1、城市地铁（轨道交通）工程施工特点、主要工法和技术简介（提纲）随着我国城市化进程的大发展，人口百万、数百万，甚至上千万的大城市、特大城市，如雨后春笋般飞快地建立起来。由于地面交通的制约，目前这些大城市已进入地铁建设的高潮。据不完全统计，我国内地已有 36 座城市完成了城市轨道交通的发展规划，近 30 座城市（截至 2011 年底）获国家发改委批准。“十二五”期间要建成投入运营的轨道交通里程达 2500 公里以上，总投资近2 万亿元。我国准予筹建地铁的城市“三条件”：一是人口超 200 万；二是GDP 产值超千亿元；三是财政收入超百亿元。当前，关于地铁施工的教材、讲义、工具书、手册很多很多，估计参
2、与地铁施工的技术人员都或多或少看过。所以，不准备重复教材内容，而根据近十余年涉猎的工程活动、教训、经验来谈点体会，加深大家的认识。同时限于时间，也主要讲一些概念，思路、思维方式、原则等，更详细的论证请参看有关教材、讲义。1 城市轨道交通工程的一般情况简介城市地铁、轻轨和有轨电车等统称城市轨道交通，是相对于城市一般的轮胎式运输，它以轮轨式为其标志。轮轨是广义的，轨道不一定是钢轨，也可以是支承梁。1.1 轨道交通工程的结构型式目前世界上轨道交通工程的结构型式主要有：双轨式；单轨式重庆轻轨为单轨式（轮胎式） ；悬挂式。轨道也有钢轨与轮胎两种。1.2 地铁与轻轨的区别地铁与轻轨的区别主要不在结构上，我
3、们不能望文生义做出判断。两者的区别不是轨道结构的轻重，而主要是以运能来区别。轻轨：具备 1 万人/小时运送能力的为轻轨，表现为列车编组为 12 列。地铁：运量在 4 万人/小时时为地铁，一般编组六列为一组，运送间隔时间短至 23 分钟，也有八列一组。编组形式决定车站站台长度。1.3 城市轨道交通工程的发展简况世界上一般认为，当人口达到 100 万以上城市（我国倾向于为 200 万以上城市）有发展轨道交通的要求，地铁需形式网络才能适应其发展要求。纽约有地铁一千多公里，有些车站为方便换乘可达 89 层之多。2 城市地铁地下线设计和施工的主要特点城市地铁有着其自身固有的、非常明显的、与其它工程不一样
4、的特点。所以，我们进入地铁工程领域要有新的认识，不宜盲目引伸。譬如地铁隧道工程与山岭隧道工程就有很明显的区别。我们进入地铁施工，当然可以引伸一些过去较为熟悉的山岭隧道施工经验。但不明确其不同之处，盲目引用，就会吃亏。这也是本人近二十年地铁工程的深刻体会。为便于了解城市地铁（以下主要是讲地下线、城市地铁并不都是地下线，实际上世界上各国地铁中，地下线占量也不超过 50%）的施工特点，先介绍结构设计的一些基本特点。2.1 地铁平纵面设计特点 地铁大多埋设在地面-20m 以内的中浅层空间，一般不超过 30m：在我国根据产权划分，-10m 上为浅层，-10-30m 为中层，-30m 以下为深层地下空间。
5、 纵断面设计地铁多采用节能坡，即车站位处最高点便于乘客进出，出站下坡靠自重冲刺，到下一站为上坡，减小势能损耗，如图 2.1：35m车 站 35m车 站图 2.1 地铁车站纵断面示意图 线路平面设计特点 在城市核心商业区通行，以满足乘客要求。故与地面交通为立体交叉。 平面线路特性：多为两单线并行隧道，这主要是从换乘方便的角度考虑。车站采用岛式车站，利于换乘。单线隧道断面：A 圆形断面：多用于盾构法施工。 B 马蹄形断面：三心圆断面，曲墙带仰拱。多用于矿山法或浅埋暗挖法施工。r123BH内 轮 廓 5.4 8m外 轮 廓 6 图 2.2 单线隧道圆形及马蹄形断面示意图C 矩形断面：多用于过街隧道或
6、明挖施工隧道图 2.3 单线隧道矩形断面示意图因此，地铁隧道的开挖断面积一般在 3236m 2 左右，属小断面。矿山法大多采用人工或小型机械施工，小型运输车出碴，不适宜使用大型设备，且单方向运输，与二衬无法同时进行。 单线隧道间距一般超过 2D（D 为隧道间净距）左线中心 右线中心图 2.4 单线并行隧道示意图净距不小于 D，可减小隧道的叠加效应；而两线距离不太远，有利于通行商业区和减小对建筑物的干扰。 局部地段（渡线地段）的线路结构设计较为复杂地铁采用单线隧道对造价和施工均较有利。但在线路出岔处或两线交叉线会出现群洞隧道结构，一般有如下形式：A 单洞双线，单线隧道与双线隧道的包络，双线隧道断
