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地鐵隧道施工無振動開挖混凝土和巖石有什麽好的方案?

I .切割和覆蓋

通常,在地面條件允許的情況下,地鐵隧道應采用明挖法,但對社會環境影響較大。明挖是指挖開地面,自上而下開挖土方至設計標高,自下而上施工隧道,完成隧道主體結構,最後回填基坑或恢復地面的施工方法。

明挖法是各國地鐵建設的首選方法,在地面交通和環境允許的情況下通常采用明挖法。淺埋地鐵車站和區間隧道常采用明挖法和明挖法,屬於深基坑工程技術。由於地鐵工程壹般位於建築物密集的城區,深基坑工程的主要技術難點在於保護基坑周圍的原狀土,防止地表沈降,減少對已有建築物的影響。明挖法具有施工工藝簡單、快速、經濟等優點,常作為首選。但是它的缺點也很明顯,比如長時間堵塞交通,噪音和振動等環境影響。

明挖蓋挖法包括明挖蓋挖法、明挖蓋挖法和基坑支護結構蓋挖法。

(1)打開切口並覆蓋。地面建築物少、交通量小、施工場地大、構築物埋深淺的路段,以及城市軌道交通進出地面的路段,采用明挖暗挖。

(2)基坑內設置支護結構的明挖和蓋板。在施工場地小、土壤自承性差、地下水豐富、建築物密集、埋深大的地方采用明挖法時,應在基坑上增設支護結構。

(3)蓋挖法。在埋深較淺、場地狹窄、地面交通長期占用道路的情況下,可采用蓋挖法。即在短期封閉地面交通期間,進行連續墻和鉆孔樁作業,開挖構築結構頂板,然後回填,恢復地面交通。然後進行地下作業,開挖基坑,修建樓、層,利用隧道兩側出入口進行開挖和投料。

根據主體結構的施工順序,分為蓋挖順序法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法三種方法。該方法是在既有道路上完成周邊圍護結構和設置在圍護結構上的縱橫梁及代替原有路面的路面板,在此覆蓋下自上而下分層開挖基坑至設計標高,然後自下而上依次施工結構,最後覆土恢復至蓋挖法;反之,先建頂板,恢復交通,再自上而下施工結構。

二、暗挖法

暗挖法是在壹定條件下,不開挖地面,在地下開挖建造襯砌結構的隧道施工方法。地下開挖方法主要有:鉆爆法、盾構法、掘進機法、淺埋暗挖法、頂管法、新奧法等。其中,淺埋暗挖法和盾構法應用較為廣泛。目前,我國隧道建設多采用盾構法和淺埋暗挖法。

1.鉆孔爆破法

中國幅員遼闊,地質類型多樣。重慶、青島等城市處於硬巖層,廣州地鐵部分路段也處於硬巖層。在這種地質條件下,地鐵施工通常采用鉆爆開挖和錨噴支護(相當於通常的山嶺隧道)。

鉆爆施工全過程可概括為:鉆爆、裝船期間壓碴、錨噴支護、註漿襯砌,輔以通風、排水、供電。通過不良地質地段時,常采用註漿、鋼架、管棚等壹系列初期支護方法。根據隧道的工程地質、水文條件和斷面尺寸,鉆爆法隧道開挖可采用多種開挖方法,如:上導洞先拱後墻、下導洞先拱後墻、正臺階法、反臺階法、全斷面開挖法、半斷面開挖法、邊墻導洞法、CD法和CRD法。對於爆破,有光面爆破、預裂爆破等技術。隧道初期支護有錨桿、噴射混凝土、掛網、鋼拱架、管棚等支護方式。經常利用及時的測量和信息反饋來監控施工安全,驗證巖石支護措施是否合理。

2.盾構法

地鐵線路穿越河流的地段,圍巖結構松散、飽和、流塑或軟塑,工程地質條件較差,采用盾構機施工。盾構是壹種可支撐地壓並能在地下推進的可移動鋼管結構。鋼筒的前端設有支撐挖掘土壤的裝置,鋼筒的中段設有頂升所需的千斤頂;預制或現澆隧道襯砌環可在鋼筒尾部組裝。盾構每推進壹個環距,就在盾尾的支撐下拼裝(或現澆)壹個環襯,並在襯環周圍的空隙中壓入水泥砂漿,防止隧道和地面下沈。盾構推進的反作用力由襯砌環承擔。盾構施工前,要修建豎井,在豎井內安裝盾構,將盾構挖出的土通過豎井通道送出地面。

盾構法在我國隧道建設中的應用始於上世紀五六十年代的上海。最初用於修建城市地下排水隧道,采用相對老式的盾構機(如網格格式、壓縮空氣式、插板式等。).80年代末90年代初,現代盾構機如土壓式、泥水式等用於修建地鐵隧道。盾構法具有安全、可靠、快速、環保等優點。目前,這種方法在我國地鐵建設中得到了迅速發展。中國城市地鐵中使用的大多數盾構機是EPB盾構機。

