Tecnología y métodos de construcción de túneles

En la actualidad, los métodos de construcción de estaciones de metro en el país y en el extranjero incluyen excavación abierta, excavación de cubierta, excavación encubierta y túneles de protección. Después de casi 40 años de desarrollo, los métodos de construcción del metro de China han evolucionado desde el corte y cubierta único original hasta la coexistencia actual de múltiples métodos, como el corte a cielo abierto, la excavación subterránea, el entierro poco profundo y la excavación subterránea, y los túneles de protección. La tecnología de la construcción continúa desarrollándose y mejorándose, y inicialmente se formó un sistema de disciplina especializado.

Con el rápido desarrollo de la construcción económica socialista de mi país y el fortalecimiento de la fuerza nacional integral, la escala de las ciudades continúa aumentando, la movilidad de la población urbana sigue aumentando y las condiciones del tráfico se deterioran año tras año. Para mejorar el entorno de transporte se han adoptado diversas medidas, entre ellas la construcción de ferrocarriles subterráneos. Por ejemplo, en los últimos años, ciudades como Beijing, Guangzhou, Shenzhen y Zhengzhou han construido una gran cantidad de ferrocarriles subterráneos.

Los métodos de construcción de los ferrocarriles subterráneos urbanos se ven muy afectados por la construcción del terreno, las carreteras, el transporte urbano, la hidrogeología, la protección del medio ambiente, la maquinaria y herramientas de construcción, las condiciones financieras, etc., por lo que los métodos de construcción utilizados también son diferentes. . A continuación se presentarán los métodos de construcción del metro urbano, respectivamente.

La selección del método de construcción debe determinarse después de una comparación exhaustiva basada en la naturaleza, escala, condiciones geológicas e hidrológicas del proyecto, así como los obstáculos sobre el suelo y subterráneos, el equipo de construcción y la protección del medio ambiente. , requisitos del período de construcción y otros factores.

1. Excavación y relleno

La excavación abierta se refiere a excavar el suelo, excavando la tierra de arriba a abajo hasta la elevación de diseño, comenzando desde la base y construyendo en secuencia de abajo hacia arriba. arriba para completar La estructura principal del túnel y, finalmente, el método de construcción para rellenar el pozo de cimentación o restaurar el suelo.

El método a cielo abierto es el método preferido para la construcción de metros en varios países. Generalmente se utiliza cuando el tráfico terrestre y el entorno lo permiten. Las estaciones de metro poco profundas y los túneles de sección a menudo utilizan métodos de corte abierto y cubierta abierta, que son tecnologías de ingeniería de pozos de cimentación profunda. Dado que los proyectos de metro generalmente están ubicados en áreas urbanas con edificios densos, la principal dificultad técnica de los proyectos de pozos de cimentación profundos es proteger el suelo intacto alrededor del pozo de cimentación, evitar el asentamiento superficial y reducir el impacto en los edificios existentes.

La ventaja del método a cielo abierto es que su proceso constructivo es sencillo, rápido y económico, siendo muchas veces considerado como la primera opción. Pero sus deficiencias también son obvias, como los atascos de tráfico prolongados, el ruido y las vibraciones y otros impactos ambientales.

Condiciones aplicables para el metro: Generalmente, si las condiciones del terreno lo permiten, se deben cavar y cubrir los túneles del metro, pero esto tendrá un mayor impacto en el entorno social y solo es adecuado para lugares con poca gente y muchos automóviles. y pocos oleoductos.

El procedimiento general de construcción a cielo abierto se puede dividir en cuatro pasos: construcción de la estructura de mantenimiento → excavación de tierra interna → construcción de la estructura de ingeniería → reparación de tuberías y recubrimiento del suelo, como se muestra en la Figura 1.

