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【摘 要】 地铁建设是新城市交通建设的重中之重,其投资之大建设规模之大都要求我们在选用施工方法的时候认真考虑所有因素,兼顾经济和速度的要求,选择最合适的方法,建设出高质量的工程。本文对其技术要点做出了分析。
【关键词】 地铁施工技术;方法分析
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。现在多采用盾构法和浅埋暗挖法。浅埋暗挖法是一种适合不同断面、造价偏低、灵活多变的施工方法;盾构法在较软弱、富含流砂之地、断面不变的区间应用,设备一次性投入大,但施工速度快,是今后应推广的施工方法。
1、明挖法
明挖法是从地表面向下开挖,在预定位置修筑结构物方法的总称。明挖法的结构形式一般是纵向连接的箱形结构,中间构件多采用柱结构或者壁结构,断面形状多视隧道的使用要求而定。
明挖法施工场地一般在地下水面以下,所以施工时需要先降低地下水位,这个工作一直要持续到地下结构完工进行回填土时为之。降低地下水位的方法有两种,一种是集水坑排水降水法,即沿基础坑底范围外开挖排水沟,沿排水沟每隔一段距离挖一个集水坑,地下水通过集水坑、排水沟排到外部区域;另一种方法是井点降水法,根据不同的排水原理可以分为轻型井点、深井点、喷射井点、真空井点、电渗法。明挖法最关键环节的是边坡的支护形式,根据支护形式的不同可以分为敞口放坡、型钢支护、灌注桩支护、土钉支护和混凝土和钢结构内支护等,不同的支护形式的花费不同,工期也有很大差异。完成降水工作和边坡支护后就开始进行土方开挖,对建筑结构进行安装,做适当的防水工程,最后是土方回填,恢复上部原貌。
2、盖挖法
盖挖法是利用围护结构和支撑体系,在较繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路面交通,在其下进行车站施工工法。盖挖法也成为修建车站的主要方法,在世界上盖挖法修建车站占有很大比例,采用这种方法,在北京、上海、南京、广州等修建了近10余座地铁车站。盖挖法具有占用场地时间短,对地面干扰小和施工安全等优点;适用于车站上面有高层建筑、埋深较大的地铁车站,如上海地铁新闸门路站;缺点是施工工序复杂、交叉作业和施工条件差等。
3、盾构法
1)进行盾构施工时,先在施工段的起始端和终止端各建一个工作井,作为盾构的安装和拆卸工作。将盾构部件吊装进起始工作井,盾构在工作井中安装就位,依靠盾构千斤顶推力将盾构从起始工作井的墙壁处推出,此时千斤顶的反力通过临时组装的管片或者钢制后背传给后面的竖井壁或围岩,盾构在地层中沿着设计轴线推进,在推进的同时不断出土或出泥,同时安装衬砌管片,及时向衬砌背后的空隙注浆,防止地层移动和固定衬砌环位置。当盾构沿所定的线路推进到工作井的到达面时,要降低推进速度采用微速前进,结合盾构的推力对到达面的影响,以及从盾构机和到达壁面的空隙中流失土、砂和涌水的可能性,要制定合适的到达方法,最后盾构进入接收工作井并被拆除卸装。需要注意的是,在盾构的过程中,当盾构需要调转方向或者遇到曲率较大的线路,需要设置中间竖井和方向变换井,同时要注意盾构行进过程中反力作用于衬砌上,要根据衬砌构件的强度,尽力发挥千斤顶的推力作用,当采用的推力可能损害衬砌等后方结构物时,应对衬砌进行加固,或者采取一定的措施。
2)盾构综合法修建地铁车站
国外已经采用了配合盾构法修建地铁车站的施工方法,这种施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通,再在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站;或直接利用大直径盾构机或连体盾构机修建地铁车站。配合盾构法修建地铁车站的优点是可充分有效地利用盾构设备,达到进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期,从总体上较大幅度地降低工程造价的目的,从而使得盾构法在城市地铁工程中得到了大规模的采用;这种施工方法适用于市区深埋车站和线路交汇处换乘下层站等。目前世界上最先进的盾构,适合于复杂多变的地层。混合盾构具有特殊大刀盘的盾构,已在广州地铁工程中应用并获得成功。
4、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。浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理,初次支护按承担全部基本荷载设计,二次模筑衬砌作为安全储备;初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。浅埋暗挖法强调预支护、及时支护,控制地面沉降,保证施工和周边建(构)筑物的安全。浅埋暗挖法主要靠人工施工,机动灵活,对工程的适应性强,可作成各种结构型式,但其施工速度较慢,在地质情况较差的情况下要采取辅助施工措施。
浅埋暗挖法主要适用于土质软弱或者无胶结的砂、卵石等第四纪地层中。对于高水位的类似地层,采取堵水或降水、排水等措施后仍能适用。尤其对都市城区在地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管道密布且对地表沉陷要求严格的情况下,修建地下铁道、地下过街道等更为适用。
5、新奥法
