青島地鐵2號線施工工藝方法和原因

1、青島地鐵2號線施工工藝方法及原因制作人：王法政背景介紹隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人口城鎮(zhèn)化趨勢的加重，城市的規(guī)模也日益增大，城市人口的增加和機動車數(shù)量的日益增長，導(dǎo)致了城市交通狀況的不斷惡化。為了改善交通環(huán)境，政府采取了各種措施緩解交通壓力，其中地下鐵道的建設(shè)是目前較為有效的辦法，且得到了普遍認可。由于在建筑物較為密集的城市中修建地鐵，傳統(tǒng)的施工方法受地面建筑、道路、城市交通、水文地質(zhì)、環(huán)境保護、施工機具以及資金條件等因素的影響較大，隨著施工技術(shù)的發(fā)展，安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)保的機械化施工將在未來的地鐵施工中越來越多的采用。本次介紹的為青島地鐵2號線施工工藝方法及原因。青島地鐵2號

2、線：2012年11月2日，青島第二條地鐵線一期工程土建施工正式開工。青島地鐵2號線一期工程全長25.2公里，共設(shè)車站22座，全程約40分鐘，預(yù)計2017年正式通車。一、工法比較明挖法和暗挖法在地鐵施工中區(qū)間隧道主要采用明挖法和暗挖法2種施工形式。明挖法區(qū)間隧道適用于結(jié)構(gòu)埋深較淺，施工場地開闊、建筑物稀少、交通及環(huán)境允許的地區(qū)，該法施工速度快，造價較低，結(jié)構(gòu)形式一般為整體澆筑鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)，可設(shè)中墻或根據(jù)線路要求采用單跨結(jié)構(gòu)。暗挖法適用于埋深較大，地面交通和建筑較為密集，且拆遷較為困難的地段。該法對地面構(gòu)筑物和環(huán)境影響較小，且施工較為靈活，可根據(jù)地質(zhì)條件、周邊地表環(huán)境和工期要求等采用礦山

3、法、TBM法和盾構(gòu)法等形式。由于地鐵施工多在建筑密集、道路狹窄及交通復(fù)雜等地段修建，多采用暗挖法施工。車站等地多采用明挖法。青鐵3線首個明挖法車站青鐵2線暗挖法施工（一）暗挖法的特點分析暗挖法在地鐵施工中應(yīng)用較為廣泛，技術(shù)較為成熟，暗挖法主要包括礦山法、盾構(gòu)法、TBM法、淺埋暗挖法等，以下對幾種方法進行分析。地鐵施工：暗挖法礦山法礦山法適用于結(jié)構(gòu)埋置較深、具有一定自穩(wěn)能力巖層中的隧道開挖，適用深埋于較堅硬巖體中隧道的開挖。礦山法施工技術(shù)成熟，靈活方便，尤其在地質(zhì)條件較復(fù)雜的情況下，能夠根據(jù)地質(zhì)條件的變化，隨時改變施工方案，并且投資較低。在目前國內(nèi)的地鐵施工中，青島的地質(zhì)特征比較適合采用礦山法施

4、工。通過對目前青島地鐵在建工程的施工情況分析，在城市中采用礦山法施工存在施工安全風(fēng)險高、施工擾民、對既有建筑物的安全影響較大、對工期的影響較大等缺點。盾構(gòu)法盾構(gòu)法是暗挖隧道施工中一種先進的工法。盾構(gòu)法施工不僅施工進度快，而且噪聲小，振動小，對地面交通及沿線建筑物、地下管線和居民生活等影響較少。盾構(gòu)法施工具有良好的隱蔽性，施工引起的噪聲、振動的危害小，對城市居民的生活影響小，機械化程度高，勞動強度低等優(yōu)點。盾構(gòu)法適合在軟弱地層施工，不適合巖石地層施工。TBM法全斷面隧道掘進機（TBM）一般適用于巖石地層。在我國水利水電隧道、鐵路隧道、公路隧道應(yīng)用較為廣泛，但是在地鐵施工中采用TBM較少，目前國內(nèi)

