地鐵與輕軌設計第5.2節(jié)施工方法選擇和新工藝

1、第二節(jié) 施工方法選擇和新工藝、新材料、新設備一、施工方法選擇二、新工藝、新材料、新設備一、施工方法選擇地鐵區(qū)間隧道的施工方法沿海城市，飽和軟地層，可以選用盾構(gòu)法和頂管法等；山區(qū)城市采用新奧法，條件允許應推廣TBM法。 目前國內(nèi)外常用地區(qū)間隧道施工方法如表57所示。序號施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向1明挖法市郊施工場地開闊，軟巖和土體，如北京和天津地鐵進度快，工作面大，便于機械和大量勞動力投入破壞環(huán)境生態(tài)，影響交通，帶來塵土和噪聲污1）有效井點降水系統(tǒng)；2）可靠的支撐系統(tǒng)；3）大型土方機械，混凝土攪拌及運輸機械2礦山法（鉆爆法）巖石和堅硬土體，如青島和重慶地鐵地面干擾小，造價低進度慢，勞動

2、強度高，風險大1）多臂鉆孔臺車，自動裝藥引爆裝置；2）光面爆破，噴錨支護，監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋指導設計和施工方法3暗挖法（軟土）埋深較淺對土體進行凍結(jié)、注漿、深層攪拌樁加固地基，棚管法加固，淺埋車站，如北京、哈爾濱等城市地鐵地面干擾小，造價低，便于土法上馬機械化程度低，勞動強度高，環(huán)境惡劣，風險大1）發(fā)展可靠的淺地層地基處理技術(shù)；2）小型靈活的地下開挖機械；3）可靠的臨時支護措施和機具 地鐵區(qū)間隧道施工方法一覽表 表5-7序號施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向4盾構(gòu)和頂管法城市軟地層、深埋隧道，如上海、廣州、北京等城市地鐵地面影響小，機械化程度高，安全，工人勞動強度低，進度快(日均810m)機械設備

3、復雜，價格昂貴，施工工藝繁，專業(yè)施工隊伍1）開發(fā)適用不同地質(zhì)條件，自動更換刀盤的氣壓、土壓泥水平衡盾構(gòu)和頂管，超前探測排障技術(shù)；2）鋼纖維擠壓混凝土襯砌；3）三維仿真計算機管理系，管理信息化，自動化4)自動導向，中途對接異型盾構(gòu)5沉管法跨越江河湖海，軟地基，如廣州、寧波、上海過江隧道造價省，速度快，隧道斷面大封鎖江河水面，專門的駁運、下沉、對接的機具，水下作業(yè)，風險大大型涵管制作及駁運技術(shù)；2）地下定位對接、防水技術(shù)6鑿巖機法（TBM）堅硬巖石地質(zhì)，如廣州地鐵速度快，機械化程度高，安全，地面無干擾造價高，使用掌握復雜，刀具易磨損1）開發(fā)國產(chǎn)高性能鑿巖機；2）改進高強合金刀具；3）完善后配套系統(tǒng)

4、；4）超前不良地質(zhì)探測系統(tǒng)7沉井(連續(xù)沉井)軟弱地層，地域空廣造價省、速度快、工藝成熟對環(huán)境影響，泥漿污染，地面下沉1)不均勻沉降的監(jiān)測設備儀器；2)泥漿或水力減摩措施；3)控制突沉或傾斜方法；4)排隊孤石障礙物設備。續(xù)上表地鐵車站施工方法地鐵車站的施工應考慮環(huán)境的要求；依據(jù)不同的地質(zhì)情況、工作環(huán)境，綜合考慮施工進度及安全經(jīng)濟方面的矛盾因素。 地鐵車站施工方法如表58所示。序號施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向1明挖法淺埋車站，有寬闊的施工場地，如京、津、滬、穗地鐵車站進度快，造價低，便于大型機械化施工破壞、污染環(huán)境，影響市區(qū)居民生活，風險大1）開發(fā)大型導板式開鑿機，深層地下連續(xù)墻，樁排墻施

5、工技術(shù)；2）預應力鋼支撐技術(shù)；3）地面變形監(jiān)控技術(shù)4）SMW工法土丁墻支護2礦山法（新奧法）堅硬巖土介質(zhì)、地下水位低地面影響小，造價低進度慢，勞動強度高，風險大1）多臂鉆孔臺車、自動裝藥引爆裝置；2）光面爆破，噴錨支護，監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋指導設計和施工方法；3）分斷面開挖，眼鏡工法；4）大型土方機械3淺埋暗挖法土體進行凍結(jié)、注漿、深層攪拌、管棚法加固，淺埋車站，如北京地鐵地面干擾小，造價低地下作業(yè)風險大，機械化程度低1）發(fā)展可靠的淺地層地基處理技術(shù)；2）小型靈活的地下開挖機械；3）可靠的臨時支護措施和機具 地鐵車站施工方法一覽表 表5-8序號施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向4蓋挖法市區(qū)淺埋地鐵車

