地鐵隧道孤石區(qū)段施工工法比選

1、地鐵隧道孤石區(qū)段施工工法比選2012年第3期鐵道建筑railwayengineering65文章編號(hào):10031995(2012)03006503地鐵隧道孤石區(qū)段施工工法比選鞠海峰,徐志勝,張焱(1.中南大學(xué)土木工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410075;2.中鐵六局集團(tuán)有限公司,北京100036)摘要:深圳地鐵5號(hào)線大塘區(qū)間隧道,通過(guò)詳勘地質(zhì)資料,該區(qū)間發(fā)現(xiàn)13處孤石區(qū)段,從工程地質(zhì),工期,安全,工程量和工程造價(jià)進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)盾構(gòu)法和礦山法進(jìn)行比選,最終確定采用礦山法施工,通過(guò)工程實(shí)例最終證明工法選擇是正確和可行的.關(guān)鍵詞:地鐵區(qū)間孤石地質(zhì)盾構(gòu)法礦山法比選中圖分類號(hào):u455.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a1工程概

2、況深圳地鐵5號(hào)線5303a標(biāo)段土建工程大塘區(qū)間盾構(gòu)工法和礦山法工法比選段,西起大學(xué)城站東側(cè),東至夏青路西側(cè).起終點(diǎn)里程為ydk12+823.97一ydk13+760,左線長(zhǎng)901.979m,右線長(zhǎng)927.709m.在里程ydk13+450處設(shè)一區(qū)間風(fēng)井,隧道埋深為7.4711.75m,線間距12.032.2m.區(qū)間主要穿越留仙大道綠化帶及部分留仙大道.本區(qū)間地質(zhì)構(gòu)造主要為燕山期花崗巖巖漿侵入作用,花崗巖在風(fēng)化作用下形成殘積層,山問(wèn)洼地沖洪積沉積的黏性土,砂土層,圓礫,孤石(漂石)及卵石層,地表為人工填土,屬深圳地區(qū)典型的山坡孤石地段.根據(jù)相關(guān)資料文獻(xiàn),如果施工中沒(méi)有選擇合適的工法,則可能會(huì)帶來(lái)

3、較大的風(fēng)險(xiǎn).2地質(zhì)條件初勘資料顯示,隧道頂部覆土約為4.8l2.2m.區(qū)間基本穿越,殘積礫質(zhì)黏性土層,全風(fēng)化花崗巖,:強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,中等風(fēng)化花崗巖,微風(fēng)化花崗巖,地質(zhì)條件較好.詳勘時(shí)共鉆孔50個(gè),在右線有5處鉆孔揭示存在花崗巖球狀風(fēng)化體(孤石),最大孤石尺寸為3.06in7.30m(高長(zhǎng)),抗壓強(qiáng)度為110.6mpa;左線有5處鉆孔揭示有孤石,其中最大為7.83no_68.90in(高長(zhǎng)),區(qū)間下伏粗粒花崗巖.鉆孔揭示孤石率為20%.補(bǔ)勘時(shí)共鉆孑l53個(gè)孑l,在右線有6處鉆孔揭示有收稿日期:2011-10.17;修回日期:20111128作者簡(jiǎn)介:鞠海峰(1975一),男,山東濟(jì)寧人,工程師,

4、碩士研究生.花崗巖球狀風(fēng)化體(孤石);左線有6處鉆孔揭示有孤石.補(bǔ)勘鉆孔揭示孤石率為22.6%.在始發(fā)井挖孔樁開(kāi)挖及礦山法豎井,盾構(gòu)出土井開(kāi)挖時(shí)均遇到了大小不等的花崗巖球狀風(fēng)化體(孤石),孤石直徑0.53.0in不等.詳勘及補(bǔ)勘揭示中,微風(fēng)化地層比初勘揭示的巖面局部上抬,局部微風(fēng)化進(jìn)入隧道結(jié)構(gòu).隧道洞身存在基巖面起伏變化大,上軟下硬,軟硬互層,以及有較大花崗巖球狀風(fēng)化體等特征,加大了未鉆孑l地段存在球狀風(fēng)化體的可能性.本段原擬采用盾構(gòu)法施工,但大量孤石的存在加大了施工的困難及風(fēng)險(xiǎn),為保證順利完成施工,對(duì)礦山法和盾構(gòu)法進(jìn)行比選.3工法的安全性分析3.1采用盾構(gòu)法施工的安全性分析3.1.1孤石風(fēng)險(xiǎn)

