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[摘 要]浅埋暗挖法适用于城市地区,在松散土介质围岩条件下,隧道埋深小于或等于隧道直径,以很小的地表沉降修筑隧道。它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。因此城市中的地道工程大部分都采用浅埋暗挖法施工。本文首先分析了浅埋暗挖法的施工原理、特征及技术要点,进而指出了浅埋暗挖法在隧道施工中的应用。
[关键词]浅埋暗挖法;隧道施工;技术要点;应用
中图分类号:U455.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)46-0142-01
1、浅埋暗挖法施工概述
1.1 浅埋暗挖法施工原理
浅埋暗挖法是1987年中国工程师在修建北京地铁复兴门折返线工程中在新奥法的基础上,结合中国国情,创建的一种暗挖法。其基本原理是通过对地层的适当加固和处理,合理调动围岩的自承能力,采用短进尺开挖,及时施作初期支护结构并封闭成环,使围岩和初期支护结 构形成联合支护体系以共同承担施工阶段荷载,在变形基本稳定以后施作二次模筑衬砌 ,完成隧道建设。初期支护承担全部基本设计荷载,二次衬砌作为安全 储备,由初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。这种先柔后刚的复合式新型支护结构体系较好地克服了隧道工程中的不可预知性。由于地层条件以及周围 环境的复杂多变,应用浅埋暗挖法施作隧道必须对地层、支护材料、周围建构筑物进行施工过程的监测,根据监测信息及时修正设计和施工方法,以确保施工的安全。
1.2 浅埋暗挖法施工的主要特点
浅埋暗挖法的特点:
(1)地下通道暗挖成型,初支和衬砌均在地下空间内完成,不必中断城市交通;
(2)机械化程度低,主要靠人工施工,对地下管线影响较小;
(3)浅埋暗挖法对断面结构形状适应性强,不但可以轻易地做成圆形、马蹄形、矩形、多跨联拱等形状,而且对不同结构断面转化、衔接都较容易;
(4)对于不同的地质条件结合施工期间所反馈的监测数据,可及时调整各种设计参数和施工工艺,对工程的适应性强;5)由于不必使用大型机械设备,无噪声,施工对环境的干扰相对较小。
二、浅埋暗挖法施工技术要点
2.1 开挖方法
浅埋暗挖法施工过程中,要针对工程特点、环境要求、围岩情况和施工单位的自身情况等,合理选择开挖方法和掘进方式,在一定情况下,要开展试验段加以验证。在施工过程中一般使用台阶法和满足特殊条件的各类型分部开挖方法。大断面的城市及山岭隧道一般选择中隔墙台阶法、单侧壁导坑法或双侧壁导坑法施工;通常山岭隧道选择正台阶法施工;城市地铁车站、地下停车场等多跨隧道多采用柱洞法、侧洞法或中洞法施工;城市及附近地区的一般隧道选择上台阶分部开挖法或短台阶法施工。在浅埋隧道断面较大的情况下应避免选择全断面开挖。进行施工时要最大程度降低对围岩的扰动;积极采用掘进机或人工开挖。如果选择爆破进行开挖,要选择短进尺、弱爆破,必要情况下要监控爆破振动,爆破进尺通常不宜超过一米。
2.2 支护方式
在进行浅埋暗挖法施工过程中,其支护时间要尽可能提前,支护的刚度也应适当加大,以便控制地中及地表的变形沉陷。除必须选用适当的开挖方法、支护方式及施工工艺外,还经常采用对前方围岩条件进行改良及超前支护等,以作为控制地层沉降变形的基本措施。浅埋暗挖法施工的隧道一般选择复合式衬砌。
进行支护设计过程有以下三种情况:
1)初期支护承受全部荷载,二次支护(内层衬砌)仅作为安全储备。
