《城市地铁施工方法及风险分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市地铁施工方法及风险分析.ppt（134页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,城市地铁施工方法及风险分析,张顶立北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心2007-6,2,Part 我国城市地下空间开发利用现状Part 城市地铁施工方法Part 城市地铁施工风险因素分析Part 不同施工方法对施工安全的影响Part 城市地铁施工典型事故案例Part 结 语,3,Part 我国城市地下空间开发利用现状,4,21世纪地下工程的世纪,进入21世纪以后，中国城市地下空间的开发数量快速增长，体系不断完善，特大城市地下空间开发利用的总体规模和发展速度已居世界同类城市的先进前列。中国已经成为世界城市地下空间开发利用的大国，正在得到各级政府和专家的普遍重视。,5,我国城市地下空间
2、开发利用成就,城市轨道交通建设速度已居世界首位；城市地下快速道路建设已经起步并将加速发展；,城市地下物流系统正在研究；特大城市和大城市地下空间专项规划已经和正在普遍开展。,6,我国城市地下空间开发利用不足,地下空间的综合利用效益尚得需改进；市政综合管廊（共同沟）建设刚刚起步；深层地下空间开发利用还基本处于空白；在法律、政策、运作管理以及自主产权的核心技术的地下施工装备等方面和发达国家仍有一定的差距。,7,城市地下空间开发意义,城市地下空间开发利用已经成为提高城市容量、缓解城市交通、改善城市环境的重要手段，正在成为建设资源节约型、环境友好型城市的重要途径。,以北京为例，目前北京地下空间建成面积已
3、达3000万平方米；全市地下空间今后平均每年将增加建筑面积约300万平方米，占总建筑面积的10。,8,我国城市地下空间开发情况,当前，中国城市轨道交通建设速度已居世界首位，2010年前，中国将开通运营的城市地下轨道交通线路将达到1200km以上，今后每年平均建成的线路为180km。,城市地下空间规划得到普遍重视。到目前为止，已有北京、上海、重庆、南京、杭州、青岛等20多个城市编制了城市地下空间专项规划，有效地规范了城市地下空间开发利用。许多城市结合城市中心区改造和新区建设编制了地下空间详细规划，如北京的中央商务区、中关村西区、奥运中心区、金融街、王府井商业区等，对该地区科学、合理、有序地开发利
4、用地下空间起到了有效控制和科学引导的作用。,9,我国城市地下空间开发情况,大型城市地下综合体建设项目多、规模大、水平高。许多城市结合地铁建设、城市改造和新区建设，建设了规模巨大、功能综合、体系完整的地下综合体，如：北京中关村、奥运中心区，上海世博园区、火车南站、五角场，广州珠江新城，杭州钱江新城波浪文化城等，这些项目规模都在10万平方米以上，开发层数3-4层，集交通、市政、商业于一体，内部环境优越，地上地下协调一致。,10,城市轨道交通建设速度居世界首位,最近几年，中国城市轨道交通进入了空前发展的时期，截止2006年上半年，大陆已有地铁的城市有6个：北京 113km 天津 7.4km 上海 1
5、23km 广州 36.6 km 深圳 21.8km 南京 16.9km 线路总长 318km在建设或获准建设地铁的城市有武汉、成都、沈阳、杭州、重庆、哈尔滨等8个城市17条线路，线路总长360km。,11,大型城市地下综合体建设情况,北京:北京中关村西区：地下建筑面积50万m2，北京王府井地区：在1.65km2的范围内，地下可利用建筑60万m2，北京金融街中心区：金融街地下交通体系是国内第一个大规模地下交通系统，该工程总建筑面积约30000 m2。,12,大型城市地下综合体建设情况,上海：上海静安寺广场：是地铁二号线静安寺站的出入口，是由下沉广场、地下商场、露天剧场、喷水池风井、伤残人电梯亭和
6、静安公园延伸绿地等组成的综合体。广场用地面积8412m2，商场建筑面积8200 m2,下沉广场面积2800m2，是集交通、商业为一体的综合体。上海南站地下综合体：上海南站站域地下除了设有三条轨道交通线的三个车站，总开发面积约90000m2，开发深度达15m。较好地解决了铁路、轨道交通和公交的换乘。人民广场地下综合体：人民广场站地处上海的文化、旅游和商业中心。结合地铁1、2号线换乘站形成了一个总建筑面积50000m2，包括2座地铁车站、2座地下商场、一座地下停车场和一座地下变电站的大型地下综合体。,13,大型城市地下综合体建设情况,深 圳 深圳罗湖口岸及火车站地区：该综合体地下地上各三层，该项目
