三、隧道工程施工技術

(一)隧道工程施工特點

當人工建筑處于地表下，結構沿長度方向的尺寸大于寬度和高度并具有聯通A、B兩點的功能，同時截面積較大時稱之為隧道，如圖4.3.8所示。隧道分為主體建筑物和附屬建筑物兩部分。主體建筑物是為了保持隧道的穩定和正常使用而修建的，由洞身支護結構及洞門組成，在隧道洞口附近容易坍塌或有落石危險時則需加筑明洞。附屬建筑物是保證隧道正常使用所需的各種輔助措施，如鐵路隧道中的避車洞、通風、消防、報警等設施。

(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、施工技術和施工管理的總稱。隧道施工方法的選擇主要依據工程地質條件、水文地質條件、埋深大小、隧道斷面形狀及尺寸、長度、襯砌類型、隧道的使用功能、施工技術條件和施工技術水平及工期要求等因素綜合考慮確定。根據隧道穿越地層的不同情況和目前隧道施工方法的發展，隧道施工方法可按以下方式分類，見圖4.3.9。

1.鉆爆法

(1)鉆爆法施工技術的優缺點。鉆孔爆破法是常規、傳統的開挖方法。其優點表現在如下方面：

1)比較靈活，可以很快地開始開挖施工。

2)可以開挖各種形狀、尺寸、大小的地下洞室。

3)既可采用比較簡單便宜的施工設備，也可采用先進、高效的施工設備。

4)可以適應堅硬完整的圍巖，也可以適應較為軟弱破碎的圍巖。

但是鉆爆法也有一定的局限性或缺點。由于采用炸藥爆破，造成有害氣體，對通風要求較高。一般開挖隧洞，獨頭推進長度不能超過2km，再長，通風問題就更困難了，不能及時散煙，就會影響工期。鉆爆法由于采用爆炸，在城市人口密集地區不能采用，因為震動可能影響附近的建筑或居民生活。因此，一般短洞、地下大洞室、不是圓形的隧洞、地質條件變化大的地方都常用鉆爆法;長洞，又沒有條件布置施工支洞、施工斜井的，或者地質條件很差，特別軟弱的地方，不利于鉆爆法。

(2)鉆爆法施工的基本工序與要求。鉆爆法的基本工序為：鉆孔、裝藥、放炮、散煙、清撬、出渣、支護、襯砌。它的輔助工作還有測量、放線、通風、排水，以及必要的監測、記錄工作和后勤支持工作。以上各工序中，鉆孔、出渣是開挖過程中需時最多的主要工序;支護是保證施工安全、順利、快速進行的重要手段。開挖工作的機械化和先進與否，主要體現在這三個工序中。襯砌是開挖后的另一施;程序，一般是指混凝土襯砌、鋼板襯砌，也包括其他材料的承重式襯砌、裝飾性或防水性襯砌等。

1)鉆孔。鉆孔的方法較多，最簡單的是手風鉆，比較靈活，但操作起來勞動強度很大;目前一般用得較多的是氣腿風鉆，即用壓縮空氣支承與加力，比較靈活，且勞動強度大大減輕。

除風鉆外，再進一步的是潛孔鉆、鉆車、鉆機。鉆車是現在常用的比較先進的機具，多半是液壓電動輪式移動，小型的只有一把鉆，大型的可以有三把鉆，成為多臂臺車。回轉鉆機有時在開挖工程中采用，孔徑50mm直到200mm，甚至更大。

2)裝藥與放炮。隧洞開挖時，掏槽孔裝藥最多，周邊孔裝藥較少，中間塌落孔在兩者之間。有的掏槽孔藥卷直徑大些，連續裝藥;周邊孔藥卷直徑小些，間隔裝藥。

為了提高爆破效果，減少爆破對周圍建筑及圍巖的破壞，一個斷面上有的采用毫秒延遲雷管分段起爆。

3)清撬。清撬這一工序十分重要，它是爆破后將已完全松動，但尚未掉落下來的右塊撬下來。用人工舉著長鋼釬去撬，勞動強度大，也有危險。用液壓錘去敲打，或者用正反向挖土機的挖斗去抓、去刮，在遠距離操作，比較安全。

4)出渣。出渣設備有兩大類，一類是裝卸設備，一類是運輸設備。常用的裝卸設備有側卸式輪式裝載機和蟹爪式扒料機或氣動式翻斗裝料機。常用的運輸設備有自卸卡車和小斗車等有軌運輸。

5)通風。地下工程的主要通風方式有兩種：一種是壓入式，即新鮮空氣從洞外鼓風機一直送到工作面附近;一種是吸出式，用抽風機將混濁空氣由洞內排向洞外。前者風管為柔性的管壁，一般是加強的塑料布之類;后者則需要剛性的排氣管，一般由薄鋼板卷制而成。我國大多數工地均采用壓入式。

對于大型的地下洞室，通風設計更為復雜，不僅要計算通風量，選擇通風設備，更重要的是組織好氣流方向，不要產生死角、回流區，一般要布置一些通風豎井、斜井。

6)其他輔助工作。地下工程洞室挖過程中，還有許多輔助工作。噴錨支護是保證安全的重要措施，以后專門介紹。排水、照明、機修都是必要的，缺一不可;風、水、電供應也是必需的。

2.TBM法

掘進機法，簡稱TBM(TunnelBoringMachine)法，是用特制的大型切削設備，將巖石剪切擠壓破碎，然后，通過配套的運輸設備將碎石運出。

掘進機有不同的類型，代表類型有：全斷面掘進機，其刀具直徑基本上就是開挖直徑;獨臂鉆，即在履帶車上裝設獨臂大鉆頭，可在上下左右幾個方向運動，挖出需要的洞室形狀，然后，通過配套的運輸裝渣系統出渣;盾構型的全斷面掘進機，是一種前面不斷向前掘進，后面在盾構的掩護下，接著用預制的混凝土片完成襯砌工作。

(1)全斷面掘進機的開挖施工。全斷面掘進機的開挖施工技術是在近幾十年發達國家發展起來的一種高效、先進的隧道開挖設備。我國近一二十年來一方面從國外引進了一些設備，另一方面也在研制TBM設備。

全斷面掘進機主要優點是：適宜于打長洞，因為它對通風要求較低;開挖洞壁比較光滑;對圍巖破壞較小，所以對圍巖穩定有利;超挖少，襯砌混凝土回填量少。

(2)獨臂鉆的開挖施工。獨臂鉆是另一種形式的掘進機，它是在一個懸管上裝設一個可以切削巖土的大鉆頭，這個大鉆頭可以上下左右運動。大鉆頭切削開挖的同時，皮帶扒料機將石渣裝上后面的斗車，開挖速度很快。該種設備適宜于開挖軟巖，不適宜于開挖地下水較多、圍巖不太穩定的地層。我國甘肅引大入秦工程盤道隧洞就是采用這種設備，在干燥完整的軟巖中開挖，斷面約26m2，月進尺可達126m。

(3)天井鉆的開挖施工。天井鉆是專用用來開挖豎井或斜井的大型鉆具，鉆機是液壓電動操作的，鉆桿直徑200?30Omm，中空，每一節長1.0?1.5m。先在鉆桿上裝較小的鉆頭，從上聲下鉆一直徑為200?30Omm的導向孔，達到豎井或斜井的底部。再在鉆桿上換直徑較&的鉆頭，由下向上反鉆豎井或斜井。由上向下掘進時，用泥漿循環，帶出石渣碎屑;由下向上掘進時，石渣碎屑即自由下落到已打通的底部巷道中出渣。

天井鉆開挖直徑可達1.5?3.5m，甚至更大，開挖深度奇由幾十米至二蘭百米不等。在巖層硬度中等的情況下，由上向下、由下向上鉆進速度均可達到10m/d左右。

(4)帶盾構的TBM掘進法。當圍巖是軟弱破碎帶時，若用常規的TBM掘進，常會因圍巖塌落，造成事故，要采用帶盾構的TBM法。

帶盾構的TBM掘進法，是在掘進機前部帶有盾構，在盾構內部可以立即安設預制鋼筋混凝土片的襯圈，隨掘進，隨安設。襯圈與盾構外邊緣間有5cm的間隙，盾構前進之后，在這間隙中填以小豆石，然后用水泥漿灌實。