7、面积 7585m 2。4 .5m右线中心 左线中心图 2.5 单线双线断面示意图B 并列大小隧道。双线断面隧道与单线断面隧道并列。 1212渡 线 右 线左 线 2-1- 左 线 渡 线 右 线图 2.6 地铁渡线段结构特性C 小净距隧道，即隧道间距小于 D，甚至小于 0.5D 或 0.1D。D 三洞三线隧道，见断面 2-2。 车站设计岛式车站：适用于并行单线隧道，站台宽 510m 。一般车站多为 58m ，与单线隧道间距相适应。换乘量较大的车站如十字交叉换乘站，站台宽较大。侧式车站：与双线隧道配套，站台宽多为 5m，见图，换乘不便，较少采用。左线 右线 站 台车 站图 2.7 地铁车站侧式站
8、台示意图单层车站：为减小造价，过去用的较多，如北京地铁 1#线。双层车站：利于购票、换乘，现多采用双层车站，上层为站厅层，下层为站台层。多层车站：主要是两线互通车站。有正交、斜交、侧式互通等。互通车站多为三层结构，国外有些车站为多线换乘，多层立交（如美国纽约，垂直互通，达 810 层之复） 。2.2 主要地质和环境特点 地铁隧道埋设在地下 30m 以内的中浅层空间，多属于浅埋，具备浅埋隧道的地质特点。根据规定：0.6H/D1.5 为浅埋；H/D0.6 为超浅埋（H拱顶覆土厚；D结构跨度） 。 所处地层多为较弱围岩，甚至回填土、饱和粉细砂层等，施工引起的地层损失极易引起地面下沉或坍塌，并容易发生
9、坍塌冒顶现象。如：i、深圳地铁 6 标段，科学馆至华强北区间。公交车轮陷落到地铁隧道施工引起的路面坍坑内，如下图。 地 铁 施 工 引 起 空 洞薄 层图 2.8 科华区间隧道开挖引起的路面塌陷ii、深圳地铁采用盾构施工的某标段。当盾构转盘被大块孤石卡住，工人开仓进行处理时，前方流塑状淤泥土浸入，引起坍塌，地面出现坍坑。 淤 泥 质 土 坑 坍 塌 盾 构地 面图 2.9 某标段盾构施工引起的路面塌陷 城市繁华区浅层经过人类工程行为的多次破坏，已非原状土，有许多水囊、气囊、球形风化的较弱带或孤石、杂物等，难以探测，其力学性能与土力学的基本原则相去甚远，易瞬间发生重大事故。iii、深圳地铁大剧院
10、至科学馆区间 1#竖井，2003 年 6 月 1 日晚，掌子面突然侵入约 200m3 污泥夹水，并伴有黑色臭味小木块，旋即，整个隧道内水深达1m，半小时后，涌水停止。第二天早上，交警发现车行道边出现空洞，地面发生沉陷。后及时回填 45 车砂石填平压实，未出现恶性事故。iv、深圳、南京多地地铁，原勘探钻孔未予封堵，引起冒水坍塌事故较普遍。最近浏阳河 2#隧道右线掌子面的小坍塌（约 100 余 m3） ，也与钻探孔侵水有关。v、南京地铁 2 号线 TA08 标两次坍塌，均由于不明土水混合物侵入造成。其中第一次发生煤气管爆炸，18 层楼房门面被严重熏黑。 +58+5089+483受 爆 破 引 起初
11、 支 坍 塌约 1-m泥 土 夹 水 浸 入近 403泥 土 夹 水浸 入约 10m3图 2.10 南京地铁 2 号线 TA08 标发生的煤气管爆炸类似小坍塌和涌泥在该标段施工中，至少发生过三起（除上述两次以外） ，在第二次坍塌事故的事故原因评审中，工程院士王梦恕为首的专家组认为这主要是受长期形成的软化水囊造成，原自然地质事故。这种地质情况，现有的探测手段无法发现，只能加强工程技术措施，减小其灾害程度。vi、北京地铁施工引起三环地面出现通天坍塌，地铁涌泥水数千方，地面出现陷坑。vii、广州荔湾区珠江大桥车面桥墩由于地铁施工引起路面和绿化带坍塌超100m2，形成一个深达 10 余米的大坑，事故车
