一建市政教材解讀：1K413012 地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)與施工方法

　　【摘要】環(huán)球網(wǎng)校一級建造師頻道為您提供一級建造師考試必備的復(fù)習(xí)資料和試題，供考生復(fù)習(xí)備考之用，本文為一建市政教材解讀：1K413012  地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)與施工方法，是考生必須要熟記和掌握的重點內(nèi)容。2015年的一級建造師考試將于9月19日至20日舉行，環(huán)球網(wǎng)校在此提醒廣大考生做好復(fù)習(xí)備考。祝廣大考生順利通過一級建造師考試！

　　1K413012 地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)與施工方法

　　一、不同方法施工地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)形式

　　(一)明挖法施工隧道

　　在場地開闊、建筑物稀少、交通及環(huán)境允許的地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先采用施工速度快、造價較低的明挖法施工。明挖法施工的地下鐵道區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)通常采用矩形斷面，一般為整體澆筑或裝配式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是其內(nèi)輪廓與地下鐵道建筑限界接近，內(nèi)部凈空可以得到充分利用，結(jié)構(gòu)受力合理，頂板上便于敷設(shè)城市地下管網(wǎng)和設(shè)施。

　　1.整體式襯砌結(jié)構(gòu)

　　明挖現(xiàn)澆隧道結(jié)構(gòu)斷面分單跨、雙跨等形式，由于結(jié)構(gòu)整體性好，防水性能容易得到保證，可適用于各種工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件;但是，施工工序較多，速度較慢。

　　2.預(yù)制裝配式襯砌

　　預(yù)制裝配式襯砌的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)工業(yè)化生產(chǎn)水平、施工方法、起重運(yùn)輸條件、場地條件等因地制宜選擇，目前以單跨和雙跨較為通用。關(guān)于裝配式襯砌各構(gòu)件之問的接頭構(gòu)造，除了要考慮強(qiáng)度、剛度、防水性等方面的要求外，還要求構(gòu)造簡單、施丁方便。裝配式襯砌整體性較差，對于有特殊要求(如防護(hù)、抗震等)的地段要慎重選用。

　　(二)噴錨暗挖(礦山)法施工隧道

　　在城市區(qū)域、交通要道及地上地下構(gòu)筑物復(fù)雜地區(qū)，隧道施工噴錨暗挖法通常是一種較好的選擇;隧道施工時，一般采用拱形結(jié)構(gòu)，其基本斷面形式為單拱、雙拱和多跨連拱。前者多用于單線或雙線的區(qū)間隧道或聯(lián)絡(luò)通道，后兩者多用在停車線、折返線或喇叭口岔線上。采用噴錨暗挖法隧道襯砌又稱為支護(hù)結(jié)構(gòu)或初期支護(hù)，其作用是加同同巖并與圍巖一起組成一個有足夠安全度的隧道結(jié)構(gòu)體系，共同承受可能出現(xiàn)的各種荷載，保持隧道斷面的使用凈空，防止地表下沉，提供空氣流通的光滑表面，堵截或引排地下水。根據(jù)對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的基本要求以及隧道所處的圍巖條件、地下水狀況、地表下沉的控制、斷面大小和施工方法等，可以采用基本結(jié)構(gòu)類型及其變化方案。

　　1.襯砌的基本結(jié)構(gòu)類型一一復(fù)合式襯砌

　　這種襯砌結(jié)構(gòu)是由初期支護(hù)、防水隔離層和二次襯砌所組成，復(fù)合式襯砌外層為初期支護(hù)，其作用是加固圍巖，控制圍巖變形，防止圍巖松動失穩(wěn)，是襯砌結(jié)構(gòu)中的主要承載單元。一般應(yīng)在開挖后立即施作，并應(yīng)與圍巖密貼。所以，最適宜采用噴錨支護(hù)，根據(jù)具體情況，選用錨桿、噴混凝土、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐等單一或并用而成。

　　2.襯砌結(jié)構(gòu)的變化方案

　　在干燥無水的堅硬圍巖中，區(qū)間隧道襯砌亦可采用單層的噴錨支護(hù)，不做防水隔離層和二次襯砌，但此時對噴混凝土的施工工藝和抗風(fēng)化性能都應(yīng)有較高的要求，襯砌表面要平整，不允許出現(xiàn)大量的裂縫。

　　在防水要求不高，圍巖有一定的自穩(wěn)能力時，區(qū)間隧道亦可采用單層的模筑混凝土襯砌，不做初期支護(hù)和防水隔離層。施工時如有需要可設(shè)置用木料、鋼材或噴錨做成的臨時支撐。不同于受力單元，一般情況下，在澆筑混凝土?xí)r需將臨時支撐拆除，以供下次使用。單層模筑襯砌又稱為整體式襯砌，為適應(yīng)不同的圍巖條件，整體式襯砌可做成等截面直墻式和等截面或變截面曲墻式，前者適用于堅硬圍巖，后者適用于軟弱同巖。