新奥法(NATM)是新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”。采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,工程质量也得到了较好的保证。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,在有地下水的条件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。
6、钻爆法
我国地域广大、地质类型多样,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开挖、喷锚支护。
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,例如:上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正臺阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破,有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护,有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。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,再灌注二次混凝土衬砌,被认为是一种效果良好的防渗漏措施。
7、辅助工法
1)降水施工技术。目前采用的降水方法主要有表面排水和井点降水,近来又发展了水平井降水。地下空间降水主要采取的降水施工技术有:表面排水法、轻型井点法、深井泵井点法、渗井井点法、电渗井点法及水平井降水法等。
2)注浆技术。注浆主要用于结构止水或加固地层,注浆方式一般有软土分层注浆、小导管注浆、帷幕注浆等。一般的注浆材料有普通水泥、超细水泥、水泥水玻璃、改性水玻璃、化学浆等。注浆作业可概括为充填或裂隙注浆、渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆四类。根据注浆材料的不同,又可分为单液注浆和双液注浆。
3)高压旋喷注浆技术。高压旋喷主要用于地层加固,如:盾构法隧道的始发和到达端头常用高压旋喷注浆加固;还有地铁隧.
8、结束语
随着城市化进程的提速,我国许多大中型城市的轨道交通建设计划,也快速地付诸实施,它极大地拓展了城市的区域范围,缩短了物流、人流和信息流的消耗时间,提高了城市公共交通的效率。社会迫切等待着地铁的发展,而地铁的发展又必须有施工技术做支持,掌握其技术要点,建设好地铁工程。
参考文献:
[1]夏明耀.地下工程设计施工手册.北京:中国建筑工业出版社,1999.
[2]刘招伟,王梦恕.浅埋暗挖法修建地下工程中几个问题的探讨.见:铁道部隧道工程局科技大会论文集,1999.
[3]罗富荣.地铁区间隧道的信息化设计.见:中铁隧道集团总工办编.地下工程、桥梁、道路新技术,2001.
【关键词】 地铁施工技术;方法分析
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。现在多采用盾构法和浅埋暗挖法。浅埋暗挖法是一种适合不同断面、造价偏低、灵活多变的施工方法;盾构法在较软弱、富含流砂之地、断面不变的区间应用,设备一次性投入大,但施工速度快,是今后应推广的施工方法。
1、明挖法
明挖法是从地表面向下开挖,在预定位置修筑结构物方法的总称。明挖法的结构形式一般是纵向连接的箱形结构,中间构件多采用柱结构或者壁结构,断面形状多视隧道的使用要求而定。
明挖法施工场地一般在地下水面以下,所以施工时需要先降低地下水位,这个工作一直要持续到地下结构完工进行回填土时为之。降低地下水位的方法有两种,一种是集水坑排水降水法,即沿基础坑底范围外开挖排水沟,沿排水沟每隔一段距离挖一个集水坑,地下水通过集水坑、排水沟排到外部区域;另一种方法是井点降水法,根据不同的排水原理可以分为轻型井点、深井点、喷射井点、真空井点、电渗法。明挖法最关键环节的是边坡的支护形式,根据支护形式的不同可以分为敞口放坡、型钢支护、灌注桩支护、土钉支护和混凝土和钢结构内支护等,不同的支护形式的花费不同,工期也有很大差异。完成降水工作和边坡支护后就开始进行土方开挖,对建筑结构进行安装,做适当的防水工程,最后是土方回填,恢复上部原貌。
2、盖挖法
盖挖法是利用围护结构和支撑体系,在较繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路面交通,在其下进行车站施工工法。盖挖法也成为修建车站的主要方法,在世界上盖挖法修建车站占有很大比例,采用这种方法,在北京、上海、南京、广州等修建了近10余座地铁车站。盖挖法具有占用场地时间短,对地面干扰小和施工安全等优点;适用于车站上面有高层建筑、埋深较大的地铁车站,如上海地铁新闸门路站;缺点是施工工序复杂、交叉作业和施工条件差等。
3、盾构法
1)进行盾构施工时,先在施工段的起始端和终止端各建一个工作井,作为盾构的安装和拆卸工作。将盾构部件吊装进起始工作井,盾构在工作井中安装就位,依靠盾构千斤顶推力将盾构从起始工作井的墙壁处推出,此时千斤顶的反力通过临时组装的管片或者钢制后背传给后面的竖井壁或围岩,盾构在地层中沿着设计轴线推进,在推进的同时不断出土或出泥,同时安装衬砌管片,及时向衬砌背后的空隙注浆,防止地层移动和固定衬砌环位置。当盾构沿所定的线路推进到工作井的到达面时,要降低推进速度采用微速前进,结合盾构的推力对到达面的影响,以及从盾构机和到达壁面的空隙中流失土、砂和涌水的可能性,要制定合适的到达方法,最后盾构进入接收工作井并被拆除卸装。需要注意的是,在盾构的过程中,当盾构需要调转方向或者遇到曲率较大的线路,需要设置中间竖井和方向变换井,同时要注意盾构行进过程中反力作用于衬砌上,要根据衬砌构件的强度,尽力发挥千斤顶的推力作用,当采用的推力可能损害衬砌等后方结构物时,应对衬砌进行加固,或者采取一定的措施。
