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城市轨道交通结构设计与施工StructuralDesignandConstructionofUrbanRailTransit主讲：周顺华教授同济大学交通运输工程学院第十一章城市轨道交通工程施工目录第一节工程施工特点第二节明挖法施工第三节暗挖法施工第四节盾构法隧道施工第五节高架施工第一节工程的施工特点城市轨道交通工程项目一般有如下施工特点：a.交通疏解、管线改迁b.施工场地狭小，施工组织困难c.工程水文地质复杂多变d.建（构）筑物的保护e.技术复杂，施工难度大f.施工安全风险源多g.安全文明施工管理标准高、要求严第二节明挖法施工1、顺作法明挖顺作法先施工围护结构，然后从地面向下开挖基坑、设置支撑，场地开阔时可以采用放坡施工，开挖到基底时铺设混凝土垫层，并由下向上回筑内部结构。明挖法按主体结构的施作顺序可以分为：明挖顺作法、逆作法和盖挖法。图11-1明挖顺作法施工步骤2、逆作法逆作法施工，即利用先施工完成的地下连续墙作为深基坑开挖时挡土、止水的围护墙，利用地下结构各层的楼盖、柱、墙等作为围护墙的强大支撑体系，从地面向下逐层施工，直至底板完成。图11-2逆作法施工流程图3、盖挖法盖挖法施工，即利用围护墙和基坑的中间立柱在其上方向内架设临时路面板，以保持地面交通的顺畅。图11-3盖挖顺作法施工流程图图11-4盖挖逆作法施工流程图第三节暗挖法施工暗挖法施工分全断面法、台阶法、环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法(眼镜法)、中隔壁法(CD)、交叉中隔壁法(CRD)、侧洞法、中洞法、柱洞法(PBA)等。1、台阶法台阶法施工是将隧道断面分成上下两部或几部进行开挖，即分成上下两个工作面或几个工作面。１-上半部开挖；２-拱部喷锚支护；３-下半部中央部开挖；４-边墙部开挖；５-边墙锚喷支护；６-二次衬砌仰拱；７-二次衬砌１-上导坑开挖；２-拱部喷锚支护；３-中核开挖；４-下部开挖；５-边墙锚喷支护；６-灌注二次衬砌仰拱；７-二次衬砌图11-5台阶法开挖顺序图11-6台阶法开挖顺序图11-8超前管棚法结合正台阶法施工2、单侧壁导坑正台阶法图11-10单侧壁导坑台阶法开挖方式单侧壁导坑台阶法主要适用于地层较差、断面较大、采用台阶法开挖有困难的工程。该方法的主要出发点是变大跨度断面为小跨度断面，从而保证施工安全或达到控制变形的目的。3、中隔墙法(CD)图11-11CD法施工工序图4、交叉中隔墙法(CRD)图11-12CRD隧道施工流程交叉中隔墙法，又称CRD法，是在CD法的基础上，将先挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环的一种工法。5、双侧壁导坑法图11-13双侧壁导坑施工工序示意图6、特大断面隧道施工方法中洞法施工先开挖中间部分的中洞，在中洞内施作梁、板、柱以及二次衬砌，然后再施工两侧部分的侧洞，并逐渐将侧洞顶部荷载通过初期支护转移到梁、柱结构上。