城市的地铁工程和地下空间开发利用中的若干规划技术相关问题

1、城市的地铁工程和地下空间开发利用中的若干规划技术相关问题 一、城市地下空间开发和地铁工程建设的迫切性城市地铁工程的发展规模和地下空间开发利用的程度常常被作为一个国际都会繁华与否的标准。这是因为：第一，经济高速发展的结果，必然导致城市化进程的加快。城市人口的增加为城市的繁荣提供了基础，但要变为事实还需要条件。 这个条件就是要以经济的发展带动城市建设，包括地下空间开发建设。城市建设发展了，才会和城市化进程相适应；第二，城市建设发展必须解决一系列重大的矛盾，包括人口密度的上升，交通的拥堵，环境的劣化和公共安全的隐忧，这些矛盾解决好坏成为衡量能否成为国际大都会的基本尺度。地铁和地下空间开发利用是解决上

2、述矛盾的重要出路； 第三，只要抓紧城市建设这个关健因素，包括城市地下空间开发建设，才能不断加强都会城市的国际金融经贸地位，加强先进文化的影响力，加强人文环境的安全感。纽约的26线地下铁道网，莫斯科地铁车站建筑，日本的地下商贸城给这些国际都市增色不少。北京、上海和广州是中国革命的源头城市，也是全国国民经济发展的龙头，是国家高新技术发展的先锋。在21世纪，健康地发展城市建设，特别是地铁工程和地下空间开发建设，使之和其国际政治、经济、先进文化地位相适应已经成为三个大都市发展的最迫切大事。二、北京、上海、广州地区工程地质和基坑支护有关工程技术问题地下空间开发中遇到最大的工程问题莫过于工程地质问题。以上

3、海浦东区地质条件为例，主体部分是层状淤泥质土和粉土，间或有淤泥层和砂土层。土层空隙率大，含水率高，强度很低，土呈流塑性或流动性。在表层土或较深部位，经常会遇到垃圾层，间或有砾石、瓦砾、砌体块出现，会形成施工障碍。 北京地区地质条件主要为砂土和黏土，局部有淤泥泥塘。除淤泥地层外，一般有较好承载能力。 广州地区地处珠江流域，流砂、地层的管涌防治是个突出问题，淤泥质土的稳定性问题也很严重，必须处理好。上海、广州淤泥地层特点 在地下空间开发利用工程中，设计施工的主要工程问题是施工期间洞室空间的平衡稳定，在隧道掘进过程中要防止上部土体沉陷过大，导致隧道变形失稳或上部地面结构倾斜变位；地下隧道洞室进口和地

4、铁车站路段的明挖施工，遇到的主要工程问题是边坡土体稳定，防止侧向变形位移过大引起边坡失稳滑移。 深部淤泥与淤泥质土为主体的基坑边坡工程稳定性很差，由于深基坑下的土体强度很小，即使提高了边壁的结构刚度，控制了边坡过大的水平位移，但是基坑深部位移滑移失稳却往往仍会出现。广州市三元里一个深基坑工程，是一个典型的淤泥质土深层滑移个例。 This photo reflects the failure pattern of soft clay slope in Sanyuanli worksite. The failure shape of the site slope likes to flow-con

5、vex model.Failure pattern of soft clay. Based on theoretical calculation, model test, and work-site observation,a new flow-convex failure model for soft soil is founded. It is compose of convex side wall, rise bottomof pit and landslip curves. The landslip curves includes circle and logarithmic spir

6、al or parabolic sections.The model test surveying results indicates: the horizontal displacement of the face-wall is convex. Conclusion:the flow-convex pattern is suitable to soft clay, with the help of it, new design method can be given.上海基坑内支撑技术 上海在工程实践中形成整体限位结构支撑的一整套设计方法和施工措施。已经在地铁进出口工程和车站明挖工程中经常

