一级造价工程师

三、隧道工程施工技术

(一)隧道工程施工特点

当人工建筑处于地表下，结构沿长度方向的尺寸大于宽度和高度并具有联通A、B两点的功能，同时截面积较大时称之为隧道，如图4.3.8所示。隧道分为主体建筑物和附属建筑物两部分。主体建筑物是为了保持隧道的稳定和正常使用而修建的，由洞身支护结构及洞门组成，在隧道洞口附近容易坍塌或有落石危险时则需加筑明洞。附属建筑物是保证隧道正常使用所需的各种辅助措施，如铁路隧道中的避车洞、通风、消防、报警等设施。

(二)隧道工程施工方法

隧道施工是修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施工管理的总称。隧道施工方法的选择主要依据工程地质条件、水文地质条件、埋深大小、隧道断面形状及尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能、施工技术条件和施工技术水平及工期要求等因素综合考虑确定。根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，隧道施工方法可按以下方式分类，见图4.3.9。

1.钻爆法

(1)钻爆法施工技术的优缺点。钻孔爆破法是常规、传统的开挖方法。其优点表现在如下方面：

1)比较灵活，可以很快地开始开挖施工。

2)可以开挖各种形状、尺寸、大小的地下洞室。

3)既可采用比较简单便宜的施工设备，也可采用先进、高效的施工设备。

4)可以适应坚硬完整的围岩，也可以适应较为软弱破碎的围岩。

但是钻爆法也有一定的局限性或缺点。由于采用炸药爆破，造成有害气体，对通风要求较高。一般开挖隧洞，独头推进长度不能超过2km，再长，通风问题就更困难了，不能及时散烟，就会影响工期。钻爆法由于采用爆炸，在城市人口密集地区不能采用，因为震动可能影响附近的建筑或居民生活。因此，一般短洞、地下大洞室、不是圆形的隧洞、地质条件变化大的地方都常用钻爆法;长洞，又没有条件布置施工支洞、施工斜井的，或者地质条件很差，特别软弱的地方，不利于钻爆法。

(2)钻爆法施工的基本工序与要求。钻爆法的基本工序为：钻孔、装药、放炮、散烟、清撬、出渣、支护、衬砌。它的辅助工作还有测量、放线、通风、排水，以及必要的监测、记录工作和后勤支持工作。以上各工序中，钻孔、出渣是开挖过程中需时最多的主要工序;支护是保证施工安全、顺利、快速进行的重要手段。开挖工作的机械化和先进与否，主要体现在这三个工序中。衬砌是开挖后的另一施;程序，一般是指混凝土衬砌、钢板衬砌，也包括其他材料的承重式衬砌、装饰性或防水性衬砌等。

1)钻孔。钻孔的方法较多，最简单的是手风钻，比较灵活，但操作起来劳动强度很大;目前一般用得较多的是气腿风钻，即用压缩空气支承与加力，比较灵活，且劳动强度大大减轻。

除风钻外，再进一步的是潜孔钻、钻车、钻机。钻车是现在常用的比较先进的机具，多半是液压电动轮式移动，小型的只有一把钻，大型的可以有三把钻，成为多臂台车。回转钻机有时在开挖工程中采用，孔径50mm直到200mm，甚至更大。

2)装药与放炮。隧洞开挖时，掏槽孔装药最多，周边孔装药较少，中间塌落孔在两者之间。有的掏槽孔药卷直径大些，连续装药;周边孔药卷直径小些，间隔装药。

为了提高爆破效果，减少爆破对周围建筑及围岩的破坏，一个断面上有的采用毫秒延迟雷管分段起爆。

3)清撬。清撬这一工序十分重要，它是爆破后将已完全松动，但尚未掉落下来的右块撬下来。用人工举着长钢钎去撬，劳动强度大，也有危险。用液压锤去敲打，或者用正反向挖土机的挖斗去抓、去刮，在远距离操作，比较安全。

4)出渣。出渣设备有两大类，一类是装卸设备，一类是运输设备。常用的装卸设备有侧卸式轮式装载机和蟹爪式扒料机或气动式翻斗装料机。常用的运输设备有自卸卡车和小斗车等有轨运输。

5)通风。地下工程的主要通风方式有两种：一种是压入式，即新鲜空气从洞外鼓风机一直送到工作面附近;一种是吸出式，用抽风机将混浊空气由洞内排向洞外。前者风管为柔性的管壁，一般是加强的塑料布之类;后者则需要刚性的排气管，一般由薄钢板卷制而成。我国大多数工地均采用压入式。

对于大型的地下洞室，通风设计更为复杂，不仅要计算通风量，选择通风设备，更重要的是组织好气流方向，不要产生死角、回流区，一般要布置一些通风竖井、斜井。

6)其他辅助工作。地下工程洞室挖过程中，还有许多辅助工作。喷锚支护是保证安全的重要措施，以后专门介绍。排水、照明、机修都是必要的，缺一不可;风、水、电供应也是必需的。

2.TBM法

掘进机法，简称TBM(TunnelBoringMachine)法，是用特制的大型切削设备，将岩石剪切挤压破碎，然后，通过配套的运输设备将碎石运出。

掘进机有不同的类型，代表类型有：全断面掘进机，其刀具直径基本上就是开挖直径;独臂钻，即在履带车上装设独臂大钻头，可在上下左右几个方向运动，挖出需要的洞室形状，然后，通过配套的运输装渣系统出渣;盾构型的全断面掘进机，是一种前面不断向前掘进，后面在盾构的掩护下，接着用预制的混凝土片完成衬砌工作。

(1)全断面掘进机的开挖施工。全断面掘进机的开挖施工技术是在近几十年发达国家发展起来的一种高效、先进的隧道开挖设备。我国近一二十年来一方面从国外引进了一些设备，另一方面也在研制TBM设备。

全断面掘进机主要优点是：适宜于打长洞，因为它对通风要求较低;开挖洞壁比较光滑;对围岩破坏较小，所以对围岩稳定有利;超挖少，衬砌混凝土回填量少。

(2)独臂钻的开挖施工。独臂钻是另一种形式的掘进机，它是在一个悬管上装设一个可以切削岩土的大钻头，这个大钻头可以上下左右运动。大钻头切削开挖的同时，皮带扒料机将石渣装上后面的斗车，开挖速度很快。该种设备适宜于开挖软岩，不适宜于开挖地下水较多、围岩不太稳定的地层。我国甘肃引大入秦工程盘道隧洞就是采用这种设备，在干燥完整的软岩中开挖，断面约26m2，月进尺可达126m。

(3)天井钻的开挖施工。天井钻是专用用来开挖竖井或斜井的大型钻具，钻机是液压电动操作的，钻杆直径200?30Omm，中空，每一节长1.0?1.5m。先在钻杆上裝较小的钻头，从上声下钻一直径为200?30Omm的导向孔，达到竖井或斜井的底部。再在钻杆上换直径较&的钻头，由下向上反钻竖井或斜井。由上向下掘进时，用泥浆循环，带出石渣碎屑;由下向上掘进时，石渣碎屑即自由下落到已打通的底部巷道中出渣。

天井钻开挖直径可达1.5?3.5m，甚至更大，开挖深度奇由几十米至二兰百米不等。在岩层硬度中等的情况下，由上向下、由下向上钻进速度均可达到10m/d左右。

(4)带盾构的TBM掘进法。当围岩是软弱破碎带时，若用常规的TBM掘进，常会因围岩塌落，造成事故，要采用带盾构的TBM法。

带盾构的TBM掘进法，是在掘进机前部带有盾构，在盾构内部可以立即安设预制钢筋混凝土片的衬圈，随掘进，随安设。衬圈与盾构外边缘间有5cm的间隙，盾构前进之后，在这间隙中填以小豆石，然后用水泥浆灌实。

3.盾构法

盾构施工是一种在软土或软岩中修建隧道的特殊施工方法。先在设计开挖位置开挖土体，再用千斤顶将盾构推进到已开挖的位置，然后在缩回千斤顶的同时，用液压举重拼装器拼装隧道衬砌。如此一段段地向前掘进、拼装，直至完成整条隧道的开挖和衬砌。

