地铁盾构机直径一般是多少
现在国内地铁普遍应用的是6米的隧道,盾构机直径也就6300左右,不过也有8米的,还有4米的电力或者水务隧道,以及大直径的11米甚至14米的隧道,盾构机直径也就比隧道直径大一点。
地铁盾构是城市地铁施工中一种重要的施工技术,是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法。它使用地铁盾构机在地下掘进,在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时,在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。
其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑,将地铁盾构机吊入安装,地铁盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。

(1)地铁隧道开挖循环时间扩展阅读:
地铁盾构施工法主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面,也是区别于硬岩掘进法或比硬岩掘进法复杂的主要方面。大多数硬岩岩体稳定性较好,不存在开挖面稳定问题。
用地铁盾构法进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点,在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下,用地铁盾构法施工更为经济合理。
其实全断面掘进机(TBM)和盾构机笼统的说,都是一样,都是隧道全断面掘进。只是不同的工作环境应用不用的机械罢了。他们的主要区别如下:
1.适用的工程不一样,TBM用于硬岩,盾构机用于土层的挖掘。
2.两者的掘进,平衡,支护系统都不一样。
3.TBM比盾构技术更先进,更复杂。
4.工作的环境也不一样,TBM是硬岩掘进机,一般用在山岭隧道或大型引水工程,盾构是软土类掘进机,主要是城市地铁,及小型管道。
地铁施工的方法是什么
一、明挖法
通常在地面条件允许的情况下,地铁区间隧道宜采用明挖法,但对社会环境影响很大。明挖法是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上顺作施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。
明挖法是各国地下铁道施工的首选方法,在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法,明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区,因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护,防止地表沉降,减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济,常被用为首选方案。但其缺点也是明显的,如阻断交通时间较长,噪声与震动等对环境的影响。
明挖法包括敞口明挖法、基坑设置支护结构的明挖法和盖挖法。
(1)敞口明挖法。在地面建筑物稀少、交通不繁忙、施工场地较大、结构物埋深较浅的地段及城市轨道交通出入地面的区段采用敞口明挖法。
(2)基坑设置支护结构的明挖法。在施工场地较小、土质自立性差、地下水丰富、建筑物密集、埋深大时采用明挖法时基坑要加设支护结构。
(3)盖挖法。埋深较浅、场地狭窄及地面交通不允许长期占道施工情况下可采用盖挖法施工。即在短期封闭地面交通期间,进行连续墙和钻孔灌注桩作业,开挖和修筑结构顶板,随即回填,恢复地面交通,然后转入地下作业,开挖基坑,修筑楼板和底板,利用隧道两侧的出入口和通风道出土、进料。
依据主体结构施工顺序分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法。该法是在既有道路上先完成周边围护挡土结构及设置在挡土结构上代替原地表路面的纵横梁和路面板,在此遮盖下由上而下分层开挖基坑至设计标高,再依序由下而上施工结构物,最后覆土恢复为盖挖顺作法;反之先行构筑顶板并恢复交通、再由上而下施工结构物为盖挖逆作法。
二、暗挖法
暗挖法是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛,目前我国的隧道施工当中以盾构法和浅埋暗挖法该两种方法居多。
1.钻爆法
我国地域广大、地质类型多样,重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中,广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中,这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖、喷锚支护(与通常的山岭隧道相当)。
钻爆法施工的全过程可以概括为:钻爆、装运出碴,喷锚支护,灌注衬砌,再辅以通风、排水、供电等措施。在通过不良地质地段时,常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸,钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法,例如:上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破,有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护,有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。
2、盾构法
在地铁线路穿越河道地段,围岩结构松散、饱水、呈流塑或软塑状态,工程地质条件较差的地段,采用盾构机施工。盾构(shield)是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置,钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶;钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离,就在盾尾支护下拼装(或现浇)一环衬砌,并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆,以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井,在竖井内安装盾构,盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。
我国应用盾构法修建隧道始于20世纪50~60年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道,采用的是比较老式的盾构机(如网格式、压气式、插板式等),80年代末、90年代初开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点,目前,该方法已经在我国的地铁建设中得到了迅速的发展。我国各城市地铁采用的盾构机大多是土压平衡盾构机型。
