地铁车站与盾构法施工PPT版（共121页）PPT课件

1、地 下 铁 道 石家庄铁道学院地下工程系 内容 一、地下铁道概述 五、地下铁道施工地下铁道施工 一、地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成 地铁根据其功能、地铁根据其功能、 使用要求、设置位使用要求、设置位 置的不同划分成置的不同划分成车车 站站、区间区间和和车辆段车辆段 三个部分。三个部分。 一、 地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成 车站车站与乘客的关系与乘客的关系 极为密切；同时对极为密切；同时对 保证地铁安全运行保证地铁安全运行 起着很关键的作用。起着很关键的作用。 一、 地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成 区间区间是连接相邻两是连接相邻两 个车站的行车通道，个车站的行车通

2、道， 它直接关系到列车它直接关系到列车 的安全运行。的安全运行。 1 地面 2 地面 3 地面 1 1双跨框架侧式双跨框架侧式 2 2三跨框架岛式三跨框架岛式 3 3五跨框架一岛一侧式五跨框架一岛一侧式 4 4双层单跨框架双层单跨框架 重叠侧式重叠侧式 5 5双层双跨框架双层双跨框架 相错侧式相错侧式 6 6双层三跨框架双层三跨框架 重叠岛式重叠岛式 7 7单拱一岛二侧式单拱一岛二侧式 8 8双拱双岛式双拱双岛式 1010三拱塔柱岛式三拱塔柱岛式 9 9三拱立柱岛式三拱立柱岛式 1111单圆侧式单圆侧式 1212椭圆岛式椭圆岛式 1313钟形式钟形式 1414马蹄形式马蹄形式 1515马蹄形式

3、马蹄形式 a.平行相对式侧式站台平行相对式侧式站台b.平行错开式侧式站台平行错开式侧式站台 c.上下重叠式侧式站台上下重叠式侧式站台d.上下错开式侧式站台上下错开式侧式站台 结构形式及选择 构造要求 1、明挖法修建的隧道衬砌结构 2、矿山法修建的隧道衬砌结构 3、盾构法修建的隧道衬砌结构 4、特殊地段隧道衬砌结构 1、明挖法修建的隧道衬砌构造 2、矿山法修建的隧道衬砌构造 3、盾构法修建的隧道衬砌构造 线路中心线 车辆限界 建筑限界 OXY 3960 4500 540 4100 X 850 4350 =5200 车辆限界 建筑限界 5160 2604 2556 4820 3230795 795

4、 车辆限界 线路中心线 隧道中心线 建筑限界 3002200400 550 450 4100 4000 400 特点：整体性好，防水性能好，但施特点：整体性好，防水性能好，但施 工工序较多，速度较慢。工工序较多，速度较慢。 特点：整体性较差，对于有特殊要求特点：整体性较差，对于有特殊要求( (如防护、如防护、 抗震抗震) )的地段要慎重选用。的地段要慎重选用。 4100 500 300 550 300 4000 1502200 a、构件拼装式、构件拼装式 区间喇叭口隧道区间喇叭口隧道 喇叭口衬砌通常都采用整体式钢筋混凝土结构喇叭口衬砌通常都采用整体式钢筋混凝土结构。 衬砌的基本结构类型衬砌的基

5、本结构类型复合式衬砌复合式衬砌 由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。 3盾构法修建的隧道衬砌结构 武汉地铁武汉地铁 管片外径为管片外径为6.0m，环宽，环宽1.5m， 厚度为厚度为300mm。衬砌环纵、环。衬砌环纵、环 缝均采用弯螺栓连接。缝均采用弯螺栓连接。 管片模具管片模具未脱模的管片未脱模的管片 三环拼装试验台三环拼装试验台 模具清理模具清理 管片生产过程管片生产过程 混凝土浇筑混凝土浇筑 管片从模具内吊出管片从模具内吊出 抗压检测抗压检测 拼装试验拼装试验 管片存放管片存放 养护池内养护养护池内养护 钢管片：钢管片：焊接性好，便于加工和维修，

6、重量轻，焊接性好，便于加工和维修，重量轻， 便于施工；其缺点是刚度小、易变形，抗锈性便于施工；其缺点是刚度小、易变形，抗锈性 差，价格较贵。差，价格较贵。 铸铁管片：铸铁管片：强度高，防水和防锈蚀性能好，易强度高，防水和防锈蚀性能好，易 加工，刚度大；其缺点是价格较贵。加工，刚度大；其缺点是价格较贵。 按管片按材料可分为按管片按材料可分为: : 钢筋混凝土管片：钢筋混凝土管片：耐久性和耐压性都比较好，耐久性和耐压性都比较好， 刚度大刚度大 ，防水性能有保证；其缺点是重量大，防水性能有保证；其缺点是重量大， 抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中，抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中， 容易将