(1)盾构机的类型与构造。盾构机一般分为开放式、部分开放式和封闭式三种类型。然后从每种形式可以再进一步细分，如图4.3.10所示。

盾构机的标准为圆形，也有矩形、椭圆形、马蹄形、半圆形、双环及多环形等特殊形状，但其基本构造则是由钢壳、推进机系统、衬砌拼装系统三部分构成的。盾构壳体一般由切口环、支承环和盾尾三部分组成。切口环部分位于盾构的最前端，施工时切入地层，并掩护作业，切口环前端制成刃口，以减少切口阻力和对地层的扰动。支承环位于切口环之后，是与后部的盾尾相连的中间部分，是盾构结构的主体，是具有较强刚性的圆环结构，作用在盾构上的地层土压力、千斤顶的顶力以及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载等，均由支承环承担，它的外沿布置盾构推进千斤顶。盾尾部分是由盾构外壳钢板延长构成，主要用于掩护隧道衬砌的拼装工作，其末端设有密封装置，以防止地下水、外层土、衬砌背面压浆之浆液等流人隧道内。盾构的推进系统，由液压设备和盾构千斤顶组成，盾构前进是靠千斤顶推进来实现的，因此要求千斤顶有足够力量，用以克服盾构推进过程中所遇到的各种阻力。拼装器是衬砌拼装系统的主要设备，能把管片按照设计的形状，安全迅速地进行拼装装置，并有夹钳使管片伸缩、滑动、旋转。常用的有杠杆式拼装机和环式拼装机两种形式。

此外，切削刀盘和螺旋输送机也是盾构机的主要设备。切削刀盘有的在切口环内，有的突出于切口环，有的与切口环几乎平齐，其正面形状见图4.3.11。螺旋输送机的主要功能是从切削密封舱内将切割下来的土运出。

(2)盾构工法的选择。详尽地掌握好各种盾构机的特征是确定盾构工法的关键。其中，选择适合土质条件的、确保工作面稳定的盾构机种及合理的辅助工法最重要。此外，盾构的外径、覆盖土厚度、线形(曲线施工时的曲率半径等)、掘进距离、工期、竖井用地、路线附近的重要构筑物、障碍物等地域环境条件及安全性与成本的考虑也至关重要。应通过对上述条件综合考虑选定合适的盾构工法。

4.明挖法

明挖法是浅埋隧道的一种常用施工方法，它是先将隧道设计截面处土方以及覆盖层挖去，形成一个露天的基坑，然后在基坑中修筑隧道衬砌结构，敷设外贴式防水层，在隧道结构达到一定强度后回填基坑。明洞以及隧道洞口段不能用暗挖法施工时常用明挖法施工。

(1)明挖法特点。

明挖法施工简单，技术成熟，施工快捷，根据需要可以分段同时作业，工程造价和运营费用均较低，且能耗较少。但外界气象条件和环境条件对施工影响较大。

(2)明挖法施工分类。

明挖方式开挖的基坑，根据不同的地质条件及开挖面的大小，可设计成矩形、四边形或梯形等。开挖面的大小应满足隧道断面设计和施工作业的要求。

根据不同的地质条件及外部条件，可先开挖基坑后建造基坑围护结构，也可先建造基坑围护结构再开挖土方。当隧道处于地下水位以下有可能出现涌水时，则需先人工降低地下水位，或利用支撑墙明挖。一般当覆盖层厚度小于5m时，可考虑明挖法。

明挖法也有无围护结构的敞口明挖，适用于地面开阔，周围建筑物稀少，地质条件好，土质稳定且在基坑周围无较大荷载，对基坑周围的位移和沉降无严格要求的情况。有围护结构的明挖适用于施工场地狭窄，土质自立性较差，地层松软，地下水丰富，建筑物密集的地区，采用该方法可以较好地控制基坑周围的变形和位移，同时可满足基坑开挖深度大的要求。

5.盖挖法

盖挖法是先盖后挖，即先以临时路面或结构顶板维持地面畅通，再向下施工。施工基本流程：在现有道路上按所需宽度，以定型标准的预制棚盖结构(包括纵、横梁和路面板)或现浇混凝土顶(盖)板结构置于桩(或墙)柱结构上维持地面交通，在棚盖结构支护下进行开挖和施工主体结构、防水结构，然后回填土并恢复管、线、路或埋设新的管、线、路，最后恢复道路结构。盖挖法适用于松散的地质条件、隧道处于地下水位线以上、地下工程明作时需要穿越公路、建筑等障碍物的情况。

(1)盖挖法特点。盖挖法优点是对结构的水平位移小，能够有效控制周围土体的变形和地表沉降;有利于保护邻近建筑物和构筑物;基坑底部土体稳定，隆起小，施工安全;对地面影响小，只在短时间内封锁地面交通，施工受外界气候影响小;缺点是盖板上不允许留下过多的竖井，后续开挖土方需要采取水平运输，出土不方便;施工作业空间较小，施工速度较明挖法慢，工期较长;和基坑开挖，支挡开挖相比，费用较局。

(2)盖挖法施工类型。盖挖法盖挖法可分为盖挖顺作法、盖挖逆作法及盖挖半逆作法。顺作法与逆作法两种方法的不同点在于：①施工顺序不同。顺作法是在挡墙施工完毕后，对挡墙作必要的支撑，再着手开挖至设计标高，并开始浇筑基础底板，接着依次由下而上，一边浇筑地下结构主体，一边拆除临时支撑;而逆作法是上下同时施工或由下而上顺序施工。②所采用的支撑不同。顺作法中常见的支撑有钢管支撑、钢筋混凝土支撑、型钢支撑及锚杆支护，如图4.3.12所示。

而逆作法中建筑物本体的梁和板，也就是逆作结构本身，就可以作为支撑，其特点是：快速覆盖、缩短中断交通的时间;自上而下的顶板、中隔板及水平支撑体系刚度大，可营造一个相对安全的作业环境;占地少、回填量小、可分层施工，也可分左右两幅施工，交通导改灵活;不受季节影响、无冬期施工要求，低噪声、扰民少;设备简单、不需大型设备，操作空间大、操作环境相对较好。

盖挖逆作法多用于深层开挖，松软土层开挖，靠近建筑物施工等情况下。工程中较早采用的是盖挖顺作法，施工程序如图4.3.13所示。盖挖顺作法施工程序：构筑连续墙，中间支撑柱及覆盖板→构筑中间支撑柱及覆盖板→构筑连续墙及覆盖板→开挖及支撑安装→开挖及构筑底板→构筑侧墙、柱及楼板→构筑侧墙及顶板→构筑内部结构及道路复原。

盖挖半逆作法类似逆作法，其区别仅在于顶板完成及恢复路面过程。在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力。采用逆作或半逆作法施工时都要注意混凝土施工缝的处理问题，由于它是在上部混凝土达到设计强度后再接着往下浇筑的，而混凝土的收缩及析水，施工缝处不可避免地要出现3?10mm宽的缝隙，将对结构的强度、耐久性和防水性产生不良影响。

在逆作法和半逆作法施工中，如主体结构的中间立柱为钢管混凝土柱，而柱下基础为钢筋混凝土灌注桩时，需要解决好两者之间的连接问题。一般是将钢管柱直接插入灌注桩的混凝土内1.0m左右，并在钢管柱底部均匀设置几个孔，以利混凝土流动，同时也可加强桩、柱间连接。有时也可在钢管柱和灌注桩之间插入H型钢加以连接。

