慕尼黑的地铁建设
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摘要：慕尼黑地铁系统的计划网络，总长度约为100公里，包括106个地铁站。延伸21公里使用喷射混凝土支护建设而成。这项工作的一部分，仍有待完成。在本论文中，对在总的背景下使用喷浆方法的隧道的各个重要方面在以下的主题下进行了讨论：作为一个整体，建设项目的概述参照资金、审批程序和实现过程；随挖随填法和开采技术；单轨隧道施工和大断面、道岔和侧道开挖，处理水时不同的岩土程序，尤其是压缩空气操作；合同做法、建设、安全问题、质量和成本控制、损坏分析和成本比较经验。这项工作基于13年的应用和发展。
关键词：慕尼黑地铁建设 喷射混凝土支护隧道
1 概述
在过去的几十年里，随着社会各部门机械化的大大增加，大的人口中心的交通量已发展到越来越难保持这些地区交通量的地步。老城区的街道，尤其是在历史悠久的市中心慢性超载削弱了许多地方古典公共交通工具的吸引力和效率，从而导致交通系统永久性崩溃。这一难题最终可以通过使公共交通系统远离拥挤的道路来解决，如建设高空或地下铁路系统。
1.1 慕尼黑快速交通网络构想
在慕尼黑，早在世纪之交，就发起了兴建地下铁路系统的倡议。南北高速铁路隧道的建设工作开始于1938年，但由于战争，只完成了一小段。
通过建立地下第二交通水平，引入了一个永久性的解决方案，其好处是有目共睹的。在缓解交通问题上已经取得了巨大进展，而市民的流动性却增加了。今天，我们现代的地铁系统每年有2亿乘客，即每个工作日有700000人。这是一个证明其效率和公众接受度的令人信服的证据。和许多其他大城市一样，在人口稠密区的城市必须面对的问题，一方面是住房，另一方面，则是周边地区的餐饮。因此，一个包括地下和高速铁路系统的概念就被采纳了。
大都市慕尼黑，目前人口为230万，占地面积5000平方公里，由七条线路，总长度412公里，途径135站的高速铁路系统供应。一个绵延4公里长的隧道将伊萨尔河的西部和东部和城市中心的五个新建的高速铁路地铁站主要线路连接起来，将整个地区和城市中心连接了起来。因此，这段隧道与地铁段具有相同的功能。
城市本身铁路运输系统和计划总长度超过100公里的地铁系统一同发展。服务人口130万。网络（图1）由三条主线和十一条支线组成。其中九个地铁站可能会从一个线路向另一个线路转变。地铁连接了另外12点的高速铁路系统，使改变线路更具吸引力。地铁系统的主要特征是具有几条线路的径向网络穿过城市的中心运行。使用这种方式可以使人们认识到，慕尼黑的主要交通一直都流向其具有吸引力的城市中心。
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图1 于1985年底完成60%的慕尼黑地铁系统
开始运行或正在建设中
1.2 体制状况
人口稠密城市地下系统的建设涉及到从规划阶段到建设，最后到投入运行中这一系列与私人利益和公共利益的冲突。因此，地下建设也需要大量的行政工作。基本上所有的技术、行政、法律、金融和经济问题都由城市中央主管机关的“地铁部门”全权处理。在执行和大量建筑工作中取得的成功，主要是由于这个特殊的部门担负起大部分的责任及其能力。
1967年，慕尼黑地铁建设工作的年工程量达一亿德国马克，于1974年增加至两亿德国马克，自1980年以来，一直处于三亿德国马克左右。总之，到现在为止，近四十亿德国马克已用于建设（图2）。这一数额的约62%用于隧道开挖和地铁站结构。因此，仅从财务重要性上看，这项工作和所采用的施工方法具有相当重要的意义。
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图2 1965-1985年间的地铁建设支出
有人认为一个地铁项目的重要性与交通、经济、社会、安全因素和一个城市的部分和整个居住区相对紧密的特性有关，那么很明显计划过程和计划敲定程序比建筑物本省的情况复杂、困难。
平面图和规划许可基本上分为三个部分，即站线、（详细的）施工计划和操作。计划的确定是多步骤过程的主要方面。
从决定建设地铁到地铁最终开通，通常中间有13年的间隔。然而，无论是制定计划还是成功让世人接受它们的期限，即使是在今天也不能肯定地预测。该过程的延迟总是导致计划和建设进度迟缓。因此，例如，在评估径向东西线一段上不同线路的优势和劣势时，研究了十二种路线变化；四个不同地铁站位置的八种变化被列入预选单。在同一地铁站，还研究了适合残疾人电梯的18个位置。在本节中，其他人对教会当局的抱怨（担心对教堂建筑造成沉降损害）导致该项目完工拖延了三年左右的时间。
