地铁隧道矿山法施工事故风险分析与评价 发表时间：2018-11-15T09:38:32.460Z 来源：《基层建设》2018年第30期作者：韩燕[导读] 摘要：新时期地铁施工技术水平的提升，为现代城市发展注入了活力。 中国铁路设计集团有限公司天津 300142摘要：新时期地铁施工技术水平的提升，为现代城市发展注入了活力。城市地铁属于万众瞩目的工程，在网络日益普及的今天，一旦出现安全事故，极可能造成不可估量的社会影响和极大的舆论压力。因此，准确分析城市地铁施工期间风险事故原因，研究其结构的可靠度是一个非常重要的课题。 关键词：地铁隧道矿山法；施工事故风险；评价引言 随着城市地铁建设的大规模开展，城市地铁隧道施工风险管理日益受到各方面重视。隧道工程作为一项高风险建设工程，具有建设规模大、风险高、风险因素众多以及客观条件复杂等特点。 1安全事故统计自我国1965年第一条地铁一北京地铁1号线开工建设以来，截至2016年末，共有30个城市开通城市轨道交通运营，其中地铁里程3168.7km，获得批复的城市共有58个，规划线路总长为7345.3km，总投资超过37000亿元。相比于英国、法国、美国、日本等发达国家近百年的轨道交通发展历史，我国轨道交通建设经验还很不足，虽然我国60年代就开始了地铁建设，但是大规模建设也就是2000年以后至今十几年的时间。加之城市地铁建设多位于城区密集区，施工环境复杂，施工难度大，与之相应的施工及管理人员素质偏低，因此，在我国地铁高速发展的近一段时期内施工事故频频发生。 我国在煤矿事故、交通事故、危险化学品事故等统计方面的研究比较多，但是在隧道施工尤其是地铁施工事故方面统计较少，有关隧道事故统计大部分仅限于运营阶段和火灾事故等。针对地铁隧道施工事故的事故类型、风险源指向、发展趋势等数据分析不系统，事故发生的原因、类型、条件等对相似地质条件下的新建隧道施工有极大的参考意义，通过对历史事故资料的分析，可以揭示事故发生特征和规律，同时可以为避免事故和提高隧道与地下工程施工管理水平提供指导。 通过分析我国近10年来100起地铁隧道矿山法建设施工期所发生的安全事故样本发现，该样本包含坍塌事故55起，由各种机械伤害引起的事故11起，火灾与水灾诱发事故各7起，坠物击打引起事故6起，模板坍塌造成事故5起，爆炸引发事故4起，由其他方面原因导致事故5起，如图1所示。对于各类事故造成的人员伤亡方面，坍塌占总伤亡人数的55.9%，通过对上述各类事故数据统计分析可知，坍塌是地铁隧道工程建设期的多发多害事故，是重点防备的事故类型。 图1安全事故统计 2工程实例分析 2.1事故概况 2012?04?25凌晨突降大雨，某市地铁3号线某区间由于雨水渗入掌子面前方的土体，引起掌子面涌水、涌砂、突泥，进而发生隧道坍塌冒顶事故。此事故诱发地面坍塌范围约15m×15m，坍塌深度约为8m，并且造成4条高压电缆受损，部分砂土、各种杂物涌入隧道，造成大面积浸水。 由于工作人员发现较早，抢险及时，未引起人员伤亡情况，但坍塌段位于某市交通干道，人流量较大，引起较多市民围观，产生极坏的社会负面影响。 事故原因如下：坍塌区隧道围岩为富水砂层，在其开挖前已经布设降水井进行降水，并且降水后地下水位已降至隧道底部以下，确保隧道开挖在无水环境下进行，但由于突降大雨，排放雨水的暗渠无法大量排水，导致暗渠转折处（即塌方位置）产生破裂，暗渠中的大量雨水涌入隧道上方土层，在雨水浸泡下，原来无水的隧道周围砂层内黏聚力下降、内摩擦角变小，整体强度变弱，自稳能力下降，掌子面发生涌水、涌砂现象，并导致地面发生冒顶事故。 2.2坍塌事故可靠度分析 塌方处隧道埋深约8m，穿越地层岩性以砂土为主，采用上下台阶预留核心土方法开挖，数值计算模型分为回填土、砂土、上台阶、下台阶、核心土、上下台阶衬砌、强风化花岗岩、中风化花岗岩等9种模型单元，模型范围为52m（横向）×10m（纵向）×31m（竖向），对其四周进行水平约束，底面竖直方向约束，上边界为自由边界，模型采用Mohr-Coulomb弹塑性模型，即τ=c+σtanφ，f=tanφ，其模型如图2所示。
矿山法隧道工程施工方案 工程概况 第一节编制依据 （1）某工程矿山法隧道设计图纸和其他相关设计文件； （2）该段隧道工程的地质条件及所处环境、施工现状，结合我单位类似工程的施工经验；（3）合同条款； （4）施工规范和验收标准； （5）业主批复的相关施工方案及会议精神。 第一节工程范围及工程数量 （1）左线ZDK0+645.801～ZDK0+726.815，计81.014m 的矿山法隧道施工，右线YDK0+645.8～YDK0+728.118 ，计82.318m 矿山法隧道施工。 （2）该段里程地表加固:施喷桩、袖阀管、摆喷桩等施工管理。 （3）工程数量见工程数量表（略）。 （4）本施工组织设计的重点是实施B 断面，里程为YDK0+729.418～694.365。 第一节工程地质条件 天河客运站至华师站区间北段矿山法隧道穿过花岗石残积土层，隧道顶部为淤泥质土和砂层。砂层为主要含水层，透水性强。根据地质钻孔资料及始发井开挖揭露的地层情况知，该段隧道的地质情况比较复杂。 1.3.1 隧道左线洞口段地质情况从上往下依次为： ①人工填土层<1>，为杂填土，厚2～3m。 ②河湖沉积层<4-2>，为淤泥质土，厚2～3m。 ③冲积-洪积砂层<3-2>，为中砂层，厚3～5m。 ④花岗石残积土<5H-2> ，为砂质黏性土，厚7～10m 。 ⑤下部为花岗石全风化层<6H>见图1-1。 1.3.2 隧道右线洞口段地质情况从上到下依次为： ①人工填土层<1>，为杂填土，厚4～5m。 ②冲积-洪积土层<4-1>，主要为粉质黏土，厚3～4m 。 ③冲积-洪积砂层<3-2>，为细砂层，厚1～2m。 ④花岗石残积土<5H-2> ，为砂质黏性土。 ⑤下部为花岗石全风化层<6H>，该段地下水丰富，更为不利的是隧道拱顶约1m进入冲积-洪积砂层，稳定水层埋深1.45～3.30m，冲洪积砂层更为饱含水层。岩土<5H-1>、<5H-2>、<6H>等地质残积土遇水极易软化崩解，甚至发生流砂现象。由于上层地质砂层为饱含水层，下伏的残积土会受到地下水的浸泡而软化，施工时易发生崩解和流砂，甚至塌方，造成地表