7、成功采用。限位支撑结构常选用钢管支撑或者钢筋混凝土框架支撑。这种工程处理方法安全可靠，但成本高工期长，并且对于混凝土内支撑结构还存在拆除工艺流程复杂的问题。 锚拉桩边坡支护方法基坑边坡锚拉桩支护，起源于美国。国内深基坑大多采用了这种支护施工技术，一般比较稳定可靠。但没有限位结构支撑，没有土壤改性提高强度的工程措施，结构超载能力较差，锚索施工占用时间较长，因而导致变形位移较大，并且会出现不同结点受力不均现象。广州中山大道065工程，基坑深18m，旁侧是广州市政府的东进大厦，基坑靠近大厦一侧是流塑性很强的淤泥质粘土并有一个向基坑内部倾斜的基岩层面。在93年暴雨季节，基坑侧向土压力荷载不断增大的情况

8、下，锚索相继超载崩断，造成边坡宽达60m的大蹋方，边坡上二层楼也一齐滑落下来。The position of compound support is located in collapsed place. The original support was concrete piles. The interval betweencollapsed pit and original Dongjian building is 2m.The length of the prestressed anchor bars areabout 20m. It guarantees whole stability

9、. The length of the soilnails are 10m. It guarantees local stability.土钉锚索复合支护 土钉锚索复合支护用于广州065工程完全成功，受到了广州市建委的肯定。 深圳地王大厦是日本熊谷组承接的工程，深基坑边坡也采用了锚拉桩支护。临进深南大道一侧锚拉桩由于超载而倒了一片。在不得已的情况请我国施工队伍用原位土钉支护抢险加固成功。 The Earth king building in Shenzhen. In 1993, after the concrete piles of support failed, Japan company

10、invites our institute to rush to deal with an emergency of works. Adopting criss-cross soilnail in situ support technology, we get succeeded. The Earth king Building is completed 深圳新世界大厦，基坑深13m，原设计采用混凝土灌注桩。排桩发生意外倒塌后，危及居民楼安全。采用多方向交叉土钉支护，进行塌方区土体原位加固。 土钉锚索技术用于抢险加固和塌方处理The New world Building in Shenzhen

11、. The concrete pourring piles were broken.The preparing work is put worksite in order.This is typical project with soil nail supporting in-situ technology. The photo isbefore sailnail in-situ supportingThe photo isafter soilnail in-situ supporting.土钉斜交原位支护北京地区深基坑模板墙支护北京宣武门庄胜广场深基坑支护的承载能力非常高。所采用分层分段开挖

12、和二次高压注浆有很好的效果。 模板墙土钉支护 由于环境限制或者存在尽力扩大红线内建筑使用面积的要求，需要将面层直接作为外模板墙使用。北京王府井万富大厦（坑深17m）和新华社发行楼（坑深10m）是典型全外模板墙面土钉支护工程。 支护除必须满足极限平衡强度要求之外，还要满足变形位移控制要求。留出开挖间隙的厚度应当包括：喷射混凝土层，找平层、防水层、保护层和边坡水平位移量。 万富大厦工程节省土地费达2千万元。 The Wanfu building in Beijing Wang fujing avenue.Its depth is 17m. In 1997,Its mould plate wall

13、of soilnail support was completed. The construction errorof wall was small to 1cmThe China architecture culture center in Beijing Sanlihe avenue is in construction. Its depth is 10m. Its construction speed is very fast.The China Generallabor union building. This building was Completed with mould pla

14、te wall-soilmail support technology.复合土钉支护的发展潜力。1972年法国人发明的土钉支护方法，由于其具有显著的工程加固效果，迅速地在公路边坡和基坑边坡的砂土粘土地层中得到发展，80年代美国、欧洲、亚洲、美洲发展状况很好。90年代初英国开始用，同期在中国土钉技术也发展得异常迅速。 1996年，随着建设部土钉规程的制订，更进一步刺激了复合土钉支护的发展，向淤泥质土、淤泥土层基坑边坡工程发起了挑战，取得了大量成功的工程实例。 武汉建银大厦，地处湖滨淤泥土层和砂层，基坑深14m，采用了土钉、锚索、旋喷桩的复合土钉支护技术，工程取得圆满成功。加强了土钉体、改性土体和

