盾构隧道扩挖地铁车站新技术

作者：赵峻 吴惠明 李刚    来源：《上海建设科技》

欢迎访问e展厅 展厅 5 钻机/掘进机/凿岩机展厅 钻机, 潜孔钻机, 水平定向钻, 顶管机, 旋挖钻机, ... 在构、建筑物密集的城市各部位，为谋求对地下空间的有效利用，通过占用尽可能小的地面场地，以不影响地面交通或构、建筑物的暗挖工法来完成大空间的地铁车站或地下结构。一般情况下，车站或较大的地下空间构筑物均采用明挖法施工，会在一定程度上造成地面的交通障碍和地下管线的搬迁。由此，使盾构隧道扩挖地铁车站的技术得以迅速发展。 其实，盾构隧道扩挖技术已在国内得到过运用，普通区间隧道的联络通道其实就是盾构隧道扩挖技术的简单运用。对盾构隧道扩挖地铁车站，则是在原有基础上进一步开发隧道内扩挖的能力，通过更为可靠的地基加固、开挖支护和结构施工，来解决隧道内扩挖大空间的可能。 本文就盾构隧道扩挖地铁车站的技术介绍如下： 1 工法概要 盾构隧道扩挖地铁车站技术是通过在已经完成的两条相邻盾构隧道内，分别相向暗埋挖掘，以形成贯通空间，并使暗挖空间达到预先设计的尺寸，从而实现隧道内扩挖建造车站或地下空间的目的。 其基本原理是：先是完成一个小型的盾构施工工作井，其工作井的位置就是今后需要扩建车站的位置；再完成两条相邻隧道；在工作井内进行隧道扩挖施工的准备，如通过工作井进行隧道周边的土体改良、扩挖空间的管棚支护、隧道内的临时支撑以及其它诸多的工作；之后，再由隧道内相向暗挖施工并及时支护；最后，进行结构构筑，见图1。 2 工法特征 2.1 工程可行性得到提高 由于城市地下空间需求的提高，有些工程可能是对既有地下构筑物的改建或扩建，但利用常规工艺和技术却因受到周边环境、地面建筑物、地下管线等的限制而无法实施。但若利用隧道内扩挖技术，既可提高工程的可行性，又可有效地避开地面建筑和地下管线等障碍物，以充分实现设计意图或城市规划的要求。 2.2 减小地面作业的范围，降低对交通的影响 采用隧道内扩挖技术，可使车站、地下构筑物的施工场地大为减小，只需占用局部场地进行工作井或地面加固的施工。工作井主要用于运输材料、施工围护结构等，地面加固主要考虑提高隧道扩挖段的土体强度，以降低施工风险。 2.3 减少工作量 采用隧道内扩挖，原明挖法工艺所需的结构上部和下部多余空间的工作量可省除，并可根据实际需要的空间进行合理设计、施工，在一定程度上减少了地下空间用量和施工的工作量。此外，明挖法需施工相应的围护结构，而隧道内扩挖法则因减少了地下空间的用量而相应减少了围护结构的工作量。 2.4 工艺环保 目前，地铁隧道大多建在城市中，若使用明挖法工艺，会对城市环境造成一定影响，而使用隧道内扩挖法，可有效地降低对环境的污染，其有较高的环保性。 3 关键技术 3.1 相邻隧道施工及钢管片的使用 两条相邻隧道是扩挖施工的载体，因此无论是对隧道，还是对内扩挖地铁车站均有相关的要求。一是要求盾构隧道施工的质量必须保证隧道的线型、结构、防水等符合标准；二是为保证隧道的后期稳定性，必须通过施工技术来控制隧道的位移沉降；三是由于需扩挖地铁车站，因此需要有选择地大面积使用钢管片，以保证后期开挖的顺利实施。 3.2 扩挖面的支护、地基加固和隔水措施 针对由于富含水软土地层特有的性质，因而在实施暗挖施工前，必须考虑隔水措施和土体的加固，从而降低施工风险。在暗挖区域需预先通过隔水措施来减少开挖区域土体的含水量，并进行有效的土体加固，以提高土体强度。同时，对暗挖处上部的土体需进行有效的支护，可考虑打设管棚、锚杆或采用冻结加固土体等措施，以确保在暗挖时，其上部区域的土体具有一定的自立性，以顺利实施扩挖。通过对土体的支护，也降低了施工时周边土体的沉降变形，减少了对周围环境的影响，见图 2。 3.3隧道内的支撑 由于施工是在建成的隧道内开挖土体，这将改变隧道的受力情况，导致隧道局部卸载，因此隧道的应力将重新分布，并会发生一定的结构变形。对这样的结构变形，应加以防治和控制，可采取预先实施隧道内结构支撑的措施，其原理类似区间隧道间的联络通道施工，但在施工前需预先安装预应力支架，以保证隧道的稳定性，见图 3。 