将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。

3.对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。

4.设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。

5.定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其他工程材料运输过程中的防撒落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其他工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。

6.优先选用先进的环保机械。采取设立隔声墙、隔声罩等消声措施降低施工噪声到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。

7.对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。

2008年1月31日，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2005-2006年度国家级工法的通知》建质[2008]22号，《城市淤泥地层地下过街道浅埋暗挖工法》被评定为2005-2006年度国家一级工法。 2100433B

荣誉表彰

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《淤泥质地层井点降水施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

序言

前言

第1章 绪论

1.1 浅埋暗挖法概述

1.2 地层预加固技术概述

1.2.1 地层预加固技术的概念

1.2.2 地层预加固技术分类概述

1.3 国内外地层预加固技术研究现状

1.3.1 浅埋隧道开挖的稳定性研究

1.3.2 预加固的作用机理及加固效果研究

1.3.3 预加固参数的设计理论研究

1.4 研究存在的问题及研究方向的提出

1.4.1 隧道开挖的地层响应规律

1.4.2 地层预加固的作用机理

1.4.3 地层预加固的力学行为

1.4.4 地层预加固的参数设计

1.5 本书研究的主要内容与方法

1.5.1 研究的主要内容

1.5.2 研究的主要方法、技术路线和手段

参考文献

第2章 城市地下工程浅埋暗挖隧道工作面开挖的地层响应

2.1 引言

2.2 工程概况

2.2.1 6标段工程概况

2.2.2 3A标段工程概况

2.3 现场测试研究内容与测点布置

2.3.1 地层变位测试

2.3.2 围岩应力测试

2.4 工作面开挖的地层变位规律

2.4.1 地层垂直位移的变化

2.4.2 地层水平位移的变化

2.4.3 地层变位规律的认识

2.5 工作面开挖的围岩应力变化规律

2.5.1 围岩径向接触应力

2.5.2 孔隙水压力分布

2.5.3 初期支护格栅钢架结构内力

2.5.4 超前支护体应力

2.5.5 拱脚与土体的接触应力

2.6 浅埋隧道工作面地层的分区(带)及认识

2.6.1 工作面周围地层应力重分布及地层移动的区域性

2.6.2 隧道工作面地层分区(带)的认识

2.7 本章小结

参考文献

第3章 浅埋暗挖隧道工作面地层预加固作用机理

3.1 引言

3.2 工作面上覆地层结构的概念

3.2.1 工作面上覆地层的拱效应

3.2.2 工作面上覆地层结构的相互关系

3.3 隧道工作面上覆地层结构的稳定性分析

3.3.1 上覆地层结构模型的建立

3.3.2 上覆地层结构模型的力学分析

3.3.3 上覆地层结构的平衡条件

3.3.4 上覆地层结构模型的几点认识

3.4 隧道工作面上覆地层结构的失稳坍落模式

3.4.1 上覆地层结构失稳的椭球体概念

3.4.2 隧道工作面上覆地层结构失稳坍落的椭球体模型

3.4.3 椭球体模型的几点认识

3.5 地层预加固小结构的作用机理认识

3.5.1 地层预加固系统的串并联模型

3.5.2 地层预加固小结构的作用效应

3.6 本章小结

参考文献

第4章 浅埋暗挖隧道工作面地层预加固的力学行为

4.1 引言

4.2 隧道工作面地层预加固的布置形式与力学特征

4.2.1 地层预加固的布置形式

4.2.2 地层预加固的力学行为特征

4.3 工作面超前预加固结构的力学行为

4.3.1 超前预加固结构力学模型的建立

4.3.2 超前小导管预加固结构的力学分析

4.3.3 超前预加固结构力学模型的比较与验证

4.4 工作面正面土体稳定的塑性极限分析

4.4.1 塑性极限分析的基本理论

4.4.2 工作面正面土体稳定性分析的上限解

4.5 工作面正面土体预加固的力学行为

4.5.1 工作面正面土体预加固的上限解

4.5.2 工作面正面土体预加固上限解的分析

4.6 本章小结

参考文献

第5章 地层预加固参数的设计与选择