隨著對盾構法研究的深入和工程應用的增多,盾構法施工技術和盾構機施工配套技術也得到了發展和完善:上海地鐵隧道基本采用盾構法修建,目前正在壹次性采用雙圓盾構修建兩條平行區間隧道,也采用方斷面盾構修建地下通道;大連路過江公路隧道采用直徑為11.2m的泥水盾構,也是目前國內直徑最大的盾構機。壹種新型土壓平衡、氣壓平衡、半土壓平衡模式的復合式盾構機成功應用於軟土、硬巖、破碎帶等復雜地層的地鐵隧道施工中,大大拓展了盾構法的應用範圍。深圳、南京、北京、天津等城市地質、水文條件不同,但盾構法修建區間隧道是成功的。

盾構法的主要優點是:除豎井施工外,施工作業均在地下進行,既不會影響地面交通,又減少了噪聲和振動對附近居民的影響;盾構推進、開挖、襯砌拼裝等主要工序循環進行,施工易於管理,施工人員較少。土方量少;過河時,不會影響航運;施工不受風雨等天氣條件影響;在地質條件差、地下水位高的地方修建深埋隧道,盾構法具有很高的技術和經濟優勢。

3.掘進機法

在埋深較淺,但場地狹窄和地面交通環境不允許爆破震動擾動的情況下使用,不適合盾構法軟弱破碎巖層。該方法主要采用臂式掘進機掘進,受地質條件影響較大。

4.NATM

城市軌道交通線路穿越基巖時,圍巖具有壹定的自穩能力。壹般采用NATM施工,即以噴射混凝土和錨桿為主要支護手段,同時發揮圍巖的自承作用,使其與支護結構成為壹個完整的隧道支護體系,可采用信息化設計,即根據施工監測數據隨時調整原設計,使設計更加合理。

NATM是新奧法隧道施工法的縮寫。原文是NATM。NATM的概念是由奧地利學者ICZ教授在20世紀50年代提出的。它是以隧道工程經驗和巖石力學理論為基礎,結合錨桿和噴射混凝土為主要支護手段的壹種施工方法。經過壹些國家的多次實踐和理論研究,於20世紀60年代獲得。此後,這種方法在西歐、北歐、美國和日本的許多地下工程中得到了迅速發展,成為現代隧道工程新的技術標誌之壹。NATM於20世紀60年代傳入中國,並於70年代末80年代初迅速發展。到目前為止,可以說在所有的重點和高難度的地下工程中,NATM都是不可或缺的。NATM幾乎已經成為在軟弱破碎圍巖中修建隧道的壹種基本方法。

在我國,NATM常被稱為“錨噴施工法”。采用這種方法修建地下隧道時,對地面的幹擾很小,工程投資也相對較小。積累了成熟的施工經驗,工程質量能夠得到很好的保證。采用該方法施工時,對於巖層,可采用壹次或全斷面開挖,錨噴支護和錨噴支護復合襯砌,必要時可進行二次襯砌;對於土質地層,壹般需要在開挖、支護、襯砌前對地層進行加固,在有地下水的條件下進行降水後才能進行施工。NATM廣泛應用於地下工程,如山嶺隧道、城市地鐵、地下倉庫、地下車間和礦井隧道。

在我國,利用NATM原理修建地鐵已經成為壹種主要的施工方法,尤其是在施工場地有限、地層條件復雜多變、地下工程結構復雜的情況下。

NATM的支護原則是:圍巖既是承重物體,又是承重結構;圍巖承載圈和支護體形成隧道的統壹體,是壹個力學系統;隧道的開挖和支護是為了保持和提高圍巖的自承能力。

NATM以噴射混凝土和錨桿支護為主要支護手段,因為錨桿噴射混凝土支護能形成柔性薄層,與圍巖緊密粘結,允許圍巖有壹定的協調變形,而不使支護結構承受過大的壓力。

施工順序可概括為:開挖→初期支護→二次支護。

開挖工作的內容包括:鉆孔、裝藥、爆破、通風、出渣等。開挖作業和初期支護作業同時進行。第壹次支護作業包括:壹次噴漿、錨桿支護、掛網、架設鋼拱架、復噴。初期支護後,當圍巖變形趨於穩定時,進行二次支護和封底,即永久支護(或噴混凝土或澆築混凝土拱),可以提高安全性,增強整個支護的承載能力,這種支護時機可以從監測結果中得到。

5、淺埋開挖法

針對我國城市地下工程的特點和地質條件,NATM經過多年的改進和發展,形成了壹種新的方法“淺埋暗挖法”。與明挖蓋挖法和盾構法相比,可以避免地表明挖的幹擾,對地層的適應性比盾構法更強,靈活性更高,因此廣泛應用於城市地鐵隧道、車站、地下街道、地下停車場等工程。

