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【摘 要】 在修建城市地铁车站的过程中,选择何种的施工方案要收到诸多因素的限制。例如,城市的道路情况、城市的交通情况、地面建筑物布局、环境保护的措施和力度、施工机械的具备程度、建设资金等等。通常而言,大跨地铁车站要比常规的普通桥梁工程和隧道工程克服更大的施工难度、花费更高的工程施工费用、要求更高的施工技术水平。在修建大跨地铁车站时,采用浅埋暗挖法是比较不错的选择,主要的施工程序包括地层的预支护以及预加固、土方开挖施工、初期支护以及二次衬砌等等。但是大跨地铁车站往往具有比区间隧道更加的复杂的结构断面形式,更大的断面尺寸、更加严格的地表沉降控制。所以,必须要科学合理地选择支护技术及其有关施工工艺。
【关键词】 浅埋暗挖;施工技术;大跨地铁车站
1 概述
地铁车站在城市中修建的施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、环境保护、施工机具以及资金条件等因素的影响很大,比一般隧道、桥梁工程的施工技术要求更高、难度更大、造价也更贵。其方法有很多种,包括明挖法、暗挖法和盖筑法等等。采用暗挖法的优点是可以避免大量的拆迁改移工作,避开地下管线、桥桩、建筑物桩基等地下建筑物的影响,而且能够将施工对地面交通的干扰减少到最小。浅埋暗挖法修建地铁车站,开挖程序包括地层预支护和预加固、土方开挖、初期支护及二次衬砌等,但是车站的结构断面型式比区间隧道复杂,断面尺寸比区间隧道大,地表沉降控制相对更严,因此采用合理的支护技术和施工工艺相当重要。在进行地铁车站暗挖法施工时,有很多施工工法供选择,如侧洞法施工、中洞法施工及PBA法施工等。
2 地质条件
车站位于某河冲洪积扇中部地带,地下水位高,地质条件差。场地地层由上至下依次为:人工堆积成、粉土填土层、分图层、中粗砂层、卵石圆砾层、粉细砂层、粉质黏土层、黏土层、细石中砂层交错层叠。上层滞水水位埋深为6.86m。主要为大气降水、绿地灌溉水垂直渗透和管沟渗漏补给。潜水水位埋深为11.63m~12.84m。受地层影响,潜水滞水丰富。承压水水位埋深为14.02m~15.94m。
3 浅埋暗挖施工概念及现状
浅埋暗挖法顾名思义,是以底层加固和柔软的底层处理作为前提条件,充分的采用复合式缝合衬砌结构,进行科学而合理的开挖方式,这种施工设计与施工控制的主要目的是我了保证施工安全,防止地面下沉,其灵活多样的施工设计可以避免扰民、扰乱交通、破坏环境导尿等多种施工问题。就目前而言,非常适合我国国情。在我国近几年的地铁施工建设项目中,浅埋暗挖施工方法得到广泛的应用,城市地铁区间隧道、地铁车站。车站的出口入口、超大跨地铁车站等工程设计和施工中普遍使用,并受到了了良好的效果。
目前,我国城市地铁车站建设普遍存在底层损失导致地面移动明显,对周围环境造成一定影响的现状,而浅埋暗挖法应用于城市地铁、地下商业街等工程施工建筑时,因为施工所处地段常常处于周围建筑物弥补、地下管线错综,并且地下结构通常处于交通繁忙道路和地下管线的正下方,导致地下工程施工过程中不可避免的对土层岩体产生严重的影响,因此施工中因为技术问题会导致一些事故发生,尤其是地面下沉系统控制非常关键,长出现的问题主要集中在三方面:(1)地下工程所处的岩土地质环境非常复杂,影响因素较多;(2)地下工程施工时引起的地面沉降具有时空效应,是一个连续渐变的过程;(3)地面沉降是一个三维全方位的沉降过程,不但有横向沉降,还有纵向沉降,作用机理非常复杂。
4 浅埋暗挖超大跨地铁车站施工控制技术
4.1中洞法施工及控制技术
4.1.1中洞法施工原理
中洞法施工常常时很多超大跨地铁车站建筑中浅埋暗挖的一种典型方法,当一些车站的商法需要穿越粉质黏土层的时候,或者粉细沙层,而车站底板坐落于粉质黏土层和圆砾层,车站范围内分布有上层滞水、潜水、承压水,当遇到这些情况时采用中洞法非常有利,可以有效的拜托施工环境破坏的同时,对地铁车站的施工质量带来安全保障。
4.1.2车站主体结构设计
