導洞施工防護隔離樁牆施工工法

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》是中鐵隧道集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是馬鎖柱、王先堂、胡春停、龔曉明與蔣樹謙；該工法適用於臨近建築物（構築物）、地麵條件限制、地層構造複雜、富水條件下的暗挖施工。

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》主要的工法特點是：利用地下導洞施作鑽孔隔離樁，並將隔離樁與導洞襯砌連線在一起，能有效地保護鄰近既有建築物，降低影響；“地下基坑”圍護結構分析模型和解析方式用簡單的代數運算即可預測地層沉降和水平位移值；將數據處理和信息反饋技術套用於施工，利用監控量測指導施工，動態修正施工方法和支護參數，確保施工安全、快速。

2006年1月，《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》被原中華人民共和國建設部審定為2003~2004年度國家級工法。

基本介紹

• 中文名：導洞施工防護隔離樁牆施工工法
• 工法編號：YJGF06-2004
• 完成單位：中鐵隧道集團有限公司
• 主要完成人：馬鎖柱、王先堂、胡春停、龔曉明、蔣樹謙
• 類別：土木建築類
• 審批單位：原中華人民共和國建設部
• 套用實例：北京城鐵13號線14標段暗挖區間隧道工程
• 主要榮譽：國家級工法（2003~2004年度）

形成原因

在城市修建捷運，不可避免地要在地面建築物（構築物）附近穿過，甚至為了爭取最好的線路運營方案；也不得不選擇從地面建築物附近穿過。在既有地面或地下建築物（構築物）附近修建隧道，不僅需要保證隧道工程本體施工的安全，還必須妥善地解決隧道工程對附近既有建築物的影響問題。埋深較淺的隧道暗挖施工常常會引起地層移動和地表下沉，如果不加保護，周邊既有建築物就可能發生過量變形甚至破裂、破壞。《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》是中鐵隧道集團在北京城鐵13號線14標區間淺埋隧道下穿高層樓房段創造性套用的一種新穎的施工方法，把導洞—隔離樁牆作用與土體的支撐作用聯成一體，提出了“地下基坑”概念，並進行模擬與計算。

工法特點

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》具有如下4個方面的工法特點：

1.導洞—隔離樁牆利用地下導洞施作鑽孔隔離樁，並將隔離樁與導洞襯砌連線在一起，能有效地保護鄰近既有建築物，使地下工程的施工中對它的影響非常之小，是新構思、新技術。

2.該工法提出了“地下基坑”圍護結構分析模型和解析方式，是一種新的嘗試，用簡單的代數運算即可預測地層沉降和水平位移值，與實測值相比在同一數量級上。

3.該工法將數據處理和信息反饋技術套用於施工，利用監控量測指導施工，動態修正施工方法和支護參數，確保施工安全、快速。

4.該工法將地表作業轉入地下，避免了施工對城市地面、路面的占用，保證了城市地面交通暢通，適應了對環保要求高的城市地下施工的要求。

操作原理

適用範圍

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》適用於臨近建築物（構築物）、地麵條件限制、地層構造複雜、富水條件下的暗挖施工。

技術理論

1.“導洞—隔離樁牆”防護

由於地麵條件限制，無法在地面施做鑽孔灌注樁及地表深井降水。基於以上因素，在區間隧道兩側，貼近樓層基礎各施作一導洞，在導洞內施作鑽孔灌注樁，樁頂與導洞格柵連線，導洞猶如一根剛度很大的帽梁，將各根鑽孔樁連線成為一道整體性較好的樁牆，而導洞之間的未被開挖掉的土體猶如支撐左、右兩道樁牆間的橫撐，從而成為一個穩定可靠的“地下基坑”的圍護結構，承受因開挖雙連拱隧道（猶如基坑內挖土）而產生的土體的側向壓力，並限制樁牆外土體的豎向變形（沉降）。

2.洞內水平降水

無水施工是控制沉降保證隧道周邊建築物（構築物）安全的前提，地質分層情況複雜或在繁華鬧市區地表五條件採取深井降水的情況下，採取洞內水平降水，充分利用地層滲透係數水平方向大於垂直方向的特點，可達到降水效果時間短、效果明顯、可操作性強的目的。

3.改進隧道施工工藝

在導洞—隔離樁牆防護下，區間隧道施工以新奧法為依託，採取加密超前管棚、加強超前注漿、初支背後注漿加固、增設臨時仰拱等支護方法，通過全過程的施工監控量測，隨時調整支護參數，從而達到安全、快速通過高層建築地段的目的，拓寬了淺埋暗挖在城市捷運施工中的使用範圍。