5、本區(qū)間的花崗巖球狀風(fēng)化體賦存于花崗巖的全風(fēng)化巖層,強(qiáng)風(fēng)化巖層和殘積土層中,強(qiáng)度較高,由于它與其周圍土石的強(qiáng)度相差巨大,且體量一般,因此不易被鉆探全部發(fā)現(xiàn).在施工過(guò)程中由于瞬間刀盤作用力大增,易造成刀盤變形,刀具的嚴(yán)重?fù)p壞,隧道管片破損,隧道中心線偏移盾構(gòu)機(jī),盾構(gòu)機(jī)癱瘓等許多難以預(yù)料的問(wèn)題.目前盾構(gòu)機(jī)對(duì)孤石的處理方法主要有:人工破巖,盾構(gòu)機(jī)破巖,地面鉆探破巖和沖孑l樁破巖4種.根據(jù)目前廣州,深圳地鐵盾構(gòu)機(jī)對(duì)孤石的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,人工破巖的方法前提條件是開(kāi)挖面必須自穩(wěn),采用盾構(gòu)機(jī)破巖的方法代價(jià)是要花很長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行圍巖的加固和盾構(gòu)機(jī)的停機(jī)等待,采用地面鉆探地下爆破和沖孔樁破巖方法需增加足夠的鉆探孔提前

6、探測(cè)清楚孤石情況.該法施工難度大,管線多,場(chǎng)地條件難以協(xié)調(diào).鐵道建筑march,20123.1.2上軟下硬風(fēng)險(xiǎn)地層上軟下硬,軟硬不均容易引起盾構(gòu)施工的實(shí)際曲線偏離設(shè)計(jì)方向.盾構(gòu)掘進(jìn)控制難度大,工況轉(zhuǎn)換頻繁,各項(xiàng)參數(shù)經(jīng)常需要調(diào)整修正.本區(qū)間所處的上軟下硬地層是在廣州和深圳地區(qū)進(jìn)行盾構(gòu)施工的最大工程難點(diǎn)之一.目前,在這類地層中進(jìn)行掘進(jìn)還沒(méi)有較好的手段.通常的做法是:通過(guò)人工的方式將其設(shè)法破碎,然后正常掘進(jìn);采用小推力,慢轉(zhuǎn)速由盾構(gòu)機(jī)直接破巖通過(guò);采用礦山法輔助盾構(gòu)法施工.因此采用盾構(gòu)法通過(guò)該種地層存在安全,工期和技術(shù)難度風(fēng)險(xiǎn).3.1.3盾構(gòu)過(guò)站的影響采用盾構(gòu)法施工存在盾構(gòu)過(guò)站的影響,要求車站在底板

7、結(jié)構(gòu)和立柱設(shè)計(jì)時(shí)需考慮和調(diào)整盾構(gòu)過(guò)站的各參數(shù)尺寸,并且盾構(gòu)過(guò)站存在盾構(gòu)到達(dá),破洞門,平推后配套,吊進(jìn)吊出刀盤等環(huán)節(jié),存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn),因此采用盾構(gòu)法過(guò)站時(shí)存在安全,車站工期和技術(shù)難度風(fēng)險(xiǎn).3.1.4盾構(gòu)選型情況根據(jù)本標(biāo)段初步設(shè)計(jì)圖,初勘資料,過(guò)站要求,周邊環(huán)境和工期要求等情況,本區(qū)間原擬采用2臺(tái)海瑞克復(fù)合式6280土壓平衡盾構(gòu)機(jī).該盾構(gòu)機(jī)的刀盤開(kāi)口率為28%,螺旋輸送機(jī)允許通過(guò)的粒徑大小為0.2m0.3m,是根據(jù)初勘資料,沒(méi)有考慮孤石的情況.3.2采用礦山法施工的安全性分析3.2.1開(kāi)挖支護(hù)及坍方風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)詳勘報(bào)告,區(qū)間隧道拱頂及拱頂以上2.5m存在粉細(xì)砂層,礦山法施工存在一定風(fēng)險(xiǎn),調(diào)整線路縱

8、斷面以躲避粉細(xì)砂層,同時(shí)采用降水井降水,在降水效果不好時(shí)可再采用上半斷面注漿加固.3.2.2開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間隧道在dk12+930-dk13+470段約540m下穿留仙大道主路,該范圍內(nèi)地下管線眾多.3.2.3孤石處理風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于處于拱部孤石的處理施工存在一定風(fēng)險(xiǎn),開(kāi)挖時(shí)需采取一定的措施,避免拱部的孤石坍落,加強(qiáng)支護(hù),采取弱爆破施工.3.2.4周邊環(huán)境保護(hù)方面線路兩側(cè)布設(shè)降水井實(shí)施降水,會(huì)對(duì)地面建(構(gòu))筑物造成一定的沉降,存在一定的風(fēng)險(xiǎn),施工中需加強(qiáng)監(jiān)測(cè),及時(shí)反饋信息,實(shí)施信息化施工.4工期對(duì)比分析4.1盾構(gòu)工法根據(jù)大塘區(qū)間實(shí)際地質(zhì)情況,總體施工方案及工期計(jì)劃安排如圖1所示.由圖1并根據(jù)施工進(jìn)度橫道圖

