隧道工程概论课程论文

1、研 究 生 课 程 论 文(2010 -2011 学年第 1学期)隧道工程课程论文研究生：xxx提交日期： 2010年 12 月 29 日 研究生签名：学 号学 院土木与交通学院课程编号s0813083课程名称隧道工程学位类别硕士任课教师教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日隧道工程课程论文隧道工程课程论文xxx摘要 ：广州地铁二号线、广州地铁三号线、广州地铁五号线、广佛线的地质条件与施工方法的调研与探讨，对一些新工艺在施工过程中的应用，对一些新的地铁措施的改进，不同地质采用不同的施工工艺，对施工的处理等，在广州地铁三号线北延段的事故调查。关键词：盾构； 屏蔽门； 地质； 施工

2、一、广州地铁二号线工程调研1. 工程概况二号线首通段(三元里晓港)于2002年12月29日开始试运营。二号线目前运营的站点分别为广州南站、石壁站、会江站、南浦站、洛溪站、南洲站、东晓南路站、江泰路站、昌岗站、江南西站、市二宫站、海珠广场站、公园前站、纪念堂站、越秀公园站、广州火车站站、三元里站、飞翔公园站、白云公园站、白云文化广场站、萧岗站、江夏站、黄边站、嘉禾望岗站，全长32公里。而老2号线晓港至万胜围区间的线路已经在拆解后归入8号线。广州地铁二号线的地质条件极为复杂，地铁工程建设难度大。广州地铁在取得一号线的成功经验的基础上，针对复合地层盾构施工和均质单一软土地层中盾构施工的差异，在盾构机

3、的适应性上下功夫，明确提出富水复合地层开挖面稳定的控制方法和开挖花岗岩、红层、变质岩的破岩机理；提出改进刀具结构和布局，提高刀盘转速，改进螺旋输送机的结构型式，强调盾构机的姿态的及时控制手段，注重激光导向技术和同步注浆技术的应用。通过指导承包商进行适应于广州地区复合地层的盾构机选型，首次以盾构工法成功穿越珠江，成功穿越广州火车站正常运营的车站股道群，成功穿越客村立交桥桩基础等复杂地段，还创造了当时国内盾构日掘进30米的最好成绩。在盾构隧道的设计中，突破传统思路，把管片宽度从一号线的1.2米改进为1.5米，开创了国内地铁首次使用1.5米宽管片的先例。应用1.5米的宽管片，不仅使盾构隧道减少了环向

4、接缝，减少了接缝止水材料和连接螺栓的使用量，降低了接缝渗漏水的几率，提高隧道防水质量，还减少盾构机施工过程中的拼装时间，有效提高了盾构隧道的施工速度，并进一步提高了地铁隧道工程的质量。2. 在二号线的建设过程中开创了很多第一2.1. 第一个地铁屏蔽门屏蔽门是安装在站台边缘, 将站台和轨道隔离以提供安全屏障的系统。广州地铁二号线在我国内地首次使用屏蔽门。这个系统的技术已超过香港、巴黎和伦敦等地铁的水平, 属于目前世界上最先进的第三代屏蔽门系统。经过样机性能鉴定, 屏蔽门主要载荷试验、寿命试验、电磁兼容性试验、系统功能试验的各项指标均符合技术要求。2004 年11 月12 日, 广州地铁公司申请的

5、地铁屏蔽门专利正式获得国家知识产权局授予实用新型专利权。设置屏蔽门主要目的之一是保证乘客安全, 防止乘客因客流拥挤等原因跌落或故意跳入轨道而发生危险。从2002 年12月29 日开通试运营以来, 广州地铁二号线没有发生一起乘客落轨的安全事故。屏蔽门的另一个作用是减少了站台区与轨道区之间冷热气流的交换, 防止站台空调流失以降低能耗。据估计,此举可节约空调通风系统20% 的电能。此外, 屏蔽门还能减少隧道带来的灰尘、列车运行的噪声和活塞风对站台的影响, 改善站台环境。广州地铁二号线站台每侧有滑动门60 个, 固定门56 个, 应急门4 个, 端门2 个。当列车到达站台停车后, 滑动门与列车门对齐并

6、开启, 上下乘客完毕, 两对门关闭, 列车离站。在两对滑动门之间是不能打开的固定门。应急门是当列车进站的停车误差超过了设计值而列车又刚好不能再调整位置时的疏散通道。端门在站台两端, 与上述三种门垂直接壤, 供站务人员进出站台公共区与非公共区, 紧急情况下也可作乘客疏散通道。看上去普普通通的屏蔽门其实包含了很高的科技。屏蔽门系统采取密封措施以防止两侧气流交换量过大, 正常情况下不会出现明显的气流束。系统全年运行, 可靠性至关重要。二号线首期工程屏蔽门平均无故障次数( 所有单元动作总次数除以故障次数) 为60 万次。大约每天全线共1020 个屏蔽门单元只会有一个故障。屏蔽门有三个来源的荷载: 隧道

7、通风系统造成的屏蔽门两侧静态压差, 列车进出站时产生的活塞风负载, 乘客对门的冲击力及挤压力等。所以, 屏蔽门系统的结构都要承受着多重负载而不出现破裂等意外。屏蔽门控制系统采用总线型局域网,可保证任何一个结点发生故障都不会影响其它结点运行, 并可进行全程控制、运行参数修改、声光报警。此外还设有手动开门装置, 非常时刻站务人员可用专用钥匙, 乘客可用应急把手将屏蔽门打开。滑动门在关门阶段经过加速、速度保持、减速、低速保持、制动五个阶段。只要是夹到比5 号电池粗的东西, 滑动门就会自动弹开, 保证乘客安全2.2. 第一枚代币式单程票在以往的城市轨道交通中, 自动售检票系统是使用磁票的。由于磁票的信

