地铁隧道施工无振动开挖混凝土和岩石有什么好的方案？

通常，在地面条件允许的情况下，地铁隧道应采用明挖法，但对社会环境影响较大。明挖是指挖开地面，自上而下开挖土方至设计标高，自下而上施工隧道，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

明挖法是各国地铁建设的首选方法，在地面交通和环境允许的情况下通常采用明挖法。浅埋地铁车站和区间隧道常采用明挖法和明挖法，属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，深基坑工程的主要技术难点在于保护基坑周围的原状土，防止地表沉降，减少对已有建筑物的影响。明挖法具有施工工艺简单、快速、经济等优点，常作为首选。但是它的缺点也很明显，比如长时间堵塞交通，噪音和振动等环境影响。

明挖盖挖法包括明挖盖挖法、明挖盖挖法和基坑支护结构盖挖法。

(1)打开切口并覆盖。地面建筑物少、交通量小、施工场地大、构筑物埋深浅的路段，以及城市轨道交通进出地面的路段，采用明挖暗挖。

(2)基坑内设置支护结构的明挖和盖板。在施工场地小、土壤自承性差、地下水丰富、建筑物密集、埋深大的地方采用明挖法时，应在基坑上增设支护结构。

(3)盖挖法。在埋深较浅、场地狭窄、地面交通长期占用道路的情况下，可采用盖挖法。即在短期封闭地面交通期间，进行连续墙和钻孔桩作业，开挖构筑结构顶板，然后回填，恢复地面交通。然后进行地下作业，开挖基坑，修建楼、层，利用隧道两侧出入口进行开挖和投料。

根据主体结构的施工顺序，分为盖挖顺序法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法三种方法。该方法是在既有道路上完成周边围护结构和设置在围护结构上的纵横梁及代替原有路面的路面板，在此覆盖下自上而下分层开挖基坑至设计标高，然后自下而上依次施工结构，最后覆土恢复至盖挖法；反之，先建顶板，恢复交通，再自上而下施工结构。

二、暗挖法

暗挖法是在一定条件下，不开挖地面，在地下开挖建造衬砌结构的隧道施工方法。地下开挖方法主要有:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中，浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛。目前，我国隧道建设多采用盾构法和浅埋暗挖法。

1.钻孔爆破法

中国幅员辽阔，地质类型多样。重庆、青岛等城市处于硬岩层，广州地铁部分路段也处于硬岩层。在这种地质条件下，地铁施工通常采用钻爆开挖和锚喷支护(相当于通常的山岭隧道)。

钻爆施工全过程可概括为:钻爆、装船期间压碴、锚喷支护、注浆衬砌，辅以通风、排水、供电。通过不良地质地段时，常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护方法。根据隧道的工程地质、水文条件和断面尺寸，钻爆法隧道开挖可采用多种开挖方法，如:上导洞先拱后墙、下导洞先拱后墙、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、边墙导洞法、CD法和CRD法。对于爆破，有光面爆破、预裂爆破等技术。隧道初期支护有锚杆、喷射混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方式。经常利用及时的测量和信息反馈来监控施工安全，验证岩石支护措施是否合理。

2.盾构法

地铁线路穿越河流的地段，围岩结构松散、饱和、流塑或软塑，工程地质条件较差，采用盾构机施工。盾构是一种可支撑地压并能在地下推进的可移动钢管结构。钢筒的前端设有支撑挖掘土壤的装置，钢筒的中段设有顶升所需的千斤顶；预制或现浇隧道衬砌环可在钢筒尾部组装。盾构每推进一个环距，就在盾尾的支撑下拼装(或现浇)一个环衬，并在衬环周围的空隙中压入水泥砂浆，防止隧道和地面下沉。盾构推进的反作用力由衬砌环承担。盾构施工前，要修建竖井，在竖井内安装盾构，将盾构挖出的土通过竖井通道送出地面。

盾构法在我国隧道建设中的应用始于上世纪五六十年代的上海。最初用于修建城市地下排水隧道，采用相对老式的盾构机(如网格格式、压缩空气式、插板式等。).80年代末90年代初，现代盾构机如土压式、泥水式等用于修建地铁隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点。目前，这种方法在我国地铁建设中得到了迅速发展。中国城市地铁中使用的大多数盾构机是EPB盾构机。