7、于2006年7月获城市土地学会亚太区卓越奖。深圳华强北地下商业街：以疏通人流为主，兼顾商业和旅游观光的地下商业通道。设计停车泊位1000个。地下人行系统在三个十字路口处分别向东西方向的道路下方延伸，扩展为三个大厅。地下商业面积3.2万m2。,南 京 结合地铁1、2号线新街口换乘站建设，形成地下空间网络，总建筑面积超过了40万m2，基本形成了地下城。,14,大型城市地下综合体建设情况,其它城市:,珠海：拱北口岸广场地下空间：地下总建筑面积 150,000 m2，地下三层。,大连：不夜城(150,000 m2),奥林匹克公园(40,000 m2),西安：钟鼓楼广场（50,000 m2）,济南：泉城
8、广场（40,000 m2）,15,已经起步的城市地下快速路,已经建成的如南京玄武湖地下快速路、城东干道地下路、杭州西湖湖滨地下路、北京奥运中心、中关村和金融街地下路，上海中环线若干地下路段，深圳西部通道地下路段等，正在建设的有苏州独墅湖和即将建设的金鸡湖湖下快速路等。,16,隧道建设成就举世瞩目,17,厦门翔安海底隧道,全长8.695 km（海底段长 6.05 km），跨越海域宽约4.2km，按双向六车道高等级公路标准设计，是国内第一条海底隧道，工程概算31.97亿，工期4年。,五通立交,隧道起点K6+540,竖井K7+850，直径8.5m，深约45m,隧道终点K12+485,竖井K11+25
9、0，直径8.5m，深约45m,西滨互通,服务、管理区,施设采用E线（5.95km海底隧道）,起点K5+909,终点K14+647,18,青岛胶州湾海底隧道,青岛胶州湾海底隧道：线路全长6.17km，海底段隧道长3.95km。,19,南京长江隧道,盾构隧道,夹江大桥,江北接线道路及收费广场,整个工程计划在2008年底建成，2009年上半年通车，工程总投资约为30亿元。,20,南京长江隧道采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案，左汊盾构隧道工程主要包括610m江北接线道路、420m收费广场、3790m左汊盾构隧道（其中江北始发井和引道及明挖段370m，左线盾构隧道长3022.17m，右线盾构隧道长30
10、15.06m，梅子洲接收井和引道及明挖段400m）和368m梅子洲接线道路。左汊盾构隧道采用两台直径14.93m（德国海瑞克公司生产）复合式泥水盾构机施工，由浦口岸边工作井出发，同向掘进施工。右汊655.5m夹江大桥设计为独塔自锚式悬索结构,大桥主塔高109.15m，采用爬模施工，主跨钢箱梁采用岸边焊接，逐节顶推拼装法施工。,21,Part 城市地铁施工方法,22,隧道支护设计理念的发展,传统矿山法：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。,新奥法：围岩既是荷载的来源，又与支护结构共同承担荷载。必须选择合理的支护时机和支护刚度对围岩坍塌进行约束。,
11、浅埋暗挖法：通过监控量测，采用新型支护结构、多种辅助工法，指导设计和施工。开挖后及时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系。,浅埋暗挖法思想是北京地铁暗挖施工的指导性理念,23,新奥法,新奥法（New Austria Tunneling Method，简称NATM）概念是奥地利学者拉布西维兹教授于二十世纪50年代提出的。它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经奥地利、瑞典、意大利等国的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。之后该方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速的发展，已成为现代
12、隧道工程新技术的标志之一。我国近40年来，在许多铁路隧道修建中成功应用了新奥法，取得了较多经验，积累了大量数据，现已进入推广应用阶段（在公路部门新奥法的应用仅为50%左右）。目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效益是明显的。,24,新奥法施工要点,基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。两大特点光面爆破与喷锚支护光面爆破、预裂爆破技术符合隧道开挖轮廓线的设计要求，能减轻对围岩的扰动，同时还能控制超挖。施工安全，工程造价也很低，是隧道采用喷锚支护的一项基本技术，是采用喷锚支护的必备前提。喷射混凝土支护是一种施工速度快、操作简单、可快速形成支护能