随着盾构法研究的深入、工程应用的增多,盾构法施工技术以及盾构机修造配套技术也得到了发展提高:上海地铁隧道基本全部采用盾构法修建,除区间单圆盾构外,目前正在使用双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道,此外还试验采用了方形断面盾构修建地下通道;采用直径11.2m的泥水盾构建成了大连路越江道路隧道,这也是目前我国最大直径的盾构机。广州地铁采用具有土压平衡、气压平衡和半土压平衡模式的新型复合式盾构机成功应用于既有软土、又有坚硬岩石以及断裂破碎带的复杂地层的地铁区间隧道修筑,大大拓展了盾构法的应用范围。深圳、南京、北京、天津等城市虽然地质、水文条件各不相同,但采用盾构法修建区间隧道均取得了成功。
盾构法的主要优点:除竖井施工外,施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪声和振动影响;盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,施工易于管理,施工人员也比较少;土方量少;穿越河道时不影响航运;施工不受风雨等气候条件的影响;在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道,盾构法有较高的技术经济优越性。
3、掘进机法
在埋深较浅、但场地狭窄和地面交通环境不允许爆破震动扰动,又不适合盾构法的松软破碎岩层情况下采用。该法主要采用臂式掘进机开挖,受地质条件影响大。
4、新奥法
城市轨道交通线路穿越基岩地段时,围岩具有一定的自稳能力,一般采用新奥法施工,即以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段,同时发挥围岩的自身承载作用,使其和支护结构成为一个完整的隧道支护体系,并可采用信息设计,即根据施工监测的数据随时调整原设计,使设计更趋合理。
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 原文是New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM,新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹(L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的,它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础,将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法,经过一些国家的许多实践和理论研究,于60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展,已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代NATM 被介绍到我国,七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。
在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。用该方法修建地下隧道时,对地面干扰小,工程投资也相对较小,已经积累了比较成熟的施工经验,工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时,对于岩石地层,可采用分步或全断面一次开挖,锚喷支护和锚喷支护复合衬砌,必要时可做二次衬砌;对于土质地层,一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌,在有地下水的条件下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。
在我国利用新奥法原理修建地铁已成为一种主要施工方法,尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。
新奥法的支护原则是:围岩不仅是载物体,而且是承载结构;围岩承载圈和支护体组成隧道的统一体,是一个力学体系;隧道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务。
新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段,因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层,与围岩紧密粘结的可缩性支护结构,允许围岩有一定的协调变形,而不使支护结构承受过大的压力。
施工顺序可以概括为:开挖→一次支护→二次支护。
开挖作业的内容依次包括:钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业与一次支护作业同时交叉进行。第一次支护作业包括:一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土。一次支护后,在围岩变形趋于稳定时,进行第二次支护和封底,即永久性的支护(或是补喷射混凝土,或是浇注混凝土内拱),起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用,而此支护时机可以由监测结果得到。
5、浅埋暗挖法
针对我国城市地下工程的特点和地质条件, 新奥法经过多年的完善与发展,又开发了“浅埋暗挖法”这一新方法,与明挖法、盾构法相比较,由于它可以避免明挖法对地表的干扰性,而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性,因此目前广泛应用于城市地铁区间隧道、车站、地下过街道、地下停车场等工程。
用小导管注浆加固土层,分部开挖,架钢筋格栅拱、喷混凝土法施工初次衬砌,然后做防水层,最后用模注混凝土做二次衬砌。
浅埋暗挖法又称矿山法,起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程,是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上,针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于,它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下,隧道埋深小于或等于隧道直径,以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。
顾名思义,浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是:利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力,采取适当的支护措施,使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法,主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序,现被施工单位普遍采纳。
浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针:管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。其主要的技术特点为:动态设计、动态施工的信息化施工方法,建立了一整套变位、应力监测系统;强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用;研究、创新了劈裂注浆方法加固地层;发展了复合式衬砌技术,并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。
由于该工法在有水条件的地层中可广泛运用,加之国内丰富的劳动力资源,在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广,已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道,而且在大跨度车站的修筑中有相当的应用。此外,该方法也广泛应用于地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。
浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法、盾构法不适应的条件下,浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。
浅埋暗挖法施工步骤是:先将钢管打入地层,然后注入水泥或化学浆液,使地层加固。开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。地层加固后,进行短进尺开挖。一般每循环在0.5-1.0米左右。随后即作初期支护。第三步,施作防水层。开挖面的稳定性时刻受到水的危胁,严重时可导致塌方。处理好地下水是非常关键的环节。最后,完成二次支护。一般情况下,可注入混凝土,特殊情况下要进行钢筋设计。
浅埋暗挖法作为建设部命名的国家级工法,不仅在地铁修建中显示了它的优越性,为国家取得重大经济、社会效益,它在地下停车场、地下街道、地下商业街及市政地下管网的建设中注入了前所未有的活力,为现代城市地下空间的开发作出了贡献。
6、顶管法
是直接在松软土层或富水松软地层中敷设中小型管道的一种施工方法。适用于富水松软地层等特殊地层和地表环境中中小型管道工程的施工。主要由顶进设备、工具管、中继环、工程管、吸泥设备等组成。
7、沉管法
沉管法是将隧道管段分段预制,分段两端设临时止水头部,然后浮运至隧道轴线处,沉放在预先挖好的地槽内,完成管段间的水下连接,移去临时止水头部,回填基槽保护沉管,铺设隧道内部设施,从而形成一个完整的水下通道。
沉管隧道对地基要求较低,特别适用于软土地基、河床或海岸较浅,易于水上疏浚设施进行基槽开外的工程特点。由于其埋深小,包括连接段在内的隧道线路总长较采用暗挖法和盾构法修建的隧道明显缩短。沉管断面形状可圆可方,选择灵活。基槽开挖、管段预制、浮运沉放和内部铺装等各工序可平行作业,彼此干扰相对较少,并且管段预制质量容易控制。基于上述的优点,在大江、大河等宽阔水域下构筑隧道,沉管法称为最经济的水下穿越方案。
按照管身材料,沉管隧道可分为2类:钢壳沉管隧道(有可分为单层钢壳隧道和双层钢壳隧道)和钢筋馄凝土沉管隧道。钢壳沉管隧道在北美采用的较多,而钢筋混凝土沉管隧道则在欧亚采用较多。
沉管隧道施工主要工序:管节预制→基槽开挖→管段浮运和沉放→对接作业→内部装饰。
三、其他特殊施工方法
由于科技水平不断提高,设备不断完善,在一些特殊地段采用冻结法、化学注浆等方法加固围岩,当隧道穿过建筑物时采用基底托换等方法,为处理好地下水采用降水深层回灌等施工技术,在全国地铁施工中也得到应用,并取得了一定的效果。
对于大跨度车站及折返线隧道工程,一般采用分部开挖法施工,分布开挖法包括双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法等,这些方法都取得了良好的施工效果。
地铁隧道岩石开挖用什么设备效率高
鑫飞腾机械的液压碎石棒动力强大,保养便捷,使用寿命长。
挖隧道用什么机器
挖隧道的机器是隧道掘进机。隧道掘进机分为两类:用于软土地层的盾构隧道掘进机,简称盾构机;用于岩石地层的全断面硬岩隧道掘进机,简称硬岩TBM(Tunnel Boring Machine)。
隧道掘进机是利用回转刀具开挖,同时破碎洞内围岩及掘进,形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。其特点为快速、安全、经济、质量高。
2014年12月27日,我国国产首台拥有自主知识产权的大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)在湖南长沙顺利下线。它的成功研制打破了国外在该领域的长期垄断,填补了我国大直径全断面硬岩隧道掘进机研制的空白。
大直径全断面硬岩隧道掘进机常用于长大硬岩隧道施工,是集开挖、支护、出渣等功能于一体的成套掘进设备;因它对设备的可靠性和长寿命要求极高,被称为工程机械的“航空母舰”和“掘进机之王”。一个多世纪以来,该设备核心技术一直被国外垄断,国内的TBM全部依赖进口。
为实现装备制造业技术的突破,中国铁建重工集团依托国家“863计划”项目支持,结合实验工程地质条件开展关键技术研究和科技攻关,突破了打直径TBM多系统协调技术、大功率、变载荷等核心技术,成功研制出达国际先进水平的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)。

(4)地铁隧道开挖循环时间扩展阅读:
我国铁路建设、公路交通、水利水电、城市轨道交通、矿井建设、大规模的输气、输电、输水工程等基础设施建设对TBM市场需求巨大,大直径TBM也将广泛应用于各个领域。
国产首台拥有自主知识产权的大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)下线后,用于国家重点工程吉林省中部城市引松供水工程,掘进长度共计23公里,工程所在地以底山丘陵为主。
设备针对吉林中部城市引松供水工程输水总干线隧洞“长距离、大埋深、高应力、搞水压、搞地温、大涌水、易岩爆”等地质特点和技术难点,大直径TBM把高强度、高风险、高污染的隧道掘进工程作业转变成为相对安全、高效的绿色施工模式,满足隧道建设快速、优质、高效、安全、环保、集成化程度高的要求。
隧道开挖方法有哪些,简述隧道开挖方法
1、传统的矿山法
是采用钻爆法开挖和钢木构件支撑的施工方法。
2、隧道掘进机法
它是装置有破碎岩石的刀具,采用机械破碎岩石的方法开挖隧道,并将破碎的石碴传送出机外的一种开挖与出碴联合作业的掘进机械,能连续掘进。
3、盾构法(Shield)
是一种钢制的活动防护装置或活动支撑,是通过软弱含水层,特别是河底、海底,以及城市中心区修建隧道的一种机械。在它的掩护下,头部可以安全地开挖地层,一次掘进相当于装配式衬砌一环的宽度。
尾部可以装配预制管片或砌块,迅速地拼装成隧道永久衬砌,并将衬砌与土层之间的空隙用水泥压浆填实,防止周围地层的继续变形和围岩压力的增长。
4、明挖法
是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上顺作施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

5、盖挖法