6.浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法，在土质隧道开挖中应用较广。

(1)浅埋暗挖法特点。

浅埋暗挖法的施工技术特点主要有以下几点，①浅埋隧道施工中开挖的影响将波及地表，必须严格控制地中和地表的沉陷变形;②它是在软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其他适于浅埋地下工程的施工方法。它主要适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等第四纪地层。对于水位高的的地层，需采取堵水或降排水等措施。③浅埋地下工程，特别是地铁施工具有结构埋置浅，地面建筑密集，交通运输繁忙，地下管线密布，地表沉陷要求严格，周边环境复杂，拆迁改移费用高;④辅助工法多样，由于其适用于松软地层中，预先加固改良地层是，一项必不可少的技术措施，提倡使用的辅助工法包括注浆法、降水法、超前小导管法、长管棚法、水平旋喷法、注浆-冻结法等;⑤开挖方法多，常用开挖方法有全断面法、正台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法。⑥与明挖法相比，具有灵活多变，对地面建筑、道路和地下管网影响小，拆迁占地少，不扰民，不干扰交通，不污染城市;与盾构法相比，具有简单易行，不需太多专用设备，灵活多变，适用范围广。

(2)浅埋暗挖法施工方针。浅埋暗挖法施工中必须坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。①管超前。利用钢拱架为支点，使用超前小导管注浆防护。先用风钻或高压风吹孔、扩孔、引孔。小导管间距为200?300mm，仰角5°?10°。为避免管下土体松落，以较小仰角为宜。在开挖支护的过程中，要留出钢管在土体内作为支点的长度。②严注浆。在小导管超前支护后，立即压注水泥或水泥水玻璃浆液，填充沙层孔隙，凝固后将沙砾胶结成为具有一定强度的“结石体”，使周围形成一个壳体，增强围岩自稳能力。每次注浆前必须对工作面喷射混凝土进行封闭，以防浆液在压力作用下溢出。背后注浆应在低压力下(0.3?0.5MPa)对喷射混凝土背后进行加固填充，使下沉值明显减少。③短开挖。一次注浆多次开挖。如当导管长3.5m时，每次开挖进尺0.75m，环状开挖并预留核心土。④强支护。在松软地层和浅埋条件下进行地下大跨度结构施工，初期支护必须十分牢固，以确保万无一失。按喷射混凝土→网构拱架→钢筋网→喷混凝土的工序进行支护。网喷支护承载系数取较大值，一般不考虑二次衬砌承载力。⑤快封闭。正台阶开挖时，通过量测，当上台阶过长，变形增加较快时，必须考虑临时支撑，仰拱方能稳定。因此，要求台阶的长度为双线不得大于1倍洞径，单线不得大于1.5倍洞径。下半断面紧跟，土体挖出一环，封闭一环并及时封闭仰拱，使初期支护形成一个环状结构，此时变形曲线逐步趋于稳定。⑥勤量测。量测是对于施工过程中围岩及结构变化情况进行动态跟踪的主要手段，量测信息及时而准确地反馈给设计施工，以便及时修改设计或采取特殊的施工措施。

(3)浅埋暗挖法的适用条件。首先，浅埋暗挖法不允许带水作业，如果含水地层达不到疏干，带水作业是非常危险的，开挖面的稳定性时刻受到威胁，甚至发生塌方。大范围的淤泥质软土、粉细砂地层，降水有困难或经济上选择此工法不合算的地层，不宜采用此法。其次，采用浅埋暗挖法要求开挖面具有一定的自立性和稳定性。我国规范对土壤的自立性从定性上提出了要求：工作面土体的自立时间，应足以进行必要的初期支护作业。对开挖面前方地层的预加固和预处理，视为浅埋暗挖法的必要前提，目的就在于加强开挖面的稳定性，增加施工的安全性。

7.沉管法

沉管法修筑隧道，就是在水底预先挖好沟槽，把在陆地上(船台上或临时船坞内)预制的沉放管段，用拖轮运到沉放现场，待管段准确定位后，向管段水箱内灌水压载下沉，然后进行水下连接。处理好管端接头与基础，经覆土回填后，再进行内部设备的安装与装修，就筑成了隧道。沉管隧道如图4. 3.14所示。

(1)沉管隧道施工方式。沉管隧道施工方式视现场条件、用途、断面大小等各异。总体上可分为两种：一是不需要修建特殊的船坞，用浮在水上的钢壳箱体作为模板制造管段的“钢壳方式”;二是在干船坞内制造箱体，而后浮运、沉放的“干船坞方式”。

沉管隧道结构主要有圆形钢壳类与矩形混凝土类。圆形钢壳类隧道的钢壳管段是钢壳与混凝土的组合结构，逋常用内、外两层骨架制成。内部是预制的短节，在船坞滑台上将它焊接成所要求长度的短节，加上辅助的加强板，再安装外部钢壳并焊接好。外壳顶部设有浇筑混凝土用的孔，在管段底部要灌注一定量的混凝土，以便在水下起镇重和稳定作用。该形式的隧道管段通常在船坞滑台上侧向下水，并要灌注较多的混凝土，一般是直接下沉到已充分准备好和破碎的砾石垫层上。图4.3.15为圆形钢壳断面示例。

在干船坞中制作的矩形混凝土管段比在船台上制作的钢壳圆形、八角形或花篮形管段经济，且矩形断面更能充分利用隧道内的空间，可作为多车道、大宽度的公路隧道，是沉管隧道的主流结构，图4.3.16是矩形钢筋混凝土沉管隧道的断面图例。两种方式的比较见表4.3.2。

(2)沉管隧道施工工艺。

1)施工之前，必须做好水利、地质、气象及地震等方面的调查。

2)在隧址附近的适当位置，建造一个与工程规模相适应的临时干船坞，用于预制沉管管段的场地。场地规模取决于管段节数、每节长度和宽度，以及管段预制批量和工期;船坞深度应能保证管段制作后能顺利进行安装工作并浮运出坞;坞底一般铺一层200?300mm厚无筋混凝土或钢筋混凝土，并要在管段底下铺设一层沙砾或碎石，以防管段起浮时被吸住。

3)管段制作工艺与地面钢筋混凝土结构大体相同，但对防水、均质要求较高，需在构造混凝土选材、温控和模板等方面采取措施。

4)管段制作完成后，开始向干船坞内注水，此时，需派检查人员从入口进入沉放管段内部检查有无漏水情况。当船坞内水位接近干舷量时，应向压载水箱内注水以防止管段上浮。当管段完全被水淹没后，派人从出人口进入沉放管段，排出压载水箱内的水，使管段上浮。管段浮运时的干舷量一般取100?150mm左右，调整完各节沉放管段后，即可打开干船坞的坞门，将沉放管段拽出。

5)施工中，沟槽对沉放管段和其他基础设施有特殊用途。沟槽底部应相对平坦，其误差一般为±15cm。开挖由三个基本尺度决定，即底宽，深度和边坡坡度，应视土质情况，沟槽搁置时间以及沟槽水流情况而定。沟槽浚挖分粗挖和精挖两个阶段。粗挖挖到离管底标高约1m处。为避免淤泥沉积，精挖层应在临近管段沉放前再挖。在挖到沟槽底的标高后，应将槽底覆土和淤泥清除，主要设备是挖泥船。

6)管道沉放前，需将其定位在挖好的基槽上方，管段的中线与隧道的轴线基本重合，定位完毕后，可开始灌注压载水，管段即开始慢慢下沉。初次下沉先灌注压载水使管段下沉力达到规定值50%，然后进行位置校正待管段前后位置校正完毕后，再继续灌水直至下沉完全达到下沉规定值，并使管段开始以200?500mm/min速度下沉，直到管底离设计标高4?5m为止。

7)靠拢下沉。先把管段向前面已沉放管段方向平移，直至已设管段大约2.0?2.5m处，然后下沉管段至高于最终标高的0.5m处。

8)着地下沉。再次下沉管段至高于其最终位置200?500mm处。接着，把管段拉向距前面已设管段约100mm处，再检查其水平位置，着地时，前段搁在已设管段的鼻式托座上，然后将后端搁置到临时支座上，校正后，卸去全部吊力。管段常用沉放方法是浮箱分吊法和方驳扛吊法。

