地铁与轻轨设计第5.2节施工方法选择和新工艺

第二节施工方法选择和新工艺、

新材料、新设备一、施工方法选择二、新工艺、新材料、新设备一、施工方法选择⒈地铁区间隧道的施工方法⑴沿海城市，饱和软地层，可以选用盾构法和顶管法等；⑵山区城市采用新奥法，条件允许应推广TBM法。目前国内外常用地区间隧道施工方法如表5－7所示。序号施工方法环境场地要求优点缺点发展方向1明挖法市郊施工场地开阔，软岩和土体，如北京和天津地铁进度快，工作面大，便于机械和大量劳动力投入破坏环境生态，影响交通，带来尘土和噪声污1）有效井点降水系统；2）可靠的支撑系统；3）大型土方机械，混凝土搅拌及运输机械2矿山法（钻爆法）岩石和坚硬土体，如青岛和重庆地铁地面干扰小，造价低进度慢，劳动强度高，风险大1）多臂钻孔台车，自动装药引爆装置；2）光面爆破，喷锚支护，监控数据反馈指导设计和施工方法3暗挖法（软土）埋深较浅对土体进行冻结、注浆、深层搅拌桩加固地基，棚管法加固，浅埋车站，如北京、哈尔滨等城市地铁地面干扰小，造价低，便于土法上马机械化程度低，劳动强度高，环境恶劣，风险大1）发展可靠的浅地层地基处理技术；2）小型灵活的地下开挖机械；3）可靠的临时支护措施和机具地铁区间隧道施工方法一览表 表5-7序号施工方法环境场地要求优点缺点发展方向4盾构和顶管法城市软地层、深埋隧道，如上海、广州、北京等城市地铁地面影响小，机械化程度高，安全，工人劳动强度低，进度快(日均8~10m)机械设备复杂，价格昂贵，施工工艺繁，专业施工队伍1）开发适用不同地质条件，自动更换刀盘的气压、土压泥水平衡盾构和顶管，超前探测排障技术；2）钢纤维挤压混凝土衬砌；3）三维仿真计算机管理系，管理信息化，自动化4)自动导向，中途对接异型盾构5沉管法跨越江河湖海，软地基，如广州、宁波、上海过江隧道造价省，速度快，隧道断面大封锁江河水面，专门的驳运、下沉、对接的机具，水下作业，风险大大型涵管制作及驳运技术；2）地下定位对接、防水技术6凿岩机法（TBM）坚硬岩石地质，如广州地铁速度快，机械化程度高，安全，地面无干扰造价高，使用掌握复杂，刀具易磨损1）开发国产高性能凿岩机；2）改进高强合金刀具；3）完善后配套系统；4）超前不良地质探测系统7沉井(连续沉井)软弱地层，地域空广造价省、速度快、工艺成熟对环境影响，泥浆污染，地面下沉1)不均匀沉降的监测设备仪器；2)泥浆或水力减摩措施；3)控制突沉或倾斜方法；4)排队孤石障碍物设备。续上表⒉地铁车站施工方法⑴地铁车站的施工应考虑环境的要求；⑵依据不同的地质情况、工作环境，综合考虑施工进度及安全经济方面的矛盾因素。地铁车站施工方法如表5－8所示。序号施工方法环境场地要求优点缺点发展方向1明挖法浅埋车站，有宽阔的施工场地，如京、津、沪、穗地铁车站进度快，造价低，便于大型机械化施工破坏、污染环境，影响市区居民生活，风险大1）开发大型导板式开凿机，深层地下连续墙，桩排墙施工技术；2）预应力钢支撑技术；3）地面变形监控技术4）SMW工法土丁墙支护2矿山法（新奥法）坚硬岩土介质、地下水位低地面影响小，造价低进度慢，劳动强度高，风险大1）多臂钻孔台车、自动装药引爆装置；2）光面爆破，喷锚支护，监控数据反馈指导设计和施工方法；3）分断面开挖，眼镜工法；4）大型土方机械3浅埋暗挖法土体进行冻结、注浆、深层搅拌、管棚法加固，浅埋车站，如北京地铁地面干扰小，造价低地下作业风险大，机械化程度低1）发展可靠的浅地层地基处理技术；2）小型灵活的地下开挖机械；3）可靠的临时支护措施和机具地铁车站施工方法一览表 