最后但并非最不重要的一点是，正是由于上述原因，敲定计划的程序（变得更加困难）推进了地铁施工方法的进一步发展，因为在许多情况下，计划敲定决定在没有进一步发展的情况下是不可能实现的。
图3 63公里长的线路上各种施工方法所占的比例
在所涉及的68个地铁站中，6%位于地上。55%采用随挖随填施工法建设，29%采用上层覆盖施工法建设，10%通过开采法建设，或通过喷射混凝土和/或盾构掘进法建设。
如果比较一下这段时间（图4）各地铁线路所使用的施工方法，就会看出上层覆盖和开采法的使用呈急剧上升趋势。1965年至1974年建造的南北地铁线路，只有28%，19个地铁站是通过盾构掘进法建造的，只有一个地铁站是通过封闭法建造的，一个是通过上层覆盖和开采法建造的。
始于1977年的东西向地铁，应于1987年完成外壳建造，相比之下开采法建设比例已占58%。16个地铁站中的4个采用喷射混凝土法建造而成，7个通过上层覆盖建造。
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图4 1965-1985年间各种施工方法所占比例涉及68个地铁站，126公里的单层岩心管（线路长度63公里）
这些施工方法的趋势，只能部分解释为与市中心区的地铁建设有关。建造地铁所涉及的越来越困难的法律问题是这些环境上较不反感方法使用越来越多的一个十分重要的因素，从而进一步加剧了更深一步的技术发展。
如果查看累计曲线下的不同施工方法，可以认识到，随挖随填施工法的使用年增长大致保持不变。只有在早期时，地上的路线的重要性值得一提，盾构掘进法也同样重要。相反，上层覆盖法和以上所有喷浆方法，一直不断增加。因此，到现在为止，1600000m3隧道一直都使用此方法在挖掘，并通过140000m3的喷射混凝土加固。
对这方面的发展具有决定性的是在慕尼黑过去的二十年里一贯推崇的地铁建设提供了优化施工方法的机会，并越来越适应水文地质条件，并通过接受各种不同的方案，一次又一次地冒险步入了技术前沿。
因此，不仅可以掌握在城市中心建设地铁的巨大困难，还可以应对建筑造价上升。特别是，能够降低最初造价是随挖随填法造价两倍的地下采掘的成本（图5）。这一趋势清楚地表明，在不久的将来，随挖随填施工法会与喷射混凝土法的成本大致相等。
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图5 双轨线路的发展成本（粗略的建筑造价）
因此，选择施工方法时重要性赛过其他因素的成本因素，已经渐渐消退。事件表明，仅随挖随填施工法的进一步发展不可能克服城市内地铁建设的问题
1.3 喷射混凝土施工方法底土条件和重要性
为了更好地理解下方的观点，对绍什（1966年）和格布哈特（1977年）所报告的地质条件进行了简要总结。慕尼黑的底土具有以下的地质和水文地质特征（图6）：
图6 慕尼黑地质情况示意图
第四纪沉积物在最上层；由不同年龄的冰河间的碎片层构成（由厚到非常厚）。其厚度一般介于4米和7米之间，在叠加的下层和上层河阶区域中，其厚度介于8米和25米之间。下方是软晚的被称为“Flinz”的第三纪砂岩沉积物。它们构成了一层成分变化剧烈的外壳，由含水（由厚到非常厚）的云母砂层（细到中度）和单轴压缩性变化剧烈（约50kN/m2的高塑性无石灰粘土到6000kN/m2及以上的泥灰岩）、几乎不透水的泥灰质粘土组成。平均压缩性大约500kN/m2。在多层的第三纪，土层中往往有一个规则的三明治系统。第三纪层有一个波浪形的剖面，在侵蚀沟有锋利的凹陷。因此，挖掘可通过水文地质形成的大部分区域，其脱水需要采取不同的措施。
首先，对于隧道，将使用一个开放旋转的切割机来进行全机械化的盾构掘进作为隧洞施工方法。该方法已经在测试中证明了。起初，在隧道中使用一个双层内衬，堵块或螺旋管，一个内壳，和沥青防水垫绝缘层材料；经过两次点火之后，绝缘层材料就脱落了，防水混凝土内衬是内置的。
然而，不可能通过盾构掘进法解决市中心区的交通干线施工问题。由于其不能弯曲的横截面，从机械和技术因素预测，盾构掘进能在均质土中无限前进，但它几乎不允许额外的措施，如脱水，灌浆或隧道口冷冻，使用盾构掘进法挖掘复杂的交通结构，如道岔、侧道、地铁站、连接和楼梯隧道，简而言之，一个可行的地铁网络的基本组成部分几乎是不可能的。
因此，喷射混凝土法于1973年首次用于两个站线，而且考虑到那里主要的土壤和地下水状况，此后在慕尼黑有了进一步发展，喷射混凝土法同时成为了使用最多的施工方法之一。