13、力的有效手段。当地质条件发生变化时能灵活改变喷射厚度及调整喷射混凝土硬化时间，保证施工安全。喷射混凝土是新奥法施工中的三大支柱之一。锚杆种类很多，根据不同地质条件及应用场合来选用适合的锚杆。通过一定的施工操作，将锚杆安装在遂道或地下工程围岩中，即能承受荷载、阻止围岩的变形，因而锚杆也成为新奥法施工的三大之柱之一。,25,复合式衬砌理想的支护形式,复合式衬砌：锚杆，初期支护，防水层，二次衬砌组成的系统结构。复合式衬砌与新奥法密切相关。复合式衬砌是以新奥法为依据进行设计和施工的，新奥法施工又需要复合式衬砌作为维持围岩稳定最理想的支护手段。该技术已在国内外隧道与地下工程得到广泛应用。,隧道复合式衬砌
14、结构图,Tip:二次衬砌也称模筑衬砌,26,复合式衬砌分层施作。二次衬砌一般在初期支护变形基本稳定后施作。初支与二衬的承载能力是相互依赖和影响的，对两层衬砌的强度要综合考虑。初支的主要作用在于保护施工过程围岩的稳定和安全，而二衬主要作用是承担后期变形所产生的压力，保证使用期间安全。两层衬砌之间设有防水层、要密贴。复合式衬砌可调整围岩应力，使之分布趋向均匀，故其横断面设计以近似圆形为宜，轮廓光滑圆顺，防止应力集中。二衬不宜太厚，当围岩压力较大时，应采用钢筋混凝土衬砌。复合式衬砌设计常用工程类比法，施工内容包括：喷射混凝土、架设网构钢架和挂钢筋网，铺设防水层以及模筑混凝土二次衬砌、监控量测等。,复
15、合式衬砌理想的支护形式,27,新奥法与传统矿山法的对比,采用锚喷支护的新奥法与采用钢木支护的传统矿山法相比，不仅仅是支护手段上的革新，更重要的是工程概念的不同。,28,新奥法施工的另一个主要特点是通过多种量测手段，对开挖后隧道围岩进行动态监测，并以此指导隧道支护结构的设计与施工。可以毫不夸张地说，新奥法的推行确实引起了传统矿山法修建技术在开挖方法、施工技术乃至隧道设计思想方面的重大变革。不仅在山岭隧道中，而且在城市松软地层隧道建设中也得到广泛应用。在城市浅埋地铁施工中，由于所采用的不仅仅是锚杆和喷射混凝土，还有地层注浆、格栅、管棚等手段，即用新奥法理念来改进矿山法使之适应地铁隧道的特点。这就是
16、当前城市地铁隧道施工中“浅埋暗挖法”的由来。浅埋隧道的最大特点是埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此对开挖、支护、衬砌、排水、注浆等方法提出更高要求，施工难度增加。当前，浅埋地下工程的施工方法主要包括明（盖）挖法、暗挖法、盾构法等。,29,浅埋地下工程施工方法对比,30,城市地下工程施工方法明挖法,明挖法是先从地表面向下开挖基坑至设计标高，然后在基坑内的预定位置由下而上修筑衬砌、建造主体结构及其防水措施，最后回填土并恢复路面。施工基本流程：打桩(护坡桩)路面开挖埋设支承围护与开挖地下结构物的施工回填拔桩恢复地面(或路面)。,东单车站明挖基坑,31,明挖法
17、特点,明挖法关键工序：降低地下水位；边坡支护；土方开挖；结构施工；防水工程等。由于明挖施工技术具有简单、快速、经济、安全的优点，各国地下工程(包括地铁)发展的初期都将其作为首选的施工方法。明挖隧道具有埋深陷、线路短、照明和通风代价小、工程造价和营运费用低、使用效益好等优点，比较符合地质原则、效益原则、技术原则和整体最优原则，但对周围环境扰动和影响较大。关键技术的进步主要表现在：(1)大面积的深基坑降水技术。早期深井泵被潜水泵代替，用于无砂混凝土管井降水，便于施工、减少费用。目前多级轻型井点、喷射井点降水技术在深基坑降水中已普遍应用，电渗、辐射并降水技术也在一些工程中得到应用。成孔机械设备也在不
18、断发展。(2)边坡支护技术发展很快，主要经历以下发展阶段：钢桩（工字钢和止水的钢板桩）横撑土层锚杆钢绞线锚索连续墙加锚杆土钉墙，目前我国边坡支护技术已达到国际水平。,32,明挖法,明挖法施工中的基坑可分为敞口放坡基坑和有围护结构的基坑两类，又可采用不同的维护基坑边坡稳定的技术措施和围护结构。在选择基坑类型时，应根据隧道所处位置、隧道埋深、工程地质和水文地质条件因地制宜确定。,33,敞口放坡基坑,在城市地下工程采用明挖法施工时，为了防止塌方，保证施工安全，在基坑(槽)开挖深度超过一定限度时，土壁应做成有斜率的边坡，以保证土坡的稳定。工程中常称为放坡。,34,有围护结构基坑,由于地质条件，基坑深度
19、，周围环境的约束，敞口放坡基坑往往不能满足要求，这样就必须采取有围护结构的基坑。目前，城市隧道明挖基坑所采用的围护结构种类很多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异。因此，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工这一特点，经综合比较后确定。,地下连续墙施工,35,明挖法围护结构形式,36,地下连续墙施工技术要点,(1)利用专用挖槽机械开挖地下连续墙槽段，在进行挖槽过程中，沟槽内始终充满泥浆，以保证槽壁的稳定。(2)当槽段开挖完成后，在沟槽两端放入接头管(又称锁口管)。(3)将事先加工好的钢筋笼置入槽段内，下沉到设计高度。若钢筋笼太长，一次吊沉有困难时，则须
