中国矿业大学地铁施工新技术综述(高质量原创)

中国矿业大学力学与土木工程学院2016-2017学年度第二学期《地铁与轻轨》课程论文

学号

班级土木16-8班

姓名Shawn LIU

力学与土木工程学院教学管理办公室

地铁施工新技术综述

（中国矿业大学力学与土木工程学院土木16-8班 Shawn LIU）

摘要：伴随着经济社会的不断发展，城市密集度越来越高，地面交通面临着不断增加的压力，地铁的修建可以很好地缓解这一压力。本文运用信息分析法获得了一些地铁施工新技术，包括基坑支护方法、新一代盾构施工、新奥法的新进展以及ECL工法和冻结法两种辅助工法。文章指出盾构施工仍将是主流，施工技术的创新对解决施工难点，提高经济效益意义重大。

关键词：信息分析法地铁施工新一代盾构ECL工法冻结法

1 引言

进入21世纪，我国地铁建设步人了快速发展的阶段，各大城市地铁建设项目相继开，实践证明，地铁具有高效、节能、环保、运量大、速度快、安全性好、占用城市道路面积少、防空好等优点，对解决城市交通堵塞，改变城市布局，实现城市环境和交通综合治理，引导城市走可持续发展之路起到了很大的作用。随着经济的发展，地铁必将有着越来越广阔的发展空间。但是，地铁工程的造价也是十分昂贵的，这与地铁施工工艺和方法是密切关联的，在一定程度上也制约了地铁建设的进程。

经过多年的的发展，我国地铁修建方法已由最初单一的明挖法．发展到现在的明挖、暗挖、浅埋暗挖、矿山法、盾构法等多种方法并存。施工技术不断发展提高，新技术、新工艺、新设备不断出现，特别是计算机科学地迅猛发展，促使地铁工程设计、施工和运营摆脱了“劳动密集型”模式，向技术密集型过渡[1]。

2 信息分析法

信息分析，就是根据特定问题的需要，对大量相关信息进行深层次的思维加工和分析研究，形成有助于问题解决的新信息的劳动过程[2]。运用信息分析法对近年来发表在中文核心期刊上的地铁施工类论文进行深入分析，对不同文献的论述进行对比，获得了地铁施工中较为可行的创新技术。

信息分析是对信息产品内涵的开发，它使原有信息在更深入、更全面、更综合、更适用的层次上凝结为全新的信息内涵，是建立在科学的分析研究方法基础上，并融入信息分析人员智慧的信息劳动。它通常由选题、设计研究框架、信息搜集与整序、信息分析与综合、编写研究报告、反馈等六个阶段组成。

3 车站基坑支护开挖新方法

SMW法与锚杆技术相结合

SMW工法是日本的成辛工业株式会社所拥有和开发的一项工法，它是利用多轴型钻掘搅拌机就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板

作为其应力补强材料，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体[3]。

由于桩体水泥浆强化剂与土体能反复充分搅拌且桩与桩之间互相咬合搭接，无施工冷缝，所以这种围护结构比地下连续墙具有更高的止水性。深层搅拌桩可施工成很厚的墙体，本身刚度很高，插人的H型钢也具有很高强度。与钻孔灌注桩等其他基坑围护形式相比，明显的工艺简单、质量隐患少、造价低、节约资源、减少地下空问资源的污染以及工期短等优势。

锚杆是用水泥砂浆将一组钢粒杆(粗钢筋或钢丝束，钢铰线等)锚固在伸向地层内部的钻孔中，并在外端承受拉力的圆柱状锚体，它的中心受拉部分是钢拉秆，钢拉杆所承受的拉力是通过拉杆周边握裹力而传递到水泥砂浆中，然后再通过锚固段周边地层的摩阻力而传递到锚固区的稳定地层中[4]。

锚杆能安全迅速地与岩土体结合承受很大的拉力，采用高强度钢材，并可施加预应力，可有效控制建筑物变量。锚杆法施工所需钻孔孔径小，不需要使用大型机械，因此坑道开挖断面比使用其它支护小。

目前，连续墙加钢支撑支护造价高，泥浆污染，开挖时周边沉降位移较大，多道内支撑影响坑内挖土和钢筋混凝土工程施工，还存在其他不少问题。如果将SMW工法与锚杆技术相结合，减少甚至取消坑内支撑，将给基坑施工带来极大的方便。

4 新一代异型盾构隧道施工法

盾构法施工是先建造竖井或基坑，盾构从墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一端预留孔洞推进，盾构推进中所受到的底地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制管片上。在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段内沿周边安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉[5]。

