lA地铁车站与盾构法施工

1、地 下 铁 道 1内容一、地下铁道概述二、车站的类型三、 区间隧道结构与构造四、地铁施工安全问题的敏感性分析 五、地下铁道施工2一、地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成 地铁根据其功能、使用要求、设置位置的不同划分成车站、区间和车辆段三个部分。3一、 地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成 车站与乘客的关系极为密切；同时对保证地铁安全运行起着很关键的作用。4一、 地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成 区间是连接相邻两个车站的行车通道，它直接关系到列车的安全运行。 5(1)地下车站：车站结构位于地面以下。(2)地面车站：车站位于地面。(3)高架车站：车站位于地面高架桥上。1地面2地面3

2、地面二、车站的类型6(1)浅埋车站：车站结构顶板位于地面以下的深度较浅。 (2)深埋车站：车站结构顶板位于地面以下的深度较深。按车站埋深分类 7(1)中间站(即一般站)：中间站仅供乘客上、下车之用。 (2)区域站(即折返站)：区域站是设在两种不同行车密度交界处的车站。(3)换乘站：换乘站是位于两条及两条以上线路交叉点上的车站。(4)枢纽站：枢纽站是由此站分出另一条线路的车站。 按车站运营性质分类 8(1)矩形断面 按车站结构横断面形式分类 1双跨框架侧式 2三跨框架岛式 3五跨框架一岛一侧式 4双层单跨框架重叠侧式 5双层双跨框架相错侧式 6双层三跨框架重叠岛式 9按车站结构横断面形式分类 (

3、2)拱形断面7单拱一岛二侧式 8双拱双岛式10按车站结构横断面形式分类 (3)圆形断面10三拱塔柱岛式 9三拱立柱岛式 11单圆侧式 11按车站结构横断面形式分类 (4)其它类型断面 12椭圆岛式 13钟形式 14马蹄形式 15马蹄形式 12(1)岛式站台： 站台位于上、下行行车线路之间。按车站站台型式分类 13岛式站台特点：岛式车站具有站台面积利用率高、能灵活调剂客流、乘客使用方便等优点，因此，一般常用于客流量较大的车站。 有喇叭口(常用作车站设备用房)的岛式车站在改建扩建时，延长车站是很困难的。 按车站站台型式分类 14(2)侧式站台：站台位于上、下行行车线路的两侧，这种站台布置形式称为侧

4、式站台。按车站站台型式分类 15按车站站台型式分类 a.平行相对式侧式站台b.平行错开式侧式站台c.上下重叠式侧式站台d.上下错开式侧式站台侧式站台16侧式站台特点： 侧式车站站台面积利用率、调剂客流、站台之间联系等方面不及岛式车站，因此，侧式车站多用于客流量不大的车站及高架车站。 当车站和区间都采用明挖法施工时，车站与区间的线间距相同，故无需喇叭口，减少土方工程量，改建扩建时，延长车站比较容易。 按车站站台型式分类 17(3)岛、侧混合式站台：岛、侧混合式站台是将岛式站台及侧式站台同设在一个车站内。 按车站站台型式分类 18地下铁道车站平面 地铁车站由车站主体(站台、站厅，生产、生活用房)，

5、出入口及通道，通风道及地面通风亭等三大部分组成。 1920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 三、 区间隧道结构与构造 21线路中心线车辆限界建筑限界OXY396045005404100X矩形隧道建筑限界(明挖法施工)228504350=5200车辆限界建筑限界圆形隧道建筑限界 (盾构法施工)232451602604255648203230795795车辆限界线路中心线隧道中心线建筑限界马蹄形隧道建筑限界

6、(暗挖法施工)2526300220040055045041004000400特点：整体性好，防水性能好，但施工工序较多，速度较慢。27 特点：整体性较差，对于有特殊要求(如防护、抗震)的地段要慎重选用。410050030055030040001502200a、构件拼装式28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。第一段第二段第三段aabb29衬砌的基本结构类型复合式衬砌由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。 303盾构法修建的隧道衬砌结构3132武汉地铁管片外径为6.0m，环宽1.5m，厚度为300mm。衬砌环纵、环缝均采用弯螺栓连接。 管片模具未脱模的管片三环拼装试验台33