如果不使用现代方法，不可能建设许多慕尼黑地铁网络的主要交通结构。举几个例子：
1978年和1981年之间进行的地铁卡尔广场作业是在从一个繁华的交通区街道中间地带一个竖井下方进行作业，公众几乎都没有注意到。在卡尔广场现有交通设施下方建设站线隧道，其中包含一个桩基和一个行人高度、一个地下车库、各种商店和生活区以及一个快速中转站。最初，计划将地铁站整合到这个交通设施的地铁站。然而，线路计划的进一步发展预测在为地铁站和站线结构掘进隧道期间，有必要从隧道口支撑现有卡儿广场结构各种桩。这些桩、地下间壁和一个现有地下车库的支撑，该站线和车站隧道、不同横截面的连接通道掘进都可通过坚持使用喷射混凝土法做到。
已经投入使用的一个地铁站下方（奥登广场），只能地下挖掘的一个新建地铁站于1979年-1983年建成。此外，由于不良的结构状况下有许多历史建筑物，所以该作业隧洞掘进沉降要求极为严格；尤其是，上地下水位不能承受脱水措施引起的额外地面沉降。压缩空气和喷射混凝土相结合是该案例成功的原因（韦伯，1983年；莱斯曼等人，1986年）。脆弱的结构可以在不损坏的情况下挖掘；可以从隧道口将现有的地铁网络结构支撑起来，而不减少地铁线操作，几乎没有任何沉降，复杂的连接结构，如楼梯隧道斜井可以在不降低地下水位的情况下建造而成。
就莱厄尔作业而言，也可以使用压缩空气喷射混凝土法挖掘一个带有连接隧道站线的地铁站结构。不仅是伊萨尔河下方的隧道可以在无安全问题的情况下开挖，即使是隧道口有桩支撑的河结构，而且历史建筑物下方的隧道也可以在无安全问题的情况下开挖（图7），如在两个教堂下方开挖隧道，其中包括著名的洛可可风格的教堂，没有任何值得一提的沉降。这就是上述提到的与最后规划阶段有关的麻烦的起点。挖掘作业期间的测量显示出小于5mm的沉降。教会没有遭受任何损害。
图7 靠近莱厄尔地铁站的圣安妮教堂
（用压缩空气进行喷射混凝土支护）
2 喷射混凝土法
为什么在慕尼黑喷浆法代替了盾构掘进法？该问题的第一个答案是地铁站之间的站线长度对于盾构掘进法的经济用途而言太短，其次，尤其是需要挖掘许多不同的横截面包括不定横截面。
重要隧道类型浏览（图8）所示为用于地铁网络的各种横截面：用于地铁站之间站线的隧道本身，用于侧道、转盘、道岔和分路的横截面。
这些可变横截面可以通过加宽正常横截面，使用喷射混凝土法挖掘，与盾构掘进法相比，这是一个主要优势。到现在为止，通过喷射混凝土法挖掘道岔和侧道所有横截面积不超过150m2的双轨和三轨隧道。
在使用开采法建设的八个站台地道中，第一个是通过板桩打样多重附加来挖掘的。接下来的两个使用盾构掘进法建设起来昂贵、困难，其他所有的都使用喷射混凝土法。
即使是单轨隧道，喷射混凝土比盾构掘进法更有优势，尤其是当涉及长度较短时，但幸亏机械设备的成本较低。
图8 隧道横截面典型形状
a）线路隧道；b）地铁站隧道；c）存车线/点J，沥青封缝；W防水混凝土，F接缝密封条
表1中也同样显而易见：6个屏蔽作业的逐道长度总计为12.8公里，即每项作业平均2.1公里；27项喷射混凝土作业的隧道长度为34公里，对应的每项作业的平均长度为1.3公里。
喷浆方法的另外一个优点在于其既可以用于第三纪土壤，又可用于第四纪土壤，并且不用在隧道口采用其他措施，主要是指地下水位额外降低。脱水最重要，因为在隧道主要位于地下水土壤层（图6）。
表1
2.1 应对地下水的措施
挖掘必须通过各种地下水位的土层，其脱水需要采取不同的措施（韦伯，1983年）。
正如1.3节中描述的，慕尼黑最上方的土层是第四纪沉积物（图6）。由厚到非常厚的高渗透性石灰石碎石构成。正如已经提到的，它们的厚度为4到7米，在南部边缘可达25米。其中地下水位从表面以下3米到10米，在南部边缘可达15米。碎石的渗透系数不小于0.001米/秒。
第三纪沙层和第四纪泥灰岩层（图6）形成了上地下水水位底层。沙层可以是几分米薄，也可达10米厚。其渗透率低≈10-5米/秒。泥灰岩的渗透系数是：≤10-8米/秒。
被泥灰岩包围的砂层含有承压地下水，因此构成了较低的地下水位。
图9-12所示为4例在最上面的地下水位（第1GW）隧道位置采取的脱水措施，即2例没有压缩空气，2例有压缩空气。图9a所示为第一层的深层地下水。由于涉及量大，距离远，此处不可能降低地下水位。出于这个原因，防止水进入扩展到不透水层的防水墙，与后者形成一个被抽空的水槽。底部区域的剩余水被真空矛杆抽出隧道。