5、重慶地鐵屬于首次采用，且取得了成功。優(yōu)缺點：1.TBM法的優(yōu)點：（1）掘進效率高、速度快。掘進機開挖時，TBM可以實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，從而可以實現(xiàn)破巖、出渣、初期支護一條龍作業(yè)，從而提高了掘進速度，一般情況下為礦山法施工速度的2.54倍。（2）TBM開挖施工質(zhì)量好，且超挖量少。TBM開挖的隧道內(nèi)壁較光滑，從而可以減少因超挖增加支護工程量，降低工程費用。（3）對巖石的擾動小。TBM施工可以大大改善開挖面的施工條件，而且周圍巖層穩(wěn)定性較好，從而保證了施工人員的健康和安全，同時隧道周邊建筑受到的影響也較鉆爆法小。（4）施工安全性高，TBM可在刀盤內(nèi)進行刀具的更換，密閉式操控室和高性能使安全性和作業(yè)環(huán)境有了

6、較大的改善。（5）施工環(huán)境污染小，TBM掘進施工中具有振動小、噪聲低、粉塵少的特點，對周邊環(huán)境影響很小。同時TBM可以連續(xù)掘進施工，一般不會出現(xiàn)為了避免影響居民休息、工作等在特定時間內(nèi)不能施工的情況。缺點2.TBM法的缺點：（1）掘進機對多變的地質(zhì)條件（斷層、破碎帶、擠壓帶、涌水及堅硬巖石等）的適應(yīng)性差。（2）由于掘進機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對材料、零部件的耐久性要求高，故其設(shè)備價格較高。在施工前需要花大量資金購買部件和制造機器，致使工程建設(shè)投資高，不適用于短隧道。（3）施工中不能改變開挖直徑及形狀，在應(yīng)用上受到一定的制約。（4）對車站有始發(fā)、接收、調(diào)頭和過站的要求，因此增加了車站土建造價，同時工期相互制

7、約。淺埋暗挖法淺埋暗挖法為一種適用于較為松散地層施工的新奧法。它充分利用地層自身的自穩(wěn)能力和開挖掌子面的空間約束，主要采用錨噴支護的形式對地層進行加固，約束圍巖的松弛和變形。并通過對圍巖和支護進行實時監(jiān)控來指導(dǎo)工程的設(shè)計與施工的一種工法。新奧法主要應(yīng)用于埋深較淺、松散不穩(wěn)定的土層和軟弱破碎的巖層中。淺埋暗挖法（二）青島地質(zhì)條件根據(jù)青島地鐵的地勘報告顯示，地鐵區(qū)間隧道主要穿越地層為中等微風(fēng)化花崗巖，局部地段洞頂為強風(fēng)化巖，部分地段發(fā)育煌斑巖、花崗斑巖等脈巖及碎裂巖等構(gòu)造巖，該地區(qū)地下水類型按賦存方式分為第四系松散巖類孔隙水和塊狀基巖裂隙水2類，除構(gòu)造發(fā)育段地下水富水性貧中等外，其他地段地下水一般

8、不發(fā)育。強風(fēng)化下亞帶花崗巖的礦物成分主要為堿性長石、斜長石、石英，礦物蝕變強烈，長石多高嶺土化，巖芯手搓呈砂狀角礫狀，手掰易碎，巖體極破碎；中風(fēng)化花崗巖構(gòu)造節(jié)理及風(fēng)化裂隙較發(fā)育，多為高角度節(jié)理，節(jié)理面呈閉合微張開狀，節(jié)理面見鐵染現(xiàn)象，巖芯多呈塊狀短柱狀，取芯率為65%75%，石英含量30%35%。巖體單軸飽和抗壓強度845MPa，巖體完整性指數(shù)Kv為0.30.5，屬破碎較破碎的較軟巖較硬巖；微風(fēng)化花崗巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，沿節(jié)理面有鐵銹色礦染，巖芯多呈短柱柱狀，取芯率為80%100%，石英含量30%35%。巖體單軸飽和抗壓強度3580MPa，巖體完整性指數(shù)Kv為0.55 0.75，屬較完整的較硬堅

