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攸易
7 years ago
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1 地下空间开发及矩形顶管技术廖鸿雁

2 一. 地下空间开发重要性二. 大断面地下结构工程现状三. 大断面顶进技术的现状四. 地下空间开发的新技术展望

3 一地下空间开发重要性

4 城市发展面临地面空间困局 21 世纪城市化进程日益加快, 地面空间日益拥挤林立的高楼大厦纵横的高架桥进一步压迫城市的空间, 人均地面空间占用率低下城市发展急需新的发展空间

5 地下空间发展的现状从 1863 年英国伦敦建成世界上第一条地铁开始, 地下市政设施获得长足发展 : 地下大型供水系统, 地下大型能源供应系统, 地下大型排水及污水处理系统, 地下生活垃圾的清除处理和回收系统, 以及地下综合管线廊道 ( 共同沟 )

6 地下空间综合开发效益显著地下空间经久耐用, 效益明显, 开发前景广阔从大型建筑物向地下的自然延伸, 发展到复杂的地下综合体 ( 地下街 ), 再到地下城 ( 与地下快速轨道交通系统相结合的地下街系统 )

7 二大断面地下结构工程现状 1 明挖法 2 矿山法 3 盾构法 4 顶进法

8 大断面地下结构包括 : 公路铁路隧道 ; 地铁车站 ; 地下共同管沟 ; 地下商业街结构, 等

9 大断面地下结构特点 : 多数位于城市道路下方, 管线拆改难度大 ; 周边建构筑物密集, 施工场地狭窄

10 目前城市地下工程的施工方法主要采用明挖法矿山法矿山法盾构法顶进法顶进法复合工法等施工工法复合工法等施工工法

11 1 明挖法明挖法是地下工程传统工法, 需要全面揭开地下工程表面覆土和建构筑物, 施工完毕后需要回填该工法对周边环境影响较大, 需占用大面积的施工场地, 常遇到征地拆迁交通疏解管线迁改管线迁改绿化迁移等问题绿化迁移等问题在城市繁华地区, 建筑物管线密集, 交通繁忙, 往往施工场地严重不足, 地面愈发不具备明挖的条件

12 2 矿山法当地面没条件时, 部分地下空间采用矿山法修建矿山法可以用小尺寸竖井下矿山法可以用小尺寸竖井下挖, 以横导洞转向需要施工的地下空间, 避免暴露表面覆土, 其优点 : 1 占用施工场地较少 ; 2 断面的尺寸断面的尺寸形状灵活形状灵活

13 矿山法缺点 : 1 施工步骤多施工步骤多工序转换复工序转换复杂, 开挖速度较慢 ; 2 人工作业量大, 劳动作业环境恶疟 ; 3 在富水软土地层, 施工安全风险较大 ; 4 工期长工期长

14 3 盾构法盾构法多用于区间隧道施工, 施工速度快

15 4 顶进法

16 5 复合工法先盾构后矿山法施工车站

17 北京地铁 PBA( 硐柱法 ), 先矿山法导洞, 施作围护结构和拱顶结构, 明挖顺作主体结构

18 三大断面顶进技术的现状

19 1 断面形式 1) ) 圆形 2) ) 矩形 3) ) 组合断面 2 施工方法 1) ) 敞开式 2) ) 封闭式 3 与顶进有关的复合工法 -- 管幕法

20 1 断面形式 1 圆形圆形

21 2) ) 矩形 20 世纪 80 年代初, 日本对大断面矩形顶管工法开展了研究, 主要解决穿越铁路的车行下立交工程施工

22 3) ) 组合断面其中无水地层箱涵直接顶进 : 施工步骤简单, 就地进行钢筋混凝土箱涵预制, 通常用于穿越高路基的铁路公路 ; 对环境影响较大 ; 如遇到地下水, 施工难度较大

23 2 施工方法顶管机可分敞开式顶管机和封闭式顶管掘进机两大类 : 1) 敞开式顶管机, 主要有手掘式挤压式挤压式网格式网格式斗铲式, 等

24 人工顶进属于敞开式

25 2) 封闭式顶管掘进机, 主要有土压平衡泥水平衡泥水平衡气压平衡混合型混合型

26 顶管机构造土压平衡式顶管机主要由切削搅拌系统螺旋输送机螺旋输送机壳体测量显示系统测量显示系统动力及电气操作系统动力及电气操作系统推进及纠偏系统注浆系统注浆系统配套装置, 等

