盾构调研报告.docx

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盾构调研报告

开题报告

（调研报告）

学院：

附．调研报告

扩挖盾构遂道修建地铁车站

摘要:

通过比较详细的资料调查和统计分析,发现盾构法在大规模应用中面临的主要问题有:

盾构法连续施工的区间分散;盾构设备的利用率偏低;盾构机的非推进作业过多;盾构法施工的工期延误;盾构法施工的额外成本较多。

通过分析,认为最根本的原因在于盾构区间施工与车站施工在速度和组织上的矛盾未能得到很好的协调,实际上也就是盾构过站的问题没有得到很好的解决。

目前采用的三种实施方案没能真正地解决这个问题,为此提出一种新的解决方案——盾构先行贯通全线大部分车站行车隧道,再结合横通道法、半盾构法、明挖法或浅埋暗挖法在适当的时机拓展建造地铁车站。

该方案对于提高地铁建设质量,加快地铁建设速度,降低地铁工程造价有着很大的优越性,具有重要的现实意义。

关键词：

盾构；横通道法；明挖法；扩挖

Enlargingexcavationshieldtunnelconstructionofsubwaystation

Abstract:

Bycomparingthedetailedsurveydataandstatisticalanalysis,foundthatthemainproblemsinlarge-scaleapplicationsshieldfacingare:

continuousconstructionoftheshieldintervaldispersion;lowutilizationshieldequipment;non-shieldmachinepromotingjobtoo;shieldconstructionscheduledelays;additionalcostsofshieldtunnelingmore.Throughtheanalysis,thatthemostfundamentalreasonisthatthecontradictionintervalshieldconstructionandstationconstructioninspeedandorganizationhavenotbeenwellcoordinated,infact,istheproblemonShieldstationhasnotbeensolved.Atpresentembodimentusesthreedidnotreallysolvethisproblem,forwhichproposedanewsolution-themajorityofstationsacrosstheboardthroughthefirstshieldtunnels,combinedwithcross-channelmethod,asemi-shieldmethod,open-cutShallowMiningmethodormethodattherighttimetoexpandtheconstructionofthesubwaystation.Theprogramforimprovingthequalityofsubwayconstruction,speedupsubwayconstructionspeedandreducethecostofsubwayconstructionhasgreatadvantages,hasimportantpracticalsignificance.

Keywords:

shield;horizontalpathway;open-cutmethod;enlargingexcavation

0前言

2001年7月13日，北京获得了第29届夏季奥林匹克运动会主办权，极大地推动了北京地铁事业的发展。

2002年至2008年，北京计划投入638亿元建设地铁。

为了实现2015年建成总长561千米的19条线路的目标，北京将会投入总计达2000亿元的资金。

2050年计划建成15条地铁线路、7条轻轨线路，加上市域网利用既有铁路资源，规划5条正线1条支线,城市轨道交通总里程将达到1053km,其承担客运总量的比例将达到50%～60%。

可见，北京城市轨道交通建设的任务重、投资大、工期紧。

为加快地铁建设速度,确保施工安全,提高工程质量，盾构法以其施工速度快、安全、对周围环境影响小等优势在北京地铁区间隧道施工中得到了大量应用。

从北京建成的五号线、四号线、十号线及机场线这4条线路中盾构法的施工实践来看，盾构法施工安全、对周围环境影响小、易于控制沉降等优点有目共睹，已得到普遍认可。

然而，时常出现由于盾构法施工灵活性差而造成工期延误以及工期不可控的现象；区间隧道盾构施工和车站施工速度上的巨大差异对盾构法的优势发挥也有显著影响；北京投入如此大量盾构进行地铁建设的工程成本也值得商榷。

1扩挖盾构随道修建地铁车站概况

结合盾构法修建地铁车站的技术能有效解决盾构区间施工和车站施工的矛盾，提高盾构设备的利用率，加快全线建设进度，优化整体施工组织，减小对环境的影响。

从目前的发展形势来看，各国都在这一方面进行积极的探索和实践。

盾构法起源于英国，由于其适合城市特殊环境下施工，从而在世界范围内得到推广应用。

特别是20世纪70年代以来，随着经济的发展，城市人口急剧增加，出现了特大城市，交通拥挤问题也接踵而来，世界各国普遍认识到，只有发展快速轨道交通才能有效缓解交通压力。