采用中洞法施工一般车站结构为三拱两柱双层符合衬砌结果,主体结构立柱采用钢管柱,顶梁采用型钢混凝土组合梁。
4.1.3中洞法施工技术控制
车站主体结构采用中洞法施工步骤如下:首先按照“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的原则,中东采用CRD工法施工,并且采用小导管珠江加固地层;当中东开挖支护完成后,需要铺设底板防水层,施工做结构底板及底纵梁,预留防水层和钢筋搭接长度;在中东内施做钢管混凝土柱、中板及中纵梁,预留钢筋搭接长度;铺设拱部防水层,施工顶纵梁,在顶纵梁间设置钢拉杆,再施做拱部结构、预留防水层和钢筋搭接长度。拆除中洞内临时支护,完成中洞施工。两侧洞同步采用台阶法开挖土体并支护,并辅以小导管注浆加固地层,在两侧洞内铺设底板及下部边墙防水层,浇筑底板及下部边墙结构,施工侧洞内中板,与中洞内中板连接,继续施做两侧洞内边墙及拱部防水层及结构与中洞内拱部结构连接,二次衬砌封闭,拆除所有临时支护,完成主体结构。
4.2大管棚施工及控制技术
4.2.1大管棚施工原理
使用地质钻机在隧道掘进前于其拱顶区域,按设计孔数、间距和深度钻探水平孔,埋设管壁预钻有孔眼的钢管,并注入水泥浆以提高钢管的刚度和加固土体,使隧道拱顶预先形成一伞状管棚。此结构本身具抗弯、抗剪性能,可有效承载上覆局部松软土体的荷载,且使被加固土体的抗剪强度有较大幅度的提高,从而在隧道掘进而拱顶永久支护结构未及施工或发挥作用时,提供上覆土体所需的支撑力,起到一度卒间支护作用,减小或消除因隧道掘进引起的地面沉降和临近管线的变形,确保隧道安全掘进,并和其后施做的隧道拱顶形成同一整体结构。
4.2.2大管棚施工控制技术
在大管棚施工技术中,可以采用棚管来代替钻杆技术,在最前端加上一个导向钻头装置,在管棚之间利用丝扣进行相应的连接,最后利用水平定向钻机有效的将管棚打入土体之中;施工钻进的过程中,还要根据导向钻头内置的定位传感系统传出相应的角度信号,对于不同角度进行不用的调节,通过调节促使棚管按照原先设计好的轨迹作业;一旦棚管进入原先设计好的深度之后,这时可以将传感器收回,然后立即快速的向管内注入砂浆。根据以上施工步骤可以发现,采用导向跟管大鹏管施工技术与传统的施工技术比较起来,这种操作能够更加有效的控制棚管的方向,其精准度非常高;管棚在施工中,一次性可以超过100m,效率高;当钢管作为钻杆直接打入的过程中,不需要扩大空位,这样保证了注浆后地面下沉将近零;孔底注浆,孔口返浆,必要时需要封口注浆。
4.3车站开挖、支护及二次衬砌施工措施控制技术
4.3.1隧道开挖、支护施工原则
隧道开挖、支护过程严格按照浅埋暗挖法的理念进行。施工时严格遵循管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测0浅埋暗挖法十八字方针。每循环开挖进尺0.5m,拱部采用环形开挖留核心土法人工开挖。每部开挖分小台阶,各层台阶长度2m~3m
4.3.2隧道开挖、支护施工控制技术
在施工过程中,开始的时候可以采用支护采用钢格栅+连接筋+C20网喷混凝土支护体系,并且设置临时中隔壁,保持与临时仰拱,采用工字钢+纵向连接筋+网喷混凝土支护体系。施工中为了避免过大沉降,需要及时的进行垫实拱脚和用锁脚锚管注浆稳固拱脚土体的工作,而且以最快速度对临时仰拱进行封闭,根据情况需要,没根据沉降的相关情况,还要在侧墙上依靠增加抗滑锚杆或加大拱脚受力面积来实现稳定性操作,并及时垫实和稳固拱脚;当遇到地面残留水而引起的流沙时需要进行及时的处理,如果地下水比较大,就要采用洞内轻型井点的方法进行处理,如果水流相对较小,则可采用注浆固结和引流的办法实现。同样,如果遇到中洞结构形成后,侧洞受力不均后变形为不对称,这时侧洞与中洞预留点受力较大,而结点连接时强度非常关键。隧道与附属结构连接的部位,在开口处应作相应的加强措施;由于开挖断面较大,对于建筑进行重点关注,地下管线及周边建筑物的沉降情况随时处理,必要时应采取加固措施。
5 结束语