在图9b中，第四纪第一GW地下水埋深低，隧道位于第三纪沙层中，因此，第一GW可通过外部井降低。当沙层延伸到隧道底部时是最有效的。但是，如果溢流水上表面位于隧道区域内（如图所示），那么由于土壤的不规则轮廓，通过外部井不可能达到足够的降低，需要通过真空枪去掉地铁口一定量的水。封闭在隧道断面下方泥灰岩中的砂岩矿体通常包含具有第二GW测压高度的承压水。这种承压水在相同的水井里减压。
使用压缩空气掘进（韦伯，1983年）第四纪砾石，仅使用额外膨润土水泥灌浆便能将空气损失保持在一定范围内（图10）。
图10 b所示为第三纪沙层的完整隧道。此处可以使用压缩空气，而无需再进行任何灌浆，便可挖掘。
在这两种情况下，空气压力必须与第一层水表面的压力（第一GW）保持相同。
在城市南部边厚厚的砾石层，要求梯度尽可能高，这样隧道不会进入地下水，或只有部分进入。隧道土被则往往只有几米。
当隧道位于第三纪泥灰岩第一地下水位层时，有两个解决方案。第一种情况（图11a），如果泥灰岩覆盖层很薄，那么降低上层地下水（第一GW）和下层地下水（第二GW）水位。
第二种情况，泥灰岩下只有沙层，且已经流失和减压，上层地下水位未被降低便被挖掘。这是受人们青睐和经常使用的解决方案。
已经证明泥灰岩覆盖层第四纪和第三纪之间边界层的掘进昂贵、危险。另一方面，如果使用压缩空气挖掘这些区域，基本上没有什么问题。如果隧道顶部只有薄薄一层泥灰岩层，那么选择空气压力Pi和第一GW水位对应（图12a）。如果存在足够厚的泥灰岩覆盖层，选择内部压力Pi与较低沙层（第2 GW）的测压管压力对应。
最常遇到的情况如图12b所示：利用压缩空气。压缩空气掘进，用于补充较低地下水位降低的情况（第二GW）。
图9 第一地下水系统隧道（1.GW）a）隔水墙之间的水槽脱水；
b）1.GW降低和隧道下方的沙坝去应力（2.GW）
图10 第一地下水系统的隧道（1.GW），使用压缩空气。
a）管道砾石灌浆；b）不使用致密砂岩灌浆的隧道
对于位于较低位置的隧道而言，增加水的压力是必要的，因为空气中的过压应尽可能低，一般低于1bar（韦伯，1983）。此外，降压井使得紧紧封闭的砂质矿体内流动具有了可能性，该过程对向后推地下水是必不可少的。
2.2 支撑措施
已经制定了若干标准设计来支撑隧道。外壳的主要元件是：
――钢骨
――钢丝网喷浆混凝土
――衬板
――钢筋和系统锚杆
双工字钢或相应的通道型钢，甚至格构梁均可用作钢骨。一般说来，连续钢骨之间的距离为1m，与挖掘周期对应。
在第三纪水井脱水的情况下，可以省略在阶梯状工作面区域使用钢骨。他们总是将隧道的屋顶部分建成紧急保护。规定在起拱点连接钢骨。
格构梁（鲍曼和Betzle，1984年）几年前才被人们使用。用压缩空气驱动时，应优选格构梁。其优势是重量较轻，喷射阴影较小，因此和喷射混凝土结合较好，也是喷射混凝土衬砌防水的一个改良方法。这对于空气压力和内衬安装之间的时间而言特别重要。到现在为止，专门使用三角梁。
单轨隧道喷射混凝土衬砌的厚度至少为15cm厚，大横截面混凝土衬砌的厚度为20-30cm。需要混凝土B25，其具有6小时后的早期强度，为5N/mm2。使用钢筋混凝土垫进行加固：一般是加固单层，如果是单轨横截面，加固外侧，如果是较大横截面加固内侧和外侧。加固量介于20和30kg/m3之间。
这些支撑措施是在连续经验和选定的测量结果程序进一步发展（莱斯曼，1978年）的结果。因此，例如，给第一个单轨隧道（图13）的隧道顶部和起拱点加上了一个20cm厚的外壳和更坚固的钢骨。此外，还有每米7系统锚。自那时以来，使用独立的支撑元件，将材料从原来的30%节省到现在的70%。特别是，结果证明可免除耗时的锚。如今即使是大截面，也不再使用锚，尽管仍然用于特殊情况下，如在交叉拱处。
图11 第二地下水系统（2.GW）
隧道在其顶部有一层薄薄的泥灰岩。a）两个灌浆水位降低；
b）止浆垫或顶部冷冻，低层沙土（2.GW）承压水减压。
图12 第二地面水系统（2.GW）隧道掘进使用压缩空气。
a）根据1.GW头部，浅埋隧道Pi；b）深埋隧道
2.GW减压，压力上升为Pi=1bar。
在大横截面中，改进了部分堆积物的形式，隧道横截面达约90m2，开发所谓的两部分掘进代替原来的三部分掘进（图14）。
图13 用于1973年和1983年的单轨隧道支撑措施
（图14）衬板是必要的，因为当土壤的稳定时间太短时，需要使用喷射混凝土支撑作为额外的支撑，使土壤变得有效。
情况如下：
――一般位于第四纪岩石中