La estación de metro Huangxing Road de la línea M8 del metro de Shanghai está ubicada debajo de la línea central de Kongjiang Road en el lado este de la intersección de Kongjiang Road y Jingyu Road en Shanghai. La estación es una estación insular con dos pisos subterráneos, 166,6 m de largo, 17,2 m de ancho de sección transversal estándar y bocas de pozo de 21,4 m de ancho en los extremos norte y sur. El tramo estándar es de hormigón armado de una sola columna y doble vano, y el tramo final del fuste es de doble columna y doble vano. * * * Hay dos pozos de aire y tres entradas. El cuerpo principal de la estación utiliza muros continuos subterráneos como estructura de cerramiento del pozo de cimentación. La sección estándar de muro continuo subterráneo tiene 26,8 metros de profundidad y 0,6 metros de espesor. Las estructuras de cerramiento de la entrada de la estación y del pozo de cimentación del pozo de viento utilizan pilotes SMW.

2. Método de cobertura y excavación

El método de cobertura y excavación consiste en excavar desde el suelo hasta una cierta profundidad y luego sellar la parte superior y el resto de las partes inferiores del proyecto. se construirá bajo la cubierta superior cerrada. La estructura principal se puede construir hacia adelante o hacia atrás.

La construcción de estaciones de metro en zonas urbanas bulliciosas suele ocupar las vías y afectar el tráfico. Cuando la estación de metro está ubicada en una vía principal, el tráfico no se puede interrumpir y se deben garantizar ciertos requisitos de flujo de tráfico, se puede seleccionar el método de cobertura y corte.

2.1 Método de cubierta y excavación

El método de construcción de cubierta y excavación consiste en colocar la cubierta estándar prefabricada y la estructura de excavación (incluidas vigas longitudinales, transversales y losas de camino) después de completar la estructura de contención. en la superficie Para mantener el tráfico en la estructura de contención, excave repetidamente hacia abajo y coloque soportes transversales hasta alcanzar la elevación de diseño. De abajo hacia arriba, construir la estructura principal y las medidas de impermeabilización, rellenar el suelo y restaurar las tuberías o enterrar nuevas tuberías. Finalmente, se retiran las partes expuestas de la estructura de contención y se restaura el camino según sea necesario. La secuencia de construcción se muestra en la Figura 2.

Al construir el edificio de la estación principal bajo la condición de que el tráfico rodado no pueda interrumpirse durante un tiempo prolongado, se puede considerar el método de cobertura y excavación.

Ejemplo de proyecto: La estación Huaqiang Road de la primera fase del Metro de Shenzhen está situada en el lado oeste de la intersección de Shennan Middle Road y Huaqiang Road, la más próspera de Shenzhen, y bajo el carril de Shennan. Camino Medio. El área tiene densas vías municipales y un gran volumen de tráfico, con un volumen de tráfico máximo que alcanza los 3865 vehículos/h. El cuerpo principal de la estación es una estructura de doble vano, doble capa y una sola columna con una longitud total de 224,3 m, un estándar. El ancho de la sección transversal es de 18,9 m y la profundidad del pozo de cimentación es de aproximadamente 18,9 m. En el extremo oeste, el ancho del escudo es de 22,5 m y la profundidad del pozo de cimentación es de aproximadamente 18,7 m. y los extremos oeste del espacio verde sur. El período de construcción de la estructura principal es de 2 años, de los cuales el período de construcción de la estructura de cerramiento y pavimento temporal es de 7 meses. Para garantizar el funcionamiento normal de Shennan Middle Road durante la construcción de la estación de metro, se adoptó el método de cubierta y corte para la construcción de la estructura principal de esta sección.

2.2 Método de cobertura y excavación de arriba hacia abajo

El método inverso de cobertura y excavación consiste en mover primero la estructura del recinto del pozo de cimentación y la columna central hacia abajo. Al igual que el método de cobertura y excavación, los muros continuos subterráneos o las columnas cortina se utilizan a menudo como estructuras de mantenimiento de los cimientos, y los soportes intermedios suelen estar hechos de las columnas intermedias de la propia estructura principal para reducir los costos del proyecto. Luego, la capa superior del suelo se puede excavar hasta la elevación del suelo del techo de la estructura principal, y el suelo excavado se puede usar como molde para verter el techo. El techo se puede utilizar como un fuerte soporte horizontal para evitar que la estructura de mantenimiento se deforme en el pozo de cimentación. Después del relleno, se puede restaurar la carretera y restablecer el tráfico.