2)初期支护与二次支护共同承担荷载,初期支护仅作为施工期间的临时支护,二次支护作为主要承载结构。
3)设计时应将结构设计、施工方法及支护方式、辅助施工方法等进行综合研究,并经试验段进行验证。在施工过程中根据量测数据不断进行改善。、
2.3 辅助施工方法
浅埋暗挖法中的辅助施工方法是针对不良地层而提出的,根据实际的工程条件选择的辅助工法的正确与否对工程的成败和造价的高低有着重要的影响。辅助工法的选法、工程地质条件等情况要综合考虑,优先考虑较简单的方法或同时采用几种综合辅助施工方法来加固地层,以确保施工安全和工程的质量。
三、浅埋暗挖法在地铁隧道施工中的应用
考虑到地铁隧道都属于浅埋隧道的范畴内,结合浅埋暗挖施工的特点、优点,在地铁施工中得到了广泛的应用。浅埋暗挖法在地铁隧道施工中的应用主要用到了四个施工新技术,这些施工新技术相互支撑、互为补充,促进了整个地铁隧道施工的优质高效进行。主要分析如下:
3.1 地铁隧道施工浅埋暗挖法的真空降水技术
在地铁隧道施工的过程中,第一个步骤是隧道开挖。而通常在隧道开挖施工中遇到的现实问题是在地下水位较高的情况下,需要首先对隧道进行降水。在降水过程中既要保证降水的速度也要保证降水的质量,要保证降水之后隧道内不出现反水现象。在地铁隧道施工的浅埋暗挖法中,应用了真空降水这一新技术,其技术特点是:在地铁隧道抽水的过程中,将抽水管井和真空泵配合在一起使用,使管井前段产生一段真空,将水直接压入到管井内,提高了抽水的效率。浅埋暗挖法的真空降水技术主要是针对黏土层和粉土层以及砂土层而言,所以在应用的时候一定要结合土层环境,做到有针对性的选用,保证真空降水技术发挥出最佳效果。
3.2 地铁隧道施工浅埋暗挖法的辐射井降水技术
地铁隧道施工浅埋暗挖法的辐射井降水技术也是为了最大程度的降低隧道中的水位,为下一步施工服务的。辐射井降水技术与真空降水技术最大的不同在于辐射井降水技术是在隧道中插入一个直径较大的井,然后在井壁上植入若干引水排水管道,使抽水管道的水流进大井中,然后再由大功率的抽水泵将大井中的水集中抽出,这种方法称之为辐射井降水技术。这种技术的优点在于可以使用小管道将小水量汇集在一起,节省了水泵的安装数量,提高了水泵的利用率,实现了小水量抽排的目标。因此,在地铁隧道施工中,浅埋暗挖法的辐射井降水技术的应用范围更广,应用成本更低,效果明显,便于推广和普及。
3.3 地铁隧道施工浅埋暗挖法的支护技术
由于地铁隧道施工都在淺层地表以下,所以对隧道围岩的强度和稳定性要求极高,因此需要在施工的过程中选择可靠的管棚支护技术,提高管棚支护强度。在地铁隧道施工浅埋暗挖法中,为了提高隧道支护强度,通常采用超长管棚支护技术。超长管棚支护技术主要是在地铁隧道施工过程中,合理选择管棚的数量和间距,做到二者相匹配,以获得最大的支护强度。从目前的地铁隧道施工来看,超长管棚支护技术取得了一定的积极效果,不但有效提高了管棚的支护强度,同时提高了地铁隧道施工的安全性。因此,超长管棚支护技术作为浅埋暗挖法的重要技术,在实际的地铁隧道施工中得到了广泛的应用。
3.4 地铁隧道施工浅埋暗挖法的远程监测技术
在实际的地铁隧道施工中,由于地铁隧道并不是单一方向的,而是一个环形或多种方向的隧道网络,因此在施工及将来的运行过程中,都要采用远程监测技术对隧道的强度和沉降量进行有效测量,如果发现异常,必须马上采取措施进行修正。同样,在浅埋暗挖法应用的过程中,也需要对隧道进行有效监控测量,通过测量隧道的强度和沉降量偏差,来为后续隧道施工提供可靠的参数,起到很好的技术指导作用。因此,从应用角度出发,地铁隧道施工浅埋暗挖法的远程监测技术具有重要的应用价值,对浅埋暗挖法的推广有着重要的促进作用。
四、结语
