地铁车站与盾构法施工

地面坍塌
9、北京地铁5号线12标段路面拱裂
9、北京地铁5号线12标段路面拱裂
10、北京地铁十号线苏州街车站坍塌事故
10、北京地铁十号线苏州街车站坍塌事 故
图1－1
6－6断面图 图4－11 第四步支护结构支弯矩/N· m
10、北京地铁十号线苏州街车站坍塌事 故
图1 图1－1 支护和端头过梁断面图
4、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌
4、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌
4、广州地铁三号线沥滘车站连续墙倒塌
5、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷
5、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷
5、广州地铁管片开裂涌水与地表塌陷
6、广州地铁5号线地面塌陷
7、北京地铁十号线第二十二标段熊猫环岛
8、北京三环京廣橋輔路排水管断裂引起
按车站站台型式分类
(3)岛、侧混合式 站台：岛、侧混 合式站台是将岛 式站台及侧式站 台同设在一个车 站内。
地下铁道车站平面
地铁车站由车 站主体(站台、站 厅，生产、生活 用房)，出入口及 通道，通风道及 地面通风亭等三 大部分组成。
三、 区间隧道结构与构造
结构形式及选择
1、明挖法修建的隧道衬砌结构 2、矿山法修建的隧道衬砌结构 3、盾构法修建的隧道衬砌结构 4、特殊地段隧道衬砌结构
9
10
路面破坏
人员伤亡及财产损失
• 基坑施工规避安全风险对策： • （1）基坑开挖过程中的时空效应 • （2）基坑钢管支撑的质量控制 • （3）基坑开挖纵向入坡的坡度控制 • （4）做好深基坑内排水工作 • （5）合理确定结构施工段长度，减少基坑 暴露时间 • （6）严禁在基坑周边堆放、瞬时增加荷载 • （7）加强对基坑开挖施工全过程的监控
按车站站台型式分类
(2)侧式站台： 站台位于上、 下行行车线路 的两侧，这种 站台布置形式 称为侧式站台。
按车站站台型式分类
a.平行相对式侧式站 台
b.平行错开式侧式站台
c.上下重叠式侧式站台
d.上下错开式侧式站台
侧式站台
按车站站台型式分类
侧式站台特点： 侧式车站站台面积利用率、调剂客流、站 台之间联系等方面不及岛式车站，因此，侧式 车站多用于客流量不大的车站及高架车站。 当车站和区间都采用明挖法施工时，车站 与区间的线间距相同，故无需喇叭口，减少土 方工程量，改建扩建时，延长车站比较容易。
• 3、明挖法修建车站及区间
• 通过对明挖法施工的基坑事故的风 险分析可知，明挖法施工容易导致的安 全事故大致可分为10种，如下表所示。 在下表中的1～7项，其最终的结果是导 致基坑坍塌、周围建（构）筑物、地下 管线破坏以及人员伤亡。
编号
安全风险事故
1
2 3 4 5 6 7 8
基坑侧壁渗漏
支撑系统失稳 坑底隆起破坏 围护结构整体失稳 坑底管涌、流砂 坑内滑坡 围护结构折断或大变形 周围建（构）筑物损伤或破坏
目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下 几种形式： • 单排螺栓连接：按螺栓形状又可分为弯螺栓连 接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种。
端肋 (a)直螺栓联结
(b)弯螺栓联结
(c)斜螺栓联结
标准环 楔形环
R
Δ/2 Δ/2
封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种。 衬砌环的拼装形式有错缝和通缝两种。
(a)通缝
(b)错缝
四、地铁工程事故典型案例
• 1、上海轨道交通4号线联络通道冷冻法施工事故
1、上海轨道交通4号线联络通道冷冻法施工 事故
2、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤气爆炸
2、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤 气爆炸
2、南京地铁二号线工程地面塌陷引起煤 气爆炸
3、南京地铁一号线隧道市中心区段盾构隧道被淹
☆
☆ ☆ ☆
构造要求
1、明挖法修建的隧道衬砌构造 ☆ 2、矿山法修建的隧道衬砌构造 ☆ 3、盾构法修建的隧道衬砌构造 ☆
线 路 中 车辆限界 心 线 建筑限界 4100
4500 3960
OXY
X 540
矩形隧道建筑限界(明挖法施工)
车辆限界 建筑限界 4350
