地铁施工技术

1.引言

地铁作为一种大规模交通运输工具,能够在交通高峰期每小时输送数以万计的乘客,同时地铁一般修建于地下,可以节约土地,对地面交通不产生影响,减少地面噪音,地铁使用电能驱动,运行快捷平稳,既不污染环境也节约资源,是解决交通问题的一个不错的选择.

“十二五”期间我国将建成、投运城市轨道交通2500公里左右.目前,已有31个城市轨道交通规划获得批准,预计到2020年,我国将约有40个城市发展轨道交通.按照地铁施工与工程投资额占比估算,地铁施工承包市场规模至少2500亿元,是一个非常巨大的投资空间.

2.地铁施工的技术分类

目前国内外修建地铁的施工方法有主要盾构法和明挖法两种,不过近些年在我国出现的浅埋暗挖法也有逐渐扩展的趋势.在地铁建设中,施工方法的选择对结构形式的确定和工程造价有决定性的影响,必须慎重考虑两方面因素加以确定,一方面是外部环境条件,包括水文地质条件、地面环境条件和地下构筑物和管线情况等,另一方面包括断面结构形状、线路线性、工程费用、工期等.

一般来说,埋深较浅时,明挖法有利；埋深较大的时候,盾构法有利；当埋深较浅,断面变化比较复杂,对地表的沉降控制要求比较高时,浅埋暗挖法更加有利.

2.1明挖法

明挖法是从地表面向下开挖,在预定位置修筑结构物方法的总称.明挖法的结构形式一般是纵向连接的箱形结构,中间构件多采用柱结构或者壁结构,断面形状多视隧道的使用要求而定.

明挖法施工场地一般在地下水面以下,所以施工时需要先降低地下水位,这个工作一直要持续到地下结构完工进行回填土时为之.降低地下水位的方法有两种,一种是集水坑排水降水法,即沿基础坑底范围外开挖排水沟,沿排水沟每隔一段距离挖一个集水坑,地下水通过集水坑、排水沟排到外部区域；另一种方法是井点降水法,根据不同的排水原理可以分为轻型井点、深井点、喷射井点、真空井点、电渗法.明挖法最关键环节的是边坡的支护形式,根据支护形式的不同可以分为敞口放坡、型钢支护、灌注桩支护、土钉支护和混凝土和钢结构内支护等,不同的支护形式的花费不同,工期也有很大差异.完成降水工作和边坡支护后就开始进行土方开挖,对建筑结构进行安装,做适当的防水工程,最后是土方回填,恢复上部原貌.

2.2盾构法

盾构法是使用盾构机械,在围岩中推进,一边防止土砂的崩塌,一边在内部进行开挖、衬砌作业修建隧道的方法.

盾构法在国内外施工中应用广泛,其优点主要包括：

1.施工费用受埋深影响小,盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,机械化和自动化程度高,易于管理,劳动强度低；

2.除竖井施工外,施工作业均在地下进行,不影响地面交通,具有良好的隐蔽性,噪声、振动引起的公害小；

3.隧道穿越河底、海底、建筑物地下群时,可以不影响航道通行和地面建筑的正常使用；

同时,盾构法的不足之处在于：

1.不能完全防止盾构区域内的地表变形,特别是在饱和含水松软的土层中,要采取严密的技术措施才能把下沉控制在很小的限度内；

2.通常每台盾构的经济掘进长度为500到1800m,工程对象规模较小时,工程造价相对较高；

3.盾构一次掘进总长度L>2000m时,盾构各部位将会产生严重的机械磨损；

4.盾构施工中采用全气压方式以疏干和稳定地层时,对劳动保护要求较高,施工条件差,目前多用局部气压代替；

进行盾构施工时,先在施工段的起始端和终止端各建一个工作井,作为盾构的安装和拆卸工作.将盾构部件吊装进起始工作井,盾构在工作井中安装就位,依靠盾构千斤顶推力将盾构从起始工作井的墙壁处推出,此时千斤顶的反力通过临时组装的管片或者钢制后背传给后面的竖井壁或围岩,盾构在地层中沿着设计轴线推进,在推进的同时不断出土或出泥,同时安装衬砌管片,及时向衬砌背后的空隙注浆,防止地层移动和固定衬砌环位置.当盾构沿所定的线路推进到工作井的到达面时,要降低推进速度采用微速前进,结合盾构的推力对到达面的影响,以及从盾构机和到达壁面的空隙中流失土、砂和涌水的可能性,要制定合适的到达方法,最后盾构进入接收工作井并被拆除卸装.需要注意的是,在盾构的过程中,当盾构需要调转方向或者遇到曲率较大的线路,需要设置中间竖井和方向变换井,同时要注意盾构行进过程中反力作用于衬砌上,要根据衬砌构件的强度,尽力发挥千斤顶的推力作用,当采用的推力可能损害衬砌等后方结构物时,应对衬砌进行加固,或者采取一定的措施.

2.3浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法.浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理,初次支护按承担全部基本荷载设计,二次模筑衬砌作为安全储备；初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载.浅埋暗挖法强调预支护、及时支护,控制地面沉降,保证施工和周边建（构）筑物的安全.浅埋暗挖法主要靠人工施工,机动灵活,对工程的适应性强,可作成各种结构型式,但其施工速度较慢,在地质情况较差的情况下要采取辅助施工措施.

浅埋暗挖法主要适用于土质软弱或者无胶结的砂、卵石等第四纪地层中.对于高水位的类似地层,采取堵水或降水、排水等措施后仍能适用.尤其对都市城区在地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管道密布且对地表沉陷要求严格的情况下,修建地下铁道、地下过街道等更为适用.

3.结论

地铁建设是新城市交通建设的重中之重,其投资之大建设规模之大都要求我们在选用施工工法的时候认真考虑所有因素,兼顾经济和速度的要求,选择最合适的方法,以上三种方法在不同的条件下都有其独特的优点和一些固有的缺点,我们应注意合理地利用优点和规避缺点.