8、息读写过程是接触式的, 造成了设备结构复杂, 机械精度要求高, 维护工作量大等缺点。磁票平均使用寿命仅为200300 次, 而且数据信息容易受外界磁性材料的干扰。广州地铁在规划二号线自动检售票系统( afc) 时, 对磁票和ic 卡系统作了充分评估, 决定采用非接触式ic 卡作为车票媒体。非接触式ic 卡可读写5 万次, 数据保存周期为510 年。卡容量大, 可以拓展其它的用途; 而且有密钥保护, 保存的数据更安全。为满足广州地铁二号线计程计时票价制、全封闭式票务管理方式和对全线车票、票务收益、客流统计等实现自动化管理的要求, 采用集中控制、统一票务管理的模式; 有中央、车站、afc终端三级控

9、制运行功能。其中线路中央计算机系统实现对车站计算机以及车站级设备的监控、系统运作、票务收益和客流统计, 并实现本线路自动售检票系统数据的采集、统计及管理功能。车站计算机负责对车站客流监视、车站设备监控以及设备故、客流和车票收益统计等工作。车站级设备则包括自动售票机、票房售票机、验票机、手持式验票机、闸机等。afc 系统使用的车票包括地铁专用车票( 包括单程票) 和羊城通。单程票为代币式的非接触式ic 卡, 这是世界上第一枚代币式地铁单程票。可以长期重复使用, 减少投资; 与普通卡可以被同一种读卡器读写, 降低了系统复杂度; 采用后使闸机结构简化、易于维护, 价格低; 便于管理, 安全性高。单程

10、票直径3 厘米,厚2.1 毫米, 仅重1.5 克, 用耐磨材料封装, 正面图案为广州地铁专用标志图形。广州地铁二号线afc 系统设计兼容公交“一卡通”, 即羊城通。由于羊城通系统采用了与地铁非接触式ic卡不同的技术标准和安全密钥体系, 为了解决与羊城通的兼容问题, 广州地铁在afc 系统中率先使用了多技术标准的ic 卡读写器, 在一个系统中使用多ic 卡密钥系统, 能够兼容ic 卡以及羊城通密钥系统, 调节了地铁票卡读写器的谐振频率, 并在保持电磁兼容性不变的前提下, 适当增加读写器的发射功率, 使系统兼容性大大增加。二号线afc 设备采用多项人性化和人体工程学设计, 例如自动售票机采用的触摸

11、屏设计及投币口和取票口的高度设计、闸机读卡器向乘客方向倾斜和剪式扇门的设计等。2.3. 二号线的其他“第一”广州地铁二号线在国内地铁率先采用集中供冷。在国内以前的地铁中, 都是每个车站设立一个独立的空调系统。而广州地铁二号线仅设立北部、海珠广场、鹭江和赤沙4 个冷站, 统一向15 个车站( 三元里站另设) 供冷。与传统方法相比, 集中供冷系统不必在每个车站都设立冷却塔, 减小了对周围环境及居民的影响, 利于城市规划; 节约能源, 靠近珠江的海珠广场冷站直接利用珠江水做冷却水, 大大降低了成本; 制冷设备集中于冷站内, 通过不同的设备组合及自动控制, 设备互为备用, 提高了运营效率, 同时也便于

12、维护管理; 机组及配套设备切换、冷负荷改变、模式改变等都可通过车站设备监控系统实时监控, 提高自动化程度。广州地铁二号线还有两项创新成果体现了强烈的“环境友好”概念, 这就是“复合地层盾构施工技术”和“轨道减振综合技术”。广州素以地质条件复杂而被称为“地质博物馆”, 采用盾构法施工难度和风险极大。而当时国内外对复合地层的盾构施工在技术上还是空白。为贯彻落实市委市政府“少占地、少拆迁、少扰民”的指示, 地铁还是选择了掘进速度快、主要在地下施工的盾构法。轨道减振技术的应用, 则着眼于降低列车运行的振动, 减少城市环境的噪音污染。这两项技术体现出一种强烈的环保意识。广州地铁二号线地下区段采用刚性接触

13、网供电方式, 填补了国内空白。它具有结构简单、安全可靠、占用空间小、受力条件好、维修工作量小、弓网受流特性好等优点。维修人员可比传统柔性接触网减少一半以上, 每年维修费用仅为柔性网的1/9, 由于成功进行国产化, 造价比进口同类刚性接触网节省60%。二号线列车是第一列国产a 型列车。它采用了世界上较先进的电动车门, 采用微处理器控制, 电动机驱动。具有障碍物探测功能, 当车门夹到物体后会自动弹开一段距离, 以供人或物离开。每节列车设有空调机组, 具有制冷、通风和紧急通风等功能。在车顶空调单元及客室内都分布有温度传感器, 用以实时检测客室内的温度, 根据室内外温差自动调节, 让乘客始终保持舒适。

14、3. 冻结法在广州地铁二号线暗挖隧道中的应用广州地铁二号线海珠广场站至公园前站区间隧道, 在开挖至起义路广东贸易中心正门前附近时, 开挖掌子面突然涌出大股水和黑淤泥, 同时拱顶出现掉块, 地面上广东贸易中心门前出现深4.5m 直径8.2m 的地表塌陷。在广东贸易中心大楼首层地面发现约3 5mm 的裂缝, 大楼出现最大沉降约15mm。事故发生后, 采取了紧急的抢险措施: 全面封闭掌子面、在洞内实施注浆、加设格栅钢架加强支护、地面采取深孔注浆、用砼封闭地面坍穴等措施, 控制了险情, 确保了隧道的安全。根据地质勘察资料, 在发生塌陷地段, 隧道全部位于全风化页岩及残积硬塑粉质粘土层中, 拱顶以上地质

15、情况为( 自下而上) ： 0 5.2m 为残积硬塑粉质粘土层、4.6 11.1m 为海陆交互相砂层、10.917.2m 为海陆交互淤泥层、16.5 19m 为杂填土层,地下水丰富, 与珠江连通。在这种地质条件下进行隧道施工, 拱顶不透水覆盖层较薄弱, 强度低, 很容易被地下水压力击穿, 形成渗流通道, 造成隧道涌水涌泥、地表沉陷等情况。而且隧道开挖边线距广东贸易中心裙楼的桩基础最近仅5m, 该桩基础为1958年施工的锤击灌注摩擦桩, 桩基中没有配筋, 桩长仅为14m 左右, 桩底距隧道拱顶仅3.0m, 继续进行隧道施工, 很容易引起基础移位变形, 影响大楼安全。根据工程地质条件和现场情况, 分

