还剩5页未读,继续阅读
文本内容:
第2期(总第165期)2013年4月CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo.2SerialNo.165Apr.2013DOI:
10.3969/j.issn.1004-
4655.
2013.
02.029城市轨道交通施工新技术周文波[上海城建(集团)公司,上海200122]摘要随着中国城市轨道交通的快速发展,轨道交通施工遇到许多新问题需要新技术进行解决针对车站施工,探讨了轨道交通枢纽站施工综合技术、新型盖挖法施工技术和深层地基加固等新技术;针对区间隧道施工,探讨了复杂工况下盾构机始发接收技术、盾构切削障碍物辅助技术、盾构穿越运行中轨道交通的施工技术、国产地铁盾构设计制造技术和DOT双圆盾构施工技术关键词城市轨道交通;车站施工;区间隧道;施工新技术;双圆盾构中图分类号U23文献标志码B文章编号1004-4655
(2013)02-0085-06轨道交通是快捷、舒适、安全的城市交通工具至2012年12月31日,中国内地已有17个城市开通了70条城市轨道交通运营线路,总长2064km,其中2012年新增投运里程321km根据规划,2020年之前预计我国每年新增城市轨道交通运营线路里程基本能超过300km,全国总里程规模将达到目前的2倍[1]中国现已成为世界最大的轨道交通市场上海自1994年4月建成运营地铁1号线截止2012年底,上海已建成运营13条线,291座车站,总长度435km(不含磁浮线)本文结合上海车站施工和区间隧道施工探讨城市轨道交通工程施工新技术,为其他城市轨道交通建设提供参考1车站施工新技术轨道交通车站可分为新建型车站和扩建型车站新建型车站即全新建设的枢纽站,所有规划的换乘线路一次设计、一次施工完成,其主要问题在于超大超深基坑的施工,但一般而言其建址相对空阔,建构筑物保护难度较低而扩建型车站即在既有运营车站附近增设新车站,逐渐形成枢纽,其基坑面积与常规车站接近,但附近一般有正在运营的轨道交通车站或区间,周围建筑物密集,环境保护要求高本文所探讨的车站施工新技术涉及轨道交通枢纽站施工综合技术、新型盖挖法施工技术和深收稿日期2013-01-28作者简介周文波(1964—),男,教授级高级工程师,博士,主要研究方向为地下工程距的力学问题;隧道施工工艺、工法;隧道工程信息化、智能化管理层地基加固新技术等
1.1轨道交通枢纽站施工综合技术轨道交通枢纽站施工综合技术包括三线轨道交通换乘枢纽共建技术、运行轨道交通车站改扩建换乘枢纽站施工技术、利用既有地下空间技术1)三线轨道交通换乘枢纽共建技术上海轨道交通济阳路站是上海轨道交通6号、8号、11号三线同站换乘的枢纽(见图1)三线共用下沉广场、非付费区及付费区;在其北面为在建主题公园的1期工程,南面为规划的公共交通枢纽,东面和东南为主题公园的2期工程车站周边有规划公园大道、规划环道、济阳路和中环道路(华夏西路非付费区付费区下沉广场下沉广场非付费区
6、11号线共用设备区8号线设备区三线共用下沉广场三线共用非付费区三线共用付费区图1济阳路枢纽共享站厅平面布局图车站总平面沿东、西向布置6号线及11号线车站,其中外侧2条为11号线上、下行车道,内侧两条为6号线上、下行车道,8号线车站南北向布置,并与11号线、6号线斜交,整个车站为浅埋地下3层地下1层为三线共用的站厅层;地下2层为设备层及8号线站台层;地下3层为6号、11号线共用站台层济阳路站本着“以人为本、便捷换乘”的设计原则,在地下3层实现了6号、11号线平行同站台“零”换乘的最佳形式,即换乘量最大、换乘距离最短同时在8号线与6号、11号线的2个岛式站台间分别设置了2组换乘楼梯最终达到三线乘客在站内付费区实现站台至站台以及站台至站厅间的多点换乘由于6号、8号、11号三线同属基本网络中的线路,建设年限基本接近,且周边建设条件好,基本无受控因素限制因此,该枢纽在6号线车站设计时就结合城市规划、轨道交通网络规划,统筹考虑了与8号、11号线的换乘做到了统筹规划、整体设计、同步施工,实现了三线间“零”距离的便捷换乘2)运行轨道交通车站改扩建换乘枢纽站施工技术上海轨道交通世纪大道站位于浦东世纪大道、张杨路、东方路,有2号线