9、硬巖，耐磨性指數(shù)為2.013.28，屬極低低耐磨性。方法適應(yīng)性分析根據(jù)青島地鐵的水文地質(zhì)特性，青島地鐵2號線區(qū)間主要穿越花崗巖地層，所以施工時不宜采用盾構(gòu)法和淺埋暗挖法施工。區(qū)間線路大部分通過城市中心部分，沿線人口稠密、地面交通繁忙、穿越的地面建（構(gòu)）筑物較多，青島地鐵不宜采用礦山法施工。根據(jù)水文地質(zhì)條件周邊環(huán)境對地鐵施工要求高，從技術(shù)、安全、環(huán)保等幾方面綜合考慮，在青島地鐵采用TBM工法施工較為適宜。二、TBM機型比選常用的全斷面隧道掘進機（TBM）有敞開式、單護盾、雙護盾巖石掘進機。根據(jù)不同的地質(zhì)巖層特性選用不同的形式的巖石掘進機?，F(xiàn)對各種巖石掘進機進行介紹如下：（1）敞開式TBM是利用自

10、身支撐機構(gòu)撐緊洞壁以承受向前推進的反作用力及反扭矩的全斷面巖石掘進機，主要適應(yīng)于硬巖。如遇有局部破碎帶等地層時，可通過掘進機所附帶的超前鉆及注漿設(shè)備進行注漿加固，隧道支護采用模筑襯砌形式。（2）改良型單護盾復(fù)合TBM是以傳統(tǒng)單護盾（TBM）為基礎(chǔ)，吸取了土壓平衡盾構(gòu)的原理及優(yōu)點后產(chǎn)生的一種巖石掘進機，適合于軟巖及硬巖地層的施工，隧道支護采用同步管片襯砌。TBM機型（3）改良型雙護盾TBM針對傳統(tǒng)雙護盾TBM進行了改進，增加螺旋器出砟系統(tǒng)，采用敞開式和土壓平衡2種掘進模式，增加了噴錨支護系統(tǒng)，支護結(jié)構(gòu)可根據(jù)地質(zhì)情況采用管片或復(fù)合襯砌。由于改良型雙護盾TBM集合了敞開式TBM及單護盾TBM的優(yōu)點，

11、可以適應(yīng)軟硬地層的掘進施工；因為在掘進時可以同時安裝管片，所以它的掘進速度也比較快。在我國引水隧道和鐵路隧道中雙護盾TBM有很多成功施工的經(jīng)驗和實例，所以根據(jù)雙護盾TBM已經(jīng)施工完成的成功經(jīng)驗，在青島地鐵采用雙護盾TBM是可行的。三、機型的適應(yīng)性分析根據(jù)青島區(qū)域地質(zhì)特性，青島地鐵工程的設(shè)計技術(shù)特點，支護要求，施工的難易程度分別對3種機型的地層適應(yīng)性，線路的適應(yīng)性，支護形式，施工的靈活性和經(jīng)濟技術(shù)指標等方面進行了分析比較，認為敞開式TBM適合于采用“先洞后站”的施工模式，這樣可以充分發(fā)揮快速掘進的優(yōu)勢，對環(huán)境干擾較??；但是目前的施工組織設(shè)計，車站與區(qū)間同期進行建設(shè)，如采用敞開式TBM施工，場地占用、組裝、拆卸相對困難，施工靈活性差，且設(shè)備造價高，攤銷小，殘余價值高。改良型單護盾復(fù)合TBM只能采用支護同步管片襯砌，支護及時跟進，施工工序單一，機械化程度高，但在微風(fēng)化花崗巖地層中采用管片襯砌造價較模筑襯砌稍高。改良型雙護盾TBM具有敞開式和土壓平衡2種掘進模式，在中、微風(fēng)化帶采用敞開模式掘進，充分利用圍巖的自承能力，采用造價相對較低的模筑襯砌支護結(jié)構(gòu)，施工速度快；在地質(zhì)條件較差的強風(fēng)化巖層中掘進時，可采用土壓平衡模式，采用同步管片襯砌，支護及時可靠。四、總結(jié)隨著我國地鐵建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，已從傳統(tǒng)的施工方法發(fā)展到安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)