表5-8序号施工方法环境场地要求优点缺点发展方向4盖挖法市区浅埋地铁车站，如上海地铁1、2号线淮海路和南京路上的站、北京一些地铁车站占用场地时间短，对地面干扰较小，安全施工工序复杂，交叉作业，施工条件差1）建立合理的施工管理网络，交叉施工，流水作业；2）地下小型施工机具；3）作为永久衬砌支护的地下连续墙，钻孔桩柱施工质量控制和托换技术5逆作法车站上面有高层建筑，埋深较深，如上海地铁新闸路站占用场地时间短，对地面干扰较小，安全施工工序复杂，交叉作业，施工条件差1）建立合理的施工管理网络，交叉施工，流水作业；2）地下小型施工机具；3）作为永久衬砌支护的地下连续墙，钻孔桩柱施工质量控制6异型盾构(或凿岩机法)市区深埋车站，线路交汇换乘下层车站不影响地面地下生活运营，安全，机械程度高机械复杂，造价高，安装操作难度大1）开发研制国产大型三心圆、割圆异型盾构；2）开发新型衬砌支护材料和施工技术7沉井法软土地层或水域，较开阔的施工场地，深浅埋小型车站，如上海60年代地铁试验段车站分节制作下沉，进度快，机械化施工，安全周围地面沉降，地下水位变化，对居民生活有影响，下沉纠偏有一定困难(1)大型沉井制作下沉施工技术；(2)相配套的小型挖土机，坑内外降水技术；(3)大型沉井纠偏，防止突沉、超沉、管涌流砂技术续上表⒊轻轨高架桥施工方法⑴轻轨高架桥结构主要有：基础﹑墩台﹑纵梁和桥面；⑵结合工程地质﹑水文地质﹑环境要求﹑施工进度等因素控制；表5－9列出常用的高架桥基础施工方法及优缺点。⑶轻轨高架桥的桥墩主要有倒梯形﹑T形﹑双柱形和Y形墩，如图5－13所示。表5－11对各种桥梁上部结构形式列出主要可供选择的施工方法。表5－12为桥梁施工方法所常用的桥梁跨径范围。序号施工方法环境、场地、技术要求优点缺点发展方向1沉桩施工打入桩市郊远离居民、软粘土、粉砂、砂砾，承载基岩较深施工速度快、质量有保证、承载力较高振动、挤土影响大、噪声大、桩截面有限1）发展轻型，易于拆卸安装，效率高的沉桩机；2）发展振动、射水等对土体、环境干扰小的机械；3）大口径各类正反循环周转钻机，适应各类土层施工挤压桩市区，房屋建筑相对远离，软粘土，粉质粘土，承载基岩较深施工速度较快，可以直接得到桩的承载力、单桩的承载力较高挤土明显，单桩承载力有限制钻孔灌注桩(挖孔桩)市区粘土、软岩、砂土、砾石各类地层，挖孔桩相对较浅，如广州、南京，钻孔灌注桩可以较深如上海振动、挤土干扰小，各种土层中施工，桩径可大可小，单桩的承载力可很大、挖孔桩施工灵活泥浆污染、施工质量有时难以保证高架桥基础施工方法一览表 表5-9序号施工方法环境、场地、技术要求优点缺点发展方向2明挖扩大基础市郊施工场地开阔，软岩和土体，持力坚固地层相对浅，中小型桥涵基础，地层软弱时，辅以降水，围堰、支撑，开挖水下浇筑混凝土进度快，大面积施工，便于机械化施工，造价低污染环境，阻断交通航运1）有效井点或深层深井泵降水系统2）钢板桩、预制砼桩、SMW工法支护；3）高效挖土机3管桩基础地质条件复杂，深水岩面不平管桩体，连接法兰盘和管靴，普通砼管桩适于入土深25m，预制混凝土管桩入土深可超过25m适于复杂地质条件，预制分节下沉接高，便于机械化施工，效率高机械化程度高，工艺较复杂，需要有船队配合，施工质量较难控制预制大型混凝土管桩、钢管桩施工工艺研究4沉井基础地面以下深处有较好的持力层，浅层或河中有较大卵石不方面桩基施工河水深、冲刷大。