3.盾構法

盾構施工是一種在軟土或軟巖中修建隧道的特殊施工方法。先在設計開挖位置開挖土體，再用千斤頂將盾構推進到已開挖的位置，然后在縮回千斤頂的同時，用液壓舉重拼裝器拼裝隧道襯砌。如此一段段地向前掘進、拼裝，直至完成整條隧道的開挖和襯砌。

(1)盾構機的類型與構造。盾構機一般分為開放式、部分開放式和封閉式三種類型。然后從每種形式可以再進一步細分，如圖4.3.10所示。

盾構機的標準為圓形，也有矩形、橢圓形、馬蹄形、半圓形、雙環及多環形等特殊形狀，但其基本構造則是由鋼殼、推進機系統、襯砌拼裝系統三部分構成的。盾構殼體一般由切口環、支承環和盾尾三部分組成。切口環部分位于盾構的最前端，施工時切入地層，并掩護作業，切口環前端制成刃口，以減少切口阻力和對地層的擾動。支承環位于切口環之后，是與后部的盾尾相連的中間部分，是盾構結構的主體，是具有較強剛性的圓環結構，作用在盾構上的地層土壓力、千斤頂的頂力以及切口、盾尾、襯砌拼裝時傳來的施工荷載等，均由支承環承擔，它的外沿布置盾構推進千斤頂。盾尾部分是由盾構外殼鋼板延長構成，主要用于掩護隧道襯砌的拼裝工作，其末端設有密封裝置，以防止地下水、外層土、襯砌背面壓漿之漿液等流人隧道內。盾構的推進系統，由液壓設備和盾構千斤頂組成，盾構前進是靠千斤頂推進來實現的，因此要求千斤頂有足夠力量，用以克服盾構推進過程中所遇到的各種阻力。拼裝器是襯砌拼裝系統的主要設備，能把管片按照設計的形狀，安全迅速地進行拼裝裝置，并有夾鉗使管片伸縮、滑動、旋轉。常用的有杠桿式拼裝機和環式拼裝機兩種形式。

此外，切削刀盤和螺旋輸送機也是盾構機的主要設備。切削刀盤有的在切口環內，有的突出于切口環，有的與切口環幾乎平齊，其正面形狀見圖4.3.11。螺旋輸送機的主要功能是從切削密封艙內將切割下來的土運出。

(2)盾構工法的選擇。詳盡地掌握好各種盾構機的特征是確定盾構工法的關鍵。其中，選擇適合土質條件的、確保工作面穩定的盾構機種及合理的輔助工法最重要。此外，盾構的外徑、覆蓋土厚度、線形(曲線施工時的曲率半徑等)、掘進距離、工期、豎井用地、路線附近的重要構筑物、障礙物等地域環境條件及安全性與成本的考慮也至關重要。應通過對上述條件綜合考慮選定合適的盾構工法。

4.明挖法

明挖法是淺埋隧道的一種常用施工方法，它是先將隧道設計截面處土方以及覆蓋層挖去，形成一個露天的基坑，然后在基坑中修筑隧道襯砌結構，敷設外貼式防水層，在隧道結構達到一定強度后回填基坑。明洞以及隧道洞口段不能用暗挖法施工時常用明挖法施工。

(1)明挖法特點。

明挖法施工簡單，技術成熟，施工快捷，根據需要可以分段同時作業，工程造價和運營費用均較低，且能耗較少。但外界氣象條件和環境條件對施工影響較大。

(2)明挖法施工分類。

明挖方式開挖的基坑，根據不同的地質條件及開挖面的大小，可設計成矩形、四邊形或梯形等。開挖面的大小應滿足隧道斷面設計和施工作業的要求。

根據不同的地質條件及外部條件，可先開挖基坑后建造基坑圍護結構，也可先建造基坑圍護結構再開挖土方。當隧道處于地下水位以下有可能出現涌水時，則需先人工降低地下水位，或利用支撐墻明挖。一般當覆蓋層厚度小于5m時，可考慮明挖法。

明挖法也有無圍護結構的敞口明挖，適用于地面開闊，周圍建筑物稀少，地質條件好，土質穩定且在基坑周圍無較大荷載，對基坑周圍的位移和沉降無嚴格要求的情況。有圍護結構的明挖適用于施工場地狹窄，土質自立性較差，地層松軟，地下水豐富，建筑物密集的地區，采用該方法可以較好地控制基坑周圍的變形和位移，同時可滿足基坑開挖深度大的要求。

5.蓋挖法

蓋挖法是先蓋后挖，即先以臨時路面或結構頂板維持地面暢通，再向下施工。施工基本流程：在現有道路上按所需寬度，以定型標準的預制棚蓋結構(包括縱、橫梁和路面板)或現澆混凝土頂(蓋)板結構置于樁(或墻)柱結構上維持地面交通，在棚蓋結構支護下進行開挖和施工主體結構、防水結構，然后回填土并恢復管、線、路或埋設新的管、線、路，最后恢復道路結構。蓋挖法適用于松散的地質條件、隧道處于地下水位線以上、地下工程明作時需要穿越公路、建筑等障礙物的情況。

(1)蓋挖法特點。蓋挖法優點是對結構的水平位移小，能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降;有利于保護鄰近建筑物和構筑物;基坑底部土體穩定，隆起小，施工安全;對地面影響小，只在短時間內封鎖地面交通，施工受外界氣候影響小;缺點是蓋板上不允許留下過多的豎井，后續開挖土方需要采取水平運輸，出土不方便;施工作業空間較小，施工速度較明挖法慢，工期較長;和基坑開挖，支擋開挖相比，費用較局。

(2)蓋挖法施工類型。蓋挖法蓋挖法可分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法及蓋挖半逆作法。順作法與逆作法兩種方法的不同點在于：①施工順序不同。順作法是在擋墻施工完畢后，對擋墻作必要的支撐，再著手開挖至設計標高，并開始澆筑基礎底板，接著依次由下而上，一邊澆筑地下結構主體，一邊拆除臨時支撐;而逆作法是上下同時施工或由下而上順序施工。②所采用的支撐不同。順作法中常見的支撐有鋼管支撐、鋼筋混凝土支撐、型鋼支撐及錨桿支護，如圖4.3.12所示。

而逆作法中建筑物本體的梁和板，也就是逆作結構本身，就可以作為支撐，其特點是：快速覆蓋、縮短中斷交通的時間;自上而下的頂板、中隔板及水平支撐體系剛度大，可營造一個相對安全的作業環境;占地少、回填量小、可分層施工，也可分左右兩幅施工，交通導改靈活;不受季節影響、無冬期施工要求，低噪聲、擾民少;設備簡單、不需大型設備，操作空間大、操作環境相對較好。

蓋挖逆作法多用于深層開挖，松軟土層開挖，靠近建筑物施工等情況下。工程中較早采用的是蓋挖順作法，施工程序如圖4.3.13所示。蓋挖順作法施工程序：構筑連續墻，中間支撐柱及覆蓋板→構筑中間支撐柱及覆蓋板→構筑連續墻及覆蓋板→開挖及支撐安裝→開挖及構筑底板→構筑側墻、柱及樓板→構筑側墻及頂板→構筑內部結構及道路復原。

蓋挖半逆作法類似逆作法，其區別僅在于頂板完成及恢復路面過程。在半逆作法施工中，一般都必須設置橫撐并施加預應力。采用逆作或半逆作法施工時都要注意混凝土施工縫的處理問題，由于它是在上部混凝土達到設計強度后再接著往下澆筑的，而混凝土的收縮及析水，施工縫處不可避免地要出現3?10mm寬的縫隙，將對結構的強度、耐久性和防水性產生不良影響。

在逆作法和半逆作法施工中，如主體結構的中間立柱為鋼管混凝土柱，而柱下基礎為鋼筋混凝土灌注樁時，需要解決好兩者之間的連接問題。一般是將鋼管柱直接插入灌注樁的混凝土內1.0m左右，并在鋼管柱底部均勻設置幾個孔，以利混凝土流動，同時也可加強樁、柱間連接。有時也可在鋼管柱和灌注樁之間插入H型鋼加以連接。

6.淺埋暗挖法

淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進行各種類型地下洞室暗挖施工的一種方法，在土質隧道開挖中應用較廣。