由于地铁客运量大、安全可靠、舒适便捷而得到快速发展，对盾构技术的进一步发展也起到了推动作用。

现在世界上已有四十多个国家修建了地铁，盾构法开展较早的国家现已有大量的盾构遂道工程，俄罗斯、德国和日本等国都是较早采用盾构法施工地铁遂道的国家，近几十年来依托先进的科学技术，盾构技术也日缘成熟，积累了很多工程经验，其成果在世界

盾构法应用中已处于领先地位。

地铁车站是地铁系统中重要的组成部分，其施工方法分为明挖法、浅埋暗挖法和扩挖盾构遂道法。

明挖法具有施工作业面多、易于控制工期、成本相对较低的优势，在地面环境允许的情况下成为地铁车站施工的首选方法。

盾构法越来越多地用于地铁建设，当地面环境复杂无明挖条件时，通常采用在盾构遂道的基础上进行扩挖修建地铁车站，也有采用复式盾构机修建地铁车站。

我国采用盾构法施工地铁遂道的时间较短，针对盾构过站问题的研究还处于探索阶段，目前已有研究成果都是在两条外径6m的区间盾构遂道基础上进行扩挖车站施工。

俄罗斯是世界上最早建造地铁的国家之一，莫斯科地铁是目界第五大地铁系统。

由于莫斯科市中心建筑密集而无法提供地面施工场地，因此大约从1956年开始修建深埋地铁。

这些深埋地铁普遍采用大直径盾构基础上扩挖修建成的三，拱塔柱式和立柱式车站，施工方法有结合横通道法和半盾构法。

深埋地铁车站的优势在于选线不必一定沿着街道或建筑物较少的地区，几乎不影响她下原有管线设施的正常运作，对地面建筑影响小，但在竖向升降和换乘上需费乘客较多时间。

立柱式车站首先修筑两侧的盾构遂道，然后用半盾构修筑中间部分。

立柱式车站的特点是两侧遂道衬砌环不封闭，用钢格构梁支撑在钢柱上，形成结构支撑体系后再在半盾构的掩护下进行扩挖施工。

塔柱式车站分三个阶段完成，首先修筑两侧盾构遂道，然后修筑中间遂道，最后以交错方式修筑横通道将三个遂道连接起来。

前两个阶段用机械开挖，横通道阶段为人工开挖。

塔柱式车站是俄罗斯地铁中用的最多的车站形式。

日本采用盾构法始于1962年，自上世纪八十年代以来，盾构技术得到了长足发展，广泛应用于城市基础建设中。

目前日本的盾构技术居世界领先地位，针对盾构法修建地铁的车站的工程实例有很多。

大阪、东京多处地铁车站采用盾构法修建两条并列的行车遂道，然后用托梁法、半盾构法在两条遂道间修建站厅部分，形成眼镜形车站。

这些方法需要进行大范围的地基加固，目前日本已建有10个这种扩挖车站。

日本在新型盾构技术方面做了很多工作，例如在城市繁华地段无明挖条件的情况，釆用三连体盾构机修建地铁车站。

另一种施工方法是对盾构遂道上的部分区段进行直径扩展，以满足修建地铁车站和安装其它设备之需。

德国大直径盾构扩挖车站的典型代表是德国科隆城市南北线上的Rathaus、Severinstrasse、Kartauserhof和Chlodwig-Platz四个车站，采用外径8.4米的盾构机修建两条行车隧道，车站的布局是将行车隧道与修建在两条遂道间的站体竖井连接起来，形成车站的站台层。

根据盾构遂道外径大小分类，6m以下为小直径盾构遂道，6m以上为大直径盾构遂道，针对盾构过站问题，按照遂道外径分为扩挖大直径盾构遂道修建地铁车站和扩挖小直径盾构遂道修建地铁车站，以及新型盾构车站。

