軌道交通工程施工新技術(shù)及應(yīng)用

軌道交通工程

施工新技術(shù)及應(yīng)用

主要內(nèi)容第一部分：概述第二部分：各類工法的特點(diǎn)、適用條件及選擇原則第三部分：各類工法對(duì)環(huán)境的影響與控制第四部分：工程案例第一部分概述

19世紀(jì)是橋的世紀(jì),20世紀(jì)是高層建筑的世紀(jì),21世紀(jì)可以說(shuō)是地下工程資源開發(fā)和大發(fā)展的世紀(jì).目前我國(guó)面臨著人口、環(huán)境、資源、土地、水資源及氣候變暖等六大難題。地下工程是我國(guó)唾手可得的資源，并且是一項(xiàng)重要的綠色工程，如何安全、優(yōu)質(zhì)、快速、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的建成，是我們需要研究解決的問(wèn)題。

中國(guó)城市軌道交通60年代開始于北京地鐵1號(hào)線，目前全國(guó)逾22個(gè)城市開通軌道交通，線網(wǎng)達(dá)91條線，總里程2677公里（不含成都成灌線）。北京：目前通車?yán)锍?54.7km，2014年底正式開通后，北京軌道交通運(yùn)營(yíng)總里程將達(dá)到527km。

上海：地鐵建設(shè)發(fā)展迅猛，1990年上海開始建設(shè)地鐵1號(hào)線，就目前運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)北京。

廣州：1996年廣州開始建設(shè)地鐵1號(hào)線，預(yù)計(jì)到2017年，廣州市的城市軌道交通通車?yán)锍坛^(guò)500km。中國(guó)地鐵建設(shè)規(guī)劃北京上海天津廣州深圳南京重慶成都武漢沈陽(yáng)長(zhǎng)春杭州西安烏魯木齊蘭州合肥昆明哈爾濱佛山臺(tái)北香港大連鞍山濟(jì)南青島高雄長(zhǎng)沙蘇州

城市軌道交通工程具有以下主要特點(diǎn)：（1）地質(zhì)條件差（工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件）；（2）周邊環(huán)境復(fù)雜；（3）結(jié)構(gòu)埋深淺、與鄰近結(jié)構(gòu)相互影響；（4）圍巖穩(wěn)定性不易判斷。

因此，城市軌道交通工程的關(guān)鍵是施工技術(shù)，它是決定城市地下工程成敗的關(guān)鍵因素。地下工程施工方法一般分類如圖所示。在這些施工方法中，對(duì)以第四紀(jì)地層為主的城市軌道交通工程，以明（蓋挖）法、淺埋暗挖法和盾構(gòu)法使用最為廣泛。新加坡地鐵NichollHighway站(2004年4月)直接原因地表下30m位置的第九道鋼支撐的圍囹破壞引起支撐失效，進(jìn)而導(dǎo)致地下墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)倒坍由于鉆孔樁間的涌水涌砂、造成了基坑被淹的事故（廣州）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量低劣、形成涌水涌砂的事故采用土釘墻支護(hù)的某基坑、深8m，西側(cè)緊鄰電纜溝，暴雨后大量雨水順電纜溝滲入，使土釘墻突然垮塌近40m。各類管線對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全的影響（廣州）：

對(duì)于樁、墻與內(nèi)支撐組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)，處于基坑外側(cè)的管線一般不會(huì)對(duì)基坑的安全構(gòu)成影響。但對(duì)于土釘及錨噴支護(hù)，基坑外側(cè)的各類管線如果處理不好、常常是基坑安全的最大隱患。廣州琶琶區(qū)間事故現(xiàn)場(chǎng)的照片長(zhǎng)40米,寬18米,坑深6~10米,臺(tái)灣高雄地鐵盾構(gòu)施工地表沉陷

施工挖斷消防栓水柱噴出深圳地鐵施工地表沉降過(guò)大造成的破壞現(xiàn)象北京地鐵5號(hào)線12標(biāo)暗挖穿越北四環(huán)

（干楊樹車站）北京地鐵10號(hào)線與奧運(yùn)支線換乘站

熊貓環(huán)島站基坑坍塌北京地鐵10號(hào)線京廣橋附近路面

坍塌（暗挖隧道）2007年3月28日，位于北京市海淀南路的地鐵10號(hào)線一施工工地發(fā)生塌陷，6名施工者被埋。第二部分

----各類工法的特點(diǎn)、適用條件及選擇原則

軌道交通工程通常是在城鎮(zhèn)中修建的，其施工方法選擇會(huì)受到建（構(gòu)）筑物、道路、管線、城市交通、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)條件、施工機(jī)具以及資金條件等因素影響。因此，施工方法的決定，不僅要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、修建地區(qū)具體條件考慮，而且還要考慮施工方法對(duì)城市生活的影響。第二部分主要內(nèi)容一、各工法概貌二、明（蓋）挖法三、淺埋暗挖法（礦山法、新奧法、鉆爆法）四、盾構(gòu)、TBM與掘進(jìn)機(jī)法五、輔助工法（凍結(jié)法）一、各工法概貌