16、别提出了几种对前进方向的不良地层进行加固的方案: 定喷加固方案、搅拌桩帷幕加固方案、帷幕注浆加固方案、搅拌桩+ 钢管+ 旋喷桩联合加固方案、地表冻结加固等方案。最后, 综合各方案的优劣对比, 为确保隧道施工安全通过和保证地面建筑物的安全, 确定采用地表冻结加固地层的方案。实施冻结后的隧道施工，2000 年1 月27 日开始至2 月28 日, 完成第一期118 个冻结孔的钻孔, 开始第一期地段的冻结, 同时进行第二期的钻孔。在冻结期监测发现, 冻结区域内出现了不同程度的冻涨, 最大达8.25mm/ 13 天, 并且随冻结的进一步进行, 冻涨呈加速趋势。3 月24 日, 已冻结24天, 测温结果显

17、示: 地下18m 处, 温度- 8.6 , 地下20m 处, 温度- 0.8 , 冻结壁已初步形成。3 月28日, 测温地下20m 处已降至- 6.3 , 虽然没达到-8 的设计温度, 但经过论证认为目前的冻结壁已具有足够的强度, 可以进行隧道开挖 。2001 年3 月29 日, 开始开挖原封闭的隧道掌子面。掌子面打开, 情况一切正常, 揭露围岩属硬塑粘土之间夹有砂层, 基本无水, 触手有冰冻感, 量测其中温度为- 6 左右, 在冻结状态下稳定性良好, 但随温度升高, 局部有掉块现象。开挖以每0.5m/ 进尺进行, 情况良好, 隧道向前掘进, 冻土随冰冻时间越长强度越高, 人工开挖困难, 经研

18、究同意进行光面微差爆破开挖, 并改为1.0m/ 进尺。冻土层上喷射混凝土质量的问题。在开挖中经现场观察发现, 虽然冻土开挖时都在- 6 - 8 左右, 但在开挖至架设好格栅钢架后, 土体温度普遍升高至正温以上, 喷射混凝土可以按正常配比操作, 取样检验均符合要求。水平旋喷搅拌技术在广州地铁二号线工程中的应用，随着城市轨道交通的发展, 修建地铁越来越多, 施工难度也越来越大。正在修建的广州地铁二号线新 磨区间下穿华南路暗挖段要通过饱和淤泥质土、粉细砂地层, 上部为宽60 m 的华南快速干线广州通向番禺、深圳、珠海的主干线。隧道穿越饱和粉细沙层, 是隧道建设中重大难题之一。在如此复杂的地层中开挖隧

19、道极易发生涌水、涌沙, 造成地表下沉直接危及华南路的行车安全。这种现象在国内尚属首次, 可借鉴的经验不多。为此, 我们结合本段的水文地质和工程地质条件, 经过方案比选, 采用水平旋喷搅拌技术, 解决了工程难题, 现左右线已顺利贯通。由于隧道在粉砂层及粗砂层中穿过, 同时该地区地下水丰富, 采用矿山法暗挖施工方案时, 首先要解决好地下水问题, 绝对不能在开挖过程中出现严重漏水, 发生流砂、涌砂现象。故采用水平旋喷搅拌桩方案加固地层、在隧道开挖周边施做止水帷幕壳体。采用周边全封闭形式水平旋喷搅拌桩( 两排500, 间距350 mm, 咬合150 mm) 超前预支护, 通过环向桩间咬合搭接, 可有效

20、的形成帷幕止水, 防止涌水流砂事故的发生。提高钻孔精度, 实现长水平旋喷搅拌预支护施工。利用水平钻孔高压旋喷在隧道上方形成拱棚, 要求相邻的旋喷固接体棚相互搭接, 所搭接圆周交点是拱棚的预定最小厚度。要使旋喷固接体最终端搭接能达到拱棚的预定最小厚度, 就要求钻孔满足一定的精度要求。为保证长达41 m 水平旋喷搅拌桩的精度要求, 用水平尺和垂球定位其入围岩角度; 利用全站仪定出隧道中心线, 确定其水平旋喷搅拌桩的走向; 在钻杆上加上导向管, 保证其水平钻进。在施工中加强量测, 确保不损害地下构筑物并及时掌握钻孔精度和及时纠偏。采取有效工程措施防止水平旋喷搅拌过程中的地面隆起。地面隆起与沉降一样,

21、 危及地下管网的安全及地面交通的安全。水平旋喷搅拌过程中的地面隆起是由于孔内形成静压所致,地面隆起与覆土深度及孔内静压有关。施工中, 可通过观察孔内的冒浆情况, 采用抽杆打通孔壁冒浆通道, 防止孔内静压形成, 或使孔内静压限制在允许范围内, 达到防止地面隆起的目的。同时加强地表沉降观测, 准确掌握其沉降情况。旋喷搅拌效果的检查，从开挖情况来看, 旋喷搅拌效果较好, 饱和砂层得到了加固,饱和水被成功地封堵, 几乎没有渗漏水, 效果归结3 方面。封堵水效果好。经开挖后观察, 掌子面都比较干燥, 没有渗漏水, 暴露时间长也不会有大的渗漏, 但为了确保公路的安全, 开挖后应及时安装格栅, 并尽早喷砼封

22、闭。加固砂层效果好。在饱和砂层采用高压旋喷技术, 能使浆液充分扩散, 挤压密实胶结牢固, 并截断流水的通道, 防止水渗入洞内。这说明高压旋喷技术有效地加固了地层, 提高了围岩的稳定性, 使整个暗挖段的地表沉降量控制在安全行车的范围。补充旋喷。及时对达不到理想状态的地段重新进行旋喷搅拌施工, 保证止水效果和控制地面沉降二、广州地铁三号线工程调研1. 工程概况三号线总长达67.25公里，是广州地铁目前线网中最长的地铁线路。2007年底，地铁三号线实现全自动驾驶。现时，三号线的y字形线路分别为：番禺广场站天河客运站，行车间隔保持在目前的3分半钟；体育西路站机场南站，行车间隔为7分半钟。主线由天河客运