1.1扩挖大直径盾构遂道修建地铁车站工程实例

扩挖大直径盾构遂道修建地铁车站的方法，主要有结合横通道法、半盾构法、托梁法、暗挖法、明挖法和管棚法，盾构遂道外径在7.6m-9.5m之间。

（1）横通道法

该类型车站由两条或三条平行的盾构遂道通过横通道连接形成地铁车站，分为塔柱式车站和立柱式车站。

车站主体由三部分组成，两条或三条盾构遂道、连接盾构遂道的横通道以及塔柱或立柱。

塔柱式车站的施工顺序是，首先采用大直径盾构机开挖两条或三条并行的遂道，然后人工构筑横通道将盾构遂道连接起来，保留自然土体形成塔柱。

立柱式车站的施工方式与塔柱式基本相同，只是用结构立柱代替塔柱。

立柱式车站与塔柱式车站比较而言，立柱式节省空间，站厅可形成一个统一的建筑体，车站总体宽度小。

这类车站具体采用两条或三条盾构遂道由客流量决定，对于客流量较小的车站，用两条平行盾构遂道形成侧式站台车站。

如伦敦地铁车站采用直径7m左右的盾构机修建两条遂道，在两条遂道间修建联络通道，由于遂道间距小，这种盾构车站的总宽度较窄，可设置在较窄的道路之下，如图1-1所示。

乌克兰的基辅车站是采用三条平行盾构遂道与横通道结合形成的三拱塔柱式车站，三条遂道间有一定的间距用来施工横通道，横通道交错构筑后形成巨型塔柱，以承受上部传来的荷载。

技术难点在横通道的设计与施工。

（2）半盾构法

此方法先修筑两条平行盾构遂道，在遂道中安装钢格构梁系统和立柱，用一台半盾构修筑车站中间的站厅的上部，最后进行部分管片的拆除和开挖下部土体并施作下部结构，是一种岛式站台车站。

这种工法可以有效利用支撑在钢格构梁和立柱上的中间及侧边的隧道拱，要求两单线区间遂道间距较小，且盾构遂道的建筑界限还应满足站台和列车的行车要求。

这种类型的车站在前苏联地铁中应用较多，遂道内有侧站台，如雅克夫斯基车站、巴维列茨克车站和莫斯科站都为三拱立柱式，如图所示。

（3）托梁法

此方法采用两台单线盾构并行施工，贯通车站行车遂道后在两条遂道内修建立柱，从立柱顶部向两条隧道间的地层中压入托梁（也称为超前横梁），在托梁的支撑下进行上部土体的开挖和管片的拆除，立模现浇车站顶部结构，然后开挖下部土体和管片的拆除并施作下部结构。

这种施工方法在日本应用较多，营团9号线新御茶水站、国会议事堂前站和国铁总武本线新桥站和大阪市营2号线阿倍野站。

如图所示为营团9号线新御茶水站。

（4）浅埋暗挖法

此方法是先修建两条平行盾构遂道，由于两条随道间距较大，不适合采用托梁法或半盾构法。

釆用浅埋暗挖法结合辅助工法扩挖两行车隧道之间的部分，然后拆除部分管片形成三连拱结构。

此类方法中间扩挖部分通常采用分步开挖，工序较多，地面沉降不易控制，连续开洞的隔墙不宜承受弯矩，但结构受力较好，断面利用率高，能满足大客流量的需求。

这种施工方法的技术难点在于需要考虑合理的开挖步骤、开挖过程对两侧隧道的影响，以及确定中间拱结构的合理高跨比。

如图所示为日本高仑车站的施工步骤。

（5）管棚法

盾构遂道结合管棚法修建地铁车站也是先行贯通两条平行盾构遂道，在中间扩挖部分上方施作管棚，在管棚的支护下进行下方土休开挖，如图所示为日本的滨街车站施工步骤。

（6）明挖法

在地面交通和环境允许的路段，可以采用结合明挖法（成盖挖法）修建地铁车站的方式。

两条平行盾构遂道先行贯通，然后开挖基坑到相应车站顶板标高，施工钢筋砼立柱，待车站顶板砼达到设计强度后回填上部土体，恢复路面后再施工车站其他部分。

明挖区段主要先施作盾构遂道外侧的止水帷幕、挡土墙，用于保持地基稳定和止水，待盾构机通过后，在遂道内设置加强支撑，进行开挖和拆除部分管片。

如图所示，德国科隆城市南北线上的Kartauserhof车站的施工步骤是，先明挖站体竖井，随盾构机从竖井两侧穿越车站区，再进行扩挖施工将两条行车遂道与竖井连接起来，形成车站站台层。

