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        淺埋暗挖技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用

        2009-05-25 03:32:52陶冰杰
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2009年6期
        關(guān)鍵詞:管井管棚降水

        陶冰杰

        摘 要:本文介紹了淺埋暗挖法原理,通過實(shí)際工程,對(duì)地鐵的暗挖施工技術(shù)進(jìn)行分析,并提出建設(shè)性意見。

        關(guān)鍵詞:地鐵暗挖;新奧法;圍巖

        1 前言

        地鐵建設(shè)隨同地質(zhì)情況卻各不相同。國內(nèi)淺埋暗挖工法特殊地層單洞雙線隧道中已得到成功運(yùn)用,通過分析超前加固、開挖時(shí)空順序、臺(tái)階長度等工藝在保證施工安全、質(zhì)量和控制地層沉降中發(fā)揮的作用,確定同類地層中的工藝參數(shù),完善淺埋暗挖的理論體系,更好地應(yīng)用工程實(shí)踐。本文結(jié)合實(shí)際工程實(shí)施的具體情況,對(duì)其施工方案,關(guān)鍵技術(shù)的解決進(jìn)行闡述和探討。

        2 淺埋暗挖法原理

        2.1 新奧法理論

        新奧法(NATM)的內(nèi)涵是保護(hù)圍巖,調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力。從這一原則出發(fā)。對(duì)于圍巖變形的控制.根據(jù)不同情況.有時(shí)需要強(qiáng)調(diào)釋放。有時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)限制(但是在城市地下工程施工中一般都限制地表沉降).其目的都是為了充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力。

        從新奧法的基本原理中可以看出.圍巖加固設(shè)計(jì)理念上的重大進(jìn)步.不再把圍巖簡單地看作作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載.而是認(rèn)識(shí)到圍巖是隧道結(jié)構(gòu)的主要承載部分。在隧道施工過程中應(yīng)該盡量保持圍巖的原有強(qiáng)度.防止圍巖的松動(dòng)和大范圍的變形.并通過支護(hù)達(dá)到控制圍巖變形的目的。最終通過圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)共同承載。形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

        2.2 淺埋暗挖法原理及其設(shè)計(jì)理論

        淺埋隧道最大的特點(diǎn)是埋深淺。施工過程中由于地層損失而引起地面移動(dòng)明顯,對(duì)周邊環(huán)境的影響較大,因此對(duì)開挖、支護(hù)、襯砌、排水、注漿等方法提出更高要求,使施工難度增加。淺埋暗挖法不僅僅是新奧法的簡單應(yīng)用,而是在其基礎(chǔ)上結(jié)合我國的實(shí)際工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件、水文條件的進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新。淺埋暗挖法的技術(shù)核心是依據(jù)新奧法的基本原理,在施工中采用多種輔助措施加固圍巖,充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力,開挖后及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán),使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系,是一種抑制圍巖過大變形的綜合施工技術(shù)。

        淺埋暗挖設(shè)計(jì)理論是建立在巖石的三向剛性壓縮試驗(yàn)特性和巖石的二向壓縮應(yīng)力應(yīng)變特性,以及莫爾理論基礎(chǔ)上的.并考慮到隧道掘進(jìn)時(shí)的空間效應(yīng)和時(shí)問效應(yīng)所提出的新理論。這一理論集中在支護(hù)結(jié)構(gòu)種類、構(gòu)筑時(shí)機(jī)、圍巖壓力、圍巖變位這四者的關(guān)系上,貫穿在不斷變更的設(shè)計(jì)施工過程中:這一理論提出了與傳統(tǒng)方法完全不同的新概念和新觀點(diǎn),它指導(dǎo)著噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工,指導(dǎo)著構(gòu)筑隧道的全過程。

        在開挖支護(hù)過程中.淺埋暗挖法采用先柔后剛復(fù)合式襯砌,初襯承擔(dān)全部基本荷載.二次襯砌作為安全儲(chǔ)備.初襯和二襯共同承擔(dān)特殊荷載。這也就使得初期支護(hù)強(qiáng)度必須足夠大。

        2.3 淺埋暗挖法與新奧法差別

        淺埋暗挖法雖然是在新奧法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,但是其一些理論又不同于新奧法。其特點(diǎn)是運(yùn)用量測信息,反饋設(shè)計(jì)和施工,同時(shí)采取超前支護(hù)、改良地層、注漿加同等配套技術(shù),來完成隧道及地下工程的設(shè)計(jì)與施工。由于淺埋暗挖法地下隧道在城區(qū)施工較多.所以對(duì)地表的沉降控制要求比較嚴(yán)格。與一般的深埋隧道新奧法施工控制不同之處是淺埋暗挖法支護(hù)襯砌的結(jié)構(gòu)剛度比較大,初期支護(hù)允許變形量比較小。這就使得對(duì)保護(hù)周圍地層的自承作用和減少對(duì)地層的擾動(dòng)是必須的。

        3 淺埋暗挖新技術(shù)的應(yīng)用

        3.1 真空降水技術(shù)

        真空降水是將管井抽水(一般用潛水泵)與真空泵相結(jié)合,或?qū)⑤椛渚械乃綕B水井與真空泵相連接抽水。利用真空泵在管井或水平井內(nèi)產(chǎn)生的真空,加速地層中的水向管內(nèi)涌人,從而提高降水效果。真空降水一般用于黏土、粉土層以及粉細(xì)砂等滲透系數(shù)較小、但降水深度較大的地層。