幾種工法的比較-----明挖法布置交通導(dǎo)行設(shè)施-----蓋（鋪蓋）挖法蓋挖法鋪蓋法淺埋暗挖法第一次用淺埋暗挖法建成北京地鐵車站試驗(yàn)段鉆爆法、新奧法盾構(gòu)（TBM）法輔助工法（地層改良與加固（凍結(jié)法））一、明（蓋）挖法（一）明挖法明挖法是先從地表面向下開挖基坑至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后在基坑內(nèi)的預(yù)定位置由下而上地建造主體結(jié)構(gòu)及其防水措施，最后回填土并恢復(fù)路面。明挖法是修建地鐵車站的常用施工方法，具有施工作業(yè)面多、速度快、工期短、易保證工程質(zhì)量、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因此，在地面交通和環(huán)境條件允許的地方，應(yīng)盡可能采用。明挖法施工基坑據(jù)周邊環(huán)境條件，可以放坡開挖，也可以設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)。（二）蓋挖（鋪蓋）法施工蓋挖法施工也是明挖的一種形式，主要區(qū)別在于施工方法和順序不同：蓋挖法是先蓋后挖，即先以臨時(shí)路面或結(jié)構(gòu)頂板維持地面暢通，再向下施工。蓋挖法具有諸多優(yōu)點(diǎn)：圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降，有利于保護(hù)臨近建筑物和構(gòu)筑物；基坑底部土體穩(wěn)定，隆起小，施工安全；蓋挖法也存在一些缺點(diǎn)：蓋挖法施工時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的水平施工縫的處理較為困難；蓋挖逆作法施工時(shí)，暗挖施工難度大、費(fèi)用高。蓋挖法可分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法及蓋挖半逆作法。目前因蓋挖逆作法可盡快恢復(fù)路面，對(duì)道路交通影響較小，城市中施工采用最多的是蓋挖逆作法。二、淺埋暗挖法（礦山法、新奧法、鉆爆法）

1淺埋暗挖法1）淺埋暗挖法的基本概念

淺埋暗挖法（國(guó)外多稱軟土隧道新奧法或淺埋隧道新奧法）是基于巖石隧道新奧法（NATM）的基本原理，針對(duì)城市地下工程的特點(diǎn)，于80年代在北京地鐵第四紀(jì)軟土中開創(chuàng)出的新方法。(1)淺埋暗挖法名稱的確定在小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、格柵拱架制造技術(shù)、正臺(tái)階環(huán)形開挖留核心土方法、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)等基礎(chǔ)上，在軟弱地層必須快速施工的理念，突出時(shí)空效應(yīng)對(duì)防塌的重要作用。并在軍都山黃土隧道、北京地鐵復(fù)興門折返線、復(fù)—八線、西單車站采用淺埋暗挖技術(shù)取得了巨大的成功。1987年8月，北京市科委與鐵道部科技司共同組織鑒定會(huì)，對(duì)淺埋暗挖技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，會(huì)上確定取名為：淺埋暗挖法，適用范圍：各種軟弱地層的地下工程設(shè)計(jì)與施工。淺埋暗挖法又經(jīng)過(guò)十幾年的廣泛應(yīng)用，形成了一套完整的配套技術(shù)，被評(píng)為國(guó)家級(jí)工法，并正式提出“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”十八字方針。

軍都山隧道（1988）（第一次用小導(dǎo)管、網(wǎng)構(gòu)鋼架）北京地鐵復(fù)興門折返線（1987（國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)）(2)淺埋暗挖法施工原理淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理：采用復(fù)合襯砌，初期支護(hù)承擔(dān)全部基本荷載，二襯作為安全儲(chǔ)備，初支、二襯共同承擔(dān)特殊荷載；采用多種輔助工法，超前支護(hù)，改善加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖自承能力；采用不同開挖方法及時(shí)支護(hù)封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系；采用信息化設(shè)計(jì)與施工。第一次用淺埋暗挖法建成北京地鐵車站試驗(yàn)段第一次用淺埋暗挖法建成京珠高速烏龍嶺雙連拱隧道2）淺埋暗挖法的量值概念（深埋、淺埋、超淺埋）（1）按荷載等效高度值＃先計(jì)算深、淺埋隧道分界深度HP（按TBJ108－92和TBJ1003－2001），然后與隧道埋深H比較，H<HP淺埋；＃應(yīng)用實(shí)測(cè)應(yīng)力p和垂直土柱重量rH之比判別