综上所述,由于浅埋暗挖技术具有众多优点,所以被广泛应用于地铁施工中。就目前而言,国内暗挖车站在规模以及复杂程度上居世界前列,然而浅埋暗挖技术还存在尚需完善之处。但是随着科技发展,新材料的出现及使用,浅埋暗挖技术在将来将会得到更为广泛的应用。
[关键词]浅埋暗挖法;隧道施工;技术要点;应用
中图分类号:U455.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)46-0142-01
1、浅埋暗挖法施工概述
1.1 浅埋暗挖法施工原理
浅埋暗挖法是1987年中国工程师在修建北京地铁复兴门折返线工程中在新奥法的基础上,结合中国国情,创建的一种暗挖法。其基本原理是通过对地层的适当加固和处理,合理调动围岩的自承能力,采用短进尺开挖,及时施作初期支护结构并封闭成环,使围岩和初期支护结 构形成联合支护体系以共同承担施工阶段荷载,在变形基本稳定以后施作二次模筑衬砌 ,完成隧道建设。初期支护承担全部基本设计荷载,二次衬砌作为安全 储备,由初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。这种先柔后刚的复合式新型支护结构体系较好地克服了隧道工程中的不可预知性。由于地层条件以及周围 环境的复杂多变,应用浅埋暗挖法施作隧道必须对地层、支护材料、周围建构筑物进行施工过程的监测,根据监测信息及时修正设计和施工方法,以确保施工的安全。
1.2 浅埋暗挖法施工的主要特点
浅埋暗挖法的特点:
(1)地下通道暗挖成型,初支和衬砌均在地下空间内完成,不必中断城市交通;
(2)机械化程度低,主要靠人工施工,对地下管线影响较小;
(3)浅埋暗挖法对断面结构形状适应性强,不但可以轻易地做成圆形、马蹄形、矩形、多跨联拱等形状,而且对不同结构断面转化、衔接都较容易;
(4)对于不同的地质条件结合施工期间所反馈的监测数据,可及时调整各种设计参数和施工工艺,对工程的适应性强;5)由于不必使用大型机械设备,无噪声,施工对环境的干扰相对较小。
二、浅埋暗挖法施工技术要点
2.1 开挖方法
浅埋暗挖法施工过程中,要针对工程特点、环境要求、围岩情况和施工单位的自身情况等,合理选择开挖方法和掘进方式,在一定情况下,要开展试验段加以验证。在施工过程中一般使用台阶法和满足特殊条件的各类型分部开挖方法。大断面的城市及山岭隧道一般选择中隔墙台阶法、单侧壁导坑法或双侧壁导坑法施工;通常山岭隧道选择正台阶法施工;城市地铁车站、地下停车场等多跨隧道多采用柱洞法、侧洞法或中洞法施工;城市及附近地区的一般隧道选择上台阶分部开挖法或短台阶法施工。在浅埋隧道断面较大的情况下应避免选择全断面开挖。进行施工时要最大程度降低对围岩的扰动;积极采用掘进机或人工开挖。如果选择爆破进行开挖,要选择短进尺、弱爆破,必要情况下要监控爆破振动,爆破进尺通常不宜超过一米。
2.2 支护方式
在进行浅埋暗挖法施工过程中,其支护时间要尽可能提前,支护的刚度也应适当加大,以便控制地中及地表的变形沉陷。除必须选用适当的开挖方法、支护方式及施工工艺外,还经常采用对前方围岩条件进行改良及超前支护等,以作为控制地层沉降变形的基本措施。浅埋暗挖法施工的隧道一般选择复合式衬砌。
进行支护设计过程有以下三种情况:
1)初期支护承受全部荷载,二次支护(内层衬砌)仅作为安全储备。
2)初期支护与二次支护共同承担荷载,初期支护仅作为施工期间的临时支护,二次支护作为主要承载结构。
3)设计时应将结构设计、施工方法及支护方式、辅助施工方法等进行综合研究,并经试验段进行验证。在施工过程中根据量测数据不断进行改善。、
2.3 辅助施工方法