20、将钢筋笼分段焊接，逐节下沉。(4)待插入用于水下灌注混凝土的导管后，即可进行混凝土浇筑。(5)待混凝土初凝后，及时拔去接头管。这样，便形成一个单元的地下连续墙。,地下连续墙施工程序图,37,地下连续墙,连续墙导墙,地下连续墙钢筋笼吊装,挖槽机成槽,38,一般说来在以下几种情况宜采用地下连续墙：(1)处于软弱地基的深大基坑，周围又有密集的建筑群或重要的地下管线，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。(2)既作为土方开挖时的临时基坑围护结构，又可用作主体结构的一部分的地下工程。(3)采用逆作法施工，地下连续墙同时作为挡土结构、地下室外墙、地面高层房屋基础的工程。在隧道工程中主要用于地
21、下铁道、地下道路、地下街道、盾构等工程的竖井、干船坞等。地下连续墙在明挖法施工和盖挖法施工中也是基坑围护的主要手段。,39,地下连续墙受力与破坏,受力特点：作为深基坑支护的一种形式，其受力与钢板桩、桩排式灌注校等挡土结构有许多相似之处。但因为地下连续墙入土深、刚度大、施工过程的工况多，所以设计计算就又有其本身的特殊性。,施工和使用阶段的几种典型工作状态,挡土结构体系的破坏形式,40,(2)强度破坏支撑强度不足或压屈当设置的支撑强度不足或刚度太小时，在侧向土压力作用下支撑损坏或压屈从而引起墙体上部或下部变形过大，导致支挡系统毁坏。墙体强度不足由土压力引起的墙体弯矩超过墙体的抗弯能力，导致墙体出现
22、大裂缝或因断裂而遇到破坏。(3)变形过大由于地下连续墙刚度不足，变形过大或者由于墙体渗水漏泥引起地层损失，导致基坑外的地表沉降和水平位移过大，会引起基坑周围的地下管线断裂和地面房屋的损坏。,41,土钉墙围护结构,土钉墙支护及其作用机理土钉墙围护结构是在隧道新奥法原理的基础上发展起来的，故又称为深基坑的“喷锚网支护结构”。所谓土钉就是置于基坑边坡土体中，以较密间距排列的细长金属杆。土钉依靠它与土体接触面上的粘结力或摩擦力，与其周围土体形成一个有自承能力的挡土墙体系，承受未加土钉土体施加的侧压力，以保持基坑边坡的整体稳定性。这种围护结构，近年来在北京、广州、深圳等城市的高层建筑深基坑中采用较多；在
23、北京地下铁道西客站预埋区间隧道的明挖基坑中也已采用，取得较好的效果。土钉墙支护适用于地下水位以上或经过人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土及饱和软土应采用复合型土钉墙支护。,42,最常用的土钉是钻孔注浆型土钉：先在土中成孔，置入变形钢筋或饭钢管，然后沿全长注浆填孔。般施工顺序：从上到下分段开挖土方一定深度，每段高度一般为12m；随开挖随在开挖面上设置一排土钉(各排之间错位成梅花形布置)；注浆、喷射混凝土面层；继续向下开挖一定深度。并重复上述步骤，直至所需的深度（也可先挂网喷混凝土，后设置土钉，视土质而定）。有时根据需要，喷射第二层混凝土面层。,钻孔注浆型土钉体及
24、面层构造,43,最常用的土钉材料可以是变形钢筋、圆钢、钢管及角钢等。土钉材料的置入可分为钻孔置入、打入或射入方式。土钉墙支护参数包括土钉长度、间距、直径、倾角，以及注浆材料、支护面层等。,土钉墙支护施工过程图,44,复合型土钉墙支护,对自立性很差的软弱土体，普通土钉墙支护有困难时应当考虑采用复合型土钉墙支护。所谓复合型土钉墙支护，就是以钢管、钢板桩、水泥搅拌桩等作为挡土防渗帷幕，并与土钉一起共同组成的支护结构。它可以解决土体的自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题。复合型土钉墙显然比普通土钉墙支护效果更好，可满足较大的基坑开挖深度。,复合型土钉墙简图,45,土钉与锚杆,二者有相似之处，但作
25、用机理不尽相同。除锚固段外，锚杆沿长度方向受到同样的拉力，并将这拉力通过锚座传给面部的挡土墙或桩(见基坑围护结构的支护体系)。而土钉受力沿其长度是不均匀的，土钉支护中的喷射混凝土面层不是主要受力构件；土钉间距小而数量多，锚杆间距大而数量少。当然，土钉与灌浆锚杆相同之处较多，但土钉一般都较短，而灌浆锚杆则较长。,土钉与锚杆工作示意图,46,城市地下工程施工方法盖挖法,盖挖法是“先盖后挖”，即先以临时路面或结构顶板维持地面畅通再向下施工。先用连续墙、钻孔桩等形式做围护结构和中间桩，然后做钢筋混凝土盖板，在盖板、围护墙、中间桩保护下进行土方开挖和结构施工。盖挖法有逆作与顺作两种施工方法。所谓逆作法是
