软弱地层中浅埋暗挖

20.07 m 3. 开挖两侧导坑
4. 浇筑车站隧道衬砌
图 8 埃森哥若哥埋斯车站 Fig.8 Ansion Gruga-Messe station in Germany
图 11 英法海峡隧道英国一侧的渡线隧道断面 Fig.11 Tunnel section of England side crossing line of
暗挖车站采用什么样的结构类型 不但影响到车 站的功能 而且影响到车站的工期和造价 因此 车站结构类型问题是暗挖车站的最重要的问题 当决 定采用暗挖车站后 如何确定结构类型 作者在此提 出一些观点 供同行们参考
暗挖车站要满足如下 3 个功能 (1) 要满足车站功能需要 即满足乘客集散乘降 (或换乘)需要 主要考虑站厅 站台 出入口 扶梯 的布置 满足车站管理运营的需要 安装供电 通风 设备以及工作用房 不能因为暗挖条件的限制 降低 车站的功能 (2) 要尽量减少暗挖的工程量 设备用房能放在 地面的尽量放在地面 附属部分能明挖的尽量明挖 以尽量降低造价 节省投资 (3) 要尽量减少车站的施工难度 以保证施工安 全和施工质量 因此 车站结构类型应首先考虑有无双洞类型的 条件 如车站两端有无明 盖挖设备和管理用房的条
2000 年 9 月 18 日收到来稿 作者 肖广智 简介 男 37 岁 面的研究工作
1984 年毕业于西南交通大学土木工程系隧道与地下铁道专业, 现任高级工程师
总工程师, 主要从事隧道与地下工程方
第 20 卷 第 4 期
肖广智. 软弱地层中采用浅埋暗挖法修建地铁车站几个问题的探讨
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(a) 单拱车站结构
图 7 美国托登斯堡双拱车站 Fig.7 Double arch station in Tudingsibao USA
9.76 m
9.24 m 1. 开挖中部导坑
2. 浇筑中部衬砌
(b) 车站施工步骤
图 10 波鸿洛赫林单拱车站 Fig.10 Single arch station in Pohongluhaolin, Germany
地下工程防水技术规范 规定 车站防水等级
第 20 卷 第 4 期
肖广智. 软弱地层中采用浅埋暗挖法修建地铁车站几个问题的探讨
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为一级 笔者认为拱墙为一级 底部为二级 完全可 以满足使用要求 4.3 防水体系
车站和区间宜采取措施分隔为不同的防水单 元 防止渗漏水纵向贯通
(1) 注浆防水 超前预注浆和初期支护背后注浆 虽形不成主要 防水防线 但可大大改善地质特性 注浆填充了围岩 裂缝和土层孔隙 可起到一定的阻水作用 特别是对 围岩集中出水点的注浆堵水 可起到较好的止水效 果 (2) 初期支护防水 初期支护试验室试验可达到较高的抗渗等级 但 是由于喷射混凝土和施工工艺有一定的离散性 使得 现场喷射混凝土的整体抗渗性能较差 不能形成永久 性防线 但需靠综合治理给予完善 (3) 防水材料应用 在初期支护和二次衬砌之间设置防水材料称为 防水层防水 防水层一般为柔性的 从国内外地下工 程复合式衬砌防水材料选择来看 防水板(膜)应用较 多 而防水涂料则很少应用 其主要原因是防水板(膜) 系工厂定型生产产品 具有厚薄均匀 质量有保证 施工方便 无污染等优点 而涂料系在现场用机械喷 涂或人工涂刷 涂层厚度难以控制 施工不便 而且 对环境有污染 在北京地铁某暗挖车站中采用 881 涂料做防水层 运营后漏水较严重 已整治数次 (4) 衬砌混凝土自防水 二次衬砌防水是防水体系的最后一道防线 也是 最重要的一道防线 在德国就特别重视混凝土自防 水 我国也越来越重视 如限制混凝土裂缝宽度 尽 量不设变形缝 设诱导缝等 混凝土本身的防水主要是防止结构产生贯通性 裂缝 通常 人们只注意到混凝土的强度和抗渗等级 而忽略了防止产生裂缝的各种措施 在地铁浅埋暗挖工程中 各类 缝 的设置及 其构造往往颇多争议 事实证明 如果 缝 的设 置或构造不当 往往变成防水的薄弱环节 地铁工程 因行车的特殊要求一般不能设置沉降缝 如果设置亦 要有特殊的构造使两侧结构的沉降差不超过 0.3 mm 否则就可能导致钢轨的断裂 为此 实际上地 铁工程中只能设置变形缝和施工缝 由于构造上和施 工质量上的问题 通常极易在变形缝处产生渗漏 而 一旦产生渗漏 堵漏又十分困难 地下工程中 凡采
2 浅埋暗挖法对地层的适应性
从理论上讲 只要采取适宜的辅助工法 浅埋暗 挖法在任何地层中都可以采用 但从经济和技术综合 评价的角度出发 浅埋暗挖法对地层应有一个适合的 范围和适用条件 根据国内外的实践经验 浅埋暗挖 法对地层的基本适用条件为
(1) 浅埋暗挖法要求无水作业 带水作业是非常 困难的 开挖面的稳定性时刻受到水的威胁 甚至发 生坍方 经验表明 隧道涌水量在 50 L/min 的隧道
车站一般采用明挖法施工 在允许短期占用路面 时采用盖挖法施工 而在交通繁忙不允许断路 或交 通无疏解条件 或地面有建(构)筑物不能拆迁时 则 必须采用暗挖法施工 暗挖法可以是浅埋暗挖法 盾 构法或两者结合 采用浅埋暗挖法修建车站在国内外 都有不少实例 积累了一定的成功经验 但也存在 一些问题 下面笔者对采用浅埋暗挖法修建地铁车站 中的几个问题 进行一些粗浅的探讨 谈一些体会和 认识 与同行们切磋
