浅埋暗挖法适应性分析

浅埋暗挖法适应性分析（精选6篇）

1.浅埋暗挖法适应性分析 篇一

1.国际隧道协会制定的断面划分标准：按净空断面面积划分。

2.地下工程按地质条件可分为第四纪软弱地层和岩石地层。城市各种地下工程多处于第四纪土沙软弱积水地层。3.根据施工特点，地下工程可分为深埋、浅埋、超浅埋地下工程。判别方式有三中。其一，隧道拱顶埋深（与围岩等级有关），此方法不太可取。其二，实测压力P与垂直土柱重量rh之比来确定，P/rh﹥0.4-0.6为浅埋隧道。其三，拱顶覆土厚度（H）与结构跨度（D）之比，即H/D覆跨比。当0.6﹤H/D≦1.5时，均称为浅埋；当0.6﹤H/D≦1.5时，均称为浅埋；当H/D≦0.6时，均称为超浅埋。

4.如何有效控制浅埋地下工程由于施工扰动诱发的地面移动变形（由于地层损失），成为浅埋地下工程设计与施工研究的重点。为了达到及时支护，防止地层沉降的目的，采用复合式衬砌结构形式，即初期支护结构由喷、锚、网、钢拱架组成；当初期支护完全稳定后（形成承载环），再敷设防水隔离板，施加二次模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌。这是最符合地下工程受力特点的一种结构。

5.浅埋地下工程施工方法主有明挖法（盖挖法）与暗挖法两大类。

6.明挖法又称基坑法，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，然后回填恢复地面。7.盖挖法是一种先做钻孔灌注桩（挖孔桩）或连续墙作为围护结构和支撑结构（如钢横撑、长锚索等组成支撑结构），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再从上往下进行主体结构施工的方法。盖挖法根据开挖和结构施工顺序的不同，分为盖挖顺筑和盖挖逆筑两类。8.地下工程暗挖施工法主要有盾构法和浅埋暗挖法。

9.最先进的盾构有泥水加压复合式盾构和土压平衡复合式盾构。随着地层的变化而产生不适宜。

10.浅埋暗挖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、中隔墙法（CD和CRD）、双侧壁导洞法（眼镜工法）。浅埋暗挖技术提出了软弱地层必须快速施工的理念。浅埋暗挖技术适用于各种软弱地层的地下工程。

11.浅埋暗挖法提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早成环、勤量测”。

12.浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，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的基本荷载设计，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法，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。

13.浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱地层中的地下工程，由于围岩自承能力差，为避免对地面建筑物和地中构造物造成破坏，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。支护所承载的荷载越大越好，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。其设计思想的施工要点可概括为二十一字方针。初期支护的施工顺序为先上后下，二次衬砌必须变为量测后，当结构基本稳定了才展开施工，其顺序从下向上，不许先拱后墙。

14.浅埋暗挖法的缺点是施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，高水位结构防水比较困难。

15.对地面沉降要求不高时，可采用刚度较小的支护结构，以发挥围岩的自承能力；对地面沉降要求高时，则采用刚度较大，先柔后刚的网构钢拱架支护结构，以防止围岩的过度变形而造成大幅度地面沉降。16.地铁围岩可以自稳的区间隧道以及其他中小型断面地下工程，在设计验算的前提下，在施工过程的监控量测的指导下，用喷射混凝土，钢筋网，网构钢拱架和部分锚杆组成的初期支护代替复合式衬砌支护结构也是可行的。特别在无水或无水压区段实施的，将喷射混凝土改为高防水性能的喷射混凝土，然后立即在初期支护表面用水泥砂浆抹面，以解决结构防水和美化问题（挪威法）。

17.用喷射混凝土、钢网片、网构钢拱架和部分锚杆作为受力结构，并用砂浆抹面，这是一种新型的结构。

18.在地下工程设计中，应优先选用复合式衬砌结构形式，在地质和水文条件较好时，也可选用喷锚支护结构形式。

19.注浆加固地层和超前小导管支护是最常用的辅助施工措施。开挖到喷射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，以提高施工速度，降低工程造价。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作用，但在相对较长的隧道和含水地层施工中，由于施作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。目前，公路隧道设计中洞口段长管棚应用太多，穿越结构的管棚直径过大（300-600mm是不合理的），值得商讨。

20.早支护不仅能减小支护结构的荷载（围岩开挖后，地层松动，其承载力下降，若支护不及时，则会增加作用在支护结构上的荷载，直至塌方。），还能避免地层过分变形。21.浅埋软弱地层，锚杆支护作用明显降低，尤其是顶部两侧各30度范围内的锚杆是承压的，且工艺难以保证，可取消该区域的锚杆支护。超前小导管在其地层中是一种有效的超前支护形式，其设计原则是在稳定的工作面、满足施工要求的前提下，采取短而密的方式布设。

22.作为初期支护主体的喷射混凝土，其喷射厚度要合理，混凝土喷得太厚，不利于发挥喷射混凝土材料的力学性能。当其厚度d≦D/40（D为洞径，即洞室开挖宽度）时，喷射混凝土支护接近于无弯矩状态，支护结构性能较好。（我国浅埋暗挖法中的喷射混凝土厚度一般控制在20-30cm）。用增加喷射混凝土厚度的方法来加强支护，效果较差，应采用合理的喷射方法，选择喷射混凝土的材料、配合比和外加剂。如用潮喷或湿喷代替传统干喷，在喷料中加聚丙稀纤维等，以提高喷射混凝土材料的抗裂性，并减小回弹量。23.当开挖断面宽度大于10m时，采用CD法或CRD法。开挖断面宽度小于10m时，正台阶法。在无水地层条件下，开挖断面跨度达12m时，采用正台阶法。台阶长度规定在一倍洞径左右。

24.浅埋暗挖法通常采用的复合式衬砌支护结构，在初期支护与二次衬砌之间铺设防水隔离层，辅之以二次衬砌防水混凝土，组成两道防水线，采用以防为主，防水全包不给排出的防水原则。这种结构在无水或少水地层是可行的，但在富水地层则表现出很大的不合理性。不合理的原因有三点。其一，防水层易被损坏，使封闭防水层结构的设计思想得不到落实，这是造成漏水的主要原因。其二，初期支护防水性差，易形成渗水现象，其渗水在防水隔离层与初期支护之间容易形成“水袋”。一但防水层被破坏，“水袋”将在薄弱环节寻找出路，使初期支护和二次衬砌之间的空隙也形成水环，造成二次衬砌施工缝漏水。其三，以防为主的全包防水板，由于水存在于二次衬砌之外，水压直接作用在二次模筑衬砌上，增加了二次衬砌结构的承载。由于压力过大，可造成二衬混凝土仰拱上鼓、开裂造成漏水。在富水地层必须以堵为主，限排为辅、防排结合的防水原则。25.地下工程浅埋暗挖法施工的结构防水问题，可以采取加强初期支护的防水能力（提倡喷射防水混凝土，通过改善喷射混凝土配比、添加外加剂和改进喷射工艺等措施，提高初期喷射混凝土的防水能力），也可在初期支护与二次衬砌之间进行填充注浆，把地下水拒之于初期支护之外。

26.对于进入初期支护结构和二次衬砌之间的漏水，应遵照以排为主的原则处理。27.施工方法的适用条件及特点（见P14）

28..地质勘察的阶段：于可行性研究阶段、可行性研究阶段、初步勘察阶段、详细勘察阶段。29土按堆积年代可分为三类:老堆积土、一般堆积土、新近堆土。土按成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土。土按有机质含量可分为无机土、有机质土、泥炭质土、泥炭。土按颗粒级配或塑性指数可分为碎石土、沙土、粉土和黏性土。30．碎石土包括：漂石圆形及亚圆形为主（粒径大于200mm的颗粒质量超过总质量的50％）、块石棱角形为主（粒径大于200mm的颗粒质量超过总质量的50％）、卵石圆形及亚圆形为主（粒径大于20mm的颗粒质量超过总质量的50％）、碎石棱角形为主（粒径大于20mm的颗粒质量超过总质量的50％）、圆砾圆形及亚圆形为主（粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50％）、角砾棱角形为主（粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50％）。31．沙土包括：砾沙（粒径大于2mm的颗粒质量占总质量的25％-50％）、粗沙（粒径大于0.5mm的颗粒质量超过总质量的50％）、中沙（粒径大于0.25mm的颗粒质量超过总质量的50％）、细沙（粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的85％）、粉沙（粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50％）。粒径大于0.075mm的颗粒不超过全部质量50％，且塑性指数等于或小于10的土，定为粉土。塑性指数大于10的土为黏性土，根据塑性指数可分为粉质黏土和黏土。当塑性指数大于10且小于或等于17时，定为粉质黏土；当塑性指数大于17时，定为黏土。

32．填土是指人类活动在地面形成的任意堆积，其组成成分复杂，填筑的方法、时间和厚度都是随意的。填土分素填土、杂填土、冲填土三类（其组成见P21）。

33．湿陷性土：凡是土层受水浸湿，加固凝聚力消失，产生湿陷的土，称为湿陷土。湿陷土可分为湿陷性黄土及其他湿陷性土（其特征见P22）。34．软土：软土主要指由细粒土组成的孔隙比大（e〉1.0）、天然含水量高（W≧WL）、压缩

-1性高(压缩系数a1-2〉0.5MPa)、强度低（不排水抗剪强度小于20KPa）和具有灵敏结构性的土层，包括淤泥、淤泥质黏性土、淤质粉土等。软土工程性质见P22。天然含水量大，只要不被破坏和扰动，可处于软塑状态。但一经扰动，其结构受破坏，变成流塑状态。孔隙比大。透水性能低，垂直方向透水性比平行土层方向的渗透系数小，对地基排水固结不利，使建筑物沉降延续时间加长。在加压初期，地基土中常出现较高的孔隙水压力，影响地基强度。压缩性高，其压缩变形大部分发生在垂直压力为0.1MPa左右，对工程直接影响是建筑地基沉降量大。具有触变性、流变性、不均匀性、抗剪强度低。35.黏性土的界限含水量。黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量，包括液限WL（土从可塑状态过渡到流动状态的界限含水量）、塑限WP（土从可塑状态过渡到半固结状态的界限含水量）、缩限WS（土从半固结状态过渡到固结状态）。

36.x许多黏性土及泥质岩中含有大量的蒙脱石和伊利石类矿物颗粒，有很强的亲水性。当含水量变化时，这些颗粒能发生显著的体积变化，从而引起岩土的体积变化（发生膨胀或收缩），最终使与其相连接的建筑物受破坏。这种岩土称为膨胀岩土（其主要是蒙脱石，伊利石居其次）。

37.风化岩指原岩受风化程度较轻，保存的原岩性质较多;残积土则是指原岩受到风化的程度极重，基本上失去了原岩的性质。风化岩可以作为岩石看待，而残积土则完全成为土状物。其共同点为位置没发生变化。38．凡温度≦0℃，且含有固态冰的土称为冻土。按冻结时间可分为瞬时冻土、季节冻土和多年冻土。具体定义见P34 39．松散地层主要指第四纪沉积物和部分第三纪沉积物，其空隙间常常埋藏着丰富的地下水非可溶性岩石：地下水主要存储在由构造作用、成岩作用和风化作用产生的各种裂隙中。可溶性岩石：由于各地段影响岩溶发育的因素及其作用程度不同，导致形成的岩溶差异很大。

40．地下水露头包括泉、井、钻孔、既有坑道（隧道）等。其解释见P37-39 41.环境是指大气、水、海洋、土地、森林、草原、野生动植物、自然保护区、生活居住区

等。

42.围岩的分级基本上由岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个因素决定。另外，还要兼顾地下水状态、初始应力等因素。

43.围岩稳定性主要受到岩性、岩体结构、地下水特征、初始应力等影响。这四方面的具体组合情况：岩性的软硬，岩石强度的高低，岩体结构特征（特别是软弱结构面的特征），结构面的抗剪强度，地下水的水量、水压和运动特征，以及岩体中初始应力的大小、方向和主应力的比值等。

44.围岩变形和破坏的类型:岩爆、（在岩体完整、岩性坚硬的脆性岩体中，当水平应力与垂直应力的差值以及绝对应力值都很大的情况下，由于施工开挖或爆破震动等作用引起岩体中大量积聚的弹性应变能突然释放，从而产生岩爆现象。在岩体中最大主应力方向与洞室轴向垂直的情况下，洞室围岩更容易产生这类破坏）岩体的破裂、（主要发生在裂隙较少的坚硬、脆性的围岩岩体中，由于匀质，围岩的稳定性主要取决于岩石本身的强度和岩体中应力重分布的情况。当重分布应力小于围岩岩石的强度时，岩体只产生弹性变形。在岩石弹性变形不大的情况下，围岩是稳定的。若岩体中重分布应力超过围岩岩石的强度，在洞顶或边墙上可能产生拉裂、剪断、压溃和剥离等破坏现象，特别对于薄层状岩层会产生弯折内鼓的变形破坏）、岩块滑移和坠落（主要发生在由各种结构面切割的、比较坚硬的岩体中，当围岩中的初始应力超过结构面的抗剪强度时，或在重力的作用下，洞室周边的结构体可能会沿结构面产生松弛、滑移、坠落等变形破坏。特别是当软弱结构面受到地下水作用时，更易发生此类变形和破坏。）、破碎松散岩体的坍塌（由于破碎岩体或松散堆积层的自承能力很低，在开挖过程中，洞顶或侧壁会产生坍塌破坏，如不及时支护，破坏现象会更为严重。）、松散岩体的塑性变形（软岩、膨胀性岩层、松软土层以及含黏土的破碎岩层，由于强度低、塑性强、与水作用强烈，在外力作用下易变形。在洞室开挖后或在开挖过程中，围岩由于应力作用或由于向洞室临空面膨胀、流动，从而产生向洞内挤压等塑性变形。）。

形变压力和松散压力统称为围岩压力。形变压力是由围岩的塑性变形所引起的作用在支护衬砌上的挤压力。对于比较软弱的围岩来说，一般具有塑性变形和流变特性。因而，当洞室开挖后，围岩变形随时间而发展，往往会持续一个较长的时间。在支护衬砌与围岩密贴的情况下，这种继续发展的塑性变形会对支撑和衬砌产生较大的形变压力。随着形变压力的逐渐加大，支撑或衬砌对围岩所提供的支护抗力也在逐渐加大。当支撑或衬砌的强度满足形变形成的应力时，围岩与支护的共同变形则逐渐稳定下来，从而保持洞室稳定。然而，破碎松散的围岩岩体，在洞室开挖后由于不能自稳，从而发生坍塌。由结构面切割的坚硬的岩体，开挖后在围岩表面一定范围内也会形成松动、滑移。当洞室支撑衬砌后，由于支护结构与围岩间不易密贴，因而使得这些坍塌体作用在支护衬砌背后，形成松散压力。洞室刚开挖后有较大变形，这种变形是由于岩块失去边界支持后裂隙张弛、岩块错位并滑动所造成的，而后由于岩块间的摩擦效应维持暂时平衡（松弛压力）。荷载压力计算见P48 Ⅰ-Ⅱ级围岩，因坑道围岩稳定，水平压力很难出现，即使出现也是由于岩块松动引起的，对衬砌设计不会产生影响。Ⅲ-Ⅳ级围岩主要产生垂直压力，因坑道侧壁较稳定，故水平压力也不会很大。由于围岩的不均质性、不连续性比较突出，故可能局部出现较大的水平压力。Ⅴ-Ⅵ级围岩水平压力较大，对衬砌设计有很大影响。

在采用先拱后墙法施工的条件下，中等坚硬岩层中，拱腰45°处围岩压力约为拱顶压力的1.6倍左右。拱脚压力约为拱顶压力的1.3倍左右，分布似马鞍形。按垂直均布荷载的三心圆尖拱形衬砌，拱腰开裂数量多于拱顶，磅山隧道也是如此。隧道两侧围岩软硬不一时，容易产生偏压。

围岩压力考虑采用两侧大中间小的马鞍形，或者有一定程度偏载的梯形及均布压力图形等。对不均匀分布的围岩压力在衬砌全部宽度上的总值，宜大致与本文规定的围岩垂直均布压力总值相等。

围岩稳定性分析见P51-52

若洞室围岩有一组结构面存在，根据结构面上作用力与结构面交角的大小及结构面间摩擦角的关系，可以判定具有层理滑动或可沿结构面滑动的洞室与结构面间摩擦角的关系，进而判定其稳定性。设围岩周边的切向应力与结构面的法线的夹角小于结构面之间的摩擦角，结构面不发生滑动，反之则发生滑动。当两夹角相等时，则结构面处于极限平衡状态。洞室拱顶由结构面切割形成的锲形体危岩是否坠落，可根据岩块的受力状态进行分析。（具体计算见P55）

洞室围岩被几组结构面切割时，围岩是否会发生沿结构面剪切破坏的问题，可用岩体沿结构面发生剪切破坏的判别式进行分析。（具体见P56）

目前，一般是用量测坑道断面的收敛值（即位移量测）来获得位移信息，从而判定围岩的稳定状态。

洞室跨度的大小影响围岩的稳定性（跨度越大，其岩体的破碎程也增大），洞室的形状影响围岩的稳定性（围岩周边的应力状态不同）,施工方法。围岩分级主要考虑的因素是地质因素。作为分级指标有单一的岩性指标、单一的综合岩性指标、复合指标。

围岩分级的主要考虑指标：岩块强度或岩体强度（一般用抗压强度表示，反映了其力学性质，表示了围岩物质的基本性质。在自然界中，岩石普遍存在着裂隙，采用岩体强度更为合适。）岩体的完整程度（这取决于岩体在地质构造作用下的影响程度以及结构面的特征）。地下水的影响（地下水对围岩的稳定性有明显影响，但很难用具体的指标来表示）。天然应力状态（了解天然应力的大小和方向）有的围岩分级方法中笼统地把初始应力分为低应力、中应力、高应力三种情况来考虑对围岩稳定性的影响，但多数分级方法中还没有考虑岩体初始应力的影响。

洞室的跨度和高度对洞室围岩稳定性有一定的影响，应对高跨比作出一定限制，超出此值后就要考虑尺寸的影响。洞室的跨度与裂隙间距的比值反映了洞室围岩的相对完整性,这也是决定洞室围岩稳定性的重要因素。洞室形状不同时，可考虑洞室形状系数的影响。围岩分级的基本标准见P60 围岩级别修正的因素：地下水状态、初始应力。地下洞室埋深较浅时，应根据围岩受地面的影响进行围岩级别的修正。若围岩仅受地面影响，应将相应围岩降低1-2级。

围岩的几种分级方法：岩石质量指标RQD（以围岩的稳定性取决于岩石完整或破碎的程度的)观点为依据）其分级适用表见P62。RSR（以施工前有关岩体结构的一般地质状态A、节理产状与掘进方向的关系B、以及地下水的影响C）岩体质量Q（由节理组数目、节理粗糙度、沿最弱节理面的蚀变或填充程度、节理含水折减系数及应力折减系数）其计算式见P64。岩体的地质力学（考虑了岩石强度、RQD、结构面特征、地下水情况等因素的影响，特别考虑了结构面的走向和倾角对隧道工程的影响。）

浅埋暗挖法设计理论是建立在岩石的三向刚性压缩试验特性和岩石的二向压缩应力应变特性以及莫尔理论基础之上，并考虑了隧道掘进时的空间效应和时间效应。这一理论集中在支护结构种类、支护结构构筑时机、岩压、围岩变位这四者的关系上，贯穿在不断变更的设计施工过程中。（它指导着喷锚支护的设计和施工，指导着构筑隧道的全过程）围岩与支护共同作用，最大限度地发挥围岩本身原有的支承能力，这是新奥法设计思想的核心。

浅埋暗挖法沿用新奥法原理分析体系，运用量测信息反馈于设计和施工，同时采取超前支护、改良地层、和注浆加固。应用浅埋暗挖法应遵循的原则有强调采用预加固措施、隧道支护考虑时间和空间效应、隧道开挖后应尽早提供有足够刚度和早强的初期支护，从而控制围岩变形，而不是最大限度的选择围岩的自身承载能力、尽早施作仰拱并封闭成环（仰拱距工作面的距离最大不超过1倍洞径）、二次衬砌在围岩和初期支护变形基本稳定后再施作，但在采取辅助措施后，未满足稳定性要求时，也可施作二次衬砌、（由于浅埋隧道荷载明确，提前施作二次衬砌是可能的，多在超浅埋大跨度车站之处应用）衬砌形式采用复合式，两层之间设防水隔离层，起防水、防裂作用，两层之间剪力为零，二次衬砌才不会开裂。控制围岩变形是浅埋暗挖法设计施工的核心问题

隧道深埋、浅埋、超浅埋，并非单纯指洞顶地层厚度而言，还应结合上覆地层的水文地质与工程地质特征，松散状况，围岩构造特征，风化、破碎、断层影响的程度与结构强度以及地下水等因素。洞顶的稳定与否对施工方法有直接的影响。

深埋、浅埋、超浅埋隧道的计算方法：深埋隧道按塌落拱荷载计算，浅埋隧道按松散荷载计算，超浅埋隧道按全土柱加地面动、静换算荷载计算。

隧道衬砌裂缝约有2/3发生在浅埋段，裂缝发生的规律是：拱腰部位多，拱顶部位少；浅埋、超浅埋的多，深埋的少；地层与衬砌不密贴的多，密贴的少；无防水隔离层的多，有防水隔离层的少；前拱后墙法的多；先墙后拱法的少；全断面一次模筑衬砌的多，全断面间歇灌注的少；养护不好的多，养护好的少；刚性大、衬砌厚的多，刚性小、衬砌薄的少；按矿山法施工的多，按新奥法施工的少；小断面开挖施工的多，大断面、全断面开挖施工的少。裂缝的多少与埋深的关系很大。

以埋深等于塌方统计平均高度2倍的方法作为判别深埋与浅埋隧道分界的主要标准，围岩垂直压力、地面沉降和电算分析可作为参考标准。围岩变形过大时隧道上方会形成塌落拱（压力拱），塌方是围岩因失稳而破坏的最直观的形式。当埋深大于2倍塌方高度时，才能用塌落拱公式计算。塌落拱高度与围岩级别有很大关系。

H/D与P/(rh)的关系结合围岩等级判别隧道埋深。（见P78）P/(rh)的值结合围岩等级判别隧道埋深。（见P79）

深埋与浅埋隧道分界深度建议采用下列值： VI级围岩为4D-6D，V级围岩为2.5D-3.5D，IV级围岩为1.5D-2.5D，III级围岩为0.5D-1.0D，II级围岩为0.3D-0.5D，I级围岩为0.15D-0.30D。同时，分界深度与施工方法及施工技术水平密切相关，若采用新奥法施工，光面爆破，且施工技术水平高，则可取小值；否则，取大值。

在初期支护作用下，围岩塑性区达到地面，地中围岩变形值与地面沉降值相等时，即覆盖整体位移下沉时为超浅埋，荷载除了按rh全部土柱计算外，还应计算地面交通冲击产生的附加荷载。见P81 深埋隧道与浅埋隧道分界深度的确定方法，即以隧道开挖时对地面不产生影响为限进行区分。见P81表3-3。以荷载等效高度进行界定见P83 浅埋与超浅埋的判别方法：1.覆跨比即覆盖土厚度H与隧道跨度D（隧道断面直径）之比，H/D≦0.4为超浅埋隧道，H/D﹥0.4为浅埋隧道。2。盖层整体下沉时，即洞内拱顶变位值≦地面沉降值时可视为超浅埋。3。隧道结构顶部进入地面以下5m范围的管道层中时，统称超浅埋。4。实测压力P与垂直土柱重量（rh）之比确定深埋、浅埋、超浅埋。当P/(rh)≦0.4为深埋隧道，0.6≧P/(rh)﹥0.4为浅埋隧道，P/(rh)﹥0.6为超浅埋隧道。超浅埋隧道在初期支护的作用下，围岩塑性区一般可达到地面，覆盖层易发生整体位移下沉。浅埋设计会因为施工不当而引起很大的附加荷载，进而产生超浅埋设计中所出现的不利因素。

断面结构形式按跨度分类为：单跨结构、双跨连拱结构（双连拱结构的两拱中部可以是中隔墙，两拱中部也可由立柱和顶、底梁组合。其结构形式在软弱、富水地层，经常开裂、漏水，施工中力的转换也很复杂，不提倡使用）、三跨连拱结构（有双层、单层结构形式，其单层结构形式比较合理）、多跨连拱结构（由于其结构受力复杂，容易出现较多的裂缝和渗漏水现象）。双连拱、多连拱隧道设计应遵循“宜近不宜联”的原则，只有硬岩和受特殊地形限制之处可以例外。

断面结构形式按层数分类为：单层（采用浅埋暗挖法施工的隧道多为单层、其设计施工难度小）、双层（其设计施工难度大，为其降低施工难度，目前车站两端大多是明挖多层、中间暗挖，这对单层是比较合理的）、多层（在浅埋工程中，其设计施工极难，地面沉降难以控制，其结构很少采用）。

断面结构形式按边墙形式分类为：直墙式（在铁路隧道中I-III类围岩采用曲墙，IV-VI类围岩采用直墙形式，以便使结构受力处于良好状态，支护厚度合理。但在浅埋暗挖工程中，由于埋深较浅，垂直荷载较明确，垂直压力较大，侧压力较小，断面可以根据结构受力情况设计成直边墙，以提高断面利用率。曲墙式（由于浅埋隧道一般位于软弱地层，地质条件较差，围岩自稳能力差，结构一般设计为曲墙，并尽可能圆顺，以减少应力集中点。）

断面结构形式按拱的形式分类为：失跨比不宜小于1/3.，但在超浅埋工程中，由于垂直荷载较小，为了提高断面利用率，降低埋深，有时设计为坦拱结构，甚至平顶结构。单跨断面结构形式按端面形状分类为：马蹄形断面（一般用于山岭隧道）、蛋形断面（一般用于第四纪地层和极软弱地层）、圆形断面（多用于水工隧道）。考虑施工的方便和可操作性，初期支护采用马蹄形断面，二次衬砌采用圆形断面。采用浅埋暗挖法施工的地铁站结构形式在第四纪地层中：1.三拱两柱式（三拱车站有塔柱式和立柱式地铁站。第四纪地层中大多采用三拱立柱式地铁站，三拱塔柱式已很少采用）三拱两柱式地铁站存在的问题：1.连拱结构在柱顶存在V形节点,结构防水处理困难。连拱结构开挖施工时易产生不平衡推力，导致初期支护结构产生较大变形，节点难以连接，施工较难控制；导致初期支护扣拱时钢管柱承受水平推力，使初期支护和二次衬砌的拱部容易开裂。3.容易开裂漏水。

