隧道工程施工技术

特点和适用范围

1．本工法的特点
(1)占用的场地很小，适用于毗邻建筑物多而近，且周围施工地界极其狭窄的工程。
(2)水平支撑结构在支护作用完成后不需要拆除，并成为永久结构的一部分，可大幅降低工程造价，缩短施工工期。
(3)水平支撑结构由上向下逆向施工，且基坑中央留有足够大的空间，使主要竖向工程结构可以正向施工，保证工程的整体内在质量。
) w5 X  G+ k; R4 v- b# i# ^% a/ _(4)工期短，造价低廉。

2．适用范围
. S5 @$ U  R1 E3 D, O; }凡是同时具有以下特点的工程均可采用本工法。
(1)基础结构必须是桩箱基础。
(2)基础防水采用混凝土结构主体防水。
- `% `& W% x1 {/ X(3)工程毗邻建筑物多而近。
(4)周边地界狭窄的工程。

支护原理1．概述
一般而言，在深基础支护技术中，均在非水平工程结构标高位置处设置水平支撑，因此每当工程结构施工至水平支撑附近时，就必须拆除这道水平支撑。这将使得工程的工序繁琐，而且造成大量工程材料浪费。本工法则大胆的将水平支撑设置于水平工程结构标高位置处，且水平支撑结构的设计必须满足所覆盖部分的水平工程结构使用功能的要求。换言之，利用部分水平工程结构的一部分替代水平支撑结构。与前者不同的是，当基础结构施工至水平支撑的标高位置时，不需要拆除水平支撑，只要将水平支撑之外的水平工程结构按照正常顺序施工完毕即可。特别是水平支撑中央留有足够的空间，使主楼基础结构能正向施工，从而保证工程结构的整体质量。这是一种不同于“逆施施工工艺”的一种更加经济、简便且安全可靠的支护新工艺。采用本工法必须与建筑结构设计相结合，以便得到建筑结构设计单位的认可和支持。
) b. E! n  F# O+ B2．竖向支护结构
竖向支护结构可采用支护桩(灌注桩)或地下连续墙。

(1)采用支护桩(灌注桩)时，支护桩必须连续封闭，设置于基础结构外侧。其中部分支护桩可以利用部分工程桩代替，具体代替方法可按照《工程桩代替护壁桩深基础支护工法》(TYJGF037—96)。
(2)采用地下连续墙时，可利用地下连续墙代替部分或全部基础外围结构，地下连续墙的构造设计与施工应符合《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—99)的规定。
+ g) Z5 c+ u; ~# X9 _& {! r3．水平工程结构的利用
/ u2 l9 h/ ^5 ~: S% l( E# G/ V% {3 \/ J& f4 U基础结构中，负一层以及负一层以下的各层结构的群房部分，基础底板除外，均可被利用作为水平支护结构，施工时由上向下逆向施工。基坑中央留有足够的空间，保证基础结构由基础底板向上正向施工。
(1)基坑中央六社孔洞的原则。在一个平面内开的孔越小，在孔周围的集中应力则越小。我们希望在利用工程结构代替水平支护结构时，将圆孔开深越小越好，以获得较好的受力效果。这将造成大部分竖向结构包括主要的即主楼部分的受力结构不能由下向上连续施工，只能分层采取逆施法，必定会影响主楼结构的整体受力性。因此，孔洞最小的界限应该保证主体基础结构的完整性，并且能够连续正向施工。
: o( ~% d" G+ ]# ?- i" n  ]# S  L(2)孔洞边缘施工缝的留设与加固。孔洞边缘施工缝的留设应该符合《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204—92)的要求。根据规范留设的施工缝，在平面呈锯齿状。然而，这样留设的不光滑的孔洞边缘，容易因结构边缘应力分布不均匀而产生破坏裂缝，因此必须在孔洞边缘设置钢筋混凝土环梁或格构式钢筋混凝土环梁。格构式钢筋混凝土环梁是由小截面钢筋混凝土梁组合而成环状受力结构，适用于直径大于60m的环状受力结构。
（3)水平结构与竖向结构结合部的设计。水平结构与竖向结构结合部的连接方法直接影响两结构之间的传力效果。实践证明，采用钢筋混凝土边梁连接水平结构与竖向结构的方法，传力效果好，结构稳固可靠。具体构造方法，当竖向结构是地下连续墙时，则在地下连续墙的相应位置留设凹槽，并沿地下连续墙与水平结构的连接处设置连续封闭的钢筋混凝土边梁。当竖向结构为支护桩(灌注桩)时，则在相应设置钢筋混凝土桩顶帽梁或桩腰边梁，并在帽梁或边梁与基础结构外墙相交的位置，分别向上和向下生出墙根，以利于基础结构施工时能和工程结构很好的结合在一起。如图1(a)所示。
( m4 C! u" |4 J. M5 W6 y( Z(4)垂直支撑的设置。水平支撑结构的自重较大，而且跨度也很大，承受水平荷载时，容易失稳而破坏。因此必须设置足够的垂直支撑。垂直支撑可采用刚格构柱，上端锚固在支撑结构内，下端锚固在工程桩或支撑桩内，
/ b# }! y6 O+ i. w, B* K) x. F(5)基础结构防水。采用“逆支正施施工工艺”时，基础外围结构与竖向支护结构相互连接在一起，不具备做基础外防水的施工条件，因此基础结构防水必须采用混凝土结构主体防水。4．水平结构的设计
9 Z+ j4 T) O( U+ `5 s# ~. N6 a对于这样一个复杂的受力结构进行受力分析，仅仅采用一般的简化力学模型和方法时，其结果往往比较保守，而且精确度也不高，容易造成支护工程投资的增加。因此，必须采用一种较为精确的受力分析方法，实践证明，采用启明星4.0版本的基坑支护结构分析软件所分析的结果较为精确。该软件是采用有限元法对整个结构的受力进行分析。依据这一结果进行环梁及其他辅助支撑梁的设计和配筋。另外，利用工程结构代替水平支撑结构必须取得结构设计单位的同意，并对于被利用作为水平支撑的工程结构进行受力验算，增加必要的受力筋或结构截面。
5 X; Q: T9 K  q6 I" L- S$ R施工要点