Los trabajos futuros se realizarán bajo la cubierta del techo, es decir, la estructura principal será excavada y construida capa por capa de arriba a abajo, como se muestra en la Figura 3.

Si el área de excavación es grande, el suelo de cobertura es poco profundo y los edificios circundantes están demasiado cerca, para evitar que la excavación del pozo de cimentación provoque que los edificios adyacentes se hunda tanto como sea posible. o restablecer el tráfico rodado lo antes posible, pero no existe una estructura de cobertura de tierra estereotipada y, a menudo, se adopta el método de construcción.

Ejemplo de ingeniería: cuando las condiciones geológicas y el entorno circundante lo permiten, el método de construcción del túnel de intervalo para la primera fase de la Línea Norte-Sur del Metro de Nanjing se selecciona en función del costo, el período de construcción y la seguridad. Entre ellos, la estación fronteriza Sanshan ubicada en el antiguo canal del río Qinhuai se encuentra en limo, limo, arena fina y arcilla limosa. Al tratarse de la primera estación y estar situada en un cruce de caminos, la estructura del recinto adopta muros continuos subterráneos. Además de la estructura de la población, se adopta un enfoque de construcción de arriba hacia abajo.

2.3 Construcción con el método semi-inverso de cubrir y excavar

La única diferencia entre el método semi-inverso y el método inverso es que una vez completado el techo y restaurado el pavimento , la placa base se vierte hacia abajo hasta la elevación de diseño, luego las paredes laterales y las losas del piso se vierten hacia arriba capa por capa. En el método de construcción semi-inverso, generalmente es necesario instalar tirantes horizontales y aplicar pretensado, como se muestra en la Figura 4.

3. Método de socavado

Bajo ciertas condiciones, el método de socavado es un método de construcción de túneles que excava y construye una estructura de revestimiento bajo tierra sin excavar el suelo.

Los métodos de excavación subterránea incluyen principalmente: método de perforación y voladura, método de tunelización con escudo, método de máquina perforadora de túneles, método de excavación subterránea y entierro poco profundo, método de elevación de tuberías, método de tubería sumergida, etc. Entre ellos, los métodos de entierro superficial y excavación subterránea y los métodos de túneles de protección se utilizan ampliamente, por lo que este artículo se centra en estos dos métodos.

3.1 Método de entierro superficial y excavación subterránea (método de mina de entierro superficial)

El método de entierro superficial y excavación subterránea es un método de construcción NATM en estratos sueltos. NATM aprovecha al máximo la capacidad de autosoporte de la roca circundante y las limitaciones espaciales de la superficie de excavación. Utiliza varillas de anclaje y hormigón proyectado como medio de soporte principal para fortalecer la roca circundante e inhibir la relajación y deformación de la roca circundante. A través de la cantidad de roca circundante y soporte, NATM Medición y monitoreo, orientando el diseño y construcción de proyectos subterráneos. El método de entierro superficial y excavación subterránea se propone para la construcción de estratos superiores poco profundos, sueltos e inestables y estratos de roca frágil y frágil. Por ejemplo, la mayoría de los túneles del metro de Shenzhen adoptan métodos de excavación subterránea y enterramiento poco profundo.

Las características técnicas del método de enterramiento superficial y excavación subterránea son: la deformación de la roca circundante se extiende a la superficie; se requiere un soporte rígido o una mejora del estrato; el diseño y la construcción se guían por secciones de prueba;

Cuando se utiliza entierro poco profundo y excavación subterránea para construir un túnel, se debe seleccionar el método de excavación y el método de excavación apropiados en función de las características del proyecto, las condiciones de la roca circundante, los requisitos ambientales y las propias condiciones de la unidad de construcción.

