淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》是中鐵十六局集團有限公司完成的建築類施工工法，作者分別是馬振江、胡方田；該工法適用於圍岩土體鬆散、自穩能力差的框架結構多導洞分塊施工，最後形成結構整體的地下工程。

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》主要的工法特點：將地下大跨度平頂方廳矩形框架結構化大為小，分解成多導洞分塊施工，最後形成整體；有效克服地質條件惡劣、結構圍岩土體鬆散自穩能力差和易坍塌的難題；不影響地上正常學習、生活及交通現狀。

2006年1月19日，《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2003~2004年度國家級工法。

基本介紹

• 中文名：淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法
• 工法編號：YJGF13-2004
• 主要完成人：馬振江、胡方田
• 類別：工程建設類
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 完成單位：中鐵十六局集團有限公司
• 主要榮譽：國家級工法（2003~2004年度）

形成過程

隨著國民經濟的發展，各種地下基礎設施的建設越來越多，而這些設施往往建在人口密集，交通擁擠、各種管線較多地段，為不影響正常學習、生活及交通等，許多較大地下設施採用淺埋暗挖法施工，而淺埋暗挖多導洞施工法是解決埋深較淺、跨度較大結構施工難題的一種途徑。

北京城市鐵路東直門車站地下方廳是中國最大的平頂方廳結構，施工難度大、技術複雜、工藝新、質量標準高，集高、難、新於一體，將整體結構分解成11個導洞分塊施工，最後形成整體，保證了工期和質量，取得了較好的社會效益和經濟效益，為以後大斷面地下結構的施工提供經驗與參考價值。中鐵十六局集團有限公司根據科研成果和施工經驗總結形成《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》。

工法特點

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》有以下特點：

1．將地下大跨度平頂方廳矩形框架結構化大為小，分解成多導洞分塊施工，最後形成整體。

2．有效克服地質條件惡劣、結構圍岩土體鬆散自穩能力差和易坍塌的難題。

3．地下施工靜悄悄、地上交通正常運行，不影響地上正常學習、生活及交通現狀。

4．施工工序複雜，轉換頻繁，必須合理安排各工序，做好受力轉換，確保結構的受力平衡。

5．二次襯砌採用分段跳格法施工，施工縫較多，處理好施工縫部位的防水，保證混凝土的防水效果是關鍵。

操作原理

適用範圍

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》適用於圍岩土體鬆散、自穩能力差的框架結構多導洞分塊施工，最後形成結構整體的地下工程。

工藝原理

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》淺埋軟弱地層暗挖大斷面平頂框架結構，按照新奧法“管超前，嚴注漿、強支護、短進尺、早成環、環套環、勤量測”的原則，將大洞室分為若干個小導洞，採用分塊開挖，縮短封閉時間，利用洞室中隔牆有效控制地層沉降，保證施工安全；採用地層超前小導管注漿技術，有效克服地質條件惡劣、結構圍岩土體鬆散、自穩能力差和易坍塌的技術難題。

工藝流程

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》施工工藝方法及施工順序：

該工法按照新奧法“管超前、嚴注漿、強支護、短進尺、早成環、環套環、勤量測”的原則，將地下大跨度平頂方廳矩形框架結構分為若干個導洞，按台階法開挖，利用中隔牆有效控制地層沉降，保證施工安全。地下方廳的土方和進料運輸任務主要由施工豎井和4風道承擔地下方廳的出土進料任務。根據地下方廳框架結構的結構特點，將地下方廳分為11個導洞（見圖1），每個導洞按上中下台階順序進行開 挖，3、4導洞跳格開挖。換乘通道中洞在距開口4.8米時逐步挑高進入3～5導洞施工，2＃導洞開口部位的臨時樑柱完成後，開口施工2橫通道，2橫通道施工完成後，施工相應部位的臨時樑柱進入3、411個導洞的施工。施工順序為：先施工3導洞，後施工4導洞。其中3-6導洞從4風道開闢工作面，3導洞初期支護完成後即施工相應部位的二襯樑柱，每段施工長度為6米，二襯樑柱完成後分段跳格施工其餘部位的二次襯砌，最後形成方廳框架結構主體。