9)水下连接常用水下混凝土法和水力压接法。水下混凝土法是先在管段的两端安装矩形堰板，在管段沉放就位，解封对准拼合、安装底部罩板后，在前后两块平堰板的两侧，安置圆弧形堰板，然后把封闭模板插入堰板侧边，形成由堰板，封闭模板，上下罩板所围成的空间，随后向里灌注水下混凝土，从而形成水下混凝土的连接。等水下混凝土充分硬化后，抽掉临时隔墙内的水，再进行管段内部接头部位混凝土衬砌的施工。开槽作业后槽底表面总有相当程度的不平整，在槽底表面与沉管底面间存在很多不规则的空隙，导致地基受力不均而局部破坏，引起不均匀沉降，使沉管局部受到较高的的局部压力以致开裂，必须进行基础处理将其垫平。施工方法主要由刮铺法、喷砂法、压注砂浆法。如图4.3.17所示，喷砂法原理是在设于管段上的门式起重机上的3根1组的钢管中，用中央的钢管把水和砂一起喷射，用另外的2根钢管同时吸引管段和基础间同量的水来填充砂，砂的供给需从管段以外取得，作业受气候条件影响大，砂的填充不易确认。压注砂浆法是先在管底连续铺设尼龙袋，临时支撑管段，而后从沉管作业船上把备好的砂浆向尼龙袋中压注，也有直接从管段内的压浆孔(每隔4?9m设置)向管段底的空隙压注。此法不受气候和航道影响，压注情况易于确认。

(三)喷射混凝土

喷射混凝土是使用混凝土喷射机，按一定混合程序，将掺有速凝剂的混凝土拌和物与高压水混合，经过喷嘴喷射到岩壁表面上，并迅速凝固形成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。

1.施工准备

(1)喷射混凝土的施工机具，包括混凝土喷射机、喷嘴、混凝土搅拌机、上料装置、动力及贮水容器等。混凝土喷射机分为干式和湿式，干式喷射设备简单，价格较低，能进行远距离压送，易加入速凝剂，喷嘴脉冲现象少，但施工粉尘多，回弹比较严重。

(2)待喷面准备。正式进行喷射施工前，除做好配料、设备试运转、施工劳动组织等工作外，待喷面准备工作是保证顺利施工的关键。喷射前应对开挖尺寸认真检查，清除喷面松动危石，欠挖超标过多的先进行局部处理;喷射前应根据石质情况，用高压风或水冲洗待喷面，将开挖粉尘和杂物清理干净，以有利于混凝土粘接。受喷面有较集中渗水时，应做好排水引流处理;无集中渗水时，根据岩面潮湿程度，适当调整水灰比;喷射施工要按一定顺序有条不紊地进行。喷射作业区段的宽度，一般应以1.5?2.0m为宜。对水平坑道，其喷射顺序为先墙后拱、自上而下;侧墙应自墙基开始，拱应自拱脚开始，封拱区宜沿轴线由前向后;其他准备，主要是检查喷射面尺寸，几何形状是否符合设计要求;作业区应安装足够照明设施，灯具应有保护措施;对有涌水的部位，要做好排水;喷射面上若有冻结，应清扫掉融化的水分;当喷射面具有较强的吸水性时，要预先洒水进行养护。

2.施工工艺

(1)喷射混凝土的施工工艺。喷射混凝土的效果很大程度上取决于喷射混凝土制作工艺，喷射混凝土有不同的制作方法，主要分为干式喷射混凝土和湿式喷射混凝土。干式喷射混凝土是先将水泥，骨料和添加剂在不加水的状态下，由搅拌机拌和，在气体压力下，干拌和料以20?30m/h的速度被压密并通过一个橡胶管送至喷嘴口，同时压力水通过另一管道送至喷嘴口，配合料与水混合并同时喷到作业面上。湿喷法是利用湿式混凝土喷射机施工的一种工艺，即配合料和水在搅拌机内拌和后，再被高压气流送到喷嘴口喷射。施工工艺流程如图4.3.18。

(2)施工要点。

1)工作风压。喷射机在正常进行喷射作业时，工作罐内所需的风压称为工作风压。选择适宜的工作风压，是保证喷射混凝土顺利施工和较高质量的关键。喷射机开始工作时，应打开进气阀，在机械空转中调好空载压力，待开始喷射拌和料后，风压逐渐增大，使其达到一个稳定的数值;在实际操作中，再根据喷嘴处粉尘及时调整风压。当输送距离变化时，工作风压可参考以下数值：水平输送距离每增加100m，工作风压应提高0.08?0.10MPa;倾斜向下喷射，每增加100m，工作风压应提高0.05?0.07MPa;垂直向上喷射每增加10m，工作风压应提高0.02?0.03MPa。

2)喷嘴处水压。工程实践证明，喷嘴处的水压必须大于工作风压，并且压力稳定才会有良好的喷射效果。水压一般比工作风压大0.10MPa左右为宜。

3)—次喷射厚度。一次喷射厚度主要与喷射混凝土层与受喷面之间的黏结力和受喷部位有关。一次啧射厚度太薄，喷射时骨料易产生大的回弹;一次喷射的太厚，易出现喷层下坠、流淌，或与基层面间出现空壳。具体要求见表4.3.3。

4)分层喷射的时间间隔。一般分2?3层进行分层喷射。分层喷射合理的间隔时间应根 据水泥品种、速凝剂种类及掺量、施工温度(不宜低于5°C)和水灰比大小等因素，并视喷 射的混凝土终凝情况而定。一般在常温下(15°C?20°C)，采用红星一型速凝剂时，可在5?10min后，进行下一次喷射;而采用碳酸钠速凝剂时，最少在30min后，才能进行复喷。

5)喷头与作业面之间的距离。经验表明，喷头与喷射作业面的最佳距离为1m，当喷头与喷射作业面间的距离≤0.75m或≥1.25m，喷射的回弹率可达25%。喷头与作业面的最佳距离随配料及水灰比的不同而有所差异，须根据实际情况进行适当调整。当喷射距离大于1.5m或2m时，混凝土不是密实的喷射在开挖面上，而是松散的。因混凝土内部存在空隙，结构松散，强度降低，从而削弱了支护结构功能，应尽量避免。

6)含水量的控制。喷射混凝土所用骨料，如果含水率低于4%，在搅拌、上料及喷射过程中，易使尘土飞扬;如果含水率高于8%，很容易发生喷射机料管黏料和堵管现象。因此，骨料在使用前应提前8h洒水，使之充分均匀湿润，保持适宜的含水率。喷射混凝土所用骨料的含水率，一般以5%?7%为宜。

(四)锚杆施工

锚杆是喷锚支护的一个重要组成部分，在喷锚联合支护中起着主要作用。锚杆除了与喷射混凝土联合使用也可以单独使用。在隧道开挖过程中用锚杆作为保证施工安全的临时支护是很方便的，隧道开挖后应尽快安设锚杆以确保隧道围岩的稳定和施工的安全。

1.锚杆布置

在开挖面上，锚杆通常以一定的排列方式布置在开挖面上，如图4.3.19所示，在拱圈处间距较小，在边墙处间距相对较大，锚杆的方向为垂直隧道开挖轮廓线，在沿隧道纵向上，锚杆常按等间距的方式均匀布置，如图4.3.20(a);当锚杆在沿隧道纵向间距较大时，需采用图4.3.20(b)所示的菱形分布，即在两等间距的锚杆之间，再交叉布置一层锚杆，以增大锚杆的支撑能力。实际作业中，通常还需根据实际的岩石分层状态改变锚杆的布置形式，在必要时局部增加锚杆的用量以控制岩石坍方。如岩石为倾斜或齿状等时，锚杆的方向要尽可能与岩层层面垂直相交，以达到较好的锚固效果。

