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广州地铁四号线蕉门至冲尾段软土施工方法
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内容提示：叙述了蕉门至冲尾段软土特性,对目前地铁车站和隧道区间常用的施工方法进行了阐述,提出各工法的施工原理及其适用范围,并结合国内外一些软土地区的地铁施工经验提出需要注意的问题,以期在今后的地铁设计施工中得以重视。
摘 要:叙述了蕉门至冲尾段软土特性,对目前地铁车站和隧道区间常用的施工方法进行了阐述,提出各工法的施工原理及其适用范围,并结合国内外一些软土地区的地铁施工经验提出需要注意的问题,以期在今后的地铁设计施工中得以重视。（参考《建筑中文网》）
关键词:软土,明挖法,盾构法,地质环境效应
广州地铁四号线分四段进行建设,其中第三段黄阁~冲尾拟于2007年底建成通车。四号线全长68.96km,其中黄阁~冲尾4.88km,线路北起萝岗新区,穿越科学城、东圃、大学城等站,往南最后到达冲尾。因此,主要针对蕉门~冲尾段地质情况,结合国内外地铁的施工经验,探讨该段假定走地下线之情况下,地铁车站及隧道区间各施工工法的利弊及注意事项,为今后的地铁设计施工提出一些建议。
1 地层概况
蕉门~冲尾段由上而下的地层结构为:①人工填土层,厚0.5m~5.8m;②-1A海陆交互相淤泥层,多为流塑,局部为软塑,厚1.70m~22.80m,局部淤泥夹粉细砂薄层;②-1B海陆交互相淤泥质土层,多为软塑状,往南普遍含松散的淤泥质粉细砂夹层,局部有流塑状淤泥透镜体及中密状中粗砂透镜体,总厚度5.32m~14.38m;②~③中粗砂层,南面基本连续分布,稍密~中密,局部有粉细砂透镜体,层厚0.60m~7.20m;②~④海陆交互相粉质粘土层,南面零星分布,可塑状,层厚0.30m~5.50m;⑤H-2残积砂质粘性土层,线路上基本连续分布,硬塑状,层厚0.45m~2.21m;下伏为花岗混合岩。
沿线软土层较厚,软土的自立、自稳性能差,而蕉门~冲尾段隧道只能穿越或位于软弱淤泥和淤泥质土地层中,为防止盾构隧道及车站施工的顺利进行和建成后的安全运营,地铁施工前必须对软土进行预加固处理。
2 地铁车站施工方法
2.1 明挖法和盖挖法
明挖法施工技术简单、快速、经济,虽然蕉门~冲尾段K0一般超过0.83,灵敏度一般大于4.5,但周围土体经过处理和支护后,均可考虑用明挖法施工。明挖法大体施工程序可分为四大部分:围护结构施工→内部土方开挖→工程结构→管线恢复及覆土。例如上海一号线车站一般都采用明挖顺筑法施工:地下连续墙围护结构施工→内井点降水(或基坑土体加固)→第一层开挖→设置第一层钢支撑→第n层开挖设置第n层钢支撑→最后开挖→底板混凝土浇筑→最下层支撑拆除→混凝土内衬浇筑→拆钢支撑→顶板混凝土浇筑。另外,在土层自立性稍好的地层,可考虑采用分部开挖、分部支护法,先开挖一小部分,然后用喷锚支护做全断面的保护,再逐步扩挖、逐步支护、开挖后再在其中做钢筋混凝土二次衬砌,如北京地铁王府井车站的施工。在地下连续墙深基坑开挖工程中,开挖前常用灌浆的方法来加固被挖去的软土,从而减少地下连续墙的变形、增加开挖稳定性、保证工程安全,以新加坡艺术中心地下连续墙深基坑开挖工程为实例证实:用灌浆的方法能产生侧向压力,近似认为它等于经灌浆加固后软土地基的复合强度;灌浆施工会使墙体产生明显的、背向开挖面的位移,从而可以较大幅度地减少墙体在开挖过程中的变形;灌浆施工会导致墙后地表隆起;灌浆施工会引起超孔隙水压力的增加。广州地铁一号线除农讲所站采用盖挖法施工外,其他均采用围护结构的明挖法施工。
盖挖法是利用围护结构和支撑体系,在一些繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路面通行在其下进行车站的施工方法。按结构施工的顺序分盖挖顺筑工法和盖挖逆筑工法两种,盖挖逆筑工法一般都是对交通作短暂封锁,将结构顶板施工结束后恢复道路交通,利用竖井作出入口进行内部暗挖逆筑;盖挖顺筑工法一般是利用临时性设施(钢结构)作辅助措施维持道路通行,在夜间将道路封锁,掀开盖板,进行基坑土方开挖和结构施工。
2.2 浅埋暗挖法