单跨单层在软土地层中修建单拱大跨结构采用眼镜法（侧壁导洞法）开挖仰拱部分时，变形迅速加大，仰拱封闭后，达到完全稳定。

采用混凝土砌块组成的结构适用于有一定自稳能力的地层，采用装配式砌块可以保证拱圈迅速承载。

管拱法在第四系松散地层中修建单拱地铁站的施工程序：先在墙脚处开挖两个小隧道并浇注混凝土；在地铁站隧道的一端施作一个10米*20米的工作井，在其中拱轮廓线处沿隧道纵向顶入10个外径2.1米、内径1.8米的钢筋混凝土圆管，其内浇注混凝土使它们连接成管拱，覆盖整个地铁站隧道；进行拱部开挖，立模浇注钢筋混凝土肋形拱；开挖底部，施作仰拱。

管拱结构的特点：1.拱部主要承载结构是管拱，肋形拱可以提高拱圈承压后的稳定性。2.结构顶部设有管拱，不仅可以避免采用地层加固法，而且地铁站的埋深可以做得很浅，如2-3米。3.单拱结构受力简明。

单拱地铁站除了管拱结构的特点外，还具有1。结构轮廓圆顺，防水层可做得很好，避免了多拱地铁站往往出现的积水沟槽，结构防水效果显著；2。单拱地铁站既可以做成岛式站台，也可做成侧式站台，而单拱地铁站采用侧式站台可以使开挖总跨度的尺寸更紧凑。采用浅埋暗挖法施工的地铁站结构形式在岩石地层中，由于围岩为IV-V类，整体性较好，地下水不发育，地面建筑物较多。地铁站埋深一般为0.5D-1.0D(D为隧道洞径)。拱和墙采用圆滑过渡的五心圆断面，平底板，复合式衬砌。初期支护为锚杆喷射混凝土结构，在浅埋或埋深较浅且穿过高层建筑时，加钢筋格栅拱。为避免先期浇注的二次衬砌对后浇楼板混凝土产生收缩约束作用，楼板简支在边墙的“牛腿“上。开挖和衬砌方法根据不同的埋深、地层条件和环境条件，采用品字形开挖、二次衬砌先墙后拱法。石质良好时，单拱地铁站可采用大拱脚、薄边墙衬砌。见P105图3-51（b）。

邻近工程的种类主要是根据新建隧道与邻近既有工程的间隔划分邻近度，其邻近度的划分见P111表3-8-表3-13。这里所谓“间隔”，是指邻近既有工程衬砌外面到新建隧道的最小距离。判别邻近度时采用的D”（隧道外径）值，是指邻近既有工程或新建隧道衬砌外轮廓的垂直高度和水平宽度中的最大值。在隧道并列、交叉的场合，采用新建隧道的外径D′。邻近度分为：不考虑范围、要注意范围、限制范围。

邻近地下工程施工分为新建工程接近既有隧道施工和新建隧道接近既有工程施工见P113-P115表。

单一洞室弹性条件下的力学模型见P116图3-54。其径向应力、切向应力、剪应力计算式见式3-5 隧道开挖后引起的围岩应力重分布局限在一定范围内，在离隧道开挖周边比较近的地方，应力集中度高，在离隧道开挖周边比较远的地方，应力集中度低，越远影响越小。因此，新建隧道开挖对周边产生的影响仅局限在一定范围内。

两条平行或重叠的邻近隧道开挖时，隧道中心间距越小，隧道周边的应力越大，从而使隧道周边应力重分布恶化。为了避免相互影响，两铁路隧道线间距一般不小于2D为宜。由于工况状态转化受力模式的条件见P118 两洞室邻近开挖的相互影响也存在一个范围，越近影响越大，越远影响越小，远到一定距离，影响就消失了。邻近施工的影响存在着范围有限性的规律-仅局限于一定的区域。这种性质是由开挖后引起围岩应力重分布的局限性决定的。两洞室邻近时的受力状态不同于单一洞室的情况（应力多次重新分布，导致受力的复杂性）。

穿越既有线所面临的主要技术措施包括对开挖隧道周围及既有结构周围土体进行预加固、减少地层扰动对既有线的影响、保持周边围岩的稳定性等（还应注意既有结构上台量的计算及控制途径）。

浅埋暗挖法设计的地下工程一般采用复合式衬砌，复合式衬砌由初期支护、隔离层和二次衬砌组成。初期支护在二次衬砌施作前应具有足够的强度和刚度，确保施工期间的安全和地面沉降不超过设计标准。初期支护是施工期间的承载结构，承受施工期间的主要荷载（土压力、部分水压力）。二次衬砌和初期支护共同承担永久荷载（二次衬砌还要承受水压力）。应将初期支护和地层视为统一的承载体，计算中应考虑施工辅助措施的作用，初期支护应做到及时、密贴、柔性、早强，并能与围岩共同变形。初期支护变形大，允许出现不影响整体稳定的裂缝。从强度和防水要求出发,二次衬砌不容许产生有害裂缝，裂缝宽度一般不得超过0.2-0.3mm。

初期支护和二次衬砌共同承载，相互依赖、影响。初期支护的强度应适应不同的围岩压力。调整支护参数，确保地层稳定后，才能施作二次衬砌。二次衬砌的目的，一是承受流变荷载，二是安全储备。所以，初期支护和二次衬砌的强度及刚度应综合考虑。

初期支护背后要及时回填注浆，以保证初期支护和围岩的密贴性，初期支护和二次衬砌应密贴，不留空隙。初期支护和二次衬砌间设置防水隔离层，使初期支护和二次衬砌之间只传递径向力，不传递切向力，从而减少二次衬砌的裂缝。

初期支护由喷射混凝土、钢拱架、钢筋网、锁脚锚杆、连接筋等组成。初期支护的参数由经验类比和结构计算确定。初期支护最小应预留3-5cn变形量。

喷锚构筑法强调喷射混凝土的柔性规定喷射混凝土的厚度不宜小于5mm，不宜大于250mm。浅埋暗挖法设计的隧道则不同，由于初期支护要有一定的刚度和强度，需设钢拱架，钢拱架要有一定厚度的保护层，因此初期支护的厚度一般不低于250 mm，常用的厚度为250mm，300mm，350mm。

钢拱架环向接头是钢架的弱点，从受力角度考虑应尽量减少接头，单过长太重，不宜施工，综合考虑拱部格栅长度为2-3m。为确保接头部分的喷射混凝土密实度，接头连接件应优先采用角钢螺栓连接。

钢筋网可提高喷射混凝土的抗剪和黏结强度，能提高喷层的整体性，使其应力分布均匀，从而减少混凝土的收缩和喷层裂缝。

需要拆除的临时支护中可设塑料网（日本设计常用）

钢筋网中钢筋间距宜为100-300mm。当小于100mm时，喷射混凝土回弹增加，且钢筋网与壁面之间易形成空洞，不能保证混凝土的密实度；当大于300mm时，会大大消弱钢筋网在喷射混凝土中的作用。

在山岭隧道中锚杆和喷射混凝土围岩共同组成支护体系，锚杆是不可或缺的。锚杆有悬吊作用、组合梁作用、加固作用，有全长黏结型、端头锚固型、摩擦型等形式。在土质浅埋隧道中锚杆的作用却不明显，特别是在城市土质浅埋地下工程一般不设锚杆，在需要加固地层的地方设注浆锚管，在分步施工的墙脚设锁脚锚管。

一般在围岩较好的山岭隧道采用锚喷支护做永久支护。浅埋暗挖法在较小断面中用250mm厚初期支护作为永久支护，表面采用氯化铁防水砂浆做防水层。

二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后才能施作，在特殊情况时，也可提前施作二次衬砌。

二次衬砌的最小厚度为250mm，常规的厚度为300-500mm。

仰拱结构及其与边墙的连接形式是影响隧道结构整体强度的重要因素。要保证仰拱有足够的强度和刚度，边墙与仰拱要有圆顺的连接形式。仰拱失跨比应不小于1/12。为控制变形，避免墙基应力集中，应尽早形成封闭结构。一般情况下，施作仰拱距开挖工作面的距离不宜超过1-1.5B（开挖宽度）。

采用浅埋暗挖技术施工的区间，隧道仰拱失跨比为1/5-1/6。地铁车站的底板或仰拱的厚度达到1-1.2m。

在深埋的山岭隧道中应采取排堵结合，限堵为辅，防排结合，因地制宜，综合治理的原则，结构计算可考虑少量水压力。在城市地下工程中，结构埋深比较浅，隧道顶部是沙层，渗透系数较大，大量排水将会对城市地下水系统、周围建筑物、地下管线等造成影响，甚至破坏，所以应遵循以堵为主，限排为辅的设计原则；防水方法应遵循多道防线，刚柔结合，因地制宜，综合治理的原则。计算中应考虑二次衬砌承受的含水头水压力，如隧道所处的地层为黏土或沙黏土等，渗透系数较小，实践证明，排放适量的地下水，对城市地下水位无影响，可取得较好的整体防水效果。结构计算也应按全水压力进行计算。

区间隧道防水板应采用铁路隧道方式，防水板敷设到边墙底，不全包，仰拱不计水压，受力均匀。目前，地铁区间隧道防水板全包，将地下水引入道床下面，这样做对运营不利，应采用铁路的半包式方法。

超前预注浆和初期支护背后注浆，不能形成主要防水防线，但注浆填充了围岩裂缝和土层孔隙，可起到一定的阻水作用。特别是对围岩集中出水点的注浆堵水，能起到较好的止水效果（成本高，不能全堵死，必须结合其他方法综合使用）。

初期支护在理想条件下，可达到较高的抗渗等级，但由于喷射混凝土和施工工艺的离散性，使得现场喷射混凝土的整体抗渗性能较差，不能形成永久的防线，可以当做施工期间的防水线。

在初期支护和二次衬砌之间设置防水层进行防水，称为防水材料防水。防水层一般为柔性的，从国内外地下工程复合式衬砌防水材料的选择来看，防水板（膜）应用较多（因为初期支护的受力和二次模筑的受力不能协调，通过防水板传力且剪力为零，所以防水板不但可以防水，还可以防止二次衬砌开裂）。防水涂料的施作方法为现场机械喷涂或人工涂刷，其厚度难以控制，不便施工，对环境有污染。

防水板应具有其延伸率应大于600﹪，耐久性，接缝严密可靠等，确保防水工程具有连续性、整体水密性、变形适应性和耐久性。铺设工艺必须采用无钉铺设法，先铺设无纺布，再将防水板热粘在无纺布上，不能将无纺布和防水板制作在一起进行铺设，否则无纺布与围岩不能密贴，形成很大空洞，防水板也易撕裂。

应重视混凝土自防水（如限制混凝土裂缝宽度、尽量减少变形缝、诱导缝）。

混凝土自防水主要是防止结构产生贯通性裂缝。设计人员往往认为混凝土的强度越高，其抗拉强度越高，因而抗裂性能越好；混凝土的抗渗标号越高，其抗渗能力越强。施工中出现了片面提高混凝土标号和抗渗标号的现象，殊不知其结果往往适得其反，事与愿违（一般来说，混凝土标号越高、抗渗标号越高，单位水泥用量越多，其结果是水化热增高，收缩量加大，更易导致裂缝的产生）。

设计人员合理选定混凝土的强度和抗渗标号，合理地确定结构受力和支承条件，合理设置各类“缝”并正确设计其构造。施工人员合理选择混凝土的配合比、水泥用量、水灰比、如模温度、浇捣顺序、养护时间和条件等。质量员严把质量关。混凝土工程中要求混凝土是高性能混凝土，而不是高强度混凝土。在地铁浅埋暗挖工程中，对各类“缝”的设置及其构造颇有争议。如果设置或构造不当，往往是防水的薄弱环节（地铁工程因行车的特殊要求，一般不能设置沉降缝，即通称的变形缝。如果设置要求有特殊构造，则两侧结构的沉降差不超过0.3mm，否则就可能导致钢轨的断裂。因此，实际上地铁工程中只能设置施工缝）

施工缝是施工过程中工艺分段要求所需要设置的，它可消除部分收缩应力，必须设置，但宜少不宜多。

目前，二次衬砌多采用钢筋混凝土结构形式，钢筋和混凝土相结合可以共同受力，但承受水压的效果不好。钢筋外的混凝土保护层非常重要，它是确保钢筋混凝土不漏水的重要防线。在钢筋混凝土工程设计和施工时，一定要重视钢筋保护层的施工措施。

国内地铁的一些区间出现底鼓和漏水的原因，一是对水压力考虑不足；二是仰拱施工质量较差，厚度未达到设计要求。

浅埋暗挖技术是适合富水地区修建城市地铁的主要施工技术之一，该工法的隧道设计应遵循防水设计优先结构设计的原则（防排结合）。

地铁设计一般的错误理念：1.防水板全包,将水堵在二次模筑之外,形成水环；2.认为初期支护不会漏水(结构在长期运营下,在施工后通过应力调整,开裂是必然的。)；3.不设置水流入隧道的出路,从而在全线形成压力水头。

隧道衬砌拱桥设计法：只考虑了衬砌承受围岩的主动荷载，而未考虑围岩对衬砌变形的约束和由此产生的抗力，所以，衬砌厚度偏大。

隧道锚喷用于初期支护，其能保证围岩稳定的同时，也允许围岩有一定程度的变形，使其围岩内部应力重新调整，从而发挥其自承作用，因此，可以将内层衬砌的厚度减小很多。常用计算模式：1.荷载-结构模式（作用-反作用模型），结构上方的岩层最终要塌落，因此作用在支护结构上的荷载就是上方塌落岩体的重量。然而，一般情况下岩层由于支护的限制而不会塌落，实际上围岩向支护方向产生变形受到支护的阻止，从而对支护产生压力。这种情况下作用在支护结构上的荷载是未知的，引用荷载-结构模式就有困难。所以，荷载-结构模式只适用于浅埋情况及围岩塌落而出现松动压力的情况。荷载-结构模式还可以按荷载的不同细分成主动荷载模式、主动荷载+被动荷载模式、量测压力模式。前两种模式考虑的是岩层重量作用在结构上，这种荷载通常是根据松散压力理论或经验确定的。在没有抗力的土体中采用第一种计算模式，一般情况下采用第二种计算模式。第二种模式考虑了结构和岩体的相互作用，部分体现了地下结构的受力特点。为了保证地层抗力的存在，应当使地层与结构之间保持紧密接触。第三种模式是反馈计算的一种方法，即根据现场实地量测获得的围岩压力，作为荷载对支护结构的作用进行计算。这种荷载反映了结构与围岩的共同作用。支护结构体系与围岩共同作用的计算模式（连续介质模型），其主要用于围岩变形产生的压力，压力值必须通过支护结构与围岩共同作用而求得。支护结构体系不仅是指衬砌与喷层等结构物，而且包含锚杆、拱架等支护结构在内。其计算模式的计算方法通常有数值解法和解析解法两种（一般只适用于轴对称情况，可以说明现代支护结构设计的机理和概念）。剪切滑移破坏法只是近似的工程计算法。

围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形、破坏的作用力，包括由地应力（即原岩应力）引起的围岩应力，以及围岩变形受阻作用在支护结构上的总作用力。围岩压力也称地压。由围岩压力引起的围岩和支护的变形流动与破坏等现象称为围岩压力显现或地压显现。

围岩压力分为松动压力、变形压力、膨胀压力、冲击压力（具体定义见P142-P143）围岩压力计算的适用条件1.H≤ha;2.ha＜H＜hp（洞顶上覆土柱下沉，从而带动两侧土体变形下沉，出现两道破裂面。当土柱下沉时，两侧土体对它施加摩擦阻力，而当破裂面间的土体下沉时，又受到未扰动土体的阻碍）具体分析见P144 应力传递本质上属于挖洞后原岩应力的转移；在松散地层中挖洞后，由于洞顶下沉及下沉岩柱两侧存在摩擦力，使顶部岩体卸载，两侧岩层加载。岩柱理论和太沙基公式分析见P147 实践表明，浅埋时利用式3-32所算得的围岩压力与实际相差较小，而埋深较大时，则误差较大。原因是深埋时上覆岩体的破裂面已不再是沿着整个岩柱的侧面，而是形成一个封闭的拱形曲面，即所谓形成平衡拱，因而将太沙基公式应用于深埋的隧道则有较大的误差。隧道施工时，由于承载拱效应，原始地层应力并非全部转化为作用在结构上的荷载，即使在隧道建成几千年后，作用在隧道衬砌上的压力任然小于初始应力。其原因为隧道开挖后洞室洞室开挖周围地层应力的释放，隧道的拱形形状及地层内部摩擦力等导致承载拱发挥作用，周围地层应力进行重分布产生两种变化，即一部分被释放，另一部分向深部和其他方向转移。当施作衬砌支护后，地层应力的释放过程受到抑制，一部分释放荷载作用于衬砌结构上，这部分荷载的大小正是我们所需要了解的作用于衬砌结构上的压力。原始地层应力的释放率与地面沉降和拱顶下沉之比有很好的一致性。

实践证明，初期支护厚度与作用在其上的荷载关系不大，这是因为绝大部分变位是在初期支护施设前完成的，在这一过程中伴随着变位的发展，地层应力释放或向深部地层转移，初期支护施设后，只能抑制后期数值不大的变位。初期支护的较大刚度对于荷载的作用程度是有限的。因此，当只考虑承担基本荷载时，初期支护厚度不宜过大。新奥法原理展示了这样一条原则：在一定范围内（通常指隧道开挖后能维持自稳的时间）衬砌越紧跟，作用在衬砌结构上的荷载就越大。大量资料证明，台阶长度（或闭合长度）与作用在结构上的荷载有着密切的关系，即闭合长度越长，作用在结构上的荷载越大。计算式见P151 地震对地下结构的影响大致有两个方面：剪切错位和震动。剪切错位通常是由基岩的剪切位移引起的，一般发生在地质构造带附近，和土体失稳引起的较大土体位移。地震的破坏作用，自地面深入地下而迅速衰减。

预支护指预先设于隧道轮廓线以外一定范围内的支护，或与开挖面后方的支架等共同组成的支护系统，是有效的辅助施工措施，可以在隧道开挖后至洞内支护结构产生支护作用前的时段内支承临空的岩体，从而维持开挖面的围岩稳定。有些预支护结构也可设计为永久支护结构的组成部分。隧道施工中的预支护类型主要有超前锚杆、小导管注浆、管棚。

洞室开挖问题的基本研究思路：在应力释放及应力重分布过程中，当洞室开挖后初始应力得到释放，将释放的应力作为等效荷载加在开挖后的洞室结构上，以研究开挖后的洞室的力学行为。计算考虑初期支护对围岩的加固作用和不同部分开挖过程中各部分之间的相互影响，分部开挖步数及开挖的顺序将影响应力-应变过程的状态，也将影响最终应力和位移。隧道底脚和侧壁应力集中，弯矩和轴力较大，产生了较大松弛底压。这和开挖跨度大有关系。围岩条件越差，这种情况越严重。

底脚和侧壁松弛范围均较大，要求底脚有较大的承载力，这是应该重点加强的部分。对初期支护设置不均衡支护（锚杆设置情况：拱顶3.5米，拱脚30度-60度范围内5.5米，边墙4.5米；喷射混凝土25厘米），在拱脚处加长的锚杆起到了重要的作用，有效地控制了塑性区的发展，塑性区的范围变小了，拱顶减短的锚杆完全能满足要求。

减应力产生的大小和方向与开挖顺序有关。在方向上，中壁法的剪应力与上台阶法、侧壁导洞法的剪应力相比旋转了90度，在量值上，侧壁导洞法的剪应力要大近三分之一，这说明其值与开挖顺序有关。

设置仰拱后，底脚处的塑性区得到较好的控制，说明先修仰拱，及时封闭结构，对提高底部承载力和稳定整个隧道结构起着重要的作用。

扁平率随跨度增加而减小，说明既要考虑净高，又要经济。

同跨度的二到三类软岩与四到五类硬岩相比，扁平率比较大。软岩相对硬岩拱顶稳定性较差，两侧壁松弛压力和底鼓较大，在设计中考虑取较小的曲率半径，以利于结构的受力和稳定性。

隧道扁平率越小，衬砌轴力也随之减小，而衬砌两侧负弯矩变大，拱顶正弯矩几乎没有变化，这说明衬砌两侧的应力也变大了。因此，加大衬砌两侧的厚度，对于控制隧道衬砌的应力是有利的。

加强初期支护，如使用长锚杆、基脚和拱脚注浆锚杆等，是加固围岩、防止围岩松弛变形、保证施工安全的重要措施。

先修仰拱，这对于及时封闭和稳定整个结构起到重要作用。

超前锚杆又称斜锚杆，是沿隧道纵向，在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定外插角，或者沿隧道横向、在拱脚附近向下方倾斜一定外插角密排的砂浆锚杆。前者称拱部超前锚杆（其用以支托拱上部临空的围岩，起插板作用），后者称边墙超前锚杆（用以在拱线附近岩体所承受的拱部荷载传至深部围岩时，起提高施工中的围岩稳定性作用）。拱部超前锚杆布置范围公式:L=(1/2)a-(2/3)a。L为设计锚杆布置范围内之半弧长，a为隧道拱部外弧半长。拱部超前锚杆纵向两排之间应重叠1米以上的水平搭接段。拱部超前锚杆钻孔口位于开挖轮廓线以外10-20厘米，边墙超前锚杆钻孔口位于起拱线以上10-20厘米，可设一排或数排。填充砂浆标号≥200号，宜用早强砂浆。

小导管是沿隧道纵向，在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定外插角，或者沿隧道横向、在拱脚附近向下方倾斜一定外插角密排的注浆花管。注浆花管的外露端通常支于开挖面后方的格栅钢架上，共同组成预支护系统。注浆小导管既能加固洞壁一定范围内的围岩，又能支托围岩，其支护刚度和预支护效果均超过超前锚杆，适用于较干燥的沙土层、砂卵（砾）石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段等地段的隧道施工。小导管长度一般为台阶高度加1米，其前部应钻注浆孔，孔径为6-8毫米，孔间距为10-20厘米，梅花布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30厘米，作为预留止浆段。小导管通常压注水泥砂浆，水灰比W/C为0.5-1.0。当围岩破碎，岩体止浆效果不好时，可采用水泥-水玻璃双液浆，将浆液凝结时间控制在数分钟之内。注浆压力为0.5-1.0MPa,必要时在孔口设止浆塞。浆液扩散半径R，考虑注浆扩散范围相互重叠的情况，安其R=（0.6-0.7）L0，L0为导管中心间距。

2单根导管注浆量Q按计算式Q=3.14*Rln.n为围岩孔隙率。小导管外插角小于10度，外插角过大会造成超挖。两组小导管纵向水平搭接长度不小于1米。格栅钢架又称格构梁（施工现场多称为花拱），由主筋（直径为22-30毫米）与构造筋（直径为12-16毫米），它与注浆小导管组合成的预支护系统具有类似管棚的作用，也可称为短 管棚（1.比超前锚杆或小导管的支护能力大，2.比管棚简单易行，但支护能力较弱，3.格栅钢梁内空间被喷射混凝土填充、覆盖，具有较好的防水性能，4.填充的喷射混凝土与围岩和钢筋均紧密黏结，形成刚度较接近的共同变形体，受力条件合理）。

管棚宜布置在洞口和洞口附近，导管中还可增设钢筋笼（由4根主筋和固定环组成，主筋直径为16-20毫米，固定环用短管或钢筋环焊接而成，以提高导管的抗弯能力），并与强有力的型钢钢架（采用钢轨、H型钢及钢管等加工制成）组合成预支护系统，以支承和加固自稳能力极低的围岩。它对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著的效果。其特点是支护能力大，但施工技术复杂，造价较高。管棚外径一般为80-180毫米，根据模拟受力分析和实际应用情况，直径一般以105-150毫米为宜，导管直径再增大作用不是很明显。导管长度一般为10-45米，分段安装，分段长为4-6米，两段之间呈V形对焊或丝扣连接。导管上必须钻注浆孔，孔径为10-16毫米，孔间距为15-20厘米，梅花布置。尾部留有止浆段。其注浆形式有两种形式。其一，是通过导管上的注浆孔向地层内注浆，既加固地层又填充导管，其二，向导管内灌注水泥砂浆或混凝土，砂浆或混凝土的标号为200-300。导管间距应根据地层性质、地层压力、设置部位等条件确定，一般为30-50厘米，或按2-2.5d估算（d为导管外径）。纵向两组管棚应有不小于1.5米的水平搭接长度。导管安装偏差小于等于0.006L-0.015L，L为导管长度。

长管棚一般均安设在隧道顶部轮廓线外的0.5米处，属于传力结构为主、局部受弯为辅的传弯结构，是放在弹塑性地层一个半柔半刚性的梁。地层荷载通过它传给管棚下面的地层，传力结构一般没有变形，也就不会受力。但由于长管棚放在不均质的地层中，受地层的阻力不同，在局部可能会产生很小的变形和相应的弯矩。尤其开挖进尺较短，会产生局部变形和弯矩，但其值不大。长管棚不是主要承载结构。

管棚在地层中的作用为：1.提高地层的刚度和承载能力。管棚的刚度与周围地层的刚度比值不宜过大，应相匹配。否则，两者受力分配不均匀，会破坏管棚底部土体的承载能力，所以管棚直径不宜过大。2.可以隔断地层重点位移向地面传递。3.可以将地面沉降曲线呈现的不均匀的正态分布均值变为平均分布，有利于控制地面的沉降。

根据隧道力学的分析，施工过程中隧道前方与隧道开挖面距离大约在1.5D(D为隧道直径)范围内时，土体应力已开始释放，土体变形已开始发生。在距开挖面大约为0.5D范围内时，土体原始应力已释放约30﹪左右，这种现象被称为“掌子面效应”，此时基床系数会降低。按照普洛托季雅可成洛夫的理论，在暗挖工程上部的覆土超过一定高度时，暗挖洞室上方会形成一个抛物线压力拱，拱内土体的重量就是作用在衬砌上的土层总压力。

改变管棚的I值，变动管棚所用钢管的直径和间距（为确保管间土体稳定，设管体水平间距为2倍管径）。在允许的范围内，管棚刚度约增加到原来的15倍时，钢材用量增加到1.8倍，水泥用量增加到3.1倍,管棚最大沉降值仅减少1厘米。（仅靠增加管棚的刚度来减少管棚的最大沉降，效果不太明显，除非对沉降要求很严格）管棚直径不宜过大，建议控制在直径为150毫米以内为宜。在开挖进尺为1米左右时，开挖与初期支护建成并达到一定强度之间存在着时间差，因而形成局部悬空面。管棚在上部荷载作用下绕曲，形成管棚的局部下绕。注满水泥浆液的钢管的弹性模量要高出土体许多倍，所以通常情况下，管棚的总体下沉比管棚的局部下绕大许多倍。在此情况下，增大管棚刚度虽可减少管棚在荷载作用下的局部绕度值，但对控制总体沉降的作用却很小。在开挖阶段，长管棚实际上只起到将开挖临空面上方的土体荷载向开挖面前后转移和防止管间土体塌落的作用，其材料使用应力很低。管棚支撑在土层上的特点也决定它的使用应力不可能太高。因此，管径截面越大，材料强度利用得就越不充分。

