无锡地铁三号线吴桥区间段（埋深13m）暗挖隧道结构设计文献综述

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文献综述

(一)、地铁隧道施工：

地下铁道沿城市主要街道布置，在市区或市郊修建。因此，施工方案的选取应充分考虑地铁对城市交通、建筑物拆迁以及对地面上下管线的影响，从技术、经济等方面加以权衡比较。地下铁道的修建方法很多，概括起来有两大施工方式，即明挖法和暗挖法。1.明挖法　明挖法是浅埋地下通道最常用的方法，也称作基坑法。它是一种用垂直开挖方式修建隧道的方法（对应于水平方向掘进隧道而言）。基坑法施工是指从地面向下开挖，并在欲建地下铁道结构的位置进行结构的修建，然后在结构上部回填土及恢复路面的施工方法。或者从地面向下开挖，用大号型钢架于两侧钢桩或连续墙上，以维持原来路面的交通运行。后一种基坑法也称为路面覆盖式基坑法或称开壕被覆法（CutandCover）。我国常用的明挖法有三种：　　（1）敞口放坡明挖　　敞口开槽放坡明挖施工或称敞口基坑法，其槽底宽度是根据区间隧道或车站结构宽度的需要，并考虑施工操作空间确定。为了保持边坡稳定常常需要沿基坑两侧设井点降水。此种方式虽然工程造价较低，但占地宽、拆迁量大。　　（2）板桩法　　一般用工字钢桩，按设计位置打入土层内，形成连续板桩墙或间隔立桩、并架设横板等支撑。基坑在支护的保护下进行开挖。如不设路面覆盖板，则施工范围交通中断。此法称为无路面覆盖式基坑法，多用于公园、广场、居民区等处所。　　（3）地下连续墙施工法　　混凝土连续墙作为挡土墙起支护基坑作用，有的连续墙的顶上（或钢板桩的顶上）加盖钢结构或钢筋混凝土顶板，以供城市交通行驶车辆。称为盖板法。

2.暗挖法　暗挖法有时也称为矿山法，尤其是指在坚硬的岩石层中采用的矿山巷道掘砌技术的开凿方式。但地铁施工多在浅部的松软土层中进行，此暗挖法主要指：

（1）盾构法通常利用地铁车站或通风口等位置开凿竖井，盾构在井内进行拼装，盾构由此沿着地铁路线推进施工，以形成地铁区间隧道。它比明挖法土方量小，地下各种管线和地面建筑物的迁移量小，对城市的交通影响也小。

（2）注浆法　　在施工范围布置注浆孔，灌入水泥砂浆或其它化学浆液，以使土层固结，故此法亦称为灌浆固结法。这样，甚至不加支撑开挖竖井或隧道。（3）沉管法　　当地下铁道处于航道或河流中时，可采用沉管法。这是水底隧道建设的一种主要方法。该法施工是在船台上或船坞中分段预制隧道结构，然后经水中浮运或拖运办法将节段结构运到设计位置，再以水或砂土将其进行压载下沉，当各节段沉至水底预先开挖的沟槽后，进行节段间接缝处理，待全部节段连接完毕，进行沟槽回填，遂建成整体贯通的隧道。

（4）顶管法　　当浅埋地铁隧道穿越地面铁路、城市交通干线、交岔路口或地面建筑物密集、地下管线纵横地区，为保证交通不致中断和行车安全，可采用顶管法施工。　　顶管法施工是在作好的工作坑内预制钢筋混凝土隧道结构，待其达到强度后用千斤顶将结构推顶至设计位置。这种施工技术不仅用于浅埋地铁，还可用于城市供排水管道工程、城市道路与地面铁路立叉点以及铁路桥涵等工程。

城市地铁以及重要的市政管线遇到江河，海峡等障碍或遇地面交通密集交叉，建筑物密集林立的情况时，往往必须修筑城市地下隧道。这类隧道在地表以下埋置较深，多采用暗挖法施工，当隧道长度大于1000m时，采用盾构法施工的工程屡见不鲜。

