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成都地铁一期工程区间隧道施工方法的选择

收录时间:2008-08-24 17:12 来源:建筑中文网  作者:邹永尧  阅读:0次 评论:0我要评论

内容提示:成都地铁一期工程沿线建筑物密集、交通繁忙、地下管线纵横,其区间隧道基本通过饱水的砂卵石、且含有少量大粒径漂石的地层中,其施工方法的选择对于加快工程进度、提高工程质量、降低造价至关重要、作者在对国内外盾构施工进行调研基础上,推荐采用加泥式土压早衡盾构机进行区间隧道施工。

延伸阅读:区间隧道 地铁 盾构机

    【摘要】成都地铁一期工程沿线建筑物密集、交通繁忙、地下管线纵横,其区间隧道基本通过饱水的砂卵石、且含有少量大粒径漂石的地层中,其施工方法的选择对于加快工程进度、提高工程质量、降低造价至关重要、作者在对国内外盾构施工进行调研基础上,推荐采用加泥式土压早衡盾构机进行区间隧道施工。(参考《建筑中文网

    【关键词】地铁 区间隧道 盾构机

    成都市地铁一期工程为规划地铁一号线的红花堰至世纪广场段,正线全长15.15km,其中地下线长11.92km,高架及过渡段长3.23km。计有车站13座,车辆段及综合基地1处,控制中心1座,主变电所1座。
    1 环境条件
    成都市地铁一期工程位于成都市中心南北主轴线和主要客运交通走廊内,沿线建筑物密集,商贸繁荣,交通十分紧张。线路途经火车北站、骡马市、市体育中心、天府广场、省体育馆、火车南站、行政广场、世纪广场等交通枢纽和主要客流集散点以及待开发的城南市级副中心和高新技术产业开发区。
    2 地质情况
    成都市地铁一期工程沿线第四系地层广布,基岩埋藏较深,由北向南第四系地层厚度逐渐变薄.其厚度36.5-15m,自上而下有下列各层:
    2.1 人工填筑层(Q4ml)
    2.2 第四系全新统冲积层(Q4al)
    上部为可塑粘土或粉质粘土、粉土,厚0.6~4.1m,北薄南厚。下部为卵石土,湿~饱和,稍密-
    密实,厚2~10m。卵石成份为岩浆岩质、变质岩质,呈圆形、亚圆形,多为微风化,少为中等风化。卵石粒径一般为4-9cm,部分大于12cm,含少量粒径大于20cm的漂石。
    2.3 第四系上更新统冰水沉积、冲积层(Q3fgl a1)
    当其上无全新统(Q4al)覆盖时,一般具二元结构:上部为可塑粘土、粉质粘土,厚0.8~6.4m;下部为卵石土,饱和,—般中密—密实,少为稍密,厚7.0~15.om,北段沙河附近厚度大于25m,卵
    石呈圆形、亚圆形,岩浆岩质、变质岩质,多为微风化,少为中等风化,卵石粒径一般为5~8cm,部分大于15cm,由于冰水的携带作用,沉积了较多的大粒径砾石,据试验段地质详勘报告和全线地质咨询报告,现已发现最大粒径达到670nllrl,试验段卵石粒径分析表示:漂石(>200mill):O~22.3%,卵石(20~200mm):45.6%-74.6%,砾石(2—20mm):3.1%-20.1%,砂粒(<2mm):5.3%-38.1%。卵石单轴抗压强度65.5-184MPa,平均102.2MPa,极值为206MPa。在该层中还存在钙质胶结、半胶结的砾石层,硬度大,相当于C10-C20。
    2.4 第四系中更新统冰水沉积、冲积层(Q2fgl al)
    主要为卵石土,饱和,中密-密实。一般厚3~9m,最薄1.4m,局部大于15m,9陌成份为岩浆岩质、变质岩质,多为中等风化,具弱钙质胶结,粒径3-8cm,部分大于15cm,含少量大于20cm的漂石。
    2.5 白垩系上统灌口组(K2g)
    泥岩,紫红色,泥质结构,中厚~厚层状构造,节理裂隙较发育,岩面埋深14-37m。
    地下水主要赋存在卵石土中,水量极其丰富,渗透系数K=12.53-27.4m/d,枯水期地下水位埋深3—5m,丰水期2-4m。
    3 区间隧道施工方法的选择
    施工方法对结构型式的确定和工程造价有决定性影响。施工方法的选定,一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件等多种因素的制约,同时也会对工程的难易程度、工期、造价、运营效果等产生直接的影响。
    成都市地铁一期工程通过交通繁忙、客流集中、房屋密集、地下管线纵横地带,为减少地铁施工对城市交通和市民正常生活的干扰,宜采用暗挖法施工。