网构钢拱架间距越大，地面沉降瞬时值越大，且作用在结构上的荷载和内力的瞬时值也越大。台阶过长，各阶段有充分的变形积累时间，管幕是管棚的一种特殊情况，在日本应用较多。一般在穿越既有铁路、公路或既有重要建筑物时，为了尽量减少沉降，采用顶进法施作直径为600-1000毫米的钢管作为管幕预支护。管幕的两端必须有稳固的支点，管幕造价较高。

喷射混凝土、锚杆是新奥法的主要支护手段。其设计原则：适当控制围岩变位量，及时构筑支护结构，恰当选择支护结构刚度，以保证隧道的安全稳定和经济合理性。对于岩质条件较差的浅埋大跨度隧道，要求支护结构对围岩施加较大的约束力，这时常采用钢拱架来加强支护结构的刚度。钢拱架的支护机理是在喷射混凝土还不能提供足够的强度时，由钢拱架承受围岩荷载，减缓围岩变位速度。随着喷射混凝土层的凝结硬化和强度的逐渐增加，围岩荷载转由喷射混凝土、钢拱架、锚杆联合支护体系共同承担。

钢拱架必须有一定的刚度、强度、和稳定性，使喷射混凝土在早期无承载能力时承担围岩的部分荷载。限制围岩产生较大变位，但要保持支护结构具有一定的柔性。围岩产生较大的变位量时，支护结构被弯曲压缩而对围岩壁面施加径向约束压力，通常需要钢拱架来提供支护抗力，以达到提高喷射混凝土的楔效应和防止局部应力集中。同时，还可以结合其他支护手段形成复合式支护体系。

钢拱架应满足的要求：在喷射混凝土早期强度不高的情况下，能够承担围岩部分荷载，要求横、纵轴的截面系数比不大于3。与喷射混凝土结合良好，回弹少，拱架背后无空洞，以提高喷射混凝土的楔效应和防止局部应力集中。其结构强度、刚度、稳定性相匹配，受力合理。

网构钢拱架是较好的新型支护拱架，它不仅具有传统钢拱架的功能，还有其不可比拟的优点特别适用于软弱地层的地下洞室。网构钢拱架支护过程是：在喷混凝土初期为单独承载，喷混凝土后期是钢筋混凝土结构体，其刚度随喷射混凝土强度的增加而增大，它的刚度可通过调整喷层厚度和纵向拱架间距等方式进行，以适宜不同的地层要求，表现为先柔后刚，能与围岩刚度匹配，符合NATM原则。

网构钢拱架是由钢筋焊接而成的，截面形状可以改变，适宜于不同跨度的需要，更适宜于大跨度隧道。采用16Mn螺纹钢筋加工的网构钢拱架，其容许抗拉强度可达240MPa，远大于160 MPa的工字钢强度。在断面相同时其承载力相应地提高了百分之50。网构钢拱架和喷射混凝土结合良好，形成钢筋混凝土结构体系，并能与围岩形成一体，有利于提高围岩的自承能力。

网构钢拱架和喷射混凝土形成拱壳，而工字钢拱架和混凝土易全部剥离。形成弱点和断点，使之波及范围到此终止。结构整体越强，破坏所波及的范围越广。

网构钢拱架和喷混凝土所组成的结构体系的弹性模量随混凝土龄期的增加而提高，支护刚度随喷射混凝土厚度增加而增大，表现为先柔后刚，能与围岩刚度相匹配。其背后与地层之间有效地被喷射混凝土填充密实，在软弱地层中对控制地面沉降极为有利。其具有明显的各向同性、等强度、等刚度、等稳定性。能与锚杆、超前小导管形成整体支护体系，尤其是超前小导管可以从网构中间穿过，且不影响拱架本身的强度。在不能自稳或自稳时间短的围岩中，必须按能立刻承受可能产生的部分松动荷载进行设计。因此，拱架的截面高度应由可能产生的松动土柱高的荷载来决定，同时，拱架附近喷射混凝土厚度必须大于拱架截面高度，以便形成钢筋混凝土结构，共同受力。

网构钢拱架有四肢形和三肢形，等高四肢形比等高三肢形的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩大，用钢量较大，一般用于受力大的情况。四肢主筋各肢截面积相等,三肢主筋两水平主筋截面积之和等于单筋截面积。

四肢形加强筋形式分为内对角线托架形式、纵向斜杆托架形式、K形加强筋形式。见P189。三肢形加强筋形式分为剪力式加强筋系统、水平筋加强系统。见P190。接头形式分为螺栓连接、卡销式连接、套管螺栓接头。在大跨度、地质条件差、浅埋情况下，常采用截面为四肢形，加强筋为K形，连接板连接。

网构钢拱架截面高度应考虑松动高度土柱荷载来进行计算，截面宽度应考虑运输、加工、掌子面情况，选择高宽相等的截面形式。节间长由加强筋钢架长度两钢架之间加强筋的空隙预留主筋长度组成。网构钢拱架由抗架剪能力控制其承载力，而抗剪力主要由加强筋的拉压杆系统作用来实现，加强筋系统最佳尺寸的选择，可产生最优抗剪能力。加强筋预留主筋长度部分由钢架加强，预留长度也有一个最佳尺寸（保证预留长度部分主筋不是整体结构最弱点），节间长度由最佳长度来控制。节间长度起着控制网构钢拱架刚度、强度、稳定性的作用，加强筋钢架结构刚度越大，布置越密（主筋预留长度越小），拱架刚度、强度、稳定性越好。网构钢拱架主筋、加强筋结构尺寸、预留主筋长度（加强筋钢架密度）之间应合理匹配。网构钢拱架设计验算见P192-P202 网构钢拱架横断面不仅受到平面力的作用，还受到空间力的作用，因此横断面上四肢主筋受扭，超出应力值往往发生在同一截面四根主筋的其中一根上（拱架加工有误差）。拱架平面的平整度、加工精度、接头形式在很大程度上影响着拱架的承载能力。

节间腹杆加强筋起着固定纵向筋的作用，并承受剪力、部分拱架法向力和弯矩。加强筋起着传递剪力的作用，腹杆加强筋可以有效传递集中荷载。

分散到各杆件上的腹杆加强筋的应力变化与主筋应力变化相。加强筋应力值平均为主筋应力值的60﹪，加强筋的最大值稍小于主筋平均应力值。节间结构体内部有应力调整，荷载越大越明显，斜杆的应力比竖杆或横杆的应力增加幅度更大。接头附近主筋的应力最先达到极限，接头刚度不必太大。接头传递力主要靠角钢间的承压来传递。螺栓传递轴力100﹪，传递弯矩小于20﹪。

网构钢拱架局部出现应力集中，弯矩值增加很快，出现局部失稳，导致主筋脱离原位，变形明显，而加强筋变形稍小，这是因为主筋的细长比大，加强筋的细长比小，而且主筋是主要受力构件，所以主筋易失稳。

拱架刚度随荷载量变化，表现为先柔后刚，但不太明显。拱架稳定性好，无整体失稳，破坏原因主要是主筋的局部失稳造成。剪力传递靠加强筋钢架杆系的拉压作用传递，斜杆筋作用比竖杆筋大。焊接角钢接头处应力传递靠螺栓传递全部轴力和部分（≦20﹪）弯矩。

喷射混凝土与网构钢拱架组成的支护体系的承载力是单独网构钢拱架承载力的11倍。网构钢拱架与喷射混凝土结合性较好（抗扭性能高），形成了拱壳。工字钢拱架与喷射混凝土结合性较差，喷射混凝土与工字钢结合易全部剥离，并扭曲折断。工字钢拱架不仅与喷射混凝土喷层结合差，易绕Y轴方向发生压屈，对喷射混凝土早期的支护稳定性不利。

网构钢拱架受压，对支护衬砌结构有利，能更好地利用围岩和混凝土的抗压强度高的特点，从而可提高复合衬砌承载能力。

地面裂缝常与地下洞室掘进工作面平行，并随开挖工作面的推进而推进，裂缝一般上宽下窄。

盾构法引起的地层变形特征与浅埋暗挖法施工引起的地层变形特征类似。盾构法施工的隧道最大沉降值比暗挖法施工的隧道最大沉降值小。盾构法与暗挖法相比，有两个不同点（盾构掘进面的前方可能产生地面隆起，施工沉降除了地层损失引起的沉降外，还存在盾尾空隙沉降）。

地面变形的五个阶段（1.先行沉降-由于地基有效上覆土层厚度增加而产生的压缩和固结沉降。2.开挖面之前的沉降和隆起-由于开挖面的崩塌所引起的开挖面土压力失衡所致,这是一种土体应力释放或地层向开挖面倾斜而产生的地基塑性变形。3.开挖面之后的沉降-由于土从三维扰动变成二维扰动。4.喷锚支护后的空隙沉降-由于喷射混凝土的自重引起钢筋网下垂并出现空隙所产生的沉降，它是该空隙土体应力释放所引起的弹塑性变形。5.后续沉降-由于地层被扰动后进行的应力调整所致，沉降缓慢，其与注浆、支护等因素有关。

地下水的长期作用会使围岩强度降低，引起地层不稳，加大围岩压力，从而增加支护结构的压力。

掌子面开挖时，若工作面土体松动、坍塌，将会导致地层原始应力和土体极限平衡状态改变。洞室断面设计不当，会产生应力集中现象。

覆跨比对地面沉降影响很大，其值在1-2时，沉降较好控制，其值小于1时，沉降控制需采用辅助工法，所需费用幅度增加。

在降落漏斗范围内的岩土由原来的浮重度变为饱相重度或湿重度，岩土颗粒的自重压力相应增加了。在抽水孔周围的地面可能出现一个凹形变形区。第四纪砂卵石地层，降水只是吸出颗粒之间的水，对地面、地中沉降的影响不大。

工程降水会引起土层固结而压密，导致地层收缩而沉降。会改变地下水的抗浮力，地下水的浮力减小会引起地层颗粒的位置改变而沉降。会改变地层渗透压力，渗透压力是一种体积力，具有方向性和分层压密地层的作用。

由粗、中、细沙层组成的含水层，由间隔在其中的黏性土层组成不透水层或弱透水层，构成多层承压含水层。在这类含水层中长期抽吸地下水，必将引起含水层承压水头下降，使含水层的孔隙水压力以不同速度降低，颗粒骨架的粒间压力增加，从而导致地面沉降。此沉降为非弹性的永久性变形。

降水期间，降水面以上的土层通常不可能产生较明显的固结沉降，但降水面以下的土层由于排水而会很快产生沉降，通常降水所引起的地面沉降就是用这一部分沉降量来衡量，计算公式见P228 深井降水中，深井泵的吸口宜高于井底1米以上，低于井内动水位3米。

井点降水必然会形成降水漏斗，从而造成周围地面的沉降，但只要合理使用井点，就可以把这类影响控制在周围环境可以承受的范围内。其措施有：1.防止抽水带走土层中的细颗粒（会增加周围地面的沉降，还会使井管堵塞、井点失效。为此，应根据周围土层的情况选用合适的滤网，同时重视埋设井管时成孔和回填沙滤料的质量）2.适当降低降水漏斗线的坡度(在同样降水深度的前提下,降水漏斗线的坡度越缓,影响范围越大,产生不均匀沉降越小。)3.井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水（轻型井点和喷射井点应埋设在沙性土层内，降水引起的沉降量很小，除松沙外。但降水间歇和反复进行，每次降水都会产生沉降，沉降量随次数的增多而减小，趋于零，但总的积累量是可观的。）4.防止开挖基坑时由于承压水头而造成流沙和附近地面的大量沉降（将井点管伸到黏土层下面含水沙层中，以降低沙层中承压水头h，从而使坑底得以稳定。）5.防止井点和附近储水体穿通而导致地下水位下降，进而出现流沙现象（在井点和储水体之间设置隔水墙。）6.采用内井点降水的方法减少降水对周围环境的影响(使板桩下端比井点滤水管下端深2m左右)7.采用以水射泵降水井点组成的封闭式井点系统8.对K值很小的地层,采用深井泵和真空泵配合使用的方法。由于回灌水时会有Fe(OH)2的沉淀物、活动性的锈鉵和不溶解的物质等积聚在注水管内，在注水期间内需不断增加注水压力，才能保持稳定的注入水量。对于注水期较长的工程，采用涂料加阴极防护的方法。

隧道上方地面沉陷槽宽度主要取决于最接近隧道拱顶的那一层土壤的状况。隧道完全处于地下水位之下，邻近隧道上方的承压水土层对沉陷槽也有重大影响。

隧道上方的竖直压力对地层沉陷的影响极大。计算公式见P233 随着开挖面掘进，地面沉降的变化规律：1.地面开始沉陷至急剧沉陷阶段（占总沉降量10﹪-20﹪）。2.地面急剧沉降阶段。3.沉陷转缓趋于基本稳定（占总沉降量20﹪-30﹪）。4.长期缓慢变形阶段（占总沉降量5﹪-10﹪）。具体见P234-P235。

在无水、少水情况下，地面横向沉降范围一般认为等于结构埋深Z，也就是从结构物边横向向外Z宽度。

影响地面最终沉降量的主要因素是地层情况及覆跨比。影响沉陷槽的主要因素有地层情况、洞跨B、覆盖土厚度H等。城市软土地层的隧道地面沉陷槽宽度大约为B+4H。

浅埋地下工程，其稳定性主要应该由拱顶的垂直位移和地面的沉降值来判断。沉陷槽宽度的经验公式见P241。

纵向的不均匀下沉是由于在不均匀的地基土层中，地层固结变形、土层蠕变以及列车荷载及震动等因素的作用所造成。严重还会造成纵向结构破坏（见P242验算）。

城市浅埋地下工程上覆地层的垂直位移通常表现出整体下沉的特点。

城市地铁隧道与山岭隧道相比，严格控制地面沉降和地面和地面水平位移。

由于隧道周围的应力路径发生了变化，从而造成土体的基本计算参数发生了施工变异。隧道在开挖中，在无支护情况下，隧道顶部都出现了松动区，且隧道上部土体应力路径变化较为复杂，隧道底部向下延伸近似三角的区域为卸载区域（隧道底部回弹的区域）。隧道侧面向上和向下延伸的“蝴蝶”区域为剪切压缩区（事故经常在此区域发生）

地下洞室开挖后，其周围将形成三个不同的区域，松动圈、应力增高区（承载环）和原始应力区。洞室开挖后增加了临空面，洞壁由原来的三向应力状态变为二向应力状态。由于洞周应力集中，松动圈内的岩石松动，与原岩呈脱开之势，形成作用在支护结构上的荷载。若支护刚度较大、支护较及时，即支护结构提供的支撑力大于支护结构上的荷载，则支护结构便会限制岩体的变形，减小塑性区的扩展半径。

隧道开挖时，扰动四周岩层，此时，地层中的应力场发生了变化，在洞体四周表现较为明显。隧道的形成破坏了地层原状力线，通常，力线在洞体四周相对集中。此时，毛洞或初期支护所能提供的抗力很小，固此处只存在切向应力和指向隧道的径向应力，这就造成了洞体开挖后，洞体四周的围岩向隧道位移，且周边的切向应力随位移增大而增大。

当内层围岩向隧道内位移后，由于应力的调整，相邻的围岩也随之向隧道内位移，直到切向应力在围岩中达到新的平衡时，洞体才进入初步稳定状态。这种应力-位移的交替变化会逐渐向远离洞周的地层深部发展，其发展的深度和变化数值大小取决于围岩状况、隧道跨度或洞室直径、施工方法以及隧道埋深。对于深埋隧道来说，应力-位移的变化在发展到一定深度后就会恢复到原始状态。但是，对于浅埋隧道来说，交替变化会波及到地面，造成地面的下沉（顶部位移直到地面为止，横向也波及一定的范围，构成沉陷槽）。

盾构法施工引起的地层损失和隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是导致地面沉降的基本原因。这种情形和浅埋暗挖法施工相同。见P249-250 地下工程新奥法施工的实质是减小对地层的扰动，充分利用围岩自身的承载力，有效控制地层的变形。控制地面沉降的关键是保持开挖面稳定，及时、密贴、大刚度的支护以及初期支护后的减小沉降措施。

分部开挖可以保证开挖面稳定，又可及时、有效的支护，对地层扰动也减小了。地层预加固方法很多，常用的有：预注浆、超前管棚、插板法、超前锚杆。

预注浆法包括从开挖面、地面或导洞内注浆。注浆方式有渗透注浆、劈裂注浆、射流注浆等。注浆材料有化学浆液（水玻璃类、高分子类、水泥、黏土和药剂配合液）和非化学浆液（水泥浆、黏土浆、水泥+黏土、水泥+鹏润土、砂浆等）。对于孔隙率较大的沙层、砂卵石层渗透注浆使用非化学浆液，对于渗透性较小的沙层渗透注浆可使用化学浆液。劈裂注浆适用于黏土层和密实粉细沙层。射流注浆适用于各种沙地层，特别是级配较好的砂卵石地层。

渗透注浆通常在洞内进行，隧道开挖前在开挖轮廓以外注浆，形成一定厚度的加固带，然后再其保护下开挖隧道。若采用分布开挖隧道，开挖面任不易稳定，可在开挖面前方注入少量浆液，以稳定开挖面。通常，渗透注浆法有良好的防渗性。

劈裂注浆适用于黏土和密实粉细沙层，常用于范围较大的地层注浆加固，浆液一般用较稠的水泥浆液，对于有些地层，通过控制注浆压力可达到劈裂注浆和渗透注浆的目的。

射流注浆在实施时，空气、水、稀浆液被喷进地层，并在适当位置与土颗粒、水泥和化学浆液混合，通过水和空气射流将不合要求的土粒冲走，然后固结成较高强度的固结体，然后，在其保护下进行隧道开挖。射流注浆可竖直、水平或倾斜进行。

压密注浆作为补救措施，解决沉降损失或修正沉降的一种注浆方式。它是在支护完成后通过高压向支护体的上部注入很稠（塌落度小于5厘米）的浆液，以置换和压实松散基土。注浆体是一种匀质体，随着注浆的继续，其体积增大，从而逐渐减小地面沉降。压密注浆不适合高压缩性的淤泥质黏土。

劈裂注浆比渗透注浆可减小地面沉降1/3-1/2。地面锚杆一般采用全长砂浆锚杆，锚杆与砂浆共同组成锚固体。它的锚固作用是通过锚杆与砂浆之间、砂浆与岩土体之间的摩擦阻力来实现的。前者的主要功能是提高岩土体整体的强度和刚度，后者则是增强岩土体的摩擦阻力和抑制岩土体的沉陷滑移，进而达到减小山体压力的效果。

提高岩土体整体强度和刚度的作用机理：向锚杆孔中注砂浆时，由于压力的作用，浆液会扩散，且顺着岩土体的孔隙和裂隙渗透扩散，当锚杆孔间距布置合理，浆液扩散半径相互搭接，形成网状胶质结构体，从而大大提高了岩土体强度和刚度，使岩土体的抗压强度、刚度、强度有明显提高。为保证加固效果、锚杆间距保持在浆液扩散半径范围之内。锚杆锚固的有效长度为锚杆全长的3/5-4/5。计算式见P266 抑制岩土体沉降和减少压力的作用机理：由于砂浆对锚杆的握裹力，以及砂浆与周围孔壁的黏结力（孔内砂浆灌注饱满），使锚杆产生串挂固结作用，形成一个以锚杆为中心的加固区，使锚杆周围岩土内的抗剪强度大为提高。另外，锚杆的弹性模量比岩土体的弹性模量大，因而锚固体还可以约束岩土体内由于剪切引起的剪胀作用，从而使岩土体与锚固体之间的摩擦阻力增大。正是由于地面锚杆群组成的这种串挂固结效应，有效抑制和阻碍了地层的下沉滑移作用，使地层整体性和稳定性得到加强。

超前管棚有大管棚、小管棚、长管棚、短管棚之分。管棚法与注浆法同时采用（整体刚度增加），达到保持开挖面稳定。大管棚、长管棚控制地面沉降效果更好。

超前插桩法是在开挖面前方的地层中做成一个连续钢管加固的、微桩（150mm-250mm）注浆的伞形防护棚（使管外面与地层间的环形空间填满浆液）。超前插桩法控制地面沉降的效果与长管棚相当，但施工速度更快，更经济。

超前插板法是沿开挖面拱部轮廓将插板以倾斜角度打入或顶入地层中，沿纵向两环插板之间有一搭接长度，开挖在超前插板的支护下进行。超前插板法适用于沙质地层、硬黏土地层或有地下水时用于稳定开挖面。

有人认为超前锚杆用于软土隧道没有效果（摩擦阻力小），因为地层软弱松散。但研究证明，只要锚杆沿开挖面前方地层的最小主应变方向设置（控制应力重分布路径），就有较好控制地面沉降的效果。实验表明，对松散沙地层，当超前锚杆倾斜约30度时有最佳的控制地面沉降的效果。

保持开挖面稳定，减少对地层的扰动，这对于控制地面沉降极其重要。新奥法施工的开挖方法：分步开挖法、压缩空气法、机械预切槽法。

国内外城市地下工程实践和理论表明，软土层大断面浅埋隧道不宜全断面开挖，此时控制地层变形、维持开挖面稳定、减小地面沉降的最有效方法是分步开挖。通常，增加开挖步骤可使开挖面更稳定，且使地面沉降较小，特别在有地下水的情况下更需增加开挖步骤，因地下水会大大减小地层的自立时间。开挖顺序对总的沉降有很大影响，有目的地选择开挖顺序可使地面沉降较浅。

软土隧道分部开挖宜尽早闭合断面，尽量缩短仰拱的闭合距离，这对控制地面沉降尤其重要。

压缩空气法是在开挖面保持一定空气压力下掘进隧道，目的是为了有效地稳定开挖面。采用压缩空气法可减少对地层的预加固，且可在有预加固措施配合的情况下进行全断面或大断面开挖，特别在有地下水和地层严重不稳定的情况下，采用压缩空气法最为有利。工程实例说明，压缩空气法对于地面沉降控制效果很好。

机械预切槽法的优点是对地层扰动很小，几乎不会改变地层的自然特征和应力分布规律。在预切槽后立即喷混凝土填充，形成一个防护预成拱，可在预成拱下安全、快速地开挖而不致产生大的地面沉陷。为了能进行下一步切槽工作，预成拱形状稍向外倾斜，以便沿纵向相互搭接。机械预切槽法适用于具有一定稳定性且能充分成槽的地层。

城市软土层大断面隧道施工控制地面沉降时，要求支护及时、密贴、大刚度、早封闭。新奥法初期支护通常采用钢拱、网喷混凝土（软土地层隧道径向锚杆使用较少），二次衬砌采用模注混凝土或网喷混凝土。采用新奥法施工，要求开挖后立即架钢拱、挂网、喷混凝土（自稳时间很短的地层需要在架钢拱前先喷射一薄层混凝土），要求喷混凝土与围岩密贴，不留空隙，要求支护刚度大，能控制地层变形，因此喷混凝土早期强度发展是控制地层变形、减小地面沉降的重要因素，现常用格栅拱，主要是为了提高支护刚度；要求早封闭，这是减小沉降的重要因素，即使采用分步开挖法，也要尽量使各开挖步骤的支护是封闭的，必要时设临时仰拱，全部开挖完成后要及时封闭仰拱。

纤维喷混凝土用来代替网喷混凝土，能更好的控制地面沉降。纤维喷混凝土在第一次开裂后，具有更高的残余承载力（。与网喷混凝土相比）含有纤维的喷混凝土衬砌，相当或优于通常的钢筋网喷混凝土衬砌，随着纤维长度的增加，其强度和延展性都有明显提高。

为了保持开挖面稳定，减小地面沉降，常用的预加固方法是传统的注浆法加固地层。射流注浆是较新的注浆技术，常与传统的注浆方法配合使用，这样能具有更佳的控制沉降效果。

压密注浆作为沉降补救措施，能很好地修正沉降。管棚（特别是长、大管棚）施作较复杂。但管棚法较单纯注浆法具有更好的稳定开挖面、控制沉降的效果，且能提高掘进速度。超前插板法是管棚法的变种，具有类似的控制沉降的效果，因其采用专门的配套设备，提高了施工速度。

软土层大断面隧道一般采用分步开挖法施工，不同的分步开挖方法和开挖顺序对地面沉降有很大影响。

采用分步开挖法弧导开挖时引起的沉降占总沉降的比例很大（约50﹪），需予以特别注意。若采用机械预切槽法，则可大大减小这部分沉降。

及时进行网喷混凝土，对于控制地面沉降具有很好的效果。

无论采用何种措施减小地面沉降，及时封闭支护对于减小沉降都是很重要的。

在隧道施工中，由于开挖破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力的增量，从而引起地层的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当地面建筑物和设施的基础底部（天然地基、桩基础等）的地基土扩散而引起附加应力，且该附加应力的有效范围处于隧道周围和上方土体受扰动后的塑性区时，塑性区地层的施工沉降和后期固结沉降将引起建筑物的差异沉降。当差异沉降过大时，建筑物会遭到损坏。至于天然浅基础建筑物，其受施工影响的程度主要取决于地面沉降槽的特征（沉降曲线斜率大，沉降引起的建筑物的差异沉降就大，建筑物破坏的可能性就大）

对于桩基础建筑物，施工对建筑物的影响主要是由于地层横向变形而引起桩基偏斜，以及由于地层松弛塑性变形而使桩基承载力降低，从而引起建筑物的沉降或倾斜变形，特别是当桩基距隧道较近时，影响则更大。一般地，当隧道埋深较大，且洞身地质条件较好时，隧道开挖引起的变形可以分成三个区，即松动圈、塑性区、弹性区。当桩基处在松动圈时，地基变形导致桩基承载力大幅度降低；当桩基处在松动圈以外的塑性区时，地基变形也将导致桩基承载力较大降低；当桩基在弹性区时，地基变形对桩基的影响较小。对桩基础建筑物的保护，主要是对处在松动圈和塑性区的桩基加以保护。

实践证明，在软土地层中，隧道进行盾构法施工，盾构法施工参数的调整和控制以及盾尾的同步注浆是控制地面沉降行之有效的手段。

盾构开挖面的土压平衡控制是减小地层变形的关键，最重要的是土压值的设定和控制土压的理论设定值为静止土压+水压，但在实际施工中应视盾构上方土体的隆陷变化情况进行调整。盾尾的同步注浆管理见P273.施工或使用中的地下洞室的衬砌往往由于变形而出现各种损伤，其形式有衬砌开裂、渗透水、变形侵限、下沉、底鼓、掉块坍塌、基底翻浆冒泥、道床下沉断裂等。

浅埋暗挖法施工的复合式衬砌的强度远高于盾构法施工的管片衬砌强度，所以很少在运营中出现衬砌变形、开裂等现象。

洞室衬砌裂缝可分为纵向裂缝、环向裂缝、斜向裂缝三类，同时也伴有其他少数方向不规则的裂缝。其中，纵向裂缝破坏了衬砌断面的整体性，且纵向裂缝可以延伸很长，其对隧道危害最大。

从受力分析，衬砌裂缝基本上可分为压裂、拉裂、剪裂三种类型。

压性裂缝：从洞内衬砌表面看，其裂缝边缘呈压碎状，重者表层剥落掉块，或产生酥化现象。掉块呈鱼鳞状，中间厚，四边薄。由于衬砌是一种偏心受压的结构，内侧被压裂，这在多数情况下说明外侧已被拉裂，故压性裂缝对衬砌的破坏性较大。

