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地铁建设与施工是一项复杂的工程技术,需要各行业各领域的专家齐心协力开展研究。从目前国内外地铁施工的情况来看,地铁施工中主要有以下的几种方法。
明挖施工法
明挖法是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上的顺序依次施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。通常在地面条件允许的情况下,地铁区间隧道宜采用明挖法,但此法对社会环境影响很大,仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用,现已较少采用。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法,明挖法施工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,因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护,防止地表沉降,减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济,常被用为首选方案。但缺点也是明显的,如阻断交通时间较长,有噪声与振动等对环境的影响。
暗挖施工法
暗挖法是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛。
钻爆法 我国地域辽阔、地质类型多样,如重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中,广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中,这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法。钻爆法施工的全过程可以概括为:钻爆、装运出碴,喷锚支护,灌注衬砌,再辅以通风、排水、供电等措施。在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手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸,钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法。防水基本采用截、堵、排等几种方法,其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板,然后再灌注二次混凝土衬砌。这被认为是一种效果良好的防渗漏措施。
盾构法 我国应用盾构法修建隧道始于20世纪50-60年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道,采用的是比较老式的盾构机。20世纪80年代末、90年代初,我国开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点。目前,该方法已经在我国的地铁建设中得到了迅速的应用。按盾构断面形状不同,可将其分为:圆形、拱形、矩形、马蹄形四种。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好,衬砌拼装简便,可采用通用构件,易于更换,因而应用较为广泛。据有关资料显示,我国盾构掘进速度最高已达到月进400米以上,平均进度一般为月进160~240米。盾构法的主要优点是施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪声和振动影响。盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,土方量少,施工易于管理,用工量较少。穿越河道时不影响航运,施工不受风雨等气候条件的影响。尤其在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道时,盾构法具有较高的经济与技术上的优越性。
新奥法 这种方法是奥地利隧道施工方法的简称,在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。用该方法修建地下隧道时,对地面干扰小,工程投资也相对较小,已经积累了比较成熟的施工经验,工程质量可以得到保证。新奥法充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控,指导地下工程的设计施工。使用此方法进行施工时,对于岩石地层,可采用分步或全断面一次开挖,锚喷支护和锚喷支护复合衬砌,必要时可做二次衬砌;对于土质地层,一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌,在有地下水的情况下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。
浅埋暗挖法 它又称矿山法,起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程,是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上,针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。它是一种于城市地区松散土介质围岩条件下,对隧道埋深小于或等于隧道直径的隧道进行很小的地表沉降修筑的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,污染少、噪声小,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。
顾名思义,浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力,采取适当的支护措施,使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法,主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质条件。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序,现被施工单位普遍采纳。
浅埋暗挖法在有水条件的地层中可广泛运用,加之国内丰富的劳动力资源,在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广,已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道,而且在大跨度车站的修筑中有相当的应用。此外,该方法也广泛应用于地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。
明挖施工法
明挖法是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上的顺序依次施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。通常在地面条件允许的情况下,地铁区间隧道宜采用明挖法,但此法对社会环境影响很大,仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用,现已较少采用。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法,明挖法施工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,因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护,防止地表沉降,减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济,常被用为首选方案。但缺点也是明显的,如阻断交通时间较长,有噪声与振动等对环境的影响。
暗挖施工法
暗挖法是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛。
钻爆法 我国地域辽阔、地质类型多样,如重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中,广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中,这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法。钻爆法施工的全过程可以概括为:钻爆、装运出碴,喷锚支护,灌注衬砌,再辅以通风、排水、供电等措施。在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手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸,钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法。防水基本采用截、堵、排等几种方法,其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板,然后再灌注二次混凝土衬砌。这被认为是一种效果良好的防渗漏措施。
盾构法 我国应用盾构法修建隧道始于20世纪50-60年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道,采用的是比较老式的盾构机。20世纪80年代末、90年代初,我国开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点。目前,该方法已经在我国的地铁建设中得到了迅速的应用。按盾构断面形状不同,可将其分为:圆形、拱形、矩形、马蹄形四种。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好,衬砌拼装简便,可采用通用构件,易于更换,因而应用较为广泛。据有关资料显示,我国盾构掘进速度最高已达到月进400米以上,平均进度一般为月进160~240米。盾构法的主要优点是施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪声和振动影响。盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,土方量少,施工易于管理,用工量较少。穿越河道时不影响航运,施工不受风雨等气候条件的影响。尤其在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道时,盾构法具有较高的经济与技术上的优越性。
新奥法 这种方法是奥地利隧道施工方法的简称,在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。用该方法修建地下隧道时,对地面干扰小,工程投资也相对较小,已经积累了比较成熟的施工经验,工程质量可以得到保证。新奥法充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控,指导地下工程的设计施工。使用此方法进行施工时,对于岩石地层,可采用分步或全断面一次开挖,锚喷支护和锚喷支护复合衬砌,必要时可做二次衬砌;对于土质地层,一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌,在有地下水的情况下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。
浅埋暗挖法 它又称矿山法,起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程,是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上,针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。它是一种于城市地区松散土介质围岩条件下,对隧道埋深小于或等于隧道直径的隧道进行很小的地表沉降修筑的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,污染少、噪声小,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。
顾名思义,浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力,采取适当的支护措施,使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法,主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质条件。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序,现被施工单位普遍采纳。
浅埋暗挖法在有水条件的地层中可广泛运用,加之国内丰富的劳动力资源,在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广,已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道,而且在大跨度车站的修筑中有相当的应用。此外,该方法也广泛应用于地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。