12、造成人员伤亡或车辆损坏。 城市地下管线密布，纵横交错，给地铁施工带来许多意料不到的问题。如： 水管（上水或下水管）渗漏，形成水囊或较弱带，引起坍塌。 地下管线埋设施工时，回填不密实，长期施工中下沉或坍塌。 施工中对管线保护不足，引起管线破坏甚至爆炸大事故。viii、深圳地铁某局（16 局）在深南路施工中，对煤气管保护不够重视，引起两次煤气管爆破，死 2 人、伤多人，经济损失达千余万，局长、书记、处长、项目经理全受处分，并每人罚款十万元。ix、南京地铁 TA08 标的第一次爆炸就是由于地面下沉，造成供水管（各区）破坏，冲出的有压水引起地面严重下沉，致使煤气管开裂、爆炸，继面引起地面更大坍塌和初支
13、被爆炸坍塌，大量泥水（达 4000m3）浸入隧道，幸事故发生在早上 5:306:00，未造成人员伤亡，但近处 18 层大楼居民受火灾影响，损失数千万元。 管线影响施工车站围护结构如钻孔桩、连续墙受管线迁改影响，无法闭合，影响开挖。 地下水对施工影响非常大，许多地段位处河海沉积带，地下水与江河、湖泊有水力联系，随气候及地表降水而变化，极易引发施工事故。 地下水位的突变，有时可能突破原有的平衡状态，引发冒水突泥事故。 地下工程无法自然排水，工程的防水要求（较山岭隧道）更高。x、广州白云区一居民区突然发生数栋二三层民房下沉，最大下沉近34m，陷入地面下。后寻找原因，是近处正在进行的钻孔桩施工，采用冲
14、击钻方式，引起石灰岩地区坑坑土水压力的失衡，招致产生的地质灾害。xi、武广高铁金沙洲隧道出口段采用明挖和暗挖施工，由于大量抽地下水，引致距隧道横距近 300400m 的一小学校数栋教学楼（二层）开裂严重，门窗变形。后分析是失水导致水土平衡丧失引起。佛山市政府以此致函铁道部，要求赔偿上亿元。xii、广州地铁杨箕站东端位处珠江沉积砂层，砂层厚度大，与珠江河水有水力联系。车站围护结构采用钻孔桩+旋喷桩。基坑开挖至接近基底，忽从两桩间孔隙出现严重翻砂，涌入泥砂近 500 余方，并引起地面塌陷，后采用砂袋反压回填、背后注浆、回填混凝土等技术措施进行了处理。xiii、广州地铁杨体区间一段隧道位处沉积砂层地
15、段，隧道建成并铺轨，即将开通。隧底突然受地下水压冲压破裂，江水突入，区间车站受淹，突水口约数百平方厘米。xiv、广州地铁赤岗以东区间采用明挖法施工，该段位处珠江河畔，长年受潮夕影响。由于暴雨后围护结构突然失稳冒泥、坍塌，两行人连带摩托车随之跌入深坑失踪。 施工中开挖和抽水引起地下水流失严重，地面下沉，房屋倒塌，路面开裂。xv、广州金沙洲隧道 2007 年 4 月 28 日，开挖工作面左侧冒水引发前面约100m 范围内地面下沉，工地试验用房开裂，继而下沉，其后，公路涵洞倾斜，路面下沉开裂，附近垃圾站房屋开裂。至 9 月，因连续出现房屋下沉开裂，而停止抽水，停工达 3 个月。后采用在地面进行注浆，
16、 打旋喷桩、搅拌桩加固等方法进行处理。 地下水渗流软化围岩，引起局部坍塌xvi、浏阳河隧道进口左侧一水塘，塘底交于隧道拱顶约 4m。隧道掌子面掘进到附近，出现渗流，小坍塌。采取将水塘放水排干后，才继续逐榀开挖。2.3 环境特点 穿越城市繁华经济区，与车道交叉为提高疏散能力，地铁主线大多沿主干道路面下穿行。在大城市繁华区施工，干涉与困难较多，也容易引发多种事故。xvii、某地铁项目施工，临街砌以围墙，因场地狭窄，小量砂石料堆于围墙边缘，汽车倒车挤压引起围墙倒塌，压死两名行人。xviii、某地铁工地，大型吊车机臂坠落，砸死围墙外两名行人。 地铁工程一般要进行详细的交通疏解设计，减小干扰。 地铁穿越
17、商业区和居民区，施工容易引起重大建筑物损坏。ixx、广州地铁海珠广场站深基坑开挖，支护结构内基底不稳破坏，引起近处一幢六层楼房突然下沉坍塌。此前 90 年代初期，上海广东路地段也发生过深基坑破坏、汽车跌入基坑内事故。地铁施工，房屋下沉开裂，特别是附属结构，临街建筑开裂更比比皆是。 管线的下沉破坏 优美的自然人居环境，对施工提出更高的环保要求。施工中的许多地面技术措施都受到限制使用。 在人口密集位置施工，任何微小的不良影响，干扰都可能扩散酿成大祸；同时任意的传播也非常快。因此，地铁工程施工是高风险行业。有幸进入这一领域的人们，必须有足够的认识，足够的重视，足够的思想准备，否则请他们另进它门。2.