是由地面向下开挖至一定深度后,将顶部封闭,其余的下部的工程在封闭的顶盖下进行施工,主体结构可以顺作,也可逆作。
6、浅埋暗挖法
是参考新奥法的基本原理,开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩,充分调动围岩的自承能力,开挖后即时支护,封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系,有效地抑制围岩过大变形的一种综合施工技术。
7、地下连续墙
也称为混凝土地下墙、连续地中墙。它是将分段施工的单元地下墙连接成连续的地下墙体,替代传统的木桩、钢桩、钢筋混凝土桩等,起挡土、承重、防水作用。
参考资料来源:
网络-隧道施工
隧道上台阶开挖矢跨比是什么意思
第一章 城市地下工程浅埋暗挖技术
一、概述
在城市软弱围岩地层中,在浅埋条件下修建地下工程,以改造地质条件为前提,以控制地表沉降为重点,以格栅(或其他钢结构)和锚喷作为初期支护手段,遵循“新奥法”大部分原理,按照“十八字”原则(即管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测)进行隧道的设计和施工,谓之城市地下工程浅埋暗挖技术。
二、浅埋暗挖与“新奥法”(NATM)
“新奥法”的核心是以维护和利用围岩的自承能力为基点,使围岩成为支护体系的组成部分,支护在与围岩共同变形中承受的是形变应力,因此要求初期支护有一定柔度以利用和充分发挥围岩的自承能力。而作用于浅埋隧道上的地层压力是覆盖层的全部或部分土柱重,其地层压力和支护的刚柔度关系不大,从减少地表沉陷的城市要求角度出发,还要求初期支护有一定刚度。设计时并没有充分考虑利用围岩的自承能力。这正是浅埋暗挖技术与“新奥法”的不同点。
但是,浅埋暗挖技术仍然遵循了“新奥法”施工的大部分原则,如以锚喷作为初期支护手段;尽量减少围岩扰动,要求周边圆顺避免棱角突变处应力集中;初支与围岩密贴;量测信息反馈指导设计施工等。
三、浅埋暗挖技术的特点
浅埋暗挖技术从减少城市地表沉陷考虑,还必须辅之与其他配套技术,如地层加固、降水等。从工程条件出发,还必须熟悉在不同条件下的马头门开挖,断面变化地段(诸如扩大、爬高、转弯等)开挖,由明挖进入暗挖的破桩,分部开挖完成及自下而上的二次衬砌前的“托梁换柱”以实现“力的转换”以确保安全等诸多关键技术。
浅埋暗挖的另一个特点是十分讲究施工方法的选择,尤其是地铁车站多跨结构和大跨结构。一个合理的机构型式和正确的施工方法能起到事半功倍的作用。
四、常用的单跨隧道浅埋暗挖方法
1.开挖方法选择
根据开挖断面大小,在一般条件下有如图1所示的开挖方法。
图1 单跨隧道(洞)开挖方法
(注:在地质条件较差和拱部弧度较平缓时情况,1012m断面仍宜采用CD法)
2.施工顺序
各种施工方法的施工顺序如图2所示
3.台阶法施工
台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法,而且是实现其它施工方法的重要手段。当开挖断面较高时可进行多台阶施工,每层台阶的高度常用3.5~4.5m,或以人站立方便操作选择台阶高度。台阶长度的选择参见图3示:
长台阶(L>5B):长台阶对掌子面的稳定有利,但施工的干扰大;上台阶上设备、材料困难;上台阶向下台阶出碴困难;不能及时封闭成环,有时不得不在上台阶底板上作临时仰拱,这种方法在一般情况下不宜采用。
中台阶(L=1.5~5B):中台阶的特点介于上台阶和短台阶之间,由于台阶有一定长度,当拱部锚杆和初期支护壁后注浆工作量大时可减少和上台阶开挖的施工干扰。由于上台阶的距离不长,喷砼和注浆设备仍可放在下台阶。
短台阶(L=1~1.5B):在土质隧道中上台阶不必上大型设备,而且从上台阶向下台阶运土的距离短,下半断能在1~1.5B内封闭成环,也能保证围岩开挖后的稳定,这种台阶长度在城市地铁的第四系地层中普遍采用。
微台阶(L<B):在满足掌子面开挖稳定要求、满足开挖下台阶时喷砼的强度和方便施工的原则下进行选择,一般用3~4m。当使用反向挖掘机开挖装碴时,上台阶大部分可利用该机进行挖、装,可以提高施工速度。
进行台阶开挖时的辅助施工方法
①环状开挖留核心土并设锁脚锚管:开挖上台阶时,Ⅱ类围岩地段宜采用环状开挖留核心土并做锁脚锚管。上台阶开挖留核心土有利于掌子面的稳定减少地表沉陷,同时方便架设钢筋和喷砼,如图4所示。
②下台阶除可一次开挖外,根据地质条件又可分别选用图5所示的开挖方法:
下台阶先挖核心土施工速度较快,但有时施工不安全,一般不宜采用;留核心土施工较安全,但施工仍然不方便,仅在必要时使用;左右错进同样可以保证施工安全,而且施工方便,因此使用较广泛。
③初次支护背后注浆:拱部部分喷砼常因重力下沉而在围岩之间产生小的裂隙,在其壁后注浆有利于减少地表下沉。
④特殊不良地质条件在上台阶的底部设临时仰拱,或者在上台阶的拱顶下设临时立柱,有利于减少围岩的收敛和拱顶的下沉。
4.CD法和CRD法(中隔墙法和交叉中隔墙法)
进入20世纪80年代,日本和西欧在经历众多工法选择和权衡后,热衷于运用非掘进机方法处理浅埋软弱地层的地下工程,并在技术、经济上有所突破。
在CD法出现以前,惯用的方法除台阶法外,在断面较大和地质条件较差时,采用上半断面临时闭合法和眼镜工法。
最先采用CD法的工程是德国兰茨贝格城地下停车场和慕尼黑地铁工程以及日本的真米隧道。
最先采用CRD工法的工程是日本东叶高速线习志野台隧道和北习志野台隧道。
CD法和CRD法实际上都是左右分块、上下分台的开挖方法,将大断面化成小断面施工,步步封闭成环,每个施工阶段都是一个完整的受力体系,结构受力均匀。而两种方法的不同处,前者是先将一个半块挖完后再挖另一个半块;后者是是每层左、右开挖后再挖下层。CD法和CRD法模筑砼施工方法,是先用支承替换法施工底板,即分段拆除中壁铺设防水板和施工底板,再用支撑恢复中壁,最后分段拆除中壁和临时仰拱,由初期支护承受荷载,完成墙、拱衬砌。
应当指出,当断面的高、宽尺寸不大(例如小于10~12m)、外形好(矢跨比大)的情况下采用CD法和CRD法时对控制地表的作用并不大。由于分块、分层多,对地层的多次扰动,对控制地表沉降反而不利。如果此时采用台阶法,把CD,CRD中隔壁和临时仰拱的数量用在台阶法初期支护加强上,不但增加了结构的安全度,有利于减少地表沉降,而且还减少了中隔壁和临时仰拱施工和拆除的麻烦。
根据日本试验资料,在同等条件下开挖宽9m、隧道覆盖层10m时,两种方法施工效果比较如下(表1)
表1 CD、CRD法施工效果对比
施工方法 地表总沉陷(mm) 地表沉降最大化倾斜率 侧向水平位移(mm)
CD 77~84 6‰ 20
CRD 26~30 2.3‰ 9
由表1可看出CRD法比CD法的地表沉陷和结构侧向水平位移小50%,因此在相同条件下推荐使用CRD法。目前我国城市地下工程以30mm控制地表沉陷,以上试验资料是主要参考因素。
CRD法是将原CD法先挖中壁一侧改为两侧交叉开挖方式,并步步封闭成环(如图6、7所示)。CRD法即交叉中隔墙法,来源于英文“Center Cross Diaphragm”。CRD法的使用十分广泛,浅埋暗挖地铁车站三拱两柱和双拱单柱结构断面,其中洞和侧洞大断面自上而下的开挖均用CRD法实现。车站风道双层大断面及风道进入车站施工的抬高段,一般也是采用CRD法。CRD法的每个步序均采用最基本的台阶法步骤。
图7 CRD工法施工实例
5.PBA法