15、面层与桩的共同作用，形成了新的结构化稳定土体。完全改变了泥土和支撑结构对立关系 。 设计采用了二道防水墙及微桩加土钉支护方案。防水墙深达36m，它除了防水之外，可以改善面层支护条件，消除了边坡开挖时局部产生泥土塑性流动的可能性。土钉支护和防渗层作业互不妨碍。在采用多节变径注浆后，土钉锚固力提高1倍以上，使工程获得完全成功。 土钉防渗墙复合支护The Wuhan Construction bank building. The pit depth is 14.5m.It is silt and power sand stratum, near to lake. The prestressed-so

16、ilnail, rotation spouting piles and impermeable wall compound support are adopted. The re-grouting cement slurry with high pressure is used in soilnail support. The impermeable wall depth is 36m.三、大都会城市地铁隧道盾构施工的工程问题70年代上海开始了国内最早的地铁隧道建设，气压平衡法掘进盾构施工。80年代引法国隧道盾构机后，工作进度加快，工作条件大为改善。非饱和土地层可以采用土压平衡盾构机，饱和土和

17、淤泥土就必须用泥水平衡盾构机。 上海最早掌握了泥水盾构技术，积累了丰富的施工经验。针对上海地区大多为饱和淤泥质土和粘土地层情况，泥水盾构施工是较好的选择，但是如果出现了砾石夹土地层或有瓦砾垃圾地层就会出现问题： 含碴泥浆在向外输送的过程中，很可能由于瓦砾块石粒经过大造成管道堵塞，在泥浆继续泵进运动过程中，出现管道泥浆的“水击”现象，使得输送泥浆压力突然增高而造成管道爆裂，以至于污染整个盾构工作舱。 解决这一问题的最好方法是在泥水高压仓室中装上密闭有压小型颚式破碎机。瓦砾块石经过破碎之后，再压入输送管道。也可以选用国外新近研发的可以直接破碎大块岩石的专用破石盾构施工机械。 纵断面Longitud

18、inal Section泥水室SlurryChamber切削刀架Cutter Disk搅拌器Agitator切削刀头Cutter Bit盾构千斤顶Erector圆形保持装置Circle Retainer管片Segment后部作业盖板Rear Working Deck泥浆泵送管Slurry Feed Pipe泥浆排放管Slurry Discharge Pipe 圆弧保持装置 Shield Jack过江隧道的施工问题上海打浦路过江隧道和延安路公路过江隧道都经过结构优化设计，双层结构选型和拼装尺寸确定都经过静载和动载试验。运营情况说明结构设计完美，但施工漏水漏泥问题严重，必须经过彻底二次防水治理才能

19、解决。 打浦路施工经验证明，深部固壁止水注浆是有效的，可以有效地降低隧道四周渗流压力挣度，杜绝渗漏。沉管隧道技术 江底隧道掘进方案会遇到纵坡过大的问题，可能超过允许设计坡度，需要考虑地铁沉管方案。沉管隧道由于选线高程高于江底掘进隧道，适合于沉积层较厚的江河隧道施工。90年代以来，日本、香港、丹麦至瑞典间海底沉管隧道愈作愈大，技术不断提高。丹麦厄勒海峡沉管隧道施工已经采用预制混凝土工厂专门生产管段。管段长175m，每个管段由8个节段组成，并用预应力钢丝来联接。 欧洲的沉管隧道技术总体上比日本技术要强，特别是最后管段沉放技术比日本现行技术要优越得多。渤海地区、珠江三角洲地区、上海和长江三角洲经济开