2.锚杆施工要点

(1)入普通水泥砂浆锚杆施工要点。普通水泥砂浆锚杆如图4. 3. 21所示，是以普通水泥砂浆作为胶粘剂的全长粘接式锚杆。

1)砂浆强度等级不低于M20;砂浆配合比一般为水泥：砂：水=1 : (1?15): (0.45?0.50)。水灰比宜为0.45?0.50，砂的粒径≥3mm。

2)杆体材料宜用HRB335钢筋，一般采用HPB300钢筋;直径14?22mm为宜，长度2.0?3. 5m,为增加锚固力，杆体内端可以劈口叉开。

3)钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。孔钻好后用高压水将孔眼冲洗干净，并用塞子塞紧孔口，以防止石渣或泥土掉入钻孔内。

4)锚杆及胶粘剂材料制作，应符合设计要求，锚杆应按实际要求尺寸截取，外端不用垫板的锚杆应先弯制弯头。

5)粘接砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完。

(2)早强水泥砂浆锚杆施工要点。早强水泥砂浆锚杆的施工与普通水泥砂浆锚杆基本相同，所不同的是早强水泥砂浆的粘接剂是由硫酸铝盐早强水泥砂，Ⅱ型早强剂和水组成。因此，它具有早期强度高、承载快、安装方便等优点，可弥补普通水泥砂浆锚杆早期强度低，承载慢的不足，尤其是在软弱、破碎、自稳时间短的围岩中使用早强水泥砂浆锚杆能显示出优越性。早强水泥砂浆锚杆施工中，注浆作业开始或中途停止超过30min时，应测定砂浆坍落度，当其值小于10mm时不得注入罐内使用。早强水泥砂浆采用硫酸铝盐早强水泥所掺人的早强剂具有早强、缓凝、减水与除镑的效果，亚硝酸钠掺量为1%?3%，缓凝型糖蜜减水剂掺量宜为0.2%。

1)早强药包内锚头锚杆，是以快硬水泥卷，或早强砂浆卷，或树脂卷作为内锚固剂的内锚头锚杆。快硬水泥卷的三个主要参数：①快硬水泥卷的直径d要与钻孔直径D配合好，例如，若使用D42钻头，则可采用D37直径的水泥卷、②快硬水泥卷长度L要根据内锚长度和生产制作的要求确定。

2)快硬水泥卷的质量G值，主要由装填密度r计算确定，装填密度是控制水灰比的关键，当r=1.45kg/cm3时，水泥砂浆水灰比控制在0.34左右为佳。

3)早强药包内锚头锚杆施工注意事项。早强药包除按普通水泥砂浆锚杆的规定施工外，尚应符合以下规定：

①药包使用前应检查，要求无结块、未受潮。药包的浸泡宜在清水中进行，随泡随用，药包必须泡透。

②药包应缓慢推入孔底，不得中途爆裂，应配备专用的装药包工具。

③药包直径宜较钻孔直径小20mm左右，药卷长度一般为20?30cm。锚杆杆体插人时应注意旋转，使药包充分搅拌均匀。锚杆药包主要有硅酸盐与硫酸盐两个系列，分速凝型、早强型、早强速凝型几种。

④钻眼要求同前所述，但孔眼应比锚杆长度短4?5cm。

⑤用直径2?3mm，长150mm的锥子，在快硬水泥卷端头扎两个排气孔。然后将水泥卷竖立放于清洁的水中，保持水面高出水泥卷约10cm。浸水时间以不冒泡为准，但不得超过水泥的初凝时间，可做浸水后的水灰比检查。

⑥将浸好水的水泥卷用锚杆送到孔底，并轻轻捣实，若中途受阻，应及时处理，若处理时间超过水泥终凝时间，则应换装新水泥卷或钻眼作废。

⑦将锚杆外端套上连接套筒(即带有六角旋转头的短锚杆;斯面打平后对中焊上锚杆螺母)，装上搅拌机(如TJ-9型)，然后开动搅拌机，带动锚杆旋转搅拌水泥浆，并用人力推进锚杆至孔底，再保持10s的搅拌时间(搅拌时间为30?40s)。

⑧轻轻卸下搅拌机头，用木楔楔紧杆体，使其位于钻眼孔中心处。自浸水后20min，

快硬水泥具有足够的强度时，才能使用扳手卸下连接套筒。

⑨采用树脂药包时，还应注意：搅拌时间应根据现场气温决定，20°C时固化时间为 5min;温度下降5°C时固化时间约会延长一倍，即15°C时为10min; 10°C时为20min。因 此，地下工程在正常温度下，搅拌时间约为30s，当温度在10°C以下时，搅拌时间可适当延长为45?60s。

(3)缝管式摩擦锚杆施工要点。

1)缝管式锚杆可根据需要和机具能力，选择不同直径的钻头和管径，通过现场试验 确定最合理的径差，一般要求杆体材料具有较高的弹性极限。

2)采用一般风动凿岩机时应配备专用冲击器。宜随钻眼随安设锚杆，也可集中钻孔与安设锚杆，不得隔班隔日安设锚杆。

3)安设锚杆前应吹孔，并核对孔深是否符合设计要求，安设前应检查风压，不得<0.4MPa。

4)安设前先将锚杆套上垫板，将带有挡环的冲击钎杆插入锚管内，锚杆尾端套入凿岩机或风镐的卡套内，锚头导人钻孔，调整方向、开动凿岩机，即可将锚杆打入钻孔内，至垫板压紧围岩为止。停机去除钎杆即可完成。

5)在安设推进锚杆过程中，要保持凿岩机一锚杆一钻孔的中心线在同一轴线上，凿岩机在推进过程中，适当放水冷却冲击器。锚杆推到末端时，应降低推进力，当垫板抵紧岩石时应立即停机，以免损坏垫板和挡环。

6)若作为永久支护，则应作防镑处理，并灌注有膨胀性的砂浆。

(4)胀壳式内锚头预应力锚索施工要点。

胀壳式内锚头预应力锚索，除钢绞线预应力锚索外，主要由机械胀壳式内锚头、锚杆外锚头以及灌注的粘接材料等组成，如图4.3.22所示。该锚杆常用于中等以上的围岩中，可在较小的施工现场中作业，常用于高边坡、大坝以及在大跨度地下隧道洞室的抢修加固及支护。

1)胀壳式内锚头预应力锚索的加工应符合设计质量要求，在存放、运输及安装过程中，不得有损伤和变形;

2)钻孔一般采用冲击式浅孔钻，也可选用各种旋转式地质钻，钻孔完毕后应丈量孔深和予以清洗，并做好孔口现浇混凝土支墩;

3)锚索安装要平直不紊乱，同时安设排气管。锚索推送就位后，即可安装千斤顶张拉。一般先用20%?30%的预应力预张拉1?2次，促使各相连部位接触紧密，使钢锚索平直。最终张拉值有5%?10%的超张拉量，以保证预应力损失后仍能达到设计要求的有效预应力。预张拉时千斤顶严禁站人，以防不测。

4)预应力无明显衰减时，才最后锁定且48h内再检查。注浆应饱满，注浆应达到设计强度后，进行外锚头封盖。

四、地下工程特殊施工技术

(一)地下工程施工中的几种特殊幵挖方法

1.气压室法

将整个开挖洞段密封起来，在进出口段做上气密室，由洞外进入气密室再进入洞内，须经过两层密封门，洞内气压大于外压或大气压1.2bar(巴)。用这个超压来减少渗入洞内的水，也用此压力来改善围岩自稳情况。当然，气压室法需额外的设备投资，而且施工的速度将降低，一般只是在不得已时采用，上海过江隧道即用此法。

2.冻结法

自从1883年德国工程师波兹舒(F.H.Poetsch)在德国首次应用冻结法开凿井筒，并取得专利以来，该项技术广泛应用于矿井建设、地下铁道和河底隧道等工程。在地下水特多，难以施工时，也有采用冷冻法，用液氮注人地层中，将隧道周围的土壤全部深度冻结起来。然后进行开挖。这个方法非常昂贵，非不得已，一般不采用。