(1)淺埋暗挖法特點。

淺埋暗挖法的施工技術特點主要有以下幾點，①淺埋隧道施工中開挖的影響將波及地表，必須嚴格控制地中和地表的沉陷變形;②它是在軟弱圍巖淺埋地層中修建山嶺隧道洞口段、城區地下鐵道及其他適于淺埋地下工程的施工方法。它主要適用于不宜明挖施工的土質或軟弱無膠結的砂、卵石等第四紀地層。對于水位高的的地層，需采取堵水或降排水等措施。③淺埋地下工程，特別是地鐵施工具有結構埋置淺，地面建筑密集，交通運輸繁忙，地下管線密布，地表沉陷要求嚴格，周邊環境復雜，拆遷改移費用高;④輔助工法多樣，由于其適用于松軟地層中，預先加固改良地層是，一項必不可少的技術措施，提倡使用的輔助工法包括注漿法、降水法、超前小導管法、長管棚法、水平旋噴法、注漿-凍結法等;⑤開挖方法多，常用開挖方法有全斷面法、正臺階法以及適用于特殊地層條件的其他施工方法。⑥與明挖法相比，具有靈活多變，對地面建筑、道路和地下管網影響小，拆遷占地少，不擾民，不干擾交通，不污染城市;與盾構法相比，具有簡單易行，不需太多專用設備，靈活多變，適用范圍廣。

(2)淺埋暗挖法施工方針。淺埋暗挖法施工中必須堅持“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”。①管超前。利用鋼拱架為支點，使用超前小導管注漿防護。先用風鉆或高壓風吹孔、擴孔、引孔。小導管間距為200?300mm，仰角5°?10°。為避免管下土體松落，以較小仰角為宜。在開挖支護的過程中，要留出鋼管在土體內作為支點的長度。②嚴注漿。在小導管超前支護后，立即壓注水泥或水泥水玻璃漿液，填充沙層孔隙，凝固后將沙礫膠結成為具有一定強度的“結石體”，使周圍形成一個殼體，增強圍巖自穩能力。每次注漿前必須對工作面噴射混凝土進行封閉，以防漿液在壓力作用下溢出。背后注漿應在低壓力下(0.3?0.5MPa)對噴射混凝土背后進行加固填充，使下沉值明顯減少。③短開挖。一次注漿多次開挖。如當導管長3.5m時，每次開挖進尺0.75m，環狀開挖并預留核心土。④強支護。在松軟地層和淺埋條件下進行地下大跨度結構施工，初期支護必須十分牢固，以確保萬無一失。按噴射混凝土→網構拱架→鋼筋網→噴混凝土的工序進行支護。網噴支護承載系數取較大值，一般不考慮二次襯砌承載力。⑤快封閉。正臺階開挖時，通過量測，當上臺階過長，變形增加較快時，必須考慮臨時支撐，仰拱方能穩定。因此，要求臺階的長度為雙線不得大于1倍洞徑，單線不得大于1.5倍洞徑。下半斷面緊跟，土體挖出一環，封閉一環并及時封閉仰拱，使初期支護形成一個環狀結構，此時變形曲線逐步趨于穩定。⑥勤量測。量測是對于施工過程中圍巖及結構變化情況進行動態跟蹤的主要手段，量測信息及時而準確地反饋給設計施工，以便及時修改設計或采取特殊的施工措施。

(3)淺埋暗挖法的適用條件。首先，淺埋暗挖法不允許帶水作業，如果含水地層達不到疏干，帶水作業是非常危險的，開挖面的穩定性時刻受到威脅，甚至發生塌方。大范圍的淤泥質軟土、粉細砂地層，降水有困難或經濟上選擇此工法不合算的地層，不宜采用此法。其次，采用淺埋暗挖法要求開挖面具有一定的自立性和穩定性。我國規范對土壤的自立性從定性上提出了要求：工作面土體的自立時間，應足以進行必要的初期支護作業。對開挖面前方地層的預加固和預處理，視為淺埋暗挖法的必要前提，目的就在于加強開挖面的穩定性，增加施工的安全性。

7.沉管法

沉管法修筑隧道，就是在水底預先挖好溝槽，把在陸地上(船臺上或臨時船塢內)預制的沉放管段，用拖輪運到沉放現場，待管段準確定位后，向管段水箱內灌水壓載下沉，然后進行水下連接。處理好管端接頭與基礎，經覆土回填后，再進行內部設備的安裝與裝修，就筑成了隧道。沉管隧道如圖4. 3.14所示。

(1)沉管隧道施工方式。沉管隧道施工方式視現場條件、用途、斷面大小等各異。總體上可分為兩種：一是不需要修建特殊的船塢，用浮在水上的鋼殼箱體作為模板制造管段的“鋼殼方式”;二是在干船塢內制造箱體，而后浮運、沉放的“干船塢方式”。

沉管隧道結構主要有圓形鋼殼類與矩形混凝土類。圓形鋼殼類隧道的鋼殼管段是鋼殼與混凝土的組合結構，逋常用內、外兩層骨架制成。內部是預制的短節，在船塢滑臺上將它焊接成所要求長度的短節，加上輔助的加強板，再安裝外部鋼殼并焊接好。外殼頂部設有澆筑混凝土用的孔，在管段底部要灌注一定量的混凝土，以便在水下起鎮重和穩定作用。該形式的隧道管段通常在船塢滑臺上側向下水，并要灌注較多的混凝土，一般是直接下沉到已充分準備好和破碎的礫石墊層上。圖4.3.15為圓形鋼殼斷面示例。

在干船塢中制作的矩形混凝土管段比在船臺上制作的鋼殼圓形、八角形或花籃形管段經濟，且矩形斷面更能充分利用隧道內的空間，可作為多車道、大寬度的公路隧道，是沉管隧道的主流結構，圖4.3.16是矩形鋼筋混凝土沉管隧道的斷面圖例。兩種方式的比較見表4.3.2。

(2)沉管隧道施工工藝。

1)施工之前，必須做好水利、地質、氣象及地震等方面的調查。

2)在隧址附近的適當位置，建造一個與工程規模相適應的臨時干船塢，用于預制沉管管段的場地。場地規模取決于管段節數、每節長度和寬度，以及管段預制批量和工期;船塢深度應能保證管段制作后能順利進行安裝工作并浮運出塢;塢底一般鋪一層200?300mm厚無筋混凝土或鋼筋混凝土，并要在管段底下鋪設一層沙礫或碎石，以防管段起浮時被吸住。

3)管段制作工藝與地面鋼筋混凝土結構大體相同，但對防水、均質要求較高，需在構造混凝土選材、溫控和模板等方面采取措施。

4)管段制作完成后，開始向干船塢內注水，此時，需派檢查人員從入口進入沉放管段內部檢查有無漏水情況。當船塢內水位接近干舷量時，應向壓載水箱內注水以防止管段上浮。當管段完全被水淹沒后，派人從出人口進入沉放管段，排出壓載水箱內的水，使管段上浮。管段浮運時的干舷量一般取100?150mm左右，調整完各節沉放管段后，即可打開干船塢的塢門，將沉放管段拽出。

5)施工中，溝槽對沉放管段和其他基礎設施有特殊用途。溝槽底部應相對平坦，其誤差一般為±15cm。開挖由三個基本尺度決定，即底寬，深度和邊坡坡度，應視土質情況，溝槽擱置時間以及溝槽水流情況而定。溝槽浚挖分粗挖和精挖兩個階段。粗挖挖到離管底標高約1m處。為避免淤泥沉積，精挖層應在臨近管段沉放前再挖。在挖到溝槽底的標高后，應將槽底覆土和淤泥清除，主要設備是挖泥船。

6)管道沉放前，需將其定位在挖好的基槽上方，管段的中線與隧道的軸線基本重合，定位完畢后，可開始灌注壓載水，管段即開始慢慢下沉。初次下沉先灌注壓載水使管段下沉力達到規定值50%，然后進行位置校正待管段前后位置校正完畢后，再繼續灌水直至下沉完全達到下沉規定值，并使管段開始以200?500mm/min速度下沉，直到管底離設計標高4?5m為止。

7)靠攏下沉。先把管段向前面已沉放管段方向平移，直至已設管段大約2.0?2.5m處，然后下沉管段至高于最終標高的0.5m處。

8)著地下沉。再次下沉管段至高于其最終位置200?500mm處。接著，把管段拉向距前面已設管段約100mm處，再檢查其水平位置，著地時，前段擱在已設管段的鼻式托座上，然后將后端擱置到臨時支座上，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駁扛吊法。