　　(三)盾構(gòu)法施工隧道

　　在松軟含水地層、地面構(gòu)筑物不允許拆遷，施工條件困難地段，采用盾構(gòu)法施工隧道能顯示其優(yōu)越性：振動小、噪聲低、施工速度快、安全可靠，對沿線居民生活、地下和地面構(gòu)筑物及建筑物影響小等。盾構(gòu)法修建的區(qū)間隧道襯砌有預(yù)制裝配式襯砌、預(yù)制裝配式襯砌和模筑鋼筋混凝土整體式襯砌相結(jié)合的雙層襯砌以及擠壓混凝土整體式襯砌三大類。

　　見圖1K413012-1 。

　　1.預(yù)制裝配式襯砌

　　預(yù)制裝配式襯砌是用工廠預(yù)制的構(gòu)件，稱為管片，在盾構(gòu)尾部拼裝而成的。管片種類

　　按材料可分為鋼筋混凝土、鋼、鑄鐵以及由幾種材料組合而成的復(fù)合管片。

　　鋼筋混凝土管片的耐壓性和耐久性都比較好;目前已可生產(chǎn)抗壓強(qiáng)度達(dá)60MPa、滲透系數(shù)小于10-11 cm/s的管片，而且，這幾種管片剛度大，.由其組成的襯砌防水性能有保證。鋼管片的強(qiáng)度高，具有良好的可焊接性，便于加工和維修，重量輕也便于施工。與混凝土管片相比，其剛度小、易變形，而且鋼管片的抗銹性差，在不做二次襯砌時，必須有抗腐、抗銹措施。鑄鐵管片強(qiáng)度高，防水和防銹蝕性能好，易加工。和鋼管片相比，剛度亦較大，故在早期的地下鐵道區(qū)間隧道中得到廣泛的應(yīng)用。

　　鋼和鑄鐵管片價格較貴，現(xiàn)在除了在需要開口的襯砌環(huán)或預(yù)計將承受特殊荷載的地段采用外，一般都采用鋼筋混凝土管片。

　　按管片螺栓手孔大小，可將管片分為箱型和平板型兩類。箱型管片是指因手孔較大而呈肋板型結(jié)構(gòu)，手孔較大不僅方便了接頭螺栓的穿人和擰緊，而且也節(jié)省了材料，使單塊管片重量減輕，-便于運(yùn)輸和拼裝。但因截面削弱較多，在盾構(gòu)千斤頂推力作用下容易開裂，故只有強(qiáng)度較大的金屬管片才采用箱型結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，直徑和厚度較大的鋼筋混凝土管片也有采用箱型結(jié)構(gòu)的。在箱型管片中縱向加勁肋是傳遞千斤頂推力的關(guān)鍵部位，一般沿襯砌環(huán)向等距離布置，加勁肋的數(shù)量應(yīng)大于盾構(gòu)千斤頂?shù)呐_數(shù)，其形狀應(yīng)根據(jù)管片拼裝和是否需要灌注二次襯砌的施工要求而定，見圖1K413012-2。平板型管片是指因螺栓手孔較小或無手孔而呈曲板型結(jié)構(gòu)的管片，由于管片截面削弱少或無削弱，故對盾構(gòu)千斤頂推力具有較大的抵抗力，對通風(fēng)的阻力也較小。無手孔的管片也稱為砌塊，現(xiàn)代的鋼筋混凝土管片多采用平板型結(jié)構(gòu)見圖1K413012-3 。

　　襯砌環(huán)內(nèi)管片之間以及各襯砌環(huán)之間的連接方式，從其力學(xué)特性來看，可分為柔性連接和剛性連接，前者允許相鄰管片間產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動和壓縮，使襯砌環(huán)能按內(nèi)力分布狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，以改善襯砌環(huán)的受力狀態(tài)。后者則通過增加連接螺栓的排數(shù)，力圖在構(gòu)造上使接縫處的剛度與管片本身相同。實踐證明，剛性連接不僅拼裝麻煩、造價高，而且會在襯砌環(huán)中產(chǎn)生較大的次應(yīng)力，帶來不良后果，因此，目前較為通用的是柔性連接，常用的有：單排螺栓連接、銷釘連接及無連接件等。

　　2.雙層襯砌

　　為防止隧道滲水和襯砌腐蝕，提高襯砌結(jié)構(gòu)剛度和輸水隧洞承受內(nèi)水壓力的能力，修正隧道施工誤差，減少噪聲和振動以及作為內(nèi)部裝飾，可以在裝配式襯砌內(nèi)部再做一層整體式混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。根據(jù)需要還可以在裝配式襯砌與內(nèi)層之間鋪設(shè)防水隔離層。雙層襯砌主要用在輸水隧洞工程和含有腐蝕性地下水的地層中。