浅埋暗挖法中的辅助施工方法是针对不良地层而提出的,根据实际的工程条件选择的辅助工法的正确与否对工程的成败和造价的高低有着重要的影响。辅助工法的选法、工程地质条件等情况要综合考虑,优先考虑较简单的方法或同时采用几种综合辅助施工方法来加固地层,以确保施工安全和工程的质量。
三、浅埋暗挖法在地铁隧道施工中的应用
考虑到地铁隧道都属于浅埋隧道的范畴内,结合浅埋暗挖施工的特点、优点,在地铁施工中得到了广泛的应用。浅埋暗挖法在地铁隧道施工中的应用主要用到了四个施工新技术,这些施工新技术相互支撑、互为补充,促进了整个地铁隧道施工的优质高效进行。主要分析如下:
3.1 地铁隧道施工浅埋暗挖法的真空降水技术
在地铁隧道施工的过程中,第一个步骤是隧道开挖。而通常在隧道开挖施工中遇到的现实问题是在地下水位较高的情况下,需要首先对隧道进行降水。在降水过程中既要保证降水的速度也要保证降水的质量,要保证降水之后隧道内不出现反水现象。在地铁隧道施工的浅埋暗挖法中,应用了真空降水这一新技术,其技术特点是:在地铁隧道抽水的过程中,将抽水管井和真空泵配合在一起使用,使管井前段产生一段真空,将水直接压入到管井内,提高了抽水的效率。浅埋暗挖法的真空降水技术主要是针对黏土层和粉土层以及砂土层而言,所以在应用的时候一定要结合土层环境,做到有针对性的选用,保证真空降水技术发挥出最佳效果。
3.2 地铁隧道施工浅埋暗挖法的辐射井降水技术
地铁隧道施工浅埋暗挖法的辐射井降水技术也是为了最大程度的降低隧道中的水位,为下一步施工服务的。辐射井降水技术与真空降水技术最大的不同在于辐射井降水技术是在隧道中插入一个直径较大的井,然后在井壁上植入若干引水排水管道,使抽水管道的水流进大井中,然后再由大功率的抽水泵将大井中的水集中抽出,这种方法称之为辐射井降水技术。这种技术的优点在于可以使用小管道将小水量汇集在一起,节省了水泵的安装数量,提高了水泵的利用率,实现了小水量抽排的目标。因此,在地铁隧道施工中,浅埋暗挖法的辐射井降水技术的应用范围更广,应用成本更低,效果明显,便于推广和普及。
3.3 地铁隧道施工浅埋暗挖法的支护技术
由于地铁隧道施工都在淺层地表以下,所以对隧道围岩的强度和稳定性要求极高,因此需要在施工的过程中选择可靠的管棚支护技术,提高管棚支护强度。在地铁隧道施工浅埋暗挖法中,为了提高隧道支护强度,通常采用超长管棚支护技术。超长管棚支护技术主要是在地铁隧道施工过程中,合理选择管棚的数量和间距,做到二者相匹配,以获得最大的支护强度。从目前的地铁隧道施工来看,超长管棚支护技术取得了一定的积极效果,不但有效提高了管棚的支护强度,同时提高了地铁隧道施工的安全性。因此,超长管棚支护技术作为浅埋暗挖法的重要技术,在实际的地铁隧道施工中得到了广泛的应用。
3.4 地铁隧道施工浅埋暗挖法的远程监测技术
在实际的地铁隧道施工中,由于地铁隧道并不是单一方向的,而是一个环形或多种方向的隧道网络,因此在施工及将来的运行过程中,都要采用远程监测技术对隧道的强度和沉降量进行有效测量,如果发现异常,必须马上采取措施进行修正。同样,在浅埋暗挖法应用的过程中,也需要对隧道进行有效监控测量,通过测量隧道的强度和沉降量偏差,来为后续隧道施工提供可靠的参数,起到很好的技术指导作用。因此,从应用角度出发,地铁隧道施工浅埋暗挖法的远程监测技术具有重要的应用价值,对浅埋暗挖法的推广有着重要的促进作用。
四、结语
综上所述,由于浅埋暗挖技术具有众多优点,所以被广泛应用于地铁施工中。就目前而言,国内暗挖车站在规模以及复杂程度上居世界前列,然而浅埋暗挖技术还存在尚需完善之处。但是随着科技发展,新材料的出现及使用,浅埋暗挖技术在将来将会得到更为广泛的应用。