26、指按土方开挖顺序从上层开始往下进行结构施工；而正作法则是指在土方全部开挖完成后，从底板开始做结构。盖挖法的主要优点是安全，占地少，对居民生活干扰小，采取措施合理甚至可做到基本不影响交通，但施工速度比明挖法要低。,47,盖挖法施工顺序,盖挖顺作法,盖挖逆作法,盖挖半逆作法,48,盖挖法施工,盖挖法顶板施工,盖挖法站台层施工（逆作）,在路面交通不能长期中断的道路下修建隧道时，可采用盖挖顺作法。若开挖面较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起邻近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，可采用盖挖逆作法施工。目前以采用盖挖逆作法居多。,49,南,北,盖挖逆作
27、法施工应用动物园车站主体施工步序图,50,城市地下工程施工方法暗挖法,城市地下工程浅埋暗挖法是一种综合施工技术，应用岩体力学理论，对隧道围岩变形的量测、监控，采用新型支护结构，采用多种辅助施工措施加固围岩，尽量利用围岩自承能力指导设计和施工；开挖后即时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效抑制围岩过大变形。浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，可具体归纳为：（1）采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；（2）采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力；（3）采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联
28、合支护体系；（4）采用信息化设计与施工。,51,整个工艺流程从地质调查开始，包括设计、施工、监测反馈等过程，与新奥法的总原则相似，不过更强调地层的预支护和预加固。因为浅埋地下隧道在城区施工较多，对地表沉降的控制要求比较严格。与一般深埋隧道新奥法施工不同的是，浅埋暗挖法支护衬砌的结构刚度比较大，初期支护允许变形且比较小。这对保护周围地层的自承作用和减少对地层的扰动是必须的。,浅埋暗挖法施工工艺流程,52,浅埋暗挖法施工特点,浅埋暗挖法施工主要特点：（1）围岩变形波及地表，通常须严格控制地中及地表的沉陷变形；（2）要求刚性支护或地层改良；（3）必要时通过试验段来指导设计及施工。浅埋暗挖法主要是针对
29、埋置深度较浅、松散不稳定的土层和软弱破碎岩层施工而提出来的。对于含水的厚层粉细砂、流塑状或软塑状淤泥质粘土层应慎重选用。关于隧道施工方法和辅助施工方法隧道施工方法包括隧道开挖方法、支护方法和支护方案等；辅助施工方法，可以说隧道施工的配套方案，包括地层改良方法等，如管棚、连续墙、注浆加固及基坑维护结构等，旨在保持地层结构的稳定性。,53,常用施工方法,标准区间断面常见的施工方法是正台阶法，适用于特殊地层条件或特殊断面的其他施工方法有全断面法、双侧壁导坑法（眼镜工法）、中隔墙法（CD法）、交叉中隔墙法（CRD法）。车站大断面施工常采用中洞法、侧洞法、柱洞法等，尤其适用于不同情况下的北京地铁地下车站
30、施工。,54,暗挖法标准断面,区间标准断面,车站标准断面,55,台阶法开挖,56,上下两部分步开挖法,多部分步开挖留核心土,57,CD工法（Center Diaphragm）,58,CRD工法（Cross Diaphragm）,CRD法施工国家计委地下停车场工程,59,双侧壁导坑法,60,大量的施工实例资料的统计结果表明，CRD法优于CD法（CRD法比CD法减少地面沉降近50%），而眼镜工法对控制地表沉降更为有利。但是CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大段面地下结构物（如停车场），且地面沉降要求严格时才使用。每步的台阶长度都应控制，一般为57m。在
31、市区软弱、松散的地层中，仅从控制地层位移的角度考虑，前述隧道浅埋暗挖施工方法择优的顺序为CRD工法眼睛工法CD工法上半断面临时闭合法正台阶法。而从进度和经济角度考虑，由于各工法的工序和临时支护不同，其顺序恰恰相反。,61,特大断面施工方法,(1)中洞法施工核心思想：变大断面为中小断面，提高施工安全度。,62,中洞法,63,(2)柱洞法施工,(3)侧洞法施工,64,柱洞法,65,侧洞法,66,(4)桩柱法施工,67,暗挖法施工各种工法比较,68,城市地下工程施工方法盾构法,盾构是在有水地层、软弱不稳定围岩中修建地铁区间隧道和其它地下工程时进行开挖支护和衬砌的一种专用机械设备，盾构选型与地层条件密