3.分部开挖、分部支护法

在软弱地层中开挖较大的洞室，目前常用的办法是先开挖一小部分，然后用喷锚支护做全断面保护，再逐步扩挖，逐步支护。最常用的是双侧导坑法，即挖好一个侧导坑，支护好，再挖另一个侧导坑，也支护好。最后再挖掉中间遗留下来的土柱，并支护形成封闭结构。开挖后再在其中做钢筋混凝土二次衬砌。我国北京地铁王府井一东单区间折返线，就是采用类似的方法施工的。根据折返线断面类型、地面沉降控制分析及工期、造价比较、同时兼顾前后断面施工的衔接，选定了正台阶法、中隔壁法、“眼镜”法、中洞法等分部开挖、分部支护形式。

4.超前灌浆、超前锚杆法

在地下水很丰富的地方，如海底隧道、河底隧道，常采用超前灌浆法。即在开挖前事先在掌子面上钻孔深为二三十米的深孔，进行压力固结灌浆，使将要开挖洞段的岩缝尽量固结起来并减少漏水，然后开挖。挖到灌浆深度一半时，再做一圈深孔灌浆，如此不断循环，使开挖工作面始终在灌浆固结过的岩层中进行。

超前锚杆法也是常用的。在掌子面顶拱部位向前上方打入4?5m长的锚杆，锚杆后端出露较长，用喷混凝土或钢拱架支护好，然后向前开挖1?2m支护好，再打下一轮锚杆，再往前挖，如此循环下去，使开挖始终在顶部锚杆的保护下进行。

在软岩或地下水多的软岩中，锚杆可能强度不够，则可改为打入钢管。

(二)长距离顶管技术

地下管道的敷设一般采用开槽方法，这种方法施工时挖大量土方，占用大量临时场地，管道安装后需进行回填，而且施工时影响交通，影响环境。而采用顶管技术敷设管道，无须挖槽或在水下开挖土方，并可避免为疏干和固结土体而采用的降低地下水位等辅助措施，从而大大加快施工速度，降低造价，并能克服在穿越江河湖海等无法降水的特殊环境下施工的困难。

普通顶管施工是在一般条件下的顶进技术，在最佳施工条件下，一次顶进长度为100m左右，但在城市干管施工中，或管线需穿越大型建筑群或河道时，普通顶管法的一次顶进长度就不足以顶完全程，因此需要完善长距离顶管技术。

长距离顶管的施工程序是：先在管道的一端挖掘工作坑(井)，完成后在其内安装顶进设备，将管道顶入土层，边顶进边挖土，将管段逐节顶人土层内，直到顶至设计长度为止。

1.顶管技术的基本设备

顶管施工的基本设备主要包括管段前端的工具管，后部顶进设备及贯穿前后的出泥与气压设备，此外还有通风照明等设施。

工具管是长距离顶管的关键设备，它安装在管道前端，外形与管道相似，其作用是定向、纠偏、防止塌方、出泥等。工具管从前向后由冲泥仓、操作室和控制室组成。

顶进设备主要包括后座、主油缸、顶铁和导轨等。后座设备在主油缸与反力墙之间，每只油缸配置一块，其作用是将油缸的集中力分散传递给后墙。主油缸是顶进动力，一般对称布置4?6台，其顶力和行程可根据工程实际选定。顶铁主要是为弥补油缸行程设置的，其厚度应小于油缸行程。导轨起顶进导向作用，在接管时又起管道吊放和拼焊平台的作用。

出泥设备主要是吸泥机，应根据工程实际，选择其提升高度、排量、供水泵型号、排泥管口径等。

此外，在水下进行长距离顶管，工具管有时必须采用局部气压施工，而且时间很长，有时还需要在气压下排除故障，因此，还需要压缩空气供气系统。

2.顶管施工的关键技术与措施

长距离顶管的主要技术关键是：

(1)顶力问题。顶管的顶力随着顶进长度的增加需不断增加，但是又受到管道强度的限制，不能无限增加，因此用普通顶管法只在管尾推进的方法，顶进距离受到限制。所以长距离顶管必须解决在管道强度允许范围内施加的顶力问题。目前有两种方法：即采用润滑剂减阻和中继接力技术。

(2)方向控制。管段能否按设计轴线顶进，这是长距离顶管成败的关键之一。顶进方向失控，会导致管道弯曲，顶力急骤增加，顶进困难，工程无法施工。因此，必须有一套能准确控制管段顶进方向的导向机构。上海基础工程公司顶管系统中，采用三段双铰工具管来完成。

(3)制止正面坍方。坍方危及地面建筑物，使管道方向失去控制，导致管道受力情况恶化，给施工带来许多困难。在深层顶管中，制止坍方实际上是制服地下水的问题。

为了解决上述技术关键，在长距离顶管中主要采用的技术措施如下：

1)穿墙。从打开穿墙管闷板，将工具管顶出井外，到安装好穿墙止水，这一过程通称穿墙。穿墙是顶管施工的主要工序，因为穿墙后工具管方向的准确程度将会给以后管道的方向控制和管道拼接工作带来影响。穿墙时应注意，在墙管内事先填满经过夯实的黄黏土，以免地下水和土大量涌入工作井，打开穿墙管闷板，应立刻将工具管顶进。

2)纠偏与导向。顶管必须沿设计轴向顶进，应控制顶进中的方向和高程，若发生偏差，必须纠偏。以往纠偏工作是当管道头部偏离了轴线后才进行，但这时管道已经产生了偏差，因此管轴线难免有较大的弯曲。管道偏离轴线，其中一个主要原因是顶力不平衡导致。如果事先能消除不平衡外力，就能更好防止管道的偏位。

3)局部气压。顶管在流沙层和流塑状态的土层顶进，有时因正面挤压力不足以阻止坍方，则易产生正面坍方，出泥量增加，造成地面沉降，管轴线弯曲，给纠偏带来困难，而且还会破坏泥浆减阻效果。为解决这类问题，常采用局部气压。局部气压的大小视具体情况而定，一般土层以不坍方为准。

4)触变泥浆减阻。为减少长距离顶管中的管壁四周摩阻力，在管壁外压注触变泥浆，形成一定厚度的泥浆套，使顶管在泥浆套中顶进，以减少阻力。

5)中继接力顶进。在长距离顶管中，只采用触变泥浆减阻单一措施仍显不够，还需采用中继接力顶进，也就是在管道中设置中继环，分段克服摩擦阻力，从而解决顶力不足问题。

(三)气动夯管捶铺管施工

气动夯管锤是一种不需要阻力支座，利用动态的冲击能将空心的钢管推入地层的机械。它实质上是一个低频，大冲击功的气动冲击器，由压缩空气驱动，将所铺设的钢管沿设计路线夯入地层，实现非开挖铺设管线。施工时，夯管锤的冲击力直接作用在钢管的后端，通过钢管传递到前端的切削管靴上切削土体，并克服土层与管体之间的摩擦力，使钢管不断进入土层。随着钢管的前进被切削的土芯进人钢管内，在第一节钢管夯入地层后，后一节钢管与其焊接在一起，如此重复，直到夯入后一节钢管，待钢管全部夯到目标后，取下切削管靴，用压缩空气、高压水、螺旋钻、人工掏土等方式将管内土排出，钢管留在孔内，完成铺管作业，施工原理见图4.3.23。

1.气动夯管锤铺管施工设备和配套机具

气动夯管锤铺管施工主要设备除气动夯管锤外，还需配置一些其他设备和机具。

(1)主机。主机指气动夯管锤铺管系统中的锤体部分，是由它产生强大冲击力将钢管夯入地层中。

(2)动力系统。气动夯管锤以压缩空气为主，同时压缩空气又是排除土芯的动力。气源主要是空气压缩机，驱动气动夯管锤的空压机，压力为0.5?0.7MPa，排气量根据不同的型号夯管锤的耗气量而定。

(3)注油与管路系统。注油器用于向压缩空气中注油，润滑夯管锤中的运动零件，注油器设计成注油量可调，其调节范围一般为0.005?0.052L/min。夯管锤通过管路系统与气源连接，而注油器位于管路的中间，利用压缩空气将润滑油连续不断地带入夯管锤中。