地下方廳施工順序圖（圖1）

方廳工藝流程按土方開挖→小導管超前注漿加固地層→格柵架設→噴射混凝土施工→防水層施工→二次襯砌施工→監控量測的順序進行施工。

操作要點

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》操作要點有以下7項：

（1）土方開挖。

開挖採用上中下台階順序施工，台階長度控制在3～5米，開挖步長0.5米，人工使用風鎬開挖，手推車運輸。

由於地下方廳圍岩土體鬆散，穩定性差，因此，將導洞由原設計的兩步開挖改為三步開挖，即由上、下台階改為上、中、下三個台階，中層板臨時支撐設在中台階（見圖2），台階長度控制在3～5米；同時為了防止頂部、邊牆和掌子面坍塌及地表沉降，在頂部和邊牆打設超前注漿小導管，形成超前管棚，小導管採用Ф42注漿花管，長3.0米，前後搭接不少於1.0米，間距300毫米，每一循環步都要對工作面施作Ф6＠150x150鋼筋網噴80毫米厚混凝土；在上中台階拱腳打設鎖腳錨桿，每榀格柵每側各打設一根，採用Ф42鋼筋，長度為3.0米；在掌子面打設注漿小導管，用以預先加固土體，採用Ф42鋼管，長度為3.0米，間距600x600，縱向不搭接。土層加固均採用水泥水玻璃雙液漿，配合比根據現場試驗修正，一般注漿壓力初漿為0.3兆帕，終漿為0.6兆帕。

導洞開挖縱斷面圖（圖2）

（2）小導管超前注漿加固地層。

採用小導管超前支護預加固地層技術，通過注漿固結土體，使小導管周圍土體固結成一拱形承載殼，在小導管及承載殼的棚架作用下開挖下部土體既安全又穩妥，有效地控制拱頂及邊牆的坍塌。

（3）格柵架設。

隧道洞室開挖成形後，為防止開挖面暴露時間過長，引起坍塌，應立即進行格柵掛網噴射混凝土施工。格柵為矩形斷面，由4根Ф28（或Ф25）主筋組成，輔筋採用Ф12螺紋鋼，格柵間距＠500，內外兩側布設Ф16＠1000縱向連線筋。格柵內、外兩側布設Ф6＠150x150鋼筋網片，且鋼筋網片間預留搭接量，以增強噴射混凝土的整體性。

（4）噴射混凝土施工。

①混凝土的拌制。攪拌混合料採用強制式攪拌機，攪拌時間不小於2分鐘。原材料的稱量誤差為：水泥、速凝劑±1％，砂石±3％；拌和好的混合料運輸時間不得超過2小時；混合料應隨拌隨用，剩餘的混合料不得再次使用。

②混凝土噴射。噴射混凝土採用潮噴工藝，噴射設備採用眾鑫牌噴射機，型號PZ-5B（5～5.5立方米/小時），人工掌握噴頭直接噴射混凝土。操作順序：噴射時，先注水，後送風，然後進料。

上料：噴射機要連續上料，保持機筒內料滿，並在料斗口設一活動1500毫米孔篩網，避免超大骨料進入機內。

噴射混凝土作業應分段分片進行。噴射作業自下而上進行，先噴格柵鋼架與拱壁間隙部分，後噴相鄰兩鋼格柵之間的部分。噴射混凝土分層進行，一次噴射厚度根據噴射部位和設計厚度而定，拱部宜為5～6厘米，邊牆為7～10厘米，後噴一層應在先噴一層凝固後進行，若終凝後或間隔1小時後噴射，受噴面套用風水沖洗乾淨。噴射混凝土噴頭垂直於受噴面，噴頭距受噴面距離以0.6～1.2米為宜。