1-用CRD法开挖中洞（包括初期支护和施工支护）；2-中洞底板底纵梁；3-钢管柱、楼板；4-柱顶纵梁和中洞拱部；5-用台阶法开挖左、右洞；6-左右洞底板；7-左右洞部分边墙和楼板；8-左右洞其余边墙和拱部图11-14中洞法施工顺序图侧洞法施工是先开挖两侧部分的侧洞，在侧洞内做梁、柱结构，然后再开挖中间部分的中洞，并逐渐将中洞顶部荷载通过侧洞初期支护转移到梁柱上。ⅡⅡⅢⅢⅣ86Ⅶ10ⅨⅪⅤⅤⅣ11侧洞法施工顺序图1-CRD法开挖左、右洞包括初支和施工支护；2-柱底纵梁和钢管柱；3-左右洞底板；4-分边墙和左、右洞楼板；5-左、右洞其余边墙和拱部；6-中洞上台阶环形开挖；7-中洞拱部；8-中洞楼板以上土方开挖；9-中洞楼板；10-中洞其余部分开挖；11-中洞底板图11-15侧洞法施工顺序图洞桩法，也称“PBA”，先在梁柱、梁墙节点部分暗挖小导洞，并在小导洞内施作边桩、中桩（柱）、顶纵梁、顶拱形成初期受力体系。然后，采用顺作法或逆作法施工剩余结构。最终形成由初期支护和二次衬砌组合而成的永久承载体系。图11-16PBA法施工顺序图1-上下导坑错开距离开挖（包括初支）；2-孔桩开挖、底纵桩、中柱边桩、顶纵梁；3-中洞上台阶开挖（包括初支）；4-左右洞上台阶开挖(包括处支)；5-中洞拱部衬砌；6-侧洞拱部衬砌；7-楼板以上土体开挖；8-楼板浇混凝土；9-剩余部分土体开挖；10-底板及底部边墙衬砌；11-站台板浇筑ⅪⅪⅪⅩⅩⅩ9991111ⅧⅧⅧ7ⅥⅥⅤⅡⅡⅡⅡ43411111111法施工顺序图7、辅助施工方法超前小导管预注浆超前小导管是沿着开挖轮廓线向外将带孔的小导管打入地层内，并以一定压力向管内压注具有固化作用的浆液，使围岩形成固化的注浆体，小导管自身起加筋的作用。图11-17超前小导管注浆施工流程图管棚法管棚法施工的主要工序包括：设置管棚工作室、钻孔、打入钢管及注浆、管棚支护条件下进行开挖等。图11-19隧道内管棚基地水平旋喷法水平旋喷注浆法是采用水平钻机先钻进土层的预定位置后，利用安装在钻杆前端的特殊喷嘴，将水泥浆液高压喷出，以喷射流切割搅动土体，从而形成一个均匀的圆柱状水泥加固体，以达到加固地基和止水防渗的目的。图11-20水平旋喷法施工工序图冷冻法冷冻法是利用人工制冷技术加固含水地层的一种特殊工法，具有适应性强、隔水性好、环境影响小等特点。冷冻法的主要施工工序包括：钻孔—冻结器铺设—冷冻系统安装—冷冻制冷—隧道开挖和衬砌。图11-22冻土结构不同的发展阶段第四节盾构法隧道施工盾构法隧道施工系统的组成盾构法隧道施工系统包含两部分：盾构机和辅助系统，如图所示。1、盾构法隧道施工过程图11-23盾构施工系统盾构法的工作井在盾构工作井内的端墙上应预留出盾构机通过的开口结构，又称为洞门（包括开口及封门）。封门主要起挡土和防止渗漏的作用，一旦盾构机安装调试结束，盾构刀盘抵住端墙，要求封门能尽快拆除或打开。洞门图11-24洞门照片盾构始发流程图11-25盾构始发流程框图盾构法隧道施工的作业过程图11-26盾构施工作业工序流程图盾构同步注浆图11-27盾尾同步注浆的示意图ａ）盾尾间隙示意图；ｂ）同步注浆示意图一般盾构的设备配备的盾尾同步注浆一般采用４个孔位，间距９０°分布于尾盾内，如图3所示。图11-28盾尾同步注浆孔分布示意图管片拼装盾构法隧道衬砌为预制混凝土管片的装配式衬砌，盾构向前掘进一定的长度，满足一环管片拼装宽度的要求时，盾构机利用自配备的管片拼装机将管片拼装成环。隧道管片拼装按其整体组合可分为通缝拼装和错缝拼装。