27 顶管机构造螺旋输送机切削系统测量系统壳体动力系统操作系统

28 推进及纠偏系统

29 泥水平衡式进浆管出浆管

30 3 与顶进有关的复合工法 -- 管幕法管幕法又分小管幕大管幕其中, 大管幕工法概要 : 按设计长度纵向顶进钢管, 形成管幕进行管间注浆, 防止流砂及地下水流入管间切割并支护顶板及侧墙设置模板管廊钢筋绑扎后浇筑混凝土隧道内部开挖及底部钢管切除浇筑底板混凝土完成结构

31 沈阳地铁二号线新乐遗址站 : 总建筑面积约 9800m2, 为暗挖单拱双层岛式车站车站风道及主体采用大管幕法施工管幕法施工

32 四地下空间开发的案例

33 1 广州地铁六号线东湖站 Ⅱ 号出入口通道下穿东湖路 2 广州地铁二八线东晓南站 Ⅲ 号出入口通道下穿东晓南路 3 佛山南海桂城街街区地下空间项目

34 1 地铁六号线东湖站 Ⅱ 号出入口通道下穿东湖路过街通道需拆迁房屋 168m 2 Ⅱ 号出入口 Ⅱb 号出入口东湖站过街通道长约 69m, 下穿东湖路该地段地质条件交通状况复杂, 周围有中森会海印电器城等重要建筑, 对施工要求极高

35 下穿东湖路的方案比选 : 矿山法明挖明挖非开挖顶管由于该地段毗邻珠江和东湖, 地下水丰富, 有近十米厚的粉细砂层, 如采用矿山法暗挖, 施工安全风险极高东湖路与连接珠江南北的海印桥相连, 上下海印桥的车流量大, 交警迟迟不同意占道施工, 且东湖路下的管线众多 ( 给水污水污水雨水电力电力通信等 ), 明挖管线迁量大明挖法总造价明挖法总造价 1354 万元, 其中工程费 503 万元, 其余为前期费 ( 交通疏解 + 占道施工 + 管线迁改 + 绿化恢复 ); 总工期 16 个月, 其中前期 = 约 8 个月, 工程施工 =8 个月最终采用顶管法施工避免交通占道及大量的管线迁改避免交通占道及大量的管线迁改顶管法对地层的适应性广 ; 施工速度快 ; 开挖出土量少, 文明施工的程度较高

36 地质断面 <3-1> <2-1B> <7> <8> 场地上覆土层主要为第四系人工填土层 <1-1> 1>, 淤泥质土层 <2-1B> 1B>, 冲洪积饱和砂层 <3-1> 1>, 下覆基岩主要为红层风化带, 本通道基本位于淤泥质土层 <2-1B> 层及饱和含水砂层 <3-1> 层中

37 标准管节断面

38 顶管机 4m 6m 大小刀盘组合矩形矩形顶管, 适合松软至硬塑地层施工

39 管节预制管节通常采用整体钢模一次性浇注形成, 管节接口采用 F 型承插式连接, 以止水圈和双组分聚硫密封膏进行防水处理

40 管片拼装

41 正常推进

42 顶管机到达

43 成型的顶管通道

44 2 地铁二八号线东晓南站 Ⅲ 号出入口通道下穿东晓南路

45 3 佛山南海桂城街街区地下空间项目项目由 A B C 三个地块组成,A B 地块上为超高层商业和住宅建筑, 地下室为四层地下结构,C 地块作为连接 A B 地块地下室的地下通道, 通道内部拟设商铺人行通道和车行道人行通道和车行道 C 地块位于佛山南海区南海大道正下方, 由于地面交通无法中断, 地下管线众多迁改周期较长, 因此采用顶管施工四条并列布置的通道, 通道之间开设数个人行通道横向连接顶管两端各设一个工作井, 其中始发井与 A 地块相邻, 接收井与 B 地块相邻 C 地块上部有一渠箱, 截面 4.9m*3.0m 地铁 1 号线规划地铁 3 号线及联络线南海大道北