国外最早于1818年，MarcIsambardBrunel获得隧道盾构法施工的专利，并在1825年到1843年间首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一条河底隧道，初步证明盾构法隧道施工的价值。1830年由劳德考克让施（LordCochrance）发明了施加压缩空气防止涌水的气压法。1896年Haag在柏林第一次申请了德国泥水式盾构的专利，形成了现代泥水式盾构的雏形，推动了盾构施工技术的发展。1917年日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法，1938年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工，为日本盾构技术的发展奠定了基础。1967年由英国提出的泥水加压系统在日本得到了实施，日本研制成功第一台有切削刀盘、水力出土的泥水加压式盾构（直径为3.1m）。1974年日本独创性地研制成功土压平衡盾构，同时德国WayssFreytag也研制成功颇具特点的膨润土悬浮液支撑开挖面的泥水平衡盾构。到20世纪初，盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国开始推广。目前在欧美等发达国家使用盾构机进行施工的城市隧道已占90%以上。

我国盾构掘进技术的应用可以追溯到1953年东北阜新煤矿用手掘式盾构修建直径为2.6m的疏水巷道，但是由于受这一时期我国经济技术的限制，盾构技术一直没有受到足够的重视，盾构技术的发展非常缓慢，应用也相当有限。直到1985年以后，随着经济技术的突飞猛进，各种地下工程的需求与日俱增，我国开始引进和研制全断面闭胸式盾构，可以说我国起步了现代盾构技术的开发和应用。经过几十年来特别是改革开放以来的快速持续建设,我国在隧道及地下工程领域已得到了很大的发展,至今已建成各类隧道超过7000座,隧道总长度超过4000km,隧道数量和总延长位居世界首位,并且目前仍以每年新建200-300km隧道的速度在增加。我国目前是世界上使用盾构数量最多、发展最快、未来需求最大的市场，已是世界上的隧道第一大国。21世纪是我国隧道及地下工程大发展的世纪,据有关专家预测,到2020年,我国将要完成近6000km的地下隧道建设,平均每年约300km。到2011年,国内各种地下工程建设约需岩石掘进机、盾构机约180台(不包括微型机),年均需求量约为30台。截至目前,使用的盾构总数约有200多台次。城市地铁快速发展,对盾构需求最多。

我国城市地铁正处在高速发展期,地铁和轨道交通规划总长度已超过3000km。目前已建成和在建的数量仅占规划数量的10%左右,未来城市地铁建设仍将快速发展。越江隧道建设方兴未艾,对大直径和超大直径盾构的需求将有快速增长。至今有10个城市已建或在建20多座盾构法越江隧道。计划中的越江盾构隧道更多。城市各种地下管线隧道有待发展,对盾构的潜在需求大。有关专家预测,我国城市的给水、排水、电缆、电讯、热力、输气等隧道工程的长度将超过1000km,其对小型盾构、微型盾构或掘进机的需求量也相当大。

(二)、本项目使用矿山法介绍：

暗挖法的一种，主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山开拓巷道的方法，故名。用矿山法施工时，将整个断面分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行，并根据围岩稳定程度，在需要时应边开挖边支护。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型而定。在坚实、整体的岩层中，对中、小断面的隧道，可不分部而将全断面一次开挖。如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并配合开挖及时设置临时支撑，以防止土石坍塌。喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进而发展成新奥法。

按衬砌施工顺序，可分为先拱后墙法及先墙后拱法两大类。后者又可按分部情况细分为漏斗棚架法、台阶法、全断面法和上下导坑先墙后拱法。在松软地层中，或在大跨度洞室的情况下，又有一种特殊的先墙后拱施工法──侧壁导坑先墙后拱法。此外，结合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点，还有一种居于两者之间的蘑菇形法。

先拱后墙法

也称支承顶拱法。在稳定性较差的松软岩层中，为了施工安全，先开挖拱部断面并即砌筑顶拱，以支护顶部围岩，然后在顶拱保护下开挖下部断面和砌筑边墙。在开挖边墙部分的岩层之前，必须将顶拱支承好,故有上述别称。开挖两侧边墙部分的岩层时(俗称挖马口),须左右交错分段进行，以免顶拱悬空而下沉。该法施工顺序见图1(图中阿拉伯数字为开挖顺序，罗马数字为衬砌顺序，下同)。施工时,须开挖上下两个导坑，开挖上部断面时的大量石碴，可通过上下导坑之间的一系列漏碴孔装车后从下导坑运出，既提高出碴效率，又减少施工干扰。当隧道长度较短、岩层又干燥时，可只设上导坑。在此种场合，为避免运输和施工的干扰，可先将上半断面完全修筑完毕，然后再进行下半断面的施工。本法适用于松软岩层，但其抗压强度应能承受拱座处较高的支承应力；也适用于坚硬岩层中跨度或高度较大的洞室施工，以简化修筑顶拱时的拱架和灌筑混凝土作业。该法在外文文献中也称为比国法。