23、站至番禺广场，设车站16座。分别是：天河客运站、五山站、华师站、岗顶站、石牌桥站、体育西路站、珠江新城站、赤岗塔站、客村站、大塘站、沥滘站、厦滘站、大石站、汉溪长隆站、市桥站、番禺广场站。三号线按远期规划，还将在南面到达番禺广场后将折向东，穿过广州新城后直达海鸥岛，届时全线将达84公里，为广州地铁中最长的线路。广州地铁三号线支线北延段，即：燕塘站至机场南站，已于2010年10月30日开通试运营。由体育西路至机场南站，设12座车站。分别是：体育西路站、林和西站、广州东站、燕塘站、梅花园站、京溪南方医院站、同和站、永泰站、白云大道北站、嘉禾望岗站、龙归站、人和站、高增站、机场南站及机场北站（其中高

24、增站暂不开放，机场北站于2012年与新航站楼同时投入使用。）南北走向的三号线，地质属于南北硬、中间软状况，沿线地质条件异常复杂，须穿越瘦狗岭、礼村、市桥等多个断裂带，以及花岗岩残积层、断层破碎带、淤泥、砂层等地层。线路要穿越广州东站、中信广场、天河电脑城等诸多大型建筑物，市区内隧道上方市政管网复杂，地面道路交通繁忙，对隧道施工变形控制和文明施工要求极高。三号线施工过程中遇到的恶劣地质条件超过一、二号线的总和，被国内外地铁界称为历史罕见。三号线历遍4类地层 ， 遭遇各类不良地质 全线地质条件复杂，给工程实施带来极大困难。三号线北延段沿线通过了广州市主要的四大类地层：砂岩地层、灰岩地层、花岗岩地层

25、、混合岩地层；遭遇了广州地区主要的不良地质条件：富水砂层、断裂带（瘦狗岭断裂和广从断裂）、溶土洞（总长约9公里）、花岗岩孤石（孤石呈球状，掘进非常困难，频繁卡住盾构刀盘）等。世界级难题天华区间，支线段的天河客运站华师大区间，隧道左线盾构机碰到了上软下硬的地层，右线则遇到了花岗岩孤石群林立的地层，这些情况是地铁建设史上任何地方都未曾遇到的，是地铁界公认的“世界性难题”。上软下硬的土层，工程易塌方，孤石林立的地层，盾构机的刀具磨损严重，在正常情况下盾构机掘进几百米才换一次刀片，而在这个区间盾构机每前进十几米就需更换刀片，有些地方巨大的孤石块迎面挡在隧道前方，使盾构机根本无法通过。2004年1-7月

26、，该盾构区间曾一度停工，工程无法推进，严重影响到三号线的开通目标。被地铁界称为“世界级难题”。2. 盾构四过珠江 2.1. （1）珠客盾构区间两过珠江该工程总长双线2300米，需穿越珠江638米，且需两过珠江，隧道与珠江底层的最小距离只有几米，珠江下面地质条件复杂，工程风险相当高，万一在江底出现闪失，后果将不堪设想。而且承担该工程的施工单位经验不足。（2）沥大盾构区间两过珠江该工程总长3060米，盾构将两次穿越817米珠江，分别为三支香水道312米和南珠江505米。为了保证过江盾构掘进安全，选用了两台泥水平衡盾构进行掘进施工，但其刀盘和刀具配置模式不完全适应本区间、硬岩的开挖，盾构机在硬岩段的

27、掘进进度缓慢，在施工中遇到了塌方、同步注浆难以控制、盾构机测量失灵、送泥管严重堵塞造成掘进压力不平衡等种种困难。 2.2. 暗挖段过广汕公路 支线段的天华北段矿山法和天河客运站折返线段位于广汕路上。由于广汕公路是广州进出东边的重要出入口，交通繁忙，该位置既是天河客运站的出口，也有广汕高速公路高架段的桩基，隧道断面变化复杂，其工法选择只能采用暗挖矿山法施工。 该段线路为大断面矿山法隧道，施工难度极大，隧道上方为广汕路和元岗高架桥，管线众多，车辆密集，对路表的沉降要求高，而该段地质条件十分复杂，隧道洞身穿过花岗岩残积土层，隧道顶部为淤泥质土和砂层，富含地下水，开挖时极易坍塌。在施工过程中需对地面进

28、行满堂红加固、洞内对砂层进行全断面固结和元岗高架桥桩基托换，桩基托换施工和隧道开挖步骤复杂、工序烦琐造成了工程进度缓慢。 天河客运站折返线70米暗挖段地质条件也十分恶劣，须采用长大冷冻法工法加固地层，冷冻长度达147米，远远超过二号线纪念堂站冷冻法66米的长度，风险相当大。是目前全国最大最难的冻结法施工方案。 3. 广州东站及折返线极度复杂 广州东站是三号线车站工程中最难最复杂的，工程结构形式多，车站主体暗挖隧道为两单洞拱形结构，断面类型多，车站主体和横通道共计15种断面；折返线为单洞和双洞拱形结构有12种断面类型，最大隧道跨度达15.3m，折返线隧道最大埋深约105m。 尤其是车站范围内要通

29、过地下水丰富，暗挖段围岩主要为微风化岩，局部存在强风化透镜体；在瘦狗岭断裂带，围岩断层破裂，岩体破碎，要过大铁路，过地铁一号线，过特殊敏感地带，难度大，相邻地铁车站南站房，施工爆破控制难度大，对周边建筑物保护要求严格，不安全因素多。4. 岗石区间暗挖工程岗石区间由于地质复杂，遇到富水砂层，从方案论证时，就已知此地段难以通过，专家建议采用盾构法，但鉴于场地的原因，只能改用矿山法，所以从一开始就把这个工点当作工程重点。 在遇到富水砂层难以通过时，于2004年5月5日组织技术方案论证，经激烈辩论并进一步搞清地质情况后，于5月20日敲定方案，采取洞内加固措施，地面备险；基本原则为：通过补勘进一步探明砂