32、切相关，种类很多：全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构半开敞式盾构：挤压式盾构闭胸式盾构：土压平衡盾构、泥水加压平衡盾构国内施工应用较多,辐条式盾构,面板式盾构,69,盾构法,管片衬砌,管片,开口面板式刀盘,辐条式刀盘,70,盾构法施工,盾构法施工：在盾构机钢壳体的保护下，依据其前部的刀盘切削土体进行掘进，并在盾构机壳体内完成出土、管片拼装以及同步注浆等作业。施工要点为:由盾构作为临时支护形成开挖工作面，根据不同地层采用不同的刀具及水土平衡方式，在盾尾处拼装衬砌管片形成支护及防渗结构，自动挖掘、传送带或管道出料，为机械化连续作业。施工进度210m/d。优点:埋深大，纵向洞线平直；
33、施工方法先进，机械化程度高；无需施工降水、地下水位可保持；施工进度快、作业安全、噪音小；管片精度高、衬砌质量可靠、防水性能好；特别是引起的地表沉降小、不影响城市交通、对环境几乎无不良影响。缺点：平面布置不能保证规划路由；围岩为砂卵石，为适应地质条件需设计先进的大型设备；设备一次性使用，因工期限制，设备潜力存在较大浪费；施工工艺要求较高、断面形式变化不灵活。,71,地铁施工工法的选择与穿越的地层条件存在着重要关系，通常需综合考虑地层条件、水文地质条件、隧道埋深、场地因素、覆土厚度等因素的影响。（1）选择明挖法施工的主要影响因素是场地、地下水及覆盖土层厚度，一般在隧道埋深较浅、施工场地相对较为开阔
34、或仅为一般民房、绿地等时采用。（2）浅埋暗挖法施工时的主要问题是对场地土稳定性的影响，其中地下水对施工的影响最大，对于场地土稳定性较好、地下水相对简单、且地表环境复杂的情况，一般采用浅埋暗挖法。在城市地铁施工中，浅埋暗挖法与明挖法（盖挖法）相比，具有拆迁占地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优点；与盾构法相比，具有简单易行、勿需太多专用设备、灵活多变的优点，适用不同地层、不同跨度以及多种断面形式，可节约设备投资，适合我国国情。但同时也存在缺点，如施工速度慢，施工工艺受施工队伍的技术水平限制，施工中喷射混凝土带来的粉尘较多不利于身体健康、高水位地层结构防水困难等，有待改进。（3）在隧道埋
35、深较深、地下水情况较复杂、且地面建筑物及构筑物多，或拟建线路位于城市主干道下的情况，宜采用盾构法施工。,小结,72,Part 城市地铁施工风险因素分析,73,地铁工程风险机理分析,地铁工程施工安全事故是由多种原因引起的，既有内在因素也有外在因素，涉及很多方面：工程结构自身条件和特点工程建设的地质、水文等自然条件的复杂性工程周边环境（建筑物、道路和地下管线）的复杂性工程设计中的不足或遗漏工程建设的决策、管理和组织方案不到位或存在缺陷施工中机械设备质量、技术方案制定及施工操作水平同时，在某些情况下，小的事故若处理不当，还可能引起更大范围、更加恶劣的安全事故。这也是工程管理中尤其应当引起重视的问题。
36、,74,地铁结构自身特点和特殊性,地铁施工过程中的风险主要包括工程本身的安全风险（结构安全）和周围环境的安全风险，而对于城市地铁工程而言，施工环境等的特殊性决定了地铁施工给城市环境带来的风险问题将更为人们所关注。以北京市为例，当前地铁建设规模之大、工期之紧、条件之复杂以及难度之高在世界地铁修建史上都是罕见的。车站工程规模大（其中暗挖车站断面面积可达300-400m2，且很多为双层结构）；车站修建方法复杂，涵盖了明挖、盖挖、暗挖及明暗结合等施工方法，而暗挖大断面又采用了多种工法；车站施工包括全暗挖和两端明挖中间局部暗挖等多种形式，相应的附属工程施工难度大。,75,地质、水文等自然条件的复杂性,工
37、程所在区域的水文地质条件是经过漫长的地质年代形成的，经历了各种各样的自然和人为因素作用，其介质特性表现出很大的随机变异性。地层条件方面，体现在地层分布情况、不同岩土介质材料的物理力学性质与参数、岩土介质在切削搅拌后的流动性、粘性和变形参数以及各种不良地质情况（如潜在有害气体的侵入）等。水文条件方面，主要包括：岩土的渗透性、含水量、流向与流速；水位、水压和水的冲刷力；水的腐蚀性；水的补给来源等。此外地层中的一些障碍物，如废弃构筑物、孤立物（孤石或江底沉船）等的存在也加大了施工风险。,76,工程周边环境的复杂性,地面建（构）筑物的使用年限、结构类型（框架结构、砖混结构、砖结构）、基础类型（如条形基
