¿Cuáles son las mejores soluciones para la excavación de hormigón y roca sin vibraciones en la construcción de túneles de metro?

Normalmente, cuando las condiciones del terreno lo permiten, los túneles del metro deben adoptar el método a cielo abierto, pero esto tiene un mayor impacto en el entorno social. La excavación abierta se refiere a un método de construcción que excava el suelo, excava la tierra de arriba a abajo hasta la elevación de diseño, construye el túnel de abajo hacia arriba, completa la estructura principal del túnel y finalmente rellena el pozo de cimentación o restaura 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. El método a cielo abierto tiene las ventajas de una tecnología de construcción simple, rápida y económica y, a menudo, se utiliza 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.

El método de corte y cobertura incluye el método de corte y cobertura, el método de corte y cobertura y el método de cobertura de la estructura de soporte del pozo de cimentación.

(1) Abrir la incisión y cubrirla. Para secciones con pocos edificios en tierra, volumen de tráfico pequeño, sitios de construcción grandes y estructuras enterradas poco profundas, así como secciones donde el tránsito ferroviario urbano entra y sale del suelo, se utiliza excavación abierta y cubierta.

(2) En el pozo de cimentación se proporcionan placas de excavación y cobertura para estructuras de soporte. Cuando se utiliza el método de excavación abierta en lugares con sitios de construcción pequeños, suelos con malas propiedades de autosostenimiento, abundante agua subterránea, edificios densos y grandes profundidades de enterramiento, se deben instalar estructuras de soporte adicionales en el pozo de cimentación.

(3) Método de cobertura y excavación. En los casos en que la profundidad del enterramiento sea poco profunda, el sitio sea estrecho y el camino esté ocupado por tráfico terrestre durante mucho tiempo, se puede utilizar el método de cobertura y excavación. Es decir, durante el cierre a corto plazo del tráfico terrestre, se llevan a cabo operaciones de muro pantalla y pilotes perforados, se excava el techo estructural y luego se rellena para restaurar el tráfico terrestre. Luego realice trabajos subterráneos, excave pozos de cimentación, construya edificios y pisos, y utilice las entradas y salidas a ambos lados del túnel para excavar y alimentar materiales.

De acuerdo con la secuencia constructiva de la estructura principal, se divide en tres métodos: método secuencial de cobertura y excavación, método inverso de cobertura y excavación, y método semi-inverso de cobertura y excavación. Este método consiste en completar la estructura de cerramiento circundante en la carretera existente, las vigas verticales y horizontales colocadas en la estructura de cerramiento y el panel de pavimento que reemplaza la superficie de la carretera original. Bajo esta cobertura, el pozo de cimentación se excava en capas de arriba a abajo. de abajo a la elevación de diseño. Luego, la estructura se construye secuencialmente de abajo hacia arriba, y finalmente el suelo de cobertura se restaura al método de cubierta y corte; por el contrario, se construye el techo primero, se restablece el tráfico y luego se construye la estructura; construido de arriba a abajo.

2. Método de excavación encubierta

El método de excavación encubierta es un método de construcción de túneles que excava y construye una estructura de revestimiento bajo tierra sin excavar el suelo bajo ciertas condiciones. Los principales métodos de excavación subterránea incluyen: 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, nuevo método austriaco, etc. Entre ellos, se utilizan ampliamente los métodos de excavación subterránea y de entierro poco profundo y los métodos de construcción de túneles de protección. En la actualidad, la construcción de túneles en mi país utiliza principalmente el método de túnel en escudo y el método de entierro poco profundo y excavación subterránea.

1. Método de perforación y voladura

China tiene un territorio extenso y diversos tipos geológicos. Ciudades como Chongqing y Qingdao se encuentran en formaciones de roca dura, y algunas secciones del metro de Guangzhou también se encuentran en formaciones de roca dura. En tales condiciones geológicas, la construcción del metro generalmente utiliza excavación con perforación y voladura y soporte de hormigón proyectado con anclaje (equivalente a los túneles de montaña ordinarios).