三、常见矿山法施工风险事件预防及应急措施 3.1拱顶坍塌 风险特点 隧道拱顶坍塌一般发生在隧道开挖过程至初支喷射混凝土初凝前。坍塌前一般会有局部或小范围掉快，如不及时采取措施，掉快加大导致坍塌。拱顶坍塌可能的后果包括（不限于）：①人员伤亡、材、物损坏；②引起拱顶空洞及地面和拱顶沉降过大；③结构破坏；④造成地面坍塌、管线破坏或其他建筑物破坏。 产生原因（包括但不限于）：1、超前加固效果不好；2、开挖步距太大或钢格栅架设不及时、喷射混凝土不及时；3、超挖严重导致开挖范围超出超前注浆范围加固区；4、各种原因导致的钢格栅封闭不及时或拱脚不实；5、带上作业等； 6、遇不良工程、水文地质情况，设计、施工处置不当； 预防措施 1、施工前对隧道通过和影响地段进行施工勘察； 1）对查出的空洞采取注浆或其他措施回填，保证回填密实； 2）查清不良地层的空洞位置，必要时采取适宜的加固处理措施； 2、选择适宜的降水、排水方案，确保隧道无水作业； 3、加强超前支护施工质量，保证超前到导管或管棚的数量、长度、外插角和搭接长度，严格控制注浆和注浆压力，并根据岩（土）层特性调整注浆参数及工艺； 4、拱部采用人工开挖、预留核心土，保证在加固范围内开挖，严谨挖“神仙土”；台阶长度不得超过一倍洞径；上台阶开挖时拱脚应垫牢垫实，严格按设计要求打设锁脚锚管，保证锁脚锚管的长度及角度，保证纵向连接筋和钢筋网的焊接和搭接质量；下台阶“接腿”和仰拱施工要一次形成，保证技术封闭成环；开挖完成后及时架设钢支撑和喷射混凝土； 5、及时加强背后回填注浆； 6、开挖过程中如出现小范围的局部坍塌时，应立即停止开挖，并封堵开挖面，根据地质情况，坍塌范围和部位，待制定可行的防止继续坍塌措施后方可继续施工； 7、加强监控量测，根据检测结果调整施工工艺和参数； 应急措施 1、疏散险情现场闲杂人员，必要时，对地面影响范围内的周边单位或住宅内的人员进行疏散； 2、如塌方范围内地层存在管线，应通知相关产权单位，并配合对其监护和处置； 3、必要时，会同属地公安交通部门对影响到周边道路进行封闭，疏导调整事故路段内的交通； 4、组织经验丰富的抢险人员采取堆土，沙袋或木支撑、格栅钢架等手段封闭掌子面； 5、加强和地面联系和检测，观察坍塌的发展情况； 6、从已支护好的部位钻孔，对坍塌处采取泵送混凝土和注浆等措施将坍塌处
矿山法隧道施工质量控制点 一、编制依据 （1）《地下铁道施工及验收规范》（GB50299-1999）； （2）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）； ⑶《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2002）； （4）《建筑工程施工质量验收统一标准》（GBJ50300-2001）； （5）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）；（6）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）； （7）《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）； （8）《铁路隧道锚构筑法技术规则》（TBJ108-92）； （9）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）； （10）《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TBJ417-2003）； （11）《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-2003）； （12）其它与本工程相关的现行施工及验收规范。 二、工程概况 矿山法隧道起讫里程:左线DK18+650～DK20+070,长度1436.214m;右线DK18+780～DK20+070,长度1290m;出口明挖段里程：左右线DK20+070～DK20+380.895，长度621. 79m。 长深区间在DK19+677处设有一施工竖井，深38.863m；在YDK18+827.0、DK19+400.0分别设有一联络通道及废水泵房。 （过渡段）明挖区间正线设计起点里程为YDK18+327.576，终点里程
为YDK18+760,长432.424.左正线设计起点为ZDK18+332.576，终点里程为ZDK18+625,长292.424m。 三、隧道质量控制点 工程实施中严格遵守施工图和设计说明的有关技术要求；施工活动以采用的规范、标准中的相关技术标准为依据，对应遵守而未列入的规范和标准的技术要求，以业主书面通知为准。标准、规范与施工图有矛盾时，以设计施工图为准。若标准、规范条文之间出现矛盾或不一致时，按业主提供标准就高不就低的原则执行。 由于本标段暗挖隧道均深埋地下，施工出碴与进料均需通过垂直运输，施工进度指标较低，为确保工期，地下隧道各施工段的交接面宜尽早安排提前贯通，尽快形成地下联络通道，以充分有效利用四处施工竖井的出碴与进料，适时合理调配，洞内外均采用无轨运输方案。施工中加强加强围岩监控量测和地面监测，实现施工信息化，提高掘进（钻、爆、装、运）、喷锚（拌、运、锚、喷）、衬砌（拌、运、灌、捣）等三条机械化作业线的作业效率。 施工过程中密切配合隧道机电、通风、照明、监控等专业附属设施的安装施工，注意附属设施预埋、预留，同时与管线等进一步配合，切实做好各专业的协调。 1、隧道开挖作业质量控制点： ①根据隧道围岩等级和岩层结构，做好钻爆设计，重点控制好周边眼间距、抵抗线和装药集中度，并严格按钻爆设计尤其要掌握好施钻精度组织施工。爆破设计是实施光面爆破技术的基础，光面爆破设计参