、4号线、6号线和9号线在此换乘,是上海目前规模最大的轨道交通换乘枢纽站世纪大道站工程在原轨道交通2号线东方路站的基础上先后增加建设轨道交通4号、6号、9号线换乘站(见图2)整个车站建筑空间分为3层,其中2号线轨道交通站属地下2层建筑空间;4号线轨道交通站位于2号线轨道交通站北侧,属地下3层建筑空间;9号线车站位于2号线轨道交通站南侧,属地下2层建筑空间;6号线世纪大道站以地下1层的形式横跨世纪大道,并与2号线东方路站、4号线张杨路站及规划中的9号线车站形成“丰”字型换乘,属地下1层建筑空间图2世纪大道站工程该工程施工中有很多难点,如2号线车站侧墙凿除近80%,6号线穿越段约26m站厅层结构凿除改建;9号线零距离2号线车站平行基坑施工,新建平行的9号线车站在建造期间相当于对已建成2号线车站单侧卸载,造成底板、侧墙附加变形;86换乘车站不在同期修建时,新建车站对已建成车站都会产生影响;新建车站的建造可能会造成轨道交通轨道的高差6号线改建穿越对已建成东方路车站的影响相对要复杂,在没经过穿越前,可以看到板的横向是变形的主方向;经过穿越后,变形开始向纵向扩展,形成双向受力;车站结构底板的刚度大,条形箱型车站结构横向受力为主针对上述难点,世纪大道工程采取的主要施工技术如下
(1)实施前进行数值模拟计算在工程施工实施前,通过三维模拟仿真分析,对不同的施工工序进行数值模拟计算,从而找出既要满足2号线运营要求,又要满足改建车站结构受力和变形以及耐久性等要求的最佳施工方案和施工工序,为4线换乘枢纽站科学合理的施工筹划提供理论依据
(2)针对2号线车站侧墙大面积凿除引起结构整体刚度大幅度减小等技术难点,采取先撑后凿临时加固技术措施;化整为零小范围凿除技术措施;随凿随建确保整体刚度技术措施
(3)针对6号线穿越段2号线站厅层整体凿除改建带来结构受力改变和上浮等技术难点,采取化整为零凿除结构技术措施;结构补强加固技术措施;抗拔桩压梁体系抗浮技术措施
(4)针对9号线车站基坑平行施工对运行中2号线车站侧向土压力单侧卸载引起偏载的技术难点,采取基坑化整为零施工技术措施;抗拔桩工程桩防止差异沉降;搅拌桩逐序“跳打”加固;组合支撑、盆式开挖等技术措施
(5)工程实施过程中实施以监测数据反馈为基础的信息化施工,随时根据反馈信息调整优化施工参数其中,针对4号线车站开挖方案,采取了基坑开挖化整为零施工法,增设4道封堵墙,将218m长条形基坑划分为5个小基坑,先后间隔施工(将1区、3区、5区列为重点施工区先行施工,2区、4区为次重点区后继施工,见图3),并充分利用小基坑角点效应和时空效应,有效控制基坑变形第1施工区封头墙第2施第3施第4工区工区施工区第5施工区明珠线2期张杨路车站轨道交通2号线东方路车站图34号线世纪大道站开挖方案3)利用既有地下空间新技术徐家汇枢纽是上海轨道交通1号线与9号线、11号线三线换乘的交汇点在施工技术方面采用了既有地下空间改造成地铁车站技术和盖挖向下加层建设换成大厅技术为满足轨道交通1号线和9号线、11号线之间付费区直接换乘的要求,需在1号线轨道交通商场下加层作为付费区换乘厅;利用既有结构顶板作为天然盖板进行暗挖加层,避免了施工期间对虹桥路的地面交通和管线的影响,其中换乘通道开挖最深为
12.7m,地铁商城向下加层深度为
4.95m(见图4)图4盖挖向下加层建设换乘大厅技术施工流程示意图该工程采用了先插型钢后喷旋喷桩围护结构新工艺-IBG工法,可在土内先插入型钢再完成旋喷桩的施工,形成稳定可靠的型钢水泥土复合挡土结构,解决了低净空地下室内施作围护结构的难题这是国内首次采用全方位压力平衡旋喷工法设备,通过试验研究提出了软土地层中微扰动旋喷的施工工艺和控制参数,并设计了将废浆变为渣土的泥浆处理系统,有效解决了地基加固对周边环境的影响
1.2新型盖挖法施工技术传统的盖挖法施工技术主要采用传统顶板逆作盖挖法和半幅盖挖法顶板逆作盖挖法逆作法的工艺原理是先施工地下连续墙或其他支护结构,同时施工中间立桩和立柱桩,作为施工期间承重竖向支撑;然后施工地下一层的梁板楼面结构,作为地下连续墙的水平支撑,随后逐层向下开挖土方并浇筑各层地下结构,直至底板封闭;在上海盖挖法应用中,还存在一种半幅路面板盖挖法形式,即采用浇筑半幅混凝土路面整板作为临时路面新型盖挖法施工技术主要用于解决城市地铁工程建设施工场地与道路交通要求矛盾,一般通过“盖挖-逆作一体化技术”法,建立了一个标准化、模数化的临时路面体系(见图5)其中钢路面板盖挖法在上海轨道交通10号线常熟路站、上海图书馆站、7号线肇家浜路站、7号线昌平路站、7号线长寿路站、11号线曹扬路站都得到了成功应用图5盖挖-逆作一体化施工路面体系构成
