隧道、地铁工程施工关键技术集锦

隧道、地铁工程施工关键技术集锦

二〇〇八年十月 1 概 述 城市地铁作为现代化交通工具,是城市现代化的重要标志和窗口,世界各大城市以及我国主要和重要城市也正在积极规划和筹建城市地铁。地下铁道，以它的快速、正点、安全、舒适、大适量、低能耗、小污染的优点越来越为城市居民所青睐，可望成为21世纪城市公共交通的主要工具。中国是世界上最大的发展中国家，地下铁道起步较晚，但发展较快。除京、津、沪、穗、港约有150km地铁正在运营之外，京、津、沪、穗、青岛、南京、深圳、重庆、沈阳等城市已基本落实投资，并正在设计和施工中地铁和轻轨交通线达135.5km。按上海市最新修订的轨道交通网络，上海将建设562km轨道交通线，其中有11条地下铁道线约385km。21世纪地下铁道在我国的发展前景是十分广阔的。地下铁道工程是集土建、机械、电气、车辆、自动控制、通讯、环境控制等多个学科门类的复杂的系统工程，因此造价高、施工周期长、风险大、常使发展中国家望而却步，也制约了地铁的发展。开发新施工机具，采取先进的施工工艺，运用信息化科学化的管理模式，可以减少施工风险，降低工程造价，对于加快我国的地铁建设是有重要意义的。 所以,随着城市地铁工程建设任务的剧增,这就要求我们工程技术人员,特别是工程经济管理设计人员,必须迅速适应城市地铁建设事业的快速发展, 尽快掌握城市地铁勘测设计和施工等技术,以便在其激烈的竞争中更好的占领城市地铁设计市场,并在今后的城市地铁工程建设中把好投资控制关,充分发挥投资效益,为降低城市地铁投资及节约建设资金贡献自己的聪明才智。

2 地下车站施工关键技术 2.1 地下车站施工技术方法分类

序号 施工方法 环境场地要求 优点 缺点 发展方向 1 明挖法 浅埋车站有宽敞的施工场地，如京、津沪穗 进度快造价低便于大型机械化施工 破坏污染环境影响市区居民生活风险大 1、开发大型导板式开凿机，深层地下连续墙，桩排墙施工技术2、预应力钢支撑技术3、地面变形监控技术 2 矿山法 坚硬岩土介质，地下水位低 地面影响小，造价低 进度慢，劳动强度高风险大 1、多臂钻孔台车、自动装药引爆装置2、光面爆破喷锚支护，监控数据反馈指导设计和施工方法3、分断面开挖，眼镜工法4、大型土方机械 3 暗挖法 土体进行冻结、注浆、深层搅拌、管棚法加地面干扰小，造价低 地下作业风险大，机械化程1、发展可靠的浅地层地基处理技术2、小型灵活的地下开挖机固，浅埋车站，如北京 度低 械3、可靠的临时支护措施和机具 4 盖挖法 市区浅埋地铁车站，如上海地铁1、2号线淮海路、南京路、北京地铁车站等 占用的产地时间短，对地面干扰小安全 施工程序复杂、交叉作业，施工条件差 1、建立合理的施工管理网络，交叉施工，流水作业2、地下小型施工机具3、作为永久衬砌支护的地下连续墙，钻孔桩柱施工质量控制和托换技术 5 逆作法（半逆作法） 车站上面有高层建筑，埋深较深，如上海地铁新闸路站 占用场地时间短对地面干扰小安全 施工工序复杂交叉作业施工条件差 1、建立合理的施工管理网络，交叉施工，流水作业2、地下小型施工机具3、作为永久衬砌支护的地下连续墙，钻孔桩柱施工质量控制和托换技术 6 异型盾构法或凿岩法 市区埋深较深的车站，线路交汇换乘下层车站 不影响地面的生活运营，安全，机械化程度高 机械复杂，造价高，安装操作难度大 1、开发研制国产大型三心圆、割圆异型盾构2、开发新型衬砌支护材料和施工技术