46 C 地块为四条并行顶管通道, 通道内净空尺寸为 6m*4m 4m, 管节壁厚 0.45m, 标准管节宽 1.5m, 共 120 节,7.5m 的异形管节 2 节, 5.45m 的异形管节 10 节 C 地块总宽 29.1m, 每个通道各长 60.5m, 间距 0.5m 1 号通道 2 号通道 3 号通道 4 号通道

47 1 号 ( 商铺 ) 2 号 ( 人行通道 ) 3 号 ( 商铺 ) 4 号 ( 车行通道 ) 四条并行顶管通道横断面

48 顶管施工区域自上到下地层为 :(1) 杂填土 (2) 淤泥淤泥质淤泥质土 (3) 粉砂层 (6) 粉土层 (7) 粉砂 (8) 中砂局部粗砂局部粗砂其中第 (3) (7) 层易涌水涌砂涌砂, 地面易坍塌, 施工风险大顶管范围

49 顶管机 JD 是目前国内最大截面的土压平衡式矩形顶管机该顶管机正面由六个刀盘组成, 为减小切削盲区, 将各刀盘分别设计成大小不一的刀盘, 有效的减小了顶进阻力总长 :5500mm 总重 :210t

50 工程难点 1 全国最大断面顶进顶管掘进机开挖断面尺寸为 6.9m 4.9m 4.9m, 控制地面及管线沉降控制顶管机姿态防止顶管机整体后退是难点防止顶管机整体后退是难点 2 近距离顶进地下空间连接工程由 4 条并行顶管通道组成, 通道之间净距为 0.5m, 近距离顶进条件下控制地面及管线沉降, 确保相邻通道管节结构安全是难点 3 环境保护要求高顶管通道位于主干道南海大道下方, 顶部埋深 5.6m, 上部管线纵多, 相距较近其中距离 4.1m 3.1m 雨水渠箱底仅 0.5m, 浅覆土条件下, 顶进施工对周边环境的保护是难点 4 四条隧道共同构筑大空间在富水砂层中互连互通的连接技术四条隧道共同构筑大空间在富水砂层中互连互通的连接技术

51 通道间净距仅 0.5m

52 渠箱接收井始发井

53 施工方案为控制顶管姿态及地面沉降, 尽可能减小偏压对后续顶进施工的影响, 采用跳隔顶进的施工顺序, 即按照的顺序进行施工

54 目前工程已完工, 最大累计隆起及沉降分别为 +4.15~26.58mm, 均在规范及设计要求范围以内

55 四地下空间开发的新技术展望

56 1 大直径长距离盾构隧道马德里隧道内设三车道外径 15.0m, 内径 13.7m 海瑞克公司将制造最大直径 19m 的盾构辅助行车辅助缺点 : 辅助空间行车空间

57 2 组合型盾构隧道优点 : 开挖面积大, 可一次性施工大断面结构局限 : 重复利用率低, 造价高 ; 控制困难, 地层扰动大

58 3 大断面管幕 - 箱涵顶进工法 ( 简称 RBJ 工法 ) 上海市中环线 A3.5 标北虹路地道工程, 顶进 34.2 米 7.85 米的八车道巨型箱涵先顶进 80 根长 126 米, 直径 970 毫米带锁口的钢管, 形成 34.4 米 8.05 米的口字形水平钢管幕, 然后在管幕内软土不加固的条件下逐节顶进巨型箱涵

59 4 采用矩形顶管施工短距离组合截面地下空间 1) ) 可组合成任意矩形大断面地下空间 1 3 2

60 2) ) 可以组合成标准矩形地铁车站需解决结构整体性防水防水扶梯洞口扶梯洞口较长距离顶进问题

61 3) ) 拼装式顶管管节类似盾构管片的拼装管节也是研究发展的方向, 分块拼装的管节, 单块管节的自重和体积大大减小, 有利于批量生产和运输

62 5 设备发展及研究方向最新研发行星齿轮传动顶管机, 是一种新型的全断面切削全方位全方位搅拌的正方形顶管机中铁 2 局制作了 m 0.5m 的行星齿轮传动的方形顶管机实验机, 下图为实验机的外观照片实验机切割实验机切割 200mm 厚的 C60 砼壁所形成的方孔

63 通过各种组合, 形成各种规格的矩形顶管机, 为更大截面的地下空间创制可能下图为正在设计的由 8 台正方形顶管机组合成的 8m 4m 矩形顶管机

64 汇报完毕, 谢谢! 廖鸿雁