7、其角部碰坏。容易将其角部碰坏。 按管片螺栓手孔成型大小可分为按管片螺栓手孔成型大小可分为: : 箱形管片：箱形管片：因手孔较大而呈肋板形结构。接头因手孔较大而呈肋板形结构。接头 螺栓的穿入和拧紧比较方便，节省了材料，单螺栓的穿入和拧紧比较方便，节省了材料，单 块管片重量减轻，便于运输和拼装。但因截面块管片重量减轻，便于运输和拼装。但因截面 削弱较多，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂。削弱较多，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂。 平板型管片：平板型管片：因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲 板型结构的管片。截面削弱较少或无削弱，故板型结构的管片。截面削弱较少或无削弱，故 对千斤顶

8、推力具有较大的抵抗力，对通风的阻对千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻 力也较小。力也较小。 目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下 几种形式：几种形式： 单排螺栓连接：单排螺栓连接：按螺栓形状又可分为弯螺栓连按螺栓形状又可分为弯螺栓连 接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种。接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种。 (a)直螺栓联结 端肋 (b)弯螺栓联结 (c)斜螺栓联结 R 标准环 楔形环 /2 /2 封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种。封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种。 衬砌环的拼装形式有衬砌环的拼装形式有错缝错缝和和通缝通缝两种两种。 四、地铁工

9、程事故典型案例 1、上海轨道交通、上海轨道交通4号线联络通道冷冻法施工事故号线联络通道冷冻法施工事故 1、上海轨道交通、上海轨道交通4号线联络通道冷冻法施工号线联络通道冷冻法施工 事故事故 2、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤气爆炸、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤气爆炸 2、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤 气爆炸气爆炸 2、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤 气爆炸气爆炸 3、南京地铁一号线隧道市中心区段盾构隧道被淹 4、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌 4、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌

10、、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌 4、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌 5、广州地铁管片开裂、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷涌水与地表塌陷 5、广州地铁管片开裂、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷涌水与地表塌陷 5、广州地铁管片开裂、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷涌水与地表塌陷 6、广州地铁、广州地铁5号线号线地面塌陷 7、北京地铁十号线第二十二标段熊猫环岛 8、北京三环京廣橋輔路、北京三环京廣橋輔路排水管断裂引起 地面坍塌 9、北京地铁5号线12标段路面拱裂路面拱裂 9、北京地铁5号线12标段路面拱裂路面拱裂 10、北京地铁十号线苏州街车站、北京地铁十号线苏州

11、街车站坍塌事故 10、北京地铁十号线苏州街车站、北京地铁十号线苏州街车站坍塌事 故 图11 66断面图 图411 第四步支护结构支弯矩/Nm 10、北京地铁十号线苏州街车站、北京地铁十号线苏州街车站坍塌事 故 图11 支护和端头过梁断面图 图1 计算模型 11、深圳地铁、深圳地铁1号线续建工程白石洲站号线续建工程白石洲站 12、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故 12、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故 （二）施工事故原因分析 1 1、工程地质、水文地质条件复杂、工程地质、水文地质条件复杂 地铁线路所处地层的工程地质、水文地质条件复杂，受地 下水影响甚大

12、。 2 2、工程环境条件复杂、工程环境条件复杂 车站采用明挖法或浅埋暗挖法修建修建，且多处于十字路 口，施工不仅对交通有一定的影响，由于地下管网密布，且 邻近建筑物，工程环境条件十分复杂,施工具有很大的风险。 区间隧道采用盾构法或浅埋暗挖法修建，且在城市干道 下或下穿、侧穿建筑物修建，还可能穿越河流、铁路及多种 地下管线等，施工中具有很大的风险。 3 3、工程结构形式多、施工工法多、施工难度大、工程结构形式多、施工工法多、施工难度大 车站明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法 区间明挖法、盾构法、浅埋暗挖法 4 4、地铁建设规模空前、地铁建设规模空前 目前全国有目前全国有2222座城市正在修建地铁座城市正

