浅埋暗挖法隧道施工技术的发展

2009年5月MunicipalEngineeringTechnology

Vol.27No.3May.，2009

文章编号：1009－7767（2009）03－0274－06

浅埋暗挖法隧道施工技术的发展

贺长俊1，蒋中庸2，刘昌用3，邹

（1.北京城建集团，北京

彪4

610000；

100088；2.中铁隧道集团，河南洛阳471009；3.中铁隆工程有限公司，四川成都

100037）

4.北京市市政工程研究院，北京

摘

要：从3个方面叙述浅埋暗挖法隧道施工技术的发展，首先阐述了双侧壁导坑法、中洞法以及洞桩法等已成熟发展

的大跨度地下空间暗挖技术，其次阐述了平顶直墙施工方法的应用，最后阐述了浅埋暗挖法施工辅助施工技术的发展。指出：复杂结构受力转换过程中的沉降控制、注浆技术和材料研究中的理论问题，都是浅埋暗挖法在今后发展中的重要课题，确信浅埋暗挖技术必将更趋完善，并得到更大的发展。

关键词：隧道施工；浅埋暗挖法；大跨度暗挖技术；平顶直墙施工法；辅助施工技术中图分类号：U455.48

文献标志码：A

DevelopmentofShallowTunnelConstructionMethod

HeChangjun1，JiangZhongyong2，LiuChangyong3，ZouBiao4

（1.BeijingurbanconstructiongroupCO.LTD，Beijing100088，China;2.ChinarailwaytunnelgroupCO.LTD，Luoyang471009，China;3.Rankenrailwayconstruction.LTD，Chengdu610000，China;4.BeijingMunicipal

EngineeringResearchInstitute，Beijing100037，China）Abstract:Thedevelopmentofshallowtunnelconstructionmethodwasintroducedinthreeaspects.First，theexcavationtechnologyofundergroundspaceinlargespan，whichhasmaturelydevelopedwasexpounded，suchasdoublesidewalldriftheadingconstructionmethod，centraldriftconstructionmethodandPile-Beam-Archconstructionmethod（PBA）；Secondly，theapplicationofconstructionmethodofhorizontalroofwithstraightwallwaspresented；Finally，thedevel-opmentofauxiliaryconstructiontechnologyofshallowtunnelconstructionmethodwasstated.Ithasbeenshowninthethesisthat，theproblemsofsettlementcontrolintransformationprocessofweightedcomplexstructure，thetheoreticalquestionofgroutingtechnologyandinvestigationofitsmaterials，willbothbetheimportanttopicsofthedevelopmentofshallowtunnelconstructionmethod，andarecertainofthetechnologyofshallowtunnelingwillmoreperfectionandmoredevelopment.

Keywords:tunnellingconstruction;shallowtunnelconstructionmethod（STCM）；horizontalroofstraightwallconstruc-tionmethod；excavationtechnologyinlarge-span；auxiliaryconstructiontechnology

20世纪80年代军都山铁路双线隧道进口段在

黄土地层首次应用新奥法（NATM）原理进行了浅埋暗挖施工技术的研究和试验。随后在北京地铁复兴门折返段开发应用这种新技术并获得成功，在此基础

收稿日期：2009－03－07

作者简介：贺长俊（1935－），男，河北山海关人，教授级高级工程师，

北京城建集团公司原副总工程师，现住房和城乡建设部特聘专家，主要从事隧道与地下工程及地铁工程工法及施工技术的研究。

上，20世纪90年代北京地铁复八线一改北京地铁一、二期工程惯用的明挖大开槽法，全面推广浅埋暗挖法修建了约13.5km的地铁区间段及西单、天安门西、王府井和东单4座地下暗挖车站。复八线的成功建设，丰富与发展了地铁的修建方法，创造出一整套暗挖修建城市地铁工程的新技术、新工艺、新方法，开创了我国地下工程暗挖施工的新纪元[1]。在这之后，开工建设的广州、深圳等地铁以及城市的浅埋热力隧道、电力隧道、过街通道、地下停车场以及南水北调工程