拉性裂缝：其裂缝边缘较整齐，大多沿隧道纵向发展。裂缝的宽度随裂缝的深度而减小。内侧出现拉裂，外侧可能没有裂缝。严重拉裂时，外侧可能压碎，以致该断面可能伴随错动发生。

剪性裂缝：其裂缝宽度在表面与深处大致相同，衬砌在裂缝两侧沿剪切方向有错动。衬砌出现剪切裂缝，极少数与不合格的施工间歇缝有关，而大多数是由于拉裂、压裂造成的。即当截面已被拉、压破坏而错动掉块后，又受到挤压所致，所以剪裂的出现说明衬砌已被严重破坏。

衬砌裂缝的规律：纵向多，环向少，拱圈多，边墙少，拱腰多，拱顶少，尖拱多，平拱少，直墙多，曲墙少，受拉多，受压少，浅埋多，深埋少，洞口多，洞身少，先拱后墙多，先墙后拱少，有水多，无水少。

不能认为只要衬砌一出现裂缝，就一定会影响衬砌结构的稳定，而要依据裂缝的性质、严重程度、是否发展来判断。

钢筋修烛裂缝：失去混凝土保护膜，钢筋生锈体积膨胀，导致混凝土沿钢筋开裂（循环过程）。

沉缩裂缝：混凝土在硬化过程中因塑性下沉所产生的裂缝称为沉降裂缝，或称塑性收缩裂缝。其一般在混凝土浇注后1-3小时发生。沉降裂缝与收缩裂缝形态相似，呈水平分布。引起混凝土沉缩的主要原因是水灰比和混凝土流动性过大，使混凝土泌水下沉，或水分蒸发过快，使混凝土在结硬时下沉加大，或振捣不充分，混凝土沉实且不均匀。沉缩变形比收缩变形往往大数十倍。

衬砌裂缝对建筑物的危害，主要表现在使结构持久承载力和建筑物正常使用的功能（防水性能和气密性）降低。裂缝的存在及超标会引起钢筋锈烛，降低结构耐久性。

钢筋锈烛和结构渗漏均随裂缝宽度的增大而加快。当裂缝宽度大到一定程度，就必须进行修补处理。相反，当裂缝宽度小于一定数值，其不利影响可以忽约。

山岭隧道浅埋暗挖法施工导致衬砌变形的因素有两个，其一衬砌本身原因：设计不合理；混凝土强度和厚度不足，混凝土应力松弛变形，衬砌背后有空洞；混凝土中的碱性成分与二氧化碳作用生成碳酸盐，降低混凝土强度。

衬砌变形与围岩地质条件关系密切，衬砌多发生在中等强度的地层中。西南地区的隧道大多通过石灰岩、砂岩、页岩和泥岩等岩层。前两种岩石强度较高，后两种岩石强度较低，且遇水后易软化膨胀，沿软硬岩层间容易发生滑动或产生其他变形，形成较大的围岩压力，从而使衬砌拱部（特别是拱腰）产生裂缝。在比较坚硬的岩层中，隧道拱部纵向裂缝比较多，拱腰次之；在软岩和土质地层中，隧道拱腰纵向裂缝较多。总之，软岩的围岩压力通常比硬岩岩大，且易出现偏心压力，因而软岩隧道衬砌开裂的现象多于硬岩隧道，也多于土质隧道（土质隧道接近于散体，围岩压力的分布比较均匀）。

纵向裂缝多由于荷载过大、设计强度不足导致。拱顶纵向拉裂大多因垂直压力大，侧向压力（弹性抗力）不足。拱脚向外移动所致。拱顶纵向压裂，可能是由于侧压力大或垂直压力非均匀分布，加之拱顶外的超挖回填不实所致。

岩体中的地下水能改变围岩的物理力学性质，能软化岩体的结构面，从而降低围岩的强度和稳定性。特别地下水使结构面软化、岩石滑动、膨胀，从而增大了地层压力，影响洞室衬砌的安全。

寒冷的气候使混凝土冻容破坏。过冷的水发生迁移，会增加混凝土内部的附加应力，使混凝土内部孔隙及裂缝增大、扩展、相连，混凝土强度逐渐降低，表面出现剥落。

受列车荷载交变应力的影响以及地震冲击的作用，洞室衬砌的混凝土会疲劳而发生变形破坏。

钢纤维混凝土：由于钢纤维在混凝土中纵横交错地均匀分布，提高了喷层的抗拉、抗压、抗弯强度，耐久性及喷层与围岩的黏结力，降低了产生喷层收缩裂纹的可能性，提高了喷层的抗渗性，增强了防水效果。其比钢筋网喷素混凝土具有更高的承载力。使用于松软、破碎、大变形、承受动荷载作用的围岩，也适用于拉、压、剪切作用而遭破坏的隧道二次衬砌修补工作。

发生膨胀的岩石绝大数为黏土质，具有较大的塑性岩石，其颗粒细小，含黏土矿物，吸水能力强，与水作用强烈，因此容易引起体积膨胀。随时间的延长，岩体膨胀会导致坑道产生膨胀现象。石膏盐岩层也遇水膨胀，但速度较慢。

第五章 浅埋暗挖法施工

浅埋暗挖法其特点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，有效抑制围岩过大的变形。

地面及地中的沉陷变形量包括：开挖直接引起的围岩的沉降变形，由于围岩作用引起的支护体系的柔性变形、基础下沉变位引起的结构整体位移。

应遵循初期支护从上向下施作的原则，这样可以减小地面沉降（上洞能隔断下洞开挖所产生的沉降，不会形成群洞的垂直变位叠加）全断面开挖可以减少对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成，但对地质条件要求严格，围岩要有足够的自稳能力。全断面法主要适用于IV-VI类围岩。当断面在50m2以下，隧道处于III类围岩，为减少地层扰动，可局部注浆加固地层，采用全断面法施工。在第四纪地层，断面在20m2以下，采用全断面开挖法。优先考虑的支护形式为锚杆、锚喷混凝土、挂网、撑梁等。

台阶法分为正台阶法和中隔墙台阶法。

台阶长度定为1倍洞径，主要因为地面沉降不许超过30mm。隧道在纵向施工中，形成纵向承载拱，其跨度约为1倍洞径。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。超过1倍洞径将失去纵向承载拱的作用。上台阶距离大于1.5倍洞径，在开挖时纵向变位大，上台阶断面形状不利于受力，且容易引起周围地层松动，塑性区加大，造成拱脚附近受力大而使其失稳；在下台阶开挖时，也易产生变位叠加而使其失稳。上台阶小于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（软弱地层不采用短台阶施工）。

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。

台阶长度以断面闭合时间，施工所需空间决定。采用钻爆法开挖石质隧道时，采用光面爆破技术和振动量测技术来控制振速，以减少对围岩的扰动次数。

当CD工法（中隔墙法）不能满足要求时，在CD工法（中隔墙法）的基础上加设临时仰拱，变为CRD工法（交叉中隔墙法）。

CRD工法，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（结构受力均匀，变形小）。

CRD优于CD（前者比后者减少地面沉降近50﹪），而CD又优于眼镜工法。CRD进度慢，隔墙拆除困难，成本较高。其一般用在第四纪地层，地面沉降控制特别严格之处。

工作面留核心土或喷射混凝土封闭可消除由于工作面应力松弛，而造成的沉降值增大。通常在软弱、松散的地层中做大跨度洞室施工，多依赖大范围的全周圈注浆加固或采用长大的管棚进行超前支护，以确保施工安全。但在超浅埋的情况下，此两种方法无法实施。

采用CD法地面沉降为77-84mm，采用CD法地面沉降为26-30mm。且CD法地面最大下沉坡度为6‰，而CRD法地面最大下沉坡度为2.3‰。CD法侧向水平位移为20mm, CRD法侧向水平位移为9mm。（CRD法各个局部封闭成环时间短，隔墙仰拱在阻止结构初期的下沉方面起了关键作用）CRD法土体水平位移仅为眼镜法的66﹪左右。

临时支护系统过早拆除对控制施工过程中结构变形极为不利，对中墙结构的稳定也有影响。

在超浅埋的条件下，网构钢拱架间距越大，地面沉降瞬时值越大，且作用在结构上的荷载和内力的瞬时值也越大。台阶过长，各阶段有充分变形累积时间，因此将导致过大的变形。台阶过短，对掌子面的稳定不利，且不便安排作业工序。各部台阶长度越短，结构拱顶总沉降量越小。

临时仰拱对抑制未闭合结构早期的下沉和水平位移起关键作用。

开挖后的结构完成后18h内封闭仰拱，其沉降量一般只比同步封闭仰拱增加6-8mm，并因步步成环，有效控制两侧土体水平位移在10mm之内。但因结构强度要求，仰拱的封闭时间以在喷混凝土作业完成后12h施作为宜。

超前小导管排管角度较小时，其易侵入开挖支护净空，较大时，管端的加固半径需加大，否则，将造成第二榀开挖时未加固的地层塌落、超控。

由于喷射混凝土的自重作用，在钢筋网面初期支护背后形成空隙，如不及时回填注浆，将很快上移，发展成地面沉降。但回填注浆过早易造成结构下沉，压力过大时可能破坏结构。要求回填注浆在临时仰拱封闭后及时进行。

拱架连接处留有局部超挖空间，这是喷射混凝土的死角，如不及时回填注浆，极易造成塌落。拱架基础原则上应保持原状土，如造成超挖应回填密实，并垫钢板或木板，确保拱架不产生垂直位移，并需打设锁脚锚管，避免早期沉降量过大。拱部衬砌与地层之间的间隙应及时注浆填充，通常是在工作面后3米左右，拱部45度左右注浆。当喷好混凝土一天后即可填充，否则将增加3-4厘米的沉降值。

为了预防某点失控现象，可采用高压回填注浆，洞内深层加固注浆。不均匀沉降和变形速度都是导致结构开裂的重要因素。

在CRD工法中，进行隧道V部开挖前，土体向洞内仅有很小位移，大量位移发生在掌子面开挖支护完成后1-2天。因此，要求隧道V、VI部开挖支护尽快完成。

当两洞室之间处于超近距状况时，施工中两洞之间夹持的土体因受多次扰动而失去了原有的密实性，更为松散，其状态远比单独的洞室施工时差，因此施加在两洞相邻边墙上的压力比另一侧要大得多。尤其两洞相邻的分部开挖同时通过某一尚未支护的断面时，夹待土体呈上大下小的契形体态，如不及时处理，极易发生扰动塌方。

一般塌方经常是局部的、不连续的、即使塌方量较大，塌落后总有一个成拱自稳的过程，这给及时处理提供了时间。而扰动土体塌方往往是整体的、连续的、一旦发生则不堪设想。

避免两洞同时同向开挖，若一定要同向开挖，则彼此错开一段距离。（L大于等于单洞开挖洞径）两洞相向开挖，在距交会面1倍洞径前，先停止开挖一洞，待另一洞前四步工作面通过并深入其已支护段达到一半洞径后，在恢复两洞双向作业。在两洞先行开挖段进行洞内注浆，以加固夹待的被扰动土体（待距开挖面1倍洞径后，压注水泥浆加固被扰动土层）。

因网构钢拱架失稳破坏主要表现为整体失稳，大多数情况下主筋应力只达到极限强度的2/3左右，所以拱架主筋应力未用足二级钢筋强度。同时，用足主筋强度，初期支护势必开裂，既增加喷射混凝土的负担，有影响结构防水效果。喷射混凝土拉、压、剪应力基本上满足设计允许值。洞内临时支护拆除后结构内应力有±10﹪左右的调整

CRD工法特点将大断面化为小断面，步步成环封闭，使每个施工阶段都构成一个完整的受力体系。立足于“快”。保证中墙基础稳定，中隔墙为CRD临时支护的重要结构（本身需有足够刚度和强度），其墙下压应力的大小将影响墙下土体和结构的稳定（地基出现压、剪破坏，导致下沉增大）。V部中墙底的压应力的最大值发生在V、VI两部通过约3米处。由于初期支护已形成，结构承载能力已发挥作用，所以中隔墙承受的压力大大减弱。

在同样断面和覆盖条件下，隧道底部的压应力最终值是一定的，而中间阶段由于施工处理不同，其压应力也不同。两洞中隔墙下的压应力变化特点是，在开挖工作面逐渐接近和远离的过程中，尤其是两洞工作面相交前后3米范围内，压应力急剧增加为最大值，以后逐渐稳定在小于最大值的水平上。

裂缝是应力重分布的表现。纵向拆除临时支护，其结构内力转换后倾于全面受压。在眼镜工法中，左右侧壁导洞错开不应小于15m，其原因是为了在开挖中引起的导洞周边围岩应力重新分布不影响已完成的导洞。

侧壁导坑挖成以后，必须在外壁部分二次衬砌后才能开挖中洞，这是结构的受力要求 保证两侧壁导坑内壁间土体稳定，可在内壁间施作对拉锚杆，并设围檩。

中洞施工将引起应力重分布，由于开挖的跨径大，顶部形状又过于扁平，可能由于受力过大而下沉。

双隔墙中间预留核心土法也称为留土柱法，主要适用于地层较差、断面较大。中间预留核心土柱能支撑拱顶，有效减少拱顶下沉。

双隔墙中间预留核心土法与CD法比较，CD法交叉中壁受力不太合理，拱顶不易稳定。与眼镜法比较，两侧弧形导洞钢支撑难控制在同一里程，连接不好，其支护承载能力降低。

特大断面采用中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩墙法，（地下盖挖法）其核心思想为大断面转小断面。

连拱大断面在结构防水、受力等方面都存在许多不确定因素，软弱围岩一般不采用连拱（施工中多次力的转换，转换不好就开裂，中柱或边柱就会受偏向荷载而倾斜，所以提倡宜近不宜连）

地下暗挖法支护的目的是为了加固新产生的临空面的围岩，以及防止其风化。中洞法、侧洞法、柱洞法、桩柱法（地下盖挖法）见P340-343 钢纤维渗入后容易造成堵管，因此钢纤维应搅拌均匀，不能结块，必要时可先将钢纤维浸泡15min，单独搅拌均匀后再掺入。

掌子面周边短孔预注浆使其围岩固结，形成一定厚度的半封闭截水圈，使其开挖后有一定的自稳能力（在超前平导起排水降压作用的前提下）。注浆有效范围一般为开挖轮廓线外1.2-2m，浆液应将地层裂隙填充密实。

超前支护范围应沿拱部开挖轮廓线布置，一般为起拱线以上开挖轮廓周长的1/2-3/4。超前管棚应以钢架为支点，管棚从钢架腹板预留孔中穿过。超前支护与开挖长度的关系见

P358。

拱脚位移速度超过管理标准，可在钢架拱脚加焊钢管作为横梁，以控制侧向变形。对初期支护大面积渗漏水地段以及集中涌水处，应采用围岩固结注浆为主，引排为辅的措施。围岩固结注浆宜在初期支护达到设计强度后施工，沿洞室围岩径向布置。二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定时施作，混凝土强度达到2.5MPa才能拆模。

对于土层强度较低、液性指数大于0.75的软流朔地层，将采用大管棚、小导管顶入法施工，从而避免钻孔扰动土层，同时对土层挤密加固。软流塑地层渗透系数低，注浆困难，可以利用其强度低的特点，采用劈裂注浆加固，以防止发生大变位。

软流塑状粉质黏土、淤泥质粉质黏土具有高压缩性、高灵敏度、低强度等特性，易产生蠕动现象，开挖后自稳能力极差。

全断面注浆，注浆按先四周后中间的顺序，中间布置一排水孔，以利于软土地层中的孔隙水在注浆过程中受到挤压时能顺利排出。

袖阀管注浆的特点：有两个止浆塞，能将浆液控制在任意段进行注浆，阻塞器可以在袖阀管内自由移动，可反复注浆。袖阀管施工采用钻孔和静压相结合置入土体。采用后退式注浆。（基底加固注浆不可遗漏）

浆液凝结时间太短，注浆效果差，时间太长，影响工期。

在软流塑土中，大管棚采用静压顶入法施工，可以挤压软流塑土体，排出土体中的一部分水，达到加固土体的目的。

深孔单孔注浆量计算式见P369 注浆应遵循由低向高，无水向有水处依次压注，以利于填充密实，避免浆液被水稀释离析。

注浆结束的标准：当注浆压力稳定上升，达到设计要求的终压，且注浆量达到计算值的80﹪以上并持续稳定10分钟（土层要适当延长时间），不进浆或进浆量很少时，即可停止注浆。

掌子面进行全断面注浆加固，开挖面打入深孔（孔深13米），全断面注浆，从周边向内圈依次注浆，并喷一定厚度的混凝土。

上台阶开挖时，拱脚应高出台阶10-20厘米，避免积水。拱部各35度到55度处增设中空锚杆用于注浆，注浆加固拱腰上方土体，同时对初期支护的背后及时进行填充注浆，以填充初期支护背后空隙，防止下沉。连拱隧道一般用超近距单孔隧道取代，技术策划为宜近不宜连。连拱隧道其支护体系受力状态不断发生变化和调整，围岩经多次扰动而变形，产生多次叠加，施工难度大。

双连拱隧道常采用中洞法（主要采用方法）和三导洞法开挖。各部分初期支护（辅助导洞）完成后，再施作二次衬砌。最后施作正洞，初期支护做一段，二次衬砌做一段。三导洞法比中洞法更安全。

为防止荷载转换而造成中墙偏压倾斜及“群洞效应”对中导坑产生的附加荷载，导致较大变形，中柱两侧与中导坑支护结构之间的空间用渣土回填夯实，上部1.5米厚范围内回填C10混凝土。见P380 在施工过程中，拱顶预埋注浆管，其为了检查拱部混凝土是否灌注密实。

中洞施工时，结构为狭长形，要保证拱腰处的支护体系能及时提拱足够的承载力。变形缝是由于考虑结构不均匀受力和混凝土结构胀缩而设置的允许变形的结构缝隙，不提倡设置，但连拱隧道受力复杂，为防止不均匀下沉而引起纵向和横向开裂，必设。

混凝土的水灰比是对抗渗性起决定作用，增大水灰比，其密实的降低，渗透系数增大，水灰比一般不大于0.6。

用插入式振捣棒时，插入点间距小于振捣半径的1.5倍，其振捣范围应相互重叠。由于混凝土的凝固收缩特性，在二次衬砌和防水板之间，一般会存在5-10毫米的缝隙，且由于泵送混凝土、模板台车灌注的特点，在拱顶无法振捣，其缝隙会进一步加大，还可能在局部出现空洞，造成地下水到处流窜，从而腐蚀结构和钢筋。为此，必在二次衬砌结束后，进行回填注浆。

XPM外加剂可使其混凝土浆液具有流速快、流动性好、抗渗指标高，最大优点为浆液凝固后基本无收缩。

在正洞开挖前，在开挖侧洞时，根据不同围岩，用夯实土及C10混凝土把中隔墙与中导坑壁间的空隙回填满或用实圆木把中隔墙与中导坑壁间支撑紧密（双连拱施工）。

在正洞开挖时，靠近侧导坑的地方及中导坑的顶部易造成超挖，对此在靠近中导坑及侧导坑的位置设置空眼，起预裂的作用。两次进行拱部爆破，减少围岩扰动。周边眼采用小直径间隔装药。

采用三导洞法施工，中导洞超前并施作好中柱及上下纵梁。考虑到平衡水平力，采用中导洞回填土和灌注混凝土，以抵抗水平推力。

中导洞、侧导洞是为了安全开挖正洞而首先开挖贯通的辅助导洞，其断面的大小在设计上一般没有严格要求，其根据地质情况选择。中导洞、侧导洞的断面一般不宜太大，在单口开挖长度大于100米时，其断面宽度最好在5.5米左右，在单口开挖长度小于100米时，其断面宽度最好在4米左右。中导洞的高度一般比中隔墙高出0.5米，太低不利于中隔墙施工，太高会造成中隔墙顶的回填量大，且不安全。侧导洞的高度一般与中导洞基本一致。

上下行线开挖不能齐头并进，其为了施工不相互干扰。在上下行线两个开挖面之间，一侧正洞的初期支护已支撑在中隔墙上，另一侧初期支护还未施工，该段中隔墙必然受到一个指向未开挖一侧的水平推力。该水平推力位于中隔墙顶部，它对中隔墙的危害很大，有可能造成中隔墙开裂。为了平衡这种水平推力，在后开挖的一侧要提前给中隔墙打上临时支撑。支撑可用方木或钢管，在另一侧正洞下部开挖后再拆除。

在双连拱隧道中导洞顶部会自然形成一个空区，在中隔墙顶设一纵向土工布碎石盲沟，盲沟顶用浆砌片石回填，从而保证地下水能顺利地流入纵向排水管，最终排至水沟内。

盖挖逆筑法是指在地铁下洞室施工中，先修筑地下洞室的围护墙和支撑柱（中间支承柱）以及结构顶板，然后利用出入口、通风道或单独设置竖井，采用自上而下的逆筑法施作单层或多层地下洞室结构的一种施工方法（结构顶板采用明挖施工，其他为暗挖施工）。逆筑法施工分为全逆筑法和半逆筑法两种。前者地下结构、地上结构同时施工。后者地下结构施工完成后，再施工地上结构。

中心岛工法和逆筑法的并用，即中央部按顺筑法施工，而仅在外周部采用逆筑法，这种方法宜在平面较大、底板较浅的情况下采用。

逆筑法接头的位置基本上由地下层的层高来决定。建筑上，希望接头与砂浆找平层位于同一标高。结构上尽量取内力小的位置。抗震墙下往往高度不够，接头处钢筋必须大角度弯折，以后不能完全扳直。一般的墙，多采用整个高度均悬浇的方法。若这种墙由现浇混凝土改为预制混凝土块，则优点更多。为避免立柱的应力增加，应尽早浇注后浇部分的混凝土。在逆筑法施工中，挡墙的弯曲程度在二次开挖结束，地下一层楼板柱梁尚未浇注混凝土时为最大。这时，挡墙中内力和变形为最大。逆筑法接头处理是相当关键的问题。

逆筑法施工在工段划分时通常考虑侧压平衡。逆筑法施工中主体结构的刚度很大，所以能够克服侧压力的一些不平衡现象。临时孔的设置造成了结构上的断面缺损，因此，应尽量避免在孔的周边施加集中力，特别应避免在板的外周边开孔。结构本身本身所需设置的开口处，往往需要做些抵抗侧压的加固，临时开口不需要再加固。

当层高较高或地梁较高时，仅靠逆筑结构本身作为支撑，空间间隔就会增大。在此种情况下，就必须设置结构以外的支撑。斜支撑使用钢材较少，也较合理，但架设时需技术熟练。如果斜支撑中产生较大轴力，其这一轴力的垂直分量将给逆筑结构及立柱带来影响。在逆筑结构的梁端加翼或增设加固梁，也是一种好办法。见P398 立柱结构必须有足够的承载力来支承逆筑结构的荷载。承载力不足时，可能造成不均匀沉降。

立柱桩有原工程桩和只为逆筑施工附加设置的桩，其都为现浇灌注桩。立柱桩施工方法的选择依据于开挖深度范围内地下水的状态，地基的地质、土质及其相对密度。

逆筑结构的荷载通过立柱插入桩中的那部分黏着力和抗剪钢筋的剪力传递给立柱桩。（由于桩的混凝土因硬化而沉降，故立柱底部支承力极小）考虑到后续工程的作业，立柱的顶端一般多在作业地层的下面。

根据钢柱安装及桩混凝土浇注的施工顺序，立柱的安装方法可分为后插法和先插法。在立柱桩的混凝土达到足够强度且能支承钢柱的自重之前，必须在地面上对钢立柱设置临时支撑。对于细长的立柱，后插法还是比先插法更容易掌握精度。重心与形心不重合需要注意。

采用先插法安装立柱，则立柱一般使用有中间固定点的8-10米长的竖管。对于较长的立柱，必须将中间固定点向下移动，并将竖管换为套筒，以使其承担孔壁的反力。另外还要注意在混凝土浇注时，对立柱产生的侧压。

在没有地下水时，建造立柱一般多采用深基础工法，在立柱桩建造完成后，派人进入桩孔内，直接进行立柱的插入和固定。此时，钢立柱是带有基础底板的（在有地下水的情况下，不带基础底板），根据柱脚固定方法的不同，有锚钉方式、基础外包混凝土方式以及它们的组合方式（其定义见P401）。与一般的桩不同，立柱桩的回填土的处理必须慎重，因为承担逆筑荷载的立柱的计算长度取决于回填土的强度。必须选定能发挥设计所定强度的回填土，并且在施工中采用当立柱受到回填土的侧压力而不会产生弯曲变形及应力的回填施工法。

当立柱中心与立柱桩中心不重合时，就用挡墙来承担逆筑荷载。另外，当挡墙与邻近的立柱桩一起施工时，由于桩的钻孔会使土壤松弛，使挡墙局部变形，产生有害的应力和裂缝。

在逆筑法施工中，混凝土采取后填的办法，所以当混凝土浇注后会因沉降和收缩而在其上面形成空隙，并在接头表面产生析水或聚集气泡，这样便很容易使其成为结构上和防水上的缺陷。另外，由于混凝土的流动压力和浇注速度不足，造成混凝土填充不实，使得钢立柱的阴角部分和后立模板的接合部分产生较大的混凝土缝隙。

逆筑法的接头处理有三类：直接法（漏斗浇注法、再振动法和套筒浇注法）、注入法、填充法。具体特点见P403-405

混凝土振捣面为斜面时，可以用振捣器或木锤敲击，使斜面上升，将气泡和析水排出模板。（漏斗口）振捣面为两个斜面比振捣面为一个斜面气泡减少得快。坡度越陡，气泡减少得快。振捣面为平面时，采用振捣措施也不能赶跑气泡。

接头形状为两个方向的倾斜（V形）时，比一个方向的倾斜（L形）时的力学传递性能好。不同的接头角度和加力方向，其抗剪强度也大不一样，且承载力和破坏性状完全不同。具体分析见P405-406 对于开挖平面的一边边长超过100米的大面积工程，如果按顺筑法施工，断面为大跨度，支撑长度将超过其适用界限。大深度的地下工程开挖时，由于卸除了大量的土重，基底会上浮，即产生回弹现象，以后建筑物将会出现中央下凹的现象。采用逆筑法，其逆筑结构的重量置换了卸除的土重，因此能有效地控制这种回弹现象。随着开挖深度的增加，侧压也随之增大，对支撑的刚度和强度就会要求较高。而逆筑结构本身作为支撑，具备了较大的刚度，减小了整体变形。当平面形状复杂、不规则时，采用顺筑法，挡墙很难均匀地向支撑传递侧压力，从而导致在某些局部出现应力集中现象。采用逆筑法，逆筑结构本身就是与地形相符合的支撑，不会担心用支撑时接头掉落的现象。