Todo el proceso de construcción de perforación y voladura se puede resumir en: perforación y voladura, prensado de lastre durante el envío, anclaje de soporte de hormigón proyectado, revestimiento de lechada, complementado con ventilación, drenaje y suministro de energía. Al pasar por zonas geológicas desfavorables, se suelen utilizar una serie de métodos de soporte inicial, como lechadas, estructuras de acero y cobertizos para tuberías. De acuerdo con la geología de la ingeniería, las condiciones hidrológicas y las dimensiones de la sección transversal del túnel, se pueden utilizar varios métodos de excavación para la excavación del túnel con perforación y voladura, tales como: el túnel guía superior primero arquea la pared posterior, el túnel guía inferior primero arquea la pared posterior, el método de paso positivo y el método de paso inverso, el método de excavación de sección completa, el método de excavación de media sección, el método de túnel guía de pared lateral, el método CD y el método CRD. Para la voladura, existen técnicas como la voladura suave y la voladura precortada. El soporte inicial del túnel incluye varillas de anclaje, hormigón proyectado, redes colgantes, arcos de acero, cobertizos para tuberías y otros métodos de soporte. A menudo se utilizan mediciones oportunas y retroalimentación de información para monitorear la seguridad de la construcción y verificar si las medidas de soporte de roca son razonables.

2. Método de túnel en escudo

En el tramo donde la línea de metro cruza el río, la estructura de roca circundante es plástica suelta, saturada o plástica blanda, y las condiciones geológicas de ingeniería. son pobres, por lo que se utiliza una tuneladora de escudo para la construcción. Un escudo es una estructura de tubo de acero móvil que soporta la presión del suelo y puede 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.

La aplicación del método de escudo en la construcción de túneles en mi país comenzó en Shanghai en los años 1950 y 1960. Originalmente se utilizaba para construir túneles de drenaje subterráneos urbanos, utilizando máquinas de protección relativamente anticuadas (como las de formato de rejilla, de aire comprimido, de placa enchufable, etc.). A finales de los 80 y principios de los 90, aparecieron máquinas de protección modernas. como el tipo de presión de tierra, el tipo de agua de lodo, etc., etc., se utilizan para construir túneles de metro. El método de protección tiene las ventajas de seguridad, confiabilidad, velocidad y protección ambiental. En la actualidad, este método se ha desarrollado rápidamente en la construcción del metro de China. La mayoría de las tuneladoras utilizadas en los metros urbanos chinos son tuneladoras EPB.

Con la investigación en profundidad sobre el método de construcción de túneles y el aumento de las aplicaciones de ingeniería, también se han desarrollado y mejorado la tecnología de construcción del método de construcción de túneles y la tecnología de soporte para la construcción de máquinas de construcción de túneles: los túneles del metro de Shanghai se construyen básicamente utilizando método de túnel con escudo, que actualmente utiliza escudos redondos dobles para construir dos túneles de intervalo paralelo a la vez, y también usa escudos de sección cuadrada para construir pasajes subterráneos en el túnel de la carretera que cruza el río Dalian Road, que utiliza un escudo de barro y agua con un diámetro de 11,2; m, que es actualmente el escudo de mayor diámetro en China. Un nuevo tipo de máquina de protección compuesta con modos de equilibrio de presión del suelo, equilibrio de presión del aire y equilibrio de presión semiterrestre se ha utilizado con éxito en la construcción de túneles subterráneos en estratos complejos como suelo blando, roca dura y zonas quebradas, ampliando enormemente su aplicación. alcance del método del escudo. Shenzhen, Nanjing, Beijing, Tianjin y otras ciudades tienen diferentes condiciones geológicas e hidrológicas, pero el método del escudo tiene éxito en la construcción de túneles a intervalos.

Las principales ventajas del método del escudo son: excepto la construcción del pozo, todas las operaciones de construcción se llevan a cabo bajo tierra, lo que no afectará el tráfico terrestre y reducirá el impacto del ruido y la vibración en el avance del escudo; 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.