2009年第3期

都广泛采用。

浅埋暗挖法隧道施工技术的发展

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11.1

大跨度地下空间暗挖法技术的发展双侧壁导洞法暗挖技术

在北京地铁复兴门折返段单洞大跨及北京地铁

国家科委于1987年8月25日召开科研成果鉴定会，与会专家对这种新施工技术给予了很高的评价，认为该技术为在繁华地段修建地铁开拓了一条新路，是具有中国特色的能带动我国产业经济发展的地下工程建设方法，经过论证正式取名为“浅埋暗挖法”。

浅埋暗挖方法是在第四纪软弱地层中修建隧道的方法，其基本原理是通过对地层的适当加固和处理，合理调动围岩的自承能力，采用短进尺开挖，及时施作初期支护结构并封闭成环，使围岩和初期支护结构形成联合支护体系以共同承担施工阶段荷载，在变形基本稳定以后施作二次模筑衬砌，完成隧道建设。初期支护承担全部基本设计荷载，二次衬砌作为安全储备，由初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。这种先柔后刚的复合式新型支护结构体系较好地克服了隧道工程中的不可预知性。由于地层条件以及周围环境的复杂多变，应用浅埋暗挖法施作隧道必须对地层、支护材料、周围建构筑物进行施工过程的监测，根据监测信息及时修正设计和施工方法，以确保施工的安全[2]。

根据浅埋暗挖法施工技术20多年的工程经验，使施工技术具有了灵活多变、不拆迁、不影响交通、不破坏环境、综合造价较低、隧道支护结构强度高等优点，特别适合中国国情。浅埋暗挖法的实践是一个不断发展和完善的进步过程，特别是大跨度暗挖技术得到长足发展，是浅埋暗挖法成为一个成熟的技术，得到广泛的应用。

Ⅵ

ⅠⅢ

2-r4-r

Ⅹ

79

ⅪⅪ1-1

Ⅷ

Ⅺ

2-l4-l

Ⅴ

Ⅺ

9ⅩⅧ

西单三联拱车站等大跨度隧道的建设中，采用了单侧壁导洞结合双侧壁导洞法，应用了大管棚、小导管注浆加固地层等预加固技术以及多导洞开挖完成内力转换，实现了中国城市地铁暗挖技术的突破，为中国地铁隧道施工奠定了基础，该工法到今天已经是大跨度隧道施工的基本方法之一，实践中总结出的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，是我们地铁隧道浅埋暗挖法施工所应该遵守的基本原则[3]。

双侧壁导洞法也称眼镜工法，是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大断面分成多个小断面进行作业，即两侧导洞和中部导洞，导洞尺寸以满足机械设备和施工条件为准，其施工示意和施工顺序分别如图1和图2所示。采用双侧壁导洞法施工时，在导洞内按正台阶法施工，当地质情况较差时，上台阶应考虑采用中隔墙法（如图1中的虚线所示）或者环形留核心土法开挖，在施工过程中左右侧导洞开挖时错开的距离不应小于15m（以15～20m为宜）以降低两洞在开挖过程中的相互影响，中洞与侧洞开挖时错开的距离不应小于20m（以20～30m为宜），而上下台阶之间的距离，可视具体情况而定，一般为3～5m。由于开挖多个导洞，地层多次被扰动，会引起地层过大沉降，导洞断面不规则更加大了开挖引起的沉降，所以采用该工法施工时如何控制沉降和及时完成支护是地铁工程施工应多多关注的问题。