矿山法隧道施工技术浅析 摘要：本文对矿山法隧道施工，特别是中洞法的施工流程进行了较为详细的分析，对矿山法施工技术的控制要点以中洞法为例进行了总结和论述。最后对矿山法施工技术进行了总结并提出了以后的发展方向。 关键词：矿山法；隧道施工；中洞法；施工流程；技术控制 1、前言 矿山法是一种暗挖方法,主要应用于围岩段的开挖。矿山法在使用时具有诸多的优点：掘进速度快、造价低、安全性高以及适应性强等，因此广泛应用于隧道工程中。中洞法作为矿山法的一种，具有：1、安全性好，在先完成中墙和第一期底板，后再进行开挖时可将临时支撑和拱架都支撑于坑道中墙及第一期底板上；2、灵活性好，可因地制宜地选择断面形状和尺寸；3、可操作性强，机械化程度低，挖土可用人工采用简便挖掘机具；4、出土效率高，开挖上部断面时的大量石渣可通过上下导坑间一系列漏渣孔装车后从下导坑运出；5、工序间干扰较少，完成中洞后，可左右侧同时施工；6、造价低、经济性强。中洞法适用于土类软岩类的地质条件较好且施工受地下水影响较少的工程项目。 2、矿山法隧道施工 2.1矿山法隧道施工进展 矿山法在隧道施工中采用“新奥法”原则，其在工程中的广泛使用并且具有重要的地位。矿山法通过近几十年来的研究，施工技术得到了较大的进步，其中主要成果有：钻眼速度的提成，现在的液压凿岩机钻眼速度为3 m/ min比三十多年前的速度提高了十几倍，同时现场作业人员的需求也大大降低。地质超前预报在近年来得到了广泛的应用，对围岩的预支护及预加固技术研究深入使技术更加成熟，同时加上更加完善科学的施工管理，使隧道在进行施工的过程中的应变能力得到了较大的提升。由于特长隧道的埋深一般都比较大，因此其地质环境对施工造成了较多的困难，对于这些困难和问题随着技术应用的成熟和研究的深入已有了一定认识，同时也拥有了丰富的经验和措施。北京地铁复兴门折返线以及西单地铁车站在施工中运用了“新奥法”原则，这些工程的顺利完成说明我国地铁隧道不仅是在设计和施工方面取得了较大提高[1]。 2.2矿山法隧道施工流程 区间矿山法隧道施工中通常采用的方法是暗挖法，在采用矿山法进行施工时必须遵从“新奥法”的原则，在施工过程中如果必须采用爆破开挖，需要采用微震控制爆破的方法，从而保证施工的安全性。 在矿山法施工中，包括台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法、中洞法等，施工过程不尽相同，本文以中洞法为例对矿山法的施工进行介绍，主要施工流程
(一)矿山法施工重难点及应对措施 Ⅰ、矿山法施工重难点分析 1、地层超前支护及加固监理 （1）检查是否按设计及施工方案要求设置超前导管或管棚。 (2）导管或管棚安装前检查是否已将工作面封闭严密、牢固,清理干净,并测出钻设位置后放可施工。 (3)导管采用钻孔施工时，其孔眼深度应大于导管长度。 （４）管棚施工应符合以下规定： 钻孔的外插角允许偏差为5‰; 钻孔应由高孔位向低孔位进行; 钻孔孔径应比钢管直径大30~40mｍ； 遇卡钻、坍孔时应注浆后重钻； 钻孔合格后应及时安装钢管，其接长时连接必须牢固。 （5）导管或管棚注浆应符合以下规定： 注浆浆液宜采用水泥或水泥砂浆，水泥浆的水灰比为0.5~1，水泥砂浆配合比为1: 0．5~3。注浆浆液必须充满钢管及周围的空隙并密实，其注浆量和压力根据试验确定。 （6）检查注浆孔是否按设计要求布设。 （7)检查注浆材料是否符合设计要求。 （8）检查注浆压力是否符合设计及施工方案要求。 (9）注浆过程中检查浆液不得溢出地面及超出有效注浆范围。注浆结束后,注浆就封填密实。 2、石方爆破施工监理，按要求编制石方爆破施工监理实施细则。 3、隧道开挖施工监理 （1)检查隧道开挖是否按设计及施工方案要求开挖。 (２）检查隧道开挖前是否制定了防坍塌方案,备好抢险物资,并在现场堆码整齐。 (３）隧道在稳定岩体中可先开挖后支护,支护结构距开挖面宜为５~10m，在土层或不稳定岩体中，初期支护的挖、支、喷三环节必须紧跟。
（4)隧道开挖循环进尺，在土层和不稳定岩体中为0.5~１.2 m，在稳定岩体中为1~１．5 ｍ。 (5)严格控制开挖断面,不得欠挖。 (６)隧道台阶法施工，在拱部初期支护结构基本稳定且喷射砼达到设计强度的70%以上时,方可进行下部台阶开挖,并应符合以下规定： 边墙应采用单侧或双侧交错开挖，不得使上部结构同时悬空； 一次循环开挖长度，稳定岩体不大于4 m，土层和不稳定岩体不大于2 m。边墙挖至设计高程后，必须立即支立钢格栅拱架并喷射。仰拱应根据监控量测结果及时施工。 4、初期支护施工监理 （1）钢筋格栅、钢筋网加工及架设施工监理 1）钢筋格栅和钢筋网应在工厂（空旷地）加工，钢筋格栅第一榀制做好后要求进行试拼,检验合格后方可进行批量生产。 ２)钢筋格栅和钢筋网采用的钢筋种类，型号,规格应符合设计要求，施焊应符合设计及钢筋焊接标准。 3)钢筋格栅加工要求符合以下标准: 拱架（包括顶拱和墙拱）应圆顺，直墙架应直顺允许偏差：拱架矢高及弧长＋20,0mｍ，墙架长度±20mｍ,拱、墙架横断面尺寸(高、宽）+10,0mm; 钢筋格栅组装的应在同一平面内，允许偏差:高度±３0mm。，宽度±20mｍ。扭曲度2０mm。 ４)钢筋网加工允许偏差为：钢筋间距±10mm。;钢筋搭接长±1５mm。 5）钢筋格栅安装要求符合下列规定: 基面竖实并清理干净，必要时进行预加固; 钢筋格栅应垂直线路中线，允许偏差为：横向±30mm，纵向±50mm，高程±3０mm，垂直度5‰； 钢筋格栅与壁面应楔紧,每片钢筋格栅节点与相邻格栅纵向必须分别连接牢固。 6)钢筋网铺设要求符合下列规定 铺设应平整,并与格栅及锚杆连接牢固；