2.2 地铁车站明挖施工关键技术 明挖法是修建地下铁道的常用施工方法。具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量、工程造价低等优点，因此，在地面交通和环境条件允许的地方应尽可能采用。按其主体结构的施作颊序，明挖法又可分为：明挖顺作法、盖挖顾作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法等．后三种方法又可统称为明挖覆盖施工法。 明挖车站施工的时候，可以将两个风道作为施工通道。两个通风竖井是与地面联系的出入口。施工进场后，通常先开挖施工竖井位置的探槽，来调查和确认竖井附近地下管线情况，然后进行竖井和风道开挖支护。竖井风道开挖完成后即进行竖井和风道的衬砌施工，然后再破口进入车站的中洞，进行挖支。 一般明挖车站的施工顺序为：地下连续墙→基坑降水→基坑开挖支护→垫层（接地网、抗拔桩）→防水层→底板钢筋混凝土→侧墙防水→侧墙钢筋混凝土（中间梁、板、柱）→顶板钢筋混凝土→顶板防水层→回填土。 目前国内大部分的地铁车站都是采用明挖法施工。 下面简要的介绍明挖车站施工的关键技术，其中明挖车站的围护部分见后面的相关章节见。 ２.2.1明挖顺作法

明挖顺作法是先从地表面向下开挖基坑至设计标高，然后在基坑内的预定位置由下而上地建造主体结构及其防水措施，最后回境土并依复路面，见图2—1。明挖顾作法施工中的基抗可以分为：敞口放坡基坑和有围护结构的基境两类，在这两类基坑施工中，又采用不同的维护基坑边坡稳定的技术措施和围护结构．如下所示：

图2—1 明挖法顺筑法施工顺序图. 在选择基坑类型时应根据隧道所处位置、隧道埋深、工程地质和水文地质条件，因地制宜地确定。若基坑所处地面空旷，周围无建筑物或建筑物间距很大，地面有足够空地能满足施工需要，又不影响周围环境，则采用敞口放坡基坑施工是可取的。因为这种基坑施工简单、速度快、噪音小、无需做图护结构。如果因场地限制，基坑放坡坡度稍哇于规范规定时，则可采用适当的挡土结构，如土钉加混凝土喷抹面对边坡加以支挡，即使如此，该方法的造价仍然是较低的。 如果基抗很深．地质条件差，地下水位高，特别是又处于城市霓华的市区，筑物密集，交通繁忙，无足够空地满足施工需要，没有条件采用敝口放坡基坑，用有围护结构的基坑。 ２.2.2敞口放坡基坑施工