18、4 结构（体系）常需进行转换，转换过程中的稳定问题容易招致重大事故地下结构工程一般需要开挖（掘进）围岩土，临时的支护或支撑体系向正式的体系转换的力学关系较为复杂，常出现的稳定问题（结构的稳定与围岩的稳定）极为重要，要采取足够的工程措施确保安全。xx、广州地铁某站位处淤泥沉积土中，采用地下连续墙（800mm 厚）作为围护结构，设置三道钢支撑，土方开挖至第三道支撑后，地连墙顶部外倾，由于每一道钢支撑未加吊挂牢固，坠落并砸下第二道钢支撑，围护结构变形严重，地面开裂下陷（图 2-11） 。后采取紧急措施，未造成重大事故。 设 计 基 底 标 高变 形第 一 层 钢 支 撑 坠 落被 第 一 层 钢 支
19、 撑 锤 击 坠 落 土 水 压 力图 2-11 钢支撑坠落引起事故示意图xxi、合肥百货大楼过街人行通道，采用矩形断面，暗挖法施工。初期支护加设两道临时中隔墙见图 2-12 b（B 约为 12m） 。隧道掘进完成初支后，进行二次钢筋混凝土衬砌施工时，同时把两道中隔墙拆除（拆除长度约 6m） ，隧道即发生坍塌，地面出现空洞，幸未有人车坠落。究其原因，是原设计未对二衬施工提出恰当的方法，正确的方法应是二衬分两或三次进行，并须加临时竖撑，要增加 12 道施工缝，这种断面隧道，B 较大时，应增设中隔墙或中柱，但又不利于人行道的通行，说明设计者没有充分考虑。结构转换事故的主要原因当属设计考虑不周。aH
20、cc中 隔 墙c为 30m喷 砼 加 格 栅 钢 架a 隧 道 设 计 断 面 b 初 支 断 面 初 支c 二 衬 过 程 第 一 次 二 衬临 时 钢 支 撑bBb图 2-12 合肥过街通道暗挖隧道坍塌示意图3 地铁车站深基坑施工关键技术简介地铁车站是乘客进出地铁或从一条地铁转换到另一条地铁的通道。由所处地形、地貌、环境、地质条件和乘客换乘量等的不同，可以设计出各种不同结构类型的地下建筑物，其施工方法也是缤纷多彩。别出心裁的设计与施工方法堪称一门艺术，但综合分析，其主要方法及关键技术可归纳如下：3.1 地下车站的主要施工工法地下车站施工工法可归纳为三种类型，即明挖法、暗挖法和盖挖法。3.1
21、.1 明挖法地铁车站多采用明挖法施工，概因其施工技术较简易，成本较低，对各种地质条件适应强。缺点是深基坑的变形危及环境和建筑物；对自然景观破坏较大；影响地面交通的范围和时间较长，对居民的生活干扰大。明挖地铁车站的关键是深基坑的稳定性。因此，围护结构的选择与设计、基坑开挖及构筑物的配套施工等至关重要，下面叙述较多。3.1.2 暗挖法在较为稳定的地层条件下，位于繁华市区的地铁车站会考虑采用暗挖法施工，其工法简见图 3-1。这种施工工法亦称“ 洞桩法 ”。先行开挖的小导洞可以是 4 个，也可为 5 个，甚至为 6 个；在洞内施工的围护桩，有钻孔桩，也有挖孔桩。一般施工技术难度大，对周边围岩扰动大。在
22、围岩稳定性较好的地层可以采用。在硬岩地质条件下，也可采用大断面单洞室的结构。图 3-2，为开挖宽达27m 的大断面车站。图 3-2(b)为采用大拱脚的单孔大断面车站。两结构的施工工法略有不同。针对不同的地质条件，国内外还设计了很多各具特色的地下车站结构。采用暗挖法的施工步骤和加固形式也大不同，因时间原因，在此不一一阐述。暗挖法施工的优点是对地面交通和居民生活干扰小，缺点是施工技术难度大，一般造价较高，条件是围岩的稳定性好，地下水渗流不大。3.1.3 盖挖法盖挖法是指在完成围护结构施工后，先在基坑上建成一个封闭的交通承载系统（俗称即为“ 盖” ） ，然后在恢复交通的 “盖”子覆盖下，进行土石方开
23、挖及建造车站主体结构，根据主体结构的建造顺序，可划分为盖挖顺作法、盖挖逆作法和盖挖半逆作法，以下分别介绍如下：图 3-1 暗挖施工工序图(a) 大跨度单洞室地下车站结构 (b) 大拱脚单洞室地铁车站图 3-2 硬岩单洞室大断面车站结构图3.1.3.1 盖挖顺作法在基坑顶修筑桥面系统恢复地面交通下，开挖基坑土方。分层开挖分层支撑后，由下至上按常规施工方法建造车站主体结构。桥面系统的结构形式也是多样的，如采用三跨的普通型钢结构，桥面系统的建造要分五次围挡才能建成，拆除须分三次围挡。见 3-3。如果采用大跨单跨桁架梁结构桥面系统，见图 3-4图 3-7，采用四次围挡可建成桥面系统，拆除桥面系统则须二