9)水下連接常用水下混凝土法和水力壓接法。水下混凝土法是先在管段的兩端安裝矩形堰板，在管段沉放就位，解封對準拼合、安裝底部罩板后，在前后兩塊平堰板的兩側，安置圓弧形堰板，然后把封閉模板插入堰板側邊，形成由堰板，封閉模板，上下罩板所圍成的空間，隨后向里灌注水下混凝土，從而形成水下混凝土的連接。等水下混凝土充分硬化后，抽掉臨時隔墻內的水，再進行管段內部接頭部位混凝土襯砌的施工。開槽作業后槽底表面總有相當程度的不平整，在槽底表面與沉管底面間存在很多不規則的空隙，導致地基受力不均而局部破壞，引起不均勻沉降，使沉管局部受到較高的的局部壓力以致開裂，必須進行基礎處理將其墊平。施工方法主要由刮鋪法、噴砂法、壓注砂漿法。如圖4.3.17所示，噴砂法原理是在設于管段上的門式起重機上的3根1組的鋼管中，用中央的鋼管把水和砂一起噴射，用另外的2根鋼管同時吸引管段和基礎間同量的水來填充砂，砂的供給需從管段以外取得，作業受氣候條件影響大，砂的填充不易確認。壓注砂漿法是先在管底連續鋪設尼龍袋，臨時支撐管段，而后從沉管作業船上把備好的砂漿向尼龍袋中壓注，也有直接從管段內的壓漿孔(每隔4?9m設置)向管段底的空隙壓注。此法不受氣候和航道影響，壓注情況易于確認。

(三)噴射混凝土

噴射混凝土是使用混凝土噴射機，按一定混合程序，將摻有速凝劑的混凝土拌和物與高壓水混合，經過噴嘴噴射到巖壁表面上，并迅速凝固形成一層支護結構，從而對圍巖起到支護作用。

1.施工準備

(1)噴射混凝土的施工機具，包括混凝土噴射機、噴嘴、混凝土攪拌機、上料裝置、動力及貯水容器等?；炷羾娚錂C分為干式和濕式，干式噴射設備簡單，價格較低，能進行遠距離壓送，易加入速凝劑，噴嘴脈沖現象少，但施工粉塵多，回彈比較嚴重。

(2)待噴面準備。正式進行噴射施工前，除做好配料、設備試運轉、施工勞動組織等工作外，待噴面準備工作是保證順利施工的關鍵。噴射前應對開挖尺寸認真檢查，清除噴面松動危石，欠挖超標過多的先進行局部處理;噴射前應根據石質情況，用高壓風或水沖洗待噴面，將開挖粉塵和雜物清理干凈，以有利于混凝土粘接。受噴面有較集中滲水時，應做好排水引流處理;無集中滲水時，根據巖面潮濕程度，適當調整水灰比;噴射施工要按一定順序有條不紊地進行。噴射作業區段的寬度，一般應以1.5?2.0m為宜。對水平坑道，其噴射順序為先墻后拱、自上而下;側墻應自墻基開始，拱應自拱腳開始，封拱區宜沿軸線由前向后;其他準備，主要是檢查噴射面尺寸，幾何形狀是否符合設計要求;作業區應安裝足夠照明設施，燈具應有保護措施;對有涌水的部位，要做好排水;噴射面上若有凍結，應清掃掉融化的水分;當噴射面具有較強的吸水性時，要預先灑水進行養護。

2.施工工藝

(1)噴射混凝土的施工工藝。噴射混凝土的效果很大程度上取決于噴射混凝土制作工藝，噴射混凝土有不同的制作方法，主要分為干式噴射混凝土和濕式噴射混凝土。干式噴射混凝土是先將水泥，骨料和添加劑在不加水的狀態下，由攪拌機拌和，在氣體壓力下，干拌和料以20?30m/h的速度被壓密并通過一個橡膠管送至噴嘴口，同時壓力水通過另一管道送至噴嘴口，配合料與水混合并同時噴到作業面上。濕噴法是利用濕式混凝土噴射機施工的一種工藝，即配合料和水在攪拌機內拌和后，再被高壓氣流送到噴嘴口噴射。施工工藝流程如圖4.3.18。

(2)施工要點。

1)工作風壓。噴射機在正常進行噴射作業時，工作罐內所需的風壓稱為工作風壓。選擇適宜的工作風壓，是保證噴射混凝土順利施工和較高質量的關鍵。噴射機開始工作時，應打開進氣閥，在機械空轉中調好空載壓力，待開始噴射拌和料后，風壓逐漸增大，使其達到一個穩定的數值;在實際操作中，再根據噴嘴處粉塵及時調整風壓。當輸送距離變化時，工作風壓可參考以下數值：水平輸送距離每增加100m，工作風壓應提高0.08?0.10MPa;傾斜向下噴射，每增加100m，工作風壓應提高0.05?0.07MPa;垂直向上噴射每增加10m，工作風壓應提高0.02?0.03MPa。

2)噴嘴處水壓。工程實踐證明，噴嘴處的水壓必須大于工作風壓，并且壓力穩定才會有良好的噴射效果。水壓一般比工作風壓大0.10MPa左右為宜。

3)—次噴射厚度。一次噴射厚度主要與噴射混凝土層與受噴面之間的黏結力和受噴部位有關。一次嘖射厚度太薄，噴射時骨料易產生大的回彈;一次噴射的太厚，易出現噴層下墜、流淌，或與基層面間出現空殼。具體要求見表4.3.3。

4)分層噴射的時間間隔。一般分2?3層進行分層噴射。分層噴射合理的間隔時間應根 據水泥品種、速凝劑種類及摻量、施工溫度(不宜低于5°C)和水灰比大小等因素，并視噴 射的混凝土終凝情況而定。一般在常溫下(15°C?20°C)，采用紅星一型速凝劑時，可在5?10min后，進行下一次噴射;而采用碳酸鈉速凝劑時，最少在30min后，才能進行復噴。

5)噴頭與作業面之間的距離。經驗表明，噴頭與噴射作業面的最佳距離為1m，當噴頭與噴射作業面間的距離≤0.75m或≥1.25m，噴射的回彈率可達25%。噴頭與作業面的最佳距離隨配料及水灰比的不同而有所差異，須根據實際情況進行適當調整。當噴射距離大于1.5m或2m時，混凝土不是密實的噴射在開挖面上，而是松散的。因混凝土內部存在空隙，結構松散，強度降低，從而削弱了支護結構功能，應盡量避免。

6)含水量的控制。噴射混凝土所用骨料，如果含水率低于4%，在攪拌、上料及噴射過程中，易使塵土飛揚;如果含水率高于8%，很容易發生噴射機料管黏料和堵管現象。因此，骨料在使用前應提前8h灑水，使之充分均勻濕潤，保持適宜的含水率。噴射混凝土所用骨料的含水率，一般以5%?7%為宜。

(四)錨桿施工

錨桿是噴錨支護的一個重要組成部分，在噴錨聯合支護中起著主要作用。錨桿除了與噴射混凝土聯合使用也可以單獨使用。在隧道開挖過程中用錨桿作為保證施工安全的臨時支護是很方便的，隧道開挖后應盡快安設錨桿以確保隧道圍巖的穩定和施工的安全。

1.錨桿布置

在開挖面上，錨桿通常以一定的排列方式布置在開挖面上，如圖4.3.19所示，在拱圈處間距較小，在邊墻處間距相對較大，錨桿的方向為垂直隧道開挖輪廓線，在沿隧道縱向上，錨桿常按等間距的方式均勻布置，如圖4.3.20(a);當錨桿在沿隧道縱向間距較大時，需采用圖4.3.20(b)所示的菱形分布，即在兩等間距的錨桿之間，再交叉布置一層錨桿，以增大錨桿的支撐能力。實際作業中，通常還需根據實際的巖石分層狀態改變錨桿的布置形式，在必要時局部增加錨桿的用量以控制巖石坍方。如巖石為傾斜或齒狀等時，錨桿的方向要盡可能與巖層層面垂直相交，以達到較好的錨固效果。