7、模具清理 管片生产过程混凝土浇筑 管片从模具内吊出 34抗压检测 拼装试验 管片存放 养护池内养护 35钢管片：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，抗锈性差，价格较贵。铸铁管片：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。 按管片按材料可分为: 钢筋混凝土管片：耐久性和耐压性都比较好，刚度大 ，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，容易将其角部碰坏。36按管片螺栓手孔成型大小可分为: 箱形管片：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，单块管片重量减轻，便于运输和拼装。但因截面削弱较多

8、，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂。37平板型管片：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，故对千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻力也较小。 38 目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下几种形式： 单排螺栓连接：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。(a)直螺栓联结端肋39(b)弯螺栓联结(c)斜螺栓联结404142R标准环楔形环/2/24344 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错缝和通缝两种。 (a)通缝(b)错缝454647四、地铁工程事故典型案例1、上海轨道交通4号线联络通道冷冻法施工事故481、上海轨道交通4

9、号线联络通道冷冻法施工事故492、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤气爆炸502、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤气爆炸512、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤气爆炸523、南京地铁一号线隧道市中心区段盾构隧道被淹534、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌 544、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌554、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌565、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷575、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷585、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷596、广州地铁5号线地面塌陷 607、北京地铁十号线第二十二标段熊猫环岛618、北京三环京廣橋輔路排水管断裂引起地面坍塌 629、北京地铁5号线12标

10、段路面拱裂639、北京地铁5号线12标段路面拱裂6410、北京地铁十号线苏州街车站坍塌事故6510、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/Nm6610、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6711、深圳地铁1号线续建工程白石洲站6812、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故6912、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故70（二）施工事故原因分析1、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。2、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

11、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。713、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、地铁建设规模空前 目前全国有22座城市正在修建地铁,工程规模大,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。5、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

12、大，甚至制约工期。（二）施工事故原因分析721）塌方 2）涌水或渗水（突水） 3）隧道结构变形过大 4）周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏 （三）规避工程风险之对策73 （1）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全。 （2）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、支护封闭距离等工艺细节直接影响施工变形和安全。 （3）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。 浅埋暗挖法施工易发生的技术因素：742、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

13、。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。75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76盾构施工事故类型：盾构到达事故盾构接收井外地面沉陷盾构塌方事故联络通道塌方引起地面沉降和建筑物倾斜77盾构施工规避安全风险对策：防止盾尾漏浆

14、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 在盾构掘进过程中，严格土仓土压平衡，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。78 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。 盾构在砂卵石地层掘进的问题793、明挖法修建车站及区间 通过对明

15、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。80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81 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

16、、瞬时增加荷载 （7）加强对基坑开挖施工全过程的监控824、妥善处理好地铁施工与地下管线的关系（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。83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。84（3）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必要的，不但可以保证管线的安全，

17、同时也能避免因管线问题诱发的地铁及周边其他建（构）筑物的安全事故。具体控制措施可从以下几方面着手。85 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，首先必须了解施工场区管线信息，包括： 1）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。可根据城市测绘部门提供的综合管线图，并结合现场踏勘确定。 2）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。 3）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。86 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: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，在施工前要对管线的受力

18、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。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。87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（如煤气管线、给水管线等）上，对抗变形能力差、易于渗漏和年久失修的雨污水管也

19、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，沿着管线延伸方向每515m布置一个测点。88洞内施工：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。891. 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

20、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90（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

21、过程中的安全。91五、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92（一）施工方法的选择一施工方法分类 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奥法盾构法沉管法掘进机法顶进法93 1、方法概述二明挖法开挖基坑修筑衬砌回填土石恢复路面94二明挖法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。95二明挖法 3、缺点

22、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。96二明挖法97二明挖法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。98二明挖法99二明挖法100二明挖法101二明挖法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

23、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。102二明挖法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。103三盖挖法 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104三 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。105三 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。结构完成前，中间立柱承受荷载有限。106三 盖挖法 4、分类盖挖顺作法盖挖逆作法盖挖半逆作法顺作与逆作组合盖挖与暗挖组合盖挖与盾构组合107三 盖挖法5