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关于某车站建设中盾构技术的运用

来源:   2020-10-16 15:38:58

摘要:​XX地铁线XX段,包括车站部分,已竣工了,这个工程是借助盾构技术在严格的道路限制情况下完成的,其中盾构段长达582米。整个区段采用平行单线隧道,每条隧道的外径为8.1米,最小转弯半径为150米,在中间层结构下驾驶并到达其净误差为200毫米。对于车站主体,其站台是通过在盾构平行行进过程中借助预应力锚梁技术在两条平行隧道之间扩大而成的。对于站台楼梯,传统方法是在车站两端打入深竖直桩并在那里提供楼梯。但这种方法在盾构顶进前需要大规模的土方挖填工作,从而导致很长的工期。

XX地铁线XX段,包括车站部分,已竣工了,这个工程是借助盾构技术在严格的道路限制情况下完成的,其中盾构段长达582米。整个区段采用平行单线隧道,每条隧道的外径为8.1米,最小转弯半径为150米,在中间层结构下驾驶并到达其净误差为200毫米。对于车站主体,其站台是通过在盾构平行行进过程中借助预应力锚梁技术在两条平行隧道之间扩大而成的。对于站台楼梯,传统方法是在车站两端打入深竖直桩并在那里提供楼梯。但这种方法在盾构顶进前需要大规模的土方挖填工作,从而导致很长的工期。在XX车站工程中,通过运用挖填技术,中部结构的埋深很浅,而联系站台的楼梯则通过深沟技术从中部结构发展而来。这种技术加快了工期,在盾构技术的支持下铁轨能不断地向前铺,而楼梯能在后面单独施工。

1.介绍

在XX地铁建设已经有了大约XX年的历史,而在以前被普遍采用的则是挖填技术。在最近的20年内盾构技术被逐步采用并变得越来越流行。这是因为大城市正变得日益拥挤,而目前有个趋势,即和现存的地铁﹑地下设施和其它市政设施相比,今后的地铁隧道的埋深将越来越大。由于随着开挖深度的增加工程费用的增长是显著的,因而和传统的明挖法相比,盾构法的优势更加明显。此外,由于盾构法对地面交通的影响较小,产生的噪声和沉降也更少,因而人们经常采用盾构法。

XX地铁是一个非常有用的地下系统,它覆盖的长度长达89.1公里并且是XX交通系统的核心。在运营线上,自从1964年盾构技术得到运用以来,采用盾构技术开挖的有12.8公里,包括21段。在XX和XX之间的XX线上的XX段开工于XX年XX月,长度为582米,包括一个车站。

隧道的建设是为了缓解当地普遍的严重的道路交通情况。

2.方法的选择

在地铁系统的建设中,会碰到许多不得不克服的难题。比如说,在XX公路的宽度只有23.6米,而街上则是车水马龙,交通非常繁忙。除此之外,大街的两旁还有很多拱廊。在公路的两旁也有很多的百货商店,银行和中小店铺,以及非常多的车辆和行人。

传统的明挖法会碰到下列问题:

①由于没有合适的可供选择的道路供车流和人流通过以绕过施工现场,因而工程的施工会对道路交通产生严重的影响。

②工程只能在交通流量较小的时候进行施工,这也就意味着只能在夜间进行施工。但是在这个时段内因施工而产生的噪音和沉降却极大地影响了周边居民的生活,而取得当地居民的合作是非常困难的。

③由于工程中的车站的宽度为16.5米,大于路的宽度,因而进行打桩工作时会覆盖人行道,一部分拱廊的暂时移动也是问题,另外,还必须做出保证那就是工程的建设不会严重地影响周围商店的生意。

④在道路的两旁没有开放空间作为工作基地来运走土方和各种所需材料的运进和运出。

⑤由于线路形状的要求,在隧道开始的地方地铁必须在私人房屋下穿行大约60米,若采用明挖法这里就必须进行临时性的开挖工作。

正如上述原因,采用明挖法进行地铁建设会碰到许多问题。为了解决这些问题,盾构技术的应用就被考虑了,但是为了采用这种技术,下列问题就必须被充分考虑到:

①土壤是否适合盾构技术?

②盾构工作基地是否能保证安全?

工程造价和工作工序是否合理?