4.全過程的監控量測與分析

全過程監控量測並確定適宜的監測內容，是指導施工和控制地表下沉、監視土體及結構的穩定，保證施工安全的重要手段，為修正設計和變更施工方法提供了科學依據。

工藝流程

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》的施工工藝流程如下：施工準備→導洞施工→隔離樁牆施工→洞內水平降水施工→隧道開挖及初支→隧道結構施工。

操作要點

1.導洞施工

導洞斷面大小由施工工藝、圍岩條件、採用設備等因素確定，可為拱形直牆或曲牆。視情況可採用全斷面或上下台階法施工（導洞施工工藝流程參見圖1，導洞-隔離樁牆斷面結構示意參見圖2）。

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》施工中的具體要求有如下幾點：

（1）嚴格控制導洞線路精度，確保導洞與結構關係。

（2）噴混凝土封閉後開挖前排設超前管棚，間隔一個作為超前注漿管，於開挖前超前注水泥水玻璃雙液漿。

（3）嚴格控制開挖進度，每次開挖一榀，並留核心土，嚴禁多榀一次開挖。

（4）遇到導洞上方存在人工雜填土，開挖過程出現不良地質情況及時對開挖面進行網噴封閉，進行加固處理後再施工。

（5）嚴格控制鋼支撐間距，網構鋼架應精確定位，注意“標高、中線、前傾後仰、左高右低、左前右後”等各個方位的位置偏差，鋼支撐保護層臨土側50毫米，背土側30毫米。安裝允許誤差見表1。

表1 網構鋼架安裝允許誤差

方位	中線	高程	傾斜度	左、右拱腳標高	左、右鋼架里程同步
允許誤差	2厘米	+2厘米~0	≤2度	±2厘米	±2厘米

（6）按設計施工雙層滿鋪鋼筋網，將縱向聯接筋、鋼筋網與網構鋼架連線牢固。

（7）滯後掌子面5米回填注漿一次，漿液為純水泥漿，在樓房段注意控制注漿壓力，避免破壞樓房地下室。

（8）導洞施工過程中，加強量測頻率，及時反饋量測結果，以便根據量測結果及時修正支護參數，確保全全。

2.隔離樁牆施工

導洞施工完畢後，在兩側導洞內各施工一排鋼筋混凝土鑽孔灌注樁，將樓房基礎與隧洞隔離。隔離樁牆施工工藝流程圖見圖3。

圖3 隔離樁牆施工工藝流程圖

依據測量控制樁點及設計圖紙定出樁孔平面位置，經各級測量核驗無誤後進行施工。

鑽機須滿足地下導洞狹小空間和鑽孔深度的施工要求。為防止塌孔和保證成孔質量，鑽孔灌注樁採取1、4、7跳格法施工，即一格成樁後再做另一格的樁。

3.水平降水

先在已施工隧道底板施工作水平降水基坑，在水平降水基坑內用水平鑽機成孔，埋設水平降水管，超前將隧道施工範圍內地下水降至隧道底部仰拱以下1.0米左右，保證後續開挖初支無水施工。洞內降水引起地層沉降應注意控制成孔時砂土流失、控制抽水含砂量＜1/200000、控制抽水量，避免抽水過度引起地表下沉。

（1）施工方法：根據水平抽水鑽機工作空間確定工作坑尺寸並先施工，完畢後安置水平鑽機。採用Ф89毫米鑽頭打孔清水鑽進，Ф89毫米套管跟進。將套管打到預定長度後，停止鑽進沖孔。從套管中放進Ф60毫米/Ф50毫米螺旋打眼纏絲PVC濾水管，拔出Ф89毫米套管，將PVC濾水管留在土層中，封孔口使地下水從PVC濾水管中自動流出。

（2）降水效果：由於是利用坡度降水，降水效果較好，降水直接和徹底，且造價低，操作簡便，是一條降水的好捷徑。

4.隧道施工工藝的改進

（1）增設臨時仰拱，及時封閉，步步成環。大跨度隧道施工都要分台階開挖，從拱部開挖至底部仰拱封閉歷時較長，不利於掌子面的穩定。為控制拱頂及地表沉降，遵循淺埋暗挖及時封閉步步成環的原則，增設上半斷面臨時仰拱，使上半斷面及時封閉。施作臨時仰拱後，支撐剛度增大，與基底接觸面積增加，縮短了封閉時間。步步成環，使支護與圍岩間形成了有效的收斂——約束體系，因而有效地控制了地表變形。同時，利用臨時仰拱形成上部施工通道，避免上下施工於擾，縮短施工循環時間。