漏斗棚架法

也称下导坑先墙后拱法。适用于较坚硬稳定的岩层。施工时先开挖下导坑，在导坑上方开始由下向上作反台阶式的扩大开挖，直至拱顶；随后在两侧由上向下作正台阶式的扩大开挖，直至边墙底；全断面完全开挖后，再由边墙到顶拱修筑衬砌。施工顺序见图2。此法在下导坑中设立的漏斗棚架,是用木料架设的临时结构。横梁上铺设轻便钢轨，在下导坑运输线路上方留出纵向缺口,其上铺横木,相隔一定间距,留出漏斗口供漏碴用。在向上扩大开挖时,棚架作工作平台用。图中2至5部爆出的石碴全落在棚架上，经漏斗口卸入下面的斗车运出洞外。这种装碴方式可减轻劳动强度。下导坑的宽度，一般按双线斗车运输决定。由于宽度较大，在棚架横梁下可增设中间立柱作临时加固用。设立棚架区段的长度，安装碴的各扩大开挖部分的延长加上一定余量来决定。用漏斗棚架装碴优点显著，故在中国以漏斗棚架命名。此法曾广泛应用于修建铁路隧道。

台阶法

又有正台阶法和反台阶法之分。①正台阶法系在稳定性较差的岩层中施工时，将整个坑道断面分为几层，由上向下分部进行开挖，每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶（图3a）。上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴，可以平行进行而使工效提高。全断面完全开挖后，再由边墙到顶拱筑衬砌。在坑道顶部最先开挖的第一层为一弧形导坑，需要钻较多的炮眼，导坑超前距离很短，可使爆破时石碴直接抛落到导坑之外,以减轻扒碴工作量,从而提高掘进速度。如坑道顶部岩层松动，应即在导坑内用锚杆或钢拱架作临时支护，以防坍塌。②反台阶法则用于稳定性较好的岩层中施工，也将整个坑道断面分为几层，在坑道底层先开挖宽大的下导坑，再由下向上分部扩大开挖（图3b)。进行上层的钻眼时,须设立工作平台或采用漏斗棚架，后者可供装碴之用。

全断面法

将整个断面一次挖出的施工方法。适用于较好岩层中的中、小型断面的隧道。此法能使用大型机械，如凿岩台车、大型装碴机、槽式列车或梭式矿车、模板台车和混凝土灌筑设备等进行综合机械化施工。新奥法的出现，扩大了全断面法和台阶法的适用范围。

上下导坑先墙后拱法也称全断面分部开挖法（图4）。以前,在稳定性较差的松软岩层中，为提高衬砌的质量，曾采用过此种先分部挖出全断面，再按先墙后拱顺序修筑衬砌的施工方法。采用此法开挖时，要用大量木料支撑，还需多次顶替，施工既困难又不安全，故在中国未见采用。该法在外文文献中还称之为奥国法或称老奥法。

蘑菇形法

综合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点而形成的一种混合方案（图5）。开挖1至4部后呈现形似蘑菇状的断面，故名。在下导坑中设立漏斗棚架，供向上扩大开挖时装碴之用，同时当拱部地质条件较差时，为使施工安全可先筑顶拱。该法具有容易改变为其他方法的优点，遇岩层差时改为单纯的先拱后墙法，岩层好时改为漏斗棚架法。在中国首先应用于岩层基本稳定的铁路隧道施工，以后又用来修筑大断面洞室，为减少设立模架作业及其所需材料，并加快施工进度创造有利条件。

侧壁导坑先墙后拱法

简称侧壁导坑法，也称核心支持法。在很松软、不稳定地层中修筑大跨度隧道时，为了施工安全，先沿坑道周边分部开挖，随即逐步由边墙到顶拱修筑衬砌，以防止地层坍塌。开挖时可将临时支撑和拱架都支承于坑道中间未被开挖的大块核心地层上，在衬砌保护之下最后将此核心挖除，必要时再砌筑仰拱。侧导坑的宽度较大，除包括边墙以外，还须有通行出土斗车和工人以及砌筑边墙的工作位置，才能使导坑开挖和边墙衬砌作业同时进行。为了核心部分地层的稳定，也须保持足够的宽度,且其宽度愈大，留在最后的开挖量愈大,开挖费用就愈小。此法通常适用于围岩压力很大、地层不稳定的大跨度隧道（如双线或多线铁路隧道和道路隧道、运河隧道）。在坚硬岩层中修建大跨度洞室时也常采用，利用其核心部分作为支承顶拱和边墙模板的基础；开挖时临时支撑可大为减少，甚至完全免除。该法在外文文献中至今还称德国法。

