地铁与轻轨设计第节区间隧道的施工

第四节 区间隧道的施工一、山岭地区区间隧道的施工二、软土地区深埋隧道的施工三、水下沉管隧道施工四、地铁区间隧道联络通道施工一、山岭地区区间隧道的施工⒈矿山法

深埋于坚硬岩体中的区间隧道，采用传统钻爆法或悬臂式和门架式多臂凿岩车钻眼爆破，使用人工或装渣机出渣，大型自卸柴油车运输的开挖方法。又称钻爆法。a.基本工序：钻孔﹑装药﹑放炮散烟﹑出渣﹑支护﹑衬砌。b.辅助工序：测量放线﹑通风﹑排水﹑监测等。⑴钻眼、爆破和开挖①围岩稳定或基本稳定，开挖面不大，采用全断面一次钻爆；②断面高度较大时采用台阶施工法。③地质条件复杂，断面较大，采用导洞施工法。图5－31为某隧道采用导洞法施工程序示意图。如图，先掘一定深度(1.5～2.5m)的小断面巷道，然后再开帮挑顶或卧底，将洞室扩大到设计断面。图5-31某隧道开挖顺序图1-下导洞；2-开帮；3-墙部光面层；4-挑顶；5-顶部光面层④采用光面爆破技术，断面较圆滑规则。a.光面爆破对钻眼质量﹑装药的结构及爆破方式要求严格。b.周边眼的最小抵抗线，炮眼间距和装药结构是影响光爆效果的三要素。c.区间隧道的光面爆破通常采用微差爆破法，起爆顺序分为正序起爆和反序起爆。d.正序起爆即先掏槽孔，再辅助孔，最后周边孔；e.反序起爆即先周边孔，再掏槽孔和辅助孔，又称预裂光面爆破。施工中光面爆破参数的设计应采用工程类比法或试验方法确定，如无条件试验时，可参照表5－13选用爆破参数。参数岩石单轴抗压强度kb(MPa)装药不耦合系数K周边眼间距E(cm)周边最小抵抗线W(cm)周边孔密集系数m=E/W周边眼装药集中度q(kg/m)硬岩＞601.25~1.555~7070~850.8~1.00.30~0.35中硬岩30~601.5~2.045~6060~750.8~1.00.20~0.30软岩≤302.0~2.530~5040~600.5~0.80.07~0.20光面爆破参数表5-13⑴对中硬岩石隧道，可采用一次爆破，炮眼深度为3～5m;⑵对于软岩工程，可采用半断面或台阶开挖，一般为1.0～3.0m的浅孔爆破。通常光面爆破效果应达到表5－14的指标。序号项目硬岩中硬岩软岩1平均超挖量(cm)1015102最大超挖量(cm)2025153周边孔痕率(cm)≥80≥604局部欠挖量(cm)5555炮眼利用率909090光面爆破效果表5-14⑵独臂钻的开挖施工①适用于开挖软岩，速度甚快；②不适用于地下水较多﹑围岩不太稳定的地层。⑶天井钻的开挖施工①专门用来开挖竖井或斜井的大型钻具；②适宜钻通风竖井或钻大型竖井斜井的导洞。⑷喷锚支护及现浇混凝土衬砌1)喷锚支护①锚喷支护多为初期支护，包括锚杆的安装﹑悬挂钢丝网﹑喷混凝土三道工序。②锚杆主要三种：全长粘结式锚杆﹑端头锚固型锚杆﹑楔缝式或胀壳式摩擦型锚杆。③喷射混凝土可分为干喷﹑潮喷﹑湿喷三种方式，湿喷工艺流程如图5－32，2)混凝土衬砌图5-32湿喷工艺流程⑸新奥法1)新奥法(NATM)是新奥地利隧洞施工法的简称。2)新奥法的主要原则是：①充分利用岩体的强度，发挥岩体的自承能力。②正确运用围岩﹑支护共同作用原理，恰当利用岩体蠕变发展规律。③把监测作为必要手段，始终监测支护的位移和压力变化。④强调封底重要性，务必封底。⑤施工﹑设计﹑监测三结合。