30、层的分布情况以及与隧道的关系，以洞内治理为主，充分利用拱顶隔水层（5-2），双排小导管超前注浆，谨慎通过，准备应急预案，洞内储备充足的抢险物资，做好地表处理的准备工作。经2个月的奋战，通过了100米险段，创造了暗挖区间安全通过此种地层的奇迹。目前，该区间左右线已顺利贯通,隧道主体结构二衬工程已全部完成，预计3月底全部移交该工程。5. 号线已创下的多项全国第一： (1) 全国首条“y”型地铁线路 (2) 全国第一条时速达120公里的地铁快线； (3) 3使用盾构机数量最多的一条地铁线：全线隧道70采用盾构施工，共投入盾构机15台； (4) 盾构日掘进速度最快（36米）； (5) 盾构月掘进速度最

31、快（562.5米）； (6) 盾构施工造价最低（每延米约3万元，一号线为8万元、二号线为4.3万元）。 (7) 珠客区间右线盾构仅22天就穿越了318米的北珠江，创土压平衡盾构过江河的新纪录 (8) 沥大区间右线盾构仅历时个月即穿越米宽的珠江三枝香水道，创泥水盾构过江的纪录。第一次采用对吨重盾构机进行整体起吊、运输和吊装；第一次采用感应器法监测河床沉降。6. 广州地铁三号线盾构法穿越珠江施工技术广州地铁三号线的珠江新城站 客村站区间( 以下简称为珠客区间) 盾构工程, 由总长1 292.35 m的珠江新城站赤岗塔站隧道区间( 以下简称为珠赤区间) 和总长1 040.8 m 的赤岗塔站 客村站隧

32、道区间(以下简称为赤 客区间) 组成, 隧道区间总长度为2 333.15 m, 隧道埋深16 28 m。盾构区间圆形隧道外径为6 m, 内径为54 m, 管片宽度为15 m, 厚度为300 mm; 管片的分割数是“ 3+ 2+ 1”, 即每环3 个标准块a1、a2、a3, 2 个邻接块分别为b、c 型, 1 个封顶块为k 型。采用2 台德国海瑞克公司的epb 6 250 mm盾构机一先一后在左右线分别进行隧道掘进施工, 由珠江新城站始发, 于赤岗塔站过站, 到达客村站。其中, 珠江新城站赤岗塔站区间需要由北向南穿越包括海心沙岛在内总宽度为640 m 的珠江航道。珠客区间珠赤段珠江航道被江中心海

33、心沙岛分隔成为两条江面( 即北面的珠江支流和南面的珠江主航道) 其中北江面宽度80 m, 水深4 m 左右; 南江面宽度318 m,水深6 8 m 左右。施工时, 需先穿过北面80 m 宽的珠江支流到达海心沙岛, 经过海心沙岛后, 从衬砌管片的610 环开始穿越318 m 宽的珠江主航道到达赤岗塔站。珠江底部为1 4 m 深的海陆交互相淤泥质砂或淤泥。江底至隧道顶平均厚度10 m 左右。江中心海心沙岛沿线路方向宽250 m。6.1. 过江段施工遇到的问题及解决办法6.1.1. 盾构机密封性能不良两台德国海瑞克盾构机最大的问题是存在因盾尾/密封刷损坏导致盾尾密封性能不良问题。在过江前的掘进中,

34、由于盾尾密封性能不良, 同步注浆的浆液和地下水大量渗漏到盾尾, 给施工带来极大的不便, 并影响到隧道的质量。在江底掘进时, 如果江底地下水较大,大量地下水从破损的盾尾渗流到隧道内, 后果将不堪设想。盾尾密封是保证盾构机与地下水隔离的一道非常重要的屏障, 因此在过江前, 必须解决盾尾密封问题。这是保证盾构江底施工安全的最重要的因素。如果在地面或者在盾构机没有开始掘进之前进行盾尾密封更换, 更换工作就比较容易操作。但是, 在隧道内更换盾尾密封, 则具有较大的技术难度。之前, 广州地铁建设史上还没有进行过洞内盾尾密封更换的施工经验。经施工单位详细研究, 最终确定了盾尾更换方法, 并成功地完成了盾尾密

35、封。在过江过程中盾尾密封性能良好。现将盾尾更换的关键技术总结如下。首先选择稳定的地质条件, 尽量避免在软土地层中更换。对盾尾刷后部2 5 环的管片进行管片壁后二次注浆( 水泥 水玻璃双液浆) , 将管片与地层之间的流水通道完全封死, 防止地下水通过盾尾进入盾构机内。将千斤顶推进至1 200 mm 行程位置左右。此行程可将已经安装的贴着千斤顶撑靴的管环部分环片拆除, 并将盾尾刷露出1 2 道, 既可保证更换的安全性, 又具备操作性。先拆下k 和c 块( k 块或b 块) , 放至隧道底部, 更换该位置的盾尾刷。更换完毕后, 马上在盾尾刷钢丝中和盾尾刷之间空隙使用盾尾密封油脂进行填充, 并要保证填

36、充饱满。 再按照顺时针方向, 依次拆除b a1 a2 a3块。每拆除1 块管片, 更换该块管片位置的盾尾, 并按照要求填涂该块管片位置处油脂, 但要注意, 此时拆除的管片需顺时针安装在上次已经更换好尾刷的位置( 如b 块安装在原k 块和c 块位置, a1 块安装在原b 块位置) , 最后安装c 块和k 块。 注意事项: 更换尾刷过程中, 需要保证千斤顶推力&4 000 kn, 以免盾构机低头或引起较大地表沉降;准备好充足的缓冲垫, 对拆除管片过程中受到破坏的缓冲垫和橡胶止水条使用专用胶水及时进行黏贴; 新更换的盾尾刷刚度较大, 管片安装就位困难, 此时需要使用管片安装器认真小心安装。6.1.2