3. Método de la máquina perforadora

Se utiliza cuando la profundidad del enterramiento es poco profunda, pero el sitio es estrecho y el entorno de tráfico terrestre no permite la perturbación por vibración de la voladura. para el método del escudo para romper formaciones rocosas débiles. Este método utiliza principalmente máquinas perforadoras de brazo para la excavación, que se ve muy afectada por las condiciones geológicas.

4.NATM

Cuando las líneas de transporte ferroviario urbano pasan a través de un lecho de roca, la roca circundante tiene una cierta capacidad de autoestabilización. Generalmente se adopta la construcción NATM, es decir, se utilizan hormigón proyectado y anclajes como medios de soporte principales, y al mismo tiempo se ejerce la función de autosoporte de la roca circundante, de modo que ésta y la estructura de soporte formen un sistema completo de soporte del túnel. Se puede adoptar un diseño de información, es decir, basándose en los datos de monitoreo de la construcción, se puede utilizar para ajustar el diseño original en cualquier momento para hacerlo más razonable.

NATM es la abreviatura de Nuevo Método Austriaco de Túneles. El texto original es NATM. El concepto de NATM fue propuesto por el profesor austriaco ICZ en la década de 1950. Es un método constructivo basado en la experiencia en ingeniería de túneles y la teoría de la mecánica de rocas, combinando varillas de anclaje y hormigón proyectado como principal medio de soporte. Después de muchos estudios prácticos y teóricos en algunos países, se obtuvo en los años 1960. Desde entonces, este método se ha desarrollado rápidamente en muchos proyectos subterráneos en Europa occidental, Europa del Norte, Estados Unidos y Japón, y se ha convertido en uno de los nuevos símbolos técnicos de la ingeniería de túneles moderna. NATM se introdujo en China en la década de 1960 y se desarrolló rápidamente a finales de la década de 1970 y principios de la de 1980. Hasta ahora se puede decir que NATM es indispensable en todos los proyectos subterráneos claves y difíciles. NATM casi se ha convertido en un método básico para construir túneles en rocas circundantes débiles y quebradas.

En mi país, NATM a menudo se denomina el "método de construcción con hormigón proyectado con anclaje". Cuando se utiliza este método para construir túneles subterráneos, la alteración del suelo es mínima y la inversión del proyecto es relativamente pequeña. Se ha acumulado una experiencia madura en construcción y la calidad del proyecto puede garantizarse bien. Cuando se utiliza este método para la construcción, para estratos de roca, se puede utilizar una excavación única o de sección completa, soporte de hormigón proyectado de anclaje y revestimiento compuesto de soporte de hormigón proyectado de anclaje, y se puede realizar un revestimiento secundario si es necesario para los estratos del suelo; Generalmente es necesario realizar excavaciones y soporte durante el proceso. El estrato debe reforzarse antes del revestimiento y la construcción solo se puede llevar a cabo después de la precipitación bajo la condición de agua subterránea. NATM se utiliza ampliamente en proyectos subterráneos, como túneles de montaña, metros urbanos, almacenes subterráneos, talleres subterráneos y túneles de minas.

En mi país, el uso de los principios NATM para construir metros se ha convertido en un método de construcción importante, especialmente cuando el sitio de construcción es limitado, las condiciones estratigráficas son complejas y cambiantes y la estructura de ingeniería subterránea es compleja.

El principio de soporte de NATM es: la roca circundante es a la vez un objeto de carga y una estructura de carga; el círculo de soporte de la roca circundante y el cuerpo de soporte forman un cuerpo unificado del túnel, que es un sistema mecánico; la excavación y sostenimiento del túnel. La protección tiene como objetivo mantener y mejorar la capacidad autoportante de la roca circundante.

NATM utiliza hormigón proyectado y soporte de anclaje como principales métodos de soporte, porque el soporte de hormigón proyectado del anclaje puede formar una capa delgada y flexible que está estrechamente unida a la roca circundante, lo que permite un cierto grado de deformación coordinada de la roca circundante. , sin someter la estructura de soporte a una presión excesiva.