1.2扩挖小直径盾构遂道修建地铁车站工程实例

（1）横通道法

我国对于扩挖法修建地铁车站的研究起步较晚，尚处于探索性研究阶段，结合我国目前地下工程施工水平，根据北京地铁施工中使用的盾构机类型，分析了结合盾构法建造塔柱式地铁车站的可行性。

在先行贯通两条行车盾构随道之后，用相同直径的盾构机在两条隧道之间开挖一条隧道，再用多条横通道连接三条盾构隧道，形成三圆塔柱式车站的方案，如图所示。

这种工法的特点是施工简単、宽度较大，适于较宽的路段。

（2）浅埋暗挖法结合横通道法

以北京地铁通用乙级车站为例，进行了外径为6m的区间盾构先行条件下，采用浅埋暗挖法扩挖形成地铁车站的方案设计。

采用大比尺模型进行开挖和支护方案的模拟，两侧为并行的盾构遂道，中间为宽14.2m，高10.4m的大断面浅埋喑挖随道，三者之间以宽度6.68m的横通道相连，形成三拱塔柱式车站。

如图所示左图为横通道部分，右图为塔柱部分。

（3）明挖法

结合明挖法修建地铁车站的施工顺序，盾构先行贯通车站行车遂道，然开挖基坑到车站相应顶板标高，施工钢筋混凝土立柱和顶板，达到设计强度后回填路面，再进行其他部分施工。

前办联古比雪夫一线上的十月革命站采用区间盾构和明挖法结合修建的立柱式地铁车站，如图所示。

盾构遂道通过后进行站台部分的基坑开挖，拆除部分管片后施工基础板，并在其上安装两排带有梁的柱子，沿梁安裝盖板。

由于采用了连续开挖区间和车站遂道的技术，基坑开挖缩小到站厅范围，减少了车站结构工程量，缩短了基坑施工期限，且不需要采用围护桩对基坑墙进行支护。

（4）半盾构法

前苏联圣彼得堡地铁车站是用半盾构法修建三拱墙柱式车站，区间遂道与车站行车遂道贯通，中间扩挖部分为集散厅，在行车遂道和集散厅之间用连续开洞的隔墙代替原有的梁柱体系，行车遂道内无侧站台，隔墙上对应车门的部位设置屏蔽站台门。

施工过程如下：

先施工两条行车遂道，然后设置纵梁和立柱，用半盾构开挖中央拱部，在支撑的保护下分步拆除部分盾构管片和开挖中央剩余部分，待施工仰拱后中央部分成为闭合状态。

车站中间部分拱形结构高出两侧遂道，通过纵梁立柱结构体系传递荷载。

这种类型的车站在圣彼得堡约有十个，如图所示。

2结语

为解决盾构区间施工与车站施工在速度和组织上的矛盾,可以采取扩挖盾构遂道的方法修建车站,从而可有效解决盾构施工中盾构法连续施工的区间分散;盾构设备的利用率偏低;盾构机的非推进作业过多;盾构法施工的工期延误;盾构法施工的额外成本较多等问题。

该方法对于提高地铁建设质量,加快地铁建设速度,降低地铁工程造价有着很大的优越性,具有重要的现实意义。

二．进度与安排

第1周了解设计任务和要求，熟悉设计资料和规范；确定施工方案；外文资料翻译；调研相关工程，查阅资料。

第2-3周确定土方开挖断面及土方量计算；土方调配方案的确定；重点部位的模板设计；施工临时管线、道路及场站的布置；完成调研报告。

第4-5周模板设计；钢筋工程设计计算；混凝土工程（包括运输路线及机械位置；浇筑重点部位措施及养护制度等）；外文资料翻译结束。

第6-7周管线工程施工设计；质量验收程序及措施；编制进度计划等；

第8周满水试验计算；冬、雨期施工技术措施；技术经济指标分析；质量与安全措施、降低成本措施等；

第9-10周绘图（平面布置图、土方调配图、模板支设图、进度计划图、局部大样图等）；

第11-15周编制设计说明书、计算书；图纸的修改完善。

整理设计成果；

第16周答辩。

参考文献

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