1．地下连续墙的施工
5 l+ O; d: Z; k2 v地下连续墙的施工，包括钢筋制作、焊接，混凝土浇注，垂直度控制，墙段连接，以及地下连续墙与水平支撑连接结点的预埋件施工必须符合《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—9)的规定。必须保证地下连续墙的良好防水性能，保证预埋件的位置准确。
2．防水工程
基坑降水采用封闭式内降水，根据不同的土质、地下水位等情况，做相应的基坑涌水量计算，确定降水系统的降水方法和设备数量，确保降水工程可靠、经济、高效。
3．土方工程
3 g4 ^) Y3 W/ _* l+ ^土方开挖必须根据基坑的平面形状，以及水平支撑系统的设计荷载和受力特性，制定科学、安全、高效的施工方法。并严格按照预先制定的方案进行施工，要分层均匀的开挖土方，均匀的释放坑边土体荷载，避免局部荷载完全释放，使支护结构的局部受到突变集中荷载，从而造成支护结构突然破坏，给工程带来不必要的经济损失。另外，基坑边缘的堆载以及动载(如过往载重车辆、起重机等)必须符合设计要求，避免因超载引起的支护结构破坏。
  N& x+ x$ s( U, o$ @" C/ F" p4．结构洞口
如果水平支撑结构必须为地下车库出入口、楼梯洞口、电梯井筒等结构预留洞口时，需采取必要的加固措施。一般有两种方法，第一种方法，当孔洞尺寸较小时，则沿洞口边缘设置钢筋混凝土边梁；第二种方法，当孔洞尺寸较大时，若只设置钢筋混凝土边梁，则边梁的截面需要作得很大，很不经济，因此可采取钢筋混凝土边梁与钢筋混凝土对撑相互结合的方法，完成支护作用后再拆除多余的部分。
5．后浇带
1 f- f6 Z2 Y! E) u* T' [' M当工程结构较大时，基础结构常常设有后浇带。然而在水平支护结构上留设后浇带则破坏了水平支撑的整体性和水平力的传递，但是在主体施工至设计要求的一定高度之前，必须留设后浇带。

在本工法中可采取以下两种方法。
5 ?1 |3 z4 {' S1 _7 Z$ N% }- }2 @方法一，当被利用结构平面面积不很大时，在应留设后浇带的位置留设诱导缝。具体操作方法，首先在支护阶段不留设任何结构缝；当进入基础结构施工阶段，水平支撑不再起支护作用时，在后浇带位置踢出宽约10cm的凹槽，以控制结构因沉降变形引起的裂缝出现的位置，使之起到后浇带的作用。
1 P1 {3 R! c* M/ X  l9 N方法二，被利用的水平结构平面面积很大时，我们采取诱导缝的处理方法。具体操作方法，在后浇带位置浇筑强度等级低的混凝土。
构架支撑