P/(rH)>0.4～0.6為淺埋；

P/(rH)>0.6～1.0為超淺埋；＃當(dāng)圍巖變形和地表下沉值相等時(shí)，即覆蓋層整體下沉?xí)r為超淺埋；＃覆土厚度H與隧道跨度D之比判別建議設(shè)計(jì)階段：H/D小于等于0.4時(shí)為超淺埋。3）淺埋暗挖法的特點(diǎn)與明挖法、盾構(gòu)法相比較，淺埋暗挖法的特點(diǎn)如下：（1）適用于各種地質(zhì)條件和地下水條件；（2）具有適合各種斷面形式（單線、雙線、多線、車站等）和變化斷面（過(guò)渡段、多層斷面等）的高度靈活性；（3）通過(guò)分部開挖和輔助施工方法，可以有效控制地表下沉和坍塌；（4）與盾構(gòu)法比較，在較短的開挖地段使用，也很經(jīng)濟(jì)；（5）與明挖法比較，可以極大地減輕對(duì)地面交通和商業(yè)活動(dòng)的影響，避免大量的拆遷；（6）從綜合效益觀點(diǎn)出發(fā)，是比較經(jīng)濟(jì)的一種方法。淺埋暗挖法具有很多優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是：施工速度慢，施工工藝受施工隊(duì)伍的技術(shù)水平限制等。

4淺埋暗挖法的各種工法1）

淺埋暗挖法的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵－－18字方針（1）管超前：指采用超前導(dǎo)管注漿防護(hù)，實(shí)際上就是采用超前預(yù)加固支護(hù)的各種手段，提高工作面的穩(wěn)定性，防止圍巖松弛和坍塌；（2）嚴(yán)注漿：在超前預(yù)支護(hù)后，立即進(jìn)行壓注水泥砂漿或其它化學(xué)漿液，填充圍巖空隙，使隧道周圍形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體，以增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力；（3）短開挖：即限制1次進(jìn)尺的長(zhǎng)度，減少對(duì)圍巖的松弛；（4）強(qiáng)支護(hù)：在淺埋的松軟地層中施工，初期支護(hù)必須十分牢固，具有較大的剛度，以控制開挖初期的變形；（5）快封閉：在臺(tái)階法施工中，如上臺(tái)階過(guò)長(zhǎng)時(shí)，變形增加較快，為及時(shí)控制圍巖松弛，必須采用臨時(shí)仰拱封閉，開挖1環(huán)，封閉1環(huán)，提高初期支護(hù)的承載能力；（6）勤量測(cè)：對(duì)隧道施工過(guò)程進(jìn)行經(jīng)常性的量測(cè)，掌握施工動(dòng)態(tài)，及時(shí)反饋，是淺埋暗挖法施工成敗的關(guān)鍵。2)淺埋暗挖法的一般應(yīng)用范圍目前淺埋暗挖法已經(jīng)推廣到廣州、深圳、北京、杭州等地特殊的流沙、淤泥、含水砂層、流塑、半流塑地層；埋深縮小到0.8m；暗挖施工的車站跨度達(dá)26m；穿越密集民房。隨著建設(shè)項(xiàng)目的增多，還需進(jìn)一步研究新的輔助工法和施工工藝，以適應(yīng)各種地層條件、埋深、跨度等方面的要求。3）

淺埋暗挖法施工的一般選擇原則

(1)根據(jù)地層情況、地面建筑物特點(diǎn)等四個(gè)環(huán)境（地表、地中、地層及地下水）以及機(jī)械配備情況，選擇對(duì)地層擾動(dòng)小、經(jīng)濟(jì)、快速的開挖方法。若斷面大或地層較差：可采用經(jīng)濟(jì)合理的輔助工法和相應(yīng)的分部正臺(tái)階開挖法；若斷面小或地層較好：可用全斷面開挖法。

(2)應(yīng)重視輔助工法的選擇，當(dāng)?shù)貙虞^差、開挖面不能自穩(wěn)時(shí)，采取輔助施工措施后，仍應(yīng)優(yōu)先采用大斷面開挖法。

(3)應(yīng)選擇能適應(yīng)不同地層和不同斷面的開挖、通風(fēng)、噴錨、裝運(yùn)、防水、二襯作業(yè)的配套機(jī)具，為快速施工創(chuàng)造條件，設(shè)備投入量一般不少于工程造價(jià)的10%。

(4)施工過(guò)程的監(jiān)控量測(cè)與反饋非常重要，必須作為重要的工序。(5)工序安排要突出及時(shí)性，地層差時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行十八字方針。

