地铁车站岩石地层非爆破条件下施工技术研究
2018-04-12席超
席超
摘 要:随着社会的发展,城市地铁在岩层中施工,受周边建构筑物及敏感区域影响,不宜采用爆破法施工。本文针对非爆破条件下各项施工技术进行研究分析,为非爆破条件下技术实施提供有力基础。
关键词:地铁车站;岩石;非爆破;施工技术
中图分类号:U231.4 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)06-0099-01
随着社会的发展,一线城市地铁配套化施工已成为城市发展不可或缺的部分,各大城市地铁建设逐年增长。重庆、深圳、广州、青岛等城市地层多属于岩石地层,一般情况下,暗挖车站施工均采用钻爆法施工。但受周边环境或敏感区域,爆破要求非常之高,施工难度大,施工安全及信访隐患大,遂采用机械化非爆破施工已成为城市岩石隧道发展的必然趋势。
本文结合青岛地铁某线路地铁车站施工,针对敏感区域非爆破施工,对各类非爆破施工方法进行比对,为日后实际实施提供理论基础。
1 工程概况及工程地质
1.1 工程概况
青岛地铁某线路车站,为三线换乘车站,原初步设计为明挖法施工,受周边拆迁影响,变更为暗挖工法施工,车站主体结构形式如图1所示。
1.2 地质水文情况
7、8号线车站为暗挖两层车站,采用拱盖法施工。拱顶埋深约13米,与8号线站台采用暗挖通道进行联通,车站基坑开挖范围内揭露的土体主要为第①层素填、第强风化粗粒花岗岩、第中等风化粗粒花岗岩、第微风化粗粒花岗岩。车站主体基本位于微风化花岗岩内,饱和抗压强度约60MPa。
地下水类型主要为潜水。抗浮水位线位于地下4m。常水位线约地下6m。
1.3 周边环境
闫家山站整体处于棚户区改造区域,涉及闫家山村和香里村两个村庄,房屋均为60、70年代建设低矮砖房,无基础,基本均为危房,爆破施工对房屋影响较大。
沿周口路敷设直径1200、直径700主供水干管,沿郑州路敷设直径800供水管,两根直径300天然气管,管线均较为老旧。
2 非爆破条件下施工技术研究
根据车站的实际情况,提供几种非爆破开挖施工技术进行系统分析研究。
2.1 方案一:悬臂掘进机
根据该工程隧道断面尺寸和岩石力学指标,并综合分析施工经济性,推荐掘进机型号为EBZ260A,见图2所示。根据EBZ260A掘进机的定位截割范围,可采用上下大台阶、左右小台阶、分层多台阶施工。缺点:粉尘大,文明施工差;强度高于60Mpa时效率低;节齿消耗大;行走速度慢,6m/min,需要隧道能错车。
2.2 方案二:凿岩台车钻孔+楔形劈裂机(潜孔钻机+愚公斧)
采用凿岩台车钻孔割岩,楔形劈裂机劈裂破岩。其工作原理为:利用凿岩台车在岩石上钻孔,在圆孔上,插入岩石劈裂机的楔形块组件,当启动液压泵站,液压泵站工作产生高压,驱动岩石劈裂机楔形块组的中间楔块向前运动,将反向楔块两边撑开,产生巨大劈裂力(达500~600t),此劈裂力由岩石内部向外,破坏岩石内部结构,(此力是拉应力,岩石的拉应力远远小于抗压应力,只有其抗压应力的10%左右),见图3所示。缺点:三臂凿岩台车适应打钻高度为7m~12.4m,楔形劈裂机国内暂未实现,中铁装备正在研发,产品可三个月出来。
2.3 方案三:非爆破掘进台车
在参考人工使用水磨钻机施工的基础上,研发的非爆破掘进台车,钻孔直径为500mm,单次最大钻孔深度2.3m,一般60MPa左右的围岩钻进效率1.7m/min。在花岗岩100MPa时,钻进效率0.9m/min。建議采用上下层分次施工,上层施工完成后再施工下层。同层分左右侧间隔施工,错开5~7m。
2.4 方案四:简易TBM
采用新造的简易敞开式TBM,直径约8m(可调整),一个断面挖8个导洞,先挖上部,再挖下部,挖完采用悬臂掘进机扩挖。T采用国产轴承,主电机等,造价约5000万元。缺点:掘进后不支护,若隧道围岩差,有施工风险;若支护,后期破除效率及成本增加;需设置设备接收井,目前车站场地无条件;或采用其他手段,提前施工拆机洞,需要扩挖,采用设备扩挖无作业面,难度大。
2.5 方案四:上部顶管+下部爆破
车站采用小顶管在隧道拱顶一圈顶进,两个车站隧道断面,拱顶一圈顶进完成预计总里程达5.2km,采用4m的钢管作为顶管,拱顶顶进完成后,将所有顶管焊接或搭接成整体,利用顶进完成的钢管作为预支护。下部采用爆破施工,已完的顶管可对下部爆破施工起到减震和隔震的效果。由于上部的预支护已做好,下部爆破可采用比较快速的台阶法或其他分部等工法进行开挖。
3 结语
根据本文上述描述及实际施工调研,围岩在强度60Mpa以下时,悬臂掘进机性价比最高,成效较为理想。但目前国内地铁车站岩石地层非爆破施工技术尚不成熟,在围岩完整性好、强度高的地层,尚无较好施工工艺,非爆技术研究还需要有很长的路去走,需要施工单位与机械设计单位紧密沟通,以解决城市地铁车站及隧道非爆条件下施工。
参考文献
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