的设计和施工必须做好工程 水文地质勘察工作 遵循防 排 截 堵相结合 因地制宜 综合治理的 原则 地下铁道设计规范 规定应根据工程地质 水文地质 地震烈度 结构特点 施工方法和使用要 求等因素进行 并应遵循 以防为主 防排结合 因地制宜 综合治理 的原则
笔者认为在城市地下工程中 如渗透系数较大 大量排水将会对城市地下水动态 周围建筑物 地下 管线等造成影响以致破坏 宜采用 以防为主 多 道防线 刚柔结构 因地制宜 综合治理 的原则 计算中考虑二次衬砌承受全部渗透水压力 如隧道所 处的地层渗透系数较小 实践证明 排放适量的地下 水 对城市地下水位无影响 可取得较好的整体防水 效果 因此 宜采用 以防为主 以排为辅 多道 设防 因地制宜 综合治理 的原则 结构计算中 水压力可适当折减 4.2 防水标准
必须采取排除地下水或止水(灌浆)或压气工法 对地 下水(尤其是上层滞水)的处理是非常关键的环节 这 直接影响到浅埋暗挖法的成败 大范围的淤泥质软 土 含水砂层 降水有困难或经济上不合算的地层 不宜采用浅埋暗挖法
(2) 浅埋暗挖要求开挖面具有一定的自立性和自 稳性 开挖后的自稳性与围岩的物理性质和力学特 性 坑道涌水量及覆盖土厚度有关 1997 年日本土 木学会曾提出开挖工作面土体稳定的定量判别标 准 土壤中的细颗粒(小于 74 m)含量小于或等于 10% 且均匀系数 c 小于或等于 5 的土壤 不具备 自立性 我国对于土壤的自立性还未作出定量规定 但从定性上提出了要求 工作面土体的自立时间 应 足以进行必要的初期支护作业 我们把开挖面前方对 地层的预加固和预处理 视为浅埋暗挖法的必要前 提 目的就在于加强开挖面的稳定性 增加施工的安 全性
第 20 卷 第 4 期 2001 年 7 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
20(4) 567 572
July, 2001
软弱地层中采用浅埋暗挖法修建地铁车站 几个问题的探讨
肖广智
(铁道部隧道工程局勘测设计院 洛阳 471009)
England Franch train tunnel
11.90 m
20.60 m
图 9 新桥站隧道防护用管棚的施工图 Fig.9 Construction drawing of tunnel pipe-roof protection in
Xinqiao station in Japan
图 12 日本横滨地铁三泽下街车站(单位ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱmm) Fig.12 Station in Yokohama, Japan(unit mm)
用现场浇捣者均宜少设或不设变形缝 如要设置 其 部位和构造至关重要 施工质量亦须严格把关 至于 施工缝 非但必须设置 而且宜密不宜疏 较密的施 工缝可消除大部分的收缩应力 加上合理的设计 精 心的施工 严格的质保是走向结构自防水的重要步 骤
随着浅埋暗挖技术的普及和推广 浅埋暗挖工程 实例不断增加 浅埋暗挖工程的防水技术也在不断完 善和提高 从目前的情况来看 浅埋暗挖工程的防水 总体上是成功的 绝大多数工程的防水效果达到了设 计规定 满足了使用要求 但也有个别工程的防水效 果不十分理想 究其原因 一是防水设计的原则不正 确 二是防水体系的某些环节施工质量得不到保证 三是防水材料的选用不当
防水工程是一个系统工程 防水设计 施工 选 材都非常重要 哪一个环节出现问题 都将影响整个 工程的防水质量
5 施工方法
采用浅埋暗挖法施工的车站 施工方法分为主要 施工方法和辅助工法
根据目前的发展 主要施工方法有 (1) 传统方法 中洞法 侧洞法 眼镜工法 CRD 工法 CD 工法 台阶法 临时仰拱法等 (2) 桩柱法 (3) 管拱法 意大利米兰威尼斯车站采用管拱技 术修建 管拱是一个具有半圆形断面 类似桁架的复 合式结构 其中的纵向构件为钢筋混凝土管 可在一 系列大型横向肋条(即拱)的支承下发挥其作用 (4) 导洞法 新桥车站采用导洞法建成 导洞法 即在断面轮廓线上的关键结点上设置小导洞 小导洞 完成后再扣拱把整个断面联起来 以达到减跨 减小 施工难度 保证施工安全的目的 辅助工法主要有 大管棚 小管棚 锚杆 水平 旋喷桩超前支护 注浆止水固结地层 冷冻法固结地 层 压气法平衡水压力 地面深井降水 洞内轻型井 点降水等 施工方法选择既要保证施工安全 对环境的影响 达到设计控制的基本要求 又要经济 施工方便 应 根据工程 水文地质条件 环境条件 结构类型等进 行充分的技术经济比较而定 一般结构断面拟定后 再选择施工方法 但施工方法的不同也会给结构断面 形状带来一些改变
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岩石力学与工程学报
2001 年
图 13 广州地铁越秀公园站横剖面图(单位 mm) Fig.13 Cross section of Yuexiou park in Guangzhou metro(unit mm).