随着对盾构法研究的深入和工程应用的增多，盾构法施工技术和盾构机施工配套技术也得到了发展和完善:上海地铁隧道基本采用盾构法修建，目前正在一次性采用双圆盾构修建两条平行区间隧道，也采用方断面盾构修建地下通道；大连路过江公路隧道采用直径为11.2m的泥水盾构，也是目前国内直径最大的盾构机。一种新型土压平衡、气压平衡、半土压平衡模式的复合式盾构机成功应用于软土、硬岩、破碎带等复杂地层的地铁隧道施工中，大大拓展了盾构法的应用范围。深圳、南京、北京、天津等城市地质、水文条件不同，但盾构法修建区间隧道是成功的。

盾构法的主要优点是:除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不会影响地面交通，又减少了噪声和振动对附近居民的影响；盾构推进、开挖、衬砌拼装等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员较少。土方量少；过河时，不会影响航运；施工不受风雨等天气条件影响；在地质条件差、地下水位高的地方修建深埋隧道，盾构法具有很高的技术和经济优势。

3.掘进机法

在埋深较浅，但场地狭窄和地面交通环境不允许爆破震动扰动的情况下使用，不适合盾构法软弱破碎岩层。该方法主要采用臂式掘进机掘进，受地质条件影响较大。

4.NATM

城市轨道交通线路穿越基岩时，围岩具有一定的自稳能力。一般采用NATM施工，即以喷射混凝土和锚杆为主要支护手段，同时发挥围岩的自承作用，使其与支护结构成为一个完整的隧道支护体系，可采用信息化设计，即根据施工监测数据随时调整原设计，使设计更加合理。

NATM是新奥法隧道施工法的缩写。原文是NATM。NATM的概念是由奥地利学者ICZ教授在20世纪50年代提出的。它是以隧道工程经验和岩石力学理论为基础，结合锚杆和喷射混凝土为主要支护手段的一种施工方法。经过一些国家的多次实践和理论研究，于20世纪60年代获得。此后，这种方法在西欧、北欧、美国和日本的许多地下工程中得到了迅速发展，成为现代隧道工程新的技术标志之一。NATM于20世纪60年代传入中国，并于70年代末80年代初迅速发展。到目前为止，可以说在所有的重点和高难度的地下工程中，NATM都是不可或缺的。NATM几乎已经成为在软弱破碎围岩中修建隧道的一种基本方法。

在我国，NATM常被称为“锚喷施工法”。采用这种方法修建地下隧道时，对地面的干扰很小，工程投资也相对较小。积累了成熟的施工经验，工程质量能够得到很好的保证。采用该方法施工时，对于岩层，可采用一次或全断面开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可进行二次衬砌；对于土质地层，一般需要在开挖、支护、衬砌前对地层进行加固，在有地下水的条件下进行降水后才能进行施工。NATM广泛应用于地下工程，如山岭隧道、城市地铁、地下仓库、地下车间和矿井隧道。

在我国，利用NATM原理修建地铁已经成为一种主要的施工方法，尤其是在施工场地有限、地层条件复杂多变、地下工程结构复杂的情况下。

NATM的支护原则是:围岩既是承重物体，又是承重结构；围岩承载圈和支护体形成隧道的统一体，是一个力学系统；隧道的开挖和支护是为了保持和提高围岩的自承能力。

NATM以喷射混凝土和锚杆支护为主要支护手段，因为锚杆喷射混凝土支护能形成柔性薄层，与围岩紧密粘结，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。

施工顺序可概括为:开挖→初期支护→二次支护。

开挖工作的内容包括:钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业和初期支护作业同时进行。第一次支护作业包括:一次喷浆、锚杆支护、挂网、架设钢拱架、复喷。初期支护后，当围岩变形趋于稳定时，进行二次支护和封底，即永久支护(或喷混凝土或浇筑混凝土拱)，可以提高安全性，增强整个支护的承载能力，这种支护时机可以从监测结果中得到。

5、浅埋开挖法

针对我国城市地下工程的特点和地质条件，NATM经过多年的改进和发展，形成了一种新的方法“浅埋暗挖法”。与明挖盖挖法和盾构法相比，可以避免地表明挖的干扰，对地层的适应性比盾构法更强，灵活性更高，因此广泛应用于城市地铁隧道、车站、地下街道、地下停车场等工程。

