全學(xué)讓 姚春艷 陳 菊
(沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司 沈陽(yáng) 110042)
沈陽(yáng)地鐵創(chuàng)新技術(shù)特點(diǎn)
全學(xué)讓 姚春艷 陳 菊
(沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司 沈陽(yáng) 110042)
介紹沈陽(yáng)地鐵1、2號(hào)線已建工程中的技術(shù)特點(diǎn)和9、10號(hào)線在建工程的技術(shù)延伸,已建工程的技術(shù)特點(diǎn)包括解決寒冷地區(qū)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)難題,暗挖法修建車站解決環(huán)境干擾問(wèn)題,新管幕法施工工法以及逆向引孔工藝應(yīng)用等。在建工程的技術(shù)延伸包括新構(gòu)筑法、軌道采用液體阻尼鋼彈簧浮置板整體道床和再生能量吸收裝置。
沈陽(yáng)地鐵;寒冷地區(qū);技術(shù)特點(diǎn);新管幕法
沈陽(yáng)地鐵作為首次在我國(guó)東北寒冷地區(qū)建設(shè)的地鐵線,在設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)。筆者以沈陽(yáng)地區(qū)特殊的氣候、地質(zhì)等因素為切入點(diǎn),結(jié)合建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題,對(duì)沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線、2號(hào)線等已建工程和9號(hào)線、10號(hào)線等在建新線工程的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析,提出相應(yīng)的解決思路和方法,總結(jié)工程建設(shè)的技術(shù)特點(diǎn),以期指導(dǎo)今后寒冷地區(qū)的地鐵建設(shè)工作。
沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線是我國(guó)在東北寒冷地區(qū)建設(shè)的第一條地鐵線路,工程建設(shè)上無(wú)先例可循,在堅(jiān)守“安全地鐵、人文地鐵、科技地鐵、綠色地鐵”建設(shè)理念的前提下,精心組織、精心設(shè)計(jì)、科學(xué)施工,建成了一條我國(guó)迄今為止設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率最高、功能非常完善的地鐵線路,為東北地區(qū)的地鐵建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線在總結(jié)地鐵1號(hào)線的基礎(chǔ)上又增加了實(shí)踐創(chuàng)新。
1.1 寒冷地區(qū)地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的難題
針對(duì)沈陽(yáng)冬期長(zhǎng)的特點(diǎn),采用暖棚法,創(chuàng)造正常的施工環(huán)境;采用蓄熱法、混凝土運(yùn)輸車輛保溫法,根據(jù)澆筑時(shí)的外界溫度和混凝土體積,及時(shí)調(diào)節(jié)防凍劑、早強(qiáng)劑摻量,保證混凝土的工程質(zhì)量,緩解了工期壓力。車輛段采用熱風(fēng)幕、暖風(fēng)機(jī)組,出入口采用電加熱扶梯,車輛座椅配備加熱裝置等措施,保證了在寒冷天氣里地鐵設(shè)備的正常運(yùn)行及乘客的舒適度。
1.2 暗挖車站解決環(huán)境干擾問(wèn)題
為減少繁華地區(qū)修建地鐵對(duì)環(huán)境的干擾,大量采用暗挖法修建地鐵車站,其規(guī)模和技術(shù)難度堪稱全國(guó)之最:沈陽(yáng)站為大跨度三連拱結(jié)構(gòu),最大開挖寬度達(dá)26.7 m;青年大街站為十字交叉換乘站,銜接復(fù)雜;中街站地處繁華的步行街下,上導(dǎo)洞距既有建筑物基礎(chǔ)僅0.74 m。在有效降水保證無(wú)水施工的前提下,采用洞樁法、中洞法和CRD(交叉中隔墻法)等工法,結(jié)合小導(dǎo)管注固砂劑超前加固技術(shù),解決了富水砂礫地層中淺埋暗挖大跨車站的施工難題,順利建成了青年大街站、沈陽(yáng)站和中街站,其中,中街站利用地表注漿和洞內(nèi)徑向注漿的措施,有效控制了地面及建筑物的沉降。
1.3 地鐵群洞結(jié)構(gòu)施工技術(shù)難題