浅埋暗挖超大跨地铁车站施工方法对于地铁建筑的施工具有很大的优化作用,可以有效的解决环境、施工安全等多方面的施工影响,经过我国多处实验证明,具有安全可靠、耐久实用、节约工程材料等多方面的优势,在施工中注意技术的控制,以便更好的为地铁建设服务。
参考文献:
[1]交通部重庆公路研究所.JTJ042-94.公路隧道施工技术规范.北京:人民交通出版社,1995
[2]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
【关键词】 浅埋暗挖;施工技术;大跨地铁车站
1 概述
地铁车站在城市中修建的施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、环境保护、施工机具以及资金条件等因素的影响很大,比一般隧道、桥梁工程的施工技术要求更高、难度更大、造价也更贵。其方法有很多种,包括明挖法、暗挖法和盖筑法等等。采用暗挖法的优点是可以避免大量的拆迁改移工作,避开地下管线、桥桩、建筑物桩基等地下建筑物的影响,而且能够将施工对地面交通的干扰减少到最小。浅埋暗挖法修建地铁车站,开挖程序包括地层预支护和预加固、土方开挖、初期支护及二次衬砌等,但是车站的结构断面型式比区间隧道复杂,断面尺寸比区间隧道大,地表沉降控制相对更严,因此采用合理的支护技术和施工工艺相当重要。在进行地铁车站暗挖法施工时,有很多施工工法供选择,如侧洞法施工、中洞法施工及PBA法施工等。
2 地质条件
车站位于某河冲洪积扇中部地带,地下水位高,地质条件差。场地地层由上至下依次为:人工堆积成、粉土填土层、分图层、中粗砂层、卵石圆砾层、粉细砂层、粉质黏土层、黏土层、细石中砂层交错层叠。上层滞水水位埋深为6.86m。主要为大气降水、绿地灌溉水垂直渗透和管沟渗漏补给。潜水水位埋深为11.63m~12.84m。受地层影响,潜水滞水丰富。承压水水位埋深为14.02m~15.94m。
3 浅埋暗挖施工概念及现状
浅埋暗挖法顾名思义,是以底层加固和柔软的底层处理作为前提条件,充分的采用复合式缝合衬砌结构,进行科学而合理的开挖方式,这种施工设计与施工控制的主要目的是我了保证施工安全,防止地面下沉,其灵活多样的施工设计可以避免扰民、扰乱交通、破坏环境导尿等多种施工问题。就目前而言,非常适合我国国情。在我国近几年的地铁施工建设项目中,浅埋暗挖施工方法得到广泛的应用,城市地铁区间隧道、地铁车站。车站的出口入口、超大跨地铁车站等工程设计和施工中普遍使用,并受到了了良好的效果。
目前,我国城市地铁车站建设普遍存在底层损失导致地面移动明显,对周围环境造成一定影响的现状,而浅埋暗挖法应用于城市地铁、地下商业街等工程施工建筑时,因为施工所处地段常常处于周围建筑物弥补、地下管线错综,并且地下结构通常处于交通繁忙道路和地下管线的正下方,导致地下工程施工过程中不可避免的对土层岩体产生严重的影响,因此施工中因为技术问题会导致一些事故发生,尤其是地面下沉系统控制非常关键,长出现的问题主要集中在三方面:(1)地下工程所处的岩土地质环境非常复杂,影响因素较多;(2)地下工程施工时引起的地面沉降具有时空效应,是一个连续渐变的过程;(3)地面沉降是一个三维全方位的沉降过程,不但有横向沉降,还有纵向沉降,作用机理非常复杂。
4 浅埋暗挖超大跨地铁车站施工控制技术
4.1中洞法施工及控制技术
4.1.1中洞法施工原理
中洞法施工常常时很多超大跨地铁车站建筑中浅埋暗挖的一种典型方法,当一些车站的商法需要穿越粉质黏土层的时候,或者粉细沙层,而车站底板坐落于粉质黏土层和圆砾层,车站范围内分布有上层滞水、潜水、承压水,当遇到这些情况时采用中洞法非常有利,可以有效的拜托施工环境破坏的同时,对地铁车站的施工质量带来安全保障。
4.1.2车站主体结构设计
采用中洞法施工一般车站结构为三拱两柱双层符合衬砌结果,主体结构立柱采用钢管柱,顶梁采用型钢混凝土组合梁。
4.1.3中洞法施工技术控制