3.4扩挖施工时的结构上浮 扩挖过程中，随着内部土方的开挖，整体结构会产生上浮，不仅影响到结构，而且对施工造成安全隐患。因此，在施工时应做好相应的抗浮措施：一是对开挖区域下部的土体预先进行加固，提高土体的强度，二是考虑降水施工，降低开挖区域处的水位标高，避免地下水造成的影响；三是对整体结构可考虑设计一定数量的抗拔桩，以提高结构的抗浮能力。 3.5 开挖支护和结构构筑 大面积的扩挖施工风险极大，因此开挖时应分层分段均匀对称进行，通过“分层、分步、对称、平衡、限时”5个要点来控制扩挖施工风险，遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖”的施工原则，并严格控制单次浇注厚度或高度，以防模板、支撑出现走模、跑模现象并做好结构的防水措施，见图 4。 3.6监测技术 对施工全过程应制定有针对性的监测措施，特别是对地面沉降变形和构、建筑物的沉降变形，以及隧道的位移变形和收敛、地下水位、开挖面变形等必须进行及时准确的监测，并通过监测数据信息化指导施工。 4 工程实例 4.4 工程概况 东京高速中央环线新宿线SJ34为盾构隧道扩建工区。新宿线北起目黑区青叶台四丁目，南至板桥区熊野町，全长11km,，共有6处采用盾构隧道扩建施工方法。东京高速中央环线新宿线需要长约100m 的连接路段，原隧道断面是直径11.36m的圆，连接路段需要横向打通两条隧道。由于连接路段所处位置上部存在275kv的电力管线，还有大量的管道等重要构筑物，因此在地面上明挖法施工的可能性很小。SJ34盾构隧道扩建车站工区采用暗挖法施工（另有 4处采用明挖法施工），见图 5。 东京高速中央环线新宿线隧道埋深约10m,上部覆土为粘土质粘土层、Toc东京层粘性土、Tos东京层粘性土、Tog东京砾层砂砾、Eds 江户川砂质土层、Edg 江户川砾层，见图6。 4.2 施工工艺流程 SJ34工程的实际施工流程主要分以下 8个部分： (1)竖井。在地面条件许可的位置，施工1座工作井，其主要尺寸为长20m*宽 30m*高 15m。工作井主要作为盾构隧道、管棚支护及运输基地的施工之用。 (2)管棚。利用Ф812.8mm泥水平衡顶管机，在两隧道顶部施工一排管棚，共计32根。管棚作为今后扩挖施工区域的支护。 (3)地基改良。在两隧道外侧各施工 1 排高压旋喷桩作为隔水帷幕，以隔离扩挖区周围的地下水，同时在两隔离墙间布置一定数量的降水井（开挖时视情况应用）。 (4)隧道。在工作井内利用盾构掘进机施工两条Ф11.5m的大直径隧道。 (5) 隧道内支撑。在开挖施工前，为防止隧道结构的变形，预先在隧道内实施多道钢支撑，以确保隧道安全。 (6)先行通梁。在完成了扩挖施工的辅助准备工作后，开始着手进行隧道内的扩挖施工。首先施工隧道间的先行通梁，先行通梁的作用是：连接两条隧道，增加隧道间的刚度；初步分割开挖面，降低开挖风险；提高下部土体的强度，起到一定的抗浮作用。先行通梁采用小顶管工法施工，通过顶管机在一侧隧道内将直径约 350mm的钢管顶入另一侧的隧道，从而连接两条隧道，见图 7。 (7)开挖支护。在隧道结构加固后，实施两隧道间的土体开挖施工，边开挖边支撑，最终达到扩挖空间要求，并形成一个整体的支撑结构。 (8) 结构。在确保安全的前提下，分段依次浇筑底板、立柱及顶板结构。该阶段的重点是处理好现浇结构与原有隧道的连接问题。 5 结语 盾构隧道扩挖地铁车站新技术，在日本已得到了较好的运用，特别是在日本的粘性土层和沙砾土层中已成功完成了隧道内相向扩挖构筑大空间的工程实例，并取得了较好的经济、社会效益。随着技术的不断完善和进步，以及城市建设对地下空间利用的日益迫切，今后在我国也将会运用此项盾构隧道扩挖空间的新技术。 参考文献： [1]名倉浩?" 種類の大斷面?幷設シ一ルドの切 げ施工2430 株式會社，间組土木事業本部技術第一部.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/11/2007)