2.錨桿施工要點

(1)入普通水泥砂漿錨桿施工要點。普通水泥砂漿錨桿如圖4. 3. 21所示，是以普通水泥砂漿作為膠粘劑的全長粘接式錨桿。

1)砂漿強度等級不低于M20;砂漿配合比一般為水泥：砂：水=1 : (1?15): (0.45?0.50)。水灰比宜為0.45?0.50，砂的粒徑≥3mm。

2)桿體材料宜用HRB335鋼筋，一般采用HPB300鋼筋;直徑14?22mm為宜，長度2.0?3. 5m,為增加錨固力，桿體內端可以劈口叉開。

3)鉆孔方向宜盡量與巖層主要結構面垂直?？足@好后用高壓水將孔眼沖洗干凈，并用塞子塞緊孔口，以防止石渣或泥土掉入鉆孔內。

4)錨桿及膠粘劑材料制作，應符合設計要求，錨桿應按實際要求尺寸截取，外端不用墊板的錨桿應先彎制彎頭。

5)粘接砂漿應拌和均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿應在初凝前用完。

(2)早強水泥砂漿錨桿施工要點。早強水泥砂漿錨桿的施工與普通水泥砂漿錨桿基本相同，所不同的是早強水泥砂漿的粘接劑是由硫酸鋁鹽早強水泥砂，Ⅱ型早強劑和水組成。因此，它具有早期強度高、承載快、安裝方便等優點，可彌補普通水泥砂漿錨桿早期強度低，承載慢的不足，尤其是在軟弱、破碎、自穩時間短的圍巖中使用早強水泥砂漿錨桿能顯示出優越性。早強水泥砂漿錨桿施工中，注漿作業開始或中途停止超過30min時，應測定砂漿坍落度，當其值小于10mm時不得注入罐內使用。早強水泥砂漿采用硫酸鋁鹽早強水泥所摻人的早強劑具有早強、緩凝、減水與除鎊的效果，亞硝酸鈉摻量為1%?3%，緩凝型糖蜜減水劑摻量宜為0.2%。

1)早強藥包內錨頭錨桿，是以快硬水泥卷，或早強砂漿卷，或樹脂卷作為內錨固劑的內錨頭錨桿。快硬水泥卷的三個主要參數：①快硬水泥卷的直徑d要與鉆孔直徑D配合好，例如，若使用D42鉆頭，則可采用D37直徑的水泥卷、②快硬水泥卷長度L要根據內錨長度和生產制作的要求確定。

2)快硬水泥卷的質量G值，主要由裝填密度r計算確定，裝填密度是控制水灰比的關鍵，當r=1.45kg/cm3時，水泥砂漿水灰比控制在0.34左右為佳。

3)早強藥包內錨頭錨桿施工注意事項。早強藥包除按普通水泥砂漿錨桿的規定施工外，尚應符合以下規定：

①藥包使用前應檢查，要求無結塊、未受潮。藥包的浸泡宜在清水中進行，隨泡隨用，藥包必須泡透。

②藥包應緩慢推入孔底，不得中途爆裂，應配備專用的裝藥包工具。

③藥包直徑宜較鉆孔直徑小20mm左右，藥卷長度一般為20?30cm。錨桿桿體插人時應注意旋轉，使藥包充分攪拌均勻。錨桿藥包主要有硅酸鹽與硫酸鹽兩個系列，分速凝型、早強型、早強速凝型幾種。

④鉆眼要求同前所述，但孔眼應比錨桿長度短4?5cm。

⑤用直徑2?3mm，長150mm的錐子，在快硬水泥卷端頭扎兩個排氣孔。然后將水泥卷豎立放于清潔的水中，保持水面高出水泥卷約10cm。浸水時間以不冒泡為準，但不得超過水泥的初凝時間，可做浸水后的水灰比檢查。

⑥將浸好水的水泥卷用錨桿送到孔底，并輕輕搗實，若中途受阻，應及時處理，若處理時間超過水泥終凝時間，則應換裝新水泥卷或鉆眼作廢。

⑦將錨桿外端套上連接套筒(即帶有六角旋轉頭的短錨桿;斯面打平后對中焊上錨桿螺母)，裝上攪拌機(如TJ-9型)，然后開動攪拌機，帶動錨桿旋轉攪拌水泥漿，并用人力推進錨桿至孔底，再保持10s的攪拌時間(攪拌時間為30?40s)。

⑧輕輕卸下攪拌機頭，用木楔楔緊桿體，使其位于鉆眼孔中心處。自浸水后20min，

快硬水泥具有足夠的強度時，才能使用扳手卸下連接套筒。

⑨采用樹脂藥包時，還應注意：攪拌時間應根據現場氣溫決定，20°C時固化時間為 5min;溫度下降5°C時固化時間約會延長一倍，即15°C時為10min; 10°C時為20min。因 此，地下工程在正常溫度下，攪拌時間約為30s，當溫度在10°C以下時，攪拌時間可適當延長為45?60s。

(3)縫管式摩擦錨桿施工要點。

1)縫管式錨桿可根據需要和機具能力，選擇不同直徑的鉆頭和管徑，通過現場試驗 確定最合理的徑差，一般要求桿體材料具有較高的彈性極限。

2)采用一般風動鑿巖機時應配備專用沖擊器。宜隨鉆眼隨安設錨桿，也可集中鉆孔與安設錨桿，不得隔班隔日安設錨桿。

3)安設錨桿前應吹孔，并核對孔深是否符合設計要求，安設前應檢查風壓，不得<0.4MPa。

4)安設前先將錨桿套上墊板，將帶有擋環的沖擊釬桿插入錨管內，錨桿尾端套入鑿巖機或風鎬的卡套內，錨頭導人鉆孔，調整方向、開動鑿巖機，即可將錨桿打入鉆孔內，至墊板壓緊圍巖為止。停機去除釬桿即可完成。

5)在安設推進錨桿過程中，要保持鑿巖機一錨桿一鉆孔的中心線在同一軸線上，鑿巖機在推進過程中，適當放水冷卻沖擊器。錨桿推到末端時，應降低推進力，當墊板抵緊巖石時應立即停機，以免損壞墊板和擋環。

6)若作為永久支護，則應作防鎊處理，并灌注有膨脹性的砂漿。

(4)脹殼式內錨頭預應力錨索施工要點。

脹殼式內錨頭預應力錨索，除鋼絞線預應力錨索外，主要由機械脹殼式內錨頭、錨桿外錨頭以及灌注的粘接材料等組成，如圖4.3.22所示。該錨桿常用于中等以上的圍巖中，可在較小的施工現場中作業，常用于高邊坡、大壩以及在大跨度地下隧道洞室的搶修加固及支護。

1)脹殼式內錨頭預應力錨索的加工應符合設計質量要求，在存放、運輸及安裝過程中，不得有損傷和變形;

2)鉆孔一般采用沖擊式淺孔鉆，也可選用各種旋轉式地質鉆，鉆孔完畢后應丈量孔深和予以清洗，并做好孔口現澆混凝土支墩;

3)錨索安裝要平直不紊亂，同時安設排氣管。錨索推送就位后，即可安裝千斤頂張拉。一般先用20%?30%的預應力預張拉1?2次，促使各相連部位接觸緊密，使鋼錨索平直。最終張拉值有5%?10%的超張拉量，以保證預應力損失后仍能達到設計要求的有效預應力。預張拉時千斤頂嚴禁站人，以防不測。

4)預應力無明顯衰減時，才最后鎖定且48h內再檢查。注漿應飽滿，注漿應達到設計強度后，進行外錨頭封蓋。

四、地下工程特殊施工技術

(一)地下工程施工中的幾種特殊幵挖方法

1.氣壓室法

將整個開挖洞段密封起來，在進出口段做上氣密室，由洞外進入氣密室再進入洞內，須經過兩層密封門，洞內氣壓大于外壓或大氣壓1.2bar(巴)。用這個超壓來減少滲入洞內的水，也用此壓力來改善圍巖自穩情況。當然，氣壓室法需額外的設備投資，而且施工的速度將降低，一般只是在不得已時采用，上海過江隧道即用此法。

2.凍結法

自從1883年德國工程師波茲舒(F.H.Poetsch)在德國首次應用凍結法開鑿井筒，并取得專利以來，該項技術廣泛應用于礦井建設、地下鐵道和河底隧道等工程。在地下水特多，難以施工時，也有采用冷凍法，用液氮注人地層中，將隧道周圍的土壤全部深度凍結起來。然后進行開挖。這個方法非常昂貴，非不得已，一般不采用。

3.分部開挖、分部支護法

在軟弱地層中開挖較大的洞室，目前常用的辦法是先開挖一小部分，然后用噴錨支護做全斷面保護，再逐步擴挖，逐步支護。最常用的是雙側導坑法，即挖好一個側導坑，支護好，再挖另一個側導坑，也支護好。最后再挖掉中間遺留下來的土柱，并支護形成封閉結構。開挖后再在其中做鋼筋混凝土二次襯砌。我國北京地鐵王府井一東單區間折返線，就是采用類似的方法施工的。根據折返線斷面類型、地面沉降控制分析及工期、造價比較、同時兼顧前后斷面施工的銜接，選定了正臺階法、中隔壁法、“眼鏡”法、中洞法等分部開挖、分部支護形式。

