《基础设施施工新技术及创新》课件-第三章 城市轨道交通

基础设施施工——城市轨道交通基础设施施工——城市轨道交通第1节城市轨道交通基本概述及特点作用创新案例层次化互联网互通技术一体化综合自动化控制技术基于车-车通信的全自主运行技术创新案例智能运维技术城市轨道交通基本概述（一）城市轨道交通基本概述在我国《城市公共交通常用名词术语》中,将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力,采取轮轨运转方式的快速大运量城市公共交通之总称”。目前城市轨道交通有地铁、轻轨、单轨、有轨电车、城际轨道、磁悬浮列车、线性电机车辆系统和新交通系统等多种类型动力车辆组成,号称“城市交通的主动脉”。城市轨道交通基本概述地铁1轻轨2公共交通国际联会关于轻轨运输系统(LightRailTransit)的解释文件中提到:轻轨铁路是一种使用电力牵引、介于标准有轨电车和快运交通系统(包括地铁和城市铁路)中间,用于城市旅客运输的轨道交通系统地下铁道是由电气牵引、轮轨导向、车辆编组运行在全封闭的地下隧道内,或根据城市的具体条件运行在地面、高架线路上的大容量快速轨道交通系统,简称地铁城市轨道交通基本概述单轨3有轨电车4有轨电车是使用电力牵引、轮轨导向、单辆或两辆编组运行在城市路面线路上的低运量轨道交通系统单轨系统是指通过单一轨道梁支撑车厢并提供引导作用而运行的轨道交通系统,其最大特点是车体比承载轨道要宽。根据支撑方式的不同,单轨一般包括跨座式单轨和悬挂式单轨两种类型城市轨道交通基本概述城际轨道5磁悬浮列车6磁悬浮列车是一种运用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理,依靠电磁力来使列车悬浮并走行的轨道运输方式。它是一种新型的没有车轮、采用无接触行进的轨道交通系统城市铁路是由电气或者内燃机车牵引、轮轨导向、车辆编组运行在城市及卫星城之间,以地面专用线路为主的大运量快速轨道交通系统城市轨道交通基本概述线性电机车辆系统7新交通系统8新交通系统目前还没有统一和严格的定义,从广义上来讲,是指那些与现有运输模式不同的各种短距离新交通方式的总称。狭义的新交通系统则定义为由电力牵引、具有特殊导向、操纵和转折方式的胶轮车辆,单车或数辆编组运行在专用轨道梁上的中小运量轨道运输系统。线性电机车辆轨道交通系统(LinearMotorCar)是由线性电机牵引,轮轨导向,车辆编组运行在小断面隧道、地面和高架专用线路上的中运量轨道交通系统。之所以将线性电机牵引的轨道交通系统列为独立的系统,是因为该系统与地下铁道、城际轨道、轻轨等有明显区别。城市轨道交通基本概述无论是轻轨还是地铁，都可以建在地下、地面或高架桥上；轻轨和地铁同为城市轨道交通，它们的区别主要体现在运力上，以单向最大高峰小时客流量为指标。划分两者的依据是单向最大高峰小时客流量的大小：地铁能适应的单向最大高峰小时客流量为3-6万人次；轻轨能适应的单向最大高峰小时客流量为1-3万人次。地铁、轻轨的区别城市轨道交通基本概述（二）城市轨道交通的特点和作用城市轨道交通的特点1城市轨道交通和其他公共交通相比,优势比较明显。它们具有的共同特点如下：（1）运输能力大（2）运行速度高（3）乘坐舒适（4）环境污染小（5）运行安全（6）准点停靠城市轨道交通基本概述城市轨道交通对城市发展的作用2（1）城市轨道交通可以缓解城市交通拥挤问题。（2）城市轨道交通具有活跃城市经济、拉动城市发展、提高城市形象的功能。（3）优先发展城市公共交通,是城市公共交通战略的重要内容,更是促进我国城市健康发展的重要战略。（4）发达的城市轨道交通网络就是一个现代化城市不可缺少的标志。第2节城市轨道交通的基本施工工艺城市轨道交通的基本施工工艺（一）明挖法施工明挖法是指在地铁施工时挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上进行结构施工,当完成地下主体结构后回填基坑及恢复地面的施工方法。在地铁施工中,若场地开阔、建筑物稀少、交通及环境允许时,应优先采用施工速度快与造价较低的明挖法施工。与公路、铁路等工程一样,城市轨道交通工程也有很多施工方法,常见的有明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法、盾构法、沉管法和其他特殊施工方法等。城市轨道交通的基本施工工艺明挖法的特点1明挖法施工难度小,容易保证质量,工期短及造价低,因此在早期的地下工程施工中应用较多。但由于该法占地多、拆迁量大、影响交通及噪声污染严重,且随着浅埋暗挖法施工技术的进步和盾构法的引进,明挖法在地下工程修建中应用逐渐减少。目前仅适用于开阔地段或者不太影响交通的地段。优点：施工简单、快捷、经济、安全；缺点：对周围环境的影响较大。