37、. 江底喷渣(1) 问题分析 江底掘进过程中在620 环、654 环等/位置时, 由于掘进速度慢, 隧道围岩渗水量大, 同时夹有松散砂砾层, 渣土的和易性不好, 输送皮带不能及时带走渣土, 造成土仓内土压过大, 当压力 0.1 mpa时, 打开螺栓机仓门时泥水就会从仓门喷出, 发生喷渣。解决办法 在实际操作中, 进行渣土改良, 采取减少泡沫供应量( 主要是减少水量) 和暂停掘进的措施。同时逐渐从出土口放水降低土压至0.07 0.08mpa 以后, 再恢复正常掘进及出渣。为避免流向土仓的水量过大, 把注浆管( 上部1# 或4# ) 拆下一根放水,以降低来自管片后部的水压, 使土仓内的渣土不至于成

38、泥水状, 造成出土困难。但此时, 泡沫系统不能关闭, 液体流量可控制在30 lmin 内, 气体流量要保持250 300 lmin 左右, 防止堵管现象发生。另外, 喷渣现象发生时, 应在刀盘扭矩允许的条件下, 尽量提高掘进速度, 以期多削土体吸收水分。采取以上措施后, 较好地控制了喷渣, 大大加快了施工进度。另外, 在设备配备上, 增加排水设备, 加强隧道、盾尾排污能力, 使喷渣、盾尾积水能迅速排到洞外, 保证管片顺利安装。6.1.3. 防止江底坍塌根据设计和地质勘探资料, ydk5+ 310 处前后25m 范围内岩层厚度应 3 m, 穿越时应严格控制江底沉降, 防止盾构机推力过大破坏洞顶岩

39、层, 引起江底坍塌, 造成江水灌入洞内。控制江底沉降, 首要的是尽量减小对江底地层的扰动。为此, 施工时采用声纳法对江底沉降进行实时监测, 同时结合盾构机及管片姿态监测, 通过信息反馈及时调整相关施工参数。广州地铁三号线珠江新城站 客村站盾构施工已于2004 年8 月3 日顺利穿越了珠江。先利用10 d 时间顺利穿越了江面宽度为80 m 的珠江支流, 在此经验基础上, 仅用22 d 时间就顺利穿越了江面宽度为318m 的珠江主航道, 创下江底盾构施工日平均掘进14.5m 的国内地铁盾构施工的新纪录。本工程过江的成功实践经验有:(1) 地铁盾构施工中, 盾构机在江底等富水地质条件下的掘进速度对其

40、施工安全有着重要影响, 因此保证盾构机完好是保证顺利通过这些不良地层的关键。穿越江底等富水地层前应仔细检查大轴承、盾壳铰接和盾尾的密封状况, 以保证完好和提高过江安全性, 同时提前更换损坏刀具, 并保证配件供应和盾构机各系统始终处于正常工作状态, 提高掘进速度, 避免盾构机在江底作不必要的停留, 以降低风险。对地质勘察资料进行了充分的研究与分析, 提前针对过江过程中存在的问题, 制订了切实可行的施工方案, 拟定有效的各项技术措施。(2) 贯彻信息化施工, 采取声纳法等河底监测方法,及时掌握江底的隆陷, 反馈信息并调整施工参数, 尽量降低盾构施工对江底地层的扰动。实践证明, 广州地铁三号线盾构穿

41、越珠江工程所采用的施工方案和技术措施是可行的和成功的, 无疑对今后类似工程的盾构施工具有较好参考价值。三、广州地铁五号线工程调研1. 工程概况广州地铁五号线是广州地铁的一条城市轨道交通，呈东西横向，西起荔湾区芳村滘口，东至萝岗区广州经济技术开发区的黄埔客运港。五号线全长约40.5公里，设28个车站，全线共有12个换乘站。广州地铁五号线于2009年12月28日14时试运营。地铁五号线是贯通广州市中心组团旧城中心区和珠江新城cbd、联结西部发展区和东部产业转移带的东西向轨道交通骨干线。同时，五号线向西预留连接到佛山的轨道交通线，向东预留连接到东莞、深圳的轨道交通线，将为贯彻广州市“东进、西联、南拓

42、、北优”发展战略中的“东进、西联”方针起到重要作用。在西部老城区，五号线将起到缓解地面交通压力、提高公共交通服务水平的作用；在东部新城区，它将提高交通的可达性，进一步带动东部地区土地利用的成熟开发，使之成为广州市新的增长点。五号线的建设将直接影响到广州市城市的整体布局及其功能的发挥，对城市未来发展产生深远的影响。广州地铁五号线从2004年5月28日破土动工，到2009年12月28日的正式开通运行，历时五载，其中， 有太多无法想象的艰难险阻，太多无法克服的困难为了抢时间，建设者们见缝插针、交叉作业；地质复杂多变，就“十八般武艺”盾构法、矿山法、明暗挖法、冷冻法、微爆法等等全上；施工高峰期，共有4

43、8台次俗称“地龙”的盾构机在地下穿越，形成了地下工程大会战的壮观场面2. 全线六个暗挖车站，数五六号线的换乘站区庄最难地铁车站施工有多种工法，其中以明挖法（即大开挖式，一号线大多数车站都是此法施工）是较易实施的一种，在施工安全和工期控制方面都比较有保证，但明挖法需占用较大的施工场地。五号线大多数车站都设在交通十分繁忙的主干道路及人口和建筑密集地区，如采用明挖法施工将使已十分拥挤的交通中断或受阻，给市民带来不便。为减少对广州交通的影响，五号线的24座车站中，就有六座车站采用施工难度非常大的“暗挖型”。这类车站受周边条件制约，需采用站台和站厅分离的修建：暗挖修建站台主隧道，明挖修建站厅，再通过联络

44、通道、斜通道连接站台和站厅，工法十分复杂。采用暗挖工法施工的六个车站是西场站、西村站、广州火车站、小北站、区庄站、动物园站。难度最大的要数区庄站了。区庄站是地铁五号线与六号线的换乘站。区庄站位于环市东路与农林下路交叉口处，站址地面交通繁忙，地铁施工期间交通不能中断；地下管线繁多，车站结构型式非常复杂，换乘站采用暗挖法施工在国内是个首创。五号线站台主隧道是24米宽的大跨度暗挖隧道；六号线车站是上下两层三联拱（三个隧道相套的断面）暗挖车站，外包宽度达24.15m，高度16.6米，长度62米；五号线、六号线主体隧道与其上方北站厅的3号通道形成“三层立体交叉”的重叠隧道，而车站围岩是风化程度较高的红色

