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1分部開挖法
分部開挖法即將隧道化整為零,分為幾個部分依次開挖,由上可知根據各部分開挖順序的不同,可分為中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法(CRD法)和雙側壁導坑法(眼鏡工法)。(1)中隔壁法(CD法)。中隔壁法將隧道斷面在縱向上分為左右兩個斷面,并在兩個斷面中間架設一堵臨時隔離墻,先開挖一側,在開挖過程中根據需要又可以將側橫向上分為2個或3個斷面開挖,待一側超前開挖一定距離后,再用同樣的方法開挖另一側。(2)交叉中隔壁法(CRD法)。交叉中隔壁法在中隔壁法的基礎上發展形成。在開挖過程中,先采用大管棚、超前小導管等對隧道進行超前支護,采取人工開挖或者弱爆破開挖左側上部,接著架立支護鋼架和臨時鋼架對開挖部分進行初期支護和臨時支護,然后施作臨時仰拱。待左側上部開挖一定距離后,用同樣的施工方法對隧道其他部分進行開挖。最后根據監控量測數據判斷隧道圍巖是否穩定,穩定后方能拆除中隔壁和臨時仰拱。(3)雙側壁導坑法。雙側壁導坑法因其開挖斷面形狀仿佛眼鏡,故開挖方法也稱為眼鏡工法。在開挖過程中,先開挖右側導坑上臺階,然后施作初期支護和臨時豎向支撐。接著用同樣的方法依次開挖右側導坑下臺階、左側導坑上臺階和左側導坑下臺階。然后開挖中部上臺階,施作拱頂初期支護和臨時仰拱,同樣的方法開挖中部下臺階。中部臺階的階數應根據隧道圍巖情況、施工設備、施工人員技術水平等因素綜合確定。當隧道圍巖穩定后,拆除臨時仰拱和豎向支撐。最后施作二襯。
2.1主城區地質概況重慶市位于中國西南地區,地處長江和嘉陵江兩江交匯處。地理條件的影響加上兩江切割使得重慶市主城區地形地貌較為復雜,其下臥巖為三疊系上統至侏羅系時期內陸湖沉積的砂巖、泥巖和石灰巖。
2.2地鐵開挖特點重慶高樓大廈林立,地下管線眾多,相比于其他隧道,地鐵周邊環境更加復雜。地鐵開挖過程對周邊地層不可避免出現擾動,該擾動將破壞周邊圍巖原有平衡,引起地表隆起或沉降。對地下管線而言,地表的變化帶動了周圍地下管線的移動,嚴重時將由于地下管線變形過大而破壞,將造成斷水、斷電、斷氣等現象,給居民生活帶來極大不便。對于周邊建筑而言,地表的變化將引起建筑物的沉降、傾斜,輕則裂縫,重則倒塌,后果不堪設想。
2.3開挖方法選擇(1)機械掘進法。昂貴的掘進機設備讓許多施工單位望而卻步,紛紛擔憂機械掘進法的經濟性。但國外研究表明,當隧道長度與直徑之比大于600時,采用TBM進行隧道開挖經濟性良好,且隧道越長,經濟性越好。重慶地鐵修建長度往往十多公里,滿足隧道長度與直徑之比大于600。另一方面,重慶地層砂巖和泥巖的飽和單軸極限抗壓強度為12.6~36.7MPa,圍巖穩定性較好,掘進機適合在此環境下工作。但是,掘進機在施工過程中會引起地表隆起,該隆起將對地上建筑造成嚴重影響,因此機械掘進法適合隧道埋深較大的區段以減小地表隆起現象。以此同時,機械掘進法能夠適應的平面最小半徑為300m,若施工區段大于此值,則無法施工。(2)全斷面法。全斷面法采用爆破一次成型,原有應力的釋放使得圍巖出現位移,將引起地鐵上方建筑較大傾斜或沉降。同時爆破產生的地震波也將對地面建筑設施產生嚴重影響,爆破產生的巨大響聲也不可避免給市民帶來不同程度影響。(3)臺階法。臺階法將隧道斷面分成幾個臺階開挖,減小了對隧道圍巖的擾動,降低了隧道開挖對地表建筑及地下管網的影響程度。若周邊環境較好則可采用長臺階法,若穿過市區繁華地帶等周邊環境復雜區域時可采用短臺階法或超短臺階法,適應性好。在隧道施工中被廣泛采用,故施工人員對其理解深刻,施工熟練。因此方法適用于重慶地鐵的開挖。(4)分部開挖法。地鐵車站通常位于繁華地帶,由于人流量較大,故其空間較大,如何在保證建筑安全的前提實現地鐵車站的安全開挖?分部開挖法將隧道橫斷面分成2部分或3部分開挖,變大跨為小跨,同時又可根據周邊環境將縱斷面分成兩臺階或三臺階。通過其方法將一個大斷面隧道變成了一個個小斷面隧道,有效降低了隧道開挖過程中對周邊巖體的擾動,使得地表沉降較小。因此適用于地鐵車站的開挖。
3結語
地鐵開挖方法的選擇對地鐵的安全施工至關重要。在結合重慶主城區區域地質情況的基礎上認為,重慶地鐵開挖方法首選臺階法,在地鐵車站或其他一些對地表沉降有嚴格限制等區段選擇分部開挖法。
作者:肖堯單位:重慶交通大學土木建筑學院