地鐵1號(hào)線有3個(gè)暗挖區(qū)間設(shè)有渡線、停車線,洞室結(jié)構(gòu)復(fù)雜,銜接形式各異,斷面變化多端。在試驗(yàn)和有限元模擬計(jì)算分析的基礎(chǔ)上,科學(xué)合理地確定掘進(jìn)的工序和工法,根據(jù)斷面變化,分別采用臺(tái)階法、CRD法、側(cè)洞法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等實(shí)現(xiàn)了在不同斷面和工法之間的順利轉(zhuǎn)換。
1.4 實(shí)踐“區(qū)域群井”和動(dòng)態(tài)管理
“區(qū)域群井”的降水理念,就是在隔水層地段,采取“小間距、小管井”的布井方案;在建筑物和主要道路區(qū)間采用“大間距、深管井”的布井方案;在抽水過(guò)程中,采用多方法綜合動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和管理的控制措施,從而實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程無(wú)水作業(yè),圓滿解決富水、高滲透性砂礫地層的降水難題。
1.5 車輛組裝廠與檢修庫(kù)整合修建
國(guó)內(nèi)首次將車輛組裝廠與檢修庫(kù)整合修建,功能兼顧其他線路需求,實(shí)現(xiàn)了地鐵車輛基地的總體功能,是提高軌道交通車輛基地綜合資源使用率的創(chuàng)新措施。
1.6 全高安全門
沈陽(yáng)地鐵安全門系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)第1個(gè)全高安全門,并結(jié)合環(huán)控系統(tǒng),在固定門下方加裝通風(fēng)開口,滿足消防排煙要求,給乘客提供舒適、安全、美觀的候車環(huán)境。
1.7 引進(jìn)新管幕施工工法
管幕法最早出現(xiàn)在日本,后被多個(gè)國(guó)家沿用并加以改進(jìn),發(fā)展至今已有40余年的歷史。國(guó)內(nèi)管幕法的發(fā)展也有多年歷史,2004年北京地鐵5號(hào)線崇文門車站下穿既有環(huán)線隧道和上海中環(huán)線虹許路—北虹路下立交工程相繼采用了管幕法施工。沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線新樂(lè)遺址站對(duì)管幕法進(jìn)行了改進(jìn),是我國(guó)首例引進(jìn)新管幕工法(NTR工法)施工的地鐵車站(見(jiàn)圖1、2)。該工法主要施工步驟分為5部分(見(jiàn)圖3)。
圖1 新樂(lè)遺址站施工中照片
圖2 新樂(lè)遺址站建成后照片
第1步:在橫通道內(nèi)依次破除頂管處的混凝土,按順序頂進(jìn)鋼管,各管段之間采用焊接的連接方式。當(dāng)降水效果不佳或有區(qū)域滯水時(shí),頂進(jìn)段前端采用超前注漿技術(shù)固結(jié)地層,保證無(wú)水頂進(jìn)和無(wú)水開挖。每根鋼管頂進(jìn)完成后,應(yīng)從管頂向管周注漿,并回填頂進(jìn)中的管周超挖。
圖3 新管幕法施工步驟
第2步:所有鋼管頂進(jìn)到位后,在各相鄰鋼管之間進(jìn)行管間注漿,固結(jié)地層,保證后續(xù)工序無(wú)水施工和地層穩(wěn)定,并對(duì)下層2根管體進(jìn)行外側(cè)局部注漿,達(dá)到改善地層、提高土體抗力的目的。
第3步:從車站中段起,分段割除拱肋部鋼管,補(bǔ)焊支護(hù)鋼板,形成拱肋空間。
第4步:安裝第1段拱肋內(nèi)模板、排氣管、注漿管及混凝土澆筑管,綁扎第1段肋部鋼筋,進(jìn)行第1段肋部混凝土澆筑。
第5步:割除鄰近現(xiàn)澆拱肋處拱殼部鋼管管壁,補(bǔ)焊支護(hù)鋼板,形成拱殼空間;綁扎拱殼部鋼筋,澆筑拱殼部混凝土。
重復(fù)以上第4、5步工序,形成貫通的拱肋、拱殼、拱內(nèi)縱梁結(jié)構(gòu);同時(shí),開挖底梁處車站小導(dǎo)洞,并施工底縱梁。分層開挖土方,在車站中部開始逐環(huán)施工中板、底板結(jié)構(gòu),最終形成貫通的拱肋底板、柱列、中縱梁、中板結(jié)構(gòu)等。
與傳統(tǒng)工法相比,新管幕法具有施工安全性較高、地面沉降量小、無(wú)需降水、對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn),且車站站廳層可實(shí)現(xiàn)單拱無(wú)柱結(jié)構(gòu),建筑空間寬敞,創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)軟土地層中23.5 m的最大開挖跨度,成功開辟了一種嶄新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路。
1.8 逆向引孔工藝的應(yīng)用
沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線青年公園站采用PBA工法(洞樁法)施工,屬國(guó)內(nèi)首次將逆向引孔工藝運(yùn)用到洞內(nèi)人工挖孔樁施工中的技術(shù)。
既有PBA邊樁施工方法為先進(jìn)行樁位放樣,根據(jù)放樣位置進(jìn)行第1節(jié)土方開挖、護(hù)壁鋼筋綁扎,然后進(jìn)行立模并澆筑護(hù)壁混凝土;第1節(jié)護(hù)壁混凝土澆筑后,在孔洞口安裝人工挖孔樁垂直提升系統(tǒng),第2節(jié)土方開挖直至樁底,土方開挖及人工挖孔樁棄渣的運(yùn)輸均由垂直提升系統(tǒng)完成,并且根據(jù)土方開挖的進(jìn)度,按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行護(hù)壁鋼筋綁扎和護(hù)壁混凝土澆筑;最后進(jìn)行成孔驗(yàn)收,驗(yàn)收合格后綁扎樁體鋼筋籠并澆筑樁體混凝土。該施工方法的缺點(diǎn)是:1)需要在孔洞口設(shè)置垂直提升系統(tǒng)進(jìn)行垂直提升棄渣,該系統(tǒng)的操作會(huì)對(duì)孔洞內(nèi)操作工人產(chǎn)生安全隱患;2)人工挖孔樁棄渣由孔洞底部垂直提升至孔洞口,垂直提升操作的勞動(dòng)強(qiáng)度較大,減慢了成樁的施工速度。
針對(duì)上述技術(shù)中的不足,青年公園站采用逆向引孔機(jī)進(jìn)行PBA邊樁的施工。逆向引孔機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4,具體施工步驟如下(見(jiàn)圖5):
圖4 逆向引孔機(jī)結(jié)構(gòu)
圖5 逆向引孔施工步驟
步驟1:測(cè)量放樣。確定邊樁樁位中心線,并圍繞中心線在上導(dǎo)洞底部設(shè)置護(hù)樁,破除下導(dǎo)洞初襯,在下導(dǎo)洞的頂部根據(jù)邊樁樁位中心線同軸確定破除位置,人工破除初襯,并形成下導(dǎo)洞引孔。
步驟2:逆向引孔機(jī)就位。根據(jù)步驟1中邊樁樁位中心線及下導(dǎo)洞引孔的位置,將逆向引孔機(jī)在下導(dǎo)洞內(nèi)就位并固定。
步驟3:逆向引孔。使用逆向引孔機(jī)從步驟1中下導(dǎo)洞引孔處開始,且以步驟1中邊樁樁位中心線為引孔路徑,由下到上進(jìn)行引孔作業(yè),直至上導(dǎo)洞底部初襯,從而形成邊樁逆向孔。
步驟4:破除上導(dǎo)洞初襯。人工破除上導(dǎo)洞底部的部分初襯,破除位置與步驟3中邊樁逆向孔相對(duì)應(yīng)。
步驟5:樁體土方開挖并澆筑護(hù)壁混凝土。從步驟4中上導(dǎo)洞初襯破除處向下開挖孔洞,直至下導(dǎo)洞,開挖中形成的人工挖孔樁棄渣直接經(jīng)步驟3中生成的邊樁逆向孔排放至下導(dǎo)洞,且每開挖一定距離,進(jìn)行綁扎支護(hù)鋼筋、立模及澆筑混凝土作業(yè),從而在土方開挖作業(yè)的同時(shí)形成邊樁護(hù)壁。
步驟6:樁體混凝土澆筑。進(jìn)行孔位檢驗(yàn)后,綁扎樁體鋼筋,進(jìn)行下導(dǎo)洞樁體立模,再澆筑混凝土,從而形成邊樁樁體。
該工藝可廣泛應(yīng)用于地鐵暗挖車站的人工挖孔樁中,適用于砂礫層、無(wú)水地質(zhì)情況。該工藝有效解決了垂直出土問(wèn)題,避免了傳統(tǒng)工藝中因垂直提升設(shè)備帶來(lái)的安全隱患,提高了施工的安全性。
沈陽(yáng)地鐵9、10號(hào)線的工程設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新秉承了適用、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的理念,在追蹤國(guó)際軌道交通工程技術(shù)發(fā)展、依托各專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)步和切實(shí)解決工程設(shè)計(jì)中遇到的技術(shù)問(wèn)題的同時(shí),注重工程整體的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益,在節(jié)能降噪、土建技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、安全風(fēng)險(xiǎn)控制等方面有所突破,力爭(zhēng)取得技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的全面提升。
2.1 新工法、新思路的引進(jìn)和吸收