2)盾构综合法修建地铁车站
国外已经采用了配合盾构法修建地铁车站的施工方法,这种施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通,再在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站;或直接利用大直径盾构机或连体盾构机修建地铁车站。配合盾构法修建地铁车站的优点是可充分有效地利用盾构设备,达到进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期,从总体上较大幅度地降低工程造价的目的,从而使得盾构法在城市地铁工程中得到了大规模的采用;这种施工方法适用于市区深埋车站和线路交汇处换乘下层站等。目前世界上最先进的盾构,适合于复杂多变的地层。混合盾构具有特殊大刀盘的盾构,已在广州地铁工程中应用并获得成功。
4、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。浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理,初次支护按承担全部基本荷载设计,二次模筑衬砌作为安全储备;初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。浅埋暗挖法强调预支护、及时支护,控制地面沉降,保证施工和周边建(构)筑物的安全。浅埋暗挖法主要靠人工施工,机动灵活,对工程的适应性强,可作成各种结构型式,但其施工速度较慢,在地质情况较差的情况下要采取辅助施工措施。
浅埋暗挖法主要适用于土质软弱或者无胶结的砂、卵石等第四纪地层中。对于高水位的类似地层,采取堵水或降水、排水等措施后仍能适用。尤其对都市城区在地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管道密布且对地表沉陷要求严格的情况下,修建地下铁道、地下过街道等更为适用。
5、新奥法
新奥法(NATM)是新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”。采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,工程质量也得到了较好的保证。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,在有地下水的条件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。
6、钻爆法
我国地域广大、地质类型多样,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开挖、喷锚支护。
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,例如:上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正臺阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破,有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护,有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。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,再灌注二次混凝土衬砌,被认为是一种效果良好的防渗漏措施。
7、辅助工法
1)降水施工技术。目前采用的降水方法主要有表面排水和井点降水,近来又发展了水平井降水。地下空间降水主要采取的降水施工技术有:表面排水法、轻型井点法、深井泵井点法、渗井井点法、电渗井点法及水平井降水法等。
2)注浆技术。注浆主要用于结构止水或加固地层,注浆方式一般有软土分层注浆、小导管注浆、帷幕注浆等。一般的注浆材料有普通水泥、超细水泥、水泥水玻璃、改性水玻璃、化学浆等。注浆作业可概括为充填或裂隙注浆、渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆四类。根据注浆材料的不同,又可分为单液注浆和双液注浆。
3)高压旋喷注浆技术。高压旋喷主要用于地层加固,如:盾构法隧道的始发和到达端头常用高压旋喷注浆加固;还有地铁隧.
8、结束语
随着城市化进程的提速,我国许多大中型城市的轨道交通建设计划,也快速地付诸实施,它极大地拓展了城市的区域范围,缩短了物流、人流和信息流的消耗时间,提高了城市公共交通的效率。社会迫切等待着地铁的发展,而地铁的发展又必须有施工技术做支持,掌握其技术要点,建设好地铁工程。
参考文献:
[1]夏明耀.地下工程设计施工手册.北京:中国建筑工业出版社,1999.
[2]刘招伟,王梦恕.浅埋暗挖法修建地下工程中几个问题的探讨.见:铁道部隧道工程局科技大会论文集,1999.
[3]罗富荣.地铁区间隧道的信息化设计.见:中铁隧道集团总工办编.地下工程、桥梁、道路新技术,2001.