③養護。噴射混凝土2小時後開始灑水養護，養護時間不少於14天，保證噴混凝土達到足夠的強度。

（5）防水層施工。

①鋪設PE泡沫緩衝層。

用墊圈將PE板固定在初襯基面上，PE板間搭接寬度不小於50毫米，搭接縫用熱焊機焊接。一般頂部、側牆間距為0.5米，底板間距為1.0～1.5米，呈梅花形布置。

②ECB防水卷材的鋪設。

用熱焊機將 ECB防水卷材焊接在Ф100的PE塑膠墊圈上，連線方式採用搭接，搭接長度為100毫米，用熱焊機焊接，要求熱焊牢固、無漏縫。

ECB防水卷材鋪設與PE泡沫緩衝層的鋪設順序一致，即先側邊牆後底板，兩側牆角處各留有500毫米搭接預留量。避免側牆與底板連線處防水層有焊縫，用熱焊機將ECB防水卷

材焊在PE塑膠圓墊片上，位置要對準，避免用力過大，以免破壞防水板。焊強ECB防水卷材接縫時，焊機的溫度和速度必須根據當時的通道條件，且實驗充氣合格後確定。卷材用熱焊機自動焊接時，用空氣加壓至0.1兆帕保持1～2分鐘不漏氣為合格。

③特殊部位防水層施工。

在該工程施工過程中，為確保馬頭門開口處的防水質量，採用鋪設雙層ECB卷材和PE泡沫襯墊，並用1.5毫米厚鐵皮予以保護，以防止初支破除時損壞防水層。陽角部位鋪防水層時，先用防水砂漿抹成圓角，以防防水板鋪設時吊空，陰角部位的初支修整成圓弧狀或削除尖角圓順過渡，以防尖角刺破防水板。

④施工縫和變形縫的防水施工。

在施工縫中部設遇水膨脹橡膠條，遇水膨脹橡膠條安裝時，先用高壓風吹乾淨基面，用氯膠式濕固性環氧樹脂均勻地塗刷在槽口基面上，風乾後立即貼上橡膠止水條。施工縫處混凝土澆築時，要加強振搗施工縫處的混凝土，但不得直接振搗橡膠止水條。

地下方廳與換乘通道、4風道、南北聯絡通道連線部位各設一道變形縫，採用橡膠止水帶，在混凝土結構變形縫處，沿結構厚度的中心線將止水帶的兩翼分別埋入結構中，圓環中心對準變形縫中點。

在頂底板水平安裝時使止水帶形成盆式，以避免止水帶下的氣體在混凝土澆搗時無法逸出，形成空隙。止水帶設定時不可翻轉，扭曲，如發現破損立即進行更換。在混凝土澆筑前應避免止水帶被污物和水泥砂漿污損，表面有雜質須清理乾淨，以免混凝土與其咬合不緊密造成滲水通道。接觸止水帶的混凝土不應出現粗集料集中和漏振現象。橡膠止水帶應就位準確，安裝牢固，以細鐵絲懸吊在鋼筋上固定位置，模板的端板應做成廂形。在澆注一側混凝土時保護橡膠止水帶的另一側翼不受到破壞，止水帶的端頭離周圍鋼筋的距離不小於20毫米，縱向固定間距不大於250毫米。

（6）二次襯砌施工。

混凝土採用商品混凝土，運輸採用混凝土運輸車。二襯鋼筋施工採用地面下料加工半成品，地下現場綁紮，主筋連線採用冷擠壓連線，原理是：將兩根帶肋鋼筋插入鋼套筒，用專用的擠壓設備向鋼套筒徑向加壓，使之產生塑性變形，依靠變形後的鋼套筒與被連線鋼筋橫肋緊密咬合，將兩根鋼筋牢固連線在一起。

先施工地下方廳3-5底梁、柱，再施工頂梁；先施工地下方廳3-4底梁、柱，再施工頂梁；6米跳格施做3-5,3-4中間頂板；依次循環施作其他樑柱、並將樑柱間頂板連為一體；柱B1-柱B4、柱E1-柱E4之間頂梁、頂板混凝土澆築完畢，施作牆、底板混凝土，開闢運輸通道後施作3-1、3-2間、2導洞二襯混凝土（見圖3）。