此外，在大断面洞室施工时，还采用先拱后墙法与核心支持法、先拱后墙法与正台阶法等的混合方案。

爆破开挖

隧道及地下工程施工的爆破与一般石方工程的爆破要求不同。为了便于装碴和不损坏附近的临时支撑或永久性衬砌，不使岩层爆得粉碎或碎落的岩块过大，又不使爆破时的岩块抛掷很远，故一般用松动爆破。由钻眼、装药、封口、起爆、排烟、临时支护和出碴等作业，组成一个爆破循环，其中钻眼和出碴占用大部分时间，应使之机械化，如采用凿岩机、装碴机、矿用牵引机车等。

为了提高爆破效果，避免超挖或欠挖，并使坑道的轮廓符合设计要求，除须根据岩层情况和坑道断面大小，选择炮眼的数目、直径、深度和装药量等参数之外，炮眼布置也是重要影响因素。

为了在爆破时开辟新的自由面（即临空面），不论在导坑开挖还是在全断面开挖时，通常在开挖面上布置位于中央的掏槽眼，及其周围用以扩大爆破范围的辅助眼，和控制开挖面轮廓的周边眼等三类炮眼，并按先掏槽后周边的次序先后起爆。掏槽眼的布置形式一般有直眼掏槽和斜眼掏槽。前者的炮眼轴线与开挖面垂直，可将几个掏槽眼布置成一字形、梅花形或螺旋形；斜眼的轴线则与开挖面斜交，并随地质构造的不同，布置成楔形、锥形或扇形。

爆破材料大多采用威力较低、价格较廉的硝铵炸药，有水时则用硝化甘油炸药。起爆时以往大多用火雷管作火花起爆；后来改用电雷管、毫秒雷管，用电起爆；近期又出现用导爆管的非电起爆。

爆破开挖时，为保证开挖面轮廓准确而平整，并控制对围岩的震动，近年来，在爆破技术上发展和应用了光面爆破、预裂爆破和毫秒爆破等新技术(见爆破技术)，达到了预期的爆破效果。

矿山法常用设备芬兰Normet公司的喷浆台车、混凝土台车、高空作业车、炸药台车、撬毛台车，SADVIK和ATLAS的凿岩台车。

(三)、选题目的和意义：

自上个世纪90年代以来，我国许多大，中城市发展轨道交通的要求日益迫切。当前，中国城市轨道交通建设进入了快速发展的阶段，已有多个国内大，中城市正在建设或已规划了轨道交通线路。城市轨道交通的建设和管理得到了我国各级政府的高度重视，已成为社会关注的焦点。根据我国可持续性发展战略的要求，结合自身的城市轨道交通项目建设经验和学习体会，对城市轨道交通的可持续性发展进行研究，使其能够对城市可持续交通系统和城市可持续发展起到积极促进作用。同时地铁车站作为城市轨道交通枢纽站点、地面客流的集散点，联系着地面和地下的客运功能，其安全稳定是最为重要的。同时，地铁车站造价相对较高，因此，如何做好经济上的合理和结构上的安全可靠是非常重要的。

无锡地铁三号线吴桥站及区间段位于北塘区青石路以北，凤宾路以东，兴源路以南，建设路以西。场地周边主要建筑主要为：五星级酒店及甲级写字楼，精品住宅，地下室。周边环境相对复杂。该区间隧道采用盾构法施工具有不影响交通,在软弱地层亦有较强的适应性,地表沉降易于控制,施工噪音小等优点,而且还可避免道路两侧管线受干扰。通过毕业设计，提高综合运用基础理论、基本技能、基本知识分析和解决实际问题的能力，提倡独立思考、独立获取知识及创造性思维的开发。依据毕业设计课题任务，进行资料收集、调查研究、方案论证，掌握有关工程设计程序、方法和技术规范。提高理论分析，绘图技能，言语表达，撰写报告以及独立解决问题等能力，提高外文翻译和计算机运用能力。

(六)、主要参考文献：

[1]上海大学精品课程elearning.shu.edu.cn

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