為避免暗挖端站廳的出現(xiàn),9號(hào)線奧體中心站、10號(hào)線東北大馬路站提出了一種新型的暗挖施工方法:新構(gòu)筑法。該施工方法采用韓國(guó)ST S(開始到開始)與洞樁法施工技術(shù)相結(jié)合的方法,具有沉降小、施工速度快等特點(diǎn)。新構(gòu)筑法施工步驟具體如下(見(jiàn)圖6)。
圖6 新構(gòu)筑法施工步驟
步驟1:利用暗挖段一側(cè)明挖基坑,隨挖隨打設(shè)暗挖段頂部及側(cè)向鋼管,并挖除鋼管中土體。鋼管采用頂進(jìn)法施工,施工時(shí)要控制好方向,不得偏轉(zhuǎn)。在鋼管內(nèi)安裝連接鋼筋,安裝完成后,在鋼管兩端安裝封堵板,通過(guò)封堵板預(yù)留灌漿孔,向鋼管內(nèi)灌注混凝土。
步驟2:先后開挖下導(dǎo)洞和上導(dǎo)洞,采用格柵支護(hù)。在施工導(dǎo)洞內(nèi)施作防水板、底縱梁及部分底板、頂縱梁、鋼管柱。
步驟3:鋪設(shè)防水層,施作中跨頂板。
步驟4:縱向分段開挖站廳層中板底以上土體,施作車站結(jié)構(gòu)邊跨處站廳層側(cè)墻防水層,中縱梁、中板及站廳層側(cè)墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
步驟5:開挖中跨土體至底板底,施作封底結(jié)構(gòu)并拆除導(dǎo)洞部分結(jié)構(gòu),施作底板防水層及澆筑底板。
步驟6:開挖邊跨土體至底板底,施作封底結(jié)構(gòu)并拆除部分導(dǎo)洞結(jié)構(gòu),施作底板防水層及澆筑底板剩余結(jié)構(gòu)。施作剩余側(cè)墻及頂板防水層,澆筑側(cè)墻與頂板剩余結(jié)構(gòu)。
該施工方法通過(guò)引入大直徑鋼管混凝土支護(hù)體系替代傳統(tǒng)暗挖法中的格柵支護(hù)體系,在車站覆土及斷面形式均與明(蓋)挖車站相當(dāng)?shù)那闆r下實(shí)現(xiàn)暗挖施工,極大地拓寬了暗挖法的適用范圍,鋼管橫向連接如圖7所示。
圖7 鋼管連接大樣
隨著我國(guó)地鐵的快速發(fā)展,車站施工時(shí)為保證城市主干道交通的暢通和不遷改管線,采用兩端明(蓋)挖、中間暗挖的施工方法會(huì)越來(lái)越多,因此,新構(gòu)筑法具有廣泛的應(yīng)用前景。
2.2 軌道采用液體阻尼鋼彈簧浮置板整體道床
地鐵新線沿線建(構(gòu))筑物多為居民樓,減振降噪措施采用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的液體阻尼鋼彈簧浮置板整體道床。液體阻尼鋼彈簧浮置板軌道套筒內(nèi)采用液體阻尼。隔振系統(tǒng)是一個(gè)“質(zhì)量—彈簧”體系,其參振質(zhì)量越大,彈性越高,隔振效果就越好,為此需增大振動(dòng)體的振動(dòng)質(zhì)量并增加振動(dòng)體的彈性,利用慣性力吸收沖擊荷載,從而起到隔振作用。鋼彈簧浮置板可以提供足夠的慣性質(zhì)量來(lái)抵消車輛產(chǎn)生的動(dòng)荷載,只有靜荷載和少量殘余動(dòng)荷載會(huì)通過(guò)彈性元件傳到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上。鋼彈簧浮置板道床有多種結(jié)構(gòu)形式,其中常見(jiàn)形式為側(cè)置式及內(nèi)置式(見(jiàn)圖8)。
我國(guó)城市軌道交通(包括北京、廣州、深圳、南京等)特殊減振地段普遍采用這種減振軌道,由于鋼彈簧浮置板軌道的固有振動(dòng)頻率很低,所以減振效果顯著,約為18~25 dB。其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,沒(méi)有橡膠墊老化問(wèn)題,彈簧使用壽命很長(zhǎng),可達(dá)50年以上。國(guó)內(nèi)多個(gè)城市地鐵采用后,已形成較為完整的施工及維修方案,利用專用工具2個(gè)人就可以完成,不會(huì)影響地鐵正常運(yùn)營(yíng),可維修性強(qiáng)。該技術(shù)的應(yīng)用,提高了軌道結(jié)構(gòu)的減振水平,最大限度地降低了地鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)周圍環(huán)境的影響(見(jiàn)圖9、10)。
圖8 浮置板道床
圖9 鋼彈簧浮置板整體道床安裝
圖10 鋼彈簧浮置板整體道床示意
2.3 設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)中的創(chuàng)新