逆筑法的优点：1.可缩短工期。2.其围护结构既作为挡土防渗结构，又作为地下室的外墙，而各层地下室内部结构的墙、柱、梁、楼板均作为围护结构的支撑系统。3逆筑法施工中，在地下室底板封底时，地面上以有建好的楼层，可以平衡施工时底板可能发生的浮力，同时结构柱又减小了底板的计算跨度，因而底板的结构和配筋都可减少到合理程度。4.用墙、梁、楼板代替支撑，围护墙体又作为结构墙体，节省费用。

逆筑法的缺点：需要设置临时立柱及立柱桩，增加了施工费用。支撑是建筑物本体，自重大，为防止不均匀沉降，要求立柱具有足够的承载力。由于顶板临时孔的存在，必须对顶板采取加强措施。

采用挖孔桩可以减少泥浆护壁，有利于环境保护，尤其中桩大直径桩，它比机械钻孔速度快，而且费用较低。钢管柱的吊装定位是一项难度较大的工作，它的精度直接影响钢管柱和整个结构的受力状态。

非重力式支护结构形式（也称柔性支护结构），它的破坏包括强度破坏和稳定性破坏。针对支护结构可能产生的破坏形式，采取了相应的技术措施：4条条形基础之间增设横梁。为增加车站结构对侧向土压力的抵抗能力，确保支挡结构的稳定。支护边桩间的土体维护与加固。为确保桩间土体稳定，提高支护结构周边土体的物理力学性能并改善其受力状态，对桩间土体进行了维护与加固处理。基坑底部注浆加固，减小车站主体结构成型封闭以后的基础沉降。及时封闭基坑底部，由于土体的蠕变，基坑底部开挖后搁置较长，基坑的隆起量就会随时间延长而增加。

一般以爆破时质点振动速度的大小来衡量震动影响程度。我国主要以爆破时质点振动速度（垂直方向）作为安全判定标准（每个建筑物抗振速度都不同）。

爆破时质点振动频率与爆破参数、围岩性质、地质情况等有关。岩层越致密，频率越高；装药量越大，质点振动频率越低。频率越低，振动时间越长，振幅也越大，围岩受到的震动危害也越大。

影响围岩稳定的震动效应有三种因素：质点振速、振动延续时间和振动频率。钻爆设计时应综合考虑三者对地面环境的影响。

浅埋地下工程钻爆开挖时，隧道周围土体在弥补地层损失中会发生地层移动，引起地面沉降，具体表现为地面均匀沉降和地面不均匀沉降。

爆破噪声主要是由于炸药爆炸时所产生的高温高压气体，通过裂缝和炮眼口喷射入大气中，冲击和压缩周围的空气，使空气中的压力突然上升而形成空气冲击波。其在传播过程中，随着距离的增加而迅速衰减为噪声。（其压力下降到180dB时，变为声压）

城市浅埋地下工程，光面爆破的关键是通过各种途径降低爆破对工程本体的扰动破坏和爆破噪声，以及震动对周围环境的影响。以短进尺、弱爆破为原则。其要点为：合理选择钻爆参数，尤其是周边眼间距和最小抵抗线长度。严格控制周边眼装药量，宜采用小直径、低爆速炸药，并尽可能将药量沿炮眼全长均匀分布，可借助传爆线进行间隔装药。软岩爆破时，还应控制二圈眼装药量。合理的掏槽形式，浅眼爆破时，一般采用锲形掏槽或大孔中空平行直眼槽，以减少掏槽爆破的地震动效应。采用大孔径钻孔，加大不耦合装药系数，同时加大炮孔堵塞长度，有条件时可采用塑料袋封水堵塞（减少爆破产生的冲击波和噪声干扰）。在杂散电流较大的城市地下工程爆破时，宜选择较安全的塑料导爆管起爆系统进行微差爆破。为减少环形爆破产生的震动，可用切槽机在拱部预切一条沟槽。

施工中一般采用沙和黏土混合物作为炮泥，堵塞长度不小于40厘米。有条件时，可采用塑料袋封水堵塞，以降低爆破粉尘和噪声。为了改善周边的爆破效果，使其规整圆顺，周边眼应间隔装药，通常采用传爆线将药量均匀分布在炮孔上并用竹片固定。当岩石较软时，可直接用导爆索进行爆破。

评定钻爆开挖质量的指标为：炮眼利用率、超欠挖值、爆破震动效应。爆破震动速度公式见P423。

地下工程爆破的关键技术之一是掏槽技术。由于掏槽区爆破临空面条件差，往往需要在掏槽区采用高威力炸药，而且装药量比其他炮眼多，所以掏槽区往往也是产生最大震动的区域。采用合理的掏槽形状，降低掏槽的震动效应，这是爆破中降震的主要措施之一。实际上，隧道掘进时减弱爆破震动、降低爆破噪声的关键在于掏槽区的爆破是否成功（掏槽区爆破失败，爆渣未抛掷而出现冲炮现象，爆破噪声就明显增大，绝大部分的爆炸能量将以震动波的形式传播出去，于是地面震动量大，掘进无进尺，反之，爆破效果好，炸药能量将被充分利用与岩石的破碎与抛掷，于是地面震动小，掘进有进尺）。

由于条件的限制，浅埋地下工程多采用短进尺的浅眼爆破，可以选择锲形掏槽，与直眼掏槽相比，既可减少掏槽眼的数量，又可降低爆破震动效应。

炸药爆速对爆破震动效应有直接的影响，通常爆速越高则爆破产生的震动越大。为了获得较好的掏槽效果，使掏槽渣尽可能快地抛掷出去，为周边爆破创造较好的临空面，减少夹持作用，掏槽眼和掘进眼采用高威力、高爆速的炸药，而周边眼则使用低威力、低爆速的炸药。实际上，爆破效果的好坏也影响爆破振速和爆破噪声（掏槽失败，炸药能绝大部分将转化为岩石质点的震动能和声能，对岩石的破碎和抛掷做功少，使岩石质点振速增大、噪声增强）。

合理选择雷管起爆时差，使相邻段雷管起爆后引起的振动不产生叠加，也是降低爆破震动的有效措施。（相邻两段波之间不要产生叠加，若叠加，则起爆雷管应跳段使用。增加干涉波，使振幅减小，达到减震目的。）爆破震动效应仅与同时起爆的装药量有关。将总装药量尽量平均分配给各段雷管起爆，以达到降震目的。

装药结构对爆破地震动效应、爆破噪声有明显的影响。装药越分散，地震动效应越小，能量越集中，地震动效应越大。掏槽眼采用分层装药结构。周边眼采用不耦合结构、空气间隔装药、孔底为空气垫层的装药结构。周边眼采用密孔距+空孔，也能达到减小地震动，降低爆破噪声。炮孔布置可突破传统的拱形布置。为克服拱形起爆对外抵抗力大、破碎岩石需炸药较多、爆破振速大的缺点，可采用线性布置，进行线性起爆（线性起爆时，临空面好，且自重作用明显，可提高炸药的利用率）。炸药单耗公式见P428。

为降低爆破对上方土体、地面的影响，浅埋地下工程爆破施工可预先在结构的上部外轮廓开挖降震沟槽，在沟槽的保护下进行下部岩石的钻爆开挖。

竖井不宜设在隧道中心线正上方，其对正洞施工有干扰，不安全，与隧道接头拱顶衬砌结构复杂，一旦竖井漏水就威胁正洞，但通风效果好。竖井宜设在隧道中心线一侧为宜，与隧道距离一般在15-25米之间。竖井还可以与通风道或车站出入口永久建筑物相结合。

竖井断面形状有长方形和圆形两种。圆形断面可以承受较大的地层压力，并可留作隧道的永久通风道。施工中多采用直径为4-6米的圆形断面。

竖井结构构造包括井口圈、井壁、壁座、井筒及与隧道间的连接段以及井下集水坑等部分。井口圈常处于松软土壤中，从地面向下1-2米（或冻结线以下0.25米）应设置钢筋混凝土锁口圈，以承受土压力和经土壤传来的井口建筑物的重力以及机具设备所产生的荷载，并承受施工时挂钩所悬吊的荷重（井口圈锁口设置后才能开挖竖井）。开挖面与衬砌施作通常在竖井开挖到底、初期支护稳定后才开始进行，衬砌厚度由设计计算确定。壁座是为了防止井壁下滑而设置，应视地质情况、衬砌结构来确定壁座间距，一般为15-30米。

当采用钢筋混凝土灌注桩支撑结构时，为了保持结构的整体性，在顶部多采用钢筋混凝土圈梁将桩连为一体。当采用逆筑法施工时，通常其顶部的圈梁和底板大多为现浇钢筋混凝土结构。其墙体多为喷射混凝土结构，必要时，可采用复合式结构。

竖井开挖方法有两种：其一，自上向下（较安全、施工速度较快），其二，自下向上（自由落体方式出渣、无需提升石渣，施工速度较快、只适用于硬岩底层）。软弱地层的竖井常采用自上而下的施工方法。

竖井井口形状一般有圆形或方形。圆形井口结构受力较好，便于施工，但空间利用不充分，人梯布置和罐道梁预埋不方便；方形井口受力条件不如圆形，但井口布置方便，空间利用率高，人梯和罐道梁的设置较简单，一般用于地质条件较好的地层。

竖井井筒布置应尽量压缩其空间，越紧凑越好（通风管、水管、混凝土输送管应边沿布置、留出空间设置人梯、下放大型机械）。

罐笼在井筒内的设置应靠井筒一侧，使矿车进、出方向与井下联络通道走向一致。井架位于罐笼一侧井口边沿，其主受力面的中线应与罐笼中线对应，在平面上垂直于罐笼矿车的进、出方向。

井架斜撑中线和罐笼提升中线在平面上的投影，也应垂直于罐笼矿车的进、出方向，并与井架主受力面的中线对应。

卷扬机应根据井架高度与钢丝绳出绳角，设置在罐笼提升中线上。

栈桥平面须与井架主受力方向垂直，且位于井下联络通道轴线的地面平行线上。

罐笼有单层罐笼和双层多层罐笼。其都要满足矿车需要空间，长度方向大于100毫米，宽度方向大于75毫米。

竖井的提升方式主要有龙门吊提升、汽车吊提升和井架提升等龙门吊提升采用最多。龙门架上固定两个横梁，横梁上安装两个100KN的电动葫芦是最简单的（占地少，安全性差）。

竖井井架提升方式一般分为单绳单钩、单绳双钩、单绳多钩、多绳单钩等。地铁施工一般采用单绳单钩提升方式。

竖井井架的提升罐道有单侧双轨刚性罐道、双侧双轨刚性罐道、双侧四轨刚性罐道、柔性罐道。罐道只起导向作用。竖井井架的提升罐道宜采用单侧双轨刚性罐道。（井架也相应按单侧设计）

根据井口和井筒布置，为防止摆动，罐道应直接固定在靠井口一侧的井架上。考虑井口堆渣问题，宜采用栈桥方案卸载。因井筒不深、载重不大，罐笼停用时放在井底，可取消井口罐笼托台。由于罐笼为单层罐笼、单侧通道，不设井底手摇托台，故宜采用井底平托台。

提升设备的选择（终端荷载的计算、提升机的选择、提升电动机的配置、钢丝绳的选择、天轮的选择等计算式见P457-461）在竖井旁空地处安装一个投料孔，（直径350毫米左右的管道）可取代部分起吊工作。固定式通用容器起重机，它采用了两边各有两条特殊规格的循环链，使一连串的容器连续移动。各个容器在搬进部连续水平移动，到了垂直部则将其姿势维持原样而上升，以后再进入水平移动，到了搬出部就开始反转，至180度时一面反转一面将搬运物排出，空容器纵向朝下移动，直至下面的搬入部。

井架的结构形式有木井架、钢筋混凝土井架和钢井架。（钢井架分为钢管井架、型钢井架和万能杆件拼装井架，万能杆件拼装井架灵活、安拆方便）从外形上讲，井架形式一般有三脚架、龙门架和塔架等多种形式。塔架的适用性较广。

由于井架立于井口的一侧，加之万能杆件拼装的结构不宜承受水平力，且拼装一节最少应为2米，为减少节间数，对卷扬机钢丝绳所产生的水平分力应设置一个斜撑去承受（斜撑中线原则上应与井架所受合力的中线一致），因此，应采用塔架在主受力面按一个节间加斜撑的布置形式。对于非主受力面，考虑到风载和结构横向稳定性，则按三个节间设置。

井架高度在满足使用要求的前提下越低越好。一般情况下，节间布置要求的井架高度应大于或等于提升要求的井架高度。井架的高度设计其计算式见P464-465 栈桥作为转载、卸渣的支承结构是必不可少的。栈桥净高应大于运渣车辆的高度，白天渣应暂时堆放在栈桥下面。还应具有一定坡度（1﹪-3﹪）

地下连续墙法（也称为槽壁法）：它在地面上用挖槽设备，沿着深开挖工程的周边，在泥浆护壁的情况下开挖一条狭长的深槽（在挖槽过程中，沟槽内始终充满泥浆，以保证槽壁稳定），在槽内放置钢筋笼并浇注混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段，然后将若干墙段连成整体，形成一条连续的地下墙体。地下连续墙可供截水防渗或挡土承重之用。地下连续墙造价高于钻孔灌注桩和深层搅拌桩。地下连续墙施工工序见P467 钻孔齿合桩是采用套管钻机钻孔施工，桩与桩之间相互齿和排列的一种基坑围护结构。为便于切割齿合，桩的排列方式一般设计为一个素混凝土桩或异形钢筋笼混凝土桩A和一个钢筋混凝土桩B间隔布置。施工中先构筑A桩，紧跟着构筑相邻的B桩。A桩采用超缓凝型混凝土，要求在A桩混凝土初凝之前完成B桩的施工，以便B桩施工后，利用套管钻机的套管切割相邻的A桩与之相交部分的混凝土，由此实现A桩和B桩的齿合。导墙的施工、单桩的施工工艺流程见P470 沉井法是地下工程和深埋基础施工的一种方法。其特点是将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础先在地面以上制作，形成一个井状结构，然后在井内不断挖土，借助井体自重而逐步下沉，下沉到预定设计标高后，进行封底，构筑井内底板、梁、楼板、内隔墙、顶板等构件，最终形成一个地下建筑物或建筑物基础。其独特优点为占地面积小，不需要板桩围护。为了降低沉井施工中井壁侧面摩阻力，现已开发出触变泥浆润滑套法、壁后压气法等。

在第四纪地层与岩石接触面不平整接触的情况下，基岩面倾斜或有岩溶发育时，沉井法施工会遇到很大困难。

沉井一般由井壁、刃脚、内隔墙、横梁、框架、封底和顶盖板等组成。

沉井为了承受在下沉过程中各种最不利荷载组合（水土压力）所产生的内力，在混凝土井壁中一般配置内外两层竖向钢筋和水平钢筋，以承受弯曲应力。井壁足够重，以便顺利下沉。考虑到水土压力随着深度的增加不断增大，从而使井壁在不同高程受力的差异较大，故往往将井壁外侧乃做成直线形，内侧做成阶梯形，以减小沉井的截面尺寸，节省材料。

井壁最下端一般都做成刀刃状的“刃脚”。其主要功能是减小下沉阻力。刃脚应具有一定的强度，以免在下沉过程中损坏。沉井施工见P472-473

衬砌支护结构施工

初期支护承受施工过程中所产生的全部基本荷载，二次模筑衬砌则作为提高结构安全度的储备结构。初期支护与二次模筑衬砌共同承受特殊荷载，如地震荷载、人防荷载等。

初期支护的核心是喷射混凝土、网构钢拱架、钢筋网和必要的锚杆支护。喷射混凝土又分为初喷和复喷，从安全和提高围岩承载力出发，应及时进行初喷混凝土，然后再复喷至设计厚度。

二次模筑衬砌一般在初期结构变形基本稳定后开始施作。根据工程承受的荷载情况和工程的重要性，二次模筑衬砌又可分为混凝土二次模筑衬砌和钢筋混凝土二次模筑衬砌。

喷射混凝土具有与围岩密贴并能和围岩共同迅速产生承载能力、形成支护结构、共同变形等特征，能很快抑制地层变位。

喷射混凝土可分为干喷、潮喷、湿喷三种方式。湿喷按其输送方式又分为风送式、泵送式、抛式、混合式。

干喷法是骨料和水泥在搅拌机内拌合，再投入喷射机料斗，同时加入速凝剂、将混合料输出。在喷头处加水喷出。该法回弹量大（1.7方干拌和料只有1方混凝土可以粘到隧道壁上）。工艺图见P486 潮喷法是将骨料预加水，一般加到砂的含水率为6﹪以下，石的含水率为2﹪以下，使集料浸润成潮湿状，用手可握成团而不散，再在喷头处加水喷射，从而降低上料和喷射时的粉尘（回弹可控制在15﹪左右）。应用普遍。工艺图见P487 湿喷法是用喷射机压将拌和好的混凝土送至喷头，在喷头处加速凝剂喷出。有稀流（空气悬浮法）湿喷法和稠流（泵送挤压法）湿喷法两种。稀流式喷射泵为转子型，稠流式喷射泵类似混凝土输送泵，是活塞式喷射泵。由于机械要求高，不常用。工艺图见P488 在拌湿的部分砂中投入所需的全部水泥，强制拌和成以砂为核心外裹水泥的球体，再二次加水与减水剂拌和成砂浆。（二次搅拌水泥裹砂喷射法）

将水泥按一定的水灰比拌成黏稠状的灰浆，再投入粗骨料，使石子表面包裹上一层低水灰比的水泥浆，然后再投入砂子、剩余水及外加剂拌匀即成（净浆裹石法）。

混凝土的强度主要取决于硬化水泥浆的强度和硬化水泥浆与骨料界面之间的黏结强度。采用以粗细骨料为核心的分次搅拌，预先使砂、石颗粒表面形成黏结塑性层的喷射工艺，（二次搅拌水泥裹砂喷射法、净浆裹石法）对于减少回弹十分有利。

喷射工艺不同，对减少粉尘和回弹影响很大。干喷法喷射混凝土时，拌和料经喷嘴加水后不可能充分湿润，集料表面必然处于“干净”状态，这导致水泥与集料易于分离，在喷射撞击过程中向四处逸散大量粉尘。另外，易于分离的集料表面缺少塑性水泥浆层，黏结力差，当料流高速喷射到受喷面时，冲击力量较大，物料反弹剧烈，因此，干喷法回弹大，粉尘浓度高。

潮喷法预先将集料用水湿润，并与水泥搅拌，水泥吸附水分后，使混合料变为潮料，可减少粉尘和回弹。由于集料含水率受到设备性能限制，不可能很大，故在喷射中，水泥与集料任然易于分离，降尘减弹效果受到影响。

裹砂法的特点、其原理；裹砂、石法的原理见P491(详解)这四种喷射工艺的喷射混凝土28d强度均能达到20MPA，而且裹砂法和裹砂、石法的强度还约高于干喷法和潮喷法。

喷射混凝土的原材料包括水泥、砂、石、水、速凝剂、减水剂等。具体解释见P491-493 喷射混凝土标号应高于200号，其配合比根据经验确定。一般采用骨灰比1:4-1:5，骨料中含砂率为60﹪-70﹪。水灰比：干喷为0.35-0.45，湿喷为0.45-0.65。为改善喷射混凝土效果，水泥用量一般大于普通混凝土，350-450kg/m。为降低回弹，可适当改变配合比（增加水泥用量、增加砂粒成分、减少最大骨料尺寸，最好控制在10毫米以内、控制骨料的含水率、加入粉煤灰、硅粉或黏稠剂等）。

混合料的搅拌必须采用强制式搅拌机，搅拌时间大于30秒，一般搅拌机和人工搅拌。其强度要降低30﹪-50﹪。

喷射供水设施应保证喷头处的水压比风压大0.1MPa以上。通常进水压力大于或等于0.3MPa。

输送软管应能承受0.8MPA以上的压力，并耐磨，管内径不小于最大骨料粒径的3倍。混合料在不掺速凝剂时，存放不超过2h，掺速凝剂时，存放不超过20min，喷头应垂直于受喷面，若没有钢筋网或钢拱架时可放置得偏一些。喷嘴与受喷面距离在0.8-1.2米，喷头不停做环形移动，使喷层厚度均匀。处理堵管工作风压应小于0.4MPa。

喷射作业应分段、分片、分层，并由下向上的顺序进行。一般拱部5-8cm，墙部8-10cm，分2-3次完成。每次间隔时间为30min。喷层厚度一般不小于石子最大粒径的2倍，以减少回弹。喷射作业应紧跟开挖面，间隔时间不得大于4h。在土质隧道应立即喷射混凝土，必要时先初喷。

喷射混凝土是利用高压气流或其他动力，将按一定比例拌和的混合料通过管道喷向成型目标，并利用物料高速运动产生的动能，多次撞击挤压密实成型。其主要工艺参数为喷射风压，喷射水压、喷射角度、喷射距离。

喷射风压是压缩空气产生的。其计算式见P49 水和喷射料混合充分的程度，与喷射水压关系极大。水压过小，堵塞水环，孔眼不出水或干湿不均现象。水压过大，水料分离现象严重。（使管内周壁料挤向中心，造成料流中心干燥区变大的缘故）喷射水压与喷射风压之比在1.35-2湿化效果最好。一般水压为0.3mpa,与风压之比为1.5-1.67。

喷射距离的控制与岩体性质有关，黏土地层最优距离为0.8m。喷射角度应控制在60°-120°之间。（切向方向未损失，垂直方向为黏结。）使喷射圆锥体尽可能覆盖回弹圆锥体，应尽可能接近90°。（保证覆盖率在80°以上，则喷射角应在80°以上）喷射角度在75°-105°之间，其动能损失率见P497。

在干喷中，粗集料表面在搅拌过程中很难包裹上水泥粉，喷射到受喷面时，黏结效果差，回弹严重。特别在刚开始喷射，受喷面上尚未粘附一层砂浆塑性层，回弹更突出，故采用二次搅拌法可以大幅度减少回弹。

由于时间过短，水与混合料较难拌和均匀，大量的水泥颗粒还处于干燥状态，再加上压缩空气在出口处体积剧烈膨胀，从而产生大量粉尘。

一般利用石膏来调节水泥的凝结时间，掺入速凝剂后其水化生成NaOH与石膏反应，使其功能消除，大大缩短了凝结时间，但此时生成的水泥石多为结构疏散的铝酸盐。加入速凝剂可使混凝土快速凝结和具有强度，但后期强度损失较大，一般28天强度损失25﹪左右，加入过大，损失超过50﹪。速凝剂搅拌不匀，也会使凝结效果产生较大波动。

在温度较低时，加入防冻剂（一般用食盐），这时水灰比在0.40-0.45之间，水泥用量要大于400-500kg/m3。混凝土喷射后，强度未达到5MPa之前，最好不要受冻。

在普通喷射混凝土中加入适量纤维，可以改变喷射混凝土的力学性质，使喷射混凝土结构的抗裂、抗拉、抗剪、抗扰强度、耐冻性、耐磨耗性等提高。钢纤维的长度、直径直接影响其结构的性能。一般钢纤维长度应大于粗骨料最大尺寸的2/3，通常为20-30mm，等效直径为0.35-0.71mm，其长径比以50-60最佳。

钢纤维的掺入率直接影响喷射混凝土的回弹率。钢纤维掺入率以0.8﹪-1﹪为佳，即50-80kg/m3。其掺入量还与纤维长度有关，具体情况见P499。水灰比一般比普通喷射混凝土要大，通常为0.4-0.6。钢纤维的掺入，降低了喷射混凝土的流动性，为避免堵塞，可增加水泥用量，减小骨料最大直径、增加骨料中的含砂率（以60﹪-80﹪为宜）、减少压送距离。

聚丙烯纤维可代替钢纤维的功能，可阻止和控制混凝土中的骨裂发展，减少塑性收缩，和延缓裂缝的出现，提高了混凝土的抗渗性。并且具有增强抗弯强度、疲劳极限、抗冲击强度、剪切强度、减少回弹量（可以从25﹪降到5﹪左右）等优点。具体说明见P499-501。

砂层地段、有水地段喷射混凝土施工见P501-502。

提高喷射混凝土的防水效果的实质就是增加喷射混凝土的密实性，减少其收缩变形裂缝（喷射混凝土水泥用量较多，易产生干缩裂缝），达到防渗、防漏目的。集配、水灰比对其抗渗性也很重要。

普通喷射混凝土是非均质材料，内附许多孔隙，水泥在硬化过程中会产生收缩变形，多余水分蒸发会给混凝土内部留下孔隙，因此，普通混凝土的抗渗性能较差。为提高其抗渗性，可掺和具有微膨胀的防水剂，使混凝土更加密实，而且可推迟收缩变形时间，当水泥收缩时，喷射混凝土已有足够的强度来有效抵抗收缩开裂和减少混凝土内部的细小裂缝，使其具有结构自防水能力。

先喷3-5cm厚混凝土，再架设钢架和钢筋网，可保证其喷射混凝土的密实性。渗水多发生在网构钢架处。

减少喷射混凝土粉尘和回弹量的措施：实验证明，当风压为0.12-0.15MPa时，喷射混凝土的回弹量较少，强度较高，空气中的粉尘浓度也较低。保持喷射机密封板的平整、不漏风，调节好密封板的压力，这是防止喷射机处产生粉尘的关键。掌握好喷头处的加水量，采用双水环喷头。

用模灌混凝土代替喷射混凝土，这实质上改变了喷射混凝土的特性和功能（利用物料高速运动产生的动能，多次撞击挤压密实成型），大大降低和破坏了围岩的承载力。

全长黏结式锚杆，不仅可用于硬岩，也适用于破碎及膨胀岩体，但对成孔难度大的软岩、土砂地层，就必须选用其他类型的锚杆（锚管）。土质沙砾软岩中，采用全长黏结式锚杆不适宜（这类岩体自稳时间短，要求锚杆尽快产生强度，所以不设锚杆而设置自进式锚管）。

摩擦式锚管：多用于有水地质，即作锚杆，又可排水，便于喷射混凝土。早强砂浆锚管：多用于快速产生强度的软弱破碎、砂土等自稳时间较短的围岩中，作为初期支护的一部分。自进式锚杆：集钻进、灌浆、锚固为一体的锚固系统，用于不易成孔的软弱地层，造价高。

锚杆在初喷混凝土后，应尽早进行，锚杆一般沿隧道径向布置，当遇到层状岩体时，其布置方向尽量与岩层主要结构面成正、斜交。对于黏结型锚管，管杆周围至少应有10-20cm树枝状砂浆和地层交连。在锚杆成孔中，不要破坏孔壁周围原岩的力学性质。

水泥砂浆锚管也称全长黏结型锚管，是采用水泥浆或水泥砂浆把锚管和孔壁周围的围岩黏结在一起而锚固在围岩中，这种锚管可用来加固软岩、土砂质岩、破碎和膨胀性岩体，浅埋暗挖法多用此锚管锁死拱脚和墙脚。其原理是，在围岩产生变位时，通过水泥砂浆的黏结力和锚管与围岩间的摩擦力约束围岩的变位，使锚管产生应力，以达到锚固效果。原材料要求见P506（锚管锚杆内径为33mm，砂浆为细砂，最大粒径不得大于2.5mm，水泥标号用425或525号）灌注砂浆时，随砂浆的灌入缓慢均速拔出，避免孔内砂浆脱节，保证锚管全长被砂浆所握裹。普通砂浆锚管3d不得挂重物，早强砂浆锚管12h不得挂重物。