1.3深层地基加固新技术1)双高压旋喷施工技术相对于普通三重管旋喷最大30m的加固深度,最大
1.5m的加固直径,这种三重管双高压旋喷注浆加固工艺所形成的桩径与加固深度较普通三重管大,最大加固深度可达到50m,最大桩径可达到
2.4m具有加固范围大,单桩可以进行大深度、大直径的土体加固;适用土层范围广,加固体强度均匀;施工过程中可以有效地控制地面的隆起等其他注浆方法所无法比拟的优点双高压旋喷成功应用在上海轨道交通4号线的修复工程中4号线修复工程中的旋喷加固包括坑内裙边加固和坑外接缝止水加固,其中坑内裙边加固827根;坑外接缝止水加固265根根据设计要求,加固桩径1800mm,最大加固深度50m2)MJS高压旋喷施工技术MJS高压旋喷施工技术是一种全方位压力平衡高压旋喷工法,成功应用在徐家汇枢纽站中其围护深度16m,桩型为φ2600mm全圆和半圆;加固深度
8.55m,桩型φ2600mm全圆;为在开挖阶段保护周边车站,现场MJS加固方量达
11187.7m3轨道交通车站变形控制在轨道交通保护标准内2区间隧道施工新技术区间隧道施工新技术包括复杂工况下盾构机始发接收技术、盾构机正面切削障碍物辅助技术、盾构穿越运行中的轨道交通的施工技术、国产地铁盾构设计制造技术、DOT双圆盾构施工技术等
2.1复杂工况下盾构机始发接收技术盾构始发接收施工涉及诸多环节,如地基处理、洞门拆除、止水装置、负环拼装、盾构掘进、洞门封堵等,各环节均存在影响工程质量和安全的风险[2]据统计,盾构隧道工程建设中,盾构始发接收事故占70%以上!87基于上海地区盾构隧道的飞速发展,盾构始发接收的工况愈加复杂,隧道埋深、隧道线形、工程水文地质、周边环境,这些无一不影响着工程安全设计和施工技术人员也逐步加深了对盾构始发接收施工风险的认识,摒弃了以往一概而论的地基加固和盾构始发接收方案,转而以结合复杂的工况,开发实践了更为安全可靠的盾构始发接收新技术在盾构始发接收的地基加固技术中,双高压旋喷、MJS等加固新工艺得到运用,同时,在复杂工况下合理确定加固范围和多种加固工艺相结合的加固方案,以形成最佳匹配针对盾构接收期间,渗漏通道多、渗漏风险大的特点,技术人员优化了盾构接收流程,创新了二次进洞(接收)及多次进洞(接收)的工艺流程,提高了洞圈封堵效果,有效减缓了渗漏风险值得称道的是,土(水)中盾构接收法作为一种新的盾构接收施工工艺,越来越受到施工人员的青睐,特别是在高风险的工况下,通过预先回填水土以平衡外部水土压力,彻底缓解了盾构接收期间的渗漏风险,极大地保证了隧道的安全土(水)中盾构接收法已成功在上海地铁黄浦江边盾构接收、杭州地铁钱塘江边盾构接收等多个项目中成功运用(见图6)图6上海地铁盾构水中接收
2.2盾构机正面切削障碍物辅助技术在城市轨道交通建设过程中,一些工程中会遇到盾构需穿越既有工作井的工况,早在20世纪90年代延安东路隧道南线施工盾构就成功切削穿越了C15素混凝土槽壁在此基础上,工程人员总结了一套与其相适应的施工参数和技术措施,并形成了切削障碍物(纤维钢筋混凝土等)的盾构刀盘刀具设计模式及一套盾构穿越障碍物的切削技术,同时借助信息化的动态施工管理,达到满足盾构切削障碍物施工及地面变形控制技术的要求在上海轨道交通9号线3标复兴路隧道工程中,针对地下连续墙采取特殊的爆破处理新技术,同时在盾构推进上采取针对性技术,为盾构机正面切削障碍物辅助技术提供了新思路工程中盾构需穿越运营中的复兴东路隧道浦西引导段及其地下连续墙根据调查,盾构穿越范围内的混凝土强度达到在40MPa左右(见图7)下行线969环预制方桩200×200施工隧道桩底标高-
7.45m复兴路下行线948环上行线936环板标高-
10.25m标高-
13.675m隧道复兴路隧道上行线958环以下范围施工隧道隧道中心标高为-19m墙底标高为-