PBA 法即洞桩法,该方法的施工顺序是先在起拱线附近开挖导坑,利用导坑施工钻孔桩和桩顶纵梁,开挖上半断面(采用环形开挖)进行拱部衬砌,最后开挖其余部份完成底板和边墙衬砌。
如果条件允许,也可以用挖孔桩代替钻孔桩。施工的方法是在边墙脚附近增加下导坑,在下导坑内施工条形基础,然后从上导坑向下施工孔桩和完成桩顶冠梁,以后的施工同前钻孔桩。如基底地质条件较好,可用矩形挖孔桩下部扩桩的方法取消下导坑和条形基础。该方法的特点是边桩可起到部分隔离作用,即减少对桩外土体的扰动,地面沉槽范围减少为左、右上导坑开挖高度的沉槽范围,同时,开挖上台阶时进行初期支护,拱脚有稳固的桩作为支点,下沉量很小,也避免了以后开挖下台阶时引起的下沉。因此本方法对控制地表沉降和保护周边建筑和地下管线有利。
6.双侧壁导坑法
双侧壁导坑法(如图8所示)实际上是竖向分成3块,上、下仍是分台阶的开挖方法,先开挖两侧导坑后再开挖中间块。这种开挖断面大,竖向三块要求大致均匀,且侧导内要加横向撑,除非经过计算和量测反馈证明初期支护强度足以满足全断面衬砌要求,否则建议尽量采用分部衬砌。
图8 双侧壁导坑法工程实例
五、单跨隧道分部开挖完成及进行二次衬砌应遵循的原则
跨度较大的单跨隧道采用CD法,CRD法和双侧壁导坑法施工,适用于地铁区间折返线、风道、出入口、横向通道爬高段、人防段,以及特殊地段的平顶直墙大跨结构和个别车站单洞大跨结构。这种由小跨组合成大跨的结构型式,一般情况图形条件奇特(扁平或高墙平拱),受力条件差。在拆除中隔墙临时支撑进行二衬时必须特别慎重,是重要风险源之所在,要有专项方案专题审查。
二衬应遵循的原则是:分段跳槽,监控量测,托梁换柱,先撑后拆,必须维持原结构受力状况不变,完成力的转换。这种特殊的断面型式,一般情况应采用换撑分部衬砌。除非跨度不大,结构受力条件好,初次支护强,经过检算和量测反馈证明拆除中隔墙后能承受荷载,方可进行分仓 全断面台车衬砌。
六、城市地铁车站暗挖施工
用浅埋暗挖技术修建城市地铁车站,因对地面交通和环境的影响方面具有明显优势而倍受推崇。北京、广州、深圳、南京、沈阳、武汉、西安等大城市通过市区的地铁车站,原则上都采用暗挖施工。其中,侧洞法、PBA法和中洞法常被用于修建三拱两柱双拱单柱双层岛式车站。一拱两柱和一拱一柱断面有利于拱顶防水,但拱顶较平缓,宜采用PBA法或洞柱法。
1.侧洞法
施工顺序上是先同步开挖两个侧洞,而侧洞往往又是采用“CRD”法来完成。待侧洞封闭后,在侧洞内自下而上施作基础、立柱、边墙和边拱,顶住两侧洞上部土体,再在中部用正台阶自上而下开挖并完成中拱、隔板和基础。如图11所示
该法必须同步推进两个较大跨度的侧洞,以免产生不均匀推力,对地层扰动范围较大。
1、CRD法开挖左、右洞包括初支和施工支护;Ⅱ、柱底纵梁和钢管柱;Ⅲ、左右洞底板;
Ⅳ、分边墙和左、右洞楼板;Ⅴ、左、右洞其余边墙和拱部; 6、中洞上台阶环形开挖;Ⅶ、中洞拱部;8、中洞楼板以上土方开挖;Ⅸ、中洞楼板;10、中洞其余部份开挖;Ⅺ、中洞底板。
2.PBA法
如图12所示,首先施工上下各四个导洞,在下导洞内作条形基础并由上导洞向下开挖护壁桩孔和立柱孔,分别吊装钢管柱和浇注护壁桩,使之置于条形基础之上,然后进行上层开挖和初次支护,实施二次衬砌的顶梁、拱部和上部边墙,并用地模施作中隔板,再向下完成下部开挖和衬砌。在开挖左、右洞上台阶时,为平衡中洞拱脚向左、右的推力,在两柱顶纵梁之间设置水平拉杆,也可以在中柱和孔桩间的空隙进行回填,并在中柱穿过上、下导坑施工支护的缺口处,用塑料布包住钢管柱后用低标号砼填充。为保证中柱两条形基础的整体性,在其下导坑间中柱位置,每隔一柱间距横向开挖小导坑先施作部分窄条底板。
如前所述,也可以用钻孔桩法施工边桩及中柱,并可取消下导坑,对控制地表沉降有利,但施工设备复杂,成本高,在有的地层中(例如漂石和直径较大的砂卵石地层)钻孔的速度慢,如果地质条件好边桩可采用矩形挖孔桩底部扩桩的办法,取消边桩的下导坑和条形基础。
1、上下导坑错开距离开挖(包括初支);Ⅱ、孔桩开挖、底纵桩、中柱边桩、顶纵梁;3、中洞上台阶开挖(包括初支);4、左右洞上台阶开挖(包括初支);Ⅴ、中洞拱部衬砌;Ⅵ、侧洞拱部衬砌;7、楼板以上土体开挖;Ⅷ、楼板浇砼;9、剩余部分土体开挖;Ⅹ、底板及底部边墙衬砌;Ⅺ、站台板浇筑。
该法最大优点是按照施工顺序,可以再横向扩大施作更大跨度结构,但因其需在两侧施作护壁桩而提高了造价,且在一个十分狭窄的小导洞内完成一系列的钢筋、立模、浇注、吊装等操作,作业环境恶劣。采用PBA法地表沉降值比侧洞法、中洞法小,因此适用于一拱两柱等拱顶较平缓的断面。
3.中洞法
中洞法在松散地层中修建地铁车站,因其在开挖和初次支护过程中横向影响范围小、沉降小、安全且避免了侧洞法施工时因施工误差而造成安装中洞拱部钢架的困难,因此在北京地铁多座车站被推荐采用。
中洞开挖采用“CRD”法,完成中洞(六部或八部)封闭后,在中洞较大空间内自下而上完成基础、立柱、中隔板、顶梁和中拱,使之在中洞内形成一个庞大的刚体顶住上部土体。用正台阶法或“CRD”法完成两侧洞开挖支护和二次衬砌。
在开挖侧洞上台阶时,为平衡中洞拱脚向左右的推力,在两柱顶纵梁之间设置水平拉杆。该法工序单纯,中洞开挖充分利用各部分尽快封闭早成环,整体环套环特点,结构整体性好,具有广泛使用前景。(图13所示)
1、用CRD法开挖中洞(包括初期支护和施工支护);Ⅱ、中洞底板底纵梁;Ⅲ、钢管柱、楼板;Ⅳ、柱顶纵梁和中洞拱部;5、用台阶法开挖左、右洞;Ⅵ、左右洞底板;Ⅶ、左右洞部分边墙和楼板;Ⅷ、左右洞其余边墙和拱部。
4.柱洞法
本方法具有PBA和中洞法的特点,即先挖柱洞完成中柱再开挖中洞。其它和压力
转换基原理和中洞法相洞。本方法主要用在一柱两洞设计拱部弧度平缓,采用一般中洞法可能有大的地面沉降值使用。如图14所示。
1、台阶法开挖柱洞(包括初期支护和施工支护);Ⅱ、底纵梁、中柱、顶纵梁;3、中洞上台阶开挖;Ⅳ、中洞拱部;5、用台阶法开挖中洞楼板以上部分;Ⅵ、中洞楼板;7、中洞其它部分开挖;Ⅷ、中洞底板;9、台阶开挖左右洞;Ⅹ、左右洞底板;Ⅺ、左右洞部分边墙和楼板;Ⅻ、左右洞其余边墙和拱部。
5.分离岛式车站施工方法
随着我国各大城市地铁建设的快速发展,一种结构简单而又不影响使用功能的车站形式,分离岛式车站应运而生。
为避开地铁对城市立交桥梁桩基的影响,在选择地铁线路走向时,常将两线路的线间距加大(例如北京地铁十号东三环地段地铁的线间距为45.5m),线路的左右线分别位于地面主干线桥梁的两侧,从而把对桥梁桩基的影响降至最低。此车站由分离的两个双层(或单层)单洞组成,由中间横通道将两洞相连,单洞的一半与通道共同组成站台,如附图1所示。分离岛式隧道一般宽度为12.5m,双层高度15m左右。这种新颖的车站组合型式,大大化解了暗挖车站多跨结构施工风险但又不致影响车站使用功能。目前北京地铁十号线的工体北路站、呼家楼站、国贸站等均采用分离岛式车站,其施工方法的选择大都是PBA法,在距桩基较近时采用洞内施工作围护桩固然有保护桥桩和控制地面沉降作用,但毕竟污染大,施工环境差。实际上对于分离岛式车站这种单跨12m左右的地下结构,可以选择一些更简单的施工方法,把中隔板以上部位作为一个单独的结构来完成,采用CD法完成中隔板以上部位土体开挖,用地模两侧留槽,将边墙防水板和钢筋下埋回填,完成中隔板及拱部衬砌,再开挖中隔板下边墙条形土体预留下部核心土完成边墙衬砌,开挖核心土及施作仰拱封底。
七、浅埋暗挖二十问
一问:“十八字方针”是什么?