        某地鐵十號(hào)線淺埋暗挖段含水層以粉土⑥2層、細(xì)中砂⑥3層為主,因滲透系數(shù)較小,采用常規(guī)管井降水,未能疏干弱透水層中的飽和水和含水層界面殘留水,造成暗挖帶水作業(yè)現(xiàn)象,給施工帶來很大安全隱患。因此,采用了真空深井降水。

        從現(xiàn)場隧道掌子面施工情況來看,采用真空降水后,潛水含水層地下水完全疏干,粉土層水基本疏干,尤其是粉土層中的飽和水,明顯要少于采用常規(guī)管井降水的相鄰段的勁松站。通過沉降觀測證明,真空深井降水引起的地面沉降與普通管井降水引起的地面沉降相當(dāng)。

        3.2 輻射井降水

        輻射井是在一眼大口徑井內(nèi),把輻射管(滲水管)由內(nèi)向外徑向敷設(shè)于含水層內(nèi),地下水經(jīng)過這些輻射狀的水平滲水管匯集在大口井內(nèi),再由泵排出。由于水平滲水井是在大口井內(nèi)施工并且在空間上調(diào)整范圍很大,因此輻射井一般用于地面無降水井施工條件的地段。

        北京地鐵五號(hào)線蒲黃榆站至天壇東門站區(qū)間隧道,采用淺埋暗挖法施工,由于地鐵區(qū)間在玉蜒立交橋橋區(qū)需要穿越南二環(huán)路、玉蜒橋、京山鐵路及南護(hù)城河,環(huán)境復(fù)雜,用常規(guī)的降水方法,因沒有布井場地,難以保證在無水條件下進(jìn)行暗挖施工。為確保施工安全,同時(shí)把對(duì)城市環(huán)境、交通等影響降低到最低限度,經(jīng)分析比選,在北京地鐵施工中采用了輻射井降水技術(shù)。從現(xiàn)場隧道掌子面施工情況來看,掌子面保持無水狀態(tài),取得了較好的降水效果。經(jīng)對(duì)抽水井取水樣含砂量測試,測試結(jié)果符合《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》要求。輻射井降水的成功實(shí)施,解決了城市復(fù)雜環(huán)境條件下施工管井降水的難題,為暗挖隧道開辟了新的降水途徑。

        3.3 超長管棚支護(hù)技術(shù)

        某地鐵在國內(nèi)首次采用大跨度單拱單柱雙層島式結(jié)構(gòu),淺埋暗挖法施工,最小埋深儀5.5 m,超前支護(hù)采用單根長146.6m、 114×5mm的超長管棚,縱向貫通整個(gè)車站,共用103根管棚,這種超長管棚的支護(hù)形式在國內(nèi)隧道施工中尚屬首次應(yīng)用,采用非開挖施工工藝一次性施作,避免了采用常規(guī)管棚需在洞內(nèi)多次施工的不利因素。

        從施工的88根管棚來看,精度相對(duì)較好,最大管棚中心平均偏差為19.5mm,并較好地起到了減小沉降、控制坍塌的作用。與常規(guī)管棚相比,減少地表沉降約10mm。

        3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)

        由于地鐵線下穿既有環(huán)線區(qū)間、地鐵五號(hào)線下穿既有地鐵環(huán)線雍和宮車站以及地鐵四號(hào)線宣武門站主體和換乘通道下穿既有環(huán)線宣武門站等新線穿越既有線施工過程中,為了既有環(huán)線結(jié)構(gòu)的安全及地鐵正常運(yùn)營,采用了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其結(jié)構(gòu)及軌道變形等進(jìn)行全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)控量測。

        監(jiān)測情況表明,該監(jiān)測系統(tǒng)在地鐵運(yùn)營環(huán)境下能正常工作,其在測試精度、性能穩(wěn)定及自動(dòng)化程度方面,能準(zhǔn)確反映新線施工過程中對(duì)上方既有環(huán)線地鐵造成的影響,及時(shí)反饋信息,指導(dǎo)建設(shè)單位的施工和運(yùn)營部門采取相應(yīng)的安全措施。

        結(jié)束語

        淺埋暗挖法以其特有的優(yōu)勢在城市地下空間建設(shè)尤其是在地鐵建設(shè)中占有重要的地位 該法在保證地面交通不中斷、管線正常使用的前提下。同時(shí)也避免了以往工法對(duì)環(huán)境污染大的現(xiàn)象發(fā)生。在城市地下工程中得到了極為廣闊的應(yīng)用:同時(shí),也已不僅僅局限于地鐵工程的修建,在城市地下過街道、地下停車場、市政管線等工程中。都得到了不同程度的應(yīng)用。

        盡管淺埋暗挖法在修建地鐵中發(fā)揮了不可替代的作用,也取得了顯著的成績,但也存在缺點(diǎn),如施工速度慢,噴射混凝土粉塵較多。勞動(dòng)強(qiáng)度大,機(jī)械化程度不高。施工工藝受施工隊(duì)伍的技術(shù)水平限制以及高水位地層結(jié)構(gòu)防水比較困難等。因此要使淺埋暗挖技術(shù)不斷深入發(fā)展和得到廣泛應(yīng)用,還有許多課題尚需深入研究,例如地鐵淺埋暗挖法區(qū)間隧道和車站的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、盾構(gòu)法與淺埋暗挖法結(jié)合建造地鐵車站技術(shù)、超前預(yù)支護(hù)技術(shù)、結(jié)構(gòu)新型防水技術(shù)、施工對(duì)周邊環(huán)境影響的沉降控制技術(shù)及施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系等。

        參考文獻(xiàn)

        [1]王夢?。叵鹿こ虦\埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥:安徽教育出版社.2004.

        [2]劉釗,佘才高,周振強(qiáng).地鐵工程設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社.2004.

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