(4)连接固定系统。连接固定系统由夯管头、出土器、调节锥套和张紧器组成。夯管头用于防止钢管端部因承受巨大的冲击力扩张而损害。出土器用于排出在夯管过程中进人钢管内又从钢管的另一端挤出的土体。调节锥套用于调节钢管直径、出土器直径和夯管锤直径间的相配关系。夯管锤通过调节锥套、出土器和夯管头与钢管连接，并用张紧器将它们紧固在一起。因为调节锥套、出土器和夯管头传递着巨大的冲击力，设计中应对他们的强度和连接可靠性进行综合考虑。

(5)注浆系统。注浆系统主要由储浆罐、注浆头、注浆管、传压管和控制阀等部分组成，其特点在于用压缩空气做动力，可持续地向地层的钢管内外两侧注浆，用以减少夯入地层阻力。

(6)清土系统。清土系统包括封盖和清土球，封盖用于防止钢管内的压缩空气从管端泄漏，清土球在钢管内相当于一个活塞，在空气或水压力作用下在钢管内不断前进，从而将管内的土体从钢管另一端推出。

(7)辅助工具。指专门设计的在夯管过程中用于支撑夯管锤和保证夯管目标准确度的钢支架等。

2.气动夯管锤铺管的特点

气动夯管锤铺管时由于夯管锤对钢管是动态夯进，产生强力的冲击和振动，绝大部分泥土随着钢管进入土层而不断进人管道，这样大大减小了夯管的管端阻力，且减小对穿越处地面的隆起破坏。同时，振动作用也有利于使钢管周围的土层产生一定程度的液化，并与地层间产生一定的空隙，减少了钢管与地层间的摩擦阻力。由于动态夯进可以击碎障碍物，所以在含卵砾石地层或回填地层中铺管时，比管径大的砾石或石块可被击碎后一部分进入管内而穿过障碍物，而不是试图将整个障碍物排开或推进。基于此，气动夯管锤具有以下特点：

(1)地层适用范围广。夯管锤铺管几乎适应除岩层以外的所有地层。

(2)铺管精度较高。气动夯管锤铺管属不可控向铺管，但由于其以冲击方式将管道夯入地层，在管端无土楔形成，且在遇障碍物时，可将其击碎穿越，所以具有较好的目标准确性。

(3)对地表的影响较小。穷管锤由于是将钢管开口夯1人地层，除了钢管管壁部分需排挤土体之外，切削下来的土芯全部进入管内，因此即使钢管铺设深度很浅，地表也不会产生隆起或沉降现象。

(4)夯管锤铺管适合较短长度的管道铺设，为保证铺管精度，在实际施工中，可铺管长度按钢管直径(以mm为单位)除以10就得到夯进长度(以m为单位)。

(5)对铺管材料的要求。夯管锤铺管要求管道材料必须是钢管，若要铺设其他材料的管道，可铺设钢套管，再将工作管道穿入套管内。

(6)投资和施工成本低。施工条件要求简单，施工进度快，材料消耗少，施工成本较低。

(7)工作坑要求低。通常只需很小施工深度，无须进行很复杂的深基坑支护作业。

(8)穿越河流时，无须在施工中清理管内土体，无渗水现象，能确保施工人员安全。

(四)导向钻进法施工

1.导向钻进法施工的基本原理

大多数导向钻进采用冲洗液辅助破碎，钻头通常带有一个斜面，因此当钻杆不停地回转时则钻出一个直孔，而当钻头朝着某个方向给进而不回转时，钻孔发生偏斜。导向钻头内带有一个探头或发射器，探头也可以固定在钻头后面。当钻孔向前推进时，发射器发射出来的信号被地表接收器所接收和追踪，因此可以监视方向、深度和其他参数。

成孔方式有两种：干式和湿式。干式钻具由挤压钻头、探头室和冲击锤组成，靠冲击挤压成孔，不排土。湿式钻具由射流钻头和探头室组成，以高压水射流切割土层，有时以顶驱式冲击动力钻头来破碎大块卵石和硬地层。两种成孔方式均以斜面钻头来控制钻孔方向。若同时给进和回转钻杆，斜面失去方向性，实现保直钻进;若只给进而不回转，作用于斜面的反力使钻头政变方向，实现造斜。钻头轨迹的监视，一般由手持式地表探测器和孔底探头来实规，地表探测器接收显示位于钻头后面探头发出的信号(深度、顶角、工具面向角等参数)，供操作人员掌握孔内情况，以便随时进行调整。

2.钻头的选择依据

(1)在淤泥质黏土中施工，一般采用较大的钻头，以适应变向的要求。

(2)在干燥软黏土中施工，采用中等尺寸钻头一般效果最佳(土层干燥，可较快地实现方向控制)。

(3)在硬黏土中，较小的钻头效果比较理想，但在施工中要保证钻头至少要比探头外筒的尺寸大12mm以上。

(4)在钙质土层中，钻头向前推进十分困难，所以，较小直径的钻头效果最佳。

(5)在粗粒砂层，中等尺寸的钻头使用效果最佳。在这类地层中，一般采用耐磨性能好的硬质合金钻头来克服钻头的严重磨损。另外，钻机的锚固和冲洗液质量是施工成败的关键。

(6)对于砂质淤泥，中等到大尺寸钻头效果较好。在较软土层中，采用较大尺寸的钻头以加强其控制能力。

(7)对于致密砂层，小尺寸锥形钻头效果最好，但要确保钻头尺寸大于探头筒的尺寸。在这种土层中，向前推进较难，可较快地实现控向。另一方面，钻机锚固是钻孔成功的关键。

(8)在砾石层中施工，镶焊小尺寸硬质合金的钻头使用效果较佳。

(9)对于固结的岩层，使用孔内动力钻具钻进效果最佳。

3.导向孔施工

导向孔施工步骤主要为：探头装人探头盒内;导向钻头连接到钻杆上;转动钻杆，测试探头发射是否正常;回转钻进2m左右;开始按设计轨迹施工;导向孔完成。

导向孔施工多采用手提式地表导航仪来确定钻头所在的空间位置。导向仪器由探头、地表接收器和同步显示器组成。探头放置在钻头附近的钻具内。接收器接收并显示探测数据，同步显示接收器探测的数据，供操作人员掌握孔内情况，以便随时调整。

钻进时应特别注意纠偏过度，这种情况一旦发生将给施工带来不必要的麻烦，会大大影响施工的进度和加大施工的工作量。为了避免这种情况的发生，钻进少量进尺后便进行测量，检验调整钻头方向。

4.扩孔施工

扩孔是将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上，以减小铺管时的阻力。当先导孔钻至靶区时就需用一个扩孔器来扩大钻孔。一般的经验是将钻孔扩大到成品管尺寸的1.2?1.5倍，扩孔器的拉力或推力一般要求为每毫米孔径175.1N。根据成品管和钻机的规格，可采用多级扩孔。

扩孔时将扩孔钻头连接在钻杆后端，然后由钻机旋转回拉扩孔。随着扩孔的进行，在扩孔钻头后面的单动器上不断加接钻杆，直到扩至与钻机同一侧的工作场地，即完成了这级孔眼的扩孔，如此反复，通过采用不同直径的扩孔钻头扩孔，直至达到设计的扩孔孔径为止。对于回拉力较大的钻机，扩孔时可以采用阶梯形扩孔钻头，一次完成扩孔施工，甚至有时可以同时完成扩孔和铺管施工。

(五)逆作法

1.逆作法概述

逆作法是施工高层建筑，多层地下室和其他多层地下结构的一种方法，它是以基坑围护墙和支撑桩及受力柱作为垂直承重构件，将主体结构的顶板、楼板作为支撑系统，采取地上与地下结构同时施工或由上而下分布依次开挖和构筑地下结构体系的施工方法。逆作法适用于建筑群密集，相邻建筑物较近，地下水位较高，地下室埋深大和施工场地狭小的高(多)层地上、地下建筑，如地铁站、地下厂房、地下储库、地下变电站等。