新奥法的典型施工顺序如图5－33所示。图5-33新奥法典型施施工顺序(尺寸单位：cm)⒉隧道掘进机施施工法(TBM法)①隧道掘进机(TunnelBoringMachine)适用于中等坚坚硬岩石中隧隧道的施工；；②造价高，施施工机械化自自动化程度高高；③我国的秦岭岭隧道1号线采用了TBM施工，月平均均276m，最高月进度度达402m。⑴TBM的组成：分为敞开式﹑顶部保护式﹑护盾式。图5－34是英国海峡隧隧道法国端使使用的护盾式式掘进机(T2)。⑵掘进机施工作作业程序：正常条件下TBM作业程序如图图5－35所示。⑶隧道施工存在在的问题及对对策：造价高﹑使用范围小﹑岩石依赖性大大﹑技术要求高图5-34护盾式掘进机机改造(T2)图5-35TBM作业程序示意意图二、软土地区区深埋隧道的的施工⒈盾构法盾构机(Shieldmachine)：软土地层隧隧道施工a.50年代前，手工工掘进的闭胸胸﹑敞胸或网格式式盾构。b.60年代末，土压压平衡盾构﹑泥水盾构。c.80年代，全自动动的现代化盾盾构。(1)盾构的分类和和组成1)盾构分类①按照盾构机机挖土的方式式：手工挖土土、分断面机机械开挖、全全断面开挖三三类，如图5－36。②按照开挖面面土体支撑保保持稳定方法法：敞口盾构构、机械支撑撑盾构、气压压、液压和土土压平衡盾构构，如图5－37。③按照开挖土土体废料装卸卸方式的不同同，盾构机分分为如图5－38的不同类型。。图5-36盾构机不同的的挖土方式a1-敞口；a2-工作平台；a3-带支撑的平台台；b1-分断面机械开开挖和支撑；；b2-可移动的分断断面开挖机；；b3-累计分断面开开挖；c1-带刮刀全断面面开挖轮盘支支撑开挖面；；c2-带刀盘全断面面开挖；c3-带滚刀掘进头头全断面开挖挖图5-37盾构开挖工作作面平衡系统统a)边坡；；b)机械支支承；；c)压缩空空气支支承；；d)泥水压压力支支随便便；e)土压平平衡图5-38盾构碴碴土传传输系系统④衬砌砌分为为：铸铸铁管管片﹑钢管片片﹑钢筋混混凝土土预制制管片片和现现浇钢钢纤维维混凝凝土衬衬砌。。2)盾构机机基本本构造造壳体、、排土土系统统、推推进系系统、、衬砌砌拼装装系统统和辅辅助注注浆系系统。。⑵盾构法法隧道道的施施工1)盾构进进出工工作井井①盾构进进出工工作井井前后后50m是施工工最困困难的的地段段之一一。②盾构进进出工工作井井必须须解决决：a.封门材材料选选择和和制作作；b.洞周土土体的的滑移移和沉沉陷；；c.盾构水水平和和竖直直方向向的偏偏移。。图5－39为盾构构机进进出工工作井井的示示意图图。③洞周加加固的的方法法：a.化学加加固方方法：：注浆浆加固固、深深层搅搅拌桩桩、旋旋喷桩桩等；；b.物理加加固方方法：：井点点降水水疏干干土体体、冻冻结等等。图5-39盾构机机进出出工作作井示示意图图式中：：σt——为深层层搅拌拌加固固后土土体的的弯曲曲拉伸伸强度度（kPa）；K——为安全全系数数取1.5；E——朗金土土压力力公式式计算算的水水土侧侧压力力和；；E=Ek+Ew，如图图5－40所示。。r——r=D/2，D为盾构构开挖挖土体体的直直径。④对于砂砂性土土体，，土体体加固固的厚厚度t，可以以使用用弹性性力学学的厚厚板理理论计计算得得出，，公式式如下下：：图5-40水土侧侧压力力计算算简图图进一步步采用用摩尔尔包络络线破破坏条条件及及塑性性松动动圈的的平衡衡微分分方程程，可可求出出改良良土体体的宽宽和高高，如如图5－41所示。。