“管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤量测”的十八字方针,是在任何条件下进行浅埋暗挖施工必须遵循的原则,每三个字,都可以写一本书。不了解、不研究、不遵循“十八字方针”,就不懂得浅埋暗挖。
与此同时,还要了解浅埋暗挖中“先注浆,后开挖,注浆一段,开挖一段,封闭一段,段段推进”的警句。
二问:超前小导管注浆的作用是什么?
超前小导管注浆的作用,一是改良工作面前方的地层在开挖工作面以外(尤其是顶部)形成厚度为0.51m的加固圈;二是超前小导管与地层形成超前支护结构,从而保证开挖工作面的稳定,防止工作面坍塌,控制地表沉降。
三问:关于地下水的问题,在地下工程施工中,“成也是水,败也是水”的含义是什么?
浅埋暗挖必须无水作业,带水操作,必然是豆腐渣工程。十次坍塌九次与地下水有关。因此,一般情况必须事前进行地表井点降水。同时探明地质构造内有无地下水囊,从而采取相应措施,防止水囊内积水流入洞内,危及施工安全。
四问:初支格栅节点螺栓,都能拧紧吗?拧不紧怎么办?
一般来说,在地下施工环境里格栅螺栓是不容易都拧紧的,一榀格栅若干个松动的节点会给工程留下无穷隐患。首先初支结构会沿着节点处留下一道纵向裂缝并不断扩大,这是十分可怕的。因此,用与格栅主筋相同的钢筋竖向按规范进行梆焊,是一项不可或缺的工序。
五问:上半断面台阶有多长?何时封闭成环?
根据北京地质处在第四纪永定河冲洪积扇的地质条件,应以短台阶最为适宜,即台阶长度为11.5倍洞径,以区间隧道为例。例:6m的跨度,台阶长度以69m为好。下半断面开挖,也就初支封闭成环了。但倘若是极端的不良地质条件,收敛值大时建议在上半断面台阶上设临时仰拱提前封闭。须知:浅埋暗挖的十八字方针中,“快封闭”是个关键词。
六问:工程周边管网调查清楚了吗?有何对策?
调查对象应该是管网名称、直径、材质、接口、年代、流量与结构的关系。以便采取改移、导流、加固周边土体等措施。
七问:天天都量测,然而你重视分析量测成果吗?即时采取对策吗?
每天必须审阅内拱顶和对应的地面沉降值和洞内两侧收敛值,对照预警值分析。注意周边结构的差异沉降分析,及时采取注浆加固,缩小步距,地面注浆,修改设计等对应措施。
八问:二次衬砌的保护层有何作用?迎水面的保护层也重要吗?
按规范要求确保保护层的厚度是防止结构钢筋不被锈蚀的百年大计。常常被忽略的迎水面保护层也是同样作用。
九问:正台阶分层开挖,台阶有坡度吗?
台阶纵向必须有坡度,以确保台阶稳定。在亚粘土地区,通常采用1:0.3,砂层应更缓些。接近90o直立是不允许的,挖神仙土是绝对违章。台阶过陡土体滑落伤人屡见不鲜。
十问:初支背后和二衬背后都注浆吗?何时注浆?注什么浆液?
初支背后有空洞是公认的事实,因此必须梅花形布置注浆孔注浆填充,一般注普通水泥砂浆即可,也有注水泥、白灰和粉煤灰浆液的。初支在封闭成环后,背后注浆应予跟上。
二衬背后也需注浆,因为泵送二衬混凝土,收缩后拱背是平的,与初支有缝隙,需用同等级沙浆填充使之密贴。
十一问:二衬导墙是怎么回事?为什么要与仰拱同时浇注?
二次导墙俗称矮边墙,要求与仰拱连在一起不留工作缝是因为该处承受负弯矩之故,导者,引导也,是模板台车紧靠的地方。因此,对其立模的平整度和垂直度标高都有较高要求。
十二问:你在乎竖井周边堆土的荷载和动载影响吗?
竖井周边的堆土应以不影响竖井结构安全为原则,同时要有一定安全距离,每晚及时把当日弃土装运外卸。装载机、载重汽车也要远离竖井结构。
十三问:开马头门有什么原则?
浅埋暗挖施工,常见的有竖井马头门开挖和通道进入区间隧道的马头门开挖。
兹举竖井马头门的开挖为例:
竖井马头门开挖
在竖井井壁开挖通道的马头门一般采用与竖井下挖同步进行,即在竖井挖至通道拱部时,先排管注浆加固地层并按预先计算好的在竖井上下两榀格栅之间嵌入相应的两榀并列通道格栅作为加强环。竖井继续下挖,通道弧形格栅继续下接,竖井到底,通道格栅也封闭成环。值得注意的是,此时通道刚开门尚未形成一个完整的受力体系,通道继续开挖时只能通过竖井的格栅空隙“掏洞”而入,且通道的格栅和纵向连接筋必须与竖井格栅焊牢,进入马头门先开挖上半断面,在邻近竖井3~5m内在上台阶底用临时横撑加强,待上半断面进8~10m后再开挖下半断面。待下半断面进入了5m以上(马头门的格栅间距一般不得大于0.5m),全部封闭成环形成一个完整受力体系,方可破除竖井横向格栅,形成真正通道空间,如图所示。
1、马头门加固环 2、超前管棚 3、上半断面开挖 4、下半断面开挖
十四问:大断面采用CRD或双侧壁导坑施工,完成初次支护后,是采用分部二衬还是使用台车进行全断面衬砌?