采用敞口放坡基坑法修建地下铁道路记时，保证基坑边城的稳定是非常重要的，否则，一旦边坡坍塌，不但地基受到震动，殿响承载力，而且也影肉周围地下皆线、地面建筑物和交通安全。 1、影响基坑边坡稳定的因素 基坑边坡坡度是直接影响基坑稳定的重要因素，当基坑边坡土体中的剪应力大于土体的抗剪强度时，边坡就会失稳坍塌。其次施工不当也会造成边境失稳。 2、基坑边坡的确定 确定基坑边坡坡度有3种方法，计算法、图解法和查表法。 3、基底处理 当土方开挖至基底高程以上30cm时，采用人工开挖并找平，以免扰动基底土体，局部超挖处必须用砂、碎石或素砼回填，挖至基底后，及时设置好排水沟、集水井，排除基坑内积水并进行接地网施工及设置纵、横盲沟，然后及时浇筑砼垫层，防止基底隆起。 ２.2.3具有围护结构的基坑施工 由上述可知，目前，地下铁道明挖基坑所采用的围护结构种类很多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异，因此，应根据基杭深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工这一特点，经综合比较后确定。 1、工字钢桩围护结构 作为基坑围护结构主体的工字钢，一般采用50#、55#和60#的大型工字钢，基坑开挖前．在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线逐根打入地下，桩间距一般为1.0m一1.2m。 2、钢板桩围护结构 钢板桩强度高，桩与桩之间的连接器密，用水效果好，可多次例用。如上海、天津等地修建地下铁道时，在地下水较高的基坑中采用较多；北京地铁一期工程在本掘地过河段也曾采用过。钢板桩常用断面型式，多为U形或Z形。我国地下铁道施工中多用U形钢板桩，其沉放和拔除方法、使用的机械均与工字钢桩相同，但其构成方法则可分为单层钢板桩围堰、双层钢板校园堰及屏幕等。由于地下铁道施工时基坑较深，为保证其垂直度又方便施工，并使其能封闭合拢，多采用屏幕式构造。 3、钻孔灌注桩围护结构 钻孔灌注桩一船采用机械成孔。地下铁道明挖基坑中所用的成孔机械，多为壕旋钻机和冲击式钻机。正反循环钻机，由于采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低．适于城区施工，在地下铁道基坑和高层建筑探基坑施工中得到广泛应用。 4、挖孔灌注桩围护结构 挖孔灌注桩又称人工挖孔桩，因其具有应用灵活，无机械噪音和泥浆污染，易调整纠偏和控制精度，对施工场地和机具设备要求不裔和造价便宜等优点．而被广泛堰用于基坑的围护结构和建筑物基础。 2.2.4基坑围护结构的支撑体系 我国修建地下铁道的明挖法施工中，基坑工字钢桩、钢板桩、钢筋混凝土灌注桩以及地下连续墙等围护结构，多采用横撑或锚杆加以支控。 区间较窄基坑的横撑，一般采用型钢加焊缀板制成；而车站或较宽基坑的横撑．常采用多节串联并且两端长短可以调整、使用灵活的φ600 mm以上的钢管以及钢格架。当采用横撑比较困难而地质条件又允许时，也可采用土层锚杆代替横撑。 纵向腰梁、横撑、钳杆，应根据受力经过计算加以确定，并事先进行设计。 1、腰梁、横撑及锚杆位置的确定 柱列式地下连续墙和支护桩顶部，一般均采用现浇幅梁将其连结为一整体。而工字钢桩、钢板桩，通常随基坑土方开挖，在其2m~3m处设置第一道横撑。为防止锚杆拉应力对土层及地下管线产生不良影响，一般第一道锚杆设置在距地面以下4m处。其它备层横撑及锚杆位置应根据受力经计算确定，井在基坑土方开挖过程中，随挖随设置。 因为主体结构，特别是车站结构，埋置深、结构高，基坑图护结构贸设置多道横撑或锚杆。由于结构完成后，还要拆除腰梁、横撑和锚头等，所以基坑围护结构的横撑、锚杆和腰梁的设计，必须与主体结构施工步骤紧密结合。除主体结构顶面以上的横撑底面考虑至结构顶板距离不小于100 cm，以利结构顶板施工外，其它各层横撑尚应考虑在结构施作到每一部位后如何拆除的问题，以利横撑和腰梁的使用并保证施工安全和工程质量。 2、土层锚杆 基坑面积很大而且采用横撑较困难时，采用钳杆支撑则更能显示出其优越性，但在地层软弱而松散时，则锚杆设置较为复杂和困难。 土层钻杆设计时应进行承载力、截面积和稳定性等方面的计算。土层锚杆由锚头、锚杆和锚固体3部分组成。目前我国地下铁道明挖基坑围护结构的锚杆杆体多采用钢筋或钢铰线。 2.2.5基坑围护结构设计 正如以上所述，基坑围护结构种类很多，作用也各异，其设计程序和方法也各不相同，例如盖挖逆作法中的围护结构就必须结合主体一并研究。这里仅介绍作为挡土用的围护结构的设计方法。第一必须了解现场的工程地质和水文地质条件及地貌状况，从而决定结构设计中应采取的结构构造；第二，再根据围护结构的用要求，制订结构内力分析模型和施工顾序，即决定结构截面尺寸，结构各构件之间的连接方式，基坑开挖程序，模攘或锚扦间距、刚度、预加应力大小，横攘或锚杆架设和主体结构挠注时拆除横撑的顺序；第三，进行结构内力分析；第四，根据墙项位移值调整预加应力，再进行结构内力分析，直到墙顶位移满足要求为止；第五，优化施工程序，并进行最终的结构内力分析和配筋设计。