地铁区间隧道设计与工程施工.docx

第1章绪论1.1 研究背景近年来，我国开展大规模的城市市政工程建设，在北京、上海、广州、天津、大连、深圳、南京、武汉、重庆、长春等城市已经有了完善的地铁网络。苏州，青岛，西安，无锡，杭州等大城市也正在进行地铁的修建。随着我国国民经济和城市现代化的发展、高度商业化、效率化和功能密集化的现代城市对于工程施工的要求越来越高，另一方面，由于城市用地，城市交通立体化的要求。在这些地下工程中，由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的约束，使得传统的施工方法难以普遍适用。在这种情况下，对城市影响较小的隧道施工方法-盾构施工方法普遍得到了施工单位的关注，在地铁修建的过程中得到了广泛的应用。1.2盾构施工的概况1.2.1盾构法基本概念盾构法施工是使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法。盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。1.2.2盾构法的优点盾构机开挖断面为圆形，承压稳定性好。由于用机械方法切削成型，没有爆破法的危险因素，减少了周围围岩层松动、冒顶的可能性，因此也减少了支护的工作量，作业人员在护盾内工作，大大提高了作业的安全性；根据使用效果看，在均质岩层中，掘进速度每月可达600m以上，掘进速度相对较快；用盾构法施工大大的节省了劳动力，降低了劳动强度；机械法破碎的渣土多成中块或粉状，粒度均匀，可由皮带运输机直接排出，大大的提高了工程的施工进度；由于集中控制操作，有实现远距离操作和自动化。1.2.3盾构法的缺点一次性投资大，尺寸大，重量大，机器较复杂，制造周期长，装运费时、费事、费钱，刀具的消耗和维修费用很昂贵；对围岩的变化的适应性差；开挖的隧洞断面局限于圆形，对于其他形状的断面，则需要进行二次开挖；作业率低，施工中的电缆延伸、洞壁保护、水管路延长及机器方向调整等工序，一般约占整个作业时间的50%左右；能耗大，纯机械破岩，石渣过分破碎，耗费能量大且粉状石渣难于再利用。1.3 国内外研究现状初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机。经过多年对盾构技术的研究开发和利用，已经演变成水泥平衡式和土压平衡式两种盾构机。我国应用盾构法修建隧道始于20世纪50～60年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道，采用的是比较老式的盾构机(如网格式、压气式、插板式等)，80年代末、90年代初开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点。随着盾构法研究的深入、工程应用的增多，盾构法施工技术以及盾构机修造配套技术也得到了发展提高：上海地铁隧道基本全部采用盾构法修建，除区间单圆盾构外，目前正在使用双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道，此外还试验采用了方形断面盾构修建地下通道;采用直径11.2m的泥水盾构建成了大连路越江道路隧道，这也是目前我国最大直径的盾构机。广州地铁采用具有土压平衡、气压平衡和半土压平衡模式的新型复合式盾构机成功应用于既有软土、又有坚硬岩石以及断裂破碎带的复杂地层的地铁区间隧道修筑，大大拓展了盾构法的应用范围。深圳、南京、北京、天津等城市虽然地质、水文条件各不相同，但采用盾构法修建区间隧道均取得了成功。除了上述几点外，我国盾构技术的进步还表现在以下4个方面：掌握了盾构机的选型和配套技术，与外国合作设计生产盾构机，配套施工设备包括管片模具完全能够自行设计制造；掌握了盾构隧道的设计和结构计算技术以及防水技术；掌握了盾构掘进控制技术，如盾构掘进参数选择控制、碴土和压力管理、地表沉降控制、盾构机姿态和隧道轴线控制、管片防裂、同步注浆等，实现了信息化施工，可以确保盾构施工的安全、优质、高效和环保；掌握了不同地质条件和复杂环境条件下的施工及相关的施工技术。但盾构法施工与国外相比还有一定的差距。国外的先进平衡式盾构，在土仓内都设置先进的土压传感器，配备实时反馈及调整的机、电、液与计算机控制系统，在通常情况下都能很好的保证地层稳定的效果。在结构设计方面我国盾构机是单体形式的，国外的盾构机已经出现可折曲和多体等形式解决曲率半径小的弯道。在刀盘刀具设计技术方面，国内刀盘转动方向固定，只能切割规则空间。在刀盘刀头的结合与刀盘刀头的运动分解上，缺少变化，给盾构机转弯和爬坡造成一定的麻烦。在衬砌技术方面，目前国内盾构都是采用管片拼装系统将砼管片拼装成隧道衬砌，管片拼装系统由中心支撑回转结构。管片的拼装往往占用了大量宝贵的时间，直接影响工程进度和质量。日本已经研制出全自动化系统。欧洲和日本开始采用ECL技术代替传统的管片系统，在施工成本和衬砌质量方面取得了良好的效果。在防水和同步注浆技术方面，我国现有的盾构施工隧道管片衬砌中，主要采用环向与纵向膨胀橡胶防水，与国外相比，还没有发展采用土工防水布等技术等。1.4盾构的分类及适用条件盾构机是盾构法施工的主要施工机械，