图5-41改良土土体宽宽高示示意图图对砂性性土改改良尺尺寸如如表5－15所示。。与砂性性土体体破坏坏形式式不同同，利利用粘粘性土土体在在洞口口整体体滑移移失稳稳的计计算理理论，，可推推导出出相应应加固固土体体的厚厚﹑宽﹑高。DD＜1.01.0＜D＜3.03.0＜D＜5.05.0＜D＜8.0B1.01.01.52.0H11.01.52.02.5H21.01.01.01.0砂性土土体改改良尺尺寸表表5-152)开挖工工作面面稳定定分析析保持土土压平平衡盾盾构开开挖面面的稳稳定的的方法法：①①控制制土舱舱压力力与开开挖面面地层层压力力的差差值；；②控控制排排土量量。应特别别注意意调整整推进进速度度和排排土量量，使使压力力波动动控制制在最最小幅幅度，，始终终保持持式中：：Pi——密封舱舱内压压力；；Pz——侧向土土压力力；Pw——侧向水水压力力。3)地面沉沉降的的预测测和控控制①合理理选择择盾构构机型型，施施工工工艺先先进，，不断断优化化施工工技术术参数数②关键键技术术：保保持开开挖面面的稳稳定和和管片片脱出出盾尾尾后及及时注注浆填填筑间间隙。。③引起起地面面沉降降的原原因大大致分分为土土体的的损失失和土土体固固结。。④沉降降阶段段划分分：盾盾构到到达前前﹑盾构到到达时时﹑盾构通通过时时﹑管片脱脱出盾盾尾时时﹑长期变变形阶阶段。。上海地地区盾盾构推推进引引起的的地面面沉降降如表表5-16。发展阶段影响范围隆起或下沉量（mm）隆起或下沉率（mm)点总沉降量（％）产生沉降原因纵向(m)横向(m)盾构到达前≈H+D≈12～158～10±5；5<L<15±10；3<L<5+105挤土降水盾构到达1510～14±15L<3L’<2-1510欠挖挤压土体，超挖土体松弛盾构通过1515L>3：-15L’>2：+10-2015～20有超挖刀时，沉降10～15cm，盾构带厚泥皮，先隆后沉（盾尾间隙）盾尾脱出1816+10-20：L’>4-0.2mm/min20～30注浆不及时、浆液不足、管片变形后期沉降2020～2230T>10d：0.1~0.5；T>30d：0.05~0.1；T>100d：0.001~0.150100后沉降基本稳定，固结沉降上海地地区盾盾构推推进引引起地地面沉沉降情情况表表表表5-164)盾构““蛇行行”及及轴线线控制制引起盾盾构偏偏差的的原因因有：：①盾构构前进进遇到到的阻阻力不不均衡衡；②盾构构制作作安装装误差差；③已拼拼装的的管片片圆环环质量量差；；④测量量精度度不高高。5)隧道防防水施施工⒉顶管法法顶管法法动力力来自自始发发工作作井内内作用用在后后背井井壁上上的分分组千千斤顶顶，顶顶管千千斤顶顶将带带有切切口和和支护护开挖挖装置置的工工具管管顶出出工作作井井井壁。。a.顶管法法推进进的阻阻力随随管道道长度度增加加而增增加。。b.为克服服顶进进力不不足，，管道道中间间设置置中继继接力力环,并在管管道外外周压压注触触变泥泥浆减减少摩摩擦，，如图图5－42。c.顶管法法比较较设适适合于于内径径小于于4m或更小小的管管道。。