占用场地不大，所需净空高度较低埋深大，整体性强、稳定性好、承载力大施工周期长，粉砂土易出现流砂，造成沉井倾斜，遇到孤石、沉船、树根井底岩面倾斜，自重下沉困难时，采用泥浆润滑套，浮式沉井、空气幕沉井等辅助工法困难地质条件下沉井下沉施工机具及工艺续上表图5-13桥墩与与上部部结构构布置置图a)倒梯形形桥墩墩；b)双柱式式桥墩墩；c)T形桥墩墩；d)Y形桥墩墩桥型施工方法简支梁桥悬臂梁桥T型刚构连续梁桥刚架桥拱桥组合体系桥斜拉桥吊桥现场浇注法√√√√√√√预制安装法√√√√√√√悬臂施工法√√√√√√转体施工法√√√√√顶推施工法√√√逐孔施工法√√√√横移施工法√√√√√提升与浮运施工法√√√√各种类类型桥桥梁可可选择择的主主要施施工方方法表表5-11各种施施工方方法的的适用用跨径径表表5-11⒋设备安安装施施工⑴地铁铁设备备应立立足于于国产产；⑵设备备的安安装应应尽量量由国国内建建筑设设备安安装公公司承承担；；⑶设备备安装装工程程应和和土建建工程程交叉叉施工工。二、新新工艺艺、新新材料料、新新设备备⒈施工新新技术术⑴车站基基坑支支护开开挖新新方法法SMW工法，，连续续墙，，土钉钉墙等等技术术。⑵盖挖法法和逆逆作法法⑶新一代代异型型盾构构隧道道施工工法①MF盾构施施工方方法即将多多个圆圆形盾盾构机机切土土刀盘盘前后后错位位，利利用其其重合合部分分的盾盾构，，构筑筑多样样的隧隧道断断面。。图5－14为三心心圆盾盾构机机的组组成；；图5－15为利用用二﹑三心圆圆盾构构机施施工的的隧道道车站站断面面。图5-14三心圆圆盾构构机三三圆相相交断断面图图图5-15二、三三心圆圆盾构构施工工完成成区间间隧道道及车车站②扩大断断面形形盾构构机施施工法法该法是是在盾盾构法法隧道道施工工到任任意一一个位位置，，根据据需要要沿隧隧道前前进方方向任任何侧侧面扩扩大开开挖，，增加加隧道道内部部部分分空间间。③自由转转向球球形盾盾构施施工a.盾构机机自地地面垂垂直向向下施施工，，盾构构机到到达一一定深深度后后，开开始分分叉向向不同同方向向施工工水平平横隧隧道；；b.其顶端端的切切削头头为球球形，，可绕绕水平平轴旋旋转90°°。图5－16为球形形纵横横式泥泥水盾盾构机机，水水平推推进盾盾构机机外径径4.45m。图5-16纵横横式式泥泥水水盾盾构构机机④H&V盾构构机机施施工工方方法法a.H&V(HorizontalVariation&VerticalVariation)是一一种种能能自自由由穿穿越越具具有有稠稠密密建建筑筑物物的的盾盾构构掘掘进进方方法法。。能能从从水水平平双双孔孔变变为为垂垂直直双双孔孔，，或或由由垂垂直直双双孔孔变变为为水水平平双双孔孔，，不不断断改改变变圆圆形形形形状状，，开开挖挖螺螺旋旋型型曲曲线线双双断断面面隧隧道道的的盾盾构构掘掘进进方方法法；；b.能由由双双孔孔断断面面分分开开成成两两个个单单孔孔圆圆形形断断面面。。图5－17为H&V盾构构推推进进分分叉叉示示意意图图。。图5-17H&V盾构构法法概概念念图图⑤新一一代代超超级级盾盾构构及及其其操操作作系系统统a.集中中了了在在软软土土中中掘掘进进的的土土压压平平衡衡盾盾构构（（shield)和在在岩岩石石中中掘掘进进的的隧隧道道凿凿岩岩机机(TBM)的优优点点；；b.遇到到软软土土介介质质时时是是一一台台土土压压平平衡衡盾盾构构机机，，遇遇到到无无水水岩岩石石介介质质时时是是凿凿岩岩机机。。图5－18为土土压压平平衡衡超超级级盾盾构构系系统统示示意意图图。。图5-18土压压平平衡衡超超级级盾盾构构系系统统示示意意图图⑥钢纤纤维维挤挤压压混混凝凝土土衬衬砌砌a.挤压压混混凝凝土土衬衬砌砌不不留留缝缝隙隙，，整整体体性性好好，，内内壁壁光光滑滑，，止止水水性性好好，，施施工工速速度度快快；；b.盾构构机机的的前前方方开开挖挖面面由由膨膨润润土土悬悬浮浮液液支支撑撑；；盾盾尾尾后后方方则则由由挤挤压压钢钢纤纤维维混混凝凝土土流流体体支支撑撑。。⑷新奥奥法