23.500m800地下墙图7盾构穿越复兴路隧道地下连续墙平、剖面示意图在盾构穿越前施工人员采取爆破地下墙方案,在确保爆破振动和爆破破裂不损坏已有的复兴路隧道结构,并保证爆破后的地墙能被盾构切削,最后盾构仅仅花费了24h就成功穿越复兴东路隧道浦西引导段及其地下连续墙通过数个工程的实践,盾构机正面切削障碍物辅助技术得到了长足的发展,并初步形成一整套的技术措施,为今后盾构切削障碍物提供了有力的支持
2.3盾构穿越运行中的轨道交通的施工技术外滩隧道工程是上海一条纵向地下快速路,其隧道段为上下2层各3车道的圆隧道结构,全长约为1098m;圆隧道采用φ
14.27m的土压平衡盾构施工;2009年6月18日,盾构成功穿越了运营中的轨道交通2号线该隧道工程施工中采用超大直径土压平衡盾构近距离穿越运营中轨道交通,穿越范围共计40m;盾构顶部最小覆土仅为
8.52m;间距
1.46m;受2号线运营无法对其进行预加固;如果盾构穿越期间导致2号线停运,会影响100万市民的正常过江出行采取的主要措施有如下几条1)工程监测轨道交通2号线监测监测范围以外滩通道穿越2号线上、下行的中心(在2号线隧道上的投影点)为对称点,沿2号线向两端各延伸50m的隧道(共100m)采用电水平尺及相应的数据自动采集器组成的沉降自动监测系统,进行实时监控,以得到实时数据地表沉降监测沿隧道轴线每隔5m布置1个横向监测小断面,轴线上1点,左右7m各1点,共3个点,这3个点为深沉降监测点;推进试验段及穿越段共布置12个88横向小断面;每隔50m布置1个横向监测大断面,轴线上1点,左右距离轴线3m、4m、5m、14m各设置1点,共计9点隧道沉降监测在隧道推进试验段就开始加强对隧道沉降以及断面变形的监测取隧道管片上最低点为隧道沉降观测点,在穿越地铁2号线的过程中,每2环为一点监测范围为穿越前后10环,监测频率为从拼装工作面后2环开始,每天监测3次2)穿越区段划分严格控制穿越过程中的推进速度速度倡导不宜过高或过低,稳定控制在20mm/min,确保盾构均衡施工,以减少对周边土体的多次扰动影响3)2号线上部土体卸载控制该区域卸载量将从148t/m骤然增加到170t/m,为此在脱出1号车架的管片上立即堆载,钢垫块每延米摆放30t迅速开展结构同步施工,增强管片整体刚度;口子件内部的空档也堆载钢垫块,增加压重效果,控制2号线后期隆起
2.4国产地铁盾构机设计制造技术在2002年前,我国隧道建设速度与国内盾构设备制造技术的发展速度是极不相称的,一方面国内隧道建设对盾构机数量的要求空前高涨;另一方面,由于我国制造业、电子产业基础较为薄弱,盾构机设备几乎全部依赖进口,其中德国和日本多家公司的盾构机在中国市场的占有率达到了90%以上随着国家对盾构设备制造已加以重视,2002年,国家科技部将盾构机国产化列入国家863计划,上海隧道工程股份有限公司凭借40a地下工程装备制造的丰富经验,获得该计划中关于开发国产化盾构设备的一系列项目经过不懈努力和科技攻关,终于在2004年9月研制出中国首台具有多项专利权的地铁盾构机——先行号盾构机(见图8),为建立具有自主知识产权的盾构设备设计制造业树立了里程碑“先行号”盾构机达到目前国际先进水平结合软土地区的地层条件,分别在刀盘驱动系统、推进系统、管片拼装系统、加泥加水系统、盾尾密封系统和电气监控系统等方面有所创新,并形成了自主知识产权,实现了产品的高可靠性、适用性、可维护性和长寿命2004年10月,“先行号”盾构机投入于上海轨道交通2号线西延伸段古北路站—中山公园站区间隧道工程上行线施工(见图9)基于国产盾构机具备完善的PLC自动控制系统、数据采集系统及推进系统,确保盾构机在易产生流变的薄弱地层中顺利掘进并穿越了轨道交通3号线高架桥墩(隧道离承台桩基仅
3.9m)、净距
1.4m的大型箱涵(
4.2m×
3.7m),以及大量的建筑物和市政管线使用首台国产地铁盾构机顺利贯通区间隧道,填补了我国盾构施工地铁区间隧道的空白[3]图8“先行号”盾构机图9“先行号”盾构机始发2005年10月,“先行号”盾构机又在上海轨道交通9号线虹梅路站—桂林路站区间段得到再次应用,推进速度最高纪录达到了571m/月(单日最高达