二襯施工示意圖（圖3）

二襯混凝土施工採用分段跳格法施工，每段長度6米左右。底板和邊牆混凝土採用分層澆築，按照澆築時形成的自然斜面逐層循序推進，一次到頂。凝土採用插入式振搗棒對混凝土進行振搗，必須保證有足夠數量的振搗棒備用。

頂板混凝土的灌注採用加強封堵板泵送擠壓混凝土施工工藝，選擇具有足夠強度的頂板模板施工支撐體系，保證在一定壓力下模板支撐拱架不至於失穩。設計具有能承受一定擠壓的擋頭模板，利用結構縱向鋼筋作為拉桿加固擋頭板，鋼筋與模板體連線採用倒楔形螺桿錨固結構。

在拱頂最高位置貼近初期支護表面處布設二次襯砌混凝土後補償注漿管，一則通過澆灌檢查混凝土灌滿程度，同時待混凝土達到一定強度後注漿，以補償混凝土因收縮或未灌滿而造成的頂板空隙。

（7）監控量測。

①監測項目。監測項目主要有淨空水平收斂量測、拱頂下沉量及底板隆起、襯砌及鋼筋應力量測、壓力量測、地表沉降、洞內觀測。

②監測點布置（見圖4、圖5）。

方廳初期支護結構橫斷面測點布置示意圖（圖4）

方廳二次襯砌結構橫斷面測點布置（圖5）

③監測方法。由於地下方廳地面為東直門交通樞紐，監控量測非常重要，針對混凝土路面強度大，即使拱頂沉降大，但也不一定反映到混凝土路面的特點，應採取鑽孔設定沉降鋼筋的方法予以解決。

勞動組織

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》需用的勞動組織人員見表1。

材料設備

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》需用的主要機具設備見表2。

質量控制

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》質量控制應遵循以下要求：

1．支護施工嚴格按照《地下鐵道施工及驗收規範》、《地下鐵道、輕軌交通工程測量規範》、《錨桿噴射混凝土支護技術規範》的有關規定，臨時支護噴射混凝土的等級不應低於設計要求，採用預埋鋼筋頭、設定量測標誌控制噴射混凝土厚度，格柵支撐是柔性結構，除了嚴格按設計下料、組焊和安裝外，必須用混凝土將其噴射密實，現場用肉眼或錘擊辦法進行檢查，發現空鼓不實之處，應鑿開補噴。

2．灌築混凝土執行《地下鐵道施工及驗收規範》、《混凝土結構工程施工質量驗收規範》、《砌體工程施工質量驗收規範》的有關規定，認真控制配合比，嚴格控制鋼拱架模板加工質量，保證襯砌混凝土強度和觀感質量。

3．監控量測。現場進行地質和支護狀況觀察、周邊位移量測、拱頂下沉量測，地表下沉量測等項目，及時掌握圍岩和支護動態，判斷支護的可靠性，以保證施工安全和圍岩穩定。

安全措施

採用《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，應遵守注意下列事項：

1．進行全員安全教育，針對工程特點、參照有關安全規則制訂、落實安全規章制度。

2．開挖的各分步在完成規定的進尺後，必須立即架設格柵噴射混凝土，以減少圍岩的變形。

3．各分步開挖必須在臨近作業面的初期支護有一定強度後實施，開挖台階長度應以能盡塊使初期支護閉合而不造成兩部施工干擾為原則。

4．加強對圍岩和支護的動態監測，進行信息化管理，根據量測數據，分析、判斷圍岩和支護的穩定狀態，並採取正確的態度，科學組織施工，確保全全。

環保措施

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》施工過程中對周圍建築物（包括國家文物）的保護及對工程棄碴、污水排放、機械噪音控制和生活垃圾處理，均應按照國家環保部門的環保要求執行，各項控制指標均不超過規定的允許值。主要採取如下措施：