Ⅵ7

20～30

3～5

4-l1-1

3～5

Ⅴ

2-l

Ⅰ

Ⅲ15～20

4-r

3～52-r

a）横向施工示意图

图1

b）纵向施工示意图（m）

双侧壁导坑法施工示意图

图2双侧壁导坑法施工顺序图

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市政技术第27卷

1.2中洞法暗挖技术

在总结以往施工经验的基础上，吸取国外隧道建

设的经验，在北京地铁5号线大跨度暗挖车站和渡线隧道，采用了中洞法施工技术。

中洞法是先开挖整个隧道的中间部分，由于中洞的跨度一般较大，施工中一般采用CD法、CRD法等工法进行施作并应该遵守“小分块、短台阶、早成环、环套环”以及“竖向留坡、纵向错台”的施工原则[4]。在完成中洞的隧道初支后，立即施作该部分的二次衬砌，实现对地层的刚性支撑，施工二衬可以采用洞内逆做法，能较好控制初支沉降变形及保护邻近构筑物。完成中洞施工后再用侧洞法施作其余部分，两侧洞应该对称施工，这样比较容易解决从中洞初期支护转移到梁柱上时产生的不平衡压力问题，且比较容易控制施工引起的地层沉降。

图3为中洞法的施工示意图，其施工工艺流程为：

a）中洞拱部大管棚及超前小导管注浆预加固拱部土

体，采用CRD工法按图中顺序开挖中洞并及时施作初期支护→b）铺设底部防水层，底纵梁→c）施作钢管柱→d）铺设顶部防水层，施作顶梁，拆除部分竖向初支以施作顶拱和仰供→e）侧洞拱部大管棚及超前小

导管注浆预加固拱部土体，按图中顺序对称开挖两侧洞并及时施作和封闭初期支护→f）施作两侧洞二衬→g）分步拆除所有临时支撑，施作站台板和内部结构，完成全部主体结构。

由于中洞已经实现刚性支撑且成型封闭，在侧洞开挖时可以大大减少中洞的沉降，以达到控制地层沉降的目的。但是由于中洞施作二次衬砌是先要把顶部防水层做好，在浇筑混凝土时，因施工条件较差及混凝土的收缩，很难做到顶紧初衬结构，采用二衬背后注浆也因结构不封闭，难以达到注浆饱满，因此中洞在侧洞开挖时仍有叠加沉降。

图3中洞法施工示意图

1.3洞桩法暗挖技术（PBA工法）

在总结隧道施工经验的基础上，我国设计人员提

洞时均采用人工挖孔，由于有桩做围护，再加上桩顶冠梁便成为一个很好的围护体系。又由于每个导洞断面较小（一般在20m2左右），且每个导洞相互之间有一定的距离，相互，相互之间影响较小，较好地缩小了对地层的扰动范围，很好地控制了地表沉降和地层塑性区的发展。实践证明，此工法引起的地层沉降最小，并且由于有边桩，对周围环境保护较好。

图4为洞桩法的施工示意图，其施工工艺流程为：

出了先做多个分离导洞，在小导洞内先做支护桩再加拱的暗挖技术，即洞桩法（“PileBeamArch”，简称PBA工法），此施工方法已获国家专利，并被广大设计人员在设计中采用。

洞桩法采用小导洞开挖对地层不会产生大扰动，在小导洞内施作地下围护桩结构、桩顶冠梁结构和竖向承载柱结构，并进一步施作横向承载拱结构，一旦大弧拱扣拱完成，即形成竖向受力、传力大框架梁柱拱支护体系，在此支护体系的保护下可以安全地完成站厅层、站台层的开挖以及后续的结构施工[5]。该工法首先在北京地铁复八线天安门西站应用，随后在北京地铁10号线，特别是经过立交桥的极度复杂的环境下应用，北京地铁4号线海淀黄庄站、沈阳地铁1号线的青年大街站两座地下暗挖换乘车站均被采用。一般三跨双层车站采用6导洞或8导洞法施工，采用

a）超前小导管并注浆加固小导洞拱部土体，开挖小导洞并施工初期支护，在小导洞5、8内施工基础，在小导洞1、4内施工钻孔灌注桩、桩顶冠梁→b）2、3、6、7导洞内做底、顶纵梁及中柱→c）开挖车站顶部土体并施作顶拱初期支护→d）凿除小导洞1、2、3、4部分初期支护结构，施工顶拱防水层及结构二衬→e）开挖车站中部土体并施作车站侧墙以及中楼板→f）开挖车站底部土体，凿除小导洞5、6、7、8部分初期支护