4.超前灌漿、超前錨桿法

在地下水很豐富的地方，如海底隧道、河底隧道，常采用超前灌漿法。即在開挖前事先在掌子面上鉆孔深為二三十米的深孔，進行壓力固結灌漿，使將要開挖洞段的巖縫盡量固結起來并減少漏水，然后開挖。挖到灌漿深度一半時，再做一圈深孔灌漿，如此不斷循環，使開挖工作面始終在灌漿固結過的巖層中進行。

超前錨桿法也是常用的。在掌子面頂拱部位向前上方打入4?5m長的錨桿，錨桿后端出露較長，用噴混凝土或鋼拱架支護好，然后向前開挖1?2m支護好，再打下一輪錨桿，再往前挖，如此循環下去，使開挖始終在頂部錨桿的保護下進行。

在軟巖或地下水多的軟巖中，錨桿可能強度不夠，則可改為打入鋼管。

(二)長距離頂管技術

地下管道的敷設一般采用開槽方法，這種方法施工時挖大量土方，占用大量臨時場地，管道安裝后需進行回填，而且施工時影響交通，影響環境。而采用頂管技術敷設管道，無須挖槽或在水下開挖土方，并可避免為疏干和固結土體而采用的降低地下水位等輔助措施，從而大大加快施工速度，降低造價，并能克服在穿越江河湖海等無法降水的特殊環境下施工的困難。

普通頂管施工是在一般條件下的頂進技術，在最佳施工條件下，一次頂進長度為100m左右，但在城市干管施工中，或管線需穿越大型建筑群或河道時，普通頂管法的一次頂進長度就不足以頂完全程，因此需要完善長距離頂管技術。

長距離頂管的施工程序是：先在管道的一端挖掘工作坑(井)，完成后在其內安裝頂進設備，將管道頂入土層，邊頂進邊挖土，將管段逐節頂人土層內，直到頂至設計長度為止。

1.頂管技術的基本設備

頂管施工的基本設備主要包括管段前端的工具管，后部頂進設備及貫穿前后的出泥與氣壓設備，此外還有通風照明等設施。

工具管是長距離頂管的關鍵設備，它安裝在管道前端，外形與管道相似，其作用是定向、糾偏、防止塌方、出泥等。工具管從前向后由沖泥倉、操作室和控制室組成。

頂進設備主要包括后座、主油缸、頂鐵和導軌等。后座設備在主油缸與反力墻之間，每只油缸配置一塊，其作用是將油缸的集中力分散傳遞給后墻。主油缸是頂進動力，一般對稱布置4?6臺，其頂力和行程可根據工程實際選定。頂鐵主要是為彌補油缸行程設置的，其厚度應小于油缸行程。導軌起頂進導向作用，在接管時又起管道吊放和拼焊平臺的作用。

出泥設備主要是吸泥機，應根據工程實際，選擇其提升高度、排量、供水泵型號、排泥管口徑等。

此外，在水下進行長距離頂管，工具管有時必須采用局部氣壓施工，而且時間很長，有時還需要在氣壓下排除故障，因此，還需要壓縮空氣供氣系統。

2.頂管施工的關鍵技術與措施

長距離頂管的主要技術關鍵是：

(1)頂力問題。頂管的頂力隨著頂進長度的增加需不斷增加，但是又受到管道強度的限制，不能無限增加，因此用普通頂管法只在管尾推進的方法，頂進距離受到限制。所以長距離頂管必須解決在管道強度允許范圍內施加的頂力問題。目前有兩種方法：即采用潤滑劑減阻和中繼接力技術。

(2)方向控制。管段能否按設計軸線頂進，這是長距離頂管成敗的關鍵之一。頂進方向失控，會導致管道彎曲，頂力急驟增加，頂進困難，工程無法施工。因此，必須有一套能準確控制管段頂進方向的導向機構。上海基礎工程公司頂管系統中，采用三段雙鉸工具管來完成。

(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，導致管道受力情況惡化，給施工帶來許多困難。在深層頂管中，制止坍方實際上是制服地下水的問題。

為了解決上述技術關鍵，在長距離頂管中主要采用的技術措施如下：

1)穿墻。從打開穿墻管悶板，將工具管頂出井外，到安裝好穿墻止水，這一過程通稱穿墻。穿墻是頂管施工的主要工序，因為穿墻后工具管方向的準確程度將會給以后管道的方向控制和管道拼接工作帶來影響。穿墻時應注意，在墻管內事先填滿經過夯實的黃黏土，以免地下水和土大量涌入工作井，打開穿墻管悶板，應立刻將工具管頂進。

2)糾偏與導向。頂管必須沿設計軸向頂進，應控制頂進中的方向和高程，若發生偏差，必須糾偏。以往糾偏工作是當管道頭部偏離了軸線后才進行，但這時管道已經產生了偏差，因此管軸線難免有較大的彎曲。管道偏離軸線，其中一個主要原因是頂力不平衡導致。如果事先能消除不平衡外力，就能更好防止管道的偏位。

3)局部氣壓。頂管在流沙層和流塑狀態的土層頂進，有時因正面擠壓力不足以阻止坍方，則易產生正面坍方，出泥量增加，造成地面沉降，管軸線彎曲，給糾偏帶來困難，而且還會破壞泥漿減阻效果。為解決這類問題，常采用局部氣壓。局部氣壓的大小視具體情況而定，一般土層以不坍方為準。

4)觸變泥漿減阻。為減少長距離頂管中的管壁四周摩阻力，在管壁外壓注觸變泥漿，形成一定厚度的泥漿套，使頂管在泥漿套中頂進，以減少阻力。

5)中繼接力頂進。在長距離頂管中，只采用觸變泥漿減阻單一措施仍顯不夠，還需采用中繼接力頂進，也就是在管道中設置中繼環，分段克服摩擦阻力，從而解決頂力不足問題。

(三)氣動夯管捶鋪管施工

氣動夯管錘是一種不需要阻力支座，利用動態的沖擊能將空心的鋼管推入地層的機械。它實質上是一個低頻，大沖擊功的氣動沖擊器，由壓縮空氣驅動，將所鋪設的鋼管沿設計路線夯入地層，實現非開挖鋪設管線。施工時，夯管錘的沖擊力直接作用在鋼管的后端，通過鋼管傳遞到前端的切削管靴上切削土體，并克服土層與管體之間的摩擦力，使鋼管不斷進入土層。隨著鋼管的前進被切削的土芯進人鋼管內，在第一節鋼管夯入地層后，后一節鋼管與其焊接在一起，如此重復，直到夯入后一節鋼管，待鋼管全部夯到目標后，取下切削管靴，用壓縮空氣、高壓水、螺旋鉆、人工掏土等方式將管內土排出，鋼管留在孔內，完成鋪管作業，施工原理見圖4.3.23。

1.氣動夯管錘鋪管施工設備和配套機具

氣動夯管錘鋪管施工主要設備除氣動夯管錘外，還需配置一些其他設備和機具。

(1)主機。主機指氣動夯管錘鋪管系統中的錘體部分，是由它產生強大沖擊力將鋼管夯入地層中。

(2)動力系統。氣動夯管錘以壓縮空氣為主，同時壓縮空氣又是排除土芯的動力。氣源主要是空氣壓縮機，驅動氣動夯管錘的空壓機，壓力為0.5?0.7MPa，排氣量根據不同的型號夯管錘的耗氣量而定。

(3)注油與管路系統。注油器用于向壓縮空氣中注油，潤滑夯管錘中的運動零件，注油器設計成注油量可調，其調節范圍一般為0.005?0.052L/min。夯管錘通過管路系統與氣源連接，而注油器位于管路的中間，利用壓縮空氣將潤滑油連續不斷地帶入夯管錘中。

(4)連接固定系統。連接固定系統由夯管頭、出土器、調節錐套和張緊器組成。夯管頭用于防止鋼管端部因承受巨大的沖擊力擴張而損害。出土器用于排出在夯管過程中進人鋼管內又從鋼管的另一端擠出的土體。調節錐套用于調節鋼管直徑、出土器直徑和夯管錘直徑間的相配關系。夯管錘通過調節錐套、出土器和夯管頭與鋼管連接，并用張緊器將它們緊固在一起。因為調節錐套、出土器和夯管頭傳遞著巨大的沖擊力，設計中應對他們的強度和連接可靠性進行綜合考慮。

