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赤鱼追波

建筑日记

 
 
 

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地铁车站施工方法汇总  

2015-08-11 19:55:44|  分类: 地基基础 |  标签: |举报 |字号 订阅

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地铁车站的施工方法的选择不仅要满足地铁工程本身的使用功能,同时也要满足合理开发利用地上、地下有效空间的要求,并考虑由于施工给周围环境带来的不良影响。其施工方法的选择是否合理,对线路埋深、车站结构型式、工期及土建工程造价等具有极大的影响,直接影响到全线的社会效益、经济效益和环保效益。

地铁车站的施工方法的选择不仅要满足地铁工程本身的使用功能,同时也要满足合理开发利用地上、地下有效空间的要求,并考虑由于施工给周围环境带来的不良影响。其施工方法的选择是否合理,对线路埋深、车站结构型式、工期及土建工程造价等具有极大的影响,直接影响到全线的社会效益、经济效益和环保效益。

地铁车站的施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法。根据《地铁设计规范》(GB50157-2003),盖挖法现已归并到明挖法中;暗挖法包括盾构法和矿山法,在我国,一般特指矿山法。

各施工方法详述如下:

1、明挖法-系指由地面挖开的基坑中修筑地下构筑物的方法。

明挖法施工系指从地面向下开挖至基坑底面后,再自下而上浇注车站结构,然后回填土方,恢复路面。明挖法施工具有以下特点:

1)施工安全,质量容易保证。

2)结合地面工程改造及开发,其综合工程造价优势显著。

3)施工作业面开阔,有利于提高工效、缩短工期。

4)施工降、排水容易。结构防水简单,质量可靠。

5)施工期间对周围环境或道路交通影响大,且易受到气象条件的影响。

6)基坑较深时,须采取措施防止基坑变形及其周围地面沉降。

明挖顺作法一般适用于地面有条件敞口开挖,且有足够施工场地的情况。当站位设在现状道路范围外;或站位设在现状道路下,但施工允许暂时中断交通或结合地面拆迁及道路拓宽,使地面交通客流得以疏散时,就有可能采用明挖法施工。

当车站位于""字交通道路下时,为减少与车站垂直方向道路的影响,也可纵向分段施工,此时,前后施工段之间需设置临时封堵墙。

具体实例如图:

 明挖法施工现场

明挖法施工工序图-叠合墙结构

明挖法施工工序图-复合墙结构

在施工过程中,常会碰到一些不可预见或者临时发现而且难以改移的地下管线通过明挖区域,此时需要采取一些悬吊或者临时保护的措施,出现此种情况往往要消耗较多的时间和精力去处理,对施工也会带来较大的不便,在设计时应引起重视。

2、盖挖法先修建临时(或永久)路面系统后分层开挖、修筑主体结构的方法。

盖挖法是在地面修筑维持地面交通的临时(或永久)路面系统后,构筑地铁车站的施工方法。

盖挖法根据其临时路面系统的构成及修建顺序,可分为盖挖顺作法和盖挖逆作法。分述如下:

1)盖挖顺筑法

其方法是在地面修筑维持地面交通的临时路面及其支撑后,自上而下开挖土方至坑底设计标高,再自下而上修筑结构的方法。盖挖顺筑法的路面系统由钢梁及路面盖板、围护结构组成,其中钢梁及路面盖板为临时结构,车站施工完成后需拆除,其作业程序是:

1)局部的交通疏解或围挡,作好外围结构;

2)用钢梁及路面盖板组成的盖挖系统覆盖路面,恢复交通;

3)在盖挖系统的保护下顺序的进行车站主体结构的作业;

4)拆除盖挖系统,恢复永久路面。

当路面盖板根据需要仅铺设一部分时,为半盖挖顺筑法。

除了临时路面系统外,盖挖顺筑法的作业程序、结构方案与明挖法完全一致。其特点为:

1)封闭道路时间比较短暂,而且允许分段实施,一旦路面先期恢复(或盖挖系统完成后),后续施工对地面交通几乎不再产生影响。

2)盖挖系统的存在,使得工程造价较高;而且挖土是在顶部封闭(或半封闭的)状态下进行,大型机械应用受到限制,施工工期较明挖法长。

盖挖顺作法施工现场

典型的半盖挖顺作法的施工工序如图,其要点是每步施工过程(工序)时,均根据路面通行要求设置相应宽度的路面系统。

2)盖挖逆筑法

其作业顺序与明挖法相反,方法是开挖地面修筑结构顶板及其竖向支撑结构后,在顶板的下面自上而下分层开挖土方、分层修筑结构。

盖挖逆筑法的路面系统由车站顶板、中间支承、围护结构组成,一般均为永久结构。

其作业程序为:

1)部分或全部封闭道路交通,作好中间支承柱及边墙围护结构;

2)明挖至顶板底面标高处,浇注顶板,回填覆土并恢复交通;

3)在上部顶盖结构的保护下,继续向下开挖基坑,并施工剩余车站结构。

盖挖逆筑法的特点为:

1)对周围环境的干扰时间较短,对防止地面沉降及对周围建筑物和地下管线的保护具有良好的效果。

2)结构的主要受力构件常兼有临时结构和永久结构的双重功能。

3)盖挖逆作法需设置中间竖向临时支承系统,与侧墙共同承受结构封底前的竖向载荷。

4)对地下连续墙、中间支承柱与底板、楼盖的连接节点需进行处理。

5)本工法的施工难度、施工工期及土建造价均属中等水平。

盖挖顺筑法对路面干扰较盖挖逆作法小,通过合理组织车行路线,可以保证施工期间路面的交通,车站防水质量也较盖挖逆筑法好。

当车站位于现状道路或跨越路口,或处于比较繁华而狭窄的街道下,无明挖条件,但允许短时间中断交通或局部交通改移时,可采用盖挖法施工。典型的半盖挖逆作法施工工序如图:

  3、暗挖法

当车站通过繁忙交通地段,或因其它原因不允许封闭路面交通或车站位于较完整的岩石地层且地下水不发育时,可采用暗挖法施工。设计时,应对车站结构的设计方案和施工方法的可行性进行论证,经技术经济比较后确定。

暗挖法已广为采用的有盾构法(如图2-9)、顶管法、矿山法(如图2-1011)等。盾构法是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和注浆充填盾尾间隙等主要作业都在盾构保护下进行,并通过控制开挖面压力、盾尾注浆等措施控制地面沉降,是工艺技术要求较高、综合性较强的一种施工方法,主要适用于各类软土地层和软岩地层,尤其适用于市区地铁和水底隧道。盾构法施工车站因设备费较高,目前在国内尚未应用。顶管法主要适用于车站下穿营业铁路线时,为保证铁路的安全运营,将铁路路基一侧预制好的钢筋混凝土箱形框架,采用高压油泵带动油压千斤顶,并借助于预先修好的后背支承,顶入铁路路基内,成为与铁路立交的地下车站。由于地铁车站框架断面尺寸较大,在既有铁路下顶进风险较大,且铁路管理部门一般不同意用这种方案在既有铁路站场下修建地铁站,因此国内尚未有此类车站。 

图2-9 法国-大型盾构机施工的地下车站 

图2-10 暗挖法施工现场图(全断面法) 

图2-11 暗挖法施工现场图二(CRD 法)

1)矿山法施工的地铁车站的适用情形主要有以下几方面:

1)矿山法车站主要适用于施工时不允许干扰地面交通,或因埋深过大,或拆迁过多,采用明、盖挖施工非常不经济时。

2)在埋深较大、硬质围岩时,矿山法车站有较好的适应性。

3)在第四系的松散地层中用矿山法修建地铁车站时,必须与明、盖挖方案进行全面比较,经过充分论证后采用。

4)对饱和软土地层无法疏干地下水,或者即便进行预加固和预处理,开挖后的自稳性仍很差时,可视为不适合采用矿山法施工。

   2)矿山法施工的车站主要优缺点:

1)除竖井外,地面作业很少,对地面交通、地下管线、地表建筑物等周围环境影响较小,下穿河底时,不影响通航,也不受气候的影响。随着地铁车站埋深增大,其优点更加突出。

2)矿山法车站施工难度大、安全性差、造价高、工期长,而且从使用功能和运营质量分析,也远不如明、盖挖车站。

暗挖法的最大优点就是施工时对路面交通没有干扰,对地下管线的改迁少,而且地面拆迁量也少。围岩是否有足够的自稳能力,是能否采用暗挖法施工的关键。如果围岩级别在IV 级或IV 级以下时,施工不必采用特别的措施,否则由于围岩的自稳能力较差,应采用特别的施工辅助措施,如采用超前注浆法对隧道周围及掌子面前方的土层进行预加固,代价通常是很高的,且质量又较难保证。一般说来,在地下水位较高的软弱土层中不考虑采用暗挖法施工,如上海等地。

3)矿山法的主要施工方法

1)矿山法施工应遵循新奥法原理,即在监控信息的指导下,根据地层的自稳能力适量开挖,及时施加喷射混凝土衬砌,根据需要增加锚杆、钢筋网、钢架、二次衬砌等支护衬砌措施,使衬砌与围岩共同作用,形成支护体系,使洞室保持稳定。为提高开挖地层的自稳能力,或加大一次开挖尺度,且使工作面土体的有一定的自稳时间,足以进行必要的初期支护作业,常常采用辅助工程措施对地层实施预加固,如冻结法、注浆法、深层水泥搅拌桩(或旋喷桩)法、水平水泥搅拌桩(或旋喷桩)法、管棚法等。