1．環境保護教育。認真學習國家和地方環境保護的各項法律、法規和標準，在開工前對全體職工進行宣傳、教育增強全員環保意識。

2．施工現場環境美化。工地應落實門前三包環境責任制，不在工地門前圍欄外側公用場地堆放材料、垃圾等。對門前屋後凡可進行綠化的地點均臨時種植花草樹木。

3．保護公共設施及文物。施工中有責任確保城市公共設施的安全。在土方開挖過程中，如發現有文物跡象，應局部或全部停工，採取有效的保護措施。

4．粉塵控制。做到施工場地硬化，要定期向地面的灑水，減少灰塵對周圍環境的污染。禁止在施工現場焚燒有毒、有害和有惡臭氣味的物質。裝卸有粉塵的材料時，應灑水濕潤或在倉庫內進行。拆除臨時設施時，及時灑水處理，降低揚塵污染。

5．噪音控制。在距居民區較近的施工現場，對主要噪音源如空壓機、鏟車等採用有效的吸音、隔音材料施做封閉隔聲禁止，使其對居民的干擾降至規定標準；在機械設備採購

時，儘量採用低噪音設備。夜間施工領取“夜間施工許可證”，並採取有效措施減少噪聲擾民；同時，在夜間施工時，嚴禁大聲喧譁，裝卸物料及碼放時輕拿輕放。夜間施工光源如鏟車、汽車燈光及施工照明燈不直接對居民房，並採取有效措施避免直接照射。

6．預防水污染的措施。工程開工前，根據現場市政排水設施布設情況和施工現場臨建情況將排水設計方案上報市政排水主管部門同意，並向市政排水主管部門申領施工臨時排水許可證。工地排水實行雨水、污水分流制度，且所有排放的污水，應符合國家標準《污水排入城市下水道水質標準》和《污水綜合排放標準》的規定。

效益分析

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》具有以下社會經濟效應：

1．該工法技術可靠，分步跳格開挖減少對圍岩的擾動，充分發揮圍岩自穩能力，施工安全穩妥，在北京城市鐵路東直門車站地下方廳工程施工中，未發生坍塌、人員傷亡事故。

2．通過最佳化施工程式、結構和臨時支護剛度，能有效控制圍岩變形和地表沉降，從而保證地面建築物和地下管線的安全。

3．通過超前注漿支護和跳格開挖，使初期支護成型好，減少超欠挖。

4．地下方廳的順利施工，未對市民的工作生活造成任何影響，為以後同類工程的施工提供了參考、積累了經驗，用數據證明了施工工藝的可行性及科學性，是施工水平的重要體現。

5．地下方廳理想的防水效果，使防水維護問題一勞永逸地得到解決，節約了維護費用。該成果套用於生產後，使原來滯後一個月工期能夠按時完成，節約了成本，降低了造價35萬元。

套用實例

《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》套用實例：

北京城市鐵路東直門車站地下方廳位於東直門立交橋下、城鐵東直門車站的南端，北側通過換乘通道南段與車站相連，西側通過南北兩條連線通道與環線捷運相連，南側通過風道連線到風亭。地下方廳南北長24米，東西長35米，矩形框架結構，頂板覆土厚約11米左右，為中國較大的地下方廳工程，結構斷面大，受力轉換複雜，地質條件較差，且地面為交通樞紐，地下管道眾多。為了保證地面建築和地下管線的安全，設計要求地表沉降控制在30毫米以內。

2001年12月開始，2002年6月20日正洞初期支護全部完成，開挖過程中地表最大沉降為18毫米，二襯結束時地表累計沉降為26毫米，支護結構穩定。監測數據和施工效果表明，地層應力釋放和重分布均勻平緩，支護體系內力轉換過度平穩，有效地控制了地層沉降，確保施工安全。

榮譽表彰

2006年1月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《建設部關於公布2003~2004年度國家級工法的通知》，以文號建質[2006]16號公布，《淺埋暗挖地下框架結構多導洞施工工法》被評定為2003~2004年度國家級工法。