2.逆作法工艺原理

先沿建筑物地下结构轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时在建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支撑桩和柱作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的垂直支撑;然后施工地面一层楼面结构亦即地下结构的顶板，作为地下连续墙刚度很大的第一道水平支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑地下结构，直至底板封底。

3.逆作法施工

(1)逆作法分类。按围护结构的支撑方式，基坑工程逆作法可分为以下几类：

1)全逆作法。利用地下各层钢筋混凝土肋形板对四周围护结构形成水平支撑，楼盖混凝土为整体浇筑，然后在其下挖土，待土方开挖完成后再二次浇筑肋形楼板。

2)部分逆作法。用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵挡，抵消侧向压力所产生的一部分位移。在基坑中部按正作法施工，基坑边四周用逆作法。

3)分层逆作法。此方法主要是针对四周围护结构，是采用分层逆作法，而不是先一次整体施工完成。分层逆作四周的围护结构采用土钉墙。

(2)逆作法施工工序。

1)按基础外围面积，施工四周的支护结构。支护体系采用地下连续墙或排桩支护，排桩采用冲孔桩、钻孔粧或挖孔桩。

2)按设计图施工中间支撑柱和基础。中间支撑柱目前在逆作法施工时大部分是采用临时钢管柱或型钢柱支撑，挖土完成后再做外包混凝土;当采用挖孔桩时，可支模采用钢筋混凝土柱。基础若是天然地基可采用挖孔墩，若是桩基可采用冲孔、挖孔、钻孔等成桩方法，若有地下水，可作降水处理后再施工挖孔桩。

3)利用地下室一层的土方夯实修正后作地模，浇筑地下室处顶板的钢筋混凝土梁和板，并在此层预留出挖土方的出土洞若干个。

4)进行地下室一层土方的开挖及外运。

5)进行地下室二层梁板混凝土的浇筑，在楼板中预留出土洞。

6)进行地下室二层土方的开挖及外运。

7)进行地下室三层的梁板混凝土的浇筑，在楼板中预留出土洞。

8)进行地下室三层土方的开挖及外运。

9)浇筑底板混凝土。

(六)沉井法

沉井施工法是修筑深基础和地下建(构)筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的沉井井身;然后在井身内部分层挖土，随着挖土使土面降低，沉井借助井体自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标.高;最后进行封底并构筑井内构件，形成一个地下建(构)筑物或其基础。

1.沉井施工方案与准备

沉井的施工根据不同情况和条件(如沉井高度、地基承载力、施工机械设备等)，可采用一次制作一次下沉，分解制作、接高一次下沉，或制作与下沉交替进行。施工前应做好地基处理、平整场地、修建临时设施和测量控制与沉降控制。

2.沉井施工工艺

沉井法施工的主要工序为：测量放线、开挖基坑和搭设工作台→铺设垫层、承垫木→沉井制作→抽取垫木→挖土下沉→封底、回填、浇筑其他部分结构。

(1)测量放线和基坑开挖。根据设计图纸进行定位放线，先在地面上定出沉井纵横两个方向的中心轴线，基坑的轮廓线及水准标高等;然后进行基坑开挖，基坑平面尺寸要大于沉井的平面尺寸，以便垫木、支模、搭设脚手架及排水等工作需要。

(2)铺设垫层、承垫木。当沉井制作高度较大时，重量会增大，为避免不均匀沉降，基坑上应铺设一定厚度(≥0.6m)的砂垫层。铺设砂垫层后，即可在其上部铺设垫木和浇筑混凝土垫板，以加大刃脚的支撑面积，保证沉井的制作质量。铺设垫木时，应用水平仪进行抄平，使刃脚踏面在同一水平面上，垫木长度中心应与刃脚踏面中线相重合。对于圆形沉井的定位垫木，一般对称设置在四个支点上;对矩形沉井定位垫木，一般设置在两长边，每边2个。当沉井长短边之比，时，两个定位点间距离为0.71;当时，则为0.61。

(3)沉井制作。沉井井身制作过程包括拼装和就位刃脚角钢、支模和绑扎钢筋。拼装刃脚角钢时，应准确测量刃脚位置，放出刃脚的中线和边线，将准备好的角钢拼装就位，经校核无误后焊接固定。应注意：模板支好后，应检查其位置、刃脚标高和井壁垂直度;浇筑井身混凝土时，应沿井壁四周均匀对称进行，避免高差悬殊、压力不均、产生地基不均匀沉降而造成沉井断裂;做好井壁分节处的施工缝，以防漏水。

(4)挖土下沉。沉井下沉主要是通过从沉井内用机械或人工的办法对称均匀挖土，消除或减小沉井刃脚下的正面阻力，使沉井依靠自重逐渐从地面沉人地下。根据沉井所通过的土层和地下水的情况，沉井下沉施工可分为排水挖土下沉和不排水挖土下沉。

1)排水挖土下沉。当沉井所穿过的土层透水性较差，涌水量不大，排水时不致产生流沙现象，可采用排水挖土下沉。

2)不排水挖土下沉。若沉井穿过的土层中有较厚的亚砂土和粉砂土，地下水丰富，土层不稳定，有产生流沙的可能性时，沉井就宜采用不排水挖土下沉，下沉中要使井内水面高出井外水面1?2m，以防流沙。

(5)沉井封底。沉井下沉至标高，应进行沉降观测，当8h内下沉量小于或等于10mm时，方可封底。封底可分为干封底和湿封底两种。

1)干封底。干封底时，开挖基底土面至设计标高，并修正成锅底形，排除井内积水。封底前应平整锅底，清洗刃脚，超挖部分可填充石块;然后在其上做垫层，浇筑垫层时应先沿刃脚填筑一周，防止不均匀下沉;再在垫层上做防水层，绑扎钢筋和浇筑钢筋混凝土底板，封底混凝土由刃脚向锅底中部分层浇灌，每层厚约500mm。为避免地下水的渗透压力渗水冲蚀新浇灌混凝土，在封底前应在板底以下设置集水井，用水泵抽水至混凝土达到规定强度后为止，然后封掉集水井。

2)湿封底。湿封底即不排水封底，要求清除井底浮泥，并铺碎石垫层。若沉井锅底较深亦可抛填块石，再在上面铺碎石垫层。封底混凝土用导管法灌注，当封底面积较大时，宜用多根导管同时浇筑，以使混凝土能充满其底部全部面积，各导管的有效扩散面积互相搭接盖满井底全部范围。为防止进入导管内，并获得比较平缓的混凝土表面坡度，导管下端插入混凝土的深度不宜小于1m。

3.沉井纠偏

由于土质不均匀或出现障碍物以及施工管理不严，都会造成沉井施工偏差。偏差主要包括倾斜和位移两方面。沉井纠偏有以下方法：

(1)矩形沉井长边产生偏差，可用偏心压重纠偏。

(2)沉井向某侧倾斜，可在高的一侧多挖土使其恢复水平再均匀挖土。

(3)采用触变泥浆润滑套时,，可采用导向木纠偏。

(4)小沉井或矩形沉井短边产生偏差，应在下沉少的一侧外部用压力水冲井壁附近的土并加偏心压重;在下沉多的一侧加一水平推力来纠偏。

(5)当沉井中心线与设计中心线不重合时，可先在一侧挖土，使沉井倾斜，然后均匀挖土，使沉井沿倾斜方向下沉到沉井底面中心线接近设计中心线位置时再纠偏。

(七)其他非开挖施工方法

气动夯管锤铺管法和导向转进法都属于非开挖管线工程施工技术，一般适用于管径小于900mm的管线铺设工程。除了这两种方法以外，常用的还有冲击矛法、油压夯管锤法、水平螺旋钻进法、滚压挤土法、微型隧道法等。其中油压夯管锤法是以油压动力设备替代空气压缩机的另一种夯管锤法，与气动夯管锤法相似。

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