Los métodos de excavación comúnmente utilizados en la construcción de túneles a intervalos incluyen el método escalonado, el método CRD, el método de gafas, etc. Los túneles de varios tramos, como las estaciones de metro urbano y los aparcamientos subterráneos, a menudo se construyen utilizando el método de orificios de pilar, el método de orificios de medición o el método de orificios intermedios.

El metro se construye en zonas urbanas, lo que requiere un estricto control de los hundimientos de la superficie. Por tanto, es más importante enfatizar el preapoyo y prerrefuerzo del terreno. Los métodos de construcción adoptados incluyen lechada avanzada de pequeños conductos, lechada de agujeros profundos en la superficie de excavación y soporte avanzado de cobertizos para tuberías. La tecnología de construcción de entierro poco profundo y excavación subterránea se puede resumir como "avance de tubería, inyección estricta, excavación corta, soporte fuerte, sellado rápido y medición frecuente". El flujo del proceso se muestra en la Figura 5.

Ejemplo de ingeniería: el túnel de viento sureste de la estación Dongdan del Metro de Beijing es ortogonal a la estructura principal de la estación. El lado norte está debajo de la calle Chang'an, y los lados medio y sur pasan por áreas residenciales. La longitud total es de 43,4 m. Adopta un método de excavación de pilotes oscuros y enterrados poco profundos que puede pasar sin problemas debajo de áreas residenciales e instalaciones de defensa aérea civil en el terreno manteniendo básicamente el entorno original.

3.2 Método de túnel de escudo

El túnel de escudo es un método de construcción que utiliza maquinaria de construcción de escudo para excavar túneles subterráneos.

Un escudo es una estructura de tubo de acero móvil que puede soportar la presión del suelo e impulsarse bajo tierra. El extremo frontal del cilindro de acero está equipado con un dispositivo para soportar el suelo excavado, y la sección media del cilindro de acero está equipada con un gato necesario para levantar el anillo de revestimiento del túnel prefabricado o moldeado en el lugar; la cola del cilindro de acero. Cada vez que el escudo avanza una distancia de anillo, se ensambla (o se funde in situ) un revestimiento de anillo debajo del soporte de la cola del escudo, y se presiona mortero de cemento en los espacios alrededor del anillo de revestimiento para evitar que el túnel y el suelo se deslicen. hundimiento. La fuerza de reacción de la propulsión del escudo la soporta el anillo de revestimiento. Antes de la construcción del escudo, se debe construir un pozo, instalar un escudo en el pozo y enviar el suelo excavado por el escudo fuera del suelo a través del canal del pozo. El proceso de construcción del escudo se muestra en la Figura 6 a continuación.

Según las diferentes formas de sección transversal de los escudos, se pueden dividir en cuatro tipos: circulares, arqueados, rectangulares y en forma de herradura. La forma redonda se usa ampliamente debido a su buena capacidad para resistir la presión del suelo y la presión del agua en la formación, su sencillo montaje del revestimiento, sus componentes universales y su fácil reemplazo. Según los diferentes métodos de excavación, los escudos se pueden dividir en tres tipos: excavación manual, excavación semimecánica y excavación mecánica según las diferentes estructuras del frente del escudo, los escudos se pueden dividir en dos tipos: tipo cofre abierto y tipo cofre abierto; tipo de cofre cerrado; según los diferentes métodos para eliminar el agua subterránea y estabilizar la superficie de excavación, los escudos se pueden dividir en: deshidratación de puntos de pozo artificial, presurización de lodo, equilibrio de presión de tierra, escudo de presión de aire local, escudo de presión de aire completo, etc.

Las principales ventajas del método de protección son: excepto la construcción del pozo, todas las operaciones de construcción se llevan a cabo bajo tierra, lo que no afecta el tráfico terrestre y reduce el impacto del ruido y la vibración en el avance y la vibración de los residentes cercanos; apertura Los procesos principales, como la excavación y el montaje del revestimiento, se llevan a cabo de forma cíclica, lo que hace que la construcción sea fácil de gestionar y requiera menos trabajadores. La cantidad de movimiento de tierras es pequeña; al cruzar el río, no afectará la navegación; la construcción no se ve afectada por las condiciones climáticas como el viento y la lluvia, cuando se construyen túneles profundos en lugares con malas condiciones geológicas y altos niveles de agua subterránea; Tiene altas ventajas técnicas y económicas.