20、发区采有欧洲的工厂化沉管隧道技术，建设大量过江隧道可能是最具发展潜力的方案。 厄勒海峡沉管隧道 目前正在哥本哈根修建的厄勒海峡隧道是世界上最大的沉管隧道之一。它是丹麦哥本哈根和瑞典马尔墨(Malm）之间厄勒海峡联络线的一部分，由瑞典、德国、荷兰以及丹麦的E Pihl&Son公司组成的联营体承包。隧道长，为一条双孔单线铁路及一条双孔双车道公路隧道。1995年7月订合同，1997年底完成。隧道横断面研究 隧道设计为5孔，其中的4孔通行双孔双车道公路和双孔单线铁路。两条机电设备通道和安全通道位于第5个洞中。铁路用非道碴轨道系统。厄勒海峡隧道施工方法 厄勒海峡隧道的施工方法是独特的。研究的技术包括岸上

21、施工及使用滑道将管段浮于水中；使用预扎的加筋笼在干坞中快速进行混凝土作业；预浇筑非常短的隧道节段，以使用重型起重机具依次进行装配；制造大型的移动门式起重机在传统的维修用船坞附近吊运预扎的加筋笼。另外还研究了足以罩住约60m长的整个隧道的移动式厂房，以控制维修船坞的天气风险。 浇筑工厂 一旦两个管段就位于滑行闸门内，则蓄水池可以放水，以便隧道管段能拖运到公海。步骤为：四、地下空间开发建设的规划设计问题1、地下空间开发交通领域发展规划 地铁工程和地下空间开发规划的首要任务是解决好地面交通拥堵矛盾。可以通过多线地铁布置将地面公交客源分流到地下，通过地铁交汇站实现地下不同方向便捷换乘，通过地铁、火车站

22、、机场、公交广场相互联通达到快速疏散乘客的目的。 在纽约，几个地铁车站综合体（例如报业广场车站）共同利用地铁、铁路和公共汽车的设施，改进以后的哈德逊终端车站配置在110层大楼的地下室部分，它有三个岛式站台通向五条线路，接收十节车厢的列车，站台之间及与站厅之间由很多楼梯与电动梯相连通。 东京大型地面游乐园广场的地下是 地铁线大手町站地下空间交叉布置充分利用地下空间布置立体线路交叉 东京地铁11线大手町车站Double-track tunneling, Hakozaki area(高速道路下施工 Constrution under expressway)箱崎双线施工箱崎邮政大楼楼房下部施工梯美国华

23、盛顿地铁深度2、地下空间开发商业区建设规划地铁干线兴建的同时，可以使得地下商业城发展获得生机。最好按20年发展要求制定地铁和地下商业区的统一规划。上海人民广场的地铁和商业街是统一规划的，效果很好。但是如果能把地下商业区做到像大连火车站地下商城五层大厦那样规模，就会更有气势 3、市政工程的地下发展规划市政工程特别是水电煤气供应生命线工程的地位愈来愈重要。长春市的煤气管线已经成为当前市政管理最大隐患。 水电暖与排水管道应当按百年大计进行总体规划设计。未来市政管线工程地下化、集中化、扩大化已经成为国际大都市建设的潮流。地面上取消电线电缆，地面下浅层不设水气干线，是国际上市政工程建设的显著特点。 4、

24、民防工程地下联接通道规划 上海民防管理独具特色，包括人防和抗灾任务都要管起来。全国人防工程普遍有在的问题是缺少和城市建设的统一规划布署，这主要表现在缺少地下铁道、地下商业广场和重点人防工程的联接通道规划上，也表现在缺少和人防抗灾抢险救援有关的物资储备规划上。 地铁工程和地下空间开发应当把民防工程的地下通道联接和有关仓储工程规划一起做好。瑞典是地下空间开发利用和民防工程建设搞得最好的国家，他们的统一规划设计的思想和做法非常值得我们学习。 地下油气储存库STRATEGIC OIL AND LPG STOPAGE In most countries, oil and gas are stored underground as strategic reserves to compensate temporary interruptions of the supply. For example, Sweden has a number of rock caverns for storage of oil. 油气储存于地下作为战备供应。 Large rock caverns are often cheaper than above-ground tank farms, and offers many a