（2）仰拱基底換填碎石和注漿。特殊地層情況下，受降水時間限制仰拱部位有滯留地下水，基底粉細砂層浸泡和人工擾動後，造成基底液化軟弱，減小了地基承載力，使仰拱封閉後沉降仍不收斂。為控制沉降，在仰拱基底換填一層碎石，噴混凝土封閉後及時回填（注純水泥液漿）。基底換填有效控制了沉降，仰拱噴混凝土封閉後沉降很陝收斂，保證了施工安全。

（3）加密拱部超前管棚、增設邊牆超前管棚及鎖腳錨桿。進行地面、地下降水後，開挖後掌子面自穩性差，圍岩可注性差，因此，環向和縱向加密拱部超前管棚，增設鎖腳錨桿可有效控制掌子面土體穩定，控制沉降。

（4）加強超前注漿和背後回填注漿。拱部開挖前將超前管棚間隔一個作為注漿管超前注入水泥漿，滯後掌子面幾米在初支背後進行回填注漿，填充空隙，能有效地保證自穩性差的開挖面自穩，控制沉降。

①超前注漿參數：

②背後回填注漿：噴混凝土完畢後進行拱牆、底部背後注漿，以起到充填空隙、加固地層的作用，使隧道結構與周邊土體密實，有效控制地表沉陷。背後注漿滯後初支封閉成環後3~5米進行，注漿壓力控制在0.3~0.5兆帕。

5.及時穩定開挖面

全過程監測隧道周邊建築物（構築物）的變化情況，及時測量各主要工序施工階段引起的動態沉降數值，並與分析計算值比較，反饋指導設計和施工，是確保工程安全的關鍵，詳見表2。

表2 監測項目匯總表

序號	監測項目	監測儀器	監測頻率	監測目的
1	地表沉降	WILD-N3精密水準儀，銦鋼尺	初期：1~2次/天 後期：1~2次/3天	掌握隧道及地表及周邊環境的影響程度和範圍
2	建築物沉降與傾斜
3	地下管線沉降
4	拱頂沉降	蘇光DSZ-1水準儀，鋼掛尺	初期：1~2次/天 後期：1~2次/3天	了解隧道施工過程中支護結構變位情況及規律
5	結構收斂	坑道收斂計
6	圍岩壓力	壓力盒，頻率接收儀	初期：1次/3天 後期：1次/7天	了解隧道施工過程中圍岩壓力、接觸應力及結構自身應力大小及分布情況
7	初支與二襯間壓力
8	初支鋼筋內力	鋼筋計，應變計、頻率接收儀
9	二襯鋼筋內力
10	混凝土應變
11	地下水位	電測水位計	初期：1次/天 穩定後：1次/2天	掌握基坑及暗挖隧道需降水段地下水位情況
註：可根據施工條件和沉降情況增加或減少觀測次數，隨時將監測信息報告給現場技術人。

勞動組織

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》的勞動力組織情況見表3。

表3 勞動力組織表

序號	單項工程	所需人數
1	管理人員	4
2	技術人員	4
3	導洞施工	48
4	鑽孔灌注樁施工	48
5	鋼筋加工	15
6	雜工	5
/	合計	124

材料設備

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》無需特別說明的材料，採用的機具設備見表4。

表4 機具設備表

序號	設備名稱	設備型號	單位	數量	用途
1	異型鑽機	-	台	3	灌注樁施工
2	手拉葫蘆	st	台	1	鋼筋籠吊放
3	正鏟裝載機	ZL50	台	1	運土
4	卷揚機	3噸	台	1	拉直鋼筋
5	鋼筋彎曲機	GW40	台	1	鋼筋加工
6	電焊機	BX-300	台	4	鋼筋加工
7	鋼筋切割機	GJ40	台	1	鋼筋加工
8	攪漿筒	-	台	2	製備泥漿
9	混凝土噴射機	PZ-5B	台	2	噴射混凝土
10	注漿泵	KBY-50/70	台	1	回填注漿
11	通風機	SDFN0.6.5	台	1	導洞通風
12	混凝土輸送泵	HB-30D	台	2	灌注混凝土
13	漏斗及導管	Ф200	套	1	灌注混凝土
14	泥漿泵	TBW850/50	台	2	抽泥漿

