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[分享]地铁暗挖施工工法
工法之一：隧道中洞法施工工法
1、特点
目前，国内的双联拱隧道所采用的施工方法大多为中洞法施工，即三导坑先墙后拱法。在施工中遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针。其特点为：
1.1 采用超前水平预注浆小导管、径向系统锚杆、锁脚锚杆、挂网和格栅喷混凝土等支护手段，加之开挖后立即封闭，形成受力封闭环，能有效的控制围岩变形和地表下沉，大大提高了施工的安全度。
1.2 其支护系统能很好地适应围岩的变形，与围岩形成一个整体，故能充分发挥围岩的自撑能力。
1.3 能应用量测监控等信息化管理方法指导施工，使整个施工过程均处于受控状态。
1.4 施工作业简便，不需要特殊的施工机械和设备，容易推广使用。
1.5 采用分部开挖，其超前中洞可起到探测和预报地质情况的功能。
1.6 中洞法施工减少了两个边导洞的施工，拱墙采取整体一次或分次衬砌，具有工序较简单、机械化程度较高、临时初期支护量小、施工进度较快、节约成本的特点。
1.7 为了保证侧洞初支钢格栅与中洞钢格栅连接板准确连接，该方法对中洞钢格栅的安装位置、步距、垂直度等要求相当高。
1.8 由于在中洞中墙天梁位置空间狭小，在破除临时中隔壁，施工侧洞二衬时，此处防水板的保护难度相当大。
2、工艺原理
所谓中洞法，就是在地下工程掘进中，通过临时支撑将开挖断面分成几个部分，中洞初支先行施工，待中洞贯通后施工中墙顶部和底部防水，再施工中墙结构；然后利用中墙结构作为侧洞施工的支撑点，再根据围岩情况进行其它部分的开挖与支护、防水层及侧洞结构。此工法是以新奥法的基本原理为依据，在开挖中尽量减少对围岩的扰动，通过超前管棚、锚(网)喷洞壁、钢拱架或格栅拱架支护系统和临时支撑联结，使断面及早闭合，控制围岩变形，并使之趋于稳定。同时，建立围岩支护结构监控量测系统，随时掌握施工过程中围岩的变化，合理安排，及时调整施工工艺和设计参数，确保施工安全。
事实上，各种施工方法都是围绕着中墙施工来进行的，中墙是整个隧道受力转换和受力平衡的支撑点，在结构设计中其刚度和稳定性应作控制，在施工中要认真处理好中墙的基底承载力和回填反压平衡，确保中墙稳定。
3、应用实例
北京地铁四号线第一标段工程—设计起点至马家楼站区间工程，起止里程为K0+000.000～K0+338.800，全长338.800 m，为暗挖双联拱隧道。正线起点在南四环北侧，马家堡西路下，线位较低，向北下穿出入线段左线后进入马家楼车站，与出入线左线形成立交，该部分为四号线南沿做预留，结构覆土厚度10m左右，线路设计坡度分别为-8‰、23‰、2‰，采用复合式衬砌，开挖跨度为11.1～11.142m，开挖高度为6.5～6.9m。
工法之二：暗挖隧道双侧壁导坑施工工法
1、特点
1.1本工法采用新奥法原理指导施工，能充分发挥围岩的自承能力，确保围岩稳定。开挖时首先进行两侧导洞的施工，各掌子面之间错开一定距离，多工序平行交叉施工，避免各掌子面之间的相互干扰。
1.2通过化整为零，将大断面隧道分成多个小洞进行开挖，避免了大规模塌方事件的发生，掌子面情况易于掌控。
1.3 施工工序比较复杂，初支结构受力转换复杂，格栅连接点多，施工质量不容易保证。
1.4 由于断面扁平，支护结构受力较大，初支结构的承载能力相对较小，特别是底脚处受力较大，结构要求有足够的地基承载力。
1.5 对于浅埋暗挖隧道，其埋深较浅，土层自稳能力差；特别是中洞开挖时，两侧现行形成的导洞初支结构，由于失去中间土层的侧向支撑力，打破了原有的应力平衡，容易产生水平位移，极易上部土体，乃至地表的沉降。
1.6 为了保证中洞初支钢格栅与侧洞钢格栅连接板准确连接，该方法对两边侧洞钢格栅的安装位置、步距、垂直度等要求相当高。
2、工艺原理