13、在修建地铁, ,工程规模大工程规模大, ,投资之多。投资之多。 建设管理、勘察、设计、施工、监测等方面人才不足及经验贫乏。建设管理、勘察、设计、施工、监测等方面人才不足及经验贫乏。 5 5、工程前期工作量大，工作难度大，有些不能出来到位、工程前期工作量大，工作难度大，有些不能出来到位 新建线路涉及面广，拆迁占地范围较大，地下管线加固、改 移和交通导改等协调工作量大、难度大，甚至制约工期。 （二）施工事故原因分析 1 1）塌方）塌方 2 2）涌水或渗水（突水）涌水或渗水（突水） 3 3）隧道结构变形过大）隧道结构变形过大 4 4）周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏）周围建（构）筑物、路面及地

14、下管线的破坏 （三）规避工程风险之对策 （1 1）浅埋暗挖法施工，虽然拱顶有小导管超前支护，但掌）浅埋暗挖法施工，虽然拱顶有小导管超前支护，但掌 子面是敞开的，掌子面的稳定关系到隧道本身和地面的安子面是敞开的，掌子面的稳定关系到隧道本身和地面的安 全。全。 （2 2）浅埋暗挖法支护主要由人工完成，施工质量受人为）浅埋暗挖法支护主要由人工完成，施工质量受人为 因素影响较多，支护背后充填密实、拱脚支垫稳定、支护因素影响较多，支护背后充填密实、拱脚支垫稳定、支护 封闭距离等工艺细节直接影响施工变形和安全。封闭距离等工艺细节直接影响施工变形和安全。 （3 3）施工中不确定性因素比明挖法和盾构法工法要多

15、，）施工中不确定性因素比明挖法和盾构法工法要多， 施工风险也相应增大。施工风险也相应增大。 浅埋暗挖法施工易发生的技术因素：浅埋暗挖法施工易发生的技术因素： 2 2、盾构法修建区间隧道、盾构法修建区间隧道 盾构法施工是在盾构机壳体的保护下进行掘进的。 从整体上来说，盾构法施工时的安全风险性是比较小 的。但由于施工中各种不确定性因素的存在，盾构法 施工仍存在工程风险和发生安全事故。 施工阶段可能存在的安全事故 盾构进出洞阶段 工作井塌方 盾构进出洞漏水漏浆 盾构进出洞时机械故障 盾构进洞时轴线偏离过大 盾构推进阶段 土仓压力设置不当 盾构正前方工作面失稳 盾构前方地层出现空洞 盾构遭遇障碍物 注

16、浆参数控制不当 运输车脱轨、碰撞 盾构推进中轴线控制不佳 盾尾密封失效 管片接头漏水漏浆 管片拼装时碰撞、就位不准 盾构机及其辅助设备故障 其它 盾构施工事故类型：盾构施工事故类型： 盾构到达事故盾构到达事故 盾构接收井外地面沉陷盾构接收井外地面沉陷 盾构塌方事故盾构塌方事故 联络通道塌方引起地面沉降和建筑物倾斜联络通道塌方引起地面沉降和建筑物倾斜 盾构施工规避安全风险对策：盾构施工规避安全风险对策： 防止盾尾漏浆措施防止盾尾漏浆措施 （1）提高同步注浆质量与管理 （2）加强盾尾舱的管理 （3）盾尾漏浆对策 防止隧道过量沉降和上浮的措施防止隧道过量沉降和上浮的措施 在盾构掘进过程中，严格土仓土

17、压平衡，对盾构 机和管片进行姿态控制，加强同步及二次注浆，加强 隧道监测。 砂卵石地层与其它地层相比，具有明显的特殊性，盾构掘 进存在较大的困难，主要体现在以下几个方面： （1）砂卵石是一种典型的力学不稳定地层，地层反应灵敏，开 挖面不稳定，容易产生坍塌； （2）砂卵石颗粒的塑流性极差，土压平衡不易控制，而且土渣 向外排出也较困难； （3）砂卵石切削机理不明，盾构推力与刀盘扭矩难以确定； （4）刀盘、刀具磨损严重。 3 3、明挖法修建车站及区间、明挖法修建车站及区间 通过对明挖法施工的基坑事故的风 险分析可知，明挖法施工容易导致的安 全事故大致可分为10种，如下表所示。 在下表中的17项，其最

18、终的结果是导 致基坑坍塌、周围建（构）筑物、地下 管线破坏以及人员伤亡。 编号安全风险事故 1基坑侧壁渗漏 2支撑系统失稳 3坑底隆起破坏 4围护结构整体失稳 5坑底管涌、流砂 6坑内滑坡 7围护结构折断或大变形 8周围建（构）筑物损伤或破坏 9路面破坏 10人员伤亡及财产损失 基坑施工规避安全风险对策： （1）基坑开挖过程中的时空效应 （2）基坑钢管支撑的质量控制 （3）基坑开挖纵向入坡的坡度控制 （4）做好深基坑内排水工作 （5）合理确定结构施工段长度，减少基坑 暴露时间 （6）严禁在基坑周边堆放、瞬时增加荷载 （7）加强对基坑开挖施工全过程的监控 4 4、妥善处理好地铁施工与地下管线、妥