摩擦型锚管是一种沿纵向开缝的钢管，打入比钢管外径小2-3mm的锚孔内施加预应力锚管。其原理是管体受孔壁约束产生收缩，沿钻孔全长范围内孔周岩体受锚管弹性抗力，从而锚固周围岩体。直接将锚管打入地层时，由于地层阻力而使管缝压紧，产生预张力而锚固。锚管管体应全部推入孔内，以确保围岩三向受压，从而获得锚固力。

自进式锚杆的特点是钻进、灌浆、锚固三位一体和地层紧密结合，锚固力可大大提高。钻进的主杆就是锚杆体，通过钻进锚杆来形成钻孔，钻进完成后，锚杆存于孔中无需拔出，可立刻注浆加固。适用与成孔难的地层。

钢拱架是在喷、锚、网支护中作为加强承载能力的构件。钢拱架只能在超前支护中承受松动土体（高3-4米）的压力，应尽快使喷射混凝土覆盖钢拱架。使其共同受力。钢拱架一般与超前支护配合。

网构钢拱架一般采用锰钢筋加工而成，其允许抗拉强度可提高到240MPa，远大于型钢钢架强度160MPa。网构钢拱架与喷射混凝土结合较好，形成钢筋混凝土结构体。喷射混凝土时，回弹也减少，喷混凝土的黏结力高于型钢钢架，有利于共同承载。，网构钢拱架与混凝土形成拱壳，而型钢全部剥离出来，扭曲折断。网构钢拱架的弹性模量主要受喷射混凝土控制，喷射混凝土强度由弱变强，具备先柔后刚的特点，受力后能很快和围岩的刚度相匹配，形成共同承载作用体系，而型钢的刚度远大于围岩的刚度，不利于形成共同承载作用体系。型钢背后和地层之间不能用喷射混凝土密贴，造成型钢面和地层之间接触不良，对防水、防腐不利。网构钢拱架与超前小导管连接形成联合支护。

浅埋暗挖法修建地下工程时，不论结构多么复杂，应采用复合式衬砌结构，以提高其防水、防裂性能。

防水层能起到隔离及润滑作用，防止二次衬砌防水混凝土开裂，保护和发挥二次衬砌防水混凝土的防水作用。由于防水混凝土在硬化过程中内部存在着温度应力、收缩应力等，使防水混凝土产生变形。但由于初期支护的喷射混凝土表面粗糙、凹凸不平，对防水混凝土有着较大的约束力，能阻止其变形，于是就产生了拉应力。当此拉应力大于模筑混凝土的抗拉强度时，混凝土被拉裂，尤其在起拱线应力集中区更容易产生裂缝。如果在初期支护和二次衬砌之间施作防水层，则消除或减弱了初期支护对二次衬砌的约束，使二次衬砌混凝土自由变形，其产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止二次衬砌混凝土产生裂缝，保证其防水性。

常年抽取地下水，土体易变位，从而导致地面沉降和结构失稳。防水层结构有两种形式：一种是单层防水板铺于初期支护混凝土上，主要用于无水地段，以防开裂为主，排水为辅；另一种是双层结构（先铺缓冲层，再铺防水板，用于防水要求高的地下工程及有水地段）。

地下工程的防水材料大致有防水卷材、防水涂料、防水剂。PVC复合防水板板幅小（仅1米）、接缝多、热熔焊其焊缝严密性差。HDPE防水板较硬，施工较困难。LDPE比较柔软、价格最低、燃烧较快、不耐照射（但地下工程无阳光）。EVA防水膜抗拉强度及抗裂强度较大，比重小。ECB防水板其抗冲击能力优于EVA和LDPE，在有震动、扭曲等环境中也能坚固防水，但施工难度大、造价高。

缓冲层也是疏水层，对个别渗漏点进行疏导，流入预留排水道中。目前缓冲层有无纺布和聚乙烯泡沫塑料垫衬。

无纺布又称土工布，用合成纤维材料（聚丙烯、聚酯、聚酰胺等）经热压针刺无纺工艺制成的卷材。聚乙烯泡沫塑料垫衬是化学发泡制成的闭孔泡沫塑料材料，其弹性好，易铺设、造价低，多选之。

喷射混凝土的平整度在1/6-1/10之间。防水层由拱顶向下两侧对称铺设。水平施工缝处理方法的原理是，使两层间黏结密实或延长渗水路线，阻挡压力水的渗透。混凝土裂缝防水处理有排堵结合式和注浆封堵式两种。

整体式衬砌施工中，在围岩变化处应设置沉降缝，洞口应根据地震波影响和气候条件设置伸缩缝，其长度为3倍洞径。

二次衬砌混凝土的配合比设计：水泥用量320-330kg/m3，木钙掺量为0.25﹪时，用水量为195 kg/m3左右；碎石粒径小于40mm，且连续级配。中砂，其砂率在44﹪-46﹪之间，可配出理想的自密实混凝土。

为了减少裂纹，水泥用量不应多于360 kg/m3。拆模时，防水混凝土结构表面的温度与周围气温差控制在15°以内。混凝土降温梯度要求在2-4d内日平均气温不得连续下降6℃-9℃。

水泥用量与骨灰比之间的关系：为了提高抗渗能力，保证足够的水泥浆是必要的，水泥用量应在340 kg/m3-360 kg/m3之间选择。在配比上用较大骨灰比，近于5:1，水灰比不大于0.6，灰砂比不大于1:2.8。其混凝土强度在200级以上，抗渗压力大于250N/m3。建议用木钙作为外加剂，掺入量根据水泥用量、冬夏季施工等因素在0.25﹪-0.35﹪之间选用。具体见P523 混凝土中含气量的存在有利于泵送，为得到泵送性能好、早期强度高的混凝土。可添加减水剂，其掺量为水泥重量的0.4﹪-1﹪，减水率为14﹪-25﹪，R1、R3强度可提高40﹪-80﹪，R28强度可提高20﹪-60﹪。

入机拌和量不应超过拌和机规定容量的1/10。掺加混合料、减水剂、引气剂及加水时宜延长拌和时间。混凝土中有轻骨料或矿渣水泥浇筑时间应适当缩短。

当采用插入式振捣时，混凝土灌注层厚度应不大于振捣器作用部分的长度的1.25倍。采用振捣器捣实混凝土，振捣标准为将混凝土捣实至表面呈现浮浆和不再沉落为止，且移动间距不大于作用半径的1.5倍。振捣棒振捣时，应快插慢拔。

硅酸盐水泥、普通水泥拌制的混凝土不得少于7昼夜，掺用外加剂或有抗渗要求的混凝土不得少于14昼夜。作为复合衬砌的混凝土结构，开始一般不受地压的作用，在混凝土强度达到2.5MPa时即可拆模。

混凝土防开裂的措施：配合比设计尽量用较大的骨灰比，减少水灰比，合理选用外加剂。合理确定分段长度和灌注速度。确定好脱模时间，避免混凝土内外温差大于20℃。充分养护，混凝土升降温速度不宜超过5℃/h。设置防水隔离层，减小初期支护和二次衬砌混凝土之间的约束力。

防水混凝土的实质就是用增加混凝土的密实度来提高混凝土自身的防水能力，达到防渗漏的目的。

水灰比对抗渗压力影响很大。水灰比太小，施工操作较难，将影响混凝土的密实性。水灰比太大，混凝土在浇筑后，由于重力的作用，固体颗粒下沉，水分被排挤上升，形成通路，有的则停留在颗粒下部和周围。同时水灰比大，使混凝土有较大的收缩，导致混凝土开裂。固水灰比控制在0.52以下较好。见图P527 水泥是混凝土中的胶凝材料，是必不可少的。其用量和性能更能影响混凝土的性能。决定它的用量应从以下三点出发：1.足够的水泥用量是确保混凝土防水性能的关键；2.水泥变成混凝土时自身体积变化（每100g水泥水化后有7-9ml的减缩）；3.水泥的水化热。

每立方米混凝土中水泥用量超过300kg,即可得到抗渗压力0.8MPa以上的防水混凝土；若每立方米混凝土中水泥用量超过400kg,水泥用量的增加对混凝土抗渗能力的影响很小。见图P527 水泥应选用水化热低，泌水性低，干缩小的水泥。一般应优先选用水泥标号不小于425号的普通硅酸盐水泥。

良好的砂石是配制良好的防水混凝土的关键，是使混凝土更密实、更可靠的保证。防水混凝土的粗骨料有卵石、碎石两种。在相同的配比下，混凝土拌合物中含有卵石的和易性比碎石强，要得到同样的和易性，要加水泥用量，这对抗渗不利。从提高抗渗性出发，应优先选用卵石，但强度要约低于碎石。

混凝土在硬化过程中，石子是不会收缩的，而石子周边的水泥要收缩，因此混凝土产生不均匀收缩裂纹是必然的。若石子越大，周边越长，与砂浆收缩的边越长，致使石子界面产生的裂纹就相对较大，这些裂纹使混凝土的有效阻水截面减小；若石子过小，则增加了水泥用量，对抗渗不利。在相同配比下，压力水在混凝土中的扩散面积会随粒径的加大而增加（粗骨料的粒径不宜大于40mm）。

细骨料对防水混凝土抗渗性能的影响主要包括砂子的品种、砂中粉细沙含量等。

使用河中的砂子，对于增大混凝土的和易性、减少收缩裂纹、提高抗渗性能非常有利。砂中加入粉细沙后，对提高混凝土的抗渗和强度均有一定影响，当粉细沙掺量为总骨料重量的5﹪时效果最佳。

在水泥用量确定的条件下，若灰砂比过大，则砂量不足，混凝土出现不均匀收缩；若灰砂比过小，则砂量过大，拌和物显得干涩而缺乏粘结力，导致混凝土成型困难。防水混凝土的灰砂比宜在1：2-1:2.8之间。

与普通混凝土相比，防水混凝土应采用较高的砂率（防水要求石子之间有足够厚的砂浆层来保证其抗渗性）

砂率在35﹪-40﹪时，混凝土的抗渗性能，强度、收缩率最为有利。采用泵送工艺时选上限。

在混凝土中掺加粉煤灰，可提高混凝土的密实性，使抗渗能力提高。防水混凝土会因反复水压作用而抗渗能力加大，原因是混凝土中水泥更充分水化及水中杂质沉淀，使混凝土更加密实。防水混凝土与普通混凝土配比设计基本相同，只是防水混凝土配比比普通混凝土配比上将砂率提高了5﹪，另外选择适宜的外加剂即可。

应避开水泥水化热峰值拆模，避免突然散热而导致衬砌开裂，拆模强度不小于2.5MPa。防水混凝土成型后应加强养护，确保防水混凝土表面每立方米失水量1h内少于1kg.采用浅埋暗挖法施工时，为了避免出现软弱围岩开挖所造成的底部塑性区上鼓现象，必须采取尽修筑初期支护仰拱的做法，使支护结构及时封闭成环。使初期支护及早封闭成环，可以抑制开挖断面底部的位移，从而提高施工阶段的稳定性，改善结构受力状况，减少对底部围岩的扰动，并可大大减少其施工对地面的影响。设置仰拱后，可控制拱脚位移和克服地层上鼓现象，缩小了对围岩的扰动范围。

理论和实践证明，仰拱只有和上部初期支护形成封闭结构后，才能发挥其应有的作用。临时仰拱多放在隧道断面中部的拱脚附近，初期支护正式仰拱则在断面最大部位。

当地层较好、断面不大时，可采用扩大拱脚和施作锁脚锚管的办法代替临时仰拱的施作。若量测变位较大，可改用临时仰拱（一般采用I16拱字钢，支撑在拱脚上焊角钢，让仰拱与其顶紧，不需焊接、栓接，然后喷射混凝土）。

从防止衬砌开裂出发，必须在初期支护变位全部稳定后，才可施工二次衬砌。

辅助施工方法

辅助施工方法是针对软弱不良地层而提出的，它的选择关系到工程的成败和造价的高低，是衡量施工应变能力的重要标志。

环形开挖留核心土多用于台阶法开挖施工。在围岩自稳时间达24h以上，开挖工作面稳定时才能采用。核心土的断面面积大于开挖断面面积的一半，核心土纵向长度应大于3m。该核心土是平衡开挖工作面的最简单易行的方法。

喷射混凝土封闭开挖工作面多与环形开挖留核心土配合使用，在留核心土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（可提高工作面土体的稳定性，将工作面由二维受力状态变为三维受力状态）。

当围岩自稳时间在12-14小时之间时，必须采用超前锚杆支护（结构跨度较小），（通常情况）后开挖的方法施工。若开挖跨度较大或锚杆成孔困难而不易布设时，可采用超前小导管支护。

超前小导管周边注浆加固地层，多用于自稳时间在12h以内，或没有自稳能力的围岩中（结构跨度较大），如第四纪未胶结的砂卵石、粉细沙层中常用此法。它常和钢拱架配合使用。

在软弱地层中施工，及时封闭而使结构闭合是关键。在分部开挖中，设置临时仰拱，可有效抑制结构及地面沉降。

深孔围岩加固劈裂预注浆或堵水固结预注浆加固地层多用于沙土、粘沙土有水、地面不允许有较大沉陷的地下工程。

长管棚超前支护加固地层多用于钻机容易打入管棚的软弱地层和不能注浆或注浆效果不佳的黏性土层地段。采用台阶法留核心土环形开挖法施工时，用此法辅助，对防塌和限制沉降效果好。但钻孔精度难控制。

冻结法固结地层（采用人工降低地层温度，使地层冻结后固结成整体，进而开挖支护）多用于降水效果不佳或不许降水施工的软弱富水地段

当遇到流沙、淤泥地层，工作面没有自稳能力，不许地面有较大沉降时采用水平旋喷法超前支护。

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，高压旋喷加固则适用于洞内注浆效果不佳、粉细沙含量较高的地层。它们都属于地面预加固地层的措施。

环形开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面和设置临时仰拱为首选方案。

全长黏结砂浆超前锚杆：其尾部是以钢拱架为支点，在钢拱架腹部穿过，锚杆长度一般为短台阶的高度加1米，总长度多为3.5-4米。

迈式注浆（不注浆）自进超前锚杆（钻头、标准形螺纹的中空锚杆体、垫板、螺母）：其是一种将钻进、注浆、锚固等功能合为一体的锚杆，在成孔困难的地层，入回填土、沙砾石、黏土等松软地层中应用，效果最好。

超前小导管必须和钢拱架配合使用，超前小导管构造见P538 在开挖后，超前支护的锚杆或小导管一端支在未开挖的围岩上，另一端支在钢拱架或喷射混凝土、结构锚杆上，可起到两端有支点的梁的作用。锚杆还因为砂浆对围岩的固结作用，有时又起到钢筋混凝土中受拉主筋的作用。当围岩产生松弛变形时，超前支护可以及时提供支承抗力，约束围岩松弛变形，从而在一定时间内阻止开挖面顶部围岩的坍塌，为初期支护提供作业时间。

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米。见P539 超前支护的作用是防止开挖面顶部坍塌。在相邻已施工的初期支护抑制了围岩的有害变形时，超前支护才能承受纵向“次生拱”的压力。因此，要求初期支护能承受超前支护端部传来的荷载，并保证整体稳定。特别注意距掌子面1-1.5倍洞径初期支护变形和收敛，否则宜造成整体坍塌。

爆破后，超前支护的顶部被掏空，将会消弱超前支护的效果。

掌子面前方的正面坍塌，往往会导致超前支护失效。在选择开挖方法时，应尽量降低开挖高度。

掌子面顶部和钢拱架之间的空隙，应先喷一层混凝土，至少应喷平钢拱架外缘，这样可加强超前支护的作用。

长管棚超前支护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，它是防止地中和地面结构物开裂、倒塌的有效方法之一。它常用在不稳定地层处的洞门开挖时。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。

长管棚超前支护加固地层主要用于软弱、沙砾地层或软岩、岩堆、破碎带地层。长管棚布设形式及适用条件见P544-545 长管棚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，一般间距为2-2.5倍钢管直径。

管棚钻孔工序：使用顶驱液动锤对套管与钻杆同时冲击、回转钻入隧道顶板前端20-30米孔深；套管内孔注水清洗，取出钻杆，孔内保留套管护孔；在套管内插入周边有眼孔的钢管，取出套管，钢管端口与孔口周壁用水泥密封。

在管棚起始端，为了确保钢管位置，防止浆液溢出，利用喷射混凝土设置具有抵抗注浆压力的隔墙，厚度一般为15-40cm。

为了控制钻杆及钢管的扰曲和移动，保证钻孔精度，应设置标准拱架（150*150*10mmH型钢）

一般钻孔法在在软弱土层中，由于送水钻孔会使管周围岩变差，可用水泥浆代替水、泥水、膨润土等，这样可防止围岩破坏及软化，还可防止钻孔扩大、弯曲。

螺旋钻孔法是把螺旋钻头插入钢管内，用千斤顶顶入。当顶入困难时，先用螺旋钻头钻孔再插钢管，沙、土则由螺旋钻头通过管内排出。其适用于直径200mm以上的钢管，具有弯曲小、对地层扰动小等优点，对软弱土层及均匀土层尤为适用，而对沙砾层及硬度大的地层则比较困难。

跟管钻进法解决了破碎地层的孔壁不稳定问题，钻头可张开和缩回。钢管棚辅助工法是以防塌为主要目的，对控制地面沉降并不利，因为它提早扰动了地层，且管周的注浆效果也很难控制。

注浆方法包括小导管超前周边注浆加固和深孔注浆加固。小导管超前周边注浆加固适用于中沙及沙卵石，且卵石直径不大于60mm的地层中。在未胶结的沙卵石、粉细沙等第四纪地层中修建地铁隧道常用之。深孔注浆加固适用于无黏结性沙及沙卵石、亚黏土地层，其对地面沉降要求严格，适用于台阶法的大跨度结构物施工。

水泥及水玻璃浆均为颗粒型注浆材料，不能注入孔隙较小的地层中去（水泥颗粒直径一

-4般在40-100um范围，比表面积为3170cm2/g,左右难于注入渗透系数小于5*10cm/s的中沙及裂隙小于0.6mm的围岩中）。

超细水泥平均粒径为4um，最大为10um，比表面积为8000cm2/g,可注入渗透系数为-3-41*101*10cm/s的细沙中，结石强度大于化学浆液，无污染，称为绿色注浆材料。它比水灰比相同的普通水泥黏度低很多。

超细水泥比表面积大，有较高的化学活性，能较快的凝结固化，获得早期和后期强度。3天结石强度达25MPa，3个月结石强度达62MPa，同期相比，比普通水泥强度高20﹪左右。胶凝时间在30秒与7分钟之间根据不同配比，也可用添加剂进行调节。可单液注浆，也可与水玻璃配合进行双液注浆。由于比表面积大，应高速搅拌，使其在水中分散均匀。多用于封堵地下工程。超细水泥标号选择的计算式见P556。

化学浆液与水泥浆液混合起来可提高水泥浆的可灌性，增加化学浆液的强度，在蓄水率很高的工程局部应用。其代表是丙凝-水泥浆（AM-C浆液），AM-C中丙凝浓度越大、水灰比越小时，其凝胶时间越短。具体配方见P557 耐久性水泥-水玻璃浆液价格低，结石强度高，结石率大凝胶时间可控，其缺点是结石体稳定性较差，在干燥地层条件下易风化崩解，不适用于做永久性堵水加固材料。在加入以XZ-1型外加剂，可激发水泥活性，和水泥体的有机材料交联在结石体内部，变成相结构，从而增加结石体的韧性和耐久性，抗冻融性能比C-S浆液高15倍，耐干湿循环性是C-S浆液的5倍。

超细水泥-水玻璃双液浆的配制见P557 浆液凝胶时间是指浆液从混合到不可流动时所经历的时间，凝胶时间是浆液扩散范围的控制指标之一，在注浆堵水中，凝胶时间这一指标尤其重要。

随着超细水泥浆水灰比的增大，浆液的凝胶时间增长；随着超细水泥浆和水玻璃体积比的增大，浆液的凝胶时间缩短；随着缓凝剂掺量的增加，浆液的凝胶时间增长；水玻璃浓度同浆液凝胶时间成线性增长；随着温度的升高，浆液的凝胶时间缩短。

随着超细水泥浆水灰比的增大，结石体抗压强度减小，特别在水灰比为1:1-2:1时，水灰比对浆液结石体的抗压强度影响很大。当水灰比大于2:1时，浆液结石体抗压强度较小；随着超细水泥浆和水玻璃体积比的增大，浆液结合体抗压强度减小；随着缓凝剂掺量的增加，浆液结合体抗压强度减小，特别在水灰比为1:1时，浆液结石体抗压强度急剧减小。缓凝剂掺量不宜大于2﹪，否则对强度影响较大。

黏度一般指浆液所有组分混合后的初始黏度。浆液的初始黏度越大，其可注性越差。超细水泥-水玻璃双液浆的黏度随其配比不同而不同，但变化不大。黏度在前期缓慢上升，黏度在后期有明显的突变而产生固结，这对注浆堵水很有利。

改性水玻璃又称酸性水玻璃，它是由普通碱性水玻璃加硫酸酸化后配制而成。在酸化过程中产生了多聚硅酸，固结后成胶状体，能阻止Na溶脱，增加了固结体的耐久性。当地层为酸性时，把水玻璃先配成PH值为2的酸性水玻璃，再配弱碱溶液，双液注入地层。当地层为碱性时，将水玻璃制成成PH值为4-6的弱酸性水玻璃，单液注入地层。改性水玻璃无毒、黏度低、可注性好，可作为粉细沙或沙砾地层的注浆加固和堵水材料（在北京地铁中已成功应用）。

丙烯酸盐浆液可注性好，凝胶、化学稳定性好，且有较好的防渗性能，因而在地下工程的防污和堵漏中常用（加铁氰化钾缓，硫酸亚铁快），堵水率达到90﹪以上。

水溶性聚氨酯由TD1和水溶性聚醚树脂化学反应而成。其具有二次渗透，可注性好，固化速度可调，固结体具有弹性，强度高，且到达速度快；施工时以水为固化剂，固结体不收缩，止水耐久性好，具有高效防水堵漏、结构补强功能，遇水时，体积增大4-6倍。

黏土固化剂是以黏土（80﹪-85﹪）为主要成分加上水泥（10﹪）和结构剂配制而成的。具有较好的吸水性和抗水稀释性，固化后结石体塑性大，抗震性能好；流动性较好，易于渗入微细裂隙中；初凝时间较长，早期强度低，能进行间歇重复注浆；结石体密封较好，渗透系数小，注浆帷幕的整体堵水效果好；成本为水泥浆液的1/4-1/3。

小导管注浆法是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，保证隧道安全快速施工。

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和还具有锁脚锚杆的功能，对防止正台阶落底时下沉非常有利。

岩层预注浆广泛使用成本低、结石强度高的单液水泥浆系列（缝隙一般用）和水泥-水玻璃浆系列（缝隙一般用）或改性水玻璃浆系列（缝隙较小用）。使用范围（粒径）见表P564（重要）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′，缓凝剂为磷酸氢二钠。

对于断层破碎带要扩大注浆范围，以保证注入效果。水泥浆浓度应根据地层情况、凝胶时间的要求，一般控制在1.5:1-1:1之间。在放水的同时，将缓凝剂一道加入并搅拌，待水加够量后，继续搅拌1分钟，最后再将水泥投入，搅拌3分钟。注浆时，注浆孔口最高压力应严格控制在0.5Mpa以下，防止压裂工作面。进浆速度不能太快，一般每根导管内注入设计的浆液量后，即结束注浆。如压力逐渐上升、流量逐渐减少，孔口压力已达到0.5Mpa，也应结束注浆。水泥与水玻璃浆的体积比应按所需凝胶时间确定，一般应控制在1:0.6-1:1之间。注浆结束后4小时才能进行开挖。根据注浆效果，随时调节注浆参数。

风积粉细沙地层（粉细沙易从支护缝隙中涌出，开挖后易引起坍塌）理想注浆材料为酸性水玻璃混合浆液。其地层在小导管注浆加固后，含水量为注浆前的3.66倍；渗透系数为注浆前的0.225倍；容重为注浆前的1.093倍；

小导管低压渗入性注浆主要技术参数：注浆压力为0.3-0.5MPa，压注持续时间为3-5min，扩散半径为30-50cm，注浆量Q=KVn，V为固沙体积，n为孔隙率，K为折减系数（0.6-0.7）。注浆管间距一般小于扩散半径的1.5倍。

注浆方式与适用范围见表P568-569（重要）

深孔注浆的预注浆采用C:S=1:0.6-1:1(体积比)，预注浆压力不宜超过1.5MPa，凝胶时间应控制在1-2min。缓凝剂用量，一般为水泥用量的2-3﹪，水玻璃浆液浓度为20-35Be′，注浆范围为开挖轮廓线外0-3米，终孔间距按1.5R-1.6R考虑，一般为2-3米，注浆终压为1.2-1.5MPa,浆液扩散半径R为1.5-2米。注浆时先开水泥浆液泵，5min后根据单液进浆量来确定凝胶时间，再开水玻璃浆液泵。注浆浆液应先稀后浓，凝胶时间应先长后短，但不宜少于30s。

长、短管相结合注浆堵水加固地层法适用于饱和动态含水沙地层的浅埋暗挖区间。超细水泥的流动性比普通水泥流动性好，材料粒径小，对于中细沙层，注浆比值大，可注性好。超细水泥与水玻璃配制成的双液浆，胶凝时间可调，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；双液浆在中细沙层中主要在主脉下（一般为2毫米）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。

长管后退式分段注浆工艺，其注浆分段长度度（一般为0.6米），其可提高含水沙层的整体加固效果，解决含水沙层的中粗、细沙交互现象。

短管注浆是对长管注浆效果的检查，以及对其薄弱环节的补充和完善，而且加强了初期支护能力，它是保证饱和动态含水沙层安全施工的重要技术措施。

长管注浆施工是在隧道开挖接近饱和流动含水沙层时，封闭工作面，进行长管全断面预注浆。通常采用超细水泥-水玻璃作为注浆材料，采用后退式分段注浆。注浆加固范围按隧道埋深、地下水压力和浆液固沙体强度来确定，通常拱部为开挖轮廓线外3-5米，边墙为开挖轮廓线外2-3米。注浆段长度与注浆加固范围换算公式：L=(3-5)D，L为注浆段长，D为注浆加固范围。止浆岩墙厚度与注浆段长度换算公式：B=(0.2-0.3)L,B为止浆岩墙厚度。注浆孔间距及孔口坐标见公式P573。浆液扩散半径，一般中细沙为1.5-0.5米，注浆速率一般为20-80L/min，浆液凝胶时间为30-50s，注浆终压为1-2MPa，注浆分段长为0.6-1.2m，注浆量计算式见P573。