　　3.擠壓混凝土整體式襯砌

　　擠壓混凝土襯砌(Extrude Concrete Lining，簡稱ECL)就是隨著盾構(gòu)向前掘進(jìn)，用一套襯砌施工設(shè)備在盾尾同步灌注的混凝土或鋼筋混凝土整體式襯砌，因其灌注后即承受盾構(gòu)千斤頂推力的擠壓作用，故有此稱謂。擠壓混凝土襯砌可以是素混凝土，也可以是鋼筋混凝土，但應(yīng)用最多的是鋼纖維混凝土。

　　擠壓混凝土襯砌一次成型，內(nèi)表面光滑，襯砌背后無空隙，故無須注漿，且對控制地層移動特別有效。但因擠壓混凝土襯砌需要較多的施工設(shè)備，其中包括混凝土成型用的框模，拼拆框模的系統(tǒng)，混凝土配制車、泵、閥、管等組成的混凝土配送系統(tǒng)。而且，混凝土制備、配送、鋼筋架立等工藝較為復(fù)雜，在滲漏性較大的土層中要達(dá)到防水要求尚有困難。故擠壓混凝土襯砌的應(yīng)用尚不廣泛。

　　二、施工方法比較與選擇

　　(一)噴錨暗挖(礦山)法

　　1.噴錨暗挖法

　　施工基本流程見圖1K413012-4。

　　2.新奧法施工

　　新奧法施工隧道適用于穩(wěn)定地層，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、施工機(jī)具條件，盡量采用對同巖擾動少的支護(hù)方法。巖石地層當(dāng)采用鉆爆法開挖時，應(yīng)采用光面爆破、預(yù)裂爆破技術(shù)，盡量減少欠挖、超挖。

　　圍巖開挖后應(yīng)立即進(jìn)行必要的支護(hù)，并使支護(hù)與圍巖盡量密貼，以穩(wěn)定圍巖。圍巖條件比較好時可簡單支護(hù)或不支護(hù)。采用噴混凝土錨桿作為初期支護(hù)時的施工順序一般為先噴混凝土后打錨桿;圍巖條件惡劣時，則采用初噴混凝土一架鋼支撐一打錨桿一二次噴混凝土。錨桿桿位、孔

　　徑、孔深及布置形式應(yīng)符合設(shè)計要求，錨桿桿體露出巖面的長度不宜大于噴混凝土層厚度，錨桿施工質(zhì)量應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范要求。

　　3.淺埋暗挖法施工

　　淺埋暗挖法的工藝流程和技術(shù)要求主要是針對埋置深度較淺、松散不穩(wěn)定的土層和軟弱破碎巖層施工面而形成的。

　　淺埋暗挖法與新奧法相比，更強(qiáng)調(diào)地層的預(yù)支護(hù)和預(yù)加固。因為地鐵工程基本是在城鎮(zhèn)施工，對地表沉降的控制要求比較嚴(yán)格。淺埋暗挖法支護(hù)襯砌的結(jié)構(gòu)剛度比較大，初期支護(hù)允許變形量比較小，有利于減少對地層的擾動及保護(hù)周邊環(huán)境。

　　(1)地層預(yù)加固和預(yù)支護(hù)

　　在城市地鐵隧道施工中，經(jīng)常遇到砂礫土、砂性土、黏性土或強(qiáng)風(fēng)化基巖等不穩(wěn)定地層。這類地層在隧道開挖過程中自穩(wěn)時間短暫，往往在初期支護(hù)尚未來得及施作，或噴射混凝土尚未獲得足夠強(qiáng)度時，拱墻的局部地層已開始坍塌。為此，需采用地層預(yù)加固、預(yù)支護(hù)的方法，以提高周圍地層的穩(wěn)定性。常用的預(yù)加固和預(yù)支護(hù)方法有：小導(dǎo)管超前預(yù)注漿、開挖面超前深孔注漿及管棚超前支護(hù);詳見1K413044和1K413045。

　　(2)隧道土方開挖與支護(hù)

　　采用淺埋暗挖法開挖作業(yè)時，所選用的施工方法及工藝流程，應(yīng)保證最大限度地減少對地層的擾動，提高周圍地層自承作用和減少地表沉降。根據(jù)不同的地質(zhì)條件及隧道斷面，選用不同的開挖方法，但其總原則是：預(yù)支護(hù)、預(yù)加固一段，開挖一段;開挖一段，支護(hù)一段;支護(hù)一段，封閉成環(huán)一段。初期支護(hù)封閉成環(huán)后，隧道處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)，通過監(jiān)控量測，確認(rèn)達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)時，可以進(jìn)行二次襯砌的混凝土灌注工作。如量測結(jié)果證明尚未穩(wěn)定，則需繼續(xù)監(jiān)測;如監(jiān)測結(jié)果證明支護(hù)有失穩(wěn)的趨勢時，則需及時通過設(shè)計部門共同協(xié)商，確定加固方案;詳見1K413041。