(5)注漿系統。注漿系統主要由儲漿罐、注漿頭、注漿管、傳壓管和控制閥等部分組成，其特點在于用壓縮空氣做動力，可持續地向地層的鋼管內外兩側注漿，用以減少夯入地層阻力。

(6)清土系統。清土系統包括封蓋和清土球，封蓋用于防止鋼管內的壓縮空氣從管端泄漏，清土球在鋼管內相當于一個活塞，在空氣或水壓力作用下在鋼管內不斷前進，從而將管內的土體從鋼管另一端推出。

(7)輔助工具。指專門設計的在夯管過程中用于支撐夯管錘和保證夯管目標準確度的鋼支架等。

2.氣動夯管錘鋪管的特點

氣動夯管錘鋪管時由于夯管錘對鋼管是動態夯進，產生強力的沖擊和振動，絕大部分泥土隨著鋼管進入土層而不斷進人管道，這樣大大減小了夯管的管端阻力，且減小對穿越處地面的隆起破壞。同時，振動作用也有利于使鋼管周圍的土層產生一定程度的液化，并與地層間產生一定的空隙，減少了鋼管與地層間的摩擦阻力。由于動態夯進可以擊碎障礙物，所以在含卵礫石地層或回填地層中鋪管時，比管徑大的礫石或石塊可被擊碎后一部分進入管內而穿過障礙物，而不是試圖將整個障礙物排開或推進?；诖?，氣動夯管錘具有以下特點：

(1)地層適用范圍廣。夯管錘鋪管幾乎適應除巖層以外的所有地層。

(2)鋪管精度較高。氣動夯管錘鋪管屬不可控向鋪管，但由于其以沖擊方式將管道夯入地層，在管端無土楔形成，且在遇障礙物時，可將其擊碎穿越，所以具有較好的目標準確性。

(3)對地表的影響較小。窮管錘由于是將鋼管開口夯1人地層，除了鋼管管壁部分需排擠土體之外，切削下來的土芯全部進入管內，因此即使鋼管鋪設深度很淺，地表也不會產生隆起或沉降現象。

(4)夯管錘鋪管適合較短長度的管道鋪設，為保證鋪管精度，在實際施工中，可鋪管長度按鋼管直徑(以mm為單位)除以10就得到夯進長度(以m為單位)。

(5)對鋪管材料的要求。夯管錘鋪管要求管道材料必須是鋼管，若要鋪設其他材料的管道，可鋪設鋼套管，再將工作管道穿入套管內。

(6)投資和施工成本低。施工條件要求簡單，施工進度快，材料消耗少，施工成本較低。

(7)工作坑要求低。通常只需很小施工深度，無須進行很復雜的深基坑支護作業。

(8)穿越河流時，無須在施工中清理管內土體，無滲水現象，能確保施工人員安全。

(四)導向鉆進法施工

1.導向鉆進法施工的基本原理

大多數導向鉆進采用沖洗液輔助破碎，鉆頭通常帶有一個斜面，因此當鉆桿不停地回轉時則鉆出一個直孔，而當鉆頭朝著某個方向給進而不回轉時，鉆孔發生偏斜。導向鉆頭內帶有一個探頭或發射器，探頭也可以固定在鉆頭后面。當鉆孔向前推進時，發射器發射出來的信號被地表接收器所接收和追蹤，因此可以監視方向、深度和其他參數。

成孔方式有兩種：干式和濕式。干式鉆具由擠壓鉆頭、探頭室和沖擊錘組成，靠沖擊擠壓成孔，不排土。濕式鉆具由射流鉆頭和探頭室組成，以高壓水射流切割土層，有時以頂驅式沖擊動力鉆頭來破碎大塊卵石和硬地層。兩種成孔方式均以斜面鉆頭來控制鉆孔方向。若同時給進和回轉鉆桿，斜面失去方向性，實現保直鉆進;若只給進而不回轉，作用于斜面的反力使鉆頭政變方向，實現造斜。鉆頭軌跡的監視，一般由手持式地表探測器和孔底探頭來實規，地表探測器接收顯示位于鉆頭后面探頭發出的信號(深度、頂角、工具面向角等參數)，供操作人員掌握孔內情況，以便隨時進行調整。

2.鉆頭的選擇依據

(1)在淤泥質黏土中施工，一般采用較大的鉆頭，以適應變向的要求。

(2)在干燥軟黏土中施工，采用中等尺寸鉆頭一般效果最佳(土層干燥，可較快地實現方向控制)。

(3)在硬黏土中，較小的鉆頭效果比較理想，但在施工中要保證鉆頭至少要比探頭外筒的尺寸大12mm以上。

(4)在鈣質土層中，鉆頭向前推進十分困難，所以，較小直徑的鉆頭效果最佳。

(5)在粗粒砂層，中等尺寸的鉆頭使用效果最佳。在這類地層中，一般采用耐磨性能好的硬質合金鉆頭來克服鉆頭的嚴重磨損。另外，鉆機的錨固和沖洗液質量是施工成敗的關鍵。

(6)對于砂質淤泥，中等到大尺寸鉆頭效果較好。在較軟土層中，采用較大尺寸的鉆頭以加強其控制能力。

(7)對于致密砂層，小尺寸錐形鉆頭效果最好，但要確保鉆頭尺寸大于探頭筒的尺寸。在這種土層中，向前推進較難，可較快地實現控向。另一方面，鉆機錨固是鉆孔成功的關鍵。

(8)在礫石層中施工，鑲焊小尺寸硬質合金的鉆頭使用效果較佳。

(9)對于固結的巖層，使用孔內動力鉆具鉆進效果最佳。

3.導向孔施工

導向孔施工步驟主要為：探頭裝人探頭盒內;導向鉆頭連接到鉆桿上;轉動鉆桿，測試探頭發射是否正常;回轉鉆進2m左右;開始按設計軌跡施工;導向孔完成。

導向孔施工多采用手提式地表導航儀來確定鉆頭所在的空間位置。導向儀器由探頭、地表接收器和同步顯示器組成。探頭放置在鉆頭附近的鉆具內。接收器接收并顯示探測數據，同步顯示接收器探測的數據，供操作人員掌握孔內情況，以便隨時調整。

鉆進時應特別注意糾偏過度，這種情況一旦發生將給施工帶來不必要的麻煩，會大大影響施工的進度和加大施工的工作量。為了避免這種情況的發生，鉆進少量進尺后便進行測量，檢驗調整鉆頭方向。

4.擴孔施工

擴孔是將導向孔孔徑擴大至所鋪設的管徑以上，以減小鋪管時的阻力。當先導孔鉆至靶區時就需用一個擴孔器來擴大鉆孔。一般的經驗是將鉆孔擴大到成品管尺寸的1.2?1.5倍，擴孔器的拉力或推力一般要求為每毫米孔徑175.1N。根據成品管和鉆機的規格，可采用多級擴孔。

擴孔時將擴孔鉆頭連接在鉆桿后端，然后由鉆機旋轉回拉擴孔。隨著擴孔的進行，在擴孔鉆頭后面的單動器上不斷加接鉆桿，直到擴至與鉆機同一側的工作場地，即完成了這級孔眼的擴孔，如此反復，通過采用不同直徑的擴孔鉆頭擴孔，直至達到設計的擴孔孔徑為止。對于回拉力較大的鉆機，擴孔時可以采用階梯形擴孔鉆頭，一次完成擴孔施工，甚至有時可以同時完成擴孔和鋪管施工。

(五)逆作法

1.逆作法概述

逆作法是施工高層建筑，多層地下室和其他多層地下結構的一種方法，它是以基坑圍護墻和支撐樁及受力柱作為垂直承重構件，將主體結構的頂板、樓板作為支撐系統，采取地上與地下結構同時施工或由上而下分布依次開挖和構筑地下結構體系的施工方法。逆作法適用于建筑群密集，相鄰建筑物較近，地下水位較高，地下室埋深大和施工場地狹小的高(多)層地上、地下建筑，如地鐵站、地下廠房、地下儲庫、地下變電站等。