――第三纪砂岩屋顶区的全部或部分，裂缝和衰减的泥灰岩层，在第四纪和第三纪之间的过渡地带较常遇到
――在附近的人为干扰区域，如井口或勘探钻孔附近
衬板提前安装于第四纪，而在第三纪，因为抗穿透强度高，通常只能一步一步安装衬板。对于第三纪沉积物顶部的支撑，通常使用“钢筋（或管道）来代替衬板。
图14 开挖方法和大型隧道站线相关的支撑措施。
自1973年以来的演变
2.3 开挖过程
2.3.1 三纪土壤单轨隧道
第三纪泥灰岩和砂石使用两种不同的开挖过程。图15所示为使用阶梯面法进行全断面掘进。顶部至通过一个小窄边最大4.0米）进行梯段和底部的挖掘工作。因此，闭合环的时间是较短。使用一台液压式挖掘机或者是一台铣削装载机挖除软土。
虽然顶部始终以一米的间隔支撑，当土壤条件都不错时，梯段和底部间隔可为2米。为了保留在街区，对私有土地没有要求，单个隧道之间的距离P（立柱）一般保持在较低水平（P不大于6米）。隧道开挖期间，始终牢记邻近隧道掘进的影响，必须规定隧道施工的顺序和规则。
图15 使用阶梯面法在第三纪进行开挖
例如，已经表明，当隧道之间的距离较小时，沉积物显着增加，但交错的同时隧道开挖导致沉积物比平行同时隧道开挖时减少（韦伯，1979年）。
图16 使用坡道到导洞法在第三纪进行开挖
被称为“坡道施工方法”（图16），使用镐式平巷掘进机通过坡道进行顶部和横断面交替挖除软土。站坪基础起拱点处喷射混凝土底梁补偿滞后环合。
为了补偿覆盖不足的泥灰岩，如当从下方或侵蚀沟爆破时，需要使用覆盖层灌浆或冷冻法。应尽可能从表面或灌浆轴进行灌浆或冷冻。在其他情况下，灌浆或液氮冷冻从正面向截面方向进行，如图17所示。由于生态原因，化学灌浆已经不能用，冷冻区不是今天才创建的。使用压缩空气，这些关键区域可无需冷冻（韦伯，1983）。
图17 在第三纪和第四纪之间的过渡地带
的隧道开挖使用冷冻灌浆技术
当使用压缩空气时，不允许使用柴油动力设备。出于这个原因，所有的工作设备，除气动喷涂设备和小型的装置外，都是电动的。交通运输是使用电池供电的机车进行的铁路运输。压缩空气的主要优点是通过支撑工作面，减少沉降，在关键区域掘进时安全性增强。
另一方面，完成空气压力降低后，由于地下水对喷射混凝土外壳的直接符合，掘进现场对承载能力和防水性有严格需求。从经济和静点的角度来看，对外壳是否应该设计为能够承受足够大的水压或结合部分压力降低来减小水压必须在内壳嵌入后才能做出选择。当壳体收到连续监控，观察漏水和可能的损坏时，空气压力分阶段降低（约每小时0.1bar）。当空气在压力下为静止时，清理和填充铺装路面基地是为了能够保持对基础的观察。
2.3.2 第四纪土壤单轨隧道
随着城市站线的建设，位于地势较高岩石层的隧道可能位于地下水上方建设，掘进量有所增加。隧道建成后，目前所有喷射混凝土隧道约有1/3位于第四纪。顶部和梯段开挖在空间和时间上错开。预支护仅用于屋顶部分。使用膨润土水泥灌浆从顶部基底开始，将梯段区所有松散的砾石层紧密联系在一起（图18）。灌浆成功后，在随后进行的挖掘过程中，钢骨仅以2米的间距安装。如果不确定是否已经成功灌浆，梯段钢骨以一米的间隔安装，必要时进行预支护。在特殊情况下（如建筑物或运河下），另外在顶部使用临时仰拱。当遇到砾岩地层时，顶部预支护作业便会产生问题。
图18 使用第四纪砾石头部和梯段法，从头部开始空转灌浆
当隧道所处位置非常高时，自然和人为障碍都要考虑。因此，对于一个作业而言，不仅要考虑碎砖和木头旧的碎料，还要考虑地下车库基础桩。
图19所示为直径为60厘米通过挖掘暴露在外的基础桩。他们承载了约400kN的负荷。这些载荷仍可用于以钢骨加固的外衬。（当穿透桩时，对约5毫米的顶部变动进行了测量。）
图19 穿越一个地下停车场桩群的喷射混凝土衬砌隧道
2.3.3 多轨隧道及站台隧道
一般，使用多个穿孔器进行大截面隧道开挖（克里施克和韦伯，1981年）。开挖及支护与单轨隧道的类似。使用多个穿孔器开挖大型隧道有如下几个原因：
――土壤的稳定时间对开挖横截面的大小有限制
――在许多情况下，仅部分小横截面可实现充分脱水
――多个穿孔器和对其挖掘顺序有目的的选择可以逐步形成宽、浅沉积盆。
截至目前为止，在许多情况下，大剖面（A=75-150平方米）以“三截面”方式开挖隧道（图20）。
首先，开动两个侧穿孔器，并全部使用喷射混凝土衬砌。掘进顶部和挖掘中心区，从而侧隧道内墙面被再次挪开。（挖掘设备的选择对部分堆积物的大小产生影响。其横截面面积为20至35平方米，它们几乎和单轨隧道一样大）。
图20 第三纪大型隧道侧壁导坑法（A=75-150平方米）