双侧壁导洞法是以新奥法为指导的施工方法，充分发挥围岩的自承能力。通过临时中隔壁，将大断面隧道或地质条件差的隧道断面化整为零分成6个或9个对称布置的小洞，进行开挖与支护。首先施工一侧的导洞，然后再施工另一侧的导洞，分别形成永久支护和临时支护，当两侧导洞开挖一定距离后再开挖中导洞，使支护逐步成环。开挖完毕后，四周形成永久支护，中间是临时支撑的格构式支撑结构。
为了避免由于多面开挖而形成变形叠加，各掌子面之间须错开一定的距离。各个导洞首先自成环封闭，然后通过中洞将两侧导洞的初支进行连接，逐步使整个断面封闭成环。
3、应用实例
北京地铁四号线工程马家楼-石榴庄路区间隧道为单孔大跨隧道，工程起止里程为K0+722.000～K0+915.806，长度为193.806m。区间线路断面变化多，共有5种不同断面，分别为Ⅰ－Ⅰ断面、Ⅱ－Ⅱ断面、Ⅲ－Ⅲ断面、Ⅳ－Ⅳ断面、Ⅴ－Ⅴ断面，断面尺寸分别为： 13.3m（跨度）×10.17m（高度）、11.84m（跨度）×9.247m（高度）、11.6m（跨度）×9.178m（高度）、11.906m（跨度）×9.266m（高度）、12.406m（跨度）×9.411m（高度），其最大开挖断面达到了110m2, 拱部均为砂卵石层。初支施工采用双侧壁导坑法施工，全断面分成6个掌子面开挖。施工期间平均进尺1.5米/天。
工法之三：暗挖隧道CRD施工工法
1、工法特点
1.1 “CRD”工法理论源于新奥法，但强调预支护，及时支护，控制地面沉降，保证施工、地上建筑物、地下构筑物和各种管线等的安全。
1.2 隧道暗挖的“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测” 十八字方针，是“CRD”工法的精髓。
1.3 该工法施工组织计划和施工工序应严格遵守“先排管，后注浆，再开挖，注浆一段，开挖一段，支护一段，封闭一段”的原则。
1.4 采用“CRD”工法施工安全度高、
2、工艺原理
“CRD“法是以新奥法的基本原理为指导，采用监控量测信息来反馈设计和指导施工的新理念，并采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护和二次衬砌共同承担上部荷载。在采用该法施工时，同时采用多种辅助工法进行超前支护，来改善和加固围岩，调动部分围岩的自承能力；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；在施工过程中应用监控量测等手段，及时反馈信息，不断优化设计，实现不塌方、少沉降、安全生产与施工。
3、应用实例
北京地铁四号线第一标段的设计起点～马家楼站区间风道采用“CRD六步法”施工。该风道长度为47.79m，断面形式为城门洞型，共分为三种断面形式（FA、FB、FC），FA断面结构开挖尺寸为7.4×11.48m，长度为27.05m； FB断面结构开挖尺寸为7.4×12.46m，长度为15.99m；渐变断为FA向FB断面过渡段，长度为5.1m ；FC断面结构开挖尺寸为7.4×15.04m，长度为5.4m。风道上部位于圆砾卵石层，边墙处于中粗砂层、粉土层，底部处在圆砾卵石层。衬砌结构采用复合式衬砌。
工法之四：隧道衬砌模板台车施工工法
1、特点
1.1 台车架优化设计，既保证足够的强度和刚度，又结构简单，重量减轻，且外形美观。
1.2液压系统采用了液压锁、平衡阀等措施，对液压缸进行液压锁定，同时配套采用了丝杠机械锁定，这样的“双锁定”保证了模板在衬砌状态不变形、不移位，强化了模板的支承刚性，减轻了模板结构重量。
1.3 电气系统有全防爆式和不防爆式两种，可用于瓦斯隧道和普通隧道的衬砌施工，这在衬砌台车设备中具有创新性。
1.4钢模衬砌台车的研制成功，是对传统隧道衬砌施工方法的重大突破，一次衬砌长度最长可达12m，混凝土注入采用机械化，衬砌效率是传统施工方法的数十倍，可节省大量的人力物力，改善了工人的工作条件。台车可广泛适用于长、短隧道的衬砌施工，同时衬砌、开挖时车辆通行互不干扰，可同时作业，具有良好的经济效益和社会效益。