2.逆作法工藝原理

先沿建筑物地下結構軸線或周圍施工地下連續墻或其他支護結構，同時在建筑物內部的有關位置澆筑或打下中間支撐樁和柱作為施工期間于底板封底之前承受上部結構自重和施工荷載的垂直支撐;然后施工地面一層樓面結構亦即地下結構的頂板，作為地下連續墻剛度很大的第一道水平支撐，隨后逐層向下開挖土方和澆筑地下結構，直至底板封底。

3.逆作法施工

(1)逆作法分類。按圍護結構的支撐方式，基坑工程逆作法可分為以下幾類：

1)全逆作法。利用地下各層鋼筋混凝土肋形板對四周圍護結構形成水平支撐，樓蓋混凝土為整體澆筑，然后在其下挖土，待土方開挖完成后再二次澆筑肋形樓板。

2)部分逆作法。用基坑內四周暫時保留的局部土方對四周圍護結構形成水平抵擋，抵消側向壓力所產生的一部分位移。在基坑中部按正作法施工，基坑邊四周用逆作法。

3)分層逆作法。此方法主要是針對四周圍護結構，是采用分層逆作法，而不是先一次整體施工完成。分層逆作四周的圍護結構采用土釘墻。

(2)逆作法施工工序。

1)按基礎外圍面積，施工四周的支護結構。支護體系采用地下連續墻或排樁支護，排樁采用沖孔樁、鉆孔粧或挖孔樁。

2)按設計圖施工中間支撐柱和基礎。中間支撐柱目前在逆作法施工時大部分是采用臨時鋼管柱或型鋼柱支撐，挖土完成后再做外包混凝土;當采用挖孔樁時，可支模采用鋼筋混凝土柱。基礎若是天然地基可采用挖孔墩，若是樁基可采用沖孔、挖孔、鉆孔等成樁方法，若有地下水，可作降水處理后再施工挖孔樁。

3)利用地下室一層的土方夯實修正后作地模，澆筑地下室處頂板的鋼筋混凝土梁和板，并在此層預留出挖土方的出土洞若干個。

4)進行地下室一層土方的開挖及外運。

5)進行地下室二層梁板混凝土的澆筑，在樓板中預留出土洞。

6)進行地下室二層土方的開挖及外運。

7)進行地下室三層的梁板混凝土的澆筑，在樓板中預留出土洞。

8)進行地下室三層土方的開挖及外運。

9)澆筑底板混凝土。

(六)沉井法

沉井施工法是修筑深基礎和地下建(構)筑物的一種施工工藝。施工時先在地面或基坑內制作開口的沉井井身;然后在井身內部分層挖土，隨著挖土使土面降低，沉井借助井體自重或在其他措施協助下克服與土壁間的摩阻力和刃腳反力，不斷下沉，直至設計標.高;最后進行封底并構筑井內構件，形成一個地下建(構)筑物或其基礎。

1.沉井施工方案與準備

沉井的施工根據不同情況和條件(如沉井高度、地基承載力、施工機械設備等)，可采用一次制作一次下沉，分解制作、接高一次下沉，或制作與下沉交替進行。施工前應做好地基處理、平整場地、修建臨時設施和測量控制與沉降控制。

2.沉井施工工藝

沉井法施工的主要工序為：測量放線、開挖基坑和搭設工作臺→鋪設墊層、承墊木→沉井制作→抽取墊木→挖土下沉→封底、回填、澆筑其他部分結構。

(1)測量放線和基坑開挖。根據設計圖紙進行定位放線，先在地面上定出沉井縱橫兩個方向的中心軸線，基坑的輪廓線及水準標高等;然后進行基坑開挖，基坑平面尺寸要大于沉井的平面尺寸，以便墊木、支模、搭設腳手架及排水等工作需要。

(2)鋪設墊層、承墊木。當沉井制作高度較大時，重量會增大，為避免不均勻沉降，基坑上應鋪設一定厚度(≥0.6m)的砂墊層。鋪設砂墊層后，即可在其上部鋪設墊木和澆筑混凝土墊板，以加大刃腳的支撐面積，保證沉井的制作質量。鋪設墊木時，應用水平儀進行抄平，使刃腳踏面在同一水平面上，墊木長度中心應與刃腳踏面中線相重合。對于圓形沉井的定位墊木，一般對稱設置在四個支點上;對矩形沉井定位墊木，一般設置在兩長邊，每邊2個。當沉井長短邊之比，時，兩個定位點間距離為0.71;當時，則為0.61。

(3)沉井制作。沉井井身制作過程包括拼裝和就位刃腳角鋼、支模和綁扎鋼筋。拼裝刃腳角鋼時，應準確測量刃腳位置，放出刃腳的中線和邊線，將準備好的角鋼拼裝就位，經校核無誤后焊接固定。應注意：模板支好后，應檢查其位置、刃腳標高和井壁垂直度;澆筑井身混凝土時，應沿井壁四周均勻對稱進行，避免高差懸殊、壓力不均、產生地基不均勻沉降而造成沉井斷裂;做好井壁分節處的施工縫，以防漏水。

(4)挖土下沉。沉井下沉主要是通過從沉井內用機械或人工的辦法對稱均勻挖土，消除或減小沉井刃腳下的正面阻力，使沉井依靠自重逐漸從地面沉人地下。根據沉井所通過的土層和地下水的情況，沉井下沉施工可分為排水挖土下沉和不排水挖土下沉。

1)排水挖土下沉。當沉井所穿過的土層透水性較差，涌水量不大，排水時不致產生流沙現象，可采用排水挖土下沉。

2)不排水挖土下沉。若沉井穿過的土層中有較厚的亞砂土和粉砂土，地下水豐富，土層不穩定，有產生流沙的可能性時，沉井就宜采用不排水挖土下沉，下沉中要使井內水面高出井外水面1?2m，以防流沙。

(5)沉井封底。沉井下沉至標高，應進行沉降觀測，當8h內下沉量小于或等于10mm時，方可封底。封底可分為干封底和濕封底兩種。

1)干封底。干封底時，開挖基底土面至設計標高，并修正成鍋底形，排除井內積水。封底前應平整鍋底，清洗刃腳，超挖部分可填充石塊;然后在其上做墊層，澆筑墊層時應先沿刃腳填筑一周，防止不均勻下沉;再在墊層上做防水層，綁扎鋼筋和澆筑鋼筋混凝土底板，封底混凝土由刃腳向鍋底中部分層澆灌，每層厚約500mm。為避免地下水的滲透壓力滲水沖蝕新澆灌混凝土，在封底前應在板底以下設置集水井，用水泵抽水至混凝土達到規定強度后為止，然后封掉集水井。

2)濕封底。濕封底即不排水封底，要求清除井底浮泥，并鋪碎石墊層。若沉井鍋底較深亦可拋填塊石，再在上面鋪碎石墊層。封底混凝土用導管法灌注，當封底面積較大時，宜用多根導管同時澆筑，以使混凝土能充滿其底部全部面積，各導管的有效擴散面積互相搭接蓋滿井底全部范圍。為防止進入導管內，并獲得比較平緩的混凝土表面坡度，導管下端插入混凝土的深度不宜小于1m。

3.沉井糾偏

由于土質不均勻或出現障礙物以及施工管理不嚴，都會造成沉井施工偏差。偏差主要包括傾斜和位移兩方面。沉井糾偏有以下方法：

(1)矩形沉井長邊產生偏差，可用偏心壓重糾偏。

(2)沉井向某側傾斜，可在高的一側多挖土使其恢復水平再均勻挖土。

(3)采用觸變泥漿潤滑套時,，可采用導向木糾偏。

(4)小沉井或矩形沉井短邊產生偏差，應在下沉少的一側外部用壓力水沖井壁附近的土并加偏心壓重;在下沉多的一側加一水平推力來糾偏。

(5)當沉井中心線與設計中心線不重合時，可先在一側挖土，使沉井傾斜，然后均勻挖土，使沉井沿傾斜方向下沉到沉井底面中心線接近設計中心線位置時再糾偏。

(七)其他非開挖施工方法

氣動夯管錘鋪管法和導向轉進法都屬于非開挖管線工程施工技術，一般適用于管徑小于900mm的管線鋪設工程。除了這兩種方法以外，常用的還有沖擊矛法、油壓夯管錘法、水平螺旋鉆進法、滾壓擠土法、微型隧道法等。其中油壓夯管錘法是以油壓動力設備替代空氣壓縮機的另一種夯管錘法，與氣動夯管錘法相似。

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