Φ=5200
850
圆形隧道建筑限界 (盾构法施工)
（三）规避工程风险之对策
• 1）塌方 • 2）涌水或渗水（突水）
•
•
3）隧道结构变形过大
4）周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏
浅埋暗挖法施工易发生的技术因素：
•
（1）浅埋暗挖法施工，虽然拱顶有小导管超前支护，但 掌子面是敞开的，掌子面的稳定关系到隧道本身和地面的 安全。
•
（2）浅埋暗挖法支护主要由人工完成，施工质量受人为
150
2200
4100
特点：整体性较差，对于有特殊要求(如防护、 抗震)的地段要慎重选用。
③区间喇叭口隧道 喇叭口衬砌通常都采用整体式钢筋混凝土结构。 a b
第一段
a
第二段
第三段
b
衬砌的基本结构类型——复合式衬砌 由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。
3．盾构法修建的隧道衬砌结构
管片模具
• 4、地铁建设规模空前 • 目前全国有22座城市正在修建地铁,工程规模大,投资之多。 建设管理、勘察、设计、施工、监测等方面人才不足及经验贫乏。
• 5、工程前期工作量大，工作难度大，有些不能出来到位
• 新建线路涉及面广，拆迁占地范围较大，地下管线加固、改 移和交通导改等协调工作量大、难度大，甚至制约工期。
2556
线 路 中 心 线 建筑限界 车辆限界
5160
隧 道 中 心 线
2604
795
3230 4820
795
马蹄形隧道建筑限界(暗挖法施工)
Fra Baidu bibliotek 400
4000
300
2200
400
550
450
4100
特点：整体性好，防水性能好，但施 工工序较多，速度较慢。
a、构件拼装式
500
300
4000 550 300
未脱模的管片
武汉地铁 管片外径为6.0m，环宽1.5m， 厚度为300mm。衬砌环纵、环 缝均采用弯螺栓连接。 三环拼装试验台
管片生产过程
模具清理
混凝土浇筑
管片从模具内吊出
养护池内养护
管片存放
抗压检测
拼装试验
按管片按材料可分为: • 钢筋混凝土管片：耐久性和耐压性都比较好， 刚度大 ，防水性能有保证；其缺点是重量大， 抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中， 容易将其角部碰坏。 • 钢管片：焊接性好，便于加工和维修，重量轻， 便于施工；其缺点是刚度小、易变形，抗锈性 差，价格较贵。 • 铸铁管片：强度高，防水和防锈蚀性能好，易 加工，刚度大；其缺点是价格较贵。
• （3）管线安全控制措施
• 在地铁施工过程中进行管线的安全控制是非常
必要的，不但可以保证管线的安全，同时也能避免 因管线问题诱发的地铁及周边其他建（构）筑物的
因素影响较多，支护背后充填密实、拱脚支垫稳定、支护 封闭距离等工艺细节直接影响施工变形和安全。
•
（3）施工中不确定性因素比明挖法和盾构法工法要多，
施工风险也相应增大。
• 2、盾构法修建区间隧道
•
盾构法施工是在盾构机壳体的保护下进行掘进的。 从整体上来说，盾构法施工时的安全风险性是比较小 的。但由于施工中各种不确定性因素的存在，盾构法 施工仍存在工程风险和发生安全事故。
地面 地面 2 1 3 地面
按车站埋深分类
(1)浅埋车站：车站结构顶板位于地面以下的深 度较浅。 (2)深埋车站：车站结构顶板位于地面以下的深 度较深。
按车站运营性质分类
(1)中间站(即一般站)： 中间站仅供乘客上、下 车之用。 (2)区域站(即折返站)： 区域站是设在两种不同 行车密度交界处的车站。 (3)换乘站：换乘站是位 于两条及两条以上线路 交叉点上的车站。 (4)枢纽站：枢纽站是由 此站分出另一条线路的 车站。
10．三拱塔柱岛式
按车站结构横断面形式分类
(4)其它类型断面
12．椭圆岛式
13．钟形式
14．马蹄形式
15．马蹄形式
按车站站台型式分类
(1)岛式站台： 站台位于上、 下行行车线路 之间。
按车站站台型式分类
岛式站台特点： 岛式车站具有站台面积利用率高、能灵活 调剂客流、乘客使用方便等优点，因此，一般 常用于客流量较大的车站。 有喇叭口(常用作车站设备用房)的岛式车 站在改建扩建时，延长车站是很困难的。
盾构机及其辅助设备故障 其它
盾构施工事故类型：
盾构到达事故
盾构接收井外地面沉陷 盾构塌方事故 联络通道塌方引起地面沉降和建筑物倾斜
• 盾构施工规避安全风险对策：
• 防止盾尾漏浆措施
• （1）提高同步注浆质量与管理 • （2）加强盾尾舱的管理 • （3）盾尾漏浆对策