24、次围挡可完成。图 3.3 盖挖顺作法施工工序图图 3-4 第一次围挡及交通疏解示意图27m27图 3-5 第二次围挡及交通疏解示意图图 3-6 第三次围挡及交通疏解示意图图 3-7 第四次围挡及交通疏解示意图从上可见，采用大跨单跨系统，基坑内无钢立杆，利于土方开挖与主体钢筋混凝土结构的施工。因此，大多采用后一种方法。盖挖顺作法对地面交通和居民的影响范围较小、时间短，经过几次的局部围挡封闭，建成桥面系统后，基坑的开挖和主体结构施工不再影响地面交通。但顺作法在封闭的结构内进行，土方开挖和建筑材料（包括钢支撑）均存在流通的困难，在设备和机具配置上要有适当的安排。3.1.3.2 盖挖逆作法盖挖逆作法指
25、的是主体结构的浇注与常规由下而上的施工是相反的，即主体结构图由上而下进行：土方开挖至第二层结构中板位置后，即浇灌中板、开挖至底板后浇注，然后分层浇注侧墙。盖挖逆作法无须另行安装钢支撑。在土方开挖过程中，结构的支撑及时、变形小。在建筑密集的地段施工，该工法对周边建筑物的影响较小。但施工空间狭窄，出土和进料通道缺乏，供应困难；在含水量丰富的地层，尤为困难。且主体混凝土结构接缝多，容易漏水，工程成本较大。从施工角度看，盖挖逆作法的难点（或说关键技术）是：主体结构立柱的施工精度要求高（达到 1左右） ，所以在地质条件较好的情况（框架）结构立柱采用挖孔桩施工，立柱的柱脚精度能予保证。如地质条件不容许，立
26、柱的基础与柱的安装采用插入法。即基础（框架结构底板以下桩基）采用大直径的钻孔桩，而结构立柱采用插入法。解决了钻孔桩基垂直度误差较大（1%左右） ，而结构立柱柱脚误差不容许超标的难题。一般立柱采用钢立柱（圆钢管或十字形钢柱） ，为保证插入精度，在地面设支架控制，通过支架的水平调整而控制插入点的精确度，见图 。3.1.3.3 盖挖半逆作法盖挖半逆作法是把车站结构顶板先浇注完毕，再恢复路面系统以及进行主体结构施工，简见图 3-8，减小了临时桥面系统的安装与拆除工序。3.1.3.4 半盖挖法当地铁明挖车站传位处闹市区，基坑两侧紧靠邻建筑物或城市主干道时，施工场地无法在坑侧建立。如果地质条件差，坑内土质
27、松软和含水量大，基坑内挖土和主体施工会带来巨大困难。可考虑采用半盖挖法，即在基坑一侧（或两侧）设以临时的栈桥或走道，见图 3-9。半盖挖法的栈桥坡道作为基坑开挖和运输的承载结构，其强度、刚度、稳定性设计须结合工况认真进行计算和设计。特别侧向的水平力须结合土方开挖的工况适当确定。临时栈桥立柱设计也须详细考虑各种工况（不详述） 。3.1.3.5 盖挖法施工关键技术和注意事项 临时路面系统的设计优化和快速安装优化临时路面系统的结构设计，减小与基坑其他工序的干扰，减小用钢量和系统重量，对成本是具有重要意义的。而且结构要便于快速安装、快速拆除。使用常备的杆件如军用梁、贝雷梁、万能杆件等，具有可周转性、节
28、省成本，也便于安拆。图 3-8 盖挖半逆作法施工工序及交通疏解构 筑 物 或行 车 道 围 挡 格 构 柱 构 筑 物 或行 车 道 围 挡图 3-9 半盖挖法施工示意图 路面系统的养护、维修盖挖顺作法的基坑土方开挖和主体结构施工，均在桥（路）面系统的覆盖下进行。因此，路面系统的安全承载至关重要，要确保结构各部连接可靠，完好无损。并建立定期的检查、养护、维修制度，及时修复和加固，确保安全。 机械配置盖挖施工供料通道受限，垂直运输和纵向、横向搬运困难，需合理配置机械。在盖挖顺作法施工的车站，如图 3-10 所示。利用桥面系统布置的走行桁吊，承担钢支撑的运输与安装，较好地解决了模板、钢筋及其它材料
29、的运输问题。图 3-10 施工走行龙门吊示意图 土方开挖的布置和出土供料通道在全盖挖车站的深基坑内土方开挖和钢支撑安装相互干扰大，要根据结构的稳定条件精心布置。图 3-11 介绍了站厅层土方开挖的安排，图 3-12 介绍了站台厅土方开挖的安排，图 3-13 介绍了出土和材料供应的循环通道。 排水与通风对全盖挖的车站结构，无水作业的条件主要是建立在地层的地质条件上。所以要求所处地层含水量极小或可用降水法疏平的地层，局部的水流经排水井排至地面。通风要按计算确定。具体运作时，可采用分区开挖方式，分区排水、分区通风的模式。 局部盖挖根据所处环境、交通等条件，采用局部盖挖更合理、更易于操作，在此不详述。