La secuencia constructiva se puede resumir en: excavación → soporte inicial → soporte secundario.

Los trabajos de excavación incluyen: perforación, carga, voladura, ventilación, retirada de escorias, etc. Las operaciones de excavación y las operaciones iniciales de apoyo se realizan simultáneamente. La primera operación de soporte incluye: fumigación primaria, soporte de anclaje, redes, montaje de arcos de acero y fumigación repetida. Después del soporte inicial, cuando la deformación de la roca circundante se estabiliza, el soporte secundario y el sellado posterior, es decir, el soporte permanente (u hormigón proyectado o arco de hormigón vertido), pueden mejorar la seguridad y mejorar la capacidad de carga de todo el soporte. Este Este tipo de sincronización de soporte se puede obtener a partir de los resultados del monitoreo.

5. Método de excavación de entierro superficial

Basado en las características y condiciones geológicas de la ingeniería subterránea urbana en mi país, NATM ha formado un nuevo método de "enterramiento superficial" después de años de mejora. y desarrollo. En comparación con el método de excavación de corte y cobertura y el método de túnel de escudo, puede evitar la interferencia de la excavación subterránea, tiene una mayor adaptabilidad al estrato y tiene mayor flexibilidad que el método de túnel de escudo. Por lo tanto, se usa ampliamente en túneles de metro urbano. Estaciones, calles subterráneas, estacionamientos subterráneos y otros proyectos.

Utilice lechada de conductos pequeños para reforzar la capa de suelo, excave en secciones, levante arcos de rejilla de acero, rocíe hormigón para el revestimiento primario, luego haga una capa impermeable y, finalmente, utilice hormigón moldeado para el revestimiento secundario.

El método de entierro poco profundo y excavación subterránea, también conocido como método de minería, se originó en el proyecto de la línea de retorno de la puerta Fuxing del metro de Beijing de 1986. Es un método de construcción de túneles creado por los chinos que se adapta a las condiciones nacionales de China. Este método es un conjunto completo de teorías de construcción de túneles subterráneos y métodos de operación basados ​​en algunas teorías de NATM y desarrollados de acuerdo con las condiciones de ingeniería específicas de mi país. La diferencia entre NATM y NATM es que es un método técnico adecuado para la construcción de túneles con pequeños asentamientos superficiales bajo condiciones de roca circundante de suelo suelto en áreas urbanas. La profundidad de enterramiento del túnel es menor o igual al diámetro del túnel. Sus ventajas destacadas son que no afecta al tráfico urbano, no produce contaminación ni ruido y es apto para túneles de diversos tamaños y secciones.

Como su nombre indica, el método de excavación poco profunda es una tecnología de construcción que implica excavación y vertido al mismo tiempo. El principio es: el método de construcción sin ranuras utiliza la capacidad de autoestabilización a corto plazo de la capa de suelo durante la excavación y toma las medidas de soporte adecuadas para formar una estructura de soporte de paredes delgadas estrechamente ajustada en la superficie de la roca o capa de suelo circundante. Principalmente es adecuado para geología como capa de suelo arcilloso, capa de arena y capa de huevos de arena. Dado que el método de excavación poco profunda ahorra muchos procedimientos como aprobación, demolición, excavación de carreteras, etc., ahora es ampliamente utilizado por las unidades de construcción.

La tecnología central de entierro poco profundo y excavación subterránea se resume en una política de 18 caracteres: entrada de tubería, lechada estricta, excavación corta, soporte fuerte, cierre rápido y medición frecuente. Sus principales características técnicas son: diseño dinámico y métodos de construcción de información dinámica de construcción, estableciendo un conjunto de sistemas de monitoreo de desplazamiento y tensión enfatizando el papel del soporte de avance de pequeños conductos en la investigación e innovación de métodos estratigráficos de refuerzo de lechada dividida; Se desarrolló tecnología de revestimiento compuesto y se diseñó y aplicó creativamente un soporte de arco de malla reforzada.