　　(3)初期支護(hù)形式

　　在軟弱破碎及松散、不穩(wěn)定的地層中采用淺埋暗挖法施工時，除需對地層進(jìn)行預(yù)加固和預(yù)支護(hù)外，隧道初期支護(hù)施作的及時性及支護(hù)的強(qiáng)度和剛度，對保證開挖后隧道的穩(wěn)定性、減少地層擾動和地表沉降，都具有決定性的影響。在諸多支護(hù)形式中，鋼拱錨噴混凝土支護(hù)是滿足上述要求的最佳支護(hù)形式;詳見1K413042。

　　(4)二次襯砌

　　在淺埋暗挖法中，初期支護(hù)的變形達(dá)到基本穩(wěn)定，且防水結(jié)構(gòu)施工驗收合格后，可以進(jìn)行二次混凝土襯砌灌注工序。通過監(jiān)控量測，掌握隧道動態(tài)，提供信息，指導(dǎo)二次襯砌施作時機(jī)。這是淺埋暗挖法中二次襯砌施工與一般隧道襯砌施工的主要區(qū)別。其他灌注工藝和機(jī)械設(shè)備與一般隧道襯砌施工基本相同。

　　二次襯砌模板可以采用臨時木模板或金屬定型模板，更多情況則使用模板臺車，因為區(qū)間隧道的斷面尺寸基本不變，有利于使用模板臺車，加快立模及拆模速度。襯砌所用的模板、墻架，拱架均應(yīng)式樣簡單、拆裝方便、表面光滑、接縫嚴(yán)密。使用前應(yīng)在樣板臺上校核;重復(fù)使用時，應(yīng)隨時檢查并整修;詳見1K413043。

　　(5)監(jiān)控量測

　　利用監(jiān)控量測信息指導(dǎo)設(shè)計與施工是淺埋暗挖施工工序的重要組成部分。在設(shè)計文件中應(yīng)提出具體要求和內(nèi)容，監(jiān)控量測的費(fèi)用應(yīng)納人工程成本。在實施過程中施工單位要有專門機(jī)構(gòu)執(zhí)行與管理，并由項目技術(shù)負(fù)責(zé)人統(tǒng)一掌握、統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)。經(jīng)驗證明拱頂下沉是控制穩(wěn)定較直觀的和可靠的判斷依據(jù)，水平收斂和地表下沉有時也是重要的判斷依據(jù)。對于地鐵隧道來講，地表下沉測量顯得尤為重要;詳見1K420153。

　　(二)盾構(gòu)法施工

　　(1)盾構(gòu)法施工見圖1K413012-5，其基本施工步驟：

　　1)在盾構(gòu)法隧道的始發(fā)端和接收端各建一個工作(豎)井;

　　2)盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)端工作井內(nèi)安裝就位;

　　3)依靠盾構(gòu)機(jī)千斤頂推力(作用在已拼裝好的襯砌環(huán)和工作井后壁上)將盾構(gòu)機(jī)從始發(fā)工作井的墻壁預(yù)留洞門推出;

　　4)盾構(gòu)機(jī)在地層中沿著設(shè)計軸線推進(jìn)，在推進(jìn)的同時不斷出土和安裝襯砌管片;

　　5)及時地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環(huán)位置;

　　6)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進(jìn)。

　　(2)盾構(gòu)法施工隧道具有以下優(yōu)點：

　　1)除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪聲和振動影響;

　　2)盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少

　　3)隧道的施工費(fèi)用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土較深的隧道;

　　4)施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響;

　　5)當(dāng)隧道穿過河底或其他建筑物時，不影響施工;

　　6)與明挖法相比，只要能使盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定，則隧道越深、地基越差、土中影響

　　施工的埋設(shè)物等越多，經(jīng)濟(jì)上、施工速度上就越有利。

　　(3)盾構(gòu)法施工也存在以下一些問題：

　　1)當(dāng)隧道曲線半徑過小時，施工較為困難;

　　2)在陸地建造隧道時，如隧道覆土太淺，則盾構(gòu)法施工困難很大，而在水下時，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工不夠安全;

　　3)盾構(gòu)施工中采用全氣壓方法以疏干和穩(wěn)定地層時，對勞動保護(hù)要求較高，施工條件差;

　　4)盾構(gòu)法隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉陷尚難完全防止，特別在飽和含水松軟的土層中，要采取嚴(yán)密的技術(shù)措施才能把沉陷控制在很小的限度內(nèi);

　　5)在飽和含水地層中，盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌，對達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水的技術(shù)要求較高(詳見1K413030有關(guān)內(nèi)容)。