2)矿山法一般应遵循的施工原则是:管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、早成环、勤量测、二次衬砌紧跟等。该原则基本概括了矿山法施工工艺要求和施工经验,针对车站隧道施工条件和工程措施,合理选择施工原则。当大跨开挖或浅埋暗挖时,为保证施工安全、减少施工对周边环境的影响,更应严密斟酌。

3)矿山法施工方案应根据结构型式、围岩条件、辅助工程措施、环境保护要求、施工工艺等分析一次开挖的尺度及支护结构受力状态,综合评定开挖支护的经济合理性。根据地层的稳定条件和车站隧道断面的大小可以选用全断面法、短台阶法、带临时仰拱的上下台阶法。对于断面较大的隧道,考虑分部开挖、分部支护和封闭成环的需要,选择中隔壁法(CD 法)、交叉中隔壁法(CRD法)和侧壁导坑法(眼镜法)。对于多跨大断面隧道,中间立柱必须先行开挖施工,形成支承,相应的施工方案有中洞法、柱洞法等。 

 

暗挖法施工方案的选择还应考虑整个车站施工组织部署的需要、不同隧道断面间的过渡、邻近隧道施工的相互影响、施工工期的要求等因素。利用监控量测获得的信息指导施工,是矿山法施工中必不可少的一个组成部分。 拱顶沉降、洞周收敛等主要监测数据反馈,判断施工方法及支护结构的合理性,并据此调整支护参数和施工方法,以期达到安全、经济、快捷的施工效应。

三种施工方法的综合比较如表:

根据上表,从功能要求、技术难度、施工质量及经济性等方面出发,明挖法最优,盖挖法次之,暗挖法再次之。明挖法主要缺点是对路面交通影响比较大,而鉴于功能要求、造价和工期等对能否发挥修建地铁的社会效益和经济效益起决定作用,而施工期间对环境的影响只是一种短期效应,所以浅埋地铁车站仍首选明挖法施工。

岩土工程勘察中钻探设备及工艺的选择

我国幅员辽阔,地质条件复杂,岩土层物性变化较大。本文将从以下几个方面对岩土工程勘察中的钻探工艺进行探讨。

岩土工程基本任务是查明施工场地土层类型、深度、分布、等工程地质特征,包括现场钻探、原土取样、实验室分析和现场进行原位测试等方面,为后续施工提供准确的岩土物理力学指标和岩土特性分析。

岩土工程勘探是工程建设的一项基础性工作,是所有工程开展的基础,其数据的准确性、可靠性直接影响工程建设的质量、安全、工期和投资效益。

我国幅员辽阔,地质条件复杂,岩土层物性变化较大。本文将从以下几个方面对岩土工程勘察中的钻探工艺进行探讨。

1 钻探设备及工艺

岩土勘探利用钻机控制钻具从地表向地下钻进,在地下形成圆柱形钻孔,并通过钻孔获取处于不同深度下的岩芯、土、水样品,送往实验室分析取得第一手基础资料的手段。岩土勘测综合性强、工艺复杂,不仅对地层、测定界限要准确划分,还要进行原位测试,原状土采集。因此,钻探技术的高低和钻探方法的选择对整个勘察的质量起决定性作用。

1.1 钻探设备

钻探设备是能够完成钻孔所必需的一切技术装备的总和,一般包括钻机、钻探用泵、空气压缩机、动力机和传动装置以及与之配套的钻塔、拧管装置等。按其装载方式,可分为整体式和组装式,前者依据可移动性而分为固定式、拖引式和自行式三种。依据岩土钻探设备用途可分为工程地质、水文水井、工程施工、岩芯和取样钻探设备等。

工程地质钻探设备常用于工业和民用建筑、桥梁、道路和码头等基础设施的工程地质勘察钻进。水文水井钻探设备专门用于水文地质勘察孔和水井的钻进。工程施工钻探设备用途繁多,特点各异。岩芯钻探设备和取样钻探设备能够在岩石、土层或混凝土结构中钻进取样勘察。

1.2 钻进方法

钻进方法是指在钻探或钻井工程中,向地下钻进时,破碎孔/井底岩石所采取的一切方法和技术总称。依据钻进工艺可分为:正循环回转钻进、反循环钻进、振动钻进、螺旋钻进、冲抓锥()钻进、潜水钻进、冲击钻进。按钻进时是否采取岩芯,又可分为取芯钻进与不取岩芯钻进。按回转钻进时破碎岩石所使用的磨料,又分为硬质合金钻进、钻粒钻进和金刚石钻进等。