Se caracteriza por la excavación estratigráfica, excavación y transporte, montaje de revestimientos, impermeabilización de juntas, relleno de lechadas para rellenar el hueco en la cola del escudo y extracción de agua subterránea en cualquier momento para controlar el hundimiento del terreno. Proyecto integral y técnicamente exigente. Métodos de construcción sólidos.

Puede excavar en varios estratos de suelo blando y estratos de roca blanda, y tiene menos impacto en el entorno denso circundante al pasar por áreas donde se concentran edificios y tuberías subterráneas. Es especialmente adecuado para el metro urbano y bajo el agua. Excavación de túneles.

Ejemplo de proyecto: la línea 5 del metro de Beijing se construye utilizando el método de túnel en escudo. Es una arteria de transporte subterráneo de norte a sur que atraviesa el centro de Beijing. Comienza en Songjiazhuang en el distrito de Fengtai en el sur y pasa por Puhuangyu, Chongwenmen, Dongdan, Dongsi y el Palacio Yonghe de la estación norte de Taipingzhuang en el distrito de Changping en el norte, con una longitud total de 27,7 km. Debido a la densa densidad de edificios de gran tamaño en el terreno, el intenso flujo de tráfico y las complejas redes de tuberías subterráneas, con el fin de reducir el impacto en la economía urbana y la vida de los ciudadanos, después de la argumentación de expertos, se decidió tomar la iniciativa. al adoptar el método de escudo para la construcción en la sección de prueba de aproximadamente 700 m desde el Palacio Yonghe hasta el Puente Beixin. El escudo es una máquina de escudo EPB de gran diámetro.

4. Método del tubo sumergido

El método del tubo sumergido consiste en prefabricar la sección de tubería del túnel en secciones, colocar cabezales de retención de agua temporales en ambos extremos de la sección de tubería y luego flotar hasta el fondo. eje del túnel y húndase en la zanja de tubería previamente excavada, complete la conexión submarina entre las secciones de la tubería, retire el cabezal de retención de agua temporal, rellene la zanja para proteger la tubería sumergida y coloque las instalaciones internas del túnel para formar un canal submarino completo.

Los túneles de tubos sumergidos tienen bajos requisitos de cimentación y son especialmente adecuados para cimentaciones de suelo blando, lechos de ríos poco profundos o costas, y pueden ser fácilmente dragados mediante instalaciones de agua fuera de la zanja de cimentación. Debido a la pequeña profundidad de enterramiento, la longitud total de la línea del túnel, incluida la sección de conexión, es corta, y los túneles construidos mediante el método de excavación subterránea y el método de escudo se acortan significativamente.

La forma de la sección transversal del tubo sumergido puede ser redonda o cuadrada, y la elección es flexible. La excavación de zanjas de cimentación, la prefabricación de secciones de tuberías, la flotación, el hundimiento y la pavimentación interna se pueden realizar en paralelo, con relativamente poca interferencia, y la calidad de la prefabricación de secciones de tuberías es fácil de controlar. Basándose en las ventajas anteriores, el método del tubo sumergido se conoce como la solución de cruce submarino más económica para la construcción de túneles en aguas anchas, como grandes ríos.

Los túneles de tubos sumergidos se pueden dividir en túneles de tubos sumergidos con carcasa de acero (se pueden dividir en túneles con carcasa de acero de una sola capa y túneles con carcasa de acero de doble capa) y túneles de tubos sumergidos de hormigón armado según los materiales de la tubería. Los túneles sumergidos con carcasa de acero se utilizan ampliamente en América del Norte, mientras que los túneles sumergidos de hormigón armado se utilizan ampliamente en Europa y Asia.