質量控制

質量標準

1.《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》的導洞施工質量執行《鐵路隧道施工及驗收規範》。導洞允許偏差按表5執行。

2.《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》的鑽孔灌注樁施工質量執行《城市地下鐵道施工及驗收規範》、《鋼筋混凝土工程施工及驗收規範》。隔離樁允許偏差見表6。

表5 導洞允許偏差表

序號	項目	允許偏差（毫米）	檢查頻率	檢驗方法
1	中線	±10	每榀格柵	用鋼尺
2	標高	±10		用水平儀
3	同步	±30		用鋼尺
4	環向閉合	±50		用鋼尺
5	垂直度	20		錘球、鋼捲尺

表6 鑽孔樁成樁允許偏差

項次	檢查項目		規定值或允許偏差	檢查方法和頻率
1	混凝土強度（兆帕）		在合格標準內	按JTJ071-98附錄D檢查
2	樁位（毫米）	排樁	50	用經緯儀檢查縱、橫方向
3	鑽孔傾斜度	直樁	1%	查灌注前記錄
4	沉澱厚度（毫米）	支承樁	不大於圖紙規定	查灌注前記錄
5	鋼筋骨架底面高程（毫米）		±50	查灌注前記錄

質量措施

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》需採取以下5項質量保證措施：

1.導洞必須按照設計要求施做超前小管棚，導洞施工不得欠挖，應根據現場情況積極採取措施防止塌方，如初噴等。嚴禁多榀一次開挖。對意外出現的超挖或塌方應採用噴混凝土回填密實，並及時進行回填注漿。成環後滯後掌子面幾米進行必須及時進行回填注漿。

2.隔離樁鑽孔時，必須嚴密注意地層地質變化，及時調整鑽桿速度和鑽壓。嚴格控制護壁泥漿的比重、含砂率和pH值。

3.隔離樁成孔後必須進行孔徑、孔深、孔斜率及沉碴厚度的檢測，下鋼筋籠後，灌注水下混凝土之前複測沉碴厚度，確保滿足規範要求。

4.下鋼筋籠應緩慢進行，防止刮碰孔壁，水下混凝土應一次灌注成樁。

5.隔離樁施工必須按隱蔽工程要求做好施工記錄。

安全措施

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》需採取以下10項安全措施：

1.認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，堅持管生產必須管安全的原則，根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產管理網路，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產工作。

2.施工現場的布置應符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求。

3.各類房屋、庫房、料場等的消防安全距離符合公安部門的規定，室內不得堆放易燃品。嚴禁在木工加工場、料庫等處吸菸；現場的易燃雜物隨時清除；嚴禁在有火種的場所或其近旁堆放。

4.氧氣瓶不得沾染油脂，乙炔發生器必須有防止回火的安全裝置，氧氣瓶與乙炔瓶要隔離存放。

5.施工現場的臨時用電，必須嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規範》的有關規範規定執行。

6.電纜線路應採用“三相五線”接線方式，電氣設備和電氣線路必須絕緣良好，場內架設的電力線路其懸掛高度和線間距必須符合安全規定，並架在專用電桿上。

7.施工現場使用的手持照明燈使用36伏的安全電壓。

8.室內配電櫃、配電箱前要有絕緣墊，並安裝漏電保護裝置。

9.對將要停工時間較長的開挖作業面，不論地層好壞均應作網噴混凝土封閉。

10.建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業中的安全檢查，確保作業標準化、規範化。

環保措施

《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》需採取以下7項環保措施：

1.成立對應的施工環境衛生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規章制度，做好交通環境疏導，充分滿足便民要求，認真接受城市交通管理，隨時接受相關單位的監督檢查。

2.將施工場地和作業限制在工程建設允許的範圍內，合理布置、規範圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

3.對施工中可能影響到的各種公共設施制訂可靠的防止損壞和移位的實施措施，加強實施中的監測、應對和驗證。同時，將相關方案和要求向全體施工人員詳細交底。

4.設立專用排漿溝、集漿坑，對廢漿、污水進行集中，認真做好無害化處理，從根本上防止施工廢漿亂流。

5.定期清運沉澱泥砂，做好泥砂、棄渣及其它工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，廢水除按環境衛生指標進行處理達標外，並按當地環保要求的指定地點排放。棄渣及其它工程廢棄物按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。

6.優先選用先進的環保機械。採取設立隔音牆、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允許值以下，同時儘可能避免夜間施工。

7.對施工場地道路進行硬化，並在晴天經常對施工通行道路進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環境。