用小導管註漿加固土層,分段開挖,架設鋼格柵拱、噴射混凝土施工壹次襯砌,然後做防水層,最後用模註混凝土做二次襯砌。

淺埋暗挖法又稱礦山法,起源於1986北京地鐵復興門折返線工程。是中國人創造的適合中國國情的隧道施工方法。該方法是以NATM的壹些理論為基礎,根據我國具體工程情況發展起來的壹套完整的地鐵隧道施工理論和操作方法。NATM和NATM的區別在於,它是壹種適合在市區松散土質圍巖條件下修建地表沈降小的隧道的技術方法,隧道埋深小於或等於隧道直徑。其突出優點是不影響城市交通,無汙染無噪音,適用於各種尺寸和斷面形式的隧道。

顧名思義,淺埋暗挖法是壹種邊開挖邊澆築的施工工藝。其原理是:非開槽施工法,利用土層在開挖過程中的短期自穩能力,采取適當的支護措施,在圍巖或土層表面形成緊密貼合的薄壁支護結構,主要適用於粘性土層、砂層、砂卵層等地質。由於淺埋暗挖法省去了審批、拆遷、道路開挖等諸多程序,現在被建設單位廣泛采用。

淺埋暗挖法的核心技術總結為18字的方針:管進、嚴註漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測。其主要技術特點是:動態設計、動態施工的信息化施工方法,建立了壹套位移、應力監測系統;強調小導管超前支護在穩定工作面中的作用;研究並創新了劈裂註漿加固地層的方法。開發了復合襯砌技術,創造性地設計應用了鋼筋網拱支護。

由於該方法可廣泛應用於有水條件的地層,且國內勞動力資源豐富,已在北京、廣州、深圳、南京等地的地鐵隧道建設中得到推廣,成功修建了多條各具特色的地鐵隧道,在大跨度車站建設中得到了廣泛應用。此外,這種方法還廣泛應用於地下車庫、人行道和城市道路隧道的建設。

淺埋暗挖法是壹種在地表附近地下開挖各種類型地下洞室的方法。在明挖法和盾構法不適用的情況下,淺埋暗挖法顯示出巨大的優勢。

淺埋暗挖法的施工步驟是:先將鋼管打入地層,然後註入水泥或化學漿液加固地層。開挖面土體的穩定性是采用淺埋暗挖法的基本條件。地層加固後,進行近道開挖。壹般每個周期約為0.5-1.0m..然後會進行初始支持。第三步,塗防水層。開挖面的穩定性總是受到水的威脅,在嚴重的情況下會導致坍塌。處理地下水是壹個關鍵環節。最後完成二次支護。壹般情況下可以註射混凝土,特殊情況下需要進行配筋設計。

淺埋暗挖法作為國家建設部命名的壹種施工方法,不僅在地鐵建設中顯示了其優越性,而且為國家取得了巨大的經濟效益和社會效益。為地下停車場、地下街道、地下商業街、市政地下管網的建設註入了前所未有的活力,為現代城市地下空間的發展做出了貢獻。

6、頂管法

它是在松軟土層或富水軟地層中直接敷設中小型管道的壹種施工方法。適用於富水軟地層、地表環境等特殊地層中的中小型管道工程建設。主要由頂升設備、工具管、中繼環、工程管和吸泥設備組成。

7、沈管法

沈管法是將隧道管段分段預制,在管段兩端設置臨時止水頭,然後浮至隧道軸線,沈入預先挖好的管溝內,完成管段之間的水下連接,拆除臨時止水頭,回填管溝保護沈管,鋪設隧道內部設施,從而形成完整的水下通道。

沈管隧道對地基要求低,特別適用於軟土地基、淺河床或海岸,容易被基槽外的水上設施疏通。由於埋深較小,隧道線路包括連接段的總長度明顯短於暗挖法和盾構法修建的隧道。沈管截面形狀可以是圓形和方形,選擇靈活。基槽開挖、管段預制、浮運、下沈、內鋪可平行作業,幹擾相對較小,管段預制質量易於控制。基於以上優點,沈管法被稱為在大江大河等寬闊水域修建隧道最經濟的水下穿越方案。

沈管隧道按管材可分為鋼殼沈管隧道(可分為單層鋼殼隧道和雙層鋼殼隧道)和鋼筋混凝土沈管隧道兩種。鋼殼沈管隧道在北美應用廣泛,而鋼筋混凝土沈管隧道在歐洲和亞洲應用廣泛。

沈管隧道施工主要工序:管節預制→基槽開挖→管段上浮下沈→對接作業→內部裝修。

三、其他特殊施工方法

由於技術和設備的不斷改進,在壹些特殊地段采用凍結法和化學灌漿加固圍巖,隧道穿越建築物時采用地下室托換,采用降水和深層回灌等施工技術處理地下水,也在全國各地的地鐵建設中得到應用,並取得了壹定的效果。

對於大跨度車站和折返線隧道工程,壹般采用局部開挖的方法,分布式開挖方法有雙側壁導坑法、中導坑法和中隔墻法等。這些方法取得了良好的施工效果。

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