如前面所述,在跨度不大,结构受力条件好,初次支护强,背后注浆效果好,经计算和量测反馈证明拆除临时中隔墙后能承受全部荷载,方可进行全断面台车衬砌。一般情况二衬都应采取分部衬砌。
十五问:掌子面都需要封闭吗?
封闭掌子面是为了避免超前注浆时浆液外泄,在中、粗砂,细砂,砂砾层等可注性好地层常采取封闭掌子面措施。在有水地层,地质较坏,掌子面易坍塌时也会采取封闭掌子面措施。
十六问:为什么坍方、冒顶、流沙、涌水多出现在风道或出入口、人防段换乘通道地段?
首先,出入口等均属于超浅埋地下工程,覆土薄, 断面变化频繁。陡坡、转弯、对开、平顶、直墙等复杂的结构断面都集中在这些部位。这些大都属于地下管网密布地区,常年受管网漏水浸泡,土质松软,有的甚至成流动状,是地铁施工的主要风险源。如果设计或施工方案稍欠考虑,或工艺流程不过关,或队伍管理不严,或方案未经专家论证贸然施工,都会造成不良后果。
十七问:任何地质条件都必须采用小导管超前予注浆吗?
超前小导管注浆适用于隧道拱部处于无粘结,自稳能力差的砂层及砂砾(卵)石层。对于降水后自稳能力较强的亚粘土地层可不进行小导管注浆。
十八问:双连拱区间隧道如何施工?
因地铁线路走向的需要,其线间距变小,不可避免会出现双连拱区间隧道。其施工顺序是先用中洞法完成中墙部位的隧洞开挖,单工序作业由内向外(或由中部向两端)完成中墙钢筋混凝土结构,同时,再用CRD法对称完成两侧洞开挖和初支,用分部衬砌方法对称完成双洞二衬。注意对拆除临时支撑要先撑后拆,保持结构稳定和完成力的转换。
十九问:如何实现暗挖隧道的机械化施工
暗挖隧道是可以实现机械化作业的。挖土采用电动单臂掘进机,机器的皮带会将土自动载入大容量(12m3)的国产梭式矿车内,电瓶车有轨运输,将梭矿运至竖井口,梭矿内的底部链条滚动,将土自动卸入竖井底部的提升斗内。这种机械开挖有轨运输形式是实现绿色工程的有效途径。
二十问:请谈谈暗挖隧道的通风方式
地下巷道作业,在不具备自然通风条件时必须进行机械通风。一般说,开工前应进行通风专项设计。常用的机械管道通风方式有两种:即混合式通风或压入式通风。混合式通风是设置两根通风管:一根将新鲜空气通过风管直接压入工人作业面,另一根是将洞内污浊空压通过风管吸出地面,形成新老空气循环。由于风管占据巷道空间,一般工地只采用压入式通风直接把新鲜空气送入作业面,而利用巷道将污浊空气通过巷道自然排除地面。风量以按每人3m3/分送入新鲜空气即可。
地铁隧道对地面建筑有影响吗
海平面低对较高层建筑并无影响,高层建筑的的板式基础都在地下一定的深度中,具体要看当地的地质情况,它们都是建在岩石上的,故不受水的影响。像在山区地基有时就很浅也就几米,因为几米就是岩石,板基就直接放在上面,也无需打桩。
附加的:城市地下岩土工程存在许多需要解决的特殊问题。主要是:
(1)浅埋、超浅埋暗挖施工技术。城市地下工程的埋深,不仅直接影响工程造价,而且关系到工程使用方便与否,因此,城市地下工程一般埋深较浅。在浅埋、特别是超浅埋的条件下,地下工程需要穿越建筑物和线路、街道,地面保护成为施工技术中的首要问题。
(2)复杂、恶劣环境下的开挖技术。诸如流砂层、膨胀土、高压缩性软土淤土、风化破碎岩石、高浓度瓦斯地层、大涌水、硫化氢、岩溶、高应力、地下管线、地面大车流量、大型载重车多、建筑物密集等等,都是地下岩土工程施工中的难题。
(3)大断面隧道开挖、支护技术。主要是地铁车站及商场、仓库、厅、室,其跨度尺寸达10 m以上。
(4)开挖影响控制技术。随着工程埋深的减小,开挖对地面的影响越来越大,在超浅埋条件下,开挖影响的控制与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关,是地下工程施工中最为复杂的问题。
3 城市地下岩土工程的开挖技术及其适应条件
我国城市地下工程建设起步较晚,随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设,特别是近年来的工程实践,城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下隧道及井孔工程先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等,这些技术有的已达到国际先进水平。
3.1 明挖法
明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点,城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。其缺点是对周围环境的影响较大。
明挖法的关键工序是:降低地下水位,边坡支护,土方开挖,结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有:
(1)放坡开挖技术。适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖,随挖随刷边坡,必要时采用水泥粘土护坡。
(2)型钢支护技术。一般使用单排工字钢或钢板桩,基坑较深时可采用双排桩,由拉杆或连梁连结共同受力,也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。
(3)连续墙支护技术。一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽,也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷,同时具有隔水效果,适用于软土和松散含水地层。
(4)混凝土灌注桩支护技术。一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁,还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。
(5)土钉墙支护技术。在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔,加入较密间距排列的钢筋或钢管,外注水泥砂浆或注浆,并喷射混凝土,使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。
(6)锚杆(索)支护技术。在孔内放入钢筋或钢索后注浆,达到强度后与桩墙进行拉锚,并加预应力锚固后共同受力,适用于高边坡及受载大的场所。
(7)混凝土和钢结构支撑支护方法。依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系,与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系,承受侧向土压力,内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。
3.2 暗挖法
适用于城市中不能采用明挖法施工的地方,亦适用于松散层及含水松散层地层。
地铁区间隧道底板填充层一般在什么阶段施工
一般在轨道铺设完之后施工。
一、明挖法
通常在地面条件允许的情况下,地铁区间隧道宜采用明挖法,但对社会环境影响很大。明挖法是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上顺作施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。
明挖法是各国地下铁道施工的首选方法,在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法,明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区,因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护,防止地表沉降,减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济,常被用为首选方案。但其缺点也是明显的,如阻断交通时间较长,噪声与震动等对环境的影响。
明挖法包括敞口明挖法、基坑设置支护结构的明挖法和盖挖法。
(1)敞口明挖法。在地面建筑物稀少、交通不繁忙、施工场地较大、结构物埋深较浅的地段及城市轨道交通出入地面的区段采用敞口明挖法。
(2)基坑设置支护结构的明挖法。在施工场地较小、土质自立性差、地下水丰富、建筑物密集、埋深大时采用明挖法时基坑要加设支护结构。
(3)盖挖法。埋深较浅、场地狭窄及地面交通不允许长期占道施工情况下可采用盖挖法施工。即在短期封闭地面交通期间,进行连续墙和钻孔灌注桩作业,开挖和修筑结构顶板,随即回填,恢复地面交通,然后转入地下作业,开挖基坑,修筑楼板和底板,利用隧道两侧的出入口和通风道出土、进料。
依据主体结构施工顺序分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法。该法是在既有道路上先完成周边围护挡土结构及设置在挡土结构上代替原地表路面的纵横梁和路面板,在此遮盖下由上而下分层开挖基坑至设计标高,再依序由下而上施工结构物,最后覆土恢复为盖挖顺作法;反之先行构筑顶板并恢复交通、再由上而下施工结构物为盖挖逆作法。