5.1 引言

5.2 工作面拱部超前预加固参数分析

5.2.1 超前支护钢管(注浆管体)直径

5.2.2 超前支护的钢管长度

5.2.3 超前支护体的间排距

5.2.4 超前支护体的布置形式

5.3 工作面正面土体预加固参数分析

5.3.1 工作面核心土参数的有限元分析

5.3.2 工作面正面预支护参数分析

5.4 工作面超前预加固结构作用荷载的确定

5.4.1 土质隧道围岩压力的确定方法概述

5.4.2 超前预加固结构作用荷载的确定方法

5.5 工作面上覆地层结构稳定性的判别

5.6 地层预加固参数的设计与选择

5.6.1 工作面地层预加固参数的设计与选择原则

5.6.2 工作面地层预加固参数的设计方法

5.7 本章小结

参考文献

第6章 工程应用实例

6.1 引言

6.2 工程实例1——复杂条件下地层大变形隧道施工

6.2.1 深圳地铁一期工程全线浅埋暗挖法标段基本概况

6.2.2 重点研究标段的地质概况

6.2.3 实测的浅埋暗挖隧道工作面的应力与变形的一般分析

6.2.4 地层预加固的原始设计参数及存在的问题

6.2.5 地层预加固参数的动态设计及应用

6.2.6 地层预加固的现场实施及效果监测

6.2.7 本节小结

6.3 工程实例2——地铁区间隧道零距离下穿既有地铁车站施工

6.3.1 工程概况

6.3.2 地层预加固的原始设计参数及存在的问题

6.3.3 地层预加固参数的动态设计及应用

6.3.4 工程实施与效果监测

6.3.5 本节小结

6.4 工程实例3——砂卵石地层地铁区间隧道下穿道路桥梁施工

6.4.1 工程概况

6.4.2 地层预加固的原始设计参数及存在的问题

6.4.3 地层预加固参数的动态设计及应用

6.4.4 工程实施与效果监测

6.4.5 本节小结

6.5 工程实例4——富水软塑性地层热力隧道下穿危旧房屋施工

6.5.1 工程概况

6.5.2 地层预加固的原始设计参数及存在的问题

6.5.3 地层预加固参数的动态设计与应用

6.5.4 工程实施与效果监测

6.5.5 本节小结2100433B

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法适用范围

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》适用粉质黏土、淤泥质黏土和黏土等地层的大断面地下通道工程，尤其对浅埋式不能明挖的大断面或超大断面地下通道施工更具优势。例如穿越铁路、高速公路、机场跑道等的大型下立交工程。

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法工艺原理

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的工艺原理叙述如下：

一、钢管幕

钢管幕形成纵向具有一定刚度的管幕梁，当箱涵网格的迎面推力小于主动土压力时，地面产生沉降。在此工况下，由于上排管幕能分担部分上覆土荷载，可以减小开挖面的土压力并且抑制地表沉降；当网格箱涵的迎面推力大于被动土压力时，地表变形为隆起，在此工况下钢管幕的作用又表现为抑制地表变形。

四周密封的钢管幕切断地下水通道，使得管幕内土体自由水得不到补充，有利于开挖面稳定。

二、箱涵顶进

利用软土地层时空效应原理，箱涵网格在挤土推进时能在开挖面前端形成土拱，充分发挥土体的抗剪强度，减小了网格处土压力。土压力通过网格与土体接触面的摩擦力平衡。

网格内不挖土的挤土推进工艺使地面隆起。网格内适当挖土又使得地表发生沉降，通过不同的推进工艺和挖土量可动态调节地表变形，使其在容许的范围波动。

软土地层大断面管幕—箱涵推进工法施工工艺

• 工艺流程

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的箱涵顶进总体施工流程见图1，钢管幕施工流程见图2，箱涵顶进施工流程见图3。

• 操作要点

《软土地层大断面管幕—箱涵推进工法》的操作要点如下：

一、钢管幕顶进施工要点

1.钢管幕顶进高精度方向控制（图4）。

必须采取有效的措施保证钢管幕顶进精度，否则影响钢管之间的闭合、严重时会阻碍箱涵推进施工，为此应注意以下要点。

1）激光反射诱导装置：在掘进机内配备了反射形方向诱导装置（RSG），利用激光发射点把顶管机本体偏移量、应纠偏量和纠偏量等分别显示在操作盘的电视屏上，便于纠偏和控制。

2）掘进机内倾斜仪传感器示踪：通过机内的倾斜仪传感器，实时掌握掘进机的倾角和旋转角度，以便及时纠偏和纠正偏转角度。

3）激光导向：由工作坑内的激光经纬仪的激光点射向机头测量中心靶上，通过机内摄像头把光点偏移量摄录，并在地面TV显示屏上显示。以指导纠偏操作。

4）辅助纠偏导向装置：对钢管幕顶进，由于后续钢管幕是焊接而成，仅依靠机头纠偏导向，并不能较好地引导整体钢管幕的顺利直行。为此，在机头后面紧跟三节过渡钢管。管节之间采用F形管的接头形式，并安装楔形橡胶止水带。在接头处还设置拉杆装置和防偏转装置，使得钢管幕既满足轴线控制要求，又不致产生旋转而使锁口不能正确相接。