车站主体结构采用中洞法施工步骤如下:首先按照“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的原则,中东采用CRD工法施工,并且采用小导管珠江加固地层;当中东开挖支护完成后,需要铺设底板防水层,施工做结构底板及底纵梁,预留防水层和钢筋搭接长度;在中东内施做钢管混凝土柱、中板及中纵梁,预留钢筋搭接长度;铺设拱部防水层,施工顶纵梁,在顶纵梁间设置钢拉杆,再施做拱部结构、预留防水层和钢筋搭接长度。拆除中洞内临时支护,完成中洞施工。两侧洞同步采用台阶法开挖土体并支护,并辅以小导管注浆加固地层,在两侧洞内铺设底板及下部边墙防水层,浇筑底板及下部边墙结构,施工侧洞内中板,与中洞内中板连接,继续施做两侧洞内边墙及拱部防水层及结构与中洞内拱部结构连接,二次衬砌封闭,拆除所有临时支护,完成主体结构。
4.2大管棚施工及控制技术
4.2.1大管棚施工原理
使用地质钻机在隧道掘进前于其拱顶区域,按设计孔数、间距和深度钻探水平孔,埋设管壁预钻有孔眼的钢管,并注入水泥浆以提高钢管的刚度和加固土体,使隧道拱顶预先形成一伞状管棚。此结构本身具抗弯、抗剪性能,可有效承载上覆局部松软土体的荷载,且使被加固土体的抗剪强度有较大幅度的提高,从而在隧道掘进而拱顶永久支护结构未及施工或发挥作用时,提供上覆土体所需的支撑力,起到一度卒间支护作用,减小或消除因隧道掘进引起的地面沉降和临近管线的变形,确保隧道安全掘进,并和其后施做的隧道拱顶形成同一整体结构。
4.2.2大管棚施工控制技术
在大管棚施工技术中,可以采用棚管来代替钻杆技术,在最前端加上一个导向钻头装置,在管棚之间利用丝扣进行相应的连接,最后利用水平定向钻机有效的将管棚打入土体之中;施工钻进的过程中,还要根据导向钻头内置的定位传感系统传出相应的角度信号,对于不同角度进行不用的调节,通过调节促使棚管按照原先设计好的轨迹作业;一旦棚管进入原先设计好的深度之后,这时可以将传感器收回,然后立即快速的向管内注入砂浆。根据以上施工步骤可以发现,采用导向跟管大鹏管施工技术与传统的施工技术比较起来,这种操作能够更加有效的控制棚管的方向,其精准度非常高;管棚在施工中,一次性可以超过100m,效率高;当钢管作为钻杆直接打入的过程中,不需要扩大空位,这样保证了注浆后地面下沉将近零;孔底注浆,孔口返浆,必要时需要封口注浆。
4.3车站开挖、支护及二次衬砌施工措施控制技术
4.3.1隧道开挖、支护施工原则
隧道开挖、支护过程严格按照浅埋暗挖法的理念进行。施工时严格遵循管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测0浅埋暗挖法十八字方针。每循环开挖进尺0.5m,拱部采用环形开挖留核心土法人工开挖。每部开挖分小台阶,各层台阶长度2m~3m
4.3.2隧道开挖、支护施工控制技术
在施工过程中,开始的时候可以采用支护采用钢格栅+连接筋+C20网喷混凝土支护体系,并且设置临时中隔壁,保持与临时仰拱,采用工字钢+纵向连接筋+网喷混凝土支护体系。施工中为了避免过大沉降,需要及时的进行垫实拱脚和用锁脚锚管注浆稳固拱脚土体的工作,而且以最快速度对临时仰拱进行封闭,根据情况需要,没根据沉降的相关情况,还要在侧墙上依靠增加抗滑锚杆或加大拱脚受力面积来实现稳定性操作,并及时垫实和稳固拱脚;当遇到地面残留水而引起的流沙时需要进行及时的处理,如果地下水比较大,就要采用洞内轻型井点的方法进行处理,如果水流相对较小,则可采用注浆固结和引流的办法实现。同样,如果遇到中洞结构形成后,侧洞受力不均后变形为不对称,这时侧洞与中洞预留点受力较大,而结点连接时强度非常关键。隧道与附属结构连接的部位,在开口处应作相应的加强措施;由于开挖断面较大,对于建筑进行重点关注,地下管线及周边建筑物的沉降情况随时处理,必要时应采取加固措施。
5 结束语
浅埋暗挖超大跨地铁车站施工方法对于地铁建筑的施工具有很大的优化作用,可以有效的解决环境、施工安全等多方面的施工影响,经过我国多处实验证明,具有安全可靠、耐久实用、节约工程材料等多方面的优势,在施工中注意技术的控制,以便更好的为地铁建设服务。
参考文献:
[1]交通部重庆公路研究所.JTJ042-94.公路隧道施工技术规范.北京:人民交通出版社,1995
[2]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