图5-42薄膜顶顶管施施工方方法原原理⑴顶管管法施施工工工艺1)第一阶阶段为为工作作井(始发井井、目目标井井)的建造造、预预制管管节、、顶进进设备备的安安装；；2)第二阶阶段为为排土土、顶顶进、、安装装传力力设备备、压压注润润滑剂剂、测测量定定位、、管道道整修修。⑵顶管施施工的的技术术难题题1)地面沉沉降。。2)轴线和和高程程控制制。3)液压千千斤顶顶顶力力和密密封性性能。。4)转变、、纠偏偏定向向装置置和管管节接接头技技术。。通过过特殊殊接口口来控控制曲曲线前前进方方向，，如图图5－43。5)注浆。。在顶顶进时时不断断向管管外壁壁压注注膨润润土泥泥浆，，减少少摩擦擦。6)其他。。图5-43F形管(壁厚330mm)接头改改造示示意图图三、水水下沉沉管隧隧道施施工沉管隧隧道是是由若若干预预制的的管段段，分分别浮浮运到到现场场，一一个接接一个个地沉沉放安安装，，并在在水下下相互互连接接而成成，如如图5－44所示。。图5-44浮管隧隧道1-管段制制作；；2-浮动；；3-沉设①美国国，1910年，修修建底底特律律河铁铁路隧隧道(最早)；1994年，美美国共共有25条沉管管隧道道。②20世纪40年代﹑60年代，，台湾湾﹑香港修修建了了4条海湾湾隧道道；③中国国，1992年建成成广州州珠江江隧道道；1995年建成成甬江江隧道道。沉管法法施工工工序序：⒈地槽浚浚挖⑴挖浚浚基槽槽最常常用的的挖泥泥船有有：吸吸扬式式挖泥泥船﹑抓扬式式挖泥泥船﹑链斗式式挖泥泥船﹑铲扬式式挖泥泥船。。⑵香港港地铁铁挖浚浚基槽槽分两两个阶阶段：：①粗挖挖至离离最终终设计计标高高约1m处；②采用用平整整度较较好的的2.5～12m3大小不不同地地抓斗斗式挖挖泥机机挖到到基底底。⒉管段的的制作作①在干干船坞坞内或或专门门建造造的内内水湾湾中预预先制制作；；②利用用隧道道岸边边引道道段围围堰先先作为为管段段制作作场；；③管段段常为为矩形形，每每节长长60～140m,多数为为100m左右，，最长长268m。④美国国和日日本大大多数数采用用钢壳壳管段段⒊管节的的驳运运和沉沉放⑴驳运①进行行实验验室的的模拟拟试验验和理理论计计算。。②考虑虑有无无船队队通行行。③管段段拖运运阶段段对自自然条条件的的限制制：风风速小小于10m/s；波浪浪高小小于0.5m；流速速小于于0.6～0.8m/s；能见见度大大于1000m。⑵沉放①管段段的沉沉放式式最危危险最最困难难的事事情；；②沉放放方法法有两两类：：吊沉沉法﹑拉沉法法；；③沉放放作业业需准准备：：四只只1000～1500kN的浮箱箱﹑小型驳驳船﹑发电机机组﹑卷扬机机等。。④采取取水上上交通通管制制措施施；⑤下沉作业步骤骤如图5－45所示。图5-45下沉作业步骤1-初步下沉；2-靠拢下沉；3-着地下沉⑥水力压接法进进行连接的主要要施工顺序为：：对位﹑拉合﹑压接﹑拆除封堵。a.拉合千斤顶所提提供的总拉力应应为2000～3000kN，行程一般为100cm。b.最后一个端面的的连接必须采用用水中模板混凝凝土式﹑靠临时性封闭的的干燥钢制镶板板式。⒋基础处理技术①基础铺设的砂砂砾垫层尽可能能密实；②早期采用先铺铺法，管段沉放放前用刮砂法将将槽底整平；③后来出现后填填法，管段沉放放后进行灌砂喷喷砂或者压砂和和压浆。⒌防水①管段自防水②伸缩缝施工缝缝用橡胶止水带带和钢边橡胶止止水带组成，外外缝加盖聚氨基基甲酸脂油灰。。