2、工艺原理
台车是靠自身具有的支撑体系、模板体系，同时又具有走行系统形成既能快速移动又能快速支撑和拆除的一整套模板系统，根据使用要求可分为明挖台车和暗挖台车。
台车由行走机构、台车架、钢模板、模板垂直升降和侧向伸缩机构、液压系统、电气控制系统６部分组成。
１．侧模板２．顶模板 ３．上纵梁 ４．垂直升降机构（顶部液压缸和垂直支承丝杠） ５．侧部液压缸、侧向支承丝杠Ⅰ ６．侧向支承丝杠Ⅱ ７．侧向支承丝杠Ⅲ ８．门架立柱 ９．门架横梁 １０．行走机构 １１．下部支承丝杠
⑴ 行走机构
行走机构由主动、被动两部分组成，共４套装置，分别安装于台车架两端的门架立柱下端，整机行走由２套主动行走机构完成，即行走电动机带动减速器，通过链条传动，使主动轮驱动整机行走，被动轮随动。行走传动机构带有液压推杆制动器，以保证整机在坡道上仍能安全驻车。
⑵ 台车架
台车架由端门架、中间门架、上下纵梁、斜拉杆、支承杆等组成，各部分通过螺栓联为一体，两端门架支承于行走轮架上，中门架下端装有支承螺杆，衬砌施工时，混凝土载荷通过模板传递到４个门架上，并分别通过行走轮和支承丝杠传至轨道——地面。在行走状态下，螺杆应缩回，门架上部前段装有操作平台，放置液压及电气装置。
⑶ 模板
模板是直接衬砌混凝土的工作部件，是由螺栓联为一体的数块顶模和侧模组成，顶模与侧模采用铰接，侧模可相对顶模绕销轴转动，支模时，顶部液压缸将顶模伸到位，再操纵侧向液压缸，将侧模伸到位，调整顶部、侧部支承丝杠、完成支模；收模时，按上述相反顺序实施。不需拆模板，采用衬砌台车提高了衬砌质量和施工效率，降低了劳动强度，暗挖台车每块模板上有工作窗口，做为灌注混凝土时的观察窗口，同时在顶部预留有注灰口。
⑷ 液压系统
由电动机、液压泵、手动换向阀、垂直及侧向液压缸、液压锁、油箱及管路组成，其功能是快捷、方便地完成支收模、即顶模升降和支承侧模。手动换向阀分别控制模板垂直升降和两侧模的侧向伸缩，当液压缸将模板支承到位后，再调整支承丝杠到位，灌注混凝土对模板产生的垂直和侧向载荷主要由液压缸和丝杠承载。
3、应用实例
⑴ 北京地铁四号线第一标段
北京地铁四号线第一标段工程包括三个单位工程，即设计起点-马家楼区间工程、马家楼站工程和马家楼站至石榴庄区间工程。其中设计起点-马家楼站区间包含两部分，即出入段线和正线起点至马家楼站。出入段线起自马家楼站南端，与马西路并行至南四环北侧，右转沿南四环辅路西行穿过佑外大街，最后北转进入马家堡车辆段。明、暗挖隧道工程分别采用明、暗挖钢模衬砌台车施工，通过这种施工方法的应用减少了施工投入的人力、物力，降低了职工的劳动强度，提高了隧道施工的机械化程度。
⑵ 北京地铁四号线第四标段
北京地铁四号线第四合同段工程南起角门北站，沿马西路下穿马草河后向东偏移，经南三环、万芳亭公园、凉水河、京山铁路后到达北京南站，然后经南二环路、南护城河，沿菜市口南大街北行至陶然亭站，全线总长为7552m。该工程包含两座车站和三个区间，即北京地铁四号线北京南站工程、北京地铁十四号线北京南站工程、北京地铁四号线角门北站-北京南站区间、北京地铁四号线北京南站-陶然亭站区间、北京地铁十四号线北京南站预留工程区间。其中北京地铁四号线角门北站-北京南站区间和北京南站-陶然亭站区间暗挖工程总长1217m，均采用模板台车进行隧道二衬施工。
工法之五：Φ108大管棚定向施工工法
1、工法特点
1.1大管棚超前支护施工所用机械设备相对较小，且均为履带或步履式，移动灵活，工艺简单，操作方便；
1.2所用的机械动力有柴油动力和电力两种形式，在施工过程中废水、废液产生很少，产生污染较小，符合施工环保要求；
1.3 施工速度快，对整个工程工期影响较小；
1.4 超前支护效果明显，经济和社会效益显著。
2、工艺原理