如果隧道横截面面积达90平方米，且具有良好的土壤条件，可进行一个两步骤的隧道开挖过程（图21）。这只有一个上述提到的侧隧道，和后面一个间隔至少为10米的隧道。
图21 第三纪中具有类似截面（A=50-90平方米）
的双轨隧道和地铁站施工方法
图22 使用喷射混凝土支护挖掘横截面面积为
A=176平方米的地铁站的顺序
建设一个两室、横截面为176平方米开挖面、部分使用最终建筑的例子，是中间有一个平台的车站隧道（图22）。首先建造一个44平方米（一）大型的中间隧道。稍后支撑建设（地板梁、支架、屋脊梁）建成。同时，两个掘进侧隧道（III，IV），每个具有挖掘横截面为32平方米。挖掘侧隧道之间的和中央支护，两个顶部（V，VI），其它中心挖掘，其中每个都是34平方米。
2.4 内衬施工
外衬定位后，所有隧道都具有一个防水混凝土的加强混凝土外壳（克里施克，1982年）。两部分使用具有大型隧道横截面的内壳：仰拱和拱顶。如果是单轨隧道，使用全圆角模板在一个单独的灌内进行混凝土浇筑。
图23 最后衬砌的双轨隧道显示防止噪声传播的弹性支承的轨道槽
内衬以10米的块构造而成，并直接在外衬上浇注混凝土。尽管与粗糙的外衬层直接连接，必须使用相应的混凝土浇筑技术，以获得足够的防水效果。但是，不可忽视隔离湿点。必须通过灌浆进行防水。
在多轨横截面的情况下，内衬约50厘米厚（加固含量为约65公斤混凝土每立方米）；单轨隧道中，厚度约为35厘米（加固含量为40公斤混凝土每立方米，对于位于较高位置的隧道，钢材约为60公斤混凝土每立方米）图23显示了已完成的双轨隧道站线，两个单轨隧道都有内衬，和弹性支承预制轨道。后者影响隧道建设轨道上层建筑的脱扣，保护上方或附近建筑物摆动，保证地铁的安全运行。这些也成为人们对于接受地铁线建设的一个先决条件。
3 喷射混凝土法实务经验评价
在本节中，从使用喷射混凝土法规划和执行地铁线路的实际经验可以有更进一步的了解。该经验已经在被连续使用了12年，在该过程中，修建了34公里单轨和4公里多轨隧道和车站隧道。在困难重重，但大致类似的地质和水文地质条件下开展的工作中，证明了下方陈述的统计支持：
3.1 招标和决标，各种不同的方案
在授权建设地铁的基础上，地铁委员会（U-Bahn-
Referat）起草了建议招标和单独作业价格清单。这些招标文件对结构内容、施工方法和施工作业的顺序包括交通需求因素作了详细介绍。从而在大多数情况下，可避免耗时和昂贵的重新规划，并且可以更加准确和迅速地判断各种不同的方案。
招标必须公开和公正。不合格的投标者参与相对较少到现在为止，在价格优惠的情况下排除这类投标者不会导致任何困难。
一般可采纳各种不同的方案和部分不同的方案，只要投标人在正式设计的基础上提交一个主要投标书。不过，它们应该包含技术改进，并加以阐述，直至可在技术上和经济上对其进行明确地评估。归结为官方建议数量减少的仿冒的供选择的建议可当即拒绝。决标机构对各种不同方案积极的态度提升了承包商进行创新的战备状态。必须增加双方可接受的风险限制和相应的合约规范，使所涉及的风险清晰、明确。第一次使用一个新的施工方法，承包商和决标机构之间的一个理解良好的合作是十分必要的。这特别适用于安全性问题。如果在人口稠密的市区内建设隧道，承包商和业主的风险评估和有远见的工程思维是必不可少的，且优先于经济因素。这样，由于经过技术考核和实际测试的一个创新的想法，在经过可能的修改后，可以实现一个新的技术标准。
图24显示了这样发展的经济结果与1968至1973年的隧道测量结果有显著不同。1973年，使用一个25厘米厚的喷射混凝土外壳的站台地道首次被接受。决标是在施工方法在一个可用的60米长的测试站线上首次被测试的规定下做出的。通过使用喷射混凝土施工方法，所需横截面的挖掘比率可从2.3降低到1.3。
图24 传统和先进的双轨隧道设计
a）建造于1968年，涉及150m2的开挖面
b）建造于1979年，仅设计75m2的开挖面
当使用喷浆混凝土法挖掘隧道时，喷射混凝土的早期强度的发展是决定性的因素，因为开挖周期和可达到的挖掘速度明显受其影响。
同时，喷射混凝土必须获得28天的足够强度，因为它往往在一年或更长时间内都要作为挖掘空间的支护，直到成功嵌入内衬。到现在为止，已经专门采用了干式喷涂工艺。结果表明，在检查的过程中，一般，生产强度为28天的喷射混凝土的各种混凝土配方都比较不易组合。表明早期强度发展往往造成轻度硬化的混凝土配方（图25）。另一方面，对于在前几个小时内强度增加缓慢的混合物而言，其后通常会有非常好的硬化效果。混合物B单轴28天的抗压强度（350kg/m3，6%Fluresit加速剂，可快速硬化）比混合物A（370kg/m3的波特兰高炉水泥35L，4%MC-