• 防止隧道过量沉降和上浮的措施 • 在盾构掘进过程中，严格土仓土压平衡，对盾构
口，施工不仅对交通有一定的影响，由于地下管网密布，且 邻近建筑物，工程环境条件十分复杂,施工具有很大的风险。
• 区间隧道采用盾构法或浅埋暗挖法修建，且在城市干道
下或下穿、侧穿建筑物修建，还可能穿越河流、铁路及多种 地下管线等，施工中具有很大的风险。
（二）施工事故原因分析
• 3、工程结构形式多、施工工法多、施工难度大 • • 车站——明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法 区间——明挖法、盾构法、浅埋暗挖法
计算模型
11、深圳地铁1号线续建工程白石洲站
12、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故
12、杭州地铁湘湖站工地塌陷事故
（二）施工事故原因分析
• 1、工程地质、水文地质条件复杂 • 地铁线路所处地层的工程地质、水文地质条件复杂，受地 下水影响甚大。 • 2、工程环境条件复杂 • 车站采用明挖法或浅埋暗挖法修建修建，且多处于十字路
机和管片进行姿态控制，加强同步及二次注浆，加强 隧道监测。
盾构在砂卵石地层掘进的问题
砂卵石地层与其它地层相比，具有明显的特殊性，盾构掘
进存在较大的困难，主要体现在以下几个方面： （1）砂卵石是一种典型的力学不稳定地层，地层反应灵敏，开 挖面不稳定，容易产生坍塌； （2）砂卵石颗粒的塑流性极差，土压平衡不易控制，而且土渣 向外排出也较困难； （3）砂卵石切削机理不明，盾构推力与刀盘扭矩难以确定； （4）刀盘、刀具磨损严重。
地下铁道
石家庄铁道学院地下工程系
内容
• 一、地下铁道概述 • 二、车站的类型 • 三、 区间隧道结构与构造 • 四、地铁施工安全问题的敏感性分析
• 五、地下铁道施工
一、地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成
地铁根据其功能、 使用要求、设置位 置的不同划分成车 站、区间和车辆段 三个部分。
一、 地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成
施工阶段
可能存在的安全事故 工作井塌方 盾构进出洞漏水漏浆 盾构进出洞时机械故障
盾构进出洞阶段
盾构进洞时轴线偏离过大
土仓压力设置不当 盾构正前方工作面失稳
盾构前方地层出现空洞
盾构遭遇障碍物 盾构推进阶段 注浆参数控制不当 运输车脱轨、碰撞 盾构推进中轴线控制不佳 盾尾密封失效 管片接头漏水漏浆
管片拼装时碰撞、就位不准
按车站结构横断面形式分类
(1)矩形断面
1．双跨框架侧式
2．三跨框架岛式
3．五跨框架一岛一侧式
4．双层单跨框架 重叠侧式
5．双层双跨框架 相错侧式
6．双层三跨框架 重叠岛式
按车站结构横断面形式分类
(2)拱形断面
7．单拱一岛二侧式
8．双拱双岛式
按车站结构横断面形式分类
(3)圆形断面
9．三拱立柱岛式 11．单圆侧式
车站与乘客的关系 极为密切；同时对 保证地铁安全运行 起着很关键的作用。
一、 地下铁道概述 （一）地下铁道建筑物的组成
区间是连接相邻两 个车站的行车通道， 它直接关系到列车 的安全运行。
二、车站的类型
(1)地下车站：车站结构位于地面以下。 (2)地面车站：车站位于地面。 (3)高架车站：车站位于地面高架桥上。
• 4、妥善处理好地铁施工与地下管线 的关系
• （1）现状及特点 • 管线修建年代久：地下管线分布密 集，种类繁多，建设年代远近不一，并 分属多个管理部门。 • 供水管网中部分管线使用年限过长， 部分管线已处于超期使用，安全系数极 低。
• 管线破裂或渗漏具有突发性或隐伏性 • 由于各种管线埋藏在地下，不容易 探明管线的确切位置，在施工时，发生 事故前没有任何预兆。 • 造成的后果严重，社会影响大 • 由于管线的破裂造成居民停水、停 电、中断通信信号以及发生交通阻塞， 造成的社会影响极大。
按管片螺栓手孔成型大小可分为: • 箱形管片：因手孔较大而呈肋板形结构。接头 螺栓的穿入和拧紧比较方便，节省了材料，单 块管片重量减轻，便于运输和拼装。但因截面 削弱较多，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂。
• 平板型管片：因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲 板型结构的管片。截面削弱较少或无削弱，故 对千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻 力也较小。