暗挖通道跳格法施工工法.docx
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暗挖通道跳格法施工工法
暗挖通道跳格法施工工法
【摘要】北京地铁五号线东四站在暗挖出入口通道法施工中采用跳格法衬砌混凝土,该方法防水板、钢筋、混凝土的整体性好,施工工艺简单,省工省料。
并确保施工及地表安全。
本文对暗挖通道跳格法施工总结提炼,为类似工程施工提供借鉴。
【关键词】暗挖通道跳格法衬砌
1工程概况
北京地铁5号线东四车站西南出入口暗挖通道长42m,为平顶直墙结构,暗挖段为复合式衬砌,初期支护净空5.9(宽)×4.3(高)m,设有中隔壁,CD法开挖,采用格栅结合喷射混凝土作为初期支护,初期支护钢格栅主筋4Φ22,格栅间距0.5m,纵向连接筋Φ22,环向间距1.0m,C30防水混凝土衬砌,衬砌外包2mm厚ECB防水板全封闭防水,防水等级一级,表面不允许有湿渍。
西南出入口通道位于东四路口西南角,暗挖下穿东四南大街,东四南大街为南北交通要道,车流量大,暗挖顶部覆土厚度5m~5.6m,土质为杂填土、砂粘土。
暗挖下穿东四南大街,地下有φ1.0m的污水管、φ0.8m的污水管、φ0.4m的给水管。
2施工方法
2.1工艺流程
西南通道出入口采用CD法开挖,以往出入口衬砌一般采用分幅法施工,即导洞开挖完成后,先衬砌左导洞半辐混凝土,采用临时型钢支撑替换中隔衬期支护临时支撑,东四站西南出入口采跳格法衬砌混凝土,施工流程见图1。
2.2施工原理
暗挖通道初期支护断面一般由若干个小导洞合并而成。
破除中隔壁,进行防水衬砌是施工中的关键技术。
采用跳格法衬砌边墙和顶板,通过减小衬砌长度,达到全断面破除、衬砌的目的。
采用CD法或CRD法施工的暗挖通道,衬砌时需破除临时仰拱和中隔壁临时支护。
跳格法即是将衬砌段分为若干小段,采用分段间隔跳段法破除,减小每段的破除长度,此方法可以多段间隔同时破除,以增加工作面达到加快施工进度的目的,同时可以充分利用土体的自然拱效应,结构检算仅考虑自然拱以下的、短时间的荷载,配合监控量测等措施,达到安全施工的目的,以代替早期逐段破除顺序衬砌或分边衬砌施工方法。
2.3适用范围
该方法适用于初期支护形式为平顶、直墙或拱形断面,钢格栅喷锚初期支护厚度30cm以上,二次衬砌结构宽5m~8m,覆土厚2m以上的暗挖通道施工;类似于以上结构的曲墙、单层地下车站局部破除、衬砌施工均可以参照本方法;遇拱顶有重要建筑物,重型车辆通过,跨度过大,沉降量过大等现象时应在跨中适当位置设置钢支撑;顶部土质松散,含水量大,淤泥及形不成自然拱的地段不适应本技术。
2.4跳格法优缺点
(1)有利于防水板施工。
做到了ECB防水板全断面、整幅铺设,避免防水板接头多,成品不易保护等不足。
(2)有利于钢筋绑扎。
先绑扎底板、边墙,后绑扎顶板,类似于明挖地段的绑扎方法。
避免了环向受力钢筋设置接头,克服了以往分边衬砌法因设置临时钢支撑钢筋绑扎困难的不足,及钢筋接头错开困难的不足。
(3)有利于混凝土施工。
通道纵向分4.8m~5.9m一段,跳格法分段流水作业,全断面衬砌,提高工效,易保证质量。
避免在底板、顶板部位设纵向施工缝,同时克服了分边衬砌法施工因设钢支撑损坏顶部钢模板的不足。
(4)节省钢支撑,操作空间大,工序之间干扰少。
2.5施工方法
2.5.1导洞开挖支护
在相邻的明挖段护壁桩、冠梁、土方开挖、支护施工完毕后,布置暗挖作业面施工场地,安设龙门吊、空压机、步梯等设施。
按导洞施工顺序逐步破除护壁桩,进行导洞施工。
导洞的上、下台阶相距3m~5m,左右侧相距8~10m。
(1)小导洞施工:
超前支护采用导管注浆固结地层,在开挖轮廓线拱部打小导管,注水玻璃浆,导管直径φ32mm,长2.5m,间距0.33m,上仰角20o,排距1.5m,固结厚度1.0m。
(2)土方开挖:
采用人工开挖,双轮车运输,龙门吊提升到存土场,每循环开挖进尺0.5m,上导洞掌子面留核心土,安装格栅1榀。
(3)格栅施工:
首先制作标准模具,制作样品后试拼装,经检查合格后成批加工备用。
安装格栅采用偏中线,上腰线,下腰线控制。
初期支护富余量:
顶部10cm(包括沉降量),边墙5cm,底板5cm(包括防水板细石混凝土保护层)。
格栅一般节点采用角钢、螺栓及帮Φ22钢筋单面焊接,焊接长度不少于10d,格栅纵向设置Φ22纵向连接筋,纵向连接筋采用5d双面焊接,在格栅内侧挂φ6、@=10×10cm钢筋网。
(4)喷射混凝土:
采用32.5水泥、中砂、3~5mm豆石或碎石,配比1:
2:
2进行拌合,随拌随喷,要求拌合料在20分钟内使用完毕。
失效拌合料及回弹料不许使用。
喷射时应按拱脚、底板、边墙、顶板的先后顺序进行,喷混凝土完成后达到内部密实,表面平整,顶板上部无空洞。
为减少沉降,喷混凝土前顶板间隔2.5m预埋φ42mm注浆管,在初期封闭成环后,注水泥浆进行顶部充填,以保证初期支护与土体密贴。
2.5.2衬砌施工
2.5.2.1流水施工段划分
衬砌采用跳格法施工,划分流水作业施工段时应综合考虑以下因素:
通道进料方向;模板长度;破除中隔壁长度(根据跨度、初期支护配筋、覆土厚度、土质情况,按双向自然拱受力检算后确定)。
本通道施工作业进料口设在西侧,模板长度:
1.2×4=4.8m;1.2×5=6.0m(包括每端搭接5cm)。
破除中隔壁长度为5.9m,即4.8+2×0.55(操作空间)。
2.5.2.2模架制作
出入口模架采用16cm工字钢及φ40mm钢管制作,间距1.2m,纵向采用钢管及管卡连接,底部设三角垫木调整高度,周边采用1.2m长标准钢模(钢模需4mm厚钢板制作),转角处设置角模。
二次衬砌净空富余量:
边墙3cm,底板0,顶板5cm,顶板起拱3‰。
2.5.2.3破除中隔壁,二次衬砌施工
(1)破除中隔壁。
按1、2、3、4段混凝土分段长度每端加0.55m划出中隔壁破除边线,每次破除2m,顶板沉降监测配合进行。
如沉降过大,可适当增设钢支撑,如沉降量稳定,则继续破除。
顶板总沉降量正常情况应在3mm~8mm范围内,(设有临时仰拱的结构要进行净空收敛监测)。
待1、2、3、4段衬砌完毕后,继续破除5、6、7、8段中隔壁。
(2)防水板施工。
首先进行基面抹灰找平,渗水地段采取抽、堵、排相结合的方法治理,直到墙面无明显渗水为止。
然后铺一层4mm厚无纺布,用塑料垫圈和水泥钉固定。
铺设2mm厚ECB防水板,采用电烙铁将防水板、塑料垫圈熔合焊接,防水板间搭接处接缝宽不小于10cm,采用自动爬行焊机焊接。
困难地段采用热风机手工焊接。
焊缝采用冲气检查,压力0.15MPa,5分钟内压降小于20%为合格。
(3)钢筋绑扎。
先绑扎底板和边墙,底板混凝土浇注完毕后绑扎顶板,顶板钢筋设临时支撑,为防止混凝土表面裂纹,钢筋保护层要严格控制,结构迎水面保护层为5cm,背水面为4cm。
保护层采用与混凝土同标号的砂浆垫块或购买塑料垫块,以确保保护层厚度符合设计要求。
(4)灌注混凝土施工。
首先浇注底板,包括同时浇注边墙0.3m。
然后支模架,安装边墙、顶板钢模,灌注C30防水混凝土。
抗渗等级不小于S8,灌注混凝土采用商品混凝土,通过输送泵、输送管与顶板特制模板连接,直接入模,混凝土坍落度以20cm~22cm为宜,为保证顶板混凝土灌满无空隙,每段顶板设4根φ40mm的注浆管,管顶距板顶5mm(宜设在最高处),对混凝土灌满程度进行观察,同时混凝土浇筑完毕,利用此管对顶板注水泥浆进行充填,以保证初衬混凝土与二衬混凝土密贴。
3效益分析
东四站西南出入口暗挖通道长42m,原设计为先衬砌导洞的一侧,破除中隔壁后再衬砌导洞的另一侧。
原设计方案见图2。
通过分析,我们认为原设计方案环向主筋接头太多,施工作业面窄小,结构的整体性差。
经研讨采用跳格法施工。
该方法节省φ20直螺纹钢筋接驳器1260个,节省临时钢支撑3.5t,而且方便了施工,缩短了工期,提高了质量。
直接经济效益:
(6.5×1260+2000×3.5)×1.35=20500元。
按每座车站4个出入口估算,共节约资金82000元。
4结论
在城市地下通道、地铁车站等出入口施工中,为减少对地面交通干扰,减少拆迁,暗挖法施工越来越多地应用到施工中,北京地铁五号线在通道施工中,采用跳格法衬砌,仅用3个月就完成了通道的开挖、衬砌施工。
衬砌完成后,混凝土接缝少,整体性好,防水效果好,未出现渗漏,东四南大街最大沉降量小于15mm,满足设计及规范要求,取得了良好的经济效益和社会效益,为类似工程施工提供为宝贵的施工经验。
【参考文献】
[1]王梦恕等.《浅埋暗挖法设计施工问题新探》,隧道建设.1992;2
[2]王梦恕著.《地下工程浅埋暗挖技术通论》,合肥,安徽教育出版社.2004
地下工程中常用开挖方法
明挖法
明挖法(CutandOver或OpenCut)是直接在地下工程建造处进行露天开挖和支护,然后在开挖处建造地下结构,完工后再进行覆盖、恢复地貌的方法。
明挖法具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量和工程造价低等优点,但因对城市生活干扰大、对周围环境破坏大,使其应用受到限制。