第1章编制依据及原则 1.1 编制依据 1 xx地铁2号线工程土建2202标段的施工及设计图纸。 2 xx地铁2号线工程土建2202标段工程岩土工程勘察报告。 3 相关行业的施工规范和标准、xx市相关规程规范及标准。 4 工程现场调查资料及周边建筑物基础资料。 5 现行有关法规、标准、技术规范、定额，以及环境保护、水土保持方面的政策和法规。 6 根据我局现有施工水平、技术、设备、施工经验、科技进步、施工能力和资源配置等施工要素。 1.2 编制原则 确保工期目标的原则 在施工方案的编制中充分考虑了实现关键工期及总工期目标所必须预留的“抢工”条件；从施工顺序安排上也充分考虑了各工期目标的需要。 技术进步原则 施工方案及各分部分项工程施工方法的选择体现了技术进步原则。 成本最优化原则 在保证工程安全、质量、工期的前提下通过科学管理、精细组织、技术创新使得成本最优。进而使得工程自始至终保持质量、成本、安全良性循环的有序状态。
第2章工程概况 2.1工程范围 xx隧道处于xx地铁2号线工程土建2202标段沙世区间，位于xx市南山区世界之窗景区下。 2.2设计概况 沙世区间xx隧道分左、右线，左线ZDK14+245.857～ZDK14+759.000，长513.143m，右线YDK14+252.15～YDK14+759.000，长506.850m，单线总长1019.993m。 全隧道按浅埋暗挖法及喷锚构筑法进行设计，采用复合式衬砌结构。隧道埋深13～28m左右，围岩为Ⅲ～Ⅵ级，Ⅲ级长70.7m，Ⅳ级长208.2m，Ⅴ级长397.8m、Ⅵ级长343.293m （处于砂质粘性土），暗挖隧道断面单线A、单线B、单线C、单线D型及小间距隧道5种。单线隧道直线及曲线段内净空均为5200mm。 2.3二衬施工主要工程数量表 ]
矿山法隧道工程施工方 案 Last revised by LE LE in 2021
目录 第1节编制依据........................................................ 第2节工程范围及工程数量.............................................. 第3节工程地质条件.................................................... 第4节隧道设计........................................................ 第5节隧道施工环境.................................................... 第二章现场的施工现状.................................................. 第三章施工总体安排及施工方案.......................................... 第1节止水帷幕施工.................................................... 第2节B断面端头加固袖阀管施工........................................ 第3节地表管线加固施工................................................ 第4节对元岗大桥桥基临时加固的预备措施................................ 第5节管棚施工........................................................ 第6节加强地面监测，实行信息化施工.................................... 第7节A、B断面隧道施工............................................... 第8节施工总平面布置图和洞内开挖示意图................................ 第四章主要的施工工艺.................................................. 第1节喷射混凝土...................................................... 第2节钢筋网安设...................................................... 第3节格栅拱架加工与架立.............................................. 第4节超前小导管、注浆小导管和锁脚锚管施工............................ 第5节防水层施工...................................................... 第6节仰拱施工........................................................ 