30、图 3-11 站厅层土方开挖示意图图 3-12 站台厅土方开挖示意图图 3-13 土石方开挖与主体施工的出土和材料供应循环3.2 围护结构明挖基坑的第一关键是围护结构的选择和设计，这与工程的安全、质量、工期、成本、环保都密切相关的。围护通常应包括支撑，支撑和围护桩（桩板墙）形成的稳定结构是基坑的防护屏障。根据统计，地铁车站工程的事故有一半以上都是出在围护结构的问题上。3.2.1 围护结构的类型 放坡开挖，坡率按稳定边坡要求，如开挖深度较大，可分级开挖、设边坡平台。设排水沟、截水沟等排水设施，见图（略） ，直面保护可用喷锚支护。 土钉墙，图略。 锚杆墙或锚索挡墙，图略。 桩板墙结构钻孔咬合桩：人
31、工挖孔桩（桩芯咬合） 连续式桩板墙结构钢板桩咬合钢管桩间隔钻孔桩+旋喷桩 非连续式桩板墙结构一排间隔钻孔桩+一排咬合旋喷桩 地下连续墙一般幅宽 6m，采用锁口管接头或工字钢接头（略） 。 冻结墙3.2.2 支撑 钢支撑（略） 钢筋混凝土支撑，一般置于第一层（顶层）与围护结构形成刚性连接，利于基坑的稳定（略） 。 锚索支撑（略）3.2.3 基底加固在软土基底加固的目的是确保基坑的稳定性，防止出现隆起或管涌。加固方式： 满堂加固 墙趾加固 抽条加固3.2.4 围护结构和基坑的稳定性分析3.2.4.1 基坑开挖过程中的破坏模式12基坑开挖中发生的破坏一般有三种情况： 未按设计及时支撑 如在垂直方向开
32、挖到第二层支撑时，还未进行第一层支撑的安装，围护墙被折断破坏。 在水平顺着基坑长方向支撑未安装，引起破坏，其基本原因其实与相同，即在垂直方向未进行支撑安装。 桩板墙间隙涌水冒泥在含水量较大的地层，桩板墙间的空间未及时封闭，极易产生涌泥涌水，引起附近地面严重下沉，但一般不会引起桩板墙结构本身的破坏。 支撑坠落在基坑开挖过程中，在土水压力作用下，桩板墙结构的变形多样化的。如在基坑土开挖至 A 标高时，第一层支撑，可能承受压力。当开挖至 B 标高时，第一层支撑可能承受拉力。如时未采取恰当措施，第一层钢支撑可能坠落，甚至会砸落第二层钢支撑，引起事故。多层支撑的深基坑，类似的风险更大，出现的事故亦较多。
33、 均 布 荷 载 abcA水 压 力 土 压 力图 3-14 支撑坠落示意图3.2.4.2 基坑的破坏模式通常至少有以下四种模式： 桩板墙位置过大 l234x1图 3-15 桩板墙位置过大破坏模式 支撑变形或破坏图 3-16 支撑变形破坏模式 底部隆起图 3-17 底部隆起破坏模式 管涌 地 下 水地 下 水图 3-18 管涌破坏模式3.2.5 围护结构的强度和变形分析（计算）这方面的介绍已很多，一般可采用计算软件（如同济大学“启明星” 等）进行详细分析。 （略）3.2.6 隆起与管涌隆起与管涌实际是基坑底部失稳破坏，失稳破坏可以是瞬间的。其产生的能量巨大，后果十分严重，如：加拿大魁北克大桥仅
34、由一根压杆的失稳就招致全桥跨塌，引起工程界的极大重视。如图 3-20 所示，在软塑性土层中，基坑开挖深度 H，宽度 B。hHP PqBqd11破 坏 面 基 坑 底 标 高90硬 层 B2图 3-19 隆起与管涌失稳破坏示意图研究表明：桩板墙埋入到坑底以下的部分承受的压力 P 当 h0.7B当 时)4.1(7.0cHp 3Bd当 时5d由此产生的安全系数是 qHcNsFC.式中 为承载系数，为一与基坑开挖长度和宽度相关的系数；土的内聚力；c基坑开挖深度；土容重；超载；q安全系数。sF. 当 h0.7B，表明基坑下层即硬层限制了塑性区的形式，大大减小了隆起失稳的趋势。 qHcNsCD1.式中 承
35、载系数，与 和 相关的系数；21cBH软土的内聚力；1c下层软土的内聚力。2从上述分析可知，基底失稳的安全系数主要与基坑土的性质有关。为提高软土基坑基底稳定性，从以上分析可知，有如下途径： 加深桩板墙打入深度，限制软土塑性区的形成。 基坑基底土质改良，提高软土的内聚力和内摩擦角。 Peck 指出，按上述分析，当基坑底下存在着深厚的软塑或流塑软土时，把板桩打入得再深，甚至打入硬土层，仍难以避免发生软土涌入和基底隆起，（注意当 ， 即为 “水”时，涌水是不可避免的） ，也即是说在软流塑0c土层尽量避免深基坑开挖。4 杭州地铁湘湖站北 2 基坑失稳的简略过程、原因分析和教训（基于不须言明的原因，本节
36、内容不涉及当事各方，也不便详细论证，有关数据也不予详细核定和确认，并请不要外传。 ）4.1 工程简介杭州地铁 1#线湘湖站为中间站，站内设渡线（停车线） ，长度较大，达 600余米。由于跨越道路邻近居民区和庙宇等，分成 6 个小基坑。出事的是北端 2#基坑，长约 100 余米，两端设有围护桩，因此也可看作独立的一个基坑。标准断面如图 4-1。环境和地质特点是： 本基坑位处原湖泊回填区，即所谓“湘湖”内，地层基本为淤泥，可塑流动状，兼略有臭味。经验判断，部分流塑状淤泥内摩擦角极低，认为可低至左右。106 按线路方向，右侧为小学生，设有操场，临近基坑已僻为城市道路。由于修建地铁，交通流量变化，本道