明挖法的施工工艺2明挖法施工一般可分为四个步骤：围护结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土。城市轨道交通的基本施工工艺明挖法车站施工顺序各地区采用明挖车站结构，最大的不同之处在于其围护结构，围护结构的选定主要取决于：该地区的工程地质、水文地质以及该车站所处城市的位置。城市轨道交通的基本施工工艺a、明挖法基坑支护类型放坡开挖土钉墙深层搅拌水泥土围护墙高压旋喷桩槽钢钢板桩钢筋混凝土板桩钻孔灌注桩（按成桩工艺：干作业法钻孔灌注桩；泥浆护壁法钻孔灌注桩；套管护壁法钻孔灌注桩）地下连续墙SMW(劲性水泥搅拌桩)工法城市轨道交通的基本施工工艺明挖基坑钢支撑体系城市轨道交通的基本施工工艺明挖基坑锚索支撑体系车站分层浇筑呼和浩特地铁明挖法换乘车站创新案例深基坑侧壁夹层水处理技术夹层水处理施工图洗井水泵安装示意图参考文献：张旭,王文千,许有俊,车广义,伍绍红.呼和浩特地铁明挖法换乘车站节能减排技术创新[J].建筑结构,2022,52(S1):3238-3242.城市轨道交通的基本施工工艺（二）盖挖法施工盖挖法施工技术是先用地下连续墙、钻孔桩等形式做围护结构和中间桩,然后做钢筋混凝土盖板,在盖板、围护墙、中间桩保护下进行土方开挖和结构施工。盖挖法有逆作、半逆作和顺作三种施工方法。城市轨道交通的基本施工工艺盖挖法的特点1a、盖挖法的边墙既为结构的永久性边墙，又兼有基坑围护的双重作用，因而可简化施工程序，降低工程造价。b、边墙用混凝土等刚性材料修筑，其变形量小，因而可靠近地面建筑物的基础施工，而不至对其产生影响。c、采用盖挖法施工，占地宽度比一般明挖法小，且无振动和噪声。d、盖挖法的顶盖一般均距地表面很近，这可缩短从破坏路面、修筑顶盖到恢复路面所需的时间，从而最大限度地减少对地面交通的干扰。e、由于盖挖法是自上而下修建的，先修的顶盖成为基坑内的一道横撑，如为多层结构，则盖板将起到支撑的作用，从而可免去或减少施工时的水平支撑系统。f、盖挖法是在松软地层中修建地下多层建筑物的最好方法。城市轨道交通的基本施工工艺盖挖法的施工工序2盖挖法按其主体结构的施工顺序,可分为盖挖顺作法、盖挖逆作法和盖挖半逆作法三种方法。a、盖挖顺作法在现有道路上,按所需宽度,由地表面完成挡土结构后,以定型的预制标准覆盖结构(包括纵、横梁和路面板)置于挡土结构上维持交通,往下反复进行开挖和加设横撑,直至设计标高依序由下而上建筑主体结构和防水设施,回填土并恢复管线或埋设新的管线。盖挖顺作法的施工步骤示意图城市轨道交通的基本施工工艺b、盖挖逆作法盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。盖挖顺作法的施工步骤示意图城市轨道交通的基本施工工艺C、盖挖半逆作法盖挖半逆作法与逆作法的区别仅在于顶板完成及恢复路面后，向下挖土至设计标高后先浇筑底板，再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力。盖挖半逆作法的施工步骤示意图第3节盾构法施工——上海轨道交通9号线二期创新案例项目难点：参考文献：吴惠明,汤漩.上海轨道交通9号线超浅覆土盾构施工引起的地面变形特性及对策[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.,2009:131-138.1、在超浅覆土的条件下近距离穿越上海轨道1号线，盾构与1号线隧道的最小距离仅为0.83米；2、施工条件限制，盾构顶覆土最小深度仅为4.2米；3、盾构穿越过程中遭遇大量公用管线，其中离盾构最近的雨水管道距离仅为0.34米，施工风险极大；4、必须在4米左右的超浅覆土条件下，从地下穿越一批三十年代建造的楼房而不损坏房屋。——上海轨道交通9号线二期创新案例施工参数盾构穿越技术同步注浆和二次注浆管片拼装盾构姿态控制动态信息传递——上海轨道交通9号线二期创新案例穿越后控制段待车架过穿越段，随即严格遵循“多点、少量、均匀、多次”原则实施叠交注浆工作。盾构法施工盾构施工是以盾构机作为施工机械在地下暗挖隧道的一种施工方法。盾构机是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。按盾构机横断面形状不同可将其分为圆形、拱形、矩形、马蹄形四种。其中圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好、衬砌拼装简便以及可采用通用构件易于更换,因而广泛应用于地下、水下隧道施工中。