2 不同地层的钻探工艺

2.1 粘性土(可塑偏软/硬粘性土)

针对软弱粘性土强度低、压缩性很大且渗透系数很小、触变性及流变性大等特点,可采取重锤冲击钻进和长/短螺旋钻进,如果钻探环境位于地下水位以下,可采取套管螺旋钻进或冲击回转钻进。重锤冲击钻进效率比较低,且对孔底附近一定范围内地层有扰动。

螺旋钻进通过电动机带动螺旋钻杆在钻压作用下使钻头回转吃入地层,将地层按螺旋线逐步切削,切刮下的土质碎屑沿螺旋叶片上返到孔口,该方法钻进效率高且不用清洗设备。长螺旋钻进直径应小于1m,深度不超过1520m之间。短螺旋钻进属于非连续型钻机,较之长螺旋钻效率稍低,其孔径多在23m内,钻进深度一般小于30m,最深不超过50m

冲击回转钻进对泥浆比例要求较高(1),避免水流将钻进土层冲散混入泥浆。必要时可在回次终了时,停止送水,增加干钻进尺距离已获得土层样品,或采用双动双管取心钻具。 对于硬塑状粘性土,一般的螺旋钻进在土的粘性较大时易发生埋钻或钻杆折断的现象,且对土层扰动较大,应尽量选用小肋骨钻头,冲击回转钻进方法。冲击回转钻进技术分)液动、气动和气液混合动力三种,具有效率高、钻具转速低、钻头寿命长和孔内事故少等特点。

液动冲击回转钻进以清水或泥浆形成高压作为动力,钻孔直径一般为56-130mm,最大不超过400mm,钻孔深可达800-1000m;气动冲击回转钻进以高压空气为动力,钻孔直径介于65-228mm之间,最大可达到762mm。施工中,应先慢速钻进,使钻头切入土层后改用中速转进,可加快钻进速度且钻具提升阻力小。

2.2 砂层

该地层的钻探工艺与砂粒粒径有很大关系,且受地下水影响较大。螺旋钻进适合砂土中粘粒含量较高且砂粒主要为粉细砂的地质环境,如果需深孔钻进,可在施工后期换用小直径螺旋钻。粉细砂杂粘性土情况下,应降低钻速,减小钻进压力,泵量调整至适中。回次终了前,应以泥浆清洗钻孔,将孔内悬浮的粉细砂带入泥浆池后方可停泵,减小沉砂卡钻事故发生的几率,停泵后干钻0.3-0.5m,确保岩心不脱落。

对于中粗砂、砾沙以及地下水位以下的沙土,一般采用品字形硬质合金钻头,低转速,灌浆泵吸反循环钻进,过程中需不断浮动钻具,慢提快放,形成空底反循环(其推荐参数可见表1)。因钻头外径略大于岩芯管,所以能很好地约束岩芯管,确保岩芯的原始结构。没回次终了前,以泥浆清洗钻孔,去除空中悬浮粗、砾沙,防止沉砂卡钻。最后停泵干钻0.2-0.3m,停止浮动钻具精细干烧,防止钻孔周壁坍塌造成废孔,并带出岩芯样品。

2.3 卵石层

该层钻探工艺受地层厚度、密实度、含水率和粘性土填充情况影响,不同地层情况应选用不同钻探工艺。地层厚度不大时,可采用泥浆护壁回转钻进,地层厚度大,粘性土含量低时可采用跟管钻进。跟管长度3-6m,钻速30-60r/min,尽量保证进尺的连续性和顺利性。

地层密实度较高时,可采用回转钻进,为防止孔壁坍塌,可采用投入粘土球的方法,对孔壁进行暂时保护。出现塌孔现象时,应加大泥浆浓度或钻进一定深度后,拔出钻具,放入跟管继续钻进,钻速以20-40r/min为宜,对于套管中可能留有卵石,导致丝扣脱滑现象,可采用反丝套管。砂层和卵石层钻进过程中,高质量的泥浆可有效防止孔壁的坍塌,对泥浆技术要求可见表2

3 总结

我国广袤的环境和变化多端的地质条件为岩土工程勘察提出了严峻的挑战。伴随着现代科技的发展,应对各类地质环境的钻探工艺相继被研发。由于地质环境的复杂性,很难采用某一方法或数据作为标准。应根据待勘测场地、任务要求综合对比各种钻探技术方案,灵活选用适宜的钻探技术方法。施工过程中应注意收集场地及附近区域地层资料,对方案适时修正,达到少走弯路、科学勘探的目的。

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