Los principales procesos de construcción de túneles de tubos sumergidos son: prefabricación de tramos de tubería → excavación de zanja de cimentación → flotación y hundimiento de tramos de tubería → operaciones de atraque → decoración interna.

Ejemplo: el túnel del río Perla de Guangzhou es el primer túnel que cruza un río en China, compartido por autopistas y metros. La longitud total del túnel de la carretera es de 1.238,5 metros. El túnel en medio del río está enterrado bajo el lecho del río y no afecta la navegación fluvial. El tramo de tubo sumergido en medio del río tiene 457 metros de largo. El tubo sumergido es una estructura rectangular porosa de hormigón armado, que incluye dos huecos para vehículos de motor de dos carriles, un hueco para el metro y una galería de cables. La sección transversal del tubo sumergido es una sección transversal rectangular típica, con unas dimensiones totales de 33 mx7,956 m (el ancho del contenido es 12000 bang. La base del tramo de tubería se encuentra sobre la capa de granito desgastada del lecho del río. La voladura de arrecife se utiliza para ranurar. El tratamiento de la base adopta el método de relleno de arena.

5. Método TBM

TBM es la abreviatura de tuneladora y es accionado por maquinaria. Se llama tuneladora de cara completa.

TBM se define generalmente como: cuando la formación rocosa se utiliza como objeto de accionamiento, cuando la tuneladora de sección completa no tiene la función de mantener la superficie de trabajo, como la presión de la tierra y la presión del agua, está equipado con un soporte que toca la pared, que depende de la reacción durante el avance de la máquina de escudo impulsada por la fuerza.

Debido a que la máquina perforadora de túneles de sección completa tiene las ventajas de una velocidad de construcción rápida, una buena forma del túnel, un alto grado de mecanización y un pequeño impacto en el entorno circundante, se ha convertido en un método ampliamente utilizado para la excavación de túneles. en el extranjero.

5. Método mixto

De acuerdo con las condiciones reales del túnel del metro, se pueden utilizar dos o más de los métodos anteriores simultáneamente durante el proceso de construcción del túnel del metro, que es llamado método mixto.

Ejemplo de proyecto: la estación Dongsi del metro de Beijing está ubicada en la intersección de la calle Chaoyangmennei y la calle Dongsi Sur. Está en el bullicioso centro de la ciudad y por allí pasan muchos autobuses. El cuerpo principal de la estación corre a lo largo de Dongsi South Street en dirección norte-sur. El ancho planificado de la línea roja de la calle Dongsi South es de 70 m, y el ancho actual de la carretera es de 22 m. La calle Chaonei ha sido reconstruida y el ancho de la línea roja de la carretera es de 60 m. El flujo de pasajeros en ambos sentidos está equilibrado y el tráfico. está muy ocupado. En el futuro, la línea 6 circulará por la calle Chaochao Nei en dirección este-oeste y podrá hacer transbordo en esta estación. Los dos extremos de la estación son secciones abiertas, y la forma estructural es una estructura de marco de tres pisos y tres tramos; la parte media es una sección de excavación subterránea, y la forma estructural es una estructura de un solo piso y tres arcos; y estructura de dos columnas. La longitud total de la estación es de 197 m, la longitud de la excavación subterránea es de 96,80 m y la longitud de la excavación abierta es de 100,20 m.

6 Conclusión

Con el desarrollo de la construcción del metro En nuestro país, la tecnología de construcción original también se desarrolla y mejora continuamente. Al mismo tiempo, se han aplicado nuevos métodos de construcción a la construcción y el nivel de la tecnología de la construcción se ha mejorado continuamente, y algunos han alcanzado el nivel avanzado del mundo. Además, debido al aumento del flujo de tráfico urbano, las carreteras urbanas se han congestionado y los requisitos ambientales urbanos se han vuelto cada vez más estrictos, por lo que no es realista construir cierres de carreteras en las ciudades. Por lo tanto, las tecnologías de excavación subterránea, como los túneles de protección y los entierros poco profundos y la excavación subterránea, serán la dirección principal de la investigación y la práctica futuras.