19、善处理好地铁施工与地下管线 的关系的关系 （1）现状及特点 管线修建年代久：地下管线分布密 集，种类繁多，建设年代远近不一，并 分属多个管理部门。 供水管网中部分管线使用年限过长， 部分管线已处于超期使用，安全系数极 低。 管线破裂或渗漏具有突发性或隐伏性 由于各种管线埋藏在地下，不容易 探明管线的确切位置，在施工时，发生 事故前没有任何预兆。 造成的后果严重，社会影响大 由于管线的破裂造成居民停水、停 电、中断通信信号以及发生交通阻塞， 造成的社会影响极大。 （3 3）管线安全控制措施）管线安全控制措施 在地铁施工过程中进行管线的安全控制是非常在地铁施工过程中进行管线的安全控制是非常 必要的

20、，不但可以保证管线的安全，同时也能避免必要的，不但可以保证管线的安全，同时也能避免 因管线问题诱发的地铁及周边其他建（构）筑物的因管线问题诱发的地铁及周边其他建（构）筑物的 安全事故。具体控制措施可从以下几方面着手。安全事故。具体控制措施可从以下几方面着手。 详细了解施工场区的管线情况详细了解施工场区的管线情况 要实现地下管线的安全控制，首先必须了解要实现地下管线的安全控制，首先必须了解 施工场区管线信息，包括：施工场区管线信息，包括： 1 1）管线埋置深度、管线走向、管线及其接头的）管线埋置深度、管线走向、管线及其接头的 型式、管线与基坑的相对位置等。可根据城市测绘型式、管线与基坑的相对位置

21、等。可根据城市测绘 部门提供的综合管线图，并结合现场踏勘确定。部门提供的综合管线图，并结合现场踏勘确定。 2 2）管线的基础型式、地基处理情况、管线所处）管线的基础型式、地基处理情况、管线所处 场地的工程地质情况。场地的工程地质情况。 3 3）管线所在道路的地面人流与交通状况，以便）管线所在道路的地面人流与交通状况，以便 制定适合的测点埋设和监测方案制定适合的测点埋设和监测方案。 制定科学合理的管线控制标准和工前加固方案制定科学合理的管线控制标准和工前加固方案 管线控制标准管线控制标准: :根据管线探查的结果，结合施工场区的地质条件、施工根据管线探查的结果，结合施工场区的地质条件、施工 方法等

22、，在施工前要对管线的受力和变形进行预测分析，并综合考虑方法等，在施工前要对管线的受力和变形进行预测分析，并综合考虑 管线的使用功能、埋设年代、材质、构造、接头形式等诸因素，借助管线的使用功能、埋设年代、材质、构造、接头形式等诸因素，借助 已有的控制标准对管线的安全性作出评价，并制定出科学合理的管线已有的控制标准对管线的安全性作出评价，并制定出科学合理的管线 变形控制标准，以确保管线在地铁施工期间的安全。变形控制标准，以确保管线在地铁施工期间的安全。 工前加固方案工前加固方案: :对于无法满足控制标准的管线，应在地铁施工前进行加对于无法满足控制标准的管线，应在地铁施工前进行加 固，提高其抗变形能

23、力。对于影响地铁施工安全的管线，如渗漏严重固，提高其抗变形能力。对于影响地铁施工安全的管线，如渗漏严重 的管线，在地铁施工前也应采取有效措施进行治理，如注浆等。的管线，在地铁施工前也应采取有效措施进行治理，如注浆等。 采取切实有效的监测方法采取切实有效的监测方法 地下管线的监测内容包括垂直沉降和水平位移地下管线的监测内容包括垂直沉降和水平位移 两部分，一般而言，相对于水平位移，沉降监测更两部分，一般而言，相对于水平位移，沉降监测更 加重要。地下管线测点重点布置在有压管线（如煤加重要。地下管线测点重点布置在有压管线（如煤 气管线、给水管线等）上，对抗变形能力差、易于气管线、给水管线等）上，对抗变

