城市地下空间常用的施工方法有:明挖法、盖挖逆筑法、浅埋暗挖法、盾构法、沉管法、顶管法、冻结法等。
(一)明挖法
指的是先将隧道部位的岩(土)体全部挖除,然后修建洞身、洞门,再进行回填的施工方法(见图3-29)。城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术,适用于浅埋车站、有宽阔的施工场地,可修建的空间比较大,如带有换乘站、地下商场、休息和娱乐场所及停车库等的地下综合体车站,如上海地铁1号线徐家汇站、8号线黄兴路站等。
图3-29 采用明挖法的施工现场
(二)盖挖法
当地下工程施工时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法,是由地面向下开挖至一定深度后,将顶部封闭,其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工的一种方法(见图3-30)。
图3-30 采用盖挖法的施工现场
在城市繁忙地带修建地铁车站时,往往占用道路,影响交通,当地铁车站设在主干道上,而交通不能中断,且需要确保一定交通流量要求时,可选用盖挖法,如上海地铁9号线肇嘉浜路站、11号线愚园路站等。
(三)浅埋暗挖法
指的是在距离地表较近(一般指覆盖层厚度仅3-6m)的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。浅埋暗挖法施工的地下洞室具有覆盖浅、地层岩性差、存在地下水、周围环境复杂、造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点(见图3-31)。
图3-31 采用浅埋暗挖法的施工现场
自从1984年王梦恕院士在延庆军都山隧道黄土段试验成功的基础上,这种施工开挖的方法在北京地铁复西区间、西单车站、国家纪委地下停车场、城市地下热力、电力管道、地铁复一八线中推广应用,在深圳地下过街通道及广州地铁一号线等地下工程中推广应用,并已形成了一套完整的综合配套技术。
(四)盾构法
盾——“防御、保护”,指刀盘、盾壳;构——“构建、修建”,即管片衬砌和注浆;装备——盾构机(主体为可移动的高强度钢套壳[盾壳])。
盾构机是根据隧道与地基情况量身设计、制造或改造的。盾构法适用在软土、软岩和破碎含水地层中修建的隧道。如:1994年,上海延安东路南线隧道首次使用盾构机施工;1995~1999年1号线建成运营,首次引入盾构法进行隧道施工;1999年以后,地铁2号线、3号线、4号线大量采用盾构法隧道修建;2010年高峰期,75台盾构同时掘进。
2003年上海隧道股份设计制造第一台国产盾构机。目前国内城市轨道交通建设盾构施工法的使用比例已经超过85%。(www.daowen.com)
图3-32 采用盾构法的施工现场(上、下)
在上海独特的含水软土地层里开道筑路,曾被国外某些专家认为是“翻转地球”的难题。幸好,我们有一位从无数次艰难工程中走出来的老人,在他的带领下,地下工程的千般险阻被踩在脚下,无数险道被平为坦途。他就是中国工程院院士,隧道与地下工程专家,被誉为“上海地铁之父”、“中国隧道之父”的刘建航先生。刘院士1929年出生于河北省深泽县,1951年毕业于上海交通大学,为我国隧道事业追逐、赶超、创造奇迹的50年创新历程倾注了一生,86岁高龄时还依然亲赴现场指导,解惑中国隧道建设的疑难。2016年7月31日,88岁的刘建航先生在上海走完了他朴实平凡而又丰富多彩的一生。虽然他已离开了我们,但是他的思想和理念,已经被年轻一代的隧道人铭记、流传;凝结了他毕生心血的技术理论,已被编入我们的规程、标准,成为隧道领域的“教科书”。上海地铁用20年的时间走完了西方地铁100年走过的历程,现在上海地铁总里程数已达600多公里。这中间,刘老院士功不可没,我们应该永远记住这位慈祥的老人。
(五)沉管法
指的是把预制好的钢管或混凝土管段,一段段浮运并沉放在水中事先开挖好的沟槽中,在水中拼装连成一体,形成沉管隧道。沉管法对地基要求低,特别适应于软基、河床或海床等水深较浅、易于疏浚设备开挖基槽的工程地点(见图3-33)。
图3-33 采用沉管法的施工现场
1972年香港修建第一条跨港沉管隧道建成,1994年珠江沉管隧道建成,1996年宁波甬江沉管隧道建成;跨入21世纪,宁波常洪沉管隧道、杭州湾海底沉管隧道、上海外环沉管隧道相继建成。2017年5月2日,经过我国交通建设者6年多的持续奋战,由33根航母般巨大的沉管打造的世界上最大的海底沉管隧道——港珠澳大桥沉管隧道顺利合龙。这又是一项工程师们用科技和勇气完成的工程奇迹,再次展现了中国人的智慧和力量。
(六)顶管法
这是继盾构施工法之后而发展起来的一种地下管道施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等(见图3-34)。如上海陆家嘴站5号出入口矩形顶管、6号线浦电路车站过街出入口大截面矩形顶管、9号线七宝站矩形顶管、桃浦西路道路积水改善工程曲线顶管施工等。
图3-34 采用顶管法的施工现场
(七)冻结法
冻结法是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌建造的特殊施工技术(见图3-35)。
图3-35 采用冻结法的施工现场
我国于1955年在开滦林西风井开始使用冻结法凿井,自1992年起,冻结法工艺被广泛应用于城市地铁工程施工中,如上海地铁1号线工程首次应用液氮冻结法施工,上海地铁12号线、北京地铁复八线以及南京、广州、天津地区的地铁都曾采用此法,港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道首次采用曲线管幕+冻结法施工。
除了上述这些常用的施工方法外,随着我们国家经济实力的增强和创新能力的提升,越来越多拥有自主知识产权的城市地下空间建设新技术也不断涌现出来,为工程建设领域的发展提供了更多的可能,也为世界上那些既希望加快发展又希望保持自身独立性的国家和民族提供了全新选择,贡献了中国智慧和中国方案。
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