37、路已成为杭州城区至萧山的主干道。车流密集，大型货车、载人客车较多。 小 溪格 构 柱双 向 四 车 道 道 路小 学 教 学 楼小 学 操 场 23 7m自 关 结 工 钢 80m厚 地 连 墙1.0钻 孔 桩l=23mh=0.75H.8=179m右 侧 左 侧图 4-1 杭州湘湖站标准横断面示意图 基坑围护结构为 800mm 厚地下连续墙，设三层（局部即端头井为四层）609 钢支撑。因基坑较宽，为防止钢支撑中部下挠过大和减少其长细比（） 。基坑中央设格构柱（槽钢组成的压杆） ，基础为 =1.0m 钻孔桩，钻il/孔桩深入基底以下达 2030m。 因基底土质较差，原设计要求对基底进行抽条加固！
38、另需说明的是，根据合同规定，围护结构设计总价由施工单位包干。4.2 基坑开挖主要过程及发生的变化北 2 基坑作为一个独立封闭的小基坑，围护结构完成后即进入基坑开挖施工，采用坑内小型挖掘机开挖倒翻，坑侧大型挖掘机再转运到地面出土方式。主要过程和问题要点如下： 根据原设计，基坑开挖前，应对基底土壤进行抽条加固。但施工单位认为成本高，且延误工期，提出采用降水的措施对基底进行加固。遂请某高校进行分析研究，提出降水加固措施，要求基坑开挖前把地下水降至基底以下 5m，降水完成后 40 天才开始进行基坑开挖。施工单位为此邀请设计、业主、监理甲方商讨研究，同意了这一变更，并附有“会议纪要” 。点评：事实上，由
39、于流塑状淤泥质土壤的渗透系数很小，一般的井点降水难以奏效。而且须在降水的措施达到标准后 40 天才开始挖土，椐和工期均不容易。这一措施不具可操作性。施工单位也未认真研究实施方案以及试验、监测方案。 地铁软弱土层基坑要求“分段开挖（每段长度不宜过大） ，先撑后挖，挖土与基底封闭和结构混凝土浇注成流水作业顺序进行” 。实际施工中挖土与底板混凝土浇注（主体结构浇注）不相关，各行安排。挖土过快，土方挖至第三、四层后，两台小型挖掘机在坑底进行转运挖土。至事故当天（11 月 15 日） ，基坑（长近百米）已剩余南侧约 2030m 的第四层土方未开挖，其余已接近或达到标高。其中基坑北端端头井处已完成底板混凝
40、土浇注，正在清理第二浇注段的基底和“防迷流接地措施” ，由于基坑内主体结构混凝土浇注、清基、挖基及加固工作全面展开。据说，坑内有近百人在施工（注：一般常规情况下所没有或“罕见”的） 。据了解，基坑开挖中围护结构变形较大： 基坑第二、三层钢支撑轴力大。项目有关人员为此在第三、四道支撑局部采用双撑（即两根 609 钢管） 。 围护墙变形较大，测斜过大。由于担心甲方和监理阻止施工，曾非常错误地擅自修改量测数据。 坑右侧（西侧）的道路行车密度大，路面多次下沉、开裂、变形，为此道路多次整修。曾多次口头和书面敦请早该注意，但未能引起重视（但未有最大下沉数据） 。4.3 事故发生过程的简略说明（注：本人当时
41、并不在现场，出现的细节未能真实说明，只能从结构垮塌的力学变化上作说明。 ）2008 年 11 月 15 日下午，北 2 基坑突然底部失稳涌塌，主要特征是： 右侧小 溪小 学 教 学 楼小 学 操 场 地 连 墙 纵 向 拉 裂 ，局 部 下 沉 2 3m可 见 土 体 滑 动 面 外 露行 车 路 面 下 伏 0 6米泡 抬 停 留 等 待 红 灯 的 车 辆地 连 墙 （ 80cm厚 ） 断 裂 成 2 4节墙 内 钢 筋 局 部 拉 断 或 拉 出 砼 外 约 2m格 构 柱 顶 平 移 近 6 7米钢 支 撑 全 部 跳 起 成 垂 直 倾 斜 状溪 水 涌 向 基 坑图 4-2 杭州湘
42、湖站垮塌示意图4.4 教训5 城市地铁隧道施工技术简论5.1 地铁隧道的主要施工方法明挖法、盾构法、暗挖法（主要是浅埋暗挖法，因地铁隧道在中、浅层空间通过）比较三种方法特点：明挖法受限于环境条件较多，施工比较容易，安全度大，此外，明挖一般造价高。盾构安全性高，速度快，但配套设备多，单价高，主要适用于闹市区。浅埋暗挖法介于明挖法和盾构法之间，在地质条件较好，建筑物受影响较小的地方采用。5.2 竖井及横通道施工（已讲过）5.3 浅埋暗挖法的主要工法 工法的选用主要原则A 根据地质，判断围岩的自稳能力，必要时进行试验确定。B 减小开挖跨度，缩小断面。C 加快封闭，在围岩自稳的时间内完成初支封闭。 全