24、形能力差、易于 渗漏和年久失修的雨污水管也应重点监测。测点布渗漏和年久失修的雨污水管也应重点监测。测点布 置在管线的接头处或者对位移变化敏感的部位，沿置在管线的接头处或者对位移变化敏感的部位，沿 着管线延伸方向每着管线延伸方向每5 515m15m布置一个测点。布置一个测点。 洞内施工：根据监控量测数据，当发现 管线渗漏或管线的阶段沉降超过阶段控 制标准时，应采取有效措施，如在洞内 打设注浆钢花管，对管线下方及周围软 化土体加固，提高地层抗变形能力。 1. 明确安全管理目标，健全安全管理 体系 (1)规划阶段 ：对区域环境条件和地质状况作出正确判断，对岩土特 性初步勘探调查，研究工程修建存在的风

25、险能否规避，施工安全能否 得到保证，对线位和站位选择要十分谨慎。 （2）设计阶段：进一步掌握地质状况和岩土特性，作出符合安全和 客观条件的设计；设计要充分考虑工程结构的安全性和施工的可操作 性；制定安全准则；对工程环境条件作充分调查，并采取有力措施， 保证施工安全和工程环境安全，编制监控量测计划等。进一步优化设 计方案，提高设计质量。对工程风险从设计角度提出应对措施。 （三）强化工程建设管理（三）强化工程建设管理 （3）施工阶段：编制可行的实施性施工组织设计；严格 按设计文件和相关规范进行施工；对工程风险进行分析并 采取有效的相应对策，制定专项施工方案；对工程施工安 全建立完善的管理体系；编制

26、详尽的监控量测计划和实施 方案，制定专人负责，严格按程序开展工作，切实做到信 息化施工。加强施工过程管理，加强监理工作。 （4）建设单位依法履行职责，遵循基建程序，充分发挥 总体协调作用，为施工单位提供安全生产的必须条件，监 督施工过程中的安全。 五、地下铁道施工五、地下铁道施工 （一）施工方法的选择 （二）明挖法施工 （三）盖挖法施工 （四）新奥法施工 （五）盾构法施工 （六）沉埋法施工 （一）施工方法的选择 一一施工方法分类施工方法分类 地铁隧道施工方法选择 主要受工程地质、水文地 质、地形地貌、沿线环境 的要求、施工单位的技术 水平、施工进度、经济条 件等因素限制。 明挖法盖挖法矿山法新

27、奥法 盾构法沉管法掘进机法顶进法 1、方法概述 二二明挖法明挖法 开挖基坑 修筑衬砌 回填土石 恢复路面 二二明挖法明挖法 2、优点 施工方法简单，技术成熟。 工程进度快，工作面大， 便于机械和大量劳动力投 入，根据需要可以分段同 时作业。 浅埋时工程造价和运营费 用均较低，且能耗较少。 二二明挖法明挖法 3、缺点 外界气象条件对施工影响较大。 施工对城市地面交通和居民地 正常生活有较大影响，且易造 成噪音、粉尘及废弃泥浆等的 污染。 需要拆除工程影响范围内的建 筑物和地下管线。 在饱和的软土地层中，深基坑 开挖引起的地面沉降较难控制， 且坑内土坡的纵向稳定成为威 胁工程安全的重大问题。 二二

28、明挖法明挖法 二二明挖法明挖法 4、分类 敞口明挖也称无围护结 构基坑明挖，靠放坡保持 土坡稳定。 具有围护结构的明挖法 的围护结构分类很多，如 地下连续墙、灌注桩、钢 板桩等。 二二明挖法明挖法 二二明挖法明挖法 二二明挖法明挖法 二二明挖法明挖法 5、适用范围 敞口明挖适用于地面开阔， 周围建筑物稀少，地质条件 好，土质稳定且在基坑周围 无较大荷载，对基坑周围的 位移和沉降无严格要求的情 况。 具有围护结构的明挖适用 于施工场地狭窄，土质自立 性较差，地层松软，地下水 丰富，建筑物密集的地区。 二二明挖法明挖法 6、发展方向 1)有效井点降水系统； 2)可靠的支撑系统； 3)大型土方机械，混凝土搅 拌及运输机械。 三三盖挖法盖挖法 1、方法概述 修筑边墙 开挖顶部土体 修筑顶盖 回填并恢复路面 开挖下部土体 修筑底板及内部结构 三三 盖挖法盖挖法 2、优点 简化施工程序，降低工程 造价。可靠近地面建筑物 的基础施工。 占地宽度比一般明挖法小， 且无振动和噪音。 可最大限度地减少地面交 通的干扰。 可免去或减少施工时的水 平支撑系统。 在松软地层中修建地下多 层建筑物的好方法。 三三 盖挖法盖挖法 3、缺点 施工工序复杂，交叉作业多。出土不方便。 板墙柱接头多，防水困难。工效低，速度慢