供電系統(tǒng)在牽引降壓混合變電所增加一套再生能量吸收裝置,用于吸收列車在制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的多余能量,從而達(dá)到節(jié)能的效果。在變電所增加有源濾波裝置,用于對(duì)車站動(dòng)力及照明系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾除,以提高供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)采用大分區(qū)的設(shè)置方式,減少了環(huán)網(wǎng)電纜的敷設(shè)數(shù)量。環(huán)控系統(tǒng)在全線活塞風(fēng)井內(nèi)設(shè)置結(jié)構(gòu)片式消聲器,有效降低了地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲,確保地鐵的運(yùn)行噪聲不影響市民的生活和工作。在全線設(shè)置了專用新風(fēng)機(jī),在閉式運(yùn)行工況下,可對(duì)車站公共區(qū)和區(qū)間隧道補(bǔ)充新風(fēng),保證環(huán)境品質(zhì),提高乘客乘坐地鐵的舒適性。引入綜合監(jiān)控系統(tǒng),集成和互聯(lián)相關(guān)地鐵機(jī)電系統(tǒng),可將分散、孤立的機(jī)電系統(tǒng)納入到同一個(gè)信息平臺(tái)中,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度。各機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息互通、資源共享、協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng),設(shè)備集中治理和維護(hù),以及對(duì)子系統(tǒng)故障的監(jiān)測(cè),并為緊急情況下事件的處理提供全面而及時(shí)的信息和控制能力,進(jìn)一步提高了地鐵整體運(yùn)營(yíng)調(diào)度水平。
綜上所述,暖棚、熱風(fēng)幕、暗挖法、新管幕法、新構(gòu)筑法、軌道采用液體阻尼鋼彈簧浮置板整體道床和再生能量吸收裝置等新工藝、新技術(shù),在沈陽(yáng)地鐵工程中
都取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,并能夠指導(dǎo)今后寒冷地區(qū)地鐵的建設(shè)工作。
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(編輯:王艷菊)
Characteristics of Innovation Technology in Shenyang Metr
Tong Xuerang Yao Chunyan ChenJu
(Shenyang Metro Group Co., Ltd., Shenyang110042)
This paper introduces the technical features of the finished projects of Shenyang Metro Line 1 and Line 2 and technology extensions in the projects under construction of Shenyang Metro Line 9 and Line 10.The constructed projects solved the problems of construction and operation in areas with a cold climate;subsurface excavation methods were used in the finished projects to avoid environmental interferences;new tubular roof construction method and application of reverse guiding hole technology were also employed.Technology extensions for projects under construction involve the adoption of newconstruction methods and the steel spring floating slab track with liquid damper and devices to absorb renewable energy.
Shenyang Metro;area with a cold climate;technical features;new tubular roof method
U 231.3
A
16726073(2015)06001206
10.3969/j.issnn.16726073.2015.06.003
2015-04-08
2015-08-20
仝學(xué)讓,男,副總經(jīng)理,從事城市軌道交通研究工作。