含大漂石的饱水砂卵石地层条件下地铁区间隧道施工方法研究


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含大漂石的饱水砂卵石地层条件下地铁区间隧道施工方法研究

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含大漂石的饱水砂卵石地层条件下地铁区间隧道施工方法研究

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2006-9-23

文章摘要：    摘要：TRANBBS施工方法对区间隧道结构型式的确定和地铁土建工程造价有决定性影响。施工方法的选择，受沿线工程地质和水文地质条件、周围环境条件、线路平面位置、隧道埋置深度等多种因素的制约，同时对施工期间的地面TRANBBS交通和TRANBBS城市居民的正常生活、施工工期、工程的难易程度等产生直接影响。    关键词：大漂石、饱水、砂卵石、地铁、区间隧道、施工方法    一、工程背景及地层条件    成都地铁一号线北起动物园，南......

闭结构，勤量测及时反馈信息。双线隧道宜采用中隔板加设临时仰拱即CRD工法。采用管棚、注浆等对地层进行预加固及在其初期支护背后进行回填注浆。
    成都市顺城街人防工程人行通道所处的地质条件及周边环境类似地铁暗挖区间隧道。因此，人行通道的建成，是地铁区间隧道采用矿山法施工的一次成功的尝试，为地铁工程提供了十分宝贵的经验，也提出了工程中须解决的技术问题。人行通道施工时曾考虑了小导管超前注浆加固和长管棚超前注浆加固两种方案。小导管施工简单、灵活，无须大的钻机设备，可加快施工进度，费用较低。但根据多组小导管成孔试验结果证明，在这种密实的砂卵石地层中，用一般铁路隧道常用的凿岩机钻孔，成孔困难，由于卵石卡钻导致无法钻进，也无法插入钢管，故最终采用了潜孔锤冲击旋转跟管钻进成孔工艺，边钻进边跟管，形成旋转钻进，冲击跟管，岩芯管携出砂石之循环作业系统，采用大管套小管的长管棚方案，取得了成功。但是在成都市地铁一期工程长达数公里的区间隧道中采用长管棚技术是不现实的，也是不经济的，只有采用小导管注浆方案。因此，如何从设备及工艺上解决小导管成孔技术是能否采用矿山法施工的关键及风险所在。另外，施工期间大范围较长时间的降水对周围建筑物及地下管线的影响也要有充分的估计，为此必须做好调查和勘探工作，以便采取相应的必要措施，确保安全。
    3、盾构法
      盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法。盾构法施工不仅施工进度快，而且无噪音，无振动公害，对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。由于管片采用高精度厂制预制构件，机械化拼装，因而质量易于控制。国内地铁工程建设经验表明，由于采用高精度管片及复合防水封垫，单层钢筋混凝土管片组成的隧道衬砌可取得良好的防水效果，不需要修筑内衬结构。盾构法可适用于埋深较大，不宜采用明挖法施工的地段。盾构技术的发展，尤其是泥水式、土压平衡式盾构的开发，使之在松散的含水砂层、砂夹卵石层、高水压地层等所有地层中进行开挖成为可能，所以当工程地质和水文地质条件以及周围环境情况等难以用矿山法和明挖法施工时，盾构法是较好的选择。上海地铁及广州地铁盾构施工的区间隧道工程质量优良、对城市环境影响小，所取得的成就令人瞩目。因此，地铁区间隧道采用盾构技术已成为发展的必然趋势。
      根据掌握的工程地质及水文地质资料，若采用盾构法施工，较为适用的盾构型式是泥水盾构或土压平衡盾构。泥水盾构对地层稳定性的控制较好，但工艺复杂且辅助设备多，尤其是需要泥水处理设备，占地面积大，费用较高。土压平衡盾构可节省泥水处理设备费用，造价比泥水盾构低，对周围环境无污染。通过大量的工程实践，土压平衡盾构已大大地显示出技术经济上的优越性，因而得到了快速的发展和推广，成为当前隧道施工的首选方案。它可根据不同的施工条件和地质要求，采用不同的开挖面稳定装置和排土方式，设计成不同类型的土压平衡盾构，使其能适应从松软粘性土至砂卵石土层范围内的各种土层，能较好地稳定开挖面地层，减小和防止地面变形，提高隧道施工质量。成都地铁采用盾构法施工，其特殊的地质条件不在于饱水的砂卵石土层，而是地层中含有少量粒径大于20cm的漂石。据成都市大量已建基础工程的初步统计资料，地层中大于20cm以上的卵石约占10%（体积比），且粒径一般不会超过60cm。因此，成都市地铁选择的盾构机除应能适应饱水的砂卵石地层外，还应能处理少量的漂石。据调研，目前世界上已有类似的工程实例及相应的盾构机设备，其中日本的成功实例最多。