9、,盾構(gòu)最早到達(dá)吊出井的時(shí)間為2010年6月12日,遇到突發(fā)情況,工期更要往后推遲,無(wú)法實(shí)現(xiàn)里程碑洞通工期目標(biāo).180nv,9,mi26個(gè)月過(guò)站整備45di150m/fl,過(guò)風(fēng)井n5十月,疆石赴理25十月,共用時(shí)卟月il4o-/月.用時(shí)外月ll40til,月,用時(shí)15.5個(gè)月右線llsom/fl,用時(shí)3個(gè)月l過(guò)站整備45dl150111,過(guò)風(fēng)井05十月,薹石是理?十月.共用時(shí)10.7十月li40i/),用時(shí)外月li40m/fl,用時(shí)15.5個(gè)月圖1深圳地鐵5號(hào)線大塘區(qū)間原盾構(gòu)施工總體方案40nvfl,用時(shí)3十月40m,月,用時(shí)15.5個(gè)月右線由月.用對(duì)3個(gè)月柏m,月,用時(shí)15.5個(gè)月圖2深圳地鐵

10、5號(hào)線大塘區(qū)間調(diào)整為礦山法施工總體方案2012年第3期地鐵隧道孤石區(qū)段施工工法比選674.2礦山法工法采用礦山法施工時(shí),可分別利用大塘區(qū)間礦山法豎井,區(qū)間風(fēng)井和大學(xué)城站新加豎井三處進(jìn)行該區(qū)間隧道的施工,隧道貫通點(diǎn)分別在風(fēng)井,風(fēng)井與新加井之間及大學(xué)城站.西大區(qū)間盾構(gòu)從大學(xué)城站始發(fā),從盾構(gòu)吊出井吊出.該區(qū)間掘進(jìn)方案如圖2所示.采用礦山法暗挖,大塘區(qū)間的洞通時(shí)間為2010年1月15日,西大盾構(gòu)區(qū)間洞通時(shí)間為2010年1月28日,均能滿足里程碑洞通工期目標(biāo).5工程量對(duì)比分析本區(qū)間工法工程量見(jiàn)表1.表1礦山法與盾構(gòu)法方案工程量對(duì)照根據(jù)表1可看出,采用礦山法隧道施工,可將盾構(gòu)井變更為施工豎井,端頭加固可取

11、消,特殊地段處理由全盾構(gòu)線路長(zhǎng)度縮減為712.5m的砂層地段處理.6經(jīng)濟(jì)造價(jià)對(duì)比分析礦山法隧道與盾構(gòu)法隧道方案工程概算比較見(jiàn)表2.表2礦山法與盾構(gòu)法隧道方案工程造價(jià)對(duì)比從表2可以看出,采用礦山法施工概算總造價(jià)比盾構(gòu)法隧道高出366萬(wàn)元.7盾構(gòu),礦山法工法綜合比較盾構(gòu)與礦山法綜合比較情況見(jiàn)表3.表3盾構(gòu)與礦山法綜合比較從表3可以看出,綜合比較及考慮5號(hào)線工期的特殊性,大塘區(qū)間采用礦山法工法優(yōu)于采用盾構(gòu)工法.經(jīng)過(guò)比選,該區(qū)間采用礦山法工法.8結(jié)語(yǔ)大塘區(qū)間從2008年3月1日進(jìn)場(chǎng),采用礦山法開(kāi)挖施工,通過(guò)在隧道兩側(cè)打設(shè)降水井,洞內(nèi)遇到孤石實(shí)施爆破,在大學(xué)城東端增設(shè)豎井,至2009年11月12日該區(qū)間隧道安全,順利,按期貫通,取得了較好的效果.經(jīng)過(guò)最初的工法方案比選,采用礦山法工法是正確和可行的,為以后類似工程施工工法比選提供了一定的借鑒.參考文獻(xiàn)1肖中平,何川,晏啟祥,等.城市富水砂卵石地層淺埋暗挖電力隧道的設(shè)計(jì)技術(shù)j.鐵道建筑,2007(4):