盾构法施工盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线一边向前推进一边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾,它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用,承受周围土层的压力,有时还起着承受城市轨道交通的基本施工工艺（一）盾构机类型与构成盾构机的类型1根据盾构机的工作原理、挖掘方式、横断面的形状和盾构机的功能、用途等可将盾构机进行以下分类：①根据工作原理划分：手掘式盾构机、挤压式盾构机、半机械式盾构机（局部气压、全局气压)、机械式盾构机（开胸式切削盾构、气压式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构、混合型盾构、异型盾构）②根据开挖方式划分：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。城市轨道交通的基本施工工艺根据盾构机的工作原理、挖掘方式、横断面的形状和盾构机的功能、用途等可将盾构机进行以下分类：③按盾构机横断面的形状划分：半圆形、圆形、椭圆形、马蹄形、双圆塔接形（竖双圆形、横双圆形）、三圆塔接形、矩形（矩形、凸字形、凹字形）④按盾构机的功能和用途划分：直角弯隧道盾构、偏心急弯曲线盾构、大坡度盾构、地中对接盾构(CIＤ工法、MSD工法〉、侧接盾构、站盾构分岔盾构、路线可变扭曲盾构、竖向掘削盾构（上、下掘盾构）、扩径盾构、变径盾构、大深度盾构、长距离盾构机、高速掘进盾构机。城市轨道交通的基本施工工艺（一）盾构机类型与构成盾构机的构成2三部分〉、连接桥架、1号〜5号台车。盾构机按构造主要划分为五部分:壳体、排土系统、推进系统、衬砌拼装系统和辅助注浆系统。城市轨道交通的基本施工工艺S-261盾构机城市轨道交通的基本施工工艺（二）盾构开挖方式常用的盾构开挖方法有敞开式开挖、机械切削式开挖、网格式开挖和挤压式开挖等多种工法。敞开式开挖1手掘式及半机械式盾构机均为敞开式开挖,这种方法适用于地质条件较好、开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施能维持稳定的情况,其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。城市轨道交通的基本施工工艺机械切削式开挖2机械切削式开挖就是对与盾构机直径相仿的全断面采用旋转切削刀盘的开挖方法。根据地质条件的好坏,刀盘可分为刀架间无封板和有封板两种。网格式开挖3采用网格式开挖的开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑力是由土的黏聚力和网格厚度范围内的阻力产生的。城市轨道交通的基本施工工艺挤压式开挖4全挤压式和局部挤压式开挖,由于不出土或仅部分出土,对地层有较大的扰动,在施工放线时,应尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时,要精心控制出土量,以减少和控制地表沉降。全挤压式施工时,盾构把四周一定范围内的土体挤压密实。城市轨道交通的基本施工工艺（三）盾构法的特点优点1a、地面作业很少(除竖井外),隐蔽性好,噪声、振动对环境的影响小b、隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深度的影响,适用于深埋隧道c、穿越河底或海底时,不影响通航,也不受气候的影响d、在地面建筑群和地下管线密集的区域施工时对周围环境影响较小e、自动化程度高,劳动强度低,施工速度快城市轨道交通的基本施工工艺（三）盾构法的特点缺点2a、施工设备费用高b、覆土较浅时,地表沉降较难控制c、施作小半径隧道时掘进比较困难城市轨道交通的基本施工工艺（四）盾构法施工工序盾构井施工→盾构机吊装→进洞段端头加固→盾构机就位（反力架、导轨、洞门帘幕安装）→洞门破除→盾构机负环段掘进→盾构机正常段掘进→盾构机正常段换刀→盾构机过中间风井（或盾构机过站）→盾构机正常段掘进→出洞段端头加固→盾构机出洞→盾构机拆机→盾构机吊出、调头、转场城市轨道交通的基本施工工艺（五）盾构技术在我国的应用和发展我国自20世纪50年代才开始采用盾构法修建隧道工程的。虽然起步较晚,但由于注意参考和借鉴别国成功的经验和失败的教训,所以发展很快,特别是近二十年来随着我国城市地铁建设规模的扩大,盾构技术也得到了广泛的应用和很大的提高。第4节沉管法施工沉管法施工沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水（或在坞内放水），使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保证安全。城市轨道交通的基本施工工艺（一）选择沉管法修建水下隧道的原则a、符合城市总体规划要求,解决两岸交通问题是决定采用沉管隧道的基本依据。b、合适的河(海)航道、水文及河(海)床条件是修建沉管隧道的必要条件。城市轨道交通的基本施工工艺沉管段的基础施工是沉管隧道施工的重要工序之一,具有如下