城市轨道交通工程施工技术介绍

城市轨道交通工程施工技术介绍

城市轨道交通工程 施工方法简介 简介内容 一、轨道交通工程概述 二、施工方法介绍 三、施工辅助措施 一、轨道交通工程概述 1 、 城市轨道交通定义 2 、 城市轨道交通 主要类型 3 、城市轨道交通工程组成 1 、 城市轨道交通定义 1.1 城市轨道交通是一种利用轨道列车进行人员运输的交通方式，其一般定义为：以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称。 1.2 在不同型式轨道上运行的大、中运量城市公共交通工具，是当代城市中 地铁、轻轨、自动导向、磁悬浮等 轨道交通的总称。 2 、城市轨道交通主要类型 2.1 有轨电车 2.2 市郊铁路 2.3 轻 轨 2.4 地 铁 2.5 悬浮列车 地铁、轻轨的区别 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 。 两者 的 其它主要 区别 轴 重 ： 首先表现在地铁的轴重普遍大于 13 吨，而轻轨要小于 13 吨 。 平面曲线半径 ： 一般情况下，地铁的平面曲线半径不小于 300 米，而轻轨一般在 100 米到 200 米之间 。 列车的编组 ： 地铁每列车的编组数也要多于轻轨，车辆定员亦多。中等载客量的轻轨铁路车厢，一般的额定载客量是 202 人／辆（超员为 224 人／辆 ），编组采用每列 2 ～ 4 辆。而大载客量的地 铁车厢，一般的额定载客量为 310 人／辆（超员为 410 人／辆），编组采用每列 6 辆。 3 、 城市轨道交通 组成 根据 城市轨道交通的 功能、使用要求及设置位置的不同， 整条线路可 划可分为： 车站、区间、车辆段 三部分。 3.1 工程分类 ◇区间分类 按照 区间 与地面的相对关系位置 分类分为： 地下 区间（隧道） 、 路基 和高架 区间。 ◇车站分类 按照 车站与地面的相对关系位置 分类分为： 地下车站 、地面车站和高架车站 。 3.2 按专业系统分类 按专业系统工程可分为： 土建 与 机电设备 两大类工程。 土建工程 包括：路基、桥梁、隧道、车站、以及主变电室、集中冷站、控制中心及车辆基地等。 3.1 按专业系统分类 机电设备工程 包括： 轨道铺设；通信系统；信号系统；供电系统（变电所、环网电缆、接触网或接触轨、杂散电流防护等）；综合监控系统 ISCS ；环境与设备监控系统 BAS ；防灾与报警系统 FAS ；电力监控系统 SCADA ；安防及门禁；通风、空调与采暖系统；动力照明；给水排水与消防；自动售检票系统 AFC 、车站辅助设施（自动扶梯、自动人行道、垂直电梯、轮椅升降台、屏蔽门和安全门） 等专业。 3.3 区间结构 3.4 车站结构 二、施工方法 车站、区间隧道的施工方法有： 1 、明挖法 2 、暗挖法 3 、盖挖法（车站） 在选择施工方法时，应遵循的第一个原则就是按照明挖法 → 盖挖顺作法 → 盖挖逆作法 → 暗挖法的先后顺序选择 。 二、施工方法 1 、明挖法 明挖是指先将 车站、 隧道部位的岩 ( 土 ) 体全部挖除，然后修建 主体结构 ，再进行防水处理、土方回填的施工方法。早期的地铁施工方法一般都采用明挖法施工。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、安全的 ； 缺点 ： 是对周围环境的影响较大。 二、施工方法 1 、明挖法 明挖是指先将 车站、 隧道部位的岩 ( 土 ) 体全部挖除，然后修建 主体结构 ，再进行防水处理、土方回填的施工方法。早期的地铁施工方法一般都采用明挖法施工。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、安全的 ； 缺点 ： 是对周围环境的影响较大。 二、施工方法 1.1 明挖法施工顺序： 围护结构、主体结构、防水施工、覆盖回填。 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。 二、施工方法 1.2 明挖法车站： 1.1 明挖法基坑支护类型 1.2 明挖结构支撑 1.3 明挖主体结构 二、施工方法 1.3 明挖法 基坑支护的类型 放坡开挖 土钉墙 (3) 深层搅拌水泥土围护墙 (4) 高压旋喷桩 (5) 槽钢钢板桩 (6) 钢筋混凝土板桩 (7) 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 ） (8) 地下连续墙 SMW( 劲性水泥搅拌桩 ) 工法 04 围护结构 基坑支护的类型 .docx 1.4 明挖 基坑钢支撑体系 1.5 明挖 基坑锚索支撑体系 1.6 车站分层浇筑 二、 施工方法 2 、盖挖法 盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。 按主体施工顺序可分为：盖挖顺作 / 盖挖逆作 按顶盖封闭方式可为：临时封闭、永久封闭（半盖挖法：一半覆盖、一半明挖） ----- 北京八通线天安门东站 ---- 二、 施工方法 2.1 盖挖顺作： 盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，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，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路 。 ---- 与明挖的区别 ----- 二、 施工方法 盖挖顺作图示 二、 施工方法 2.2 盖挖逆作 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。 二、施工方法 2.3 盖挖半逆作： 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。 二、施工方法 2.4 半盖挖顺作： 二、施工方法 深圳地铁 3 号线红岭路半盖挖车站施工 半盖挖顺作实例 二、施工方法 3 、暗挖法 非地面开挖的施工方法，先施作导洞，再逐步车站结构框架的施工方法。根据车站特点有各类施工工法，北京地铁一号线线天安门西站采用八导洞暗挖法施工 。 （导洞开挖见区间隧道施工方法介绍） 二、施工方法 临近建筑物的车站洞桩暗挖施工 二、施工方法 临近建筑物的车站洞桩暗挖施工 区间隧道可按照开挖及施工方法分为： 明挖法施工 新奥法施工 暗挖法施工 盾构法施工 3 、地下区间隧道施工方法 3.1 新奥 法施工 新奥法 是新奥地利隧道施工方法的简称【 NATM New Austrian Tunnelling Method 】。采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段 , 对围岩进行加固 , 约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控 , 指导地下工程的设计施工。 新奥法 机理是 充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用。 一般采用机械开挖和爆破开挖方式。 3.2 暗挖法 浅埋暗挖法又称矿山法，起源于 1986 年北京地铁复兴门折返线工程，是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法，是城市地铁施工较为常用的方法之一。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。 3.2 暗挖法 浅埋暗挖法 特点： ①不开槽施工，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质 ( 适用于全国各大城市 ) 。 ②不影响城市交通，无污染、无噪声。 ③利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构。 ④适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室，开挖方式灵活机动。 3.3 暗挖隧道支护结构 暗挖法隧道结构一般采用 复合式衬砌 （初期支护结构和二次衬砌结构），即隧道开挖后分两次进行支护，初期支护为格栅钢拱架或型钢钢拱架 + 钢筋网 + 喷射混凝土； 等初期支护基本稳定后进行二次衬砌，二次衬砌为模筑混凝土。初期支护和二次衬砌在完成后共同受力。这种形式的衬砌形式叫做复合衬砌。 3.4 暗挖隧道支护结构 初期支护结构： 在软弱围岩地段 ：一般由 钢支撑 （一般为 : 工字钢或花拱架）、超前小导管（超前支护、稳固前方地层）、 锁脚锚杆 组成、 网片 （一般φ 8 ， 100mm × 100mm ）、 喷射混凝土 （ C20 、添加剂速凝剂，干喷和湿喷）组成。一般通过调节刚支撑间距、超前导管的密度、注浆量的大小等的方式适应不同的围岩类型。 在坚硬的围岩 地段 ： 一般采用锚杆 、 挂网喷浆即可。 3.5 暗挖隧道二衬结构 二次衬砌 ： 一般为模筑素混凝土，特殊地段采用模筑钢筋混凝土。一般采用衬砌模板台车。 3.6 区间隧道结构图 施工顺序 : 初期支护施工→防水层施工→二次衬砌 暗挖隧道施工工法汇总 一般施工方法：台阶法施工示意图 爆破设计施工图 爆破设计参数 分部开挖施工工法实例 CRD 施工工法 双眼睛法施工 防水施工图 衬砌施工图 全园穿行式模板衬砌台车 3.3 盾构法施工 3.3 盾构法施工 盾构法施工（ shield driving method ）是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（ shield ）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。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。 3.3 盾构法施工 盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能 。 3.3 盾构法施工 盾构机根据工作原理一般分为： 手掘式盾构 、 挤压式盾构 、 半机械式盾构 （局部气压、全局气压）、 机械式盾构 （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） 以下主要以土压平衡盾构机做简介 。 