第7节二次衬砌施工.................................................... 第8节衬砌背后注浆.................................................... 第9节进洞3m前的井点降水............................................. 第五章工程测量与监控量测.............................................. 第1节施工测量........................................................ 第2节监控量测........................................................ 第六章工期、进度及劳动力、机械的安排.................................. 第1节A、B断面施工总体安排........................................... 第2节工期计算........................................................ 第3节时标网络图及施工总体进度横道图.................................. 第4节施工组织机构及劳动力的组织...................................... 第5节材料计划表具体见材料数量汇总表.................................. 第6节机械、设备进场表（表6-3）...................................... 第7节测量、监测设备表（表6-4）...................................... 第七章应急准备及处理.................................................. 第1节洞内塌方........................................................ 第2节洞内穿水........................................................ 第3节出现流砂........................................................ 第4节基坑上鼓........................................................
目录 第一章工程概况 (3) 第1节编制依据 (3) 第2节工程范围及工程数量 (3) 第3节工程地质条件 (3) 第4节隧道设计 (4) 第5节隧道施工环境 (5) 第二章现场的施工现状 (5) 第三章施工总体安排及施工方案 (6) 第1节止水帷幕施工 (6) 第2节 B断面端头加固袖阀管施工 (7) 第3节地表管线加固施工 (8) 第4节对元岗大桥桥基临时加固的预备措施 (8) 第5节管棚施工 (8) 第6节加强地面监测，实行信息化施工 (8) 第7节 A、B断面隧道施工 (9) 第8节施工总平面布置图和洞内开挖示意图 (18) 第四章主要的施工工艺 (18) 第1节喷射混凝土 (18) 第2节钢筋网安设 (19) 第3节格栅拱架加工与架立 (19) 第4节超前小导管、注浆小导管和锁脚锚管施工 (20) 第5节防水层施工 (23) 第6节仰拱施工 (24) 第7节二次衬砌施工 (25) 第8节衬砌背后注浆 (26) 第9节进洞3m前的井点降水 (26) 第五章工程测量与监控量测 (27) 第1节施工测量 (27) 第2节监控量测 (28)
第六章工期、进度及劳动力、机械的安排 (29) 第1节 A、B断面施工总体安排 (29) 第2节工期计算 (29) 第3节时标网络图及施工总体进度横道图 (30) 第4节施工组织机构及劳动力的组织 (30) 第5节材料计划表具体见材料数量汇总表 (31) 第6节机械、设备进场表（表6-3） (31) 第7节测量、监测设备表（表6-4） (32) 第七章应急准备及处理 (33) 第1节洞内塌方 (33) 第2节洞内穿水 (34) 第3节出现流砂 (34) 第4节基坑上鼓 (34) 第5节路面塌洞 (34) 第6节现场应急准备常备物资如下 (34) 第八章施工注意事项 (35) 第九章保证措施 (36) 第1节质量保证措施 (36) 第2节安全保证措施 (38) 第3节进度保证措施 (39) 第4节文明施工保证措施 (39)
地铁盾构区间隧道的矿山法施工 【摘要】盾构法隧道施工经常会遇到上软下硬不均匀地层，此时倘若隧道下穿既有线或建筑物不具备开舱换刀条件，将会导致盾构机无法正常掘进。在深圳地铁5号线盾构区间上软下硬地层中，局部改用矿山法开挖、初期支护后由盾构机拼装管片通过的施工方法，其经验可供地铁隧道施工参考。 【关键词】矿山法；台阶法；盾构区间隧道；上软下硬地层；长管棚；超前小导管； 1、引言 矿山法是传统的地下巷道施工方法，其主要特点是以钻眼爆破方式开挖土石。20世纪50年代，奥地利学者拉布西维兹提出了岩体自身具有承载能力的理论，给传统矿山法赋予了新的理念，逐步形成了以保护和发挥围岩的自承能力为原则，以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚喷支护为主要支护措施，通过监控量测手段实现信息化动态施工的一种现代隧道施工技术。