      据目前国内外调查及咨询，认为成都地铁采用盾构法施工技术上是可行的。鉴于泥水盾构费用较高，施工占地面积大等问题，推荐采用加泥型土压平衡盾构。它是在普通型土压平衡盾构的基础上加入添加剂（膨润土或高效发泡剂），通过刀盘开挖搅拌作用，使注入的添加剂与开挖下的泥土混合，而将泥土转变为具有流动性好和不透水性的泥土，及时充满泥土舱和螺旋输送机体内全部空间，随着盾构的不断推进而顺利地由螺旋输送机排土口排出。对于少量粒径大的漂石，可在刀盘面增添破碎漂石的刀具，使大的漂石经破碎后再通过带式螺旋输送器输送到皮带运输机中。
      由于成都地区砂卵石地层较密实，卵石含量大，在地层中起骨架作用，施工降水引起地面沉降相对较小。如地质及周围环境条件允许降水，也可考虑采用带活动前檐的敞开式盾构（可局部加气压）。如雅典奥林匹克地铁处于冲积层（砂夹卵石）、泥岩、灰岩等地层，采用直径9.4m的敞开式盾构施工，平均月进度200m。由于敞开式盾构施工无需处理大的漂石，风险较小，且敞开式盾构机比刀盘式盾构机构造简单，因此为盾构机国产化提供了可能性。但与矿山法施工相同，对于洞外大范围施工降水造成地下管线及周边建筑物影响的问题，必须认真进行调查及分析研究。另外，敞开式盾构通过府河及南河地段施工也较为困难，需采取相应的工程措施。
    4、比选结果
    综上所述，尽管明挖法有造价低、施工简便等优点，但限于地面交通繁忙和建筑物密集的现状，只能在个别条件允许的区段采用；因此成都地铁一期工程除南北两端的高架段外，绝大多数地下线路的施工方法只能在矿山法和盾构法中进行选择。
    目前国际上盾构技术的发展，在成都地铁饱水的砂卵石，且含有少量漂石地层中盾构法施工是可行的，关键是选择何种经济适用型的盾构机械。采用盾构法施工，只要选用适合于成都地铁工程地质及水文地质条件的盾构机，并由有经验的施工队伍施工，每天平均进度有可能达到6m，因而具有安全、可靠、进度快、质量优良，对环境影响小等优点。矿山法施工若小导管成孔技术解决不了或要采取跟管等工艺，可能进度慢，甚至工程费用增加。根据国内外工程经验，盾构法施工对周围环境保护方面盾构法优于矿山法。因此从各方面比较，盾构法在技术方面是优于矿山法的。通过初步测算和其他城市地铁工程的招投标结果，盾构法的造价并不高于矿山法。而且，采用矿山法施工时，在每个区间均应设置竖井，为了满足工期的要求，对于较长区间，还需要设置两座竖井。在建筑物密集地段，要寻找竖井及施工场地较为困难，并且出土运料对城市交通也有一定影响。而盾构法施工时，如采取盾构机过站的办法，在中间站均不需要设置施工场地，对周围环境影响比较小。
    然而，由于盾构法施工的隧道断面较单一，因此在渡线段、两线之间联络通道（兼作排水泵房）以及天府广场南端长约230m的存车线还必须采用矿山法施工，其中存车线设计为单洞双线大跨暗挖断面。
    三、尚须进一步研究的问题
    随着我国工程建设法规、法制的完善、对大型工程建设项目综合效益的要求和环境保护意识的提高，在城市地下铁道的建设中，因埋深条件、周边环境条件等因素的限制，在建筑物密集的繁华市区和特殊地质地形区段普遍要求采用暗挖法施工。
    目前我国在暗挖法施工中，矿山法暗挖施工是应用较普遍的施工方法。但从我国北京、广州等地已建地下铁道的工程实践上看，因其施工工艺复杂、施工期间的安全性和工程进度及投资难于控制、不能从根本上解决隧道渗漏水问题、建成后在运营期间的安全隐患较多等因素，矿山法暗挖施工在地下铁道的建设中已受到越来越多的局限。而作为暗挖施工法之一的盾构施工法以其良好的防渗漏水性、施工安全快速、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的可选施工方法之一，在许多场合已成为首选方法。尤其是随着近年国内外盾构设备技术水平的提高、盾构设备在工程成本中所占比重的下降，盾构法施工的综合工程造价已接进甚至低于矿山法暗挖施工，特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下盾构法已具明显技术经济优越性。随着我国新一轮城市基础设施大规模建设高潮的到来，地下铁道的建设呈高速增长之势，从长远来看，盾构隧道技术在包括城市地下铁道在内的基础设施建设中应用前景十分广阔。
    为配合成都地铁一期工程的建设，有必要开展盾构法设计、施工技术的专项科研攻关，重点解决在高地下水位、砂卵石地层或砂层等复杂地质条件和环境条件下盾构法施工的各项关键技术问题，具有重要的现实意义。此项研究，除能对今后成都市地铁一期工程的大规模施工的顺利进行提供保障外，对全国地铁建设领域中盾构法设计、施工也具有重要的推广应用价值。对于提高我国地铁建设领域的总体修建技术水平有着十分重要的意义。初步拟定开展的研究课题及其主要内容如下。

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