3.3 盾构法施工 土压平衡盾构机 ： 属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡 ( 即稳定 ) 。 以 S-261 盾构机 为列介绍其构成。 3.3 盾构法施工 S-261 盾构机是由 德国海瑞克 公司（ Herrenknecht AG ）在德国生产制造 , 直径为Φ 6250mm 的土压平衡式盾构机（简称 EPB ），用于广州市轨道交通四号线大学城专线【小～新盾构区间】土建工程右线隧道掘进 , 从新造向小谷围方向施工。 （过新造海） 盾构机主要部位构成有： 刀盘、前体、中体、盾尾、管片安装机、螺旋输送机、设备桥、拖车及拖车上部件 等。 4.3 盾构法施工 S-261 盾构机 4.3 盾构法施工 盾构机主要有 16 大系统： 1 、刀盘驱动系统； 2 、推进系统； 3 、管片安装系统； 4 、出渣系统； 5 、同步注浆系统 ； 6 、保压泵渣系统； 7 、空气保压系统； 8 、泡沫系统； 9 、聚合物系统； 10 、膨润土系统； 11 、油脂供应系统； 12 、压缩空气系统； 13 、操作控制系统； 14 、配电系统； 15 、激光导向测量系统； 16 、 PDV 数据采集系统等。 3.3 盾构法施工 盾构机掘进配套功能主要有： 刀盘旋转开挖 渣土输送 掘进 管片安装 土压平衡 隧道施工通风等 3.3 盾构法施工 1 、总体程序： 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 3.3 盾构法施工 2 、 盾构机 每环 掘进施工主要内容： 盾构机掘进→出渣→安装管片、同步注浆→盾构机掘进 始发井地表加固 3.3 盾构法施工 地面运输系统 3.3 盾构法施工 洞内运输轨道 3.3 盾构法施工 管片安装 3.3 盾构法施工 区间效果图 三、辅助措施及相关概念 1 、注浆施工 2 、大管棚施工 3 、测量与量测 1 、 注浆 1.1 注浆目的： （ 1 ）加固地层，确保开挖土体稳定、安全； （ 2 ）阻水，减少水土流失，确保开挖施工在吴说或者少水状态下进行。 1.2 注浆位置： （ 1 ）暗挖隧道开挖掌子面 （ 2 ）盾构端头加固 3.4 注浆类别 1.3 暗挖隧道注浆分类： （ 1 ）超前注浆 ； （ 2 ）二次补充注浆； （ 3 ）衬砌背后注浆； （ 4 ）全断面注浆。 3.4 注浆类别 1.4 盾构施工注浆分类： （ 1 ）同步注浆； （ 2 ）盾构机始发或到达段端头加固注浆（分层压密注浆）； （ 3 ）二次补浆； （ 4 ）盾构机停机换刀加固注浆； （ 5 ）联络通道施工前的加固注浆。 4.4 注浆类别 1.5 浆液分类 （ 1 ） 超前注浆： 对掌子面前方的土体进行加固加密，达到加密防水，防止开挖时出现坍塌，浆液根据不同的地质进行调整，一般分为单液浆、双液浆。 单液浆：水泥浆 双液浆：水泥浆 + 水玻璃、水玻璃 + 弱硫酸 （ 2 ）盾构注浆： 水泥浆 + 膨润土 + 其他 1.6 注浆设备： 牛角泵、注浆机（单液、双液） 2 、 大管棚施工 首都国际机场线过铁路管棚施工 3. 相关概念 3.1 测量与量测 3.2 马头门 3.3 初支、二衬 3.4 掌子面 3. 1 测量与量测 测量 与 量测 是不同的两个概念 名词不同 含义不同 作用不同 3.1 测量与量测 3.1.1 测量 ：是通过一定的手段和仪器将施工图纸变为现场实物的技术过程，对一般工程而言，包括 控制测量、施工测量、全线的贯通测量。 1.1 控制测量 ： （ 1 ） 地铁沿线控制网加密；（ 2 ）地上地下联系测量；（ 3 ）洞内导线测量。 （引入全线控制测量监理） 1.2 施工测量 ：（ 1 ） 导线加密；（ 2 ）施工放线（坐标及高程）；（ 3 ）竣工测量。（由施工单位完成） 1.3 全线贯通测量 ： 全线贯通后，重新进行测量、调整确定基点，为铺轨做准备。（测量监理） 3.1 测量与量测 3.1.2 量测 ： 又叫 监控量测 ，对地铁工程来讲，主要是监测工程实施前后对支护的变形和应力变化，地面沉降或隆起，地表构筑物的沉降倾斜等变化，以便了解隧道围岩与支护的变形特征与受力状态，判断围岩的稳定性、支护的合理性，对下一步的设计与施工提供指导，以实现动态设计与施工。 3.1 测量与量测 (1) 量测项目： 隧道：拱顶下沉、洞内收敛、内应力 基坑：边坑沉降倾斜、水位变化、支撑轴力变化、 (2) 量测的实施： 施工过程中的量测一般由施工单位自行完成，重大的监测项目一般委托专业的机构完成，同时也可以委托该机构对全线的监测成果进行监督抽查。 地铁相关书籍介绍 1 、 《 城市轨道交通工程项目建设标准 》 ［建标 104-2008 ］ 2 、 《 地下铁道工程施工及验收规范 》 ［ GB50299-1999 ］ 3 、 《 地铁设计规范 》 ［ GB50157-2003 ］ 4 、 《 城市轨道交通工程测量规范 》 ［ GB50308-2008 ］ 5 、 《 盾构法隧道施工与验收标准 》 ［ GB50446-2008 ］ 6 、 《 城市轨道交通工程预算定额 》 ［ GCG103-2008 ］ 7 、其它有关城市轨道交通工程、铁路工程的技术书籍、资料