    3.1 矿山法
    地铁区间隧道采用矿山法施工,是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法,也称浅埋暗挖法,目前在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法施工工艺简单、灵活,并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺,以达到安全、经济的目的。
    根据线路纵剖面设计,该段区间隧道全部位于饱水的砂卵石地层中,隧道施工前必须在沿线超前进行施工降水,并且由于砂卵石土层松散,无胶结,本身无自稳能力,因此开挖前必须在拱部采用管棚进行超前支护,控制围岩的变形,防止隧道上方围岩坍塌。并通过管棚对地层进行注浆加固,使拱部砂卵石层得到胶结,形成注浆加固圈,以提高砂卵石层的自稳能力。施工时原则上应少扰动围岩,宜采用管超前、短台阶、短进尺,环形开挖留核心土,及时施作初期支护,并修建仰拱尽快形成封闭结构,勤量测及时反馈信息。并及时对初期支护背后进行回填注浆。
    1992年施工的成都市顺城街人防工程盐市口地段,采用暗挖人行通道连接,其通道全长55.093m,开挖宽度5.8m,净高5.6m,隧道基底埋置深度为15m,顶部覆盖层厚度7.55m。其工程位于饱水、松散、无胶结的砂卵石地层中,施工中采用了松散围岩浅埋暗挖法,包括大面积井点降水、大管棚注浆超前加固、密排小管棚超前预支护及格栅支撑和模喷混凝土等技术,取得了成功。
    成都市顺城街人防工程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的试验结果证明,在这种密实的的砂卵石地层中,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。
    成都市地铁一期工程区间隧道大部分地段通过中密~密实的Q3砂卵石地层,其卵石含量高,且大粒径卵石含量较多,经施工降水后,其地层较紧密,采用常规技术施作超前支护相当困难。因此,如何从设备及工艺上解决超前支护技术,并提高工效,降低造价是成都地铁一期工程能否采用矿山法作为区间隧道主要施工方法的关键及风险所在。根据国内其他城市地铁工程的经验,由于矿山法施工条件所限,往往工程质量控制较难,工程竣工后,衬砌开裂及渗漏水比较普遍。成都地铁区间隧道位于饱水的砂卵石地层,渗透系数大,地下水补给充足,因此,如何保证防水混凝土及防水板施工质量,避免地下水的渗漏,对于确保地铁运营安全和保护周围环境至关重要。
    线路出红花堰站后将下穿3栋7层楼住宅房屋(条形基础),铁路站场股道,随着线路向南延伸,还将穿过房屋群、两处河道段及火车南站站场股道。如前所述,采用矿山法施工必须在整个施工过程中实施降水,降水影响范围达到500m左右,由于在粘性土之下或卵石土层中存在饱和状的稍密-松散状态的砂、粉细砂土,因此沲工降水引起上覆土层的固结沉降对两侧浅基础房屋及地下管线将会带来一定的影响。由于成都地铁砂卵石土为松散、无胶结、无自稳能力的地层,因此暗挖沲工通过建筑物下方时,除要保证基础与隧道顶部之间有一定距离外,最主要的是要采取有效措施减少围岩变形,将其沉降量控制在不影响地面建筑物的安全和正常使用范围内。线路通过府河、南河段,由于受邻近车站埋深或既有建筑物的控制,隧道仍然在砂卵石中通过,因此在两处河道段采用矿山法施工在技术经济上是不现实的。
    综上所述,根据全线的工程地质和水文地质情况、周围环境条件,目前推荐矿山法作为成都地铁区间隧道主要施工方法条件不成熟,但在区间隧道联络通道或渡线地段可采用矿山法施工。
    3.2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。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。继以上两城市采用盾构技术之后,南京、北京、深圳地铁区间隧道,均采用了盾构法施工,目前工程正在实施之中。

原文网址:http://www.fourtwentydesign.com/research/200808/13618.htm

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