我国目前采用的浅埋暗挖法多是按照“新奥法”原理进行设计和施工,以加固、处理软弱地层为前提,采用足够刚性的复合衬砌(由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成)为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法。它以施工监测为手段,指导设计与施工,保证施工安全,控制地表沉降。如北京天安门西站采用暗挖桩柱法施工,结合浅埋暗挖法与盖挖法的优点,避免了大量拆迁、改建工作,减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响,对城市交通的干扰小。因此,当车站邻近有建筑(构筑)物时,可采用此方法。另外,国外暗挖法技术最近几年取得了较大的进展,因此,我国可借鉴国外的这些先进方法,如大跨度的预制块法、预切槽法、气压法等。
2.3 异形盾构机法
由于机械复杂、造价较高、安装操作难度大,目前国内外在地铁车站施工中很少应用该方法,尚未研究出较经济合理的措施。但在我国也取得了一定的成果,如我国正在开发研制国产大型三心圆、割圆异型盾构,因此通过逐步发展盾构施工技术,坚信我国在以后的地铁车站施工中能发挥异形盾构机的作用。
2.4 综合法
通过对地铁各工法的不断研究、借鉴,结合各工法各自的优点,我国也推出了不少新的综合施工方法,如盖挖与暗挖相结合的方法。因为我国目前只有明挖法才能完全用机械化施工,暗挖法还是以人工施工为主,因此,只有充分利用各工法的优点、灵活选择,才能提高机械化水平,提高地铁施工的速度。
3.1 盾构法
盾构法是在地表以下土层或松软岩层中采用盾机暗挖隧道的一种施工方法。盾构法虽然效率高,但也很容易出施工事故。蕉门~冲尾段若盾构区间穿越房屋集中区域时,为了避免损坏房屋地基基础的稳定性,可利用广州地铁三号线大塘站—大沥站区间盾构的经验,采用桩基托换、顶升、筏基加固等处理方法或通过在外围采用树根桩等隔离保护,并充分发挥时空效应来保护房屋的结构安全。
隧道盾构法施工中采用同步注浆是一种比较先进的技术,同步注浆是盾构一边向前推进,一边不停地向各盾尾空隙加压注浆材料的一种施工方法,不间断的加压,使注浆材料在充入建筑空隙后,没有达到土体相同强度前,保持一定的注浆压力和土体压力相当,从而使地面沉降控制在最小范围内。此技术能够很好地控制地表沉降,提高隧道整体防渗能力,在实际工程应用中有很强的优越性。在饱和含水层中盾构法所用的管片拼装衬砌整体结构防水技术要求高,可采用错缝拼装等新技术(方法),如上海地铁一号线部分盾构隧道,防水效果好、工作效率高、纵向沉降小,对周边环境影响不大,应当作为我国软土盾构应用的一个方向。
3.2 顶管法
顶管法施工适用于软土地区埋深大、直径小的隧道,特别是对于城市市政工程管道。根据国内外大量隧道施工的事例证实,隧道内径大于4m,使用顶管法没有用盾构法施工经济合理,对内径小于4m或更小的管道,使用顶管法有其独特的优越性。因此,地铁区间隧道内径6m~6.5m,不宜采用顶管法施工。
3.3 矿山法
深埋于坚硬岩体中的区间隧道,常采用传统钻爆法或悬臂式和门架式多臂凿岩台车钻眼施爆,使用人工或装渣机出渣,大型自卸柴油机车运输的开挖方法被称为矿山法,因此,它一般用于山岭地区区间隧道的施工。
3.4 沉管法
沉管法一般是隧道跨越江、河、湖、海等水域修建隧道的重要方法。沉管隧道施工时,先在隧道以外的船台上或临时干坞内制作隧道段,并在两端用临时封端墙封闭起来,制成后用拖轮拖运到隧址指定位置上去(这时,于隧位处已预先挖好一个水底基槽),待管段定位就绪后,向管段里灌水压载使之下沉,然后把沉没的管段在水下联接起来,经覆土回填后,便筑成了水底隧道。
3.5 明挖法
一般是在隧道埋深较浅且用其他暗挖法难以施工时才选用明挖法施工隧道,施工成本高,其重点是要选用合理有效经济的支挡方法。明挖法可分成四类:顺筑法、逆筑法、分部开挖法、沟槽法。蕉门~冲尾段软土层很厚,故不宜采用明挖法施工。
4 地质环境效应
1) 盾构施工引起的地面变形。2)基坑开挖引起的变形与失稳。3)洞室围岩失稳。4)地下水环境变异。5)地质生态环境恶化。
5 建议
1) 做好地铁线路周边环境及地下管线的调查。2)开展详尽的工程地质勘察。3)做好开挖方案的优化选择。4)积极采用新技术、新方法。5)加强岩土变形的理论研究。
参考文献:
[1]白 冰,尚宏彬.软土工程若干理论与应用[M].北京:中国水利出版社,2002.
[2]龚晓南,俞建霖.地基处理与实践[M].北京:知识产权出版社,2002.
[3]朱志荣.地基处理技术及工程应用[M].北京:中国建材工业出版社,2004.
[4]李相然,岳同助.城市地下工程实用技术[M].北京:中国建材工业出版社,2000. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200811/1203.htm
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