(6)提高職工素質(zhì)，組織綜合工班進(jìn)行作業(yè)，以提高質(zhì)量和速度。

(7)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，洞內(nèi)外都要處理好施工、人員、環(huán)境三者的關(guān)系。

(8)應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行工序時(shí)間調(diào)整，進(jìn)行進(jìn)度、安全、機(jī)械、監(jiān)測(cè)、質(zhì)量、材料、環(huán)境管理。

4）淺埋暗挖法的基本施工方法與比較從基本施工方法看，為有效地控制圍巖松弛及由此引起的地表下沉，常采用的基本施工方法有：（1）地鐵區(qū)間或小跨度隧道的基本施工方法

a全斷面法

b正臺(tái)階法

c上半斷面臨時(shí)封閉正臺(tái)階法

d正臺(tái)階環(huán)形開挖留核心土法

e導(dǎo)坑法，包括單導(dǎo)坑法和雙導(dǎo)坑法，其中雙導(dǎo)坑法也稱為眼鏡法；

f中隔壁法（CD法，CRD法）。(2）地鐵車站、地下商場(chǎng)、停車場(chǎng)等大跨度聯(lián)拱結(jié)構(gòu)的基本施工方法的施工次序?yàn)椋?/p>

a柱洞法等（圖）；

b多導(dǎo)坑法(側(cè)洞法)（圖）；

c中洞法（圖）。其中柱洞法、側(cè)洞法應(yīng)用較多，大斷面施工應(yīng)遵守變大洞為小洞的施工原則。開挖方法應(yīng)按以下次序優(yōu)選：正臺(tái)階開挖、CD法開挖、CRD法開挖、雙側(cè)壁導(dǎo)洞開挖（眼鏡工法）進(jìn)行，這樣可節(jié)約投資。施工方法比較匯總淺埋暗挖法地下工程的一般施工程序圖4各種施工方法的開挖作業(yè)及問(wèn)題1）全斷面開挖作業(yè)（巖石隧道（鉆爆法、新奧法））

(1)施工順序全斷面開挖法施工操作比較簡(jiǎn)單，主要工序：使用移動(dòng)式鉆孔臺(tái)車，首先全斷面一次鉆孔，并進(jìn)行裝藥連線，然后將鉆孔臺(tái)車退后50m以外的安全地點(diǎn)，再起爆，一次爆破成型，出碴后鉆孔臺(tái)車再推移到開挖面就位，開始下一個(gè)鉆爆作業(yè)循環(huán)，同時(shí)，施作初期支護(hù)，鋪防水隔離層（或不鋪），進(jìn)行二次模筑襯砌。該流程突出兩點(diǎn)：增加機(jī)械手進(jìn)行復(fù)噴作業(yè)，先初噴后復(fù)噴，以利于穩(wěn)定地層和加快施工進(jìn)度；鋪底混凝土必須提前施作，且不滯后200m，地層較差時(shí)鋪底應(yīng)緊跟，這是確保施工安全和質(zhì)量的重要做法。（2）適用范圍全斷面法主要適用于I~II級(jí)圍巖，當(dāng)斷面在50㎡以下，隧道又處于IV級(jí)圍巖地層時(shí)，為了減少對(duì)地層的擾動(dòng)次數(shù)，在采取局部注漿等輔助施工措施加固地層后，也可采用全斷面法施工。（3）優(yōu)缺點(diǎn)全斷面開挖法有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機(jī)械化作業(yè)，提高施工速度，且工序少，便于施工組織和管理。但由于開挖面較大，圍巖穩(wěn)定性降低，且每個(gè)循環(huán)工作量較大。每次深孔爆破引起的震動(dòng)較大，因此要求進(jìn)行精心的鉆爆設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格控制爆破作業(yè)。2）臺(tái)階法開挖臺(tái)階法施工就是將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個(gè)或幾個(gè)部分，即分成上下兩個(gè)斷面或幾個(gè)工作面，分步開挖，根據(jù)地層條件和機(jī)械配備情況，臺(tái)階法又可分為正臺(tái)階法、中隔墻臺(tái)階法等。該法在淺埋暗挖法中應(yīng)用最廣，可根據(jù)工程實(shí)際、地層條件和機(jī)械條件，選擇合適的臺(tái)階方式。（1）正臺(tái)階法開挖正臺(tái)階法開挖優(yōu)點(diǎn)很多，能較早地使支護(hù)閉合，有利于控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地面沉降，上臺(tái)階長(zhǎng)度（L）一般控制在1~1.5倍洞徑（D），根據(jù)地層情況，可選擇兩步或多步開挖。

a上下兩部分步開