二、暗挖法
暗挖法是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛,目前我国的隧道施工当中以盾构法和浅埋暗挖法该两种方法居多。
1.钻爆法
我国地域广大、地质类型多样,重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中,广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中,这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖、喷锚支护(与通常的山岭隧道相当)。
钻爆法施工的全过程可以概括为:钻爆、装运出碴,喷锚支护,灌注衬砌,再辅以通风、排水、供电等措施。在通过不良地质地段时,常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸,钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法,例如:上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破,有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护,有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。
2、盾构法
在地铁线路穿越河道地段,围岩结构松散、饱水、呈流塑或软塑状态,工程地质条件较差的地段,采用盾构机施工。盾构(shield)是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置,钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶;钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离,就在盾尾支护下拼装(或现浇)一环衬砌,并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆,以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井,在竖井内安装盾构,盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。
我国应用盾构法修建隧道始于20世纪50~60年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道,采用的是比较老式的盾构机(如网格式、压气式、插板式等),80年代末、90年代初开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点,目前,该方法已经在我国的地铁建设中得到了迅速的发展。我国各城市地铁采用的盾构机大多是土压平衡盾构机型。
随着盾构法研究的深入、工程应用的增多,盾构法施工技术以及盾构机修造配套技术也得到了发展提高:上海地铁隧道基本全部采用盾构法修建,除区间单圆盾构外,目前正在使用双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道,此外还试验采用了方形断面盾构修建地下通道;采用直径11.2m的泥水盾构建成了大连路越江道路隧道,这也是目前我国最大直径的盾构机。广州地铁采用具有土压平衡、气压平衡和半土压平衡模式的新型复合式盾构机成功应用于既有软土、又有坚硬岩石以及断裂破碎带的复杂地层的地铁区间隧道修筑,大大拓展了盾构法的应用范围。深圳、南京、北京、天津等城市虽然地质、水文条件各不相同,但采用盾构法修建区间隧道均取得了成功。
盾构法的主要优点:除竖井施工外,施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪声和振动影响;盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,施工易于管理,施工人员也比较少;土方量少;穿越河道时不影响航运;施工不受风雨等气候条件的影响;在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道,盾构法有较高的技术经济优越性。
3、掘进机法
在埋深较浅、但场地狭窄和地面交通环境不允许爆破震动扰动,又不适合盾构法的松软破碎岩层情况下采用。该法主要采用臂式掘进机开挖,受地质条件影响大。
4、新奥法
城市轨道交通线路穿越基岩地段时,围岩具有一定的自稳能力,一般采用新奥法施工,即以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段,同时发挥围岩的自身承载作用,使其和支护结构成为一个完整的隧道支护体系,并可采用信息设计,即根据施工监测的数据随时调整原设计,使设计更趋合理。
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 原文是New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM,新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹(L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的,它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础,将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法,经过一些国家的许多实践和理论研究,于60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展,已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代NATM 被介绍到我国,七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。
在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。用该方法修建地下隧道时,对地面干扰小,工程投资也相对较小,已经积累了比较成熟的施工经验,工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时,对于岩石地层,可采用分步或全断面一次开挖,锚喷支护和锚喷支护复合衬砌,必要时可做二次衬砌;对于土质地层,一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌,在有地下水的条件下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。
在我国利用新奥法原理修建地铁已成为一种主要施工方法,尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。
新奥法的支护原则是:围岩不仅是载物体,而且是承载结构;围岩承载圈和支护体组成隧道的统一体,是一个力学体系;隧道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务。
新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段,因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层,与围岩紧密粘结的可缩性支护结构,允许围岩有一定的协调变形,而不使支护结构承受过大的压力。
施工顺序可以概括为:开挖→一次支护→二次支护。
开挖作业的内容依次包括:钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业与一次支护作业同时交叉进行。第一次支护作业包括:一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土。一次支护后,在围岩变形趋于稳定时,进行第二次支护和封底,即永久性的支护(或是补喷射混凝土,或是浇注混凝土内拱),起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用,而此支护时机可以由监测结果得到。
城市地铁的隧道在地层中的哪一层开挖地表分几层地表水,地下水都在多深的地方那层强度较好
任何两个不同的地方,其地下分层和各层的地质参数都不会相同且相差很远。所以如版果要修地铁,首先是进行地质勘权探,搞清楚地下的地质情况,包括有几层。各层地质情况、地耐力、地下水高度及其是否有腐蚀性等等,然后确定在哪一层开挖地铁隧道。








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