38.4m),盾构的施工效率、工作质量、运作稳定等综合指标达到国际先进水平时至今日,通过技术人员不断对盾构机设计制造技术的优化和创新,国产地铁盾构机已具备4种型号,累计投产、销售和使用近50台,并先后应用于上海、南京、杭州、武汉、郑州、新加坡等地的轨道交通工程,受到了业主、承包商和设备租赁商的好评具有自主知识产权的国产盾构设备满足了我国基础建设、国防安全和经济增长的需要,提升了我国掘进机制造业的自主创新能力与核心竞争力,缩短了与国际先进水平的差距,填补了国产盾构机设计制造核心技术的空白
2.5DOT双圆盾构施工技术DOT双圆盾构施工法是指采用在同一平面上配置2个刀盘的双圆形加泥土压平衡盾构机进行隧道施工,并在圆形断面连接相切位置上设置“Y”89形(海鸥形)接头管片来构筑双圆形隧道的施工方法(见图10)DOT双圆隧道能代替以往地铁隧道和地下高速公路等一直使用的大断面圆形盾构构筑的单线(双向)隧道及两单圆形盾构构筑的双线(单向)隧道,由于优化了断面形式,有效减小了断面面积,使地下资源得到了最合理利用(见图11)图10DOT双圆盾构法示意图图11双圆与单圆断面比较图20世纪末,上海率先对日本的双圆盾构隧道工程技术进行引进、消化,通过管片结构设计和现场模拟试验对该项技术进行开发、应用,于2003年上海轨道交通8号线工程黄兴路站至开鲁路站的施工中首次成功采用了此项施工技术,标志着中国软土地区盾构法隧道工程技术新的突破,也使得中国成为继日本以后第2个掌握此项技术的国家2004年,上海市轨道交通6号线中民生路站-源深体育中心站—世纪大道站3个区间再一次采用双圆盾构施工,工程施工中涉及到近距离穿越原水箱涵(
1.57m)和共同沟(
0.84m)、小半径曲线推进(R420m)、浅覆土推进(4~5m)、首次近距离穿越民房(
1.02m)等多项关键技术,见图12和图13结合工程实践,通过研究获得了双圆盾构同步注浆、开挖面稳定控制、双圆盾构穿越建构筑物等新技术,确保工程于2006年顺利完成,其90中,建筑物的最终变形最大沉降量仅为-
4.07mm,最大隆起量仅为
4.63mm管线共同沟的最终变形最大沉降量仅为-
7.80mm,最大隆起量仅为
0.75mm该工程中总结和运用的新技术代表了当前双圆盾构隧道施工上的最高水平浅覆土区穿越建筑穿越共同沟图12隧道和周边环境平面图图13隧道和建(构)筑物相对位置剖面图3结语未来上海将继续积极推进“公交优先”战略,到2015年,公共交通将实现“5050”的目标,即市民群众选择公共交通出行方式,在中心城和郊区新城除慢行交通外的公共交通出行比重由目前的35%提高到50%;在公共交通方式中,轨道交通占总客运量的比重由目前的
31.2%提高到50%目前上海在建地铁线有5条,共计76座车站,盾构区间里程153km到2015年,上海市全市将形成650km的轨道交通运营网络,车站380座大规模的投资与规划要求地铁施工技术不断创新,相信未来的轨道交通技术将有更大的发展参考文献[1]鲁放,韩宝明,王芳玲.2012年中国城市轨道交通运营线路统计与分析[J].城市快轨交通,201326
(1)1-
3.[2]周文波.盾构进出洞施工风险分析及防治[C]//地下工程建设与环境和谐发展——第四届中国国际隧道工程研讨会文集.上海同济大学出版社,
2009.[3]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京中国建筑工业出版社,
2004.ABSTRACTSrubberasphaltperformanceisdeveloped.SeveralkeypointsaboutrubberasphaltareemphasizedincludingitsformingmechanismrawmaterialsofmineralaggregateforsurfacelayermatrixasphaltGTRandTORetc.technologyindexofTORmodifiedrubberasphaltanditsperformanceexaminationafteradoptingGTMmethod.Keywords:rubberasphalt;TORmodifier;rubberpowderOnConstructionNewTechnologyofUrbanRailTransitZHOUWen-bo[ShanghaiUrbanConstructionGroupCo.Ltd.Shanghai200122China]Abstract:WiththerapiddevelopmentsofurbanrailtransitinChinarailtransitconstructionneedsnewtechnologiestoresolvemanynewproblems.Aimingatstationconstructionnewtechnologiesarediscussedsuchasrailtransithubstationconstructionintegritytechnologyconstructiontechnologybynewtypecover-excavationmethodanddeepfoundationstrengtheningetc.AimingatinternaltunnelconstructionseveraltechnologiesundercomplicatedconditionsarediscussedincludingstartingreceivingtechnologyofshieldmachinesupporttechnologyofshieldcuttingbarrierconstructiontechnologyofshieldcrossingrunningrailtransitdesignmanufacturetechnologyofnationalmetroshieldandconstructiontechnologyofDOTdouble-roundshield.Keywords:urbanrailtransit;stationconstruction;internaltunnel;constructionnewtechnology;double-roundshieldOnMechanicalResponseDesignIndexofFlexibleBaseAsphaltPavementStructureofHeavyTrafficQIAOYing-juanShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstituteGroupCo.Ltd.Shanghai200092ChinaAbstract:Structuremechanicresponseofflexibleasphaltpavementiscalculatedunderheavytrafficinthispaper.Thedevelopingtendencyofsurfacedeflectiontensilestressorstrainatthebottomofstructurallayersandsurfaceshearstresswithloadincreasingisanalyzed.Themajordamagecharacteristicofflexiblepavementisproposed.Combinedwiththestudyoflonglifeflexibleasphaltpavementdesignindexofflexiblebaseasphaltpavementunderheavytrafficisproposed.Keywords:asphaltpavement;flexiblebase;heavytraffic;mechanicresponse;designindexACalculationAnalysisofGradedBrokenStoneLayerWorkinginTwoTypicalRoadPavementStructuresSHENGWei1ZENGZhi-wei
21.GuangdongMetallurgyArchitectureDesignResearchInstituteGuangzhou510080China;
2.GuangzhouTransportationEngineeringQuality113。