地鐵及巖土錨固技術探索

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地鐵自始建以來,就以快捷、大運量的特點在解決城市交通中發揮了重大作用。在我國,由于人口眾多,大、中城市人口集中,交通擁擠越來越嚴重,如何解決這一難題成為城市發展的瓶頸。隨著我國國民經濟的發展和技術的不斷進步,地下鐵道建設以它不可替代的優勢成為我國城市交通建設中的佼佼者。

一、我國城市軌道交通建設

1.我國軌道交通建設的發展概況

隨著我國城市人口和車輛的不斷增加,在一些較為擁擠的大中城市地面交通已無法滿足人們的出行要求,這些城市面臨巨大交通壓力。而地下鐵道與輕軌在解決城市交通問題上越來越顯示其重要地位。

自上世紀90年代中后期,我國的軌道交通建設進入了高速發展時期。至今為止,我國已有許多城市如北京、上海、廣州、深圳、南京等擁有多條地鐵線路在運行,對這些城市的發展和提高百姓的日常生活質量做出了巨大貢獻。此外,現在各大城市都把地鐵和輕軌建設列入未來的城市規劃中,有些規劃的線路已經在建?？梢哉f,我國地鐵和輕軌建設的發展趨勢是長期的、持久的。

2.地鐵輕軌建設對城市地下空間開發的帶動作用

地鐵等地下交通設施的建設,帶動了地下商場、地下停車廠、地下管廊、地下交通等等設施的發展。隨著城市建設的不斷發展,城市地面可利用的空間越來越少,必須向地下要空間,城市地下空間開發利用已成為必然的趨勢。地鐵和其它地下場所構成了未來城市人們生活的新的空間。

二、地鐵工程主要施工方法

地鐵規范中所指的城市軌道交通是指在城市中修建的快速、大中運量用電力牽引,采用鋼輪鋼軌的軌道交通。線路可在地下、地面或高架橋上敷設。本文在這里主要涉及的是地下敷設的地鐵的施工方法。地鐵的不同組成部分施工方法有所差別,應具體情況具體對待。車站工程的主要施工方法有明挖法、暗挖法以及蓋挖法。區間工程的主要施工方法有明挖法、暗挖法以及盾構法。附屬工程主要指地鐵車站的風道、出入口等,主要采用明挖法和暗挖法施工。車站、區間及附屬工程施工方案的確定,通常綜合考慮地質及水文地質條件,社會環境要求等因素進行多方案比較,最終選擇適合的施工方案。

1.明挖法。目前全國各大城市的地鐵施工中明挖法施工的車站及區間占很大比例。明挖法的施工主要是采取樁+支撐或樁+錨索、土釘墻以及地下連續墻等作為圍護結構,在維護結構安全穩定的狀態下進行基坑內的土方開挖及結構施工。具有施工簡單、造價相對較低等優點,但對地面交通的影響較大。

2.暗挖法。暗挖法的施工特點是在地質條件的情況下,采用超前支護體系對地層改善、加固。在超前支護的保護下采用復合式襯砌方法進行地下結構的初期支護及二襯施工。施工中遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤測量”的十八字方針。

此外,蓋挖法、礦山法、盾構法也各具特點和優勢,這里不再一一敘述。

三、錨固技術在地鐵工程中的應用

地下鐵道建設的繁榮與發展給錨固技術帶來了極好的發展前景,相應的,錨固技術的發展也給地下鐵道的建設帶來了革命性的進步。目前的地下鐵道工程的施工已廣泛應用了錨固技術,無論是明挖法施工還是暗挖法施工,維護結構及超前支護結構的施工都離不開錨固技術。

1.錨固技術在明挖法施工中的應用。對于明挖法施工的地鐵車站深度較淺的基坑(指基坑開挖深度在10m以內),有條件時,宜采用較為經濟的土釘墻體系。深度較大、基坑寬在30m以上時,一般采用樁+錨索(桿)體系。

從目前地鐵車站、區間的深度分析,采用樁+錨和地下連續墻+錨作為圍護結構的居多。從經濟上考慮,也采用土釘墻與樁+錨結合的技術。其中比較典型的是北京地鐵五號線雍和宮站,其一側圍護結構上部為土釘墻,下部為樁+錨,另一側圍護結構自上至下均為樁+錨。在軟土、沙層等土層,錨索采用鋼絞線,長度為20~30m,拉力為300~1000KN,間距一般為1.4m左右。

2.錨固技術在暗挖施工中的應用。在暗挖法施工中,錨固技術主要應用在超前大管棚、超前小導管以及鎖腳錨管等方面。

⑴超前大管棚主要用于暗挖隧道下穿大的雨水管、污水管或重要地下構筑物及隧道開馬頭處,目的是控制管線或構筑物的沉降。施工一般采用地質鉆,對較長的管棚,可采用夯管錘或定向鉆。地鐵大管棚一般采用小于300mm鋼管,管內填水泥砂漿。管棚長度一般為10~20m,目前,最長的管棚已達到120m。管棚施工會擾動土層,一般要有5mm的地表沉降。

⑵小導管主要應用于淺埋暗挖法施工的超前支護,用以防止開挖面拱部土體塌方。小導管場度為3.0~3.5m,前端設有注漿孔,用打入方式置入土層,上傾角10°~15°。導管安裝后,向管內注漿。注漿可采用單液漿或雙液漿,漿液擴散半徑為15cm。

⑶鎖腳錨管是為控制暗挖施工土層沉降的措施,即在隧道開挖初期支護拱腳部位,增設一道錨管。

四、巖土錨固對環境的影響

隨著地下空間開發及錨桿、錨索應用密度的增加,巖土錨固技術對環境的影響已日漸突出。

在以往的工程建設中,由于未考慮錨桿、錨索對后續工程的影響,特別是新開發城市對占用建筑紅線外的地下空間還沒有限制,或者城市還沒有全面規劃,錨桿、錨索占用了過多的空間范圍甚至是超出了建筑紅線,嚴重影響了后續工程的開展。

針對以上情況,為解決錨固技術對環境的影響,保護地下空間環境,提出以下建議:

1.城市整體規劃中建筑紅線的制定,應考慮地鐵等地下空間的范圍和施工方法。

2.錨索設計與施工時,首先應對周圍環境做詳細調查,包括對規劃方案要詳實了解。設計時應充分考慮周圍環境和城市規劃,施工方案不應對后續工程造成影響。

3.盡量減短錨索長度,以減少影響范圍。減短錨索,必須加大錨索抗拔力,可采用大直徑旋噴錨體、擴大頭錨桿等新技術。

4.錨索施工對周圍環境有影響時,盡可能采用其他支護體系。當工程必須采用錨索方案時,應優先選擇可拆卸錨索。

5.預應力錨索筋可采用玻璃鋼筋或碳纖維筋,其抗拉力可以保證,便于切割,減少施工難度和施工風險。