43、断面法：适用于 III 级以上围岩，围岩自稳条件好，掌子面前方及洞身稳定。 台阶法：A 上、下台阶（加临时仰拱或不加临时仰拱）B 三台阶C 环形开挖，预留核心土（地质条件很差，加临时仰拱） 中隔壁法 CD 交叉中隔壁法 CRD 双侧壁导坑法 中洞法（双中洞法） 多洞法其中，多用于单线隧道；多用于双线隧道；用于双洞或三洞隧道；用于宽断面通道最大达 27m。43218765双侧壁导坑法开挖顺序 中洞法图 5-1 浅埋暗挖工法示意图5.4 浅埋暗挖隧道掘进的超前预加固技术5.4.1 地铁隧道超前预加固的目的城市地铁在城市浅层地下通过（一般在 20m 以内的浅层地下空间） ，故多穿越软弱围岩，大多为第
44、四系地层，围岩较弱，含水量丰富。为防止隧道在开挖时引起坍塌或超量下沉，破坏或损害地面建筑，许多情况下都需先行改良土体或加固围岩。从加固的空间位置来划分：可分为洞内加固和地面（或洞外）加固两种。两种方法的优缺点很明显。洞内加固，与掘进同时或相间进行，空间面积小，相互干扰大，优点是对地面交通和居民的影响小，污染小。地面（洞外）加固，实施空间大，施工条件好，但对城市生活扰动大，污染大，加固的费用大，效果差。5.4.2 洞内超前预加固技术5.4.2.1 小导管注浆技术（单层与双层）导管 4246；注浆孔 35m；注浆压力 0.5 1.0MPa；间距3040cm；双层间距 20cm。两种方法：长管注浆：
45、小导管长 3.5m，每隔 2m 进行一次插打及注浆，搭接 2.5m；短管注浆：每榀一注浆，长度 11.5m。5.4.2.2 管棚超前预加固技术 管棚插打方法A 斜向上插打（见图）B 水平插打（见图）两种方法比较如表 5-1 所示：表 5-1 斜向上插打与水平插打法比较比较项目 斜向上插打 水平插打适用直径 98108 108114，300效果因斜向上，部分管棚在开挖断面内，推进时要切割，而尾端翘上，其与开挖轮廓线间土体容易塌落，因此效果较差水平插打，形成一个钢管而成的棚，如果注浆工艺做的好，这个“棚”形成密封的有一定厚度的棚，效果好插打方法 容易，但方法控制困难，效果差 需建管棚工作室和套拱（
46、定位墙） ，管棚钻进有导向管，控制方向准确，效果好长度及搭接 管棚长 13m 或 20m，搭接长度一般为管棚长度的 3040% 管棚长度大，可达 4080m，搭接 5m即可材料消耗 消耗大 省 加密超大直径管棚管棚的作用主要是防止掌子面开挖引起的坍塌，对控制地面下沉，则主要取决于其直径的大小。因此，对于大断面隧道，或穿越重要构筑物（高速公路、铁路、重要建筑）的较弱围岩隧道，采用大直径管棚，一般有：A 159 管棚，间距 25cm（见图）B 300 钢管密布， 采用顶进或钻进。C 特殊大型管构技术（韩国工法）5.4.3 水平旋喷桩加固技术见深圳地铁图5.4.4 深孔注浆技术图介绍塑料管袖阀管5.
47、4.5 全断面注浆技术图5.4.6 其它超前预加固技术A 冻结法B 化学注浆法以上介绍六种方法，其技术难易程度和普遍性是按顺序而变的，小导管注浆的技术难易程度小，普遍使用，也可以说是浅埋暗挖隧道界的基本功，也是其它方法的补充，例如采用管棚法仍需辅以小导管注浆补充。小导管注浆是最普遍使用，最容易出效果，也最经济的，但也是最难做好的，希望大家重视它，用好它，取得更好的成功。5.4.7 地面超前预加固技术5.4.7.1 地面降水如图：断面设 2 排或 3 排降水孔ca降 水 位 线左 线 隧 道右 线 隧 道6m降 水 孔图 5-2 地面降水示意图直径 600 左右，间距 a=8m、10m、20m。
48、降水要根据地下水性质，区别对待潜水和承压水，并经计算和试验确定管井数量、间距、排水泵功能等。降水主要适用于砂层。砂层失水后，其自稳性大大增加，辅以小导管注浆，可取的较好的效果。5.4.7.2 旋喷桩或搅拌桩注浆改良（加固）土体 a26m1注浆加固图 5-3 旋喷桩或搅拌桩注浆改良（加固）示意图一般搅拌桩单价低，适用于软土层，旋喷桩效果好，对砂、土层必须用旋喷桩。5.4.7.3 其它地面加固方法：劈裂注浆、化学注浆5.5 地铁隧道施工的主要原则5.6 地铁隧道施工地面下沉的机理及分析 沉 降 收 敛 区 沉 降 稳 定 区2034560120前 期 沉 降 区 急 剧 沉 降 区 开 挖 距 测 点 A距 离 (L/D)A沉 降 S图 5-4 纵向开挖引起地面沉降示意图