6、站，如上海地鐵1、2號線淮海路和南京路上的站、北京一些地鐵車站占用場地時間短，對地面干擾較小，安全施工工序復雜，交叉作業(yè)，施工條件差1）建立合理的施工管理網(wǎng)絡，交叉施工，流水作業(yè)；2）地下小型施工機具；3）作為永久襯砌支護的地下連續(xù)墻，鉆孔樁柱施工質(zhì)量控制和托換技術(shù)5逆作法車站上面有高層建筑，埋深較深，如上海地鐵新閘路站占用場地時間短，對地面干擾較小，安全施工工序復雜，交叉作業(yè)，施工條件差1）建立合理的施工管理網(wǎng)絡，交叉施工，流水作業(yè)；2）地下小型施工機具；3）作為永久襯砌支護的地下連續(xù)墻，鉆孔樁柱施工質(zhì)量控制6異型盾構(gòu)(或鑿巖機法)市區(qū)深埋車站，線路交匯換乘下層車站不影響地面地下生活運營，安

7、全，機械程度高機械復雜，造價高，安裝操作難度大1）開發(fā)研制國產(chǎn)大型三心圓、割圓異型盾構(gòu)；2）開發(fā)新型襯砌支護材料和施工技術(shù)7沉井法軟土地層或水域，較開闊的施工場地，深淺埋小型車站，如上海60年代地鐵試驗段車站分節(jié)制作下沉，進度快，機械化施工，安全周圍地面沉降，地下水位變化，對居民生活有影響，下沉糾偏有一定困難(1)大型沉井制作下沉施工技術(shù)；(2)相配套的小型挖土機，坑內(nèi)外降水技術(shù)；(3)大型沉井糾偏，防止突沉、超沉、管涌流砂技術(shù)續(xù)上表輕軌高架橋施工方法輕軌高架橋結(jié)構(gòu)主要有：基礎(chǔ)墩臺縱梁和橋面；結(jié)合工程地質(zhì)水文地質(zhì)環(huán)境要求施工進度等因素控制； 表59列出常用的高架橋基礎(chǔ)施工方法及優(yōu)缺點。輕軌高架

8、橋的橋墩主要有倒梯形T形雙柱形和Y形墩，如圖513所示。表511對各種橋梁上部結(jié)構(gòu)形式列出主要可供選擇的施工方法。表512為橋梁施工方法所常用的橋梁跨徑范圍。序號施工方法環(huán)境、場地、技術(shù)要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向1沉樁施工打入樁市郊遠離居民、軟粘土、粉砂、砂礫，承載基巖較深施工速度快、質(zhì)量有保證、承載力較高振動、擠土影響大、噪聲大、樁截面有限1）發(fā)展輕型，易于拆卸安裝，效率高的沉樁機；2）發(fā)展振動、射水等對土體、環(huán)境干擾小的機械；3）大口徑各類正反循環(huán)周轉(zhuǎn)鉆機，適應各類土層施工擠壓樁市區(qū)，房屋建筑相對遠離，軟粘土，粉質(zhì)粘土，承載基巖較深施工速度較快，可以直接得到樁的承載力、單樁的承載力較高擠土明顯，

9、單樁承載力有限制鉆孔灌注樁(挖孔樁)市區(qū)粘土、軟巖、砂土、礫石各類地層，挖孔樁相對較淺，如廣州、南京，鉆孔灌注樁可以較深如上海振動、擠土干擾小，各種土層中施工，樁徑可大可小，單樁的承載力可很大、挖孔樁施工靈活泥漿污染、施工質(zhì)量有時難以保證 高架橋基礎(chǔ)施工方法一覽表 表5-9序號施工方法環(huán)境、場地、技術(shù)要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向2明挖擴大基礎(chǔ)市郊施工場地開闊，軟巖和土體，持力堅固地層相對淺，中小型橋涵基礎(chǔ)，地層軟弱時，輔以降水，圍堰、支撐，開挖水下澆筑混凝土進度快，大面積施工，便于機械化施工，造價低污染環(huán)境，阻斷交通航運1）有效井點或深層深井泵降水系統(tǒng)2）鋼板樁、預制砼樁、SMW工法支護；3）高效挖土