在①中所讨论的土壤情况是选择合适方法技术的最基本的一个因素。由于当土壤情况不适合时盾构法将会变得异常困难,因而在选用这种技术前必须进行彻底的工程地质调查。

本地区的土层属于冲积﹑沉积土,土壤属于XX土,从南到北贯穿XX平原的中心。土层厚度大约17~18米,包含着两种土:沙性土和粘性土。这两种土在土层中相互交替,且两者都是稳定和相对密实的。

正如图1中的纵向视图所示,如果结构是上覆荷载为12米的单线盾构隧道,基本的粘性土层就会完全暴露在上部2/3工作面部分,同理,第二层沙性土暴露在下部的1/3工作面。

在这种情况下,盾构的上部圆弧就被大约3米厚的沙性土覆盖,相当于加了覆盖荷载,导致了高压缩现象的产生。而下部的沙性土层则是比较适合作为盾构隧道或扩大部分的承载层。

至于②中所说的盾构工作基地,即将同时建设的XX高速公路中的XX线的建设工地和地铁东部的盾构出口能被利用。

对于③中所说的工程造价,和传统的明挖法相比,盾构法的费用是相对比较高的,但是,工期能缩短大约7个月。这段时间的缩短是非常有价值的,因为在整个XX和XX之间工程建设中,这一段是整个工程的瓶颈。

3.隧道盾构类型的选择

隧道的实际施工长度为582米,包括193米长的车站。在选择盾构时,即采用一条双线隧道还是采用两条平行的单线隧道以及它们各部分的尺寸。

⑴双线盾构隧道

这个方案就是用一部尺寸大约为10米的双线盾构机来完成整个区段的施工。在施工时通过在两端各安装5米左右的围护,在地下开挖、支撑形成两条平行隧道。

在这种情况下,当在两边同时驾驶盾构机时,由于双线盾构机连接处的松弛和连接站台的楼梯以及由于中部层过于靠近路两边的建筑,因而施工时将非常困难。

⑵单线平行隧道

对于曲线部分及车站,两条直径各为8米的单线隧道将被平行地安置,而站台则被放置在两条隧道之间的扩大部分。在这种情况下,对于一部弯曲半径为120米的盾构机,隧道的曲线部分的转弯半径可放松到150米以利用隧道内部扩大部分的空间。对于通常的铁轨部分,方案A是通过对车站部分的围护来实现;而方案B则是通过把铁轨尺寸减少到6.8米来实现的。方案B会遇到如下问题:

①在穿过车站后改变隧道的尺寸必然会导致新设备的制造以及原有计划的替代,而这在费用及工序上都是不合理的。

②在到达现有的构筑物时,对于通常的方形机车直径为6.8米的隧道——即使两条隧道并在一起——也不得不拓宽以使列车能通过。

因此,方案A,即用直径为8.1米的盾构机来开挖整个区段,包括车站部分是可行的。

4.站台类型的选择

在XX,到目前为止,已经建造了几十座地铁车站,而它们都是被建造在两条平行隧道之间。

站台可大致分为二种类型:一种是在两条平行单线隧道之间挖填和围护后所形成的岛式站台,另一种则是不需开挖的侧式站台。一般而言,前一种形式适用于大型车站,后一种形式则适用于小型车站,而中型车站则一般采用上述两种形式的结合体。

在XX车站,考虑到未来车站的客流量,采用了一种比较复杂的形式。这就是说,在总长为160米的站台中,在两端靠近楼梯的地方各放置了一个长为48米的岛式站台,而在中部则设置了一个64米长的侧式站台,上面各有一条通道连接着上一层和下一层站台。其中,岛式站台的宽度为9.7米,侧式站台的宽度为2.8米。

隧道的尺寸则可根据岛式站台的尺寸来确定。为了减少隧道的尺寸,就有必要减少顶板梁的高度。这样的话,顶板梁就得采用钢框强化的钢筋混凝土,并且钢管柱的间距——即梁的跨度,被缩短到4米,以减少梁的高度。

5.站台楼梯类型的选择

在XX,通常所采用的建造车站楼梯的方法是在将要设置楼梯的车站两端打入竖直桩。若采用这种方法,就必须打入大口径的深桩,同时还要进行大范围的土方开挖工作。此外,当在两条平行单线隧道之间打桩和进行楼梯的施工时,两条隧道之间的空隙要足够大,而这只有在道路比较宽的情况下才有可能。

另一方面,考虑到当地狭窄的道路情况,在两条平行单线隧道之间打竖直桩是不可能的,并且,在两条平行隧道之间也没有空间来打入竖直桩。因此,我们采用了这种技术,即中部结构浅埋,而站台则通过通道与其联系。采用这种技术的话,中部层不需打桩就能建造,土方开挖工作也能大大减轻,更重要的是我们能在我们所希望的位置建造楼梯。联系站台和中部层的通道则被设置在站台的两端,各有一条3.7米宽的楼梯和一部电梯。