Debido a que este método puede ser ampliamente utilizado en estratos con condiciones de agua y los recursos de mano de obra nacional son abundantes, se ha promovido en la construcción de túneles del metro en Beijing, Guangzhou, Shenzhen, Nanjing y otros lugares, y Se han construido muchos túneles con éxito. Los túneles de metro con diferentes características se han utilizado ampliamente en la construcción de estaciones de gran luz. Además, este método también es muy utilizado en la construcción de garajes subterráneos, aceras y túneles de carreteras urbanas.

El entierro poco profundo y la excavación subterránea es un método para excavar varios tipos de cavernas subterráneas cerca de la superficie. Cuando el método de excavación abierta y el método de túnel de protección no son aplicables, el método de entierro poco profundo y excavación subterránea muestra enormes ventajas.

Los pasos de construcción del método de excavación subterránea y entierro poco profundo son: primero clavar la tubería de acero en el suelo y luego inyectar cemento o lechada química para fortalecer el suelo. La estabilidad del suelo en la superficie de la excavación es la condición básica para el método de entierro poco profundo y excavación subterránea. Una vez reforzado el terreno, se lleva a cabo una excavación de atajo. Generalmente cada ciclo es de aproximadamente 0,5-1,0 m. Luego se realizará el soporte inicial. El tercer paso es aplicar una capa impermeable. La estabilidad del frente de excavación siempre se ve amenazada por el agua, que en casos graves puede provocar un colapso. El tratamiento de las aguas subterráneas es un vínculo fundamental. Finalmente, se completa el soporte secundario. En circunstancias normales, se puede inyectar hormigón, pero en circunstancias especiales se requiere un diseño de refuerzo.

Como método de construcción nombrado por el Ministerio de Construcción, el método de enterramiento superficial y excavación subterránea no solo muestra su superioridad en la construcción del metro, sino que también logra enormes beneficios económicos y sociales para el país. Ha inyectado una vitalidad sin precedentes a la construcción de estacionamientos subterráneos, calles subterráneas, calles comerciales subterráneas y redes de tuberías subterráneas municipales, y ha contribuido al desarrollo de espacios subterráneos urbanos modernos.

6. Método de elevación de tuberías

Es un método de construcción para el tendido directo de tuberías de pequeño y mediano tamaño en suelos blandos o estratos blandos ricos en agua. Es adecuado para la construcción de proyectos de tuberías de tamaño pequeño y mediano en estratos blandos ricos en agua, ambientes superficiales y otros estratos especiales. Se compone principalmente de equipos de elevación, tuberías para herramientas, anillos de relé, tuberías de ingeniería y equipos de succión de lodo.

7. 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 hundirse en la zanja de tubería previamente excavada, completar la conexión submarina entre las secciones de tubería, quitar el cabezal de retención de agua temporal, rellenar la zanja para proteger la tubería sumergida y colocar 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 menor profundidad de enterramiento, la longitud total de la línea del túnel, incluido el tramo de conexión, es significativamente más corta que la de los túneles construidos mediante el método de excavación subterránea y el método de escudo. 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.

3. Otros métodos de construcción especiales

Debido a la mejora continua de la tecnología y los equipos, se utilizan métodos de congelación y lechada química para reforzar las rocas circundantes en algunas áreas especiales, y se utilizan soportes del sótano. Se utiliza cuando los túneles atraviesan edificios. A cambio, el uso de tecnologías de construcción como la precipitación y la recarga profunda para tratar el agua subterránea también se ha aplicado en la construcción del metro en todo el país y ha logrado ciertos resultados.

Para proyectos de túneles de estaciones de tramo largo y líneas en zigzag, generalmente se utilizan métodos de excavación local. Los métodos de excavación distribuida incluyen el método de pozo guía de doble pared lateral, el método de pozo guía medio y el método de pared divisoria media. Estos métodos han logrado buenos resultados de construcción.