Sprayaid加速剂使硬化缓慢）要低25%。在这方面值得注意的是，强度发展不仅受到水泥种类和强度等级的影响，还受加速剂种类和添加剂数量的影响。例如，促进剂种类和数量相同，水泥的类型和硬度等级相同，但来自不同的工厂，通常也会产生非常不同的强度的结果。
图25 喷射混凝土衬砌
不同混合物的单轴抗压强度平均值：混合物A：HOZ 35L，370kg/m3，喷射助剂4%的水泥用量（公斤重）；混合物B：PZ 45F，350kg/m3，Fluresit，6%的水泥含量（公斤重）；混合物C：PZ35F，380kg/m3，Guttacrete，3%的水泥用量（公斤重）
喷射混凝土配方B（v.上述）和C（380kg/m3，PC 35 F，3%Guttacrete加速剂）共用于慕尼黑地铁的五项作业中，提供全面的测试结果，从而对强度进行统计评价。
图26所示的统计信息基于每时步约450个个体价值的平均值。前几个小时，使用凯因德尔-麦斯特试验设备确定了强度发展。对于超过3天的值，测试会在岩心进行。置信区间内，统计中90%的所有测试结果为平均值。这可以看出，使用更快的强度发展混合物的平均偏差有一定的增加，主要是在早期强度时。
图26 喷射混凝土衬砌。A和B混合物90%的置信区间
3.2 安全注意事项
没有人会否认，在人口稠密的市区，通常情况下，隧道开挖在地铁建设中，是一项充满危险和安全问题的工作。几年前，发生了几起事故，尽力提高安全标准（成功了）。其出发点是仔细的事故分析，确定事故原因，制定预防措施，以避免再次发生类似事故。
除了人为错误，一系列特殊的外部情况也很危险。这些情况在图27中显示。
图27 在慕尼黑进行隧道开挖时，严重危险a到g表示风险来源
b）点至d）点是指第三纪掘进，f）和g）点是指第四纪掘进，a）和e）是与所有土层有关的风险。
a）进场区域自然土壤干扰（明挖、轴），如土壤锚。
b）泥灰岩地层存在不可预见的侵蚀沟，这会降低泥灰岩覆盖层，从而与含水疏松岩石建立连接。
c）第三纪砂岩矿体是未知的，因此不会降压（第二GW）。
d）第三泥灰岩过渡地带的和水资源丰富的第四纪岩石沙层隧道掘进。冷冻不充分的物体或薄浆层太脆弱，但也会构成特定风险。
e）隧道临近地区的降水井。它们可能引起强大的水流和材料清洗。
f）存在具有均匀的内核直径（卵石）的岩石矿体或梯段，从而显示既不真实也不明显的凝聚力。
g）隧道脊区的渠道、排水管和人工填充构成进一步的坍塌危险。
事故原因分析表明，如果塌积物占地下水总量的95%，那么这是主要危险（克瓦里等人，1982年）。如果这些材料占60%，隧道区内存在异物是最危险的伴随因素。人类的全面失败推动了事故的进一步发展。
必须使用适当的技术措施和严格的检查对此类危险进行反击。但除了这些纯粹的技术措施外，还必须一次又一次地加重现场所有人的可能存在危险的意识，以此来消除漠不关心的态度，因为经验表明，发展伴随着危险活动的连续出现。
为了达到这个目的，研究出与危险有关的有远见的方式概念，一般类似于一份清单，规定了现场定期强制检查，并需要记录。这个概念的核心由以下内容组成：
――整个作业的安全计划，作为一个特别重要的因素，有具体的危害描述。
――每周由承包商以书面形式制定一个隧道预后，说明下一周的隧道工程作业内容，并提交给工头。
从而，这些负责人会被迫注意在不久的将来隧道开挖步骤问题，并提前处理这些问题。
3.3 测量程序，测量结果
测量工作对于城市内隧道施工而言十分重要。仔细进行现场测量规划和执行，测量结果解释，提高了安全性和经济性。
一项作业的典型的测量程序被分为以下意见
――地形表面
――附近结构（建筑物，相邻隧道等）
――隧道内
――隧道周围的土壤
以下设备、仪器：
――矫直机（表面横向和纵向沉积盆，以及隧道波峰下沉和地面上升）
――沉降测斜仪（建筑物倾斜测量）
――带因瓦尺的收敛设备测距仪（隧道水平和垂直收敛）
――经纬仪（带角度光学测量的收敛）
――滑动千分尺（沿钻洞中空空间附近土壤的应变分布）
“TRIVEC”钻孔测温探头（土壤中沿水平钻孔的所有三个位移矢量分布）
当现场测量和所使用仪器的系统学用于慕尼黑时，其已经在其他地方进行了处理（克瓦里等人，1982年）。
在第三纪沉积物两个单轨隧道掘进期间表面的沉降物测量结果已经首先表明，所有掘进顺序对沉积物总量有重大影响（韦伯，1979年，图28）。