38、础、桩基等）和文物价值等；周边道路、邻近建（构）筑物与地铁工程的空间位置关系，地下管线的类别、年限、材料及施工方法等；地层中原有空洞和松散区的分布状况；周边生态环境状况和社会群体等。,77,工程设计中的不足或遗漏,设计规范、准则和标准的不足导致的风险设计方案不足或遗漏导致施工中的风险（包括对第三者）力学计算模型和模拟、判断方法与实际施工的差异性导致的风险,78,工程建设决策、管理和组织方案的问题,如何选择合理的工程建设地址、技术方案，如何减少工程对周围环境的影响，如何评估工程建设的经济效益和社会效益，如何保持整个工程建设的“绿色”、“生态”或“可持续”？每一个问题的决策与执行都需要进行风险与效
39、益的综合决策。,79,机械设备质量、技术方案及施工操作水平,地铁工程建设中，施工方案、建设队伍、机械设备、施工操作技术水平、人员过失等对工程的建设风险都有直接的影响。由于工程施工技术方案与工艺流程复杂，不同工法又有不同的适用条件，不经慎重评选而贸然采取某种方案、技术和设备势必会产生风险。整个工程的建设周期长、施工环境条件差，这些对施工单位人员的健康和安全都很容易产生不良影响，容易导致出现各种意外风险事故。,80,值得注意的是，即使是对于同一个地铁工程，采用的施工方法不同，其存在的风险及导致的事故后果也不相同。因此，有必要对地铁施工中不同施工工法的风险特点及其对施工安全的影响特点进行分析，得到针
40、对不同施工工法条件的事故防控措施。,地铁施工可能出现的安全事故,81,广州地铁三号线滑坡事故(2004年4月),某地铁隧道推进引起地表发生塌陷破坏,国内部分城市地铁工程事故实例,82,台湾某地铁工程施工事故及新闻报道,83,Part 不同施工方法对施工安全的影响,84,地铁安全事故的原因类型与所在工程采用的施工方法对事故的影响问题是交叉存在的，换言之，引起地铁安全事故的原因与工程采用的施工方法密切相关，后者在很大程度上决定了事故发生的特点。在城市地铁施工中，采用不同施工方法所发生事故各有特点。因此，应分析不同工法下潜在事故的风险大小、事故的特点和后果等，从而得出不同施工方法条件下事故相应的防控
41、措施。,不同施工方法对施工安全的影响,85,各种工法的风险比较分析,基坑事故主要表现为侧壁坍塌，既有施工条件及环境等客观原因，也有因管理不到位、操作不当等人为因素造成的事故。暗挖施工受掌子面周边土层状况的影响最大，地层条件的好坏对暗挖施工是否安全进行起到决定性作用，这其中包括土质本身条件及稳定性如何，是否存在各类管线、管线数量多少及如何分布，尤其是否存在不明空洞及水囊等各种不良地质体。这些因素决定了暗挖施工的风险性较大，个别突发事件难于防控；而且由于施工机械化程度不高，一旦出现事故极易造成人员伤亡的严重后果。盾构法施工出现重大事故的可能性要小一些，事故的可控性较好，后果也相对较轻。,86,明（
42、盖）挖法,支护结构失稳，造成基坑壁塌方、基坑外围地面沉降，危及周围道路、建筑物、通讯设施、地下管网的安全；止水围幕失效，挡不往基坑外地下水。一旦基坑内地下水抽降，内外形成水位差，即易在基坑壁和基坑底部发生渗漏、流砂、管涌等工程病害，并伴有围护结构外侧的土体塌陷，影响邻近道路、建筑物和通讯设施的安全。,87,基坑侧壁土体的过大变形可能引起周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏，在北京地铁基坑工程中已发生数起基坑坍塌事故，其中以熊猫环岛站基坑坍塌最为严重，造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。,熊猫环岛站基坑坍塌,天竺苗圃明挖区间基坑滑坡,88,安全控制的具体措施有：（1）充分考虑基坑开挖过程中的
43、时空效应，坚持“分层开挖、先撑后挖、快挖快撑、减少无支撑暴露时间”原则；（2）加强基坑围护结构支撑的质量控制；（3）控制好基坑开挖纵向入坡的坡度；（4）做好深基坑内的排水工作，及时封堵围护墙渗漏点；（5）合理确定结构施工段长度，减少基坑暴露时间，从根本上控制基坑变形；（6）严禁在基坑周边堆放、瞬时增加荷载；（7）加强对基坑开挖施工全过程的监控。基坑开挖方案应结合工程的具体特点确定具体风险点，制定相应的技术措施或应急预案，还应加强现场管理，充分利用监测信息，不断优化施工参数，同时处理好周边环境特别是地下管线与施工的关系，将施工风险降到最低。,明挖基坑施工风险控制方案,89,浅埋暗挖法,鉴于浅埋暗