当今地铁隧道使用最多的是圆形的土压平衡和泥水平衡两大类。为适应城市地铁车站和区间隧道的施工，需开发研究各种断面形式的适应不同地层条件的盾构设备。

4.1 MF盾构施工法

MF盾构是由多个圆形断面的一部分错位重合而成，可同时开挖多个圆形断面的盾构法。隧道有效面积较开挖面积相等的单圆断面而言要大，是一种较为经济合理的断面形式[6]。两个或多个大小不同的圆形断面通过一定规则的叠合可提供任意断面形式的隧道，在隧道线路规划时，对线性的选择有更多的灵活性。上下空间受限制的情况下，则可选择横向叠合式。MF盾构法更适用于地铁车站，共同沟和地下停车场等大断面隧道的开挖。

MF盾构较普通的单圆盾构具有很多优势：隧道由多个小型圆断面叠合形成，可根据需要选择横向MF盾构或纵向MF盾构，开挖量小，断面利用率高。盾构由多个独立控制的圆形断面组成，可根据不同地质条件进行土体开挖管理。通过调整各刀盘的转速和转向，利用开挖时作用在盾构上的反力可有效地控制盾构的姿态，纠偏也相对容易。采用横向多圆盾构法可用于地铁车站，地铁车辆机务区段的开挖。

4.2 自由断面盾构法

自由断面盾构法就是在一个普通圆形盾构主刀盘的外侧设置数个规模比主刀盘小的行星刀盘。随主刀盘的旋转行星刀盘在外围作自转转的同时绕主刀盘公转，行星刀盘公转的轨道由行星刀盘扇动臂的扇动角度确定。通过对行星刀盘扇动臂的调节可开挖各种非圆形断面的隧道[7]。也就是说，通过对行星刀盘公转轨道的设计可选择如矩形断面，椭圆形断面，马蹄形断面，卵形断面等非圆形断面。此盾构法尤其适用于地下空间受限制的，如穿越既成管线和水道之间的中小型隧道工程。

自由断面盾构法可开挖多种非圆形断面的隧道，选择细长型断面使宽度或深度受限制的地下空间更有效的得到利用。还可根据不同的使用目的合理选择不同断面，比如共同沟和电力管线等选择矩形断面，公路和铁路隧道则选择马蹄形断面等[8]。

4.3 球体盾构施工法

球体盾构施工法是指在主盾构机内安装球体，球体内装子盾构机和切削装置，该球体像球阀一样容易旋转[9]。盾构机自地面垂直向下施工，到达一定深度后，开始分叉向不同方向施工水平衡向隧道。也可以由工作井出发水平掘进一定距离，然后旋转一定角度向上、向下、向左或向右掘进。盾构机顶端的球形切削头可绕水平轴旋转90度。施工时一边竖向掘进，一边掘进一边进行管片安装。盾构到达设计深度，盾构机顶端切削头绕水平轴旋转90度进行水平推进。

4.4 H&V盾构施工法

H&V盾构施工法是一种能够自由穿越具有稠密建筑物的地下空间，能从水平双孔变为垂直双孔，或由垂直双孔变为水平双孔，随时随地依设计条件不断改变圆形形状，开挖螺旋形曲线双断面隧道的盾构掘进方法。这种盾构还能由双孔断面分开成两个单孔圆形单面，从而可以在高度受限制的地下空间采用水平双孔断面，而在狭窄的陡曲线地段则可以采用垂直双孔断面。并且利用其能中途分叉的功能，减少竖井数量，非常适用于地铁区间隧道施工，而且中途还可以设置分叉施工联络通道[10]。

5 新奥法新进展

新奥法是当代岩石硐室和隧道施工设计应用最广泛的方法。在隧道施工实践中，应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则[11]。

国外有向钻孔中注入类似果浆的泡沫膨胀剂，代替传统的炸药。由于泡沫膨胀剂突然膨胀，将岩体破碎。人员无需撤离工作面，无烟、粉尘和飞石公害，可加快新奥法施工进度。

在修建城市地铁时，如遇较松散破碎危岩，以及松散的砂质粉土、砾石等极不稳定的岩层时，明挖法条件不许可，而盾构法又为经济技术条件不许可，往往采用先对地层注浆加固，超前的管棚注浆，然后分断面开挖支护，最后施作二次复合衬砌[12]。改进的新奥法为松软土层中的隧道施工提供了一种可行的方法。

6 地下工程的辅助工法