用小导管注浆加固土层，分段开挖，架设钢格栅拱、喷射混凝土施工一次衬砌，然后做防水层，最后用模注混凝土做二次衬砌。

浅埋暗挖法又称矿山法，起源于1986北京地铁复兴门折返线工程。是中国人创造的适合中国国情的隧道施工方法。该方法是以NATM的一些理论为基础，根据我国具体工程情况发展起来的一套完整的地铁隧道施工理论和操作方法。NATM和NATM的区别在于，它是一种适合在市区松散土质围岩条件下修建地表沉降小的隧道的技术方法，隧道埋深小于或等于隧道直径。其突出优点是不影响城市交通，无污染无噪音，适用于各种尺寸和断面形式的隧道。

顾名思义，浅埋暗挖法是一种边开挖边浇筑的施工工艺。其原理是:非开槽施工法，利用土层在开挖过程中的短期自稳能力，采取适当的支护措施，在围岩或土层表面形成紧密贴合的薄壁支护结构，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了审批、拆迁、道路开挖等诸多程序，现在被建设单位广泛采用。

浅埋暗挖法的核心技术总结为18字的方针:管进、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。其主要技术特点是:动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一套位移、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用；研究并创新了劈裂注浆加固地层的方法。开发了复合衬砌技术，创造性地设计应用了钢筋网拱支护。

由于该方法可广泛应用于有水条件的地层，且国内劳动力资源丰富，已在北京、广州、深圳、南京等地的地铁隧道建设中得到推广，成功修建了多条各具特色的地铁隧道，在大跨度车站建设中得到了广泛应用。此外，这种方法还广泛应用于地下车库、人行道和城市道路隧道的建设。

浅埋暗挖法是一种在地表附近地下开挖各种类型地下洞室的方法。在明挖法和盾构法不适用的情况下，浅埋暗挖法显示出巨大的优势。

浅埋暗挖法的施工步骤是:先将钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液加固地层。开挖面土体的稳定性是采用浅埋暗挖法的基本条件。地层加固后，进行近道开挖。一般每个周期约为0.5-1.0m..然后会进行初始支持。第三步，涂防水层。开挖面的稳定性总是受到水的威胁，在严重的情况下会导致坍塌。处理地下水是一个关键环节。最后完成二次支护。一般情况下可以注射混凝土，特殊情况下需要进行配筋设计。

浅埋暗挖法作为国家建设部命名的一种施工方法，不仅在地铁建设中显示了其优越性，而且为国家取得了巨大的经济效益和社会效益。为地下停车场、地下街道、地下商业街、市政地下管网的建设注入了前所未有的活力，为现代城市地下空间的发展做出了贡献。

6、顶管法

它是在松软土层或富水软地层中直接敷设中小型管道的一种施工方法。适用于富水软地层、地表环境等特殊地层中的中小型管道工程建设。主要由顶升设备、工具管、中继环、工程管和吸泥设备组成。

7、沉管法

沉管法是将隧道管段分段预制，在管段两端设置临时止水头，然后浮至隧道轴线，沉入预先挖好的管沟内，完成管段之间的水下连接，拆除临时止水头，回填管沟保护沉管，铺设隧道内部设施，从而形成完整的水下通道。

沉管隧道对地基要求低，特别适用于软土地基、浅河床或海岸，容易被基槽外的水上设施疏通。由于埋深较小，隧道线路包括连接段的总长度明显短于暗挖法和盾构法修建的隧道。沉管截面形状可以是圆形和方形，选择灵活。基槽开挖、管段预制、浮运、下沉、内铺可平行作业，干扰相对较小，管段预制质量易于控制。基于以上优点，沉管法被称为在大江大河等宽阔水域修建隧道最经济的水下穿越方案。

沉管隧道按管材可分为钢壳沉管隧道(可分为单层钢壳隧道和双层钢壳隧道)和钢筋混凝土沉管隧道两种。钢壳沉管隧道在北美应用广泛，而钢筋混凝土沉管隧道在欧洲和亚洲应用广泛。

沉管隧道施工主要工序:管节预制→基槽开挖→管段上浮下沉→对接作业→内部装修。

三、其他特殊施工方法

由于技术和设备的不断改进，在一些特殊地段采用冻结法和化学灌浆加固围岩，隧道穿越建筑物时采用地下室托换，采用降水和深层回灌等施工技术处理地下水，也在全国各地的地铁建设中得到应用，并取得了一定的效果。

对于大跨度车站和折返线隧道工程，一般采用局部开挖的方法，分布式开挖方法有双侧壁导坑法、中导坑法和中隔墙法等。这些方法取得了良好的施工效果。