现代矿山法[1]，即新奥法具有施工技术简单、工程造价低等特点，被广泛应用于山岭隧道工程[2～4]。 21世纪以来，随着城市轨道交通的发展，我国进入了地下铁道建设的高峰期。地铁工程一般覆盖层较浅，大多处于淤泥质、粉质粘土地层或砂卵石地层中(尤其是在上海、广州、深圳等地)，地下水位通常较高，地层自稳能力差，周边环境复杂。为了确保施工安全、减少地表沉降、加快施工速度，地铁工程大多采用盾构法施工。但在复杂的地层环境中，盾构施工经常会遇到上软下硬等不均匀地层，在这样的地层中掘进会引起刀具严重磨损不能正常使用，假如此时地铁下穿既有线或其他建筑物、不具备开舱换刀条件，将会导致盾构机无法正常掘进。如何解决盾构区间隧道上软下硬地层中下穿既有线或其他建筑物的掘进问题，深圳地铁5号线所采用的矿山法为工程界提供了一个先例。 2、工程概况 2.1工程概况 深圳地铁5号线民治—五和区间线路整体呈东西走向，区间起点位于民治大道东侧、平南铁路南侧的既有道路下方，出民治站后与平南铁路平行前进，经坂田火车站后向北偏转，四次下穿平南铁路后进入五和站，终点位于五和南路。左右两线总长4 061.59 m，线间距11.9～15.5 m。 隧道顶部覆土厚11.5～33.0 m。隧道主要穿越砾质粘土、砾砂、全风化花岗岩及少量强风化与中风化花岗岩。地下水主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存于冲洪积砂层、圆砾层、坡积层、残积层、全风化花岗岩中。基岩裂隙水主要赋存于花岗岩强—中风化层中，略具承压性。地下水埋深1.22～17.8 m。区间隧道采用土压平衡式盾构施工，盾构机外径6.28 m。隧道衬砌采用6块管片错缝拼装而成，管片环宽1.5 m，外径6.0 m，厚度0.3 m，隧道内径5.4 m。 2.2工程难点 线路条件复杂，隧道上覆地层薄，最小仅11.5 m，同时下穿运营铁路，地表沉降要求高，施工难度大。 隧道断面范围内地质复杂，存在上软下硬地层，尤其是在右线DK23+241.5～+292.4（50.9 m）段，有微风化岩层侵入隧道断面内2.8 m，岩石单轴饱和抗压强度达到160 MPa，盾构机难以掘进，故区间隧道施工的难点是盾构机如何穿越硬岩侵入段。 3、施工方案 在饱和软土地区开挖隧道，采用盾构法施工具有安全、快速、对环境影响小等优点[4]。但是，对于硬岩及软硬差异大的上软下硬地层，采用盾构法施工会造成刀具严重磨损、需要多次更换刀具的现象[6]。该段隧道硬岩侵入断面2.8 m，侵入长度达50余米，若采用盾构法掘进，需要多次更换刀具，但由于隧道下穿运营中的平南铁路，不具备开舱换刀条件，因此采用盾构法无法掘进。 现代矿山法是以保护和发挥围岩的自承能力为原则，以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚喷支护为主要支护措施，通过监控量测手段实现信息化动态施工的一种现代隧道施工技术，该法与相应的地层预支护手段相结合可以灵活地应用于各种地层。综合考虑隧道穿越硬岩侵入段的环境条件、施工安全及技术经济因素，拟采用矿山法开挖，初期支护后盾构机拼装管片通过。
地铁隧道矿山法施工的安全与质量控制原理及 要点 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
地铁隧道矿山法施工的安全与质量控制原理及要点一、地铁隧道矿山法施工的安全与质量控制原理 地铁隧道矿山法施工即新奥法施工。新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是NewAustrianTunnellingMethod，简称为NATM。新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于二十世纪50年代提出的。我国近40 年来，铁路、交通、水利与市政等部门通过科研、设计、施工实践，在许多隧道修建中，根据自己的特点成功地应用了新奥法，取得了较多的经验，积累了大量的数据。新奥法在市政地铁建设中起步较晚，但是近年来在许多省市地铁建设的应用正日益广泛，目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，其技术经济效益是明显的。下面结合新奥法施工的原理和要点，介绍地铁隧道矿山法施工的安全与质量控制原理及要点。 新奥法是以隧道工程经验和岩体力学理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的施工方法，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。新奥法技术摒弃了以整体式混凝土衬砌被动地支撑洞室围岩的传统做法，改由柔性、薄壁、能与围岩紧密帖合的锚喷网支护保
护、加固围岩，从而发挥围岩的自承与自稳能力形成天然承载结构，从而达到省工、省料和降低造价的目的。 新奥法的基本要点可归纳如下： 1．岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。 2．为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密帖、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形。 3．为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。 4．通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。