用支撑围岩来防护开挖出来的空间，是早期普遍采用的方法。

支撑有多种材料和结构形式，主要有:①木支撑,有门框形、拱形和扇形等（图1），

适用于较小的开挖断面。它具有重量轻、加工架立方便和损坏前有显著变形，

不会突然折断等优点，但消耗木材多，施工干扰大。②钢支撑，也可制成门框形或拱形。

它能承受较大的荷载,可以多次使用,耐火性好，占空间小，但需用钢材较多，费用高。

在一般木支撑不能承受的荷载条件下，或支撑不能拆下必须留在衬砌中时,可考虑使用钢支撑。

③钢筋混凝土支撑,采用预制钢筋混凝土构件。它适用于岩石软、山岩压力大、

支撑必须留在衬砌内等情况。这种支撑刚性大，耐火性好，耐久性高，但重量大，

运输安装不便。无论采用哪种支撑形式，每排支撑均要保持在同一平面上，

有足够的整体性，接头牢固可靠，并用剪刀撑、水平撑等连接。支撑和围岩之间需用板、

楔等背材塞紧。对支撑还要进行监测和定期检查，必要时进行加固。

锚喷支护

采用锚杆和喷射混凝土（见锚喷）支护围岩的措施，60年代以来，已被广泛采用。锚杆和喷射混凝土与围岩共同形成一个承载结构，可有效地限制围岩变形的自由发展，调整围岩的应力分布，防止岩体松散坠落。它可用作施工过程中的临时支护，在有些情况下，也可以不必再做永久支护或衬砌。根据围岩的地质条件,可以采用多种支护形式(图2)：①单独采用锚杆，一般只用于局部；②单独采用喷射混凝土，有时也只用于局部；③锚杆结合喷射混凝土，多用于地下洞室的顶拱和边墙；④锚杆和喷射混凝土，加设单层或双层钢筋网,可提高喷层抗拉强度和抗裂能力,从而提高支护能力；⑤锚喷加金属网，并在喷层内加设工字钢等型钢作成的肋形支撑。上述各种形式的锚喷支护，所采用的锚杆根数、深度、间距，喷层的厚度以及金属网和肋形支撑的尺寸等，均要根据实际情况确定。为搞好支护还需要进行围岩变位和变形等现场量测工作。锚喷支护常紧跟开挖掘进，平行作业，特别是在隧洞或地下厂房施工中采用分部开挖的方式时，可随着开挖断面的扩大，边挖边喷，直至全断面完成。

二次衬砌

二次衬砌是隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土衬砌，与初期支护共同组成复合式衬砌。二次衬砌和初期支护相对而言，指在隧道已经进行初期支护的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌，以达到加固支护、优化路线防排水系统、美化外观、方便设置通讯、照明、监测等设施的作用，以适应现代化高速道路隧道建设的要求。

质量要求

基坑支护结构是一种支挡坑边土体的临时结构，一般其质量要求只要保证基坑及坑边建筑或构筑物的安全即可。但是当支护结构与基础结构关系紧密时，这就对支护结构的施工精度提出较高要求。支护结构施工精度由支护结构设计单位确定，以保证基础结构的顺利施工为标准。同时还应考虑支护结构的变形问题，将变形量控制在安全的范围内，并留出变形量的空间。如果支护结构是由部分工程结构代替(如工程桩代替护壁桩，地下连续墙代替基础机构外墙，部分基础水平结构代替水平支护结构)时，则必须同时满足工程结构施工的规范要求，并需严格控制这部分结构的变形裂缝，使之符合规范要求。这些规范有《建筑基坑支护技术规程》(JGJl20—99)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)、《高层建筑箱形基础设计施工规程》(JGJl20—99)、《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB 50204—92)、《钢筋焊接及验收规程》 (JGJ 018—96)、《带肋钢筋套管挤压连接规程》 (JGJ 108—96)、《钢筋锥螺纹接头技术规程》(JGJ109—96)等。

安全措施

关于用电、打桩、地下连续墙施工、焊接、水平支护结构等工程的施工应符合国家有关的安全规范及天津市地区的安全规范要求。此外还应重点考虑以下两方面的安全措施。
1．土方开挖阶段是基坑支护工程施工中最危险的阶段，必须严格按照土方开挖方案，均匀释放基坑边缘的土体荷载，防止局部荷载完全释放造成支护结构不均匀受力，并由此产生结构破坏和基坑坍塌事故。
; e; b# x& A, F2．基坑成槽后，槽内作业应作好安全防护，如坑边护栏，水平支撑结构预留洞口的挂设安全网，引入槽内电缆应有很好的安全措施。尤其在向槽内吊运材料时应作好安全防范，并作好施工组织设计。