效益分析

社會效益

1.《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》避免了因地面施工產生的振動、噪音、粉塵等公害，不干擾附近居民及企事業單位的正常生活及工作。

2.該工法超近距離安全穿越高層居民樓房的成功，將為以後城市地下工程在類似情況下施工提供了可靠的決策依據和技術指標。

3.該工法有利於城市地下工程的發展，同時也是施工單位技術領先的需要。

經濟效益

採用《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》，周圍既有設施完好無損，確了保居民生命、財產安全，避免了線路繞行和居民臨時遷移，節省大量投資。

套用實例

1.工程概況

北京城鐵13號線14標段暗挖地下結構為雙跨連拱隧道，採用淺埋暗挖中洞法施工。典型斷面開挖寬度為12.05米，開挖高度為7.397米，支護形式為複合式襯砌。區間隧道在里程K39+505~K39+585之間，從兩棟Y型高層居民樓中間下穿，在K39+618處（居民樓以南33米）設1號施工豎井承擔該段隧道施工。兩座高層樓房地面以上22層（66米高），地下兩層，樓房基礎為現澆鋼筋混凝土箱型基礎（無樁基），箱型基礎持力層為2.7米厚的換填級配砂石，暗挖隧道外輪廓線距樓房基礎水平距離最小為1.6米。樓房與暗挖隧道的位置關係如圖4所示。

該段的地層情況由上到下依次為：8.40米厚的人工填土層、1米厚的粉細砂層、3.8米厚濕~飽和狀的硬塑粘質粉土與粉質粘土層、2.9米厚稍密~中密狀的飽和粉細砂層及下層粘土。

地下上層滯水水位埋深4.0米左右；潛水水位埋深在地面下7.5米，高出隧道開挖拱頂；承壓水水位埋深18.8米，對隧道施工無影響。

區間隧道在粘質粉土和粉細砂地層中穿過，上層滯水和潛水已進入隧道斷面。

2.監測技術與分析

採用《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》防護後，為保證施工過程樓房的安全穩定，並及時監測各主要工序施工階段引起的沉降動態數值，北京市房屋鑑定總站和施工單位監測組對過樓房施工進行了全過程監控量測。

地表沉降監測結果顯示，地表最大沉降量為-45.2毫米，發生在隧道中線位置，中洞施工引起沉降占總沉降量的46%，較側洞稍大。整個沉降槽斷面較窄，寬20米左右，基本位於隔離樁之內，說明隔離樁隔離作用明顯，改進的暗挖雙連拱隧道施工工藝有效控制了沉降。

地中水平位移觀測結果顯示，最大值為2.4毫米，大多發生在隧道拱腰以上位置。中洞引起地中水平位移最大為1.8毫米，側洞施工和中洞初支拆除引起地中水平位移較小。

樓房基礎沉降監測結果顯示，最大沉降值為18.9毫米，平均沉降為12.7毫米，中洞施工引起樓房基礎沉降最大，占總沉降量的50%。

3.施工情況

暗挖隧道開挖跨度達12米，覆土僅為1倍洞徑左右（7~12米），圍岩難以形成承載拱，上覆土柱荷載較大，採用中洞法施工，工況要求中隔牆形成承載能力後才進行側洞開挖，最後施作側洞襯砌形成雙連拱結構。

工程施工時，在K39+618（居民樓以南33米處）設施工豎井一座。在里程K39+505~K39+585的過樓房段於2001年4月6日開工，2002年7月28日竣工。由於採用導洞—隔離樁牆的防護結構，並充分利用了地下土體的受力與平衡作用。採用仰拱底水平降水技術，有效地解決了施工降水問題。通過對隧道周圍土體的換填、超前支護和注漿加固，有效地控制住了地層變形。施工全過程處於安全、穩定、快速、優質的可控狀態，樓房傾斜率不到0.3‰~0.4‰，化解了居民因擔憂而干擾施工的矛盾，雙連拱隧道中洞、側洞平均施工進度為45米/月，進度合理，3個月的停工也未影響到工程總工期。工程質量優良率達98%以上，無安全生產事故發生。

圖4 樓房與區間隧道平面位置關係示意圖

榮譽表彰

2006年1月，原中華人民共和國建設部組織專家對有關部門和地區申報的232項工法進行了評審，審定了《2003~2004年度國家級工法》，以建質[2006]16號檔案公布，《導洞施工防護隔離樁牆施工工法》被審定為2003~2004年度國家級工法。