构造措施见图图5－46；③管片间的防水水主要采用橡胶胶止水垫环和形形止水胶带；图5-46采用橡胶—金属止水带及聚聚氨基甲酸油灰灰的伸缩缝(尺寸单位：mm)①-堵排空隙；②-橡胶—金属止水带；③③-角钢；④-聚氨酯泡沫；⑤⑤-聚氨基甲酸酯油油灰；⑥-异丁橡胶粘结带带四、地铁区间隧隧道联络通道施施工在城市地铁隧道道建设中，两站站间的区间隧道道长度约为一公公里，上下行隧隧道间通常要设设置联络通道，，又称旁通道。。a.设计中，常将其其与地下泵站结结合起来建设。。b.联络通道的断面面和开挖长度较较小，施工环境境更为复杂。c.联络通道的构造造形式有：全贯贯通式﹑上行侧式﹑下行侧式﹑上下行侧式和深深井侧式泵站等等，如图5－48所示。图5-48联络通道泵站形形式图d.联络通道断面跨跨度为2.0～3.0m，墙高2.5～3.5，断面为矩形圆圆形或直墙形。。e.隧道长度通常只只有6～15m，土体开挖量较较小，一般小于于200m3。⒈联络通道常用的的施工工法及对对比⑴土体加固矿山法法a.土体加固多使用用冻结加固和灌灌注加固技术。。b.灌注加固包括三三重管高压旋喷喷注浆技术、深深层搅拌桩加固固技术、钻孔港港湾桩技术和分分层劈裂注浆技技术等。1)矿山法侧向暗挖挖施工①“新奥法”原原理，矿山暗挖挖法施工②速度快，风险险小，造价低，，2)矿山法竖井开挖挖施工①从联络通道的的中部从地面向向下开挖临时竖竖井，并向两端端开挖，②占用地面道路路，影响地面活活动。3)冻结加固矿山法法施工①从主隧道内用用水平冻结技术术加固其周围土土体，然后再暗暗挖施工。②适合于含水量较较大的土层。③优点：强度高高(-10℃,冻结粘土5MPa﹑冻结砂土8MPa)﹑止水性好﹑地层扰动小﹑不占用地面场地地。④缺点：工期长长﹑造价高﹑地面隆沉。⑵顶管法顶管法适合于含含水量较少、土土体自立性较好好的粉质粘土、、硬质粘土等土土层。⑶联络通道常用工工法综合指标比比较，如表5-17。施工方法适用范围、施工难度及风险进度造价环境影响矿山法侧向暗挖施工①适用于冲积软土地区、工艺成熟，南京地铁旁通道60%~70%由此法施工；②土体加固质量好时，施工安全快速风险小；③土体加固质量不好时，开挖时易引起掌子面坍塌以及冒顶漏水现象较快(约75天)较高(约100万，其中土体加固费用占到一半以上)土体搅拌加固时要封锁交通，有泥浆、噪声污染及地面沉降矿山法竖井开挖施工①施工中不占用隧道，且具有两个工作面，施工速度快；②施工到最后才打开钢管片，对主隧道影响小；③土体如加固不好，易造成工作井坍塌或发生涌砂涌水现象快(约60天)较高(约120万)土体搅拌加固时以及开挖过程中要封锁交通，有泥浆、噪声污染及地面沉降联络通道常用工工法综合指标比比较表5-17施工方法适用范围、施工难度及风险进度造价环境影响冻结加固矿山法施工①主要用在含水量较高的土层中；②土体加固强度高、止水性能好，且不占用地面场地；③但施工周期长、造价高，对地面的隆沉有一定影响较慢(约100天)最高(约300万,电费占大部分，且夏季施工费用高于冬季施工)地面无污染无噪声，冻融控制不好会引起地面的隆起或下沉顶管法①适用含水量小、自立性好的土层②千斤顶的顶力作用在管片上，对管片以及主体隧道的稳定性有影响；③须对主体隧道进行加固处理并设置合理的后顶装置最快(约45天)总造价较高(约180万)，但顶进设备可重复使