一、矿山法隧道主体结构工程施工方法及程序 (2) 1.1施工原则 (2) 1.2隧道施工方法及程序 (2) 1.2.1台阶法施工方法及程序 (2) 1.2.2环形台阶法施工方法及程序 (3) 1.2.3CRD法施工方法及程序 (5) 1.2.4CD法施工方法及程序 (8) 1.2.5双侧壁导坑法施工方法及程序 (10) 1.2.6中洞法施工方法及程序 (13) 二、主要施工技术说明 (15) 2.1初期支护施工技术 (15) 2.1.1超前小导管施工 (15) 2.1.2.初喷 (16) 2.1.3锚杆施工 (16) 2.1.4.格栅钢架制作安装及挂网 (16) 2.1.5.喷射混凝土 (18) 2.1.6.初期支护背后注浆 (23) 2.2二次衬砌施工技术 (24) 2.2.1.二衬施工各工序说明 (24) 2.3结构防水工程施工技术 (26) 2.3.1防水原则 (26) 2.3.2隧道防水施工 (28)
一、矿山法隧道主体结构工程施工方法及程序 1.1施工原则 施工的总原则是在确保工程质量、施工安全和施工工期的同时维护城市环境。 1.工程施工方法的选择要在确保施工安全和工程质量的前提下，多开工作面，压缩工期，减小浪费，尽量降低成本； 2.不同的地质条件采取不同的技术措施，保证洞室施工安全，控制地表下沉，施工过程做到稳妥可靠、万无一失、绝对安全； 3.施工组织严格遵守先加固、后开挖的原则，做到加固一段、开挖一段，封闭一段； 4.遵循管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量的“十八字”方针； 5.地面装吊、存放与地下出碴进料运输匹配，开挖、支护、量测须紧密结合； 6.结构施工采取以防为主，防堵结合，综合运用多道防线进行结构防水，做到不渗不漏。 1.2隧道施工方法及程序 1.2.1台阶法施工方法及程序 台阶法施工，开挖前按围岩类别先沿初衬拱圈施打超前小导管，注浆加固地层，然后环行开挖上台阶土体，初喷砼，架钢架，施打径向锚杆，挂网喷砼。为防止拱脚下沉，拱脚可放置钢板并设置锁脚锚杆，或采用加大拱脚的方法初喷砼后架设下台阶钢架，施打锚杆，喷砼封闭处理。上台阶开挖3～5m时（短台阶法上台阶开挖不大于3m时），开挖下台阶。为减小掌子面台阶高度，留一梯形槽，至此完成一个循环。
（一）矿山法施工重难点及应对措施 Ⅰ、矿山法施工重难点分析 1、地层超前支护及加固监理 （1）检查是否按设计及施工方案要求设置超前导管或管棚。 （2）导管或管棚安装前检查是否已将工作面封闭严密、牢固，清理干净，并测出钻设位置后放可施工。 （3）导管采用钻孔施工时，其孔眼深度应大于导管长度。 （4）管棚施工应符合以下规定： 钻孔的外插角允许偏差为5‰； 钻孔应由高孔位向低孔位进行； 钻孔孔径应比钢管直径大30~40mm； 遇卡钻、坍孔时应注浆后重钻； 钻孔合格后应及时安装钢管，其接长时连接必须牢固。 （5）导管或管棚注浆应符合以下规定： 注浆浆液宜采用水泥或水泥砂浆，水泥浆的水灰比为0.5~1，水泥砂浆配合比为1: 0.5~3。注浆浆液必须充满钢管及周围的空隙并密实，其注浆量和压力根据试验确定。 （6）检查注浆孔是否按设计要求布设。 （7）检查注浆材料是否符合设计要求。 （8）检查注浆压力是否符合设计及施工方案要求。 （9）注浆过程中检查浆液不得溢出地面及超出有效注浆范围。注浆结束后，注浆就封填密实。 2、石方爆破施工监理，按要求编制石方爆破施工监理实施细则。 3、隧道开挖施工监理 （1）检查隧道开挖是否按设计及施工方案要求开挖。 （2）检查隧道开挖前是否制定了防坍塌方案，备好抢险物资，并在现场堆码整齐。 （3）隧道在稳定岩体中可先开挖后支护，支护结构距开挖面宜为5~10m，在土层或不稳定岩体中，初期支护的挖、支、喷三环节必须紧跟。
（4）隧道开挖循环进尺，在土层和不稳定岩体中为0.5~1.2 m，在稳定岩体中为1~1.5 m。 （5）严格控制开挖断面，不得欠挖。 （6）隧道台阶法施工，在拱部初期支护结构基本稳定且喷射砼达到设计强度的70%以上时，方可进行下部台阶开挖，并应符合以下规定： 边墙应采用单侧或双侧交错开挖，不得使上部结构同时悬空； 一次循环开挖长度，稳定岩体不大于4 m，土层和不稳定岩体不大于2 m。边墙挖至设计高程后，必须立即支立钢格栅拱架并喷射。仰拱应根据监控量测结果及时施工。 4、初期支护施工监理 （1）钢筋格栅、钢筋网加工及架设施工监理 1）钢筋格栅和钢筋网应在工厂（空旷地）加工，钢筋格栅第一榀制做好后要求进行试拼，检验合格后方可进行批量生产。 2）钢筋格栅和钢筋网采用的钢筋种类，型号，规格应符合设计要求，施焊应符合设计及钢筋焊接标准。 3）钢筋格栅加工要求符合以下标准： 拱架（包括顶拱和墙拱）应圆顺，直墙架应直顺允许偏差：拱架矢高及弧长+20,0mm，墙架长度±20mm，拱、墙架横断面尺寸（高、宽）+10,0mm； 钢筋格栅组装的应在同一平面内，允许偏差：高度±30mm。，宽度±20mm。扭曲度20mm。 4）钢筋网加工允许偏差为：钢筋间距±10mm。；钢筋搭接长±15mm。 5）钢筋格栅安装要求符合下列规定： 基面竖实并清理干净，必要时进行预加固； 钢筋格栅应垂直线路中线，允许偏差为：横向±30mm，纵向±50mm，高程±30mm，垂直度5‰； 钢筋格栅与壁面应楔紧，每片钢筋格栅节点与相邻格栅纵向必须分别连接牢固。 6）钢筋网铺设要求符合下列规定 铺设应平整，并与格栅及锚杆连接牢固；