洞内长管注浆结束后，必须用短管补充注浆，以固结围岩，同时起到支护作用。短管注浆加固范围为2米，浆液扩散半径为0.2-0.6米，注浆速度为20-50L/min或30-40L/min，注浆终压≤0.5MPa，单孔注浆量计算式见P574。

采用暗挖法时，当地下结构因地面荷载不对称而产生偏压时，为了防止地面过大的沉降和土体水平滑移、坍塌，可在工程前，沿隧道纵向两侧从地面向拱顶部位打设地面预支护锚杆进行加固。

地面锚杆直径要比一般锚杆直径大，地面钻孔的孔径要比锚杆直径大5-10倍，通常为100-200毫米。成孔后将锚杆插入孔内，然后用水泥砂浆锚固。为防止地面荷载通过地面锚杆直接传向工程的拱部，距地面一米深的一段锚杆可不用砂浆锚固，也可将锚杆做成两段，锚杆打设后截去其中一段，然后用沙回填。（其实形成了砂浆桩）

对于细沙类土和含水量大、液化严重的软弱地层，由于注浆不能均匀渗透，若地面无其他构筑物，埋深较浅，采用高压旋喷注浆法堵水并加固隧道周边围岩，其工作条件优于洞内注浆。高压旋喷注浆法是将带有特殊喷嘴的注浆管插入土层的预定深度后，以20MPa左右的高压喷射流强力冲击，破坏土体，使浆液与土搅拌混合，经过凝结固化后，在土中形成固结体。可用于常规注浆难以堵水加固的地层（黄土、黏性土、淤泥）高压旋喷注浆是利用高压发生装置使浆液通过一定形式的喷嘴产生一股能量大而集中、压力高而连续的射流，此高压射流能把一定距离内土体结构破坏并冲下，在射流的絮动作用下，浆液与土搅拌混合，经过浆液的凝结，在土层中凝固成有一定尺寸的固结体，从而使地层加固，提高防水性能。

喷嘴做圆周运动称为旋喷，固结体为柱状，喷嘴方向固定称为定喷，固结体为板壁形状，喷嘴做左右反复运动称为摆喷，固结体为扇形。

单管旋喷注浆法是利用钻机，把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度后，使用高压泥浆泵、高压发生装置，以20MPa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去，冲击、破坏土体，同时借助注浆管的旋喷和提升运动，使浆液与土体上傰落下来的土搅拌混合，经一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体，直径为0.4-1.0m。

二重管旋喷注浆法是双通道的二重注浆管钻到土层预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷出高压浆液和空气这两种介质的喷射流，冲击、破坏土体。即以高压泥浆泵、高压发生装置喷射出20MPa左右压力的浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7MPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出，在高压浆液及其外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土中形成圆柱状固结体，其直径为0.6-1.5m。

三重管旋喷注浆法是分别使用输送水、气、浆的三重注浆管，在高压泵、高压发生装置产生20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，高压水喷射流和气流同轴喷射，冲切土体，形成较大空隙，再由泥浆泵注入压力为2-5MPa的浆液填充，喷嘴做旋转和提升运动，最后在土中形成较大圆柱状固结体，其直径为0.8-2.0m。

洞内轻型井点降水是将一系列井点管埋设于在洞内开挖底面以下的地层中，并将这些井点都连接到抽水总管，用真空泵（射流泵）和水泵将地下水抽出，降低地下水位，使开挖面干燥。洞内轻型井点降水主要适用于渗透系数为0.1-80m/d的砾沙、粗沙、中沙和细沙层。井点布置一般为开挖上半断面时埋设井点和下半断面墙脚处埋设井点（地下水位于隧道中偏下位置时）。

井点由滤管、喷嘴和井管组成。滤管长约1米，用直径为50毫米的无缝钢管制成，管壁钻有直径19毫米的滤孔，排列成梅花形。滤孔面积约为滤管表面积的20﹪-25﹪，滤管外缠棕片或麻片，并用铁丝（2-3毫米）绑扎，其间距为20毫米左右，然后包两层滤网，内层铜丝网（30孔每平方厘米），外层铁丝网（5孔每平方厘米）。喷嘴用内径50毫米的钢管制成，内装有球阀和环阀，从喷嘴喷出的水自行成孔，使滤管沉落到需要的深度。井管一般用直径为25毫米的无缝钢管制作，其长度可采用1米左右的短管分节打入。弯连管是井管和总管的连接管，一般采用高压胶管。总管用直径为150毫米的无缝钢管，每节4米左右，用套箍连接。

真空泵站主要由真空泵、抽水泵和气水分离箱等组成。依靠真空泵将浮子阀总成内抽成真空，浮子上浮，使气水分离箱内形成真空，井点水即被抽出。地下水排出途径：井点周围沙层-滤网-滤管-井管-弯连管-总管-过滤室-气水分离箱-抽水泵-逆止阀-排水管。

射流泵站主要由射流器、离心泵和水箱等组成。射流泵站是通过离心泵将水输送到射流器中，射流器射水时，形成真空，将地下水抽出。地下水一部分经离心泵进入射流器，多余的水经排水口排出。地下水排出途径：井点周围沙层-滤网-滤管-井管-弯连管-总管-射流器（离心泵-送水管）-逆止阀-排水管-水箱-出水口排出。

井点降水系统的原则：井点间距一般为0.8-1.6米；滤管顶端应埋设在开挖基底面以下，一般低于底面1-1.2米。钻孔深度必须比滤管底端深0.5米，孔壁与井管之间应及时用粗沙填实，孔口下至少0.5米的深度内须用黏土填实，以防漏气。

深井降水一般适用于含水层厚度小于15米，其中黏土夹层不超过两层。地层渗透系数在10-200米每天。地层中颗粒小于0.05毫米的沙含量不超过3﹪。（按体积计）钻孔深度低于隧道底面5米，井点间距一般在25-35米之间。深井降水采用重力排水方式，降水速度缓慢。

地下水回灌大多应用于淤泥质、渗透系数不大、失水固结较慢的地层，会关闭量一般是抽水量的1/5-1/3。

井点降水参数的估算见P592-593（重要）截为主的原则：地下水属于受季节性气候影响较大的上层滞水或潜水；隧道涌水是由地面径流引起，截流或改移沟槽后，有明显作用；与地面贯通的断层裂隙水或已与地面沟通的溶洞水。降水为主的原则：隧道埋深较浅或隧道出入口两端；地下水属于上层滞水、潜水或裂隙水，但储量不大；地层渗透系数为0.1-80米每天的细、中、粗沙及沙砾石，对于渗透性较好的亚黏土层。排为主的原则：储量不大的裂隙水或溶洞水；排水后不会影响围岩稳定，不会造成其他危害。堵为主的原则：斜、竖井施工，水量较大；断层破碎带施工，排水时将会携带大量泥沙，引起工作面失稳和围岩坍塌。浅埋暗挖法一般是将盲管（管壁呈梅花形的PVC管）埋设在初期支护的仰拱底部，进行排水处理。

注浆加固半径为隧道开挖半径的2-3倍，当地下水压力过大或在水下施工时，应为隧道开挖半径的4-6倍。注浆压力是浆液克服地层中静水压力和地层渗透阻力的动力，其计算公式：P=(2-3)P0（MPa）,P为注浆终压。P0为地下水静水压力。当地下水静压力很小时，可采用P=(2-4)+P0。浆液扩散半径、注浆孔布置、注浆段长度、注浆量计算详见P595-596。

当岩层破碎，成孔困难时，可采用分段前进式注浆，当岩层完整，成孔容易，且岩层孔隙率均匀时，可采用全孔一次性注浆。孔隙率差异较大时，可用止浆塞进行分段后退式注浆。

注浆结束条件：注浆量为计算量的80﹪以上注浆压力为设计终压。

水泥是使用性优越的水硬性胶凝材料，其最大颗粒尺寸多在60-100um之间，难进入渗2透系数低于5×10-cm/s沙土或宽度小于200um的裂隙中。

2超细水泥的最大粒径小于等于20um，平均粒径小于等于4um，比表面积在100m/kg左右。其结石强度高，经久耐用。

化学灌浆材料大部分由有机化学品组成，有毒，结石强度低、耐久性差。

MC型系列超细水泥具有凝结时间和膨胀率可调，从而使结石充满整个缝隙，而它所具有的微膨胀自应力，可使它与界面结合得十分严密和完整，大大提高了灌浆体的抗渗性能。

水平旋喷的动力头和给进系统与垂直旋喷结构相同。由导流器、钻杆、喷头三部分组成的旋喷管，对桩成型质量影响很大。

单管法一般用直径为50毫米或42毫米的地质钻杆。喷头直径约大于钻杆直径，在喷头侧面圆周上有两个沿钻杆轴线方向相距40毫米、圆周相隔180度、结构相同的合金钢制喷嘴。浆液喷射方向垂直于钻杆轴线，喷头前端有刀刃用于钻孔破土。

二重管法用2根直径不同的钢管套装，其后端接导流器，前端连喷头，组成一个整体。在喷头侧面圆周上设置一个或两个浆、气同轴喷射的喷嘴，气的喷嘴成环状，使高压空气在浆液四周喷出。

三重管法用3根直径不同的钢管套在一起，内管送高压水，中管送空气，外管送泥浆。在喷头的侧面圆周上设置一个水、气同轴，且垂直于管轴线喷射的喷嘴，气喷嘴套在水喷嘴之外，空气从环状间隙喷出，而喷出浆液口的位置因喷头形状不同分为两种（其一尖锥形喷头喷浆孔放在侧面圆周上，其喷射方向与水、气喷射方向成180度；其二平头形喷头的喷浆孔在喷头的前端部，喷射方向与钻杆轴线一致）

喷头形状有平头形喷头（装有合金块，利于钻进）、尖锥形喷头（没有合金块，用45号钢加工而成，在黏性土或砂类土等小粒径地层中适用）

喷嘴的作用是将流体的压能转化为动能，使流体在喷嘴中速度剧增。其形式对喷射效果影响较大。以收敛圆锥形最合理，且以圆锥角为13度的喷嘴性能最好。喷嘴直线部分的长度要短一些，后端锥形段要长一些。

导流器是浆液进入旋喷管的总进口，把静止的高压胶管和旋转的钻杆连接在一起。水平旋喷浆液自重无助于填孔成桩，反而加大了浆液的逆流，为防止旋喷中浆液溢出，可以在静态注浆法采用止浆环囊（浆液冲入环囊使其收缩的环体膨胀，堵住空隙）基础上，加以改进使用。

高压发生器是指高压水泵、高压泥浆泵和增压器。泵的压力和流量直接影响旋喷桩直径大小及强度。欧洲的泥浆泵的工作压力为60MPa，国内的泥浆泵的工作压力为20-30MPa。高压旋喷的浆液主要是水泥浆，属于颗粒性浆液，对泵的缸套磨损较为严重。

水平旋喷在隧道上方形成拱棚，要求每根旋喷固结体相互搭接，所搭接圆周交点弦长是拱棚的最小厚度。良好的旋喷工艺应使旋喷柱底部的搭接能达到拱棚的最小厚度。开挖面前方的地层扰动范围一般不超过2D（D为坑道开挖直径），因此水平旋喷桩柱的长度大于或等于2D即可，国外一般取10-13米，最大15米。

有人认为，要保证高压喷射流的压差，不能将孔口封堵严实，以免浆液和松散土粒的混合液阻力太大，因此允许一定量的漏溅。

在软弱地层中用水平和倾斜钻孔高压喷射技术形成拱棚和墙柱，对防止坑道坍塌，控制地面沉降，使隧道顺利施工有良好的效果。水平旋喷拱棚和预切槽、管棚支护都是预衬砌方法之一。从控制固结范围和固结体强度方面来看，高压旋喷是隧道围岩加固堵水的良好方法之一。

旋喷固结体抗拉强度虽然较低，水平或倾斜放置不像竖直桩那样能充分发挥承压能力，但若干固结体组合成墙体或拱体，也能充分传递竖直压力，固结体周围地层也能被压实和固结。

CCP-HI法是在注浆管的下端设置了一个特殊的扩颈钻头，以加强对地层的破坏。此扩颈钻头在钻进时缩至钻杆凹槽内，钻杆后退开始旋喷时，靠阻力自动打开，而在喷射前先搅动土层，以扩大水平旋喷柱体的直径。沿坑道边缘外围用旋喷注浆技术形成水平加固棚体，然后再其保护下进行坑道开挖。

意大利把水平钻孔高压旋喷列为加固与保护隧道围岩的基本方法之一。并把高压喷射注浆和静态注浆、冻结法、机械预切槽等一并列为隧道围岩加固的基本方法。最典型做法为沿拱部外缘用水平钻孔旋喷柱相互搭接形成拱棚，在其保护下开挖。为提高拱脚地层强度，在坑道内两侧倾斜打入钻孔，将旋喷柱连接成墙体。

水平钻孔高压旋喷注浆法的副作用为会引起地面隆起，用打钻一系列通向拱顶每一个旋喷柱上的卸压孔，使地面隆起量减小。

预衬砌方法是一项在浅埋松软地层中修建隧道时有效限制地面沉降的新方法。（在工作面前方的地层中预先铺设出一个薄的拱壳衬砌，在其保护下进行开挖）。预切槽和旋喷拱都符合条件，后者设备简单，深度也比前者大。

旋喷注浆和新奥法的结合是“先进的奥地利隧道施工法”。在开挖前方有限的区域内是应力重分布区，也是发生坍塌的区域。这一区域的早期支护措施特别重要。水平旋喷柱组成的拱棚虽未加钢筋，但其纵向支护效果是次要的，主要是使粘聚力太小的松散土壤能与喷射混凝土相连。

冻结法是在地下开挖体周围需加固的含水软弱地层中钻孔铺管，安装冻结器，然后利用制冷压缩机提供冷气，通过低温盐水在冻结器中循环，带走地层热量，使地层中的水结冰，将天然岩土变成冻土，形成完整性好、强度高、不透水的临时加固体，从而达到加固地层、隔绝地下水与地下工程联系的目的。人工制冷除了以盐水为介质外，还可采用液氦和干冰直接在冷冻器内汽化降温冻结。地层冻结技术的特点：冻结加固的地层强度高；封水效果好；适应性强（只要有水存在）；整体性好（冻结体内无缝隙。其可用于各类不稳定土层（黏土、沙土或沙砾土），也用于含水丰富的裂隙岩层。在涌水量较大的流沙层应用，更能体现其优势。

冻结壁是一个不稳定的温度场，冻土介质边界可能随时变化，冻土结构物的温度状况决定冻结壁的强度（一般冻结壁平均温度为-度7到10度）。冻结厚度主要取决于地压大小和冻土强度，其计算式见P609。立井冻结其冻结孔开孔间距一般为1-1.3米；隧道水平冻结，冻结孔开孔间距一般以0.5-1米为宜。冻结时间是冻结孔交圈所需要的时间，需要根据盐水温度和冻土扩展速度来确定。冷冻系统的设计原理见P610(重要)冻结法钻孔施工中，采用边钻孔边铺设冻结管的方法（钻杆兼做冻结管，可防塌孔），跟管钻进的钻头和钻杆连接部位密封，使其在钻进中钻杆内的泥浆通畅，达到泥浆护壁的目的。

冻结器的铺设包括冻结管和供液管的下放和安装。冻结管一般用无缝钢管，通过焊接与螺纹连接。供液管一般用聚乙烯塑料管或钢管。冻结管的串联和并联原理图见P613。

2.浅埋暗挖法适应性分析 篇二

自2009年以来, 我国城市轨道交通快速发展, 预计至2020年我国城市轨道交通线路总长度将达到6100公里, 各地也掀起了城市轨道交通建设的高潮。在地铁建设中, 根据地质和外部环境情况, 经常采用浅埋暗挖法、盾构法等施工工法。其中浅埋暗挖法起源于1986年北京地铁复兴门车站折返线工程, 目前在各地地铁建筑中被广泛推广应用。

尽管浅埋暗挖法施工技术已经比较成熟, 但由于地质条件以及施工的配套技术不足等问题, 发生过很多安全事故, 本文结合石家庄地铁建设, 根据作者多年从事地铁建设的经验, 对浅埋暗挖法地铁隧道施工中的安全管理问题进行研究。

1 当前浅埋暗挖法地铁隧道施工安全风险管理中存在的主要问题

浅埋暗挖法是针对软弱围岩地层, 以改造地质条件为前提, 以控制地表沉降为重点, 以格栅和锚杆喷射混凝土作为初期支护手段, 遵循“新奥法”理论, 按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字原则, 结合相关配套技术, 进行隧道施工的施工方法。根据对各地浅埋暗挖法施工中安全事故的分析, 当前浅埋暗挖法施工安全风险管理中主要存在以下问题:

1.1 前期准备方面的问题

由于各地建设环境的差异, 目前浅埋暗挖法并没有统一的施工工艺, 配套施工工法也不尽相同, 需要根据项目具体情况进行施工工艺设计, 但在实际工作中, 并没有完全做到因地制宜的设计施工工艺, 主要表现在施工工艺、施工方案部分内容不能满足工程实际的需要, 未发挥其对实际施工的指导作用。

1.2 施工过程管理问题

在完善施工方案的基础上, 施工过程中严格按照施工方案执行是保证施工安全的关键, 但在实际工作中存在未按照施工方案实施或变更管理不严格等情况。如上海地铁4号线的透水事故的原因之一就是由于施工方变更施工顺序。施工过程中的安全管理问题还表现在对施工地质情况管理不足, 不能及时掌握施工地质情况。

1.3 施工安全风险管理体系方面的问题

按照国家相关规范要求, 施工项目要建立安全管理体系, 配备相应的安全管理人员, 但是实际工作中并没有按要求实施, 主要表现在:安全管理体系未发挥应有的作用, 安全管理人员不足等, 这在一定程度上影响了项目的安全管理。

2 浅埋暗挖法地铁隧道施工安全风险管理要点

根据石家庄地质情况和建设环境, 在部分路段的地铁隧道施工中采用浅埋暗挖法, 针对在浅埋暗挖法安全风险管理中存在的问题, 结合本文多年工作经验, 分析石家庄地铁隧道浅埋暗挖法施工中的安全风险管理要点。

2.1 施工准备期的安全风险管理要点

浅埋暗挖法施工前, 根据工程地质、覆盖层厚度、结构断面、地面环境等确定开挖方法与程序、支护方法与程序、监控量测方案、局部不良地质情况的处理预案和相应的安全技术措施等, 制定科学的施工程序, 编制施工组织设计。施工组织设计应按照规定由施工单位组织专家论证, 企业技术负责人签字报监理审批。施工准备期的安全风险管理主要包括以下三个方面的内容:

(1) 识别地质、环境安全风险。在认真分析岩土工程勘察与环境调查资料、地质踏勘、环境核查及空洞普查的基础上, 对地质、环境安全风险因素和上覆松散填土等地质条件复杂、下穿地下管线等环境条件复杂的部位进行识别, 分析可能带来的安全风险。地质安全风险主要识别不良地层、地下水、空洞等因素, 分析上述地质因素对施工的影响及可能带来的安全风险, 包括地下水难以控制处、土质软弱处等。环境安全风险主要识别地上、地下环境等环境因素, 分析工程施工、环境的相互影响及可能带来的安全风险, 包括紧邻的古迹或建筑物、周边建 (构) 筑物荷载差异较大部位、紧邻地下重要管线、紧邻地下污水管线、紧邻水源、邻近施工等。

(2) 分析重点施工工艺的安全风险。在认真学习设计文件的基础上, 对超前支护施工工艺、支护体系施工工艺, 主要分析工程地质、水文地质、空洞等导致地层加固、超前支护施作困难、工作面开挖涌水、坍塌等的安全风险;以及邻近工程、地下障碍物、地下管线、地表水体等导致超前支护施作困难、效果不明显、工作面开挖漏水、漏砂、坍塌、破坏管线等的安全风险;对开挖工艺, 主要对开挖方法、开挖进尺、台阶长度、台阶坡度、初期支护结构施作、临时支撑、小导管注浆等工艺及设备引起地层扰动、地下水、空洞、地面沉降、塌陷、地下管线破损等的安全风险进行分析;对地层加固及超前支护施工工艺, 主要对施工工艺及设备引起地层扰动、空洞、周边建筑物振动、施工噪音、浆液污染、地下管线破坏、地下建/构筑物破坏等的安全风险进行分析;对降水工艺, 在分析降水方案、工艺参数等实施的重、难点的基础上, 主要对降水施工引起地面沉降、构筑物沉降、降水不到位、工作面渗漏水等安全风险事件发生的可能性及严重程度进行评估。

(3) 评估施工组织的合理性。对施工单位的组织管理进行评估, 包括施工部署、施工准备、安全风险管理体系。施工部署主要对施工场地布置、施工任务划分、施工顺序、施工总体方案、“四新”技术、组织机构等的合理性进行评估。评估施工设施、临时设施、临时材料堆放、构件及钢筋加工场地等是否按照浅埋暗挖法施工场地布置原则布置在施工影响区以外、不干扰其它施工;评估施工工艺流程、单项工程施工方法、施工顺序等是否满足施工技术要求;评估施工组织机构、人员配备情况;评估技术准备、施工现场准备及抢险物资准备等的落实情况。评估项目部安全风险管理体系主要包括安全风险组织机构、专职安全管理人员配置、安全生产管理制度、安全生产监督管理措施、安全生产教育情况等是否满足施工组织设计要求。

2.2 施工过程安全风险管理要点

施工过程中抓好两大工序控制, 一是开挖, 二是衬砌。开挖是地铁隧道施工的关键环节。开挖作业要力求减少超挖, 确定隧道或台阶幅员规整, 并尽量采用大断面或较大断面开挖, 以减少对围岩的扰动。其关键是落实“十八字”方针;在各环节中, 管超前和严注浆是关键, 短进尺、强支护和早封闭是核心, 勤量测等是重要辅助手段。施工过程的安全风险管理范围一般为洞内隧道工作面2-3倍洞径。在施工过程中, 规范作业, 优化施工步序, 合理安排工序衔接。具体管理内容包括以下四方面:

(1) 施工开挖面地质安全风险管理。主要包括:第一, 土层性质及稳定性:土质性质及其变化情况;土质密实度、湿度、颜色等性质、分布情况, 与地质勘察及踏勘结果和设计条件的差异情况。第二, 开挖面土体渗漏水情况:渗漏水量、气味、颜色、是否伴有砂土颗粒、发生位置、发展趋势等。第三, 工作面坍塌:坍塌位置、坍塌体大小、发展趋势、塌落原因等。第四, 降水效果:抽降水控制效果、降水井井位、出水量及含沙量、变化情形及持续时间、附近地面沉陷情况等。

(2) 支护结构体系安全风险管理。主要包括:第一, 支护体系施作及时性情况。涉及渗漏水情况:渗漏水量、水质、颜色、气味、是否伴有砂土颗粒、发生位置、发展趋势等;支护体系开裂、变形变化情况:初期支护扭曲变形部位、变形程度、发展趋势、可能后果等, 喷混凝土出现裂缝及剥离长度、位置、宽度、发展趋势、可能后果等, 以及临时支撑脱开:包括发生位置、周边变化、可能后果等。第二, 支护体系施工质量缺陷:涉及初期支护施工缺陷:包括拱架架设缺陷、挂网、喷混凝土施工缺陷;拱架架设缺陷:观察拱架材料、拱架间距, 拼装是否在允许误差内, 挂网、纵向连接筋焊接是否符合要求;挂网、喷混凝土施工缺陷:钢筋网铺设, 喷混凝土工艺流程、一次喷射厚度、网喷支护隧道轮廓尺寸允许偏差等;临时支撑安装拆除缺陷:临时支撑材料、安装时机、螺栓连接、焊接、挂网、连接筋焊接、钢筋结点连接、喷混凝土不符合规定;拆除时机、拆除范围、后续工序等;下台阶及仰拱施工缺陷:是否紧跟工作面等;特殊断面缺陷:包括特大断面、易出现安全风险部位支护结构出现施工缺陷的位置、发展趋势、可能后果等。第三, 支护体系拱背回填情况:拱背是否存在空洞, 空洞有无回填, 回填所用材料是否符合要求, 回填是否密实等。

(3) 周边环境安全风险管理内容。主要包括:第一, 周边建构筑物:建构筑物开裂、剥落, 地下室渗水。第二, 周边既有线路:结构开裂、剥落, 结构渗水, 道床结构开裂, 变形缝开合及错台的发展趋势。第三, 周边道路:地面开裂, 地面沉陷、隆起, 地面冒浆/泡沫。第四, 周边地下管线:管体或接口破损、渗漏, 检查井等附属设施的开裂及进水。周边邻近施工情况。

(4) 特殊施工工序和关键部分管理内容。主要包括:变线段隧道施工, 折返线断面变化多, 工法转换较为频繁, 结构跨度大, 施工较为复杂, 隧道结构的拱顶土体自稳能力差, 而在渡线段, 左右线间的狭窄柱较薄, 在施工的多次扰动下, 极易引起隧道的坍塌, 如何在渡线段施工中顺利的实现工法、断面的转换过渡, 和确保该段结构及狭小土柱的稳定是施工的重点和难点。在这些特殊施工工序或关键部位, 应加强安全风险分析, 并增加巡视频率。

2.3 施工安全风险管理体系

从以下方面加强安全风险管理:第一, 施工人员、设备、应急物资等资源到位情况:是否按照要求组织人员、设备、应急物资等资源到位。第二, 安全防护措施落实情况:作业人员安全防护用品、设施、文明施工等安全保护措施落实情况。第三, 设计文件落实情况:超前支护施作, 开挖支护施作, 交叉施工工序是否满足设计。第四, 施工组织设计及施工专项方案落实情况:土方开挖、出碴、支护结构施作、超前支护施作、注浆、降水等是否满足施工组织设计及施工专项方案要求。第五, 是否存在违章作业情况:即土方开挖、支护结构施作、超前支护施作、临时支撑安装及拆卸、注浆、降水等工序、工艺、工种是否遵守操作规程。第六, 完善应急管理体系:根据工程特点建立统一领导、分级负责的应急组织体系, 制定切实可行的应急方案, 配备必要的应急物资等。第七, 强化作业面的施工过程管控。在每个施工竖井场地配备不少于3名有隧道施工经验的技术管理人员, 保证作业面24小时有技术人员跟班作业, 监督和指导劳务作业人员的施工。

3 结论

通过对地铁隧道工程浅埋暗挖法施工中的安全管理问题及安全管理要点的分析可以看出, 在浅埋暗挖法法的应用中, 要针对工程的设计情况, 从前期准备、施工过程、安全管理体系等方面, 针对不同问题, 采用不同的安全管理措施, 有效控制施工中的安全风险问题, 为施工安全和工程质量提供保障。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.地铁及地下工程建设风险管理指南[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[2]住房与城乡建设部.城市轨道交通地下工程建设风险管理规范[S].GB50652-2011.

[3]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京:科学出版社, 2005.

[4]李作恒.公路工程施工安全事故分析及管理控制[J].石家庄铁道大学学报 (社会科学版) , 2010 (1) :43-45, 93.

[5]刘维庆, 臧耐娟.城市轨道交通项目风险预警体系[J].石家庄铁道大学学报 (社会科学版) , 2012 (2) :9-11, 17.