45、砂泥岩，遇水易崩解，施工难度堪称之最。3. 过溶洞，穿沙层，五号线遇到许多地质难题广州建地铁的难度与国内其他城市相比较难度更大，主要是地质条件要复杂得多，广州之所以被称为“地质博物馆”，就是因为各种地质条件、类型都有发育与变化。在华北平原、地层相对较稳定；华东沉积平原虽然软土比较发育，但分布比较广范，因此较易摸准了这些地层的脾气，所需采用的工法相对较简单。而有山、有水、有田、有海的广州，在山青水秀自然景观的地层深处，却有着其他城市无法比拟的复杂性。整体上，在广州三大岩类（沉积岩、岩浆岩、变质岩）均有发育，在多期构造断裂的破坏下形成岩性差异极大的“棋盘格状”的基底，它与淤泥、砂层发育程度不一的盖

46、层形成不同组合类型，为地铁工程的实施带来极大困难。每条线路的施工都要采取各类措施防止以下情况的发生：水土流失可能引起的道路房屋变形沉降，断裂构造可能造成的岩性突变，工程性能极差的软土及砂层可能涌出引起的塌陷，软硬不均的岩层对隧道掘进姿态的改变，易于崩解泥化的花岗岩混合岩风化土对基坑可能产生的变形与破坏，石灰岩发育的岩溶与红色岩系可溶矿藏溶蚀产生的孔洞可能引起的突水、坍。因此如何应对好广州地区的复杂的地质条件是地铁工程一个重大的考验与挑战。如在五号线施工中，东部线路可碰到花岗岩残积层和球状风化体，西段线路隧道需下穿水流湍急的珠江，而中段线路则需多次遭遇溶洞和断裂带。仅坦尾站既要在溶洞地区的成桩架

47、桥、又要在岩溶地区开挖基坑修建车站。曾有过把整台桩基吞没过的大坦沙岛溶洞群的确让建设者着实捏了把汗。草（暖公园）-小（北）盾构区间在越秀山脚北亚哥花园处需穿越近200m的溶洞群，是国内地铁首例采用盾构机穿越岩溶的盾构工程。盾构掘进中，既要有防止盾构机陷落入溶洞中的措施、又要有防止溶洞突水淹埋盾构机的应急措施。目前五号线面临的地质风险点为西场火车站区间，在剩余的几百米隧道的前方，仍需面对红层中所发育的孔洞与断裂破碎带突水的影响，地面上是内环路高架桥，对控制沉降的要求非常高，建设者面临巨大的挑战。为了加强地铁建设工程地质灾害风险的可控性，提高地质灾害防治措施的针对性和实效性，地铁总公司成立了地质灾

48、害领导小组，深入研究地铁工程地质灾害，发现问题及时采取防范措施，避免和减少灾害的发生。据了解，广州地铁在国内地铁界是首家提出地质灾害防治课题并抽调专家成立专门的组织。4. 小半径拐弯，双层隧道，五号线技术难点多除了地质复杂外，在技术上，五号线也碰到许多新问题：一是区（庄）-杨（箕）区间盾构200m小半径及重叠隧道掘进。二是动物园站在浅埋暗挖法施工中21米高隧道的施工。三是暗挖车站的防水技术。四是全线桩基托换16条，其中有一处采用暗挖通道托换桩技术，在广州地铁的建设中尚属首次。五号线除了暗挖车站多、结构形式复杂，还有一个之最是盾构线路最长：全线共31.9公里，使用23台盾构机掘进总长度27公里，

49、占线路总长度86.3。5. 在施工过程中遇到很多难关5.1. 挖掘难，“逛”遍“地质博物馆”广州地铁五号线全长32公里，几近一、二号线线路长的总和，是广州地铁建设史上迄今为止最复杂、最困难的一条线。广州地铁总公司建设总部副总经理谭文介绍，地铁五号线行走于广州繁华城区，穿越上千栋房屋、七次穿越断裂带、两过珠江、六次穿越广茂铁路，艰难中创下六个全国第一的施工奇迹。32公里长的线路所经之处，一个不落地把广州的“地质博物馆”“逛”了一遍：红层、花岗岩地层、灰岩地层、混合岩地层、淤泥砂层，穿越了断裂带、富水破碎地层、溶洞。目前广州地铁已建成的一二三四号线，也遇到过许多复杂地质形态，但没有一条像五号线一样

50、，全都“中招”。比如越秀山下来，溶洞最高几十米，盾构机穿越溶洞，这是全国首例。盾构机随时都可能掉下，机毁人亡；市汽车站外，空洞、破碎带、覆水也是险境重重，盾构机推进，举步维艰为了照顾好脆弱的地层，施工方要通过反射波扫描，给土层做ct，看有没有空洞，然后对溶洞进行全填充，最后注入大量的水泥浆。盾构通过之前，要考虑到最坏的可能，一发现马上处理，把风险控制住。5.2. 防护难，穿越房屋1000栋由于五号线隧道行走于广州市繁华城区，下穿大量的房屋、高架桥梁、铁路和城市主干道。全线隧道穿越的房屋超过1000栋，而且以老房子居多，部分甚至是上世纪60年代的砖木结构房屋，任何轻微的沉降均可导致房屋沉降开裂在

51、环市路下，有超过5公里的线路与内环路并行，涉及上百个内环路桥墩。高架桥上车辆川流不息，地下潜龙穿行。如控制不当，极易造成桥墩下沉、桥体开裂，危及行车安全。在铁路线下，盾构机6次下穿繁忙的广茂铁路大动脉，地下挖隧道，地面每天有100多趟火车疾驰而过，如掘进控制不当而造成路基坍塌，列车随时脱轨、翻车。处处是风险。但是地铁方面把这些风险控制住了，做到了超前勘察、超前研究、超前预测、超前保护和超前预案。5.3. 施工难，叠加隧道拐急弯广州地质非常复杂性，往往是相隔1米地层就不一样，这就使得有些险情防不胜防。地铁线路施工前，会对全线进行一次钻孔勘测，每隔25米左右就会打个钻孔，探测地下的地质情况。为了控