5）纠正偏转角度：当掘进机显示出偏转角度以后，可以通过变换刀盘旋转方向和在机头内单侧设置配重的方法纠正。

2.钢管幕进、出洞口措施

土体加固：对工作井进、出洞段的软土进行加固，可采用注浆加固或者水泥搅拌桩，加固后的土体强度在0.8～1.0MPa左右。

3.钢管锁口密封止水措施

钢管幕顶进前，在机头和钢管二侧加设注浆孔。钢管幕顶进过程中，通过注浆孔向锁口部位和管道外壁压注触变泥浆，一是减少锁口对土体的扰动，二是减少钢管幕的推进阻力和地表变形。钢管幕顶进后。要及时利用注浆孔对触变泥浆进行固化处理。固化材料选用纯水泥浆。减少地面沉降。固化过程中应按顺序进行，还应严格控制水泥浆的注浆压力和注浆量。

4.钢管幕顶进顺序

为了减小钢管幕施工次序对地表沉降及管幕变形的影响，采取先顶进底排管幕再顶进上排管幕的施工工艺。

5.钢管幕形成后，应在管幕内全部压注低强度等级混凝土。压注前应在管幕尾端设置排气孔并在管幕内的上部预置注浆管，以便对管幕上部的空隙进一步压注水泥砂浆，使管幕内的空隙充满固体。

二、箱涵顶进施工要点（图5）

1.箱涵进、出洞技术

1）进出洞口土体加固：为保证箱涵出洞过程。土体稳定性，必须对工作井外侧土体进行加固根据稳定性计算结果确定加固范围。

2）洞口管幕梁制作：在推进面上的支撑拆除前，应把全部钢管幕与上部混凝土支撑连成一体，形成钢筋混凝土管幕梁，应对管幕梁的横向跨度进行验算，必要时设置中间支撑点。

3）洞口止水装置：密封止水装置设在管幕梁上。应充分考虑箱涵外轮廓特点，设置双道止水，以保证洞口止水效果。

4）网格工具头安装：网格工具头的开口率及入土深度根据维持开挖面稳定性要求确定。网格由纵横梁形成空间井字结构，前端设置切口，由型钢和钢板焊接而成，现场拼装。

5）地下连续墙拆除：采用分层分块爆破拆除和人工风镐拆除相结合的方法，缩短拆墙时间，提高拆墙安全性。

6）箱涵进洞前，应对网格工具头及后续箱涵外侧的泥浆进行固化处理，防止泥浆窜流到开挖面。

2.特种复合泥浆压注工艺

1）注浆管路

在箱涵沿纵向每隔约6米设置一注浆断面，沿横向在对应管幕锁口之间设置注浆孔，注浆断面通过支管与注浆总管相连，注浆支管埋在箱涵结构内，以防过往的运土车压坏。

2）注浆施工

注浆材料应选择触变性能良好，黏度高，不易流动的材料。注浆施工应定点、定量、定压力进行。注浆压力应能支托上排管幕和土体重量。

3.推进油缸布置

推进油缸的数量由推进阻力计算后，布置在箱涵底板处。为便于纠偏和控制，油缸沿箱涵中心线分组对称布置。

4.箱涵的姿态控制

1）箱涵水平姿态控制

推进平台上设置导向墩使得箱涵基本保持直线推进；通过同步推进系统控制箱涵的水平姿态，根据行程仪传感器的显示数据，通过计算机自动调整各组油泵的流量，使其满足实时调整不同油缸的顶进速度，实现平面姿态同步推进。

2）箱涵高程姿态控制

通过改变注浆量和开挖面不同的挖土工况调节高程姿态。一般适量挖除底排网格内土体，可使箱涵切口下倾，不挖土的挤土推进可使网格上抬。

5.维持开挖面稳定性措施

开挖面稳定性由经过专门设计的网格工具头保证。箱涵预制期间，网格采用封门板封住，增加稳定性，减小地面沉降。

6.箱涵顶进引起的地表变形

1）控制箱涵和管幕之间的建筑空隙是减少地表变形的重要措施，此间隙宜适当减小。

2）利用网格挤土工艺使地面变形得到有效控制，调节和控制挤土速度和挖土量，取得合适的施工参数。

3）加强泥浆压注，通过泥浆压力支撑上部土体。

7.泥浆固化工艺

当箱涵推进结束后，注入纯水泥浆，在箱涵周围形成水泥浆套承担上部荷载。

8.施工监测

箱涵推进施工中，需对地表变形、箱涵应力、箱涵姿态实时监测。在箱涵预制期间，每天监测一次，推进期间，每推进50厘米监测一次。