如果两个并排布置的隧道不同时挖掘，但实践上总量要错开25至50米，那么总沉降量降低了20%至25%。与此同时，沉降盆的梯度变得缓和。
然而，两个隧道之间支柱的宽度（P）对沉降量也有影响。立柱越薄，沉降总量越大。通过使用滑动千分尺对两个隧道之间的立柱进行测量，可以精确地观察这种影响（图29）。例如，一根立柱5.5米宽，一个覆盖物14米宽，结果表明大约2/3的表面沉降物可保证当挖掘第二隧道时，以前挖掘的隧道可以归于立柱区的压缩。
多轨隧道的情况下，通过合适选择开挖程序可降低由于浅层沉淀池的不断发展引起的沉降。需要时，可考虑将内衬作为支持。沉降盆如何由不同的堆积物构成可以看图31，站线中两个隧道区域一个单轨截面面积为150平方米，图30，横截面积为176平方米的大型车站隧道。
图30 由于挖掘不同阶段造成的地表沉降（第三纪隧道）
图31 由于挖掘不同阶段造成的地表沉降（第三纪隧道）
喷射混凝土法的一个重要的进一步发展是其与压缩空气组合作为一种脱水手段。这种施工方法，于1978年在慕尼黑首次实验成功。从那以后，使用此方法执行了5个作业（韦伯，1983年）。在对沉降物极其敏感的建筑物下开挖奥登广场地铁站前（莱斯曼等人，1986年），使用站线测试法（在3个相互不受影响的测量横截面进行表面平整和滑动千分尺测量）对计划的隧洞施工方法的适用性进行了调查（Amstad和克瓦里，1984年）。从图32可以看出，使用压缩空气时，沉降盆梯度几乎减小了一半，沉降值也同样减小了几乎一半。
图33中的滑动千分尺测量为上述内容提供了解释：
――地面沉降是发生在隧道周围土壤的压缩所致。
――当在压缩空气下掘进时这种压缩比在大气压力下掘进要小得多。
由于增加压缩应变而导致的土壤沉降确定通过调整获得的沉降值。
图32 隧道中大气压力和压缩空气条件下的沉降槽（A=80平方米）
图33 隧道中大气压力和压缩空气条件下的地面变形。
a）沿挖孔的应变分布；b）沿挖孔的垂直位移
使用压缩空气喷射混凝土法对隧道挖掘工程进度有何影响？为了回答这个问题，从单轨隧道中选出两个作业分别在大气压力下和压缩空气下挖掘。表2显示，进度高峰在第一个作业中，在大气压力下获得，在第二个作业中，在压缩空气下获得。
表2 第三纪，单轨隧道挖掘进度
ATM：大气压力；CA：压缩空气。*5天工作周。
然而，很显然，在这两项作业中，在压缩空气下比在大气压力下进行平均进度要高很多。显然这一结果的决定性因素，其中包括：
――在隧道口采取脱水措施
――由于材料气闸瓶颈，严格组织施工操作的义务
――在大气压力下进行的5项作业的每周记录进度和在压缩空气下进行的隧道挖掘的4项作业已经开辟了一个统计评估的可能性。所示的评估基于第三纪单轨隧道，隧道总长度为1470m，无压缩空气和2230m，有压缩空气。
――高斯粒度分布曲线（图34）清楚地表明，在压缩空气下，不仅获得的每周隧道进度的平均值较高，而且成就值的平均偏差较小。压缩空气下隧道挖掘平均速度整体增加，从而也大大降低了工期和成本风险。
图34 使用和不使用压缩空气的单轨隧道进展
速度p和q是置信界限的80%
3.4 成本因素
使用压缩空气喷射混凝土法，经济问题自然出现。在5个作业中，压缩空气隧道挖掘投标为0.5%-6.5%，低于常压下的作业。表3中所做的三项关于大气压力和压缩空气压力下开挖隧道的成本分担作业（招标1982/83）表明在大气压力下使用灌浆或冷冻方式进行脱水的成本相对较高，超过了在压缩空气下进行隧道挖掘和装备现场增加的费用，使压缩空气隧道开挖的总体成本更有利。
表3
*站线由两个单轨隧道组成。
表4表明在大气条件下对地下水以上第四纪掘进的成本发展（招标1984/85），如在延伸线区域中进行的掘进。可以看出，虽然砾石掘进存在很大困难，但没有地下水可能会导致成本大大降低。
表4
4 结语
在所描述的经验基础上，可以判定，喷射混凝土法，特别是与压缩空气相结合，已经在慕尼黑的底土中证明了自己。在水文地质问题上，安全性已经增加，沉降物降低，这样可以在对沉降物敏感的结构下挖掘隧道，而不对其造成损害。此外，使用压缩空气进行喷射混凝土隧道开挖对环境损害较小，因为没有必要再钻孔和操作井。
其副作用是喷射混凝土挖掘隧道会导致开采建设成本降低，这起初是明挖法成本的两倍。因此，采用喷射混凝土支护进行的地铁隧道施工在慕尼黑地铁网络的进一步扩大发挥重要作用。
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