10、機3管樁基礎(chǔ)地質(zhì)條件復雜，深水巖面不平管樁體，連接法蘭盤和管靴，普通砼管樁適于入土深25m，預制混凝土管樁入土深可超過25m適于復雜地質(zhì)條件，預制分節(jié)下沉接高，便于機械化施工，效率高機械化程度高，工藝較復雜，需要有船隊配合，施工質(zhì)量較難控制預制大型混凝土管樁、鋼管樁施工工藝研究4沉井基礎(chǔ)地面以下深處有較好的持力層，淺層或河中有較大卵石不方面樁基施工河水深、沖刷大。占用場地不大，所需凈空高度較低埋深大，整體性強、穩(wěn)定性好、承載力大施工周期長，粉砂土易出現(xiàn)流砂，造成沉井傾斜，遇到孤石、沉船、樹根井底巖面傾斜，自重下沉困難時，采用泥漿潤滑套，浮式沉井、空氣幕沉井等輔助工法困難地質(zhì)條件下沉井下沉施工機

11、具及工藝續(xù)上表圖5-13 橋墩與上部結(jié)構(gòu)布置圖a)倒梯形橋墩；b)雙柱式橋墩；c)T形橋墩；d)Y形橋墩橋型施工方法簡支梁橋懸臂梁橋T型剛構(gòu)連續(xù)梁橋剛架橋拱橋組合體系橋斜拉橋吊橋現(xiàn)場澆注法預制安裝法懸臂施工法轉(zhuǎn)體施工法頂推施工法逐孔施工法橫移施工法提升與浮運施工法各種類型橋梁可選擇的主要施工方法表5-11各種施工方法的適用跨徑 表5-11設備安裝施工地鐵設備應立足于國產(chǎn)；設備的安裝應盡量由國內(nèi)建筑設備安裝公司承擔；設備安裝工程應和土建工程交叉施工。二、新工藝、新材料、新設備施工新技術(shù)車站基坑支護開挖新方法SMW工法，連續(xù)墻，土釘墻等技術(shù)。蓋挖法和逆作法新一代異型盾構(gòu)隧道施工法MF盾構(gòu)施工方法

12、即將多個圓形盾構(gòu)機切土刀盤前后錯位，利用其重合部分的盾構(gòu)，構(gòu)筑多樣的隧道斷面。圖514為三心圓盾構(gòu)機的組成；圖515為利用二三心圓盾構(gòu)機施工的隧道車站斷面。圖5-14 三心圓盾構(gòu)機三圓相交斷面圖圖5-15 二、三心圓盾構(gòu)施工完成區(qū)間隧道及車站擴大斷面形盾構(gòu)機施工法 該法是在盾構(gòu)法隧道施工到任意一個位置，根據(jù)需要沿隧道前進方向任何側(cè)面擴大開挖，增加隧道內(nèi)部部分空間。 自由轉(zhuǎn)向球形盾構(gòu)施工a.盾構(gòu)機自地面垂直向下施工，盾構(gòu)機到達一定深度后，開始分叉向不同方向施工水平橫隧道；b.其頂端的切削頭為球形，可繞水平軸旋轉(zhuǎn)90。 圖516為球形縱橫式泥水盾構(gòu)機，水平推進盾構(gòu)機外徑4.45m。圖5-16 縱橫

13、式泥水盾構(gòu)機H&V盾構(gòu)機施工方法a. H&V (Horizontal Variation &Vertical Variation)是一種能自由穿越具有稠密建筑物的盾構(gòu)掘進方法。能從水平雙孔變?yōu)榇怪彪p孔，或由垂直雙孔變?yōu)樗诫p孔，不斷改變圓形形狀，開挖螺旋型曲線雙斷面隧道的盾構(gòu)掘進方法；b.能由雙孔斷面分開成兩個單孔圓形斷面。 圖517為H&V盾構(gòu)推進分叉示意圖。圖5-17 H&V盾構(gòu)法概念圖新一代超級盾構(gòu)及其操作系統(tǒng)a. 集中了在軟土中掘進的土壓平衡盾構(gòu)（shield)和在巖石中掘進的隧道鑿巖機(TBM)的優(yōu)點；b. 遇到軟土介質(zhì)時是一臺土壓平衡盾構(gòu)機，遇到無水巖石介質(zhì)時是鑿巖機。 圖518為土壓平衡超級盾構(gòu)系統(tǒng)示意圖。圖5-18 土壓平衡超級盾構(gòu)系統(tǒng)示意圖鋼纖維擠壓混凝土襯砌a.擠壓混凝土襯砌不留縫隙，整體性好，內(nèi)壁光滑，止水性好，施工速度快；b.盾構(gòu)機的前方開挖面由膨潤土懸浮液支撐；盾尾后方則由擠壓鋼纖維混凝土流體支撐。新奧法新進展新奧法（New Austrian Tunnelling Method,簡稱NATM)是當代巖石洞室和隧道施工設計應用最廣泛的方法。錨噴支護，復合式襯砌，監(jiān)控量測。地下工程的輔助工法凍結(jié)法氣壓法注漿法深層水泥土攪拌樁法管棚法頂管法等新材料、新設備新材料特殊性能的混凝土a. 輕質(zhì)高強混凝土美國常用混凝土強度可達135MPa,