结构，施工底板以及侧墙，最后完成车站内部构件施工。

6导洞时，边桩可以用机械成孔，中桩人工挖孔，8导

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图4洞桩法施工示意图

1.4分离式岛式车站结构的应用

为减少地铁线路对城市主要桥梁桩基的影响，常

常加大两线间距，一种新型的分离式岛式车站应运而生，这种新型车站采用两个双层单洞作为车站主体，两洞间增设横向通道，仍保留乘客的岛式车站乘车习惯。北京地铁10号线的团结湖站、呼家楼站、金台夕照站、国贸站等地铁车站均采用该结构形式，图5为分离式岛式车站结构示意图。

图6不等跨双连拱隧道施工步骤示意图

隧道埋深，在遇到地下水位较高时，会增加降水难度。新线施工也同样会引起既有结构的下沉，必须增加过

图5

分离式岛式车站结构示意图

多的辅助措施，即使这样也难以保证既有线结构的安全使用。考虑到以上的诸多不便以及经济因素，在起拱条件得不到满足的时候，平顶直墙暗挖施工技术得到了应用，图7为平顶直墙下穿既有线示意图。

如北京某房建工程，在修建下穿北京地铁2号线的联络通道时，由于上部有构筑物，通道断面较大，且结构净空高度被，暗挖通道无法起拱，只能做成平顶直墙型式，由设计、施工人员共同努力，安全建成。北京长安街地下通道，由于控制高度等，在

1.5双连拱隧道的应用

因地铁线间距的形态及停车线的设置，等跨式、

不等跨双连拱隧道已被广泛运用于地铁区间及折返线。只要认识到等跨双连拱隧道单工序作业及开挖、二衬的对称性特点，其技术难度是不大的。而不等跨双连拱隧道施工则应在完成中洞后，按照先小后大的原则，增加内撑并注意保持受力平衡。图6为不等跨双连拱隧道施工步骤示意图。

2平顶直墙暗挖施工技术的应用

地铁建设过程中，总会遇到各种地下构筑物，如

12条通道施工中7条通道采用了此技术并安全建成。

在北京地铁5号线雍和宫站与地铁2号线的换乘节点

处，由于两站埋深的控制，采用了大断面平顶直墙施工技术，联接节点结构宽度达32m，施工采用横九竖三共27个联体矩形导洞，安全建成该联接节点。

北京地铁5号线崇文门站下穿既有2号线崇文

新建地铁要下穿既有地铁线、地下热力、电力、燃气管沟、各种直埋水管等。过去设计一般采取加大新建线路纵坡以加大新旧二线之间的距离，但这样往往加大

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市政技术第27卷

图7平顶直墙下穿既有线结构示意图

门站时，两站结构净距1.9m，施工中尽管采用覫600mm管棚支护等一系列措施，但施工还是引起2号线的沉降接近了警戒值。如果继续施工，可能会影响2号线安全运营，经过研究采取重复注浆抬升技术后，才得以继续施工。目前该站已经建成通车，但注浆抬升也给既有线结构造成了一定的损伤。

不及时处理，这部分影响很快会反应到地面，造成地表沉降的增加。在总结北京复八线施工经验后，设计和施工中增加了初支背后注浆，即在初支施作时在拱部范围内（必要时侧墙上半部）埋设注浆管，当初支封闭成环，封闭段距开挖面一定距离后即进行初支背后注浆，这样不仅对控制沉降有利，同时对防水也有利。

当二衬模筑混凝土施作完成后，由于混凝土的收缩等影响，隧道顶部一般都有月牙形空隙。同时暗挖隧道防水采用的防水板为无钉铺设，混凝土浇筑中会有空腔，混凝土收缩后，防水板与混凝土之间会有小的缝隙。北京地铁复八线二衬施工后发现渗漏点较多，经过二衬背后注浆后，结构防水得到明显改进。