目录 第一章工程概况 (4) 第1节编制依据 (4) 第2节工程围及工程数量 (4) 第3节工程地质条件 (4) 第4节隧道设计 (5) 第5节隧道施工环境 (7) 第二章现场的施工现状 (8) 第三章施工总体安排及施工案 (8) 第1节止水帷幕施工 (9) 第2节B断面端头加固袖阀管施工 (10) 第3节地表管线加固施工 (11) 第4节对元岗大桥桥基临时加固的预备措施 (11) 第5节管棚施工 (12) 第6节加强地面监测，实行信息化施工 (13) 第7节A、B断面隧道施工 (13) 第8节施工总平面布置图和洞开挖示意图 (26) 第四章主要的施工工艺 (26) 第1节喷射混凝土 (26) 第2节钢筋网安设 (27) 第3节格栅拱架加工与架立 (27) 第4节超前小导管、注浆小导管和锁脚锚管施工 (29)
第5节防水层施工 (32) 第6节仰拱施工............................................................................................. 错误!未定义书签。 第7节二次衬砌施工..................................................................................... 错误!未定义书签。 第8节衬砌背后注浆..................................................................................... 错误!未定义书签。 第9节进洞3m前的井点降水.................................................................... 错误!未定义书签。第五章工程测量与监控量测................................................................................. 错误!未定义书签。 第1节施工测量............................................................................................. 错误!未定义书签。 第2节监控量测............................................................................................. 错误!未定义书签。第六章工期、进度及劳动力、机械的安排........................................................ 错误!未定义书签。 第1节A、B断面施工总体安排 ................................................................. 错误!未定义书签。 第2节工期计算............................................................................................. 错误!未定义书签。 第3节时标网络图及施工总体进度横道图............................................... 错误!未定义书签。 第4节施工组织机构及劳动力的组织 ....................................................... 错误!未定义书签。 第5节材料计划表具体见材料数量汇总表............................................... 错误!未定义书签。 第6节机械、设备进场表（表6-3）........................................................ 错误!未定义书签。 第7节测量、监测设备表（表6-4）........................................................ 错误!未定义书签。第七章应急准备及处理......................................................................................... 错误!未定义书签。 第1节洞塌..................................................................................................... 错误!未定义书签。 第2节洞穿水................................................................................................. 错误!未定义书签。 第3节出现流砂............................................................................................. 错误!未定义书签。 第4节基坑上鼓............................................................................................. 错误!未定义书签。 第5节路面塌洞............................................................................................. 错误!未定义书签。