掘进中的渣土改良图11-29渣土改良系统示意图土压平衡盾构所适应的地层为流塑性较好的软土地层，当地层条件不适合时，容易出现渣土离析、结块、排土不畅、刀盘扭矩过大等问题，此时需要必要的渣土改良措施。图11-30盾构掘进过程中参数控制的主要流程影响掘进的主要施工参数有：掘进模式、土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、推进力、推进速度、螺旋输送机扭矩、泡沫注入率、同步注浆压力、同步注浆量等。掘进参数的选择依据有：地质情况判断；盾构机当前姿态；地面监测结果反馈；盾构机状况。2、盾构掘进施工参数掘进模式的选择图11-31敞开模式11-32半敞开模式11-33土压平衡模式P0为设定的压力Pi为土仓实际压力盾构掘进达到相对较为平衡的状态即：P0≈Pi土压平衡的控制图11-34土压平衡的控制土仓压力的设定土压平衡盾构的特点为实现盾构掘进面的土压力平衡，即盾构提供的开挖面土压与地层原土压力的平衡。静止土压力：———土的静止侧压力系数；———土的重度（ｋＮ／ｍ３）；———计算点的深度（ｍ）。同步注浆参数当注浆压力相当于隧道埋深处的地层应力时，对减少地层损失和地表沉降量效果最为显著。地铁隧道一般埋深在１０～２０ｍ之间，采用太沙基的土压力计算方法较为合理。土压（ｋＮ／ｍ２）隧道外径（ｍ）隧道顶部松动圈幅（ｍ）；水平土压和垂直土压之比；土体的重度（ｋＮ／ｍ３）；土的内聚力（ｋＰａ）；土的内摩擦角（°）；覆土深度（ｍ）；地面荷载（ｋＰａ）。（１）注浆压力同步注浆参数注浆量为理论间隙量乘以充填系数得到：一个行程的注浆量；理论开挖直径；管片外径；行程长度；充填系数，主要和以下因素有关：注入压力决定的压密系数、土质系数、施工损耗系数和超挖系数。式中（2）注浆量地表沉降的控制因素施工参数中对地表沉降起控制因素的参数主要有：土仓压力、每环出渣量、每环同步注浆量。每循环的出渣量应根据不同的地质情况计算得出或根据经验把握。出渣量可根据下式计算出来。每环出渣量；理论开挖体积；虚方系数；开挖直径；掘进行程长度。式中端头加固始发台两侧的加固始发后盾构机姿态控制洞门密封盾构到达掘进措施图11-38始发时两侧的加固图11-39洞门密封示意图3、始发与到达的安全措施4、姿态控制与纠偏图11-40盾构激光导向系统图11-41纠偏曲线示意图第五节高架施工高架桥的基础工程形式大致可以归纳为扩大基础、桩基础、管桩（往）基础和沉井基础几种。表11-4为常用的高架桥基础施工方法及其优、缺点。1、基础施工表11-4常用的高架桥基础施工方法及其优、缺点2、承台、立柱及盖梁施工承台土方开挖到桩顶高程时，要改为人工挖土，避免抓斗碰坏桩头。为防止土方塌陷，应采取放坡、打钢板桩、加木支撑等支护方式。立柱施工采用拆装方便的大型整体式钢模，既能保证立柱外观光滑平整和内在质量，又能加快施工进度。盖梁模板采用大模板形式。九夹板直接铺设于下层木板之上。铺设前预先计算好夹板尺寸，使拼缝对称合理，并牢固密封。3、上部结构施工高架轨道交通的上部结构施工方法受到桥梁类型、跨径、城市环境要求、施工机械化水平等因素影响，主要有就地现浇、移动模架逐孔现浇、预制拼装、顶推施工、悬臂施工、提升与浮运等方法。表11-5城市轨道高架桥常用施工方法表