52、制好安全风险，地铁施工人员还采取“四超前法”，即在工程动工之前进行大量的超前性工作：超前勘查、超前预测、超前研究、超前处理，以及对可能出现的险情开工前做好详细的应急预案。地质复杂多变，就“十八般武艺”盾构法、矿山法、明暗挖法、冷冻法、微爆法等等全上。动物园站是五号线中最有特色的一个站。许多人不知道，5号线在规划中是没有这个站的，但是市民强烈要求在动物园设站，所以隧道不得不转一个大弯，光这一个转弯，就耗资1.5亿人民币，并且带来大量施工难题，由于隧道转弯半径小（206米，常规至少需要350米），只好因地制宜，两条隧道由常规的平行，变为上下叠加，往滘口方向的列车在上层，往文冲方向的列车在下层，单线

53、上下换乘在广州地铁历史上没有先例。同时，两条隧道叠起来，才能使动物园站到杨箕站线路以接近90度转弯避开道路两侧密集建筑物群。此外，动物园站至杨箕为一单洞隧道，开挖高度18.205米，是亚洲最大的单洞重叠地铁隧道，施工难度巨大。动物园站近22米的开挖高度，在浅埋暗挖法施工中是比较少见。5.4. 结构难，首创大跨度暗挖隧道难度最大的要数区庄站了。区庄站是地铁五号线与六号线的换乘站。区庄站位于环市东路与农林下路交叉口处，站址地面交通繁忙，地铁施工期间交通不能中断；地下管线繁多，车站结构型式非常复杂，换乘站采用暗挖法施工在国内是个首创。五号线站台主隧道是24米宽的大跨度暗挖隧道；六号线车站是上下两层三

54、联拱（三个隧道相套的断面）暗挖车站，外包宽度达24.15m，高度16.6米，长度62米；五号线、六号线主体隧道与其上方北站厅的3号通道形成“三层立体交叉”的重叠隧道，而车站围岩是风化程度较高的红色砂泥岩，遇水易崩解，施工难度堪称之最。5.5. 过江难，高架隧道两过珠江广州地铁五号线起点为芳村区的滘口，向东经大坦沙岛抵达中山八站，须两次穿越珠江。其中，滘口站至坦尾站段为高架线线路，五号线启程就把珠江踩在脚下。坦尾站至中山八站为地下线路，地铁隧道出发不到100米就要过珠江，江面宽260多米，盾构机需在大坡度、浅覆盖层的情况下过江。该区段工程中坡度 55。的隧道长达600米，地面标高从8.2米在珠江

55、堤坝边突降到2米，隧道覆盖层厚度突变对切口水压控制提出新挑战，稍有不慎会造成堤坝开裂或下沉击穿珠江。2007年隧道施工时，盾构机头顶与滔滔江水只相隔5米多，还要爬大坡。尽管困难重重，但仍然保持了过江速度全国之最。地铁建设者严格控制掘进参数，精心施工，仅用了26天就安全通过珠江，平均每天掘进达10米，保持了该盾构机在建设地铁三号线时创下的全国纪录。5.6. 爬坡难，穿过珠江上高架地铁列车经过隧道往桥中方向穿越珠江时，几乎一出隧道就上高架，意味着坡度很大列车需要爬大坡。五号线继续采用了和四号线一样的l型直线电机列车，这种列车的爬坡和转弯能力在几种地铁列车中都是最强的，除了能完全胜任这样的坡度外，还

56、能乘客坐得非常稳当，不会有坐过山车的感觉。5.7. 减震难，增加半亿成本更平稳为了给乘客营造更舒适的乘坐环境，五号线借鉴在三、四号线铺轨施工中的成功经验，在繁华路段下，施工单位在靠近居民区、学校、医院等敏感段，采用了世界先进的英国先锋减振扣件，总里程达6公里长。这种扣件减振效果好、应用范围广，目前已在世界十多个国家的轨道线路中应用，广州地铁三、四号线部分线路采用该系统后，列车运行时可大幅降低轨道引起的振动，减振效果非常好，坐在车上乘客会感觉更平稳舒适。仅仅只是加装减震扣件一项，每公里的成本因此增加近1000万元。5.8. 安装难，车站机电安装繁又杂地铁公司建设总部车站设备部赵军经理介绍说，地铁

57、车站机电装修过程“繁”而“杂”，虽然比不上土建阶段会出现不可预料的风险，但由于场地有限等条件受限，有时候甚至会遇到比土建阶段更为复杂的困难，主要包括：施工场地交接；集中冷站施工和调试；周边和现场协调管理；综合管线布置；大型设备吊装运输；轨行区施工；管线的防火封堵；综合调试；成品和半成品保护等。6. 五号线的“第一”(1) 第一条盾构机成功穿越溶洞的线路；(2) 第一次用盾构机挖出最小曲线半径只有206米的隧道；(3) 第一次采用先隧道后车站的创新工法施工（五羊邨站）；(4) 第一次在富水沙层进行暗挖矿山法施工（珠江新城-猎德）；(5) 第一次采用矿山法洞内桩基托换；(6) 第一次采用网络监测系

58、统进行信息化施工7. 五号线之最地质最复杂；风险最大；需保护的建筑物最多；采用盾构法施工最多的线路（22.2公里，占全线的69%）；暗挖车站最多（7个，暗挖车站的施工难度非常大，地铁建设者将道路留给市民，把风险留给自己）；跨度最大的车站（区庄站：24米）；地铁线路中隧道最高（动物园站隧道高压21米，是一般隧道高度的2倍）。动物园站至杨箕为一单洞隧道，左右线叠加布置全长129.3米,标准断面开挖跨度11.2m，开挖高度18.205m，是亚洲最大的单洞重叠地铁隧道，施工难度巨大8. 广州地铁五号线盾构隧道工程施工技术8.1. 工程概况8.1.1. 工程简介广州市地铁五号线全长约416km, 共设29 座车站, 其中12 座换乘站。首期工程口至文冲段, 工程投资估算约15297 亿元, 线路长约319km。首期工程线路以高架线方式跨