5号线崇文门站施工给人以思考，两结构立体交

叉其间留有一定土层和刚性接触哪个比较好？施工中采用什么措施更加合理？北京分别做了两个有意义的工程。一个是北京5号线区间隧道下穿2号线雍和宫车站，另一个是北京地铁4号线宣武门站下穿地铁

2号线宣武门站，两工程均采用平顶直墙结构。前一个

工程采用新线顶板和旧线底板密贴，施工中在新做顶板初支上预埋注浆管，施工中进行严密监测，有毫米沉降即进行注浆，再有沉降又即时注浆，施工完成后

3.2双排小导管超前支护技术

在暗挖隧道过重要管线时，一般采用长管棚支护

技术。长管棚施工在隧道内较长时一般要加大施工断面做管棚工作室，而长管棚在曲线和变界面处施工困难，在施作长管棚时往往就出现沉降，有时这种沉降达到4～5mm，为弥补这些不足，近年新建地铁线路，采用了双排小导管技术，即在常规小导管的基础上，再增加一排倾角30°～45°小导管，通过双排小导管注浆，使开挖面外侧形成比单排小导管注浆厚的土体加固层，实践证明这种新型预加固技术可以让新建线路成功地通过各种市政管线，地表沉降比较小。

2号线结构沉降较小，也没有任何损伤。宣武门站留较小间隙，先施工覫300mm的管幕，初支结构紧贴管

幕下施作，在初支的顶部预埋注浆管，通过监测及时跟踪注浆，总体沉降都较小，完全满足设计及既有线运营要求。

工程实践证明，在下穿既有结构采用不留或少留间隔土对控制既有结构是有利的。目前在北京暗挖施工通过既有线结构，一般均采用平顶直墙。

3辅助施工技术的发展

浅埋暗挖法从一开始就对控制沉降和保证施工

3.3锁脚锚管技术

隧道台阶法开挖时，初支上半断面完成后开挖下

安全采取了一些相应的辅助施工措施，如管井降水、小导管注浆，环形开挖留核心土、大管棚等，对控制沉降，保证施工安全，至今仍然运用，随着工程实践和新问题的发生，辅助施工技术也在不断发展完善。

断面，该过程中沉降发展最快，控制好这段时间的沉降十分重要。

上半断面初支施作时，在拱脚处增加斜向45°，长2.5m的锁脚锚管，打入土层后注浆，在下部土体开挖时，由于锁脚锚管的作用，上半拱沉降大大缩小。在上下重叠导洞，上导洞底脚做锁脚锚管也十分有益。

锁脚锚管技术不仅在隧道施工中应用，在隧道竖井

3.1初支和二衬背后注浆技术

初支施作完成后，初支背后与土层有时不够密贴，

或开挖到初支完成这段时间内土体有扰动、沉降，如

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施工中增加侧壁锁脚锚管，对控制竖井下坠也十分有效。将双连拱区间隧道两侧22层高楼隔离，在两者净距仅1.6m的空间范围施作隔离桩，桩底在隧道下方约

3.4注浆技术

隧道施工中，注浆的应用十分广泛。近年来注浆

技术从浆液和注浆方法方面做了不少的试验。尤其是深孔前进式和后退式注浆技术。深孔注浆一般做到

6m，距楼基底约11m，监测结果表明地面最大位移

2.4mm，房基最大沉降18.9mm，均小于未隔离地段。北京地铁10号线一期团结湖站西南出入口，因出入

口位置处受各市政管线的影响，该口的设置位置离西侧一栋13层高楼很近，最大间距只有4.7m，该出入口结构正好位于地面明挖部分，明挖基坑最深处达到

14m，最长的已达50m。在注浆材料方面，除一般水

泥浆、改性水玻璃浆液外，还有一些膨胀性的浆液，如

TGRM浆液和无收缩浆液，MS浆液等。在砂卵石地层

中注浆可以达到无砂混凝土的强度。

3.5水平冻结技术

冻结地层技术在矿山竖井、斜井中早已广泛应用。

11.2m，超过该楼地下室5.2m，在该处采用间距1.2m覫800桩加内支撑的方式支护施工，将两者隔离，监测结果表明地面最大位移1.8mm，房基最大沉降5.2mm，