大管棚超前支护施工工法是利用管棚钻机作为动力，直接用管棚钢管作为钻杆，按照一定的入射角度，边钻进边用特制套筒接长钻杆，同时辅以循环液冷却钻头、保护孔壁和携带泥土等，直至达到设计深度为止；然后利用注浆设备，把配置好的注浆材料通过管棚钢管及其前面的注浆花管，注入到软弱地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使管棚钢管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用，使围岩变形和应力得到有效控制。
管棚的作用机理是将工作面前方开挖应力释放能量传递到稳定土体中，以达到控制开挖沉降的目的，并能提高执护和围岩的承载能力。这种超前支护体系刚度大，可穿透工作面滑动土层破裂面，将管棚承受的部分地层荷载有效地传递到以封闭的初期支护或衬砌结构上。
3、应用实例
北京地铁四号线设计起点-马家楼站区间包含两部分，即出入段线和正线，其中出入段线起自马家楼站南端，与马西路并行至南四环北侧，右转沿南四环辅路西行穿过佑外大街，最后北转进入马家堡车辆段。马家堡西路是一条新建成的马路，路面结构下敷设各类管线，因此结构纵断设计在该处尽量压低线位，采用矿山法施工，既不用破坏新建成的马路，又能避开所有管线，但有一条DN1100污水管管底标高33.20左右，从结构上方横穿而过，距离结构顶（出入段线单线马蹄结构）最近距达到0.8m，并沿结构左线并行一段30m左右，当结构左线右拐后逐渐离开。
DN1100污水管横穿隧道结构，污水管线由水泥管节组成，拱顶距地下管线近，管节间接缝处受沉降影响极易出现破裂断开，为保护管线，在双联拱K0+160～K0+180段、出入段线左线CRK0+588～552段、出入段线右线CRK0+554～534段施工Φ108大管棚后，再向前施工。
出入段线右线大管棚施工长度为20米，从南向北施工，一次施工完成；左线施工长度为36米，从南北两侧对打，分两次完成，单侧施工长度为20米，搭接长度为4米；正线双联拱大管棚施工长度为20米，从南向北施工，一次完成。管棚一次钻进长度为20米，依照设计端面布设施工管棚，管棚分布宽度为拱顶120º范围内，要求钢管中心间距为0.3米。
本工程大管棚施工开工时间为2006年4月30日，竣工时间2006年5月19日。大管棚施工完成后，隧道暗挖作业中没发生管线渗漏、错位等情况，起到了保护管线的良好作用，暗挖大管棚的施工是成功的。
工法之六：超前小导管注浆施工工法
1、特点
1.1 小导管注浆施工工艺简单，易于操作，施工安全，土层加固见效快，浆液损失少，成本低，是隧道施工中最常用的加固土层的方法之一；
1.2 小导管注浆仅作为地下工程施工防坍塌和沉陷的辅助手段。对于正常断面开挖仍应坚持“管超前、严注浆、短开挖，强支护，快封闭，勤量测”的十八字方针。大断面仍应选择合适的分部开挖法，也同样遵循上述十八字方针。
1.3 小导管超前注浆施工的难点是注浆材料的配置，小导管超前注浆设计应根据地质条件、隧道断面大小及支护结构型式选用不同的设计参数。
2、工艺原理
在软弱土层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到软弱地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。
3、应用实例
北京地铁四号线第一标段工程包括一座车站和两个区间工程，即马家楼车站工程、设计起点～马家楼区间工程和马家楼站～石榴庄路站区间工程。其中设计起点～马家楼区间工程和马家楼站～石榴庄路站区间工程中，隧道穿越粉细砂层、中粗砂层、卵石圆砾层等多种复杂地层，为了保证开挖期间土体的稳定，采用在隧道拱部打设小导管超前注浆加固等辅助技术措施。本工程开工时间为2005年9月20日，竣工时间2008年10月31日。截至到2006年11月25日，设计起点～马家楼区间工程中的超前小导管注浆施工已经全部结束，目前马家楼站～石榴庄路站区间工程的超前小导管注浆施工正在实施。从以上两个工程应用情况来看，超前小导管注浆加固效果相当显著。
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