[6]于少辉.城市地铁浅埋暗挖法施工安全巡视工作要点[J].山西建筑, 2011 (37) :84-86.

[7]谢欣.地铁浅埋暗挖施工地层变形规律的研究[J].铁道建筑, 2011 (12) :54-56.

3.浅埋暗挖法适应性分析 篇三

关键词：地铁车站;浅埋暗挖法;地表沉降

为了对地铁车站使用浅埋暗挖法进行施工而造成的地表沉降进行合理的控制，避免施工造成的地表沉降给地铁车站周围的建筑物和行人造成不利的影响，本文结合工程实例，对砂性土和黏性土互层的地质条件下的由浅埋暗挖法施工而造成的地表沉降规律进行了研究，施工方法会对地表沉降值造成直接的影响。

1.工程实例和研究现状

在地铁车站的施工过程中，周围的地层受到了施工的扰动，从而造成地表沉降槽，并影响周边的建筑物，甚至使其不能正常使用。地表沉降预测是地铁施工前期一项重要的施工环境影响评估工作。本文以某市的地铁5号线、10号线的11个地铁车站工程施工实例为例，该市使用了淺埋暗挖法进行施工，当地的地质条件为砂性土和黏性土互层。

当前国内外对于地铁车站中使用浅埋暗挖法进行施工而造成的地表沉降还没有进行系统的研究，F. Martos曾经以扁平矿洞开采导致的地表沉降统计结果为根据将沉降槽符合高斯分布首次提了出来。而 R. B. Peck以及B. Schmidt等学者又对隧道开挖导致的横向地表沉降槽与高斯分布同样符合进行了证明^[1]。也就是

S_maxexp[-y²/（2i²）]=S

在公式中隧道中线与地表点之间的水平距离用y来表示;距离隧道中线处的地表沉降用S来表示;最大地表沉降用S_max来表示;到地表沉降槽反弯点距离用i来表示，其对沉降槽的形状与范围进行了定义。

通过该公式进行积分能够将沉降槽在隧道掘进方向上单位距离的的体积得出来，也就是

所谓的地层损失率在这里指的是在隧道开挖体积中单位距离内沉降槽体积所占的百分比：

V₁=4V_S/πD₂

其中：地层损失率（%）用V₁来表示;隧道等效直径用D 来表示。

现在在国内外很多对i这个沉降槽曲线反弯点距离进行了大量的研究，R. B. Peck提出隧道埋深和跨度这两者与i 具有十分密切的关系。同时，非常多的学者也将与之相类似的规律发现了出来;比如B.M.New以及M. P.O′Reilly 这两位学者认为与i 有关的只有隧道埋深，而与开挖方法和隧道直径之间并不具备太大的关系。也就是：

i = K z_t

在这个公示中：隧道轴线埋深（m）用z_t来表示;沉降槽宽度参数用K来表示，这些都与施工方法以及地层条件具有密切关系。

B.M.New以及M. P.O′Reilly 这两位学者提出：黏性土选择0.5作为K值，砂性土选择 0.25作为K值。B.M.New，M.P.O′Reilly 以及W. J. Rankin充分的利用了很多现场数据对上述公式的合理性进行了证明。而B. M.New，M.P.O′Reilly以及K.Fujita认为，需要在0.4—0.6的范围内对黏性土 K 值的变化进行控制。W.Yoshikoshi以及R. B. Peck等提出砂性土具有0.25—0.45的 K 值分布范围。

我国有学者通过对延安东路隧道沉降分布规律的总结，提出了“欠地层损失”这个概念提出了出来，并提出了相应的纵向地表沉降修正公式。还有学者通过离心试验和有限元模拟，研究了复杂条件下的地铁施工会造成的地表沉降^[2]。

2.对地铁车站施工的实际调查结果

本文对某市的地铁5号线、10号线的11个地铁车站工程的施工进行了调查研究，该车站主要使用暗挖法和明挖法两种施工方法，主要是对暗挖法对地表沉降对影响进行分析。

在地铁车站浅埋暗挖法施工中，施工水平、埋置深度、施工方法、地层条件都会影响到地表沉降的特征。根据调查显示，使用中洞法和洞桩法进行施工，覆土厚度的范围不超过1倍洞径，具体为5至11米，为浅埋大断面隧道。地层主要有卵石砂砾、黏性土、粉质黏土、粉土、中粗砂和粉细砂^[3]。

在将其中数据不全、遮拦以及测点损坏的测线去除掉之后，从11个地铁车站的有效测线的分析结果来看，地表最大沉降的均值变化在-105至-130米之间。地表沉降值在60毫米之内的地车车站的比例约为70%。造成沉降超过100毫米的原因在于出现了地层空洞和地下水囊等比较复杂的地质条件。

3.地层损失率以及地表沉降槽宽度参数

开挖对地表影响的范围能够在地表沉降槽反弯点距离中很好的反映出来，而开挖扰动地层的程度则能够在地层损失率反映出来。因此这两个参数基本上能够将横向地表沉降

槽的规律确定下来。为了能够有效的进行分析和容积，可以采用等效为圆形隧道的方式对不同形状的隧道进行处理，同时用等效轴线埋深对圆心水平处的埋深进行定义。因为本次调查的车站在都具有相差不大的等效直径，因此无法对其地表沉降槽反弯点的影响进行考虑，二而且在分布范围上等效轴线也表现出比较集中的特点，如果选择i=az_t+b这个公式对其进行拟合，就会由于较少的统计样本而导致偏差过大的情况。通过高斯分布曲线对其实施拟合，能够使程序的精度要求得到充分的满足，并且可以在允许的范围内对拟合误差进行控制，因此说明隧道开挖引起的横向地表沉降槽曲线与高斯分布相符合^[4]。

在具有相同的隧道埋深的情况下，相对于洞法而言，由于洞桩法施工导致的地表沉降槽比较宽，主要是由于扣拱施工以及导洞开挖阶段施工这两个阶段的施工是导致地表沉降的最为主要的原因，而由于后续施工导致的地表沉降则并不是很明显。位于地铁车站主体的两侧的导洞在开挖的过程中都导致出现各自的沉降槽，最终使铁车站开挖对地表产生了较大的影响范围，中洞施工部分是其中中洞法施工引起的地表沉降主要发生点，其在主体结构的中部，具有相对较小的影响范围。

结语

在该地区砂粘土与粘性土互层的特定地质条件下，地铁车站施工会导致覆土厚度小于 1 倍洞径的地表沉降，其主要具有以下的几个特征：①施工方法与沉降槽宽度参数具有十分密切的关系，洞桩法施工车站大约具有 0.61—0.82的 K 值，中洞法具有 0.40—0.65的 K 值;②其中地表沉降值在60毫米之内的地车车站的比例约为70%。造成沉降超过100毫米的原因在于出现了地层空洞和地下水囊等比较复杂的地质条件。其分析的结果将科学的依据提供给了地表沉降控制标准的制定工作;③不同的施工方法会导致不同的地层损失率，比如洞桩法会导致产生0.49%—1.03%的地层损失率，洞桩法会导致产生 0.39%—1.41%的地层损失率。在地铁车站浅埋暗挖法施工中，施工水平、埋置深度、施工方法、地层条件都会影响到地表沉降的特征，可以对地表最大沉降值进行初步的预测，并且将相关依据提供给施工环境的预测。

参考文献：

[1]肖潇，张孟喜，吴惠明，张治国.   多线叠交盾构施工引起土体变形数值模拟分析 [J]. 地下空间与工程学报. 2011（05）

[2]王华伟.   超大直径盾构试掘进施工关键技术研究 [J]. 现代交通技术. 2011（03）

[3]李新志，李术才，李树忱.   浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究 [J]. 岩石力学与工程学报. 2011（S1）

4.浅埋暗挖法适应性分析 篇四

(1)地表沉降测点沿线路方向的布设，通常应沿左右线区间隧道的中线和沿车站中线各布设一行监测点;对于多导洞施工的车站，应在每一导洞中线和整体结构中线的正上方地表各布设一行监测点，监测点的纵向间距可按地表和地中的实际状况在5-30m之间选择，

横向监测断面可按照地表和地中的实际状况确定，车站在2-3个断面、区间在3-5个断面之间选择。每个横向监测断面布置7-11个测点，但其最外点应位于结构外沿不小于I倍埋深处;在特殊地质地段和周围存在重要建(构)筑物时，监测断面间距应加密。横断面上各测点应依据近密远疏的原则布设。

5.浅埋暗挖法适应性分析 篇五

厦门轨道交通1号线诚毅广场站~软件园站区间采用浅埋暗挖法施工, 单线单洞马蹄形断面, 全线设两个竖井。区间由诚毅广场站开始, 线路以1500m半径的曲线向北偏西并行偏转, 途中经西亭隧道、共同沟、沈海高速、集美北大道、规划纬一路后, 线路又以反方向350m半径曲线进入软件园站。区间左线长1085.293m, 右线总长1092.501m, 左、右线间距12~15m。区间线路以28‰的坡度下行至诚毅大街前, 以27.996‰ (右线) /27.76‰ (左线) 上行至软件园站, 在最低点设置一座联络通道及泵站;区间隧道最大埋深约26m, 最小埋深约4m。

2 工程地质情况及设计辅助措施

2.1 地质情况简介

本区间沿线覆盖层主要为第四系全新统人工填土, 全新统冲洪积性黏土及砂层, 淤泥质土, 全新坡积黏土, 残积砂质黏土, 下伏基岩为燕山晚期第二次倾入花岗岩、辉绿岩。

残积层及全、强花岗岩残积层均匀性较差, 强度不一, 开挖时具遇水软化、崩解, 强度急剧降低, 且同一开挖断面上具有上下、左右软硬不均的特点。

区间隧道洞身位于残积层和风化层。全风化岩呈硬塑土状, 局部为可塑状, 强风化岩呈密实砂土夹少量碎石状或角砾土状, 软硬不均。

区间隧道底板位于硬塑状残积砂质黏性土、全风化花岗岩层及散体状强风化花岗岩层。

2.2 水文地质情况简介

根据拟建场地地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于素填土、砂层、残积黏性土中。以孔隙潜水为主, 地下水位埋深0.3~0.5m, 工点范围内地下水均位于设计隧底以上。基岩裂隙水主要赋存于基岩花岗岩风化裂隙中, 工点范围内多位于设计隧底以下, 埋藏较深。

区间范围内砂层富水性好, 为强透水层, 含水量较大;黏性土、残积土及全风化层富水性及透水性较差, 含水量较小, 为相对隔水层。局部地段含水层与相对隔水层交错分布, 因此在区间范围地下水局部具有微承压性。

地下水的补给类型主要为降雨和地表水渗入补给型。该场地范围内地表水发育弱, 第四系孔隙水, 主要由大气降水补给;基岩裂隙水, 主要由赋存于第四系孔隙中的地下水补充。

2.3 施工方法及设计辅助措施

暗挖隧道采用台阶法施工, Ⅵ围岩地段采用环形导坑预留核心土施工, 上台阶开挖后设置临时仰拱;过风险源或富水地层段采用洞内半断面或全断面帷幕止水注浆, 洞外地面跟踪注浆等措施, 沉降控制严格的海翔大道共同沟、沈海高速及集美北大道地段增设大管棚措施。

3 地铁隧道降水的必要性及原因分析

3.1 地质情况提前掌握不准确, 区间地质复杂, 地下水丰富, 洞身范围内砂层富水性好, 含水量较大, 黏性土、残积土及全风化层均匀性较差, 强度不一, 开挖时具遇水软化、崩解, 强度急剧降低, 隧道开挖过程中时常出现涌泥涌砂现象, 施工安全、质量无法保证。

3.2 区间下穿风险源多, 途经海翔大道、鼓楼、带压管线 (中石化、中海油、华润燃气) 、诚毅大街跨线桥、沈海高速、集美北大道。

市政道路及高速公路、带压管线沉降要求严、风险大。洞内经常发生塌方、涌水涌砂、地表风险源安全无法保证, 尤其2号竖井隧道拱顶富水砂层段, 洞内塌方易引起带压管线、沈海高速发生重大安全事故。

3.3 区间洞身范围内孤石成群、拱顶处孤石伴随砂层及残积土, 在动水位扰动下, 拱顶易塌方。

洞内正常注浆止水无法保证孤石背后止水效果, 且地下水压力大, 注浆压力小起不到止水效果, 压力大无法控制地表隆起。

4 降水施工设计方案

对本工程影响较大的地层中的孔隙潜水-微承压水及基岩裂隙水, 采用管井降水治理场地地下水 (孔隙潜水-微承压水及基岩裂隙水) 较为经济合理、施工方便、工艺成熟。

浅埋暗挖法隧道降水的设计思路:针对砂层及花岗岩复合地层, 通过管井降水降低地下水位, 起到泄压作用, 解决花岗岩复合地层中在基岩裂隙水动水位扰动后土体崩解问题。针对残积砂质粘性土通过管井降水进行疏干, 保证施工安全, 提高工效。具体布设如下:

4.1 Dk26+687 (诚毅广场隧道进口) ~Dk27+260 (1#、2#竖井之间桥头) 段:

洞身范围内主要是位于残积层和全强风化层, 主要进行疏干降水。降水井沿隧道走向设置三排, 布置在开挖轮廓线外5m, 纵向间距8m, 孔径Φ168mm、钢质井管、井深50~52m (隧道底板下15m) 。

4.2 Dk27+260 (1#、2#竖井之间桥头) ~Dk27+500 (集美北大道) 段:

洞身范围内主要是位于全强风化层、拱顶为粗砂层, 地下水丰富、地下水补给快, 水压大, 降水目的主要是降低砂层中的微承压水的水位和水压。降水井沿隧道走向设置三排, 布置在开挖轮廓线外5m, 按照“一大一小, 一深一浅”布设, 大井孔径Φ600mm、纵向间距10m、深度25~30m (深入砂层底5m) , 小井孔径Φ168mm、间距10m、深度50~52m (隧道底板下15m) 。

4.3 Dk27+500 (集美北大道) ~Dk27+770 (软件园站)

洞身范围内主要是位于强风化、中风化层, 地下水主要是基岩裂隙水。降水井布置在开挖轮廓线外5m, 纵向间距8m、孔径Φ168mm、钢质井管、井深50~52m。

4.4 沈海高速公路两侧

沈海高速下洞身范围内是全风化层, 孤石层状分布, 洞身上部及拱顶为砂层厚度5m-6m, 地下水丰富, 在动水位及施工扰动下, 易发生涌水涌砂、拱顶坍塌, 且路面不具备设置降水井条件。高速路车流量大, 地面沉降要求高, 是区间最大的风险控制点。降水井沿高速公路坡脚两侧布设两排大口径降水井, 孔径Φ600mm, 两排井间距6m, 左右线开挖轮廓线外5m开始布井, 横向间距8m, 降水井布置线沿高速公路两侧向两端延伸至路基宽度的1.5~2.0倍, 砂层地段采取真空降水, 降低水头压力, 洞内采用WSS注浆止水相结合方案。

5 降水施工取得成效

5.1 区间工期紧, 降水后工效提高数倍

降水前, 诚毅广场左线自2015年7月23日进洞至2016年1月23日, 左线累计开挖完成106.5m, 平均日进度0.59m/d;全线降水后, 自2016年2月25日进洞至2016年3月23日, 左线开挖完成64.4m, 平均日进度2.15m/d, 工效提高3.64倍。残积砂质粘性土、全强风化花岗岩地层降水后效果较好, 隧道日开挖支护达2.5~3m。

5.2 隧道洞内单纯注浆治水工时长, 工效低

隧道内注浆长度每循环为10~12m, 开挖7~9m, 预留3m作为止浆墙。每循环注浆需5昼夜, 开挖8~10昼夜, 且大多一次注浆效果不理想需二次补注浆, 综合开挖进度指标 (含注浆) 为0.3m~0.5m/d, 工效低, 工期无法保证。

5.3 下穿西亭隧道、沈海高速、集美北大道地面不具备设置降水井, 采用道路两侧降水泄压与洞内注浆止水相结合的方案, 止水效果较好, 且注浆造成地表隆起较小, 有利于洞内安全、质量控制及风险源安全管理。

6 施工监测及降水维护

6.1 施工监测:

降水运行前应统测一次井内水位和各井出水量;抽水开始后, 在水位未达到设计降水深度以前, 每天观测三次水位、水量;当水位已达到设计降水深度, 且趋于稳定时, 可每天观测一次;如遇降雨, 观测次数宜每日2~3次;水位、水量观测精度要求符合规范规定;对水位、水量监测记录应及时整理, 绘制水量Q与时间t和水位降深值S与时间t过程曲线图, 分析水位水量下降趋势, 预测设计降水深度要求所需时间;根据水位、水量观测记录, 查明降水过程中的不正常状况及其产生的原因, 及时提出调整补充措施, 确保达到降水深度。

6.2 降水维护:降水期间应对抽水设备和运行状况进行维护检查, 每天检查不应少于3次, 并应观测记录水泵的工作压力、电流、电压、出水等情况, 发现问题及时处理, 使抽水设备始终处在正常运行状态。抽水设备应进行定期检查保养, 如水泵出现故障, 应时更换。经常检查排水管、沟、防止渗漏。应备有发电设备, 当发生停电时, 应及时更换电源, 保持降水连续正常进行, 确保基坑施工安全。

7 结束语

7.1 降水的成败, 降水设计是关键, 降水须由有资质、降水经验的勘察单位进行专业设计, 才能达到降水施工效果。

7.2 选择有资质的专业队伍实施, 可以充分利用其施工技术专家, 及时掌握降水技术参数, 动态调整施工参数并做好降水与注浆的配合, 有利于控制降水施工沉降、周边环境安全。

7.3 针对地质断裂或破碎带、下穿构建筑物、拱顶砂层并夹杂孤石等裂隙水较发育段和岩土分界处宜采用施工降水和洞内双液注浆相结合。

7.4 隧道施工过程中重视监控量测的指导作用, 在降水过程中通过监测数据动态调整, 若降水造成周边环境变化较大, 及时停止抽排, 必要时采取回灌措施。

7.5 隧道开挖前降水需提前实施, 设计要求地下水位必须降低至隧道底板以下1m方可进行隧道开挖施工。

故针对残积砂质粘性土、全强风化花岗岩地层在隧道开挖前15天即进行地下水的抽排, 针对隧道洞身及拱顶砂层段在隧道开挖前30天即进行地下水的抽排, 并设置观测井观测地下水位, 地下水水位达到设计要求后开挖。

参考文献

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽.安徽教育出版社, 2004:10-15.

[2]马立忠.浅埋暗挖法隧道小净距下穿公路隧道施工技术研究[J].铁道建筑技术, 2016 (4) :53-57.

6.地铁隧道浅埋暗挖施工技术分析 篇六

摘要：在我国地铁的建设过程之中，经常会用到浅埋暗挖法施工，其具有着施工难度小，独对地表场地占地少的特点，基于此，本文论述了在地铁车站之中如何应用浅埋暗挖法，并且不断促进其发展。

关键词：地铁隧道；浅埋暗挖；施工

引言

目前，我国各大城市都在大力发展地铁建设，地铁交通具有缓解交通拥堵、环保、安全、节能、运量大、准时等优点，地铁所到之处楼宇兴旺、经济繁荣。随着地铁建设的蓬勃发展，地铁施工技术也处于快速发展的阶段。在地铁施工中，若采用明挖大揭盖的方法，那么往往会对地面商业、交通造成了严重干扰，并会对环境造成破坏，而浅埋暗挖法以处理、加固软弱的地层为前提，在地下施行各种地下暗挖施工的方法，实践证明，施工效果较佳。

1、浅埋暗挖法施工技术概述

所谓浅埋暗挖技术也就是矿山法。在新奥法的基础上进行理论和原理的借鉴，再结合中国具体的工程条件，整合出一套较为完善的修建地铁隧道的理论以及操作方法。该方法和新奥法之间的区别主要在于，该方法更适用于开发城市的松散土介质围岩条件，隧道的直径要小于或者等于隧道埋深，在修建隧道的时候要采用较小的地表沉降。其有着突出的优势，就体现在不对城市交通产生影响，也不产生噪声和污染，且与各种尺寸与断面形式的隧道洞室相适合。可以边挖边浇注是浅埋暗挖技术的特点。

2、浅埋暗挖法工作原理分析

浅埋暗挖法工作原理是在新奥法原理基础上提出了新的信息化量测设计与施工理念，应用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构，以全部承担基本荷载为基准设计初期支护，将二次模筑衬砌作为安全储备，前后两次支护共同承担特殊荷载。在实际施工中，须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针灵活运用这套工法。浅埋暗挖法常用在第四纪软弱地层的地下施工项目上，围岩本身欠缺稳固性，地表沉降极易导致围岩松散、变形。为避免此类现象出现，必须及时、适当地增加初期支护的刚度。在图1所示的特征曲线中，C点距离A点越近越好，距离越近，支护结构的承载力越强，可有效减少围岩的自承载。

图1围岩特征曲线和支护刚度曲线示意图

3、浅埋暗挖新技术在地铁隧道施工中的应用

3.1、施工方法

施工时应根据工程特点、围岩情况、环境要求以及本单位的技术水平等，选择适宜的开挖方法及掘进方式，必要时应通过试验段进行验证。施工中常用台阶法以及分部开挖法。山岭隧道常采用正台阶法；城市及附近地区的一般隧道采用上台阶分部开挖法或短台阶法；大断面的城市或山岭隧道采用中隔墙台阶法、单侧壁导坑法或双侧壁导坑法；城市地铁车站、地下停车场等多跨隧道多采用柱洞法、侧洞法或中洞法。浅埋隧道断面较大时不宜采用全断面开挖胧先采用掘进机或人工开挖。采用爆破开挖时应采用短进尺、弱爆破，必要时要对爆破振动进行监控爆破进尺一般不宜超过1.Om。

3.2、支护方式

施工时支护时间要尽可能提前皮护刚度也应适当加大，除必须选用适当的开挖方法、支护方式及施工工艺外还要对前方围岩条件进行改良及超前支护等，以控制地层沉降变形。支护设计分为三种：初期支护承受全部荷载二次支护（内层衬砌）仅作为安全储备。初期支护与二次支护共同承担荷载初期支护仅作为施工期间的临时支护，二次支护作为主要承载结构。施工时应将结构设计、施工方法及支护方式、辅助施工方法等进行综合研究并经试验段进行验证。在施工过程中根据量测数据不断进行改善。一般地质条件下，初期支护类型由喷、锚、钢架或格构架四种方式而组成不同的结构型式。

3.3、围堰导流

选用暗挖技术建设地铁隧道，既可以确保工程的顺利进行，也可以保证工程的质量，围堰导流就是其中的具体应用。由于该隧道工程受河水流的影响，在施工过程中需要先疏干上、下游围堰之间的存水，这样可以在一定程度上减少隧道拱顶土层的含水量，更加有助于施工，但是这里需要强调的是围堰导流的时间需要在特定的季节完成，最佳方案是在河流枯水期和暗挖隧道开挖前1个月左右施工，这样才可以确保围堰导流发挥其真正的功能，为地铁隧道建设的后期工作打下坚实基础。

双排小导管超前注浆加固在地铁隧道开挖到河道的加固段后，为了保证施工质量，在拱顶需要采用双排小导管超前注浆加固。超前下层小导管采用φ32的小导管，注浆也采用改性水玻璃浆液，至于超前上层小导管也与超前下层小导管相同，采用φ32的小导管，注浆采用超细水泥-水玻璃浆液，注浆加固固结范围外轮廓需要控制在2.0m左右，这样能够保证地铁隧道的安全。

合理控制回填注浆的压力在确定注浆材料后，便需要在一定压力下进行回填注浆，回填注浆需要克服管道阻力以及土体与初期支护之间的空隙阻力，如果注浆压力过大，很容易引起初期的支护变形。在回填注浆时常会采用注浆泵，注浆处的压力需要控制在0.3MPa ～ 0.4MPa，注意不能超过0.5MPa。

3.4、全断面帷幕注浆施工技术

注浆孔成孔。各注浆孔的长度、角度、精确位置可由设计来进行计算，施作注浆孔的顺序应为：先外后内、先上后下，一个注浆孔完成后，那么就要在第一时间内退出钻机，然后再安装注浆管，紧接着二次封闭工作面后再注浆。注浆。后退式分段注浆是最为常见的注浆方式，每完成一次退式分段注浆之前，都要填充加固所有注浆管。为了防止在注浆时出现隆起、裂纹，还应该封闭处理工作面（施行网喷混凝土）。

3.5、初次支衬回填注浆技术

因为混凝土自身质量与喷射混凝土密度所产生的影响，空洞可能于初次支衬与土体之间出现，地面沉降容易产生，从有效控制沉降的目的出发，就要进行灌浆钢管的预埋，梅花型要按照每道3～5 m设置在拱顶和拱脚的两侧。当仰拱成环之后，再开始背后回填灌浆，最好是选择水泥和水玻璃双液浆进行注浆液，可采用间歇式注浆来保证回填的密实度，同时，应交替进行注浆和静压。

3.6二衬施工技术分析

隧道的标准面的确定应采用定型的模板。要以直线段的施工进度和曲线段的半径影响为依据，按9 m+3 m的形式进行模板的设计，当于直线段开展衬砌施工之时，其长度控制在12 m，要进行曲线段施工时，施工应去掉3 m，而采用9 m的长度。其施工步骤具体是：基面处理——仰拱防水层施工——仰拱钢筋的绑扎——仰拱混凝土的浇筑——拱墙防水层的设计——拱墙防水层的绑扎——台车模板——拱部混凝土的浇筑；应用定型钢模板来进行混凝土浇筑仰拱，采用丝杠来连接中间，尽量达到净空。要以施工工序的相关要求为依据，可从两端一次向横通道方向开展二衬的施工，主要目的就是要保证正常开展运输和各个工序的施工。到最后，需要对防水层施工加以注意。应有一道防水层设置在初次支衬和二衬之间，一般應用的防水板应控制的厚度、长度和宽度分别为1.5 mm、3 m，和2 m。同时要把缓冲层留在防水板和初次支衬之间，无纺布要多使用。应于缓冲层做好一定数量暗钉圈的预设，以便能够焊接防水板。

4、结语

地铁作为城市中最为理想的交通方式，是未来城市交通的关键核心，其建设也是城市工程的重要项目。暗挖法技术的应用可以为环境复杂的地铁工程提供可行性，无论是地铁车站还是地下铁路隧道都可以采用暗挖法技术，这样既可以保证地铁施工的安全与质量，也可以控制施工的成本，这从经济角度来看具有积极意义。总之，在地下空间建设过程中，浅埋暗挖技术优势独特，并且与技术集合标准化设计和超前支护技术及新型防水技术有机结合，能够有利于施工质量的提高，也使地铁隧道施工安全有保障。

参考文献：

[1]王富强.城市地铁隧道浅埋暗挖法相关问题分析研究[D].北京交通大学，2010.

[2]郝忠院.地铁隧道浅埋暗挖法施工预加固技术及其应用研究[D].西安科技大学，2014.