未产生不均匀沉降。该技术已被广泛用于隔离桥基、房基、高压铁塔等建（构）筑物。

在地铁施工中应用起步较晚，常在盾构法施工时应用于联络通道和盾构始发井、接受井的地层加固。北京地铁复八线在过饱和含水粉细砂层中成功的运用了冻结控制技术。目前冻结技术主要应用于特殊环境下的特殊地层中。

3.6.5监测技术与施工管理

地铁工程施工监测是隧道施工的重要组成部分，通过施工监测随时修正设计与施工参数，以确保安全。施工中，主要是施工单位进行监测。为控制邻近重要建筑物变形，在复八线建设中引进了第三方监测，通过施工单位和第三方的分别监测，共同控制、过程控制，较好地维护了地铁施工安全。

此外监控设备和监测方法也在不断改进。近几年，各级管理非常重视施工过程的监控与管理以及作业面的控制，投入了大量人力、物力，建立了系统的网络平台。作业面状态随时都在管理者的监控中，管理者可以及时发现问题，第一时间进行处理，较好地保证了地铁施工安全。

3.6其他技术的发展状况3.6.1降水技术

浅埋暗挖法最基本要求是无水作业，在有水地层中必须采取降水和封闭止水措施。现在地铁工程降水都是采用管井降水，但在管井布设遇到地上地下构筑物无法布设管井井位时，可采用辐射井降水。辐射井一般要做直径3m的深井，在深井内根据底层含水情况布设多排多层辐射形水平井管，水通过井管流入大井内，用泵排出。在渗透系数较小的地层管井降水效果不好时，亦可采用真空管井技术。在特殊环境下亦可以采用隧道内成井降水技术。

4结语

浅埋暗挖技术由于它的特点，在地铁施工中得到

3.6.2岩土锚固技术

岩土锚固技术是成熟的技术，在地铁深基坑设计中已有过很多应用。但在地铁隧道上跨既有线、施工新线开挖时控制既有线上浮还是较少采用。北京地铁4号线西单站上跨地铁1号线复—西区间时为控制区间隧道上浮，采取在新施作的车站隧道开挖到第2层导洞时，增加底层锚杆技术，用锚杆锁住隧道的上浮，取得理想的效果。

了广泛的应用。我国暗挖车站规模和复杂程度是世界少有的，但是该施工技术还有待完善。特别是复杂结构受力转换过程中，沉降控制的手段和方法、注浆技术和材料的研究与发展等，都是今后值得重视的问题。随着新的建筑材料、新型工程机械和结构理论的不断进步，浅埋暗挖技术必将得到更大的发展。参考文献：

[1]彭泽瑞，郭建国.北京地铁复—八线土建工程施工技术[M].

北京：中国铁道出版社，2003：1-3，30-42.

3.6.3长管棚超前支护技术

该技术被运用于地铁大断面结构下穿河流、铁路、楼房、桥梁及既有地铁等特殊地段。管棚直径由

覫108至覫600不等，常以水平液压顶管机或水平导向

钻机施作单根或咬合管幕。

[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽：安徽教育出

版社，2004：326-344.

3.6.4与周边建（构）筑物隔离技术

[3]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京：科学出版社，

2005：247-272.

[4]龚胜.中洞法施工技术[J].岩土工程学报，2006，28（S）：1772-1775.

[5]宋汉甫.浅埋暗挖洞桩法施工发展综述及探讨[J].中国水运，

2008，8（8）：221-223.

由于城市建设的快速发展，地下结构空间也越来越小，地铁区间线路的设计与出入口位置的设置，常在高层建筑之间的地层内穿越或在离建筑物很近的位置设置出入口。北京地铁曾用间距1m的覫800桩，