44、挖法的施工特点，施工中不确定性因素较多，施工风险大，因而出现安全事故的可能性很大。事故风险主要有：（1）因地质条件恶化、尤其是遇到不良地质（如空洞、气囊、水囊等），或设计不当、施工技术不到位和管理不力等出现塌方事故；（2）涌水或渗水（突水）；（3）隧道变形；（4）周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏。,90,浅埋暗挖法施工风险控制方案,（1）严格遵循十八字施工方针，控制地层沉降。（2）有效实施前期降水，保证在无水环境中作业。（3）采取可靠的地层预加固和支护技术控制地层沉降。（4）进行施工方案的优化，合理确定开挖面参数。（5）喷射混凝土施工时应预留注浆管。（6）不良地质地段必须采取特殊的施工技
45、术措施。（7）加强地面建（构）筑物的监控量测。,91,盾构法,盾构法施工是在盾构机壳体的保护下进行的，施工安全性好；由于开挖、装渣、支护全部为机械化作业，机械化程度高，施工质量更易控制和保证，且防水效果比较好。因此从总体上，盾构法施工风险相对较小，但由于施工中各种不确定性因素的存在，仍可能发生某一类型的安全事故。,92,盾构法施工风险控制方案,（1）防止盾尾漏浆：提高同步注浆的质量与管理，加强盾尾舱的管理（2）防止隧道上浮：加强隧道监测，对盾构机和管片进行姿态控制（3）穿越邻近建筑物时，重点做好以下几方面安全控制：合理设置土压力值，保持正面平衡，防止超挖和欠挖；穿越时降低推进速度，控制总推力，
46、减少土层扰动；穿越前调整好盾构姿态，穿越时减少纠偏次数及纠偏量，减少土体的扰动；在穿越邻近建筑物地段，保证一次穿过，不能中途换刀。,93,Part 城市地铁施工典型事故案例,94,城市地铁的建设过程不可能总如所期望的那样一帆风顺，施工条件复杂多变甚至难以预测、施工环境陡然恶化都会大大增加地铁施工难度，给地铁施工带来非常棘手的困难和问题，对这些问题的处理稍有不慎甚至就极易引发工程事故，可能导致严重后果。除不可避免地会造成经济损失之外，同时由于城市地理环境的特殊性和复杂性，尤其对于大城市和城市中心的繁华地区，地铁事故一旦发生必将产生尤为严重的社会影响。近年来，国内外诸多国家和地区的城市地铁建设，施
47、工事故屡见不鲜，仅在施工过程中就发生了多起安全事故，如新加坡、我国的北京、上海、广州、深圳、南京及台湾等地的事故数量及事故后果都是不可小视的。以下对一些较为重大和典型事故的经过及原因进行重点阐述分析，以期对地铁施工安全起到警示作用。,城市地铁施工典型事故案例,95,新加坡地铁隧道坍塌事故,2004年4月20日下午，新加坡地铁环线一期工程发生大坍塌，造成1死3伤3失踪的严重后果，这是新加坡有史以来最严重的地铁工程事故。,96,事故原因：现场土质松软，地底支撑墙强度不足，承受不住压力而导致地下墙围护结构倒坍。地表下30m位置的第九道钢支撑的围护破坏引起支撑失效，并最终造成公路大面积坍塌。,四人死亡
48、110m长度坍方,新加坡有史以来最深的明挖基坑工程,97,上海轨道交通四号线施工事故,2001年8月20日，鲁班路车站深基坑施工过程中突发土方滑坡，4人被埋死亡。,98,上海轨道交通四号线施工事故,2003年7月1日，越江隧道区间旁通道重大施工事故，地面数栋建筑物严重倾斜，黄浦江防汛墙局部塌陷并引发管涌，是建国以来上海市区第一次发生的江堤倒塌事故。,99,上海轨道交通四号线施工事故,专家意见：冻结法施工方案调整存在缺陷，施工中冻土结构局部区域存在薄弱环节，且忽视了承压水对工程施工中的危害，导致承压水突涌是事故发生的直接原因。,100,广州地铁施工事故,自2004年至今，广州地铁在施工过程中发生
49、了十余起事故，较为严重的有：（1）2004年3月17日三号线番禺大石站塌方土质膨胀松动引起土壁滑坡，致1人死亡；（2）2005年11月3日四号线新造站物体打击隧道壁上电缆组突然坠落，致2人死亡至少4人重伤；（3）2006年8月2日三号线支线段石牌桥站塌方软弱土体突然意外塌落，致1死2伤。,101,广州地铁其它施工事故,05年1月24日三号线施工致番禺区厦滘村地面严重塌陷开裂,04年4月1日三号线沥滘站连续墙倒塌,102,北京地铁施工事故,北京地铁新建线路施工事故原因主要有四类：（1）管线问题隧道开挖引起地下管线破坏或断裂从而诱发安全事故。（2）不良地质体问题北京城历史久远，地下遗留的多种不明构
50、筑物加之各种原因形成的不良地质体通常是诱发安全事故的重要因素。（3）地层变形问题因地层的过度变形或开挖面围岩失稳而造成安全事故。（4）施工管理问题施工组织管理不到位、施工人员麻痹大意或操作失误等可能会造成严重的恶性事故。除新建线路外，北京地铁复-八线在施工过程中曾发生数起安全事故，多为隧道施工过程中掌子面前方或拱部突发涌水涌砂，以致地层塌陷、地表出现孔洞，其中个别事故造成地下管线断裂的严重后果。鉴于目前北京地铁施工建设特点，以下仅以北京地铁新建线路为例，对不同类型的事故分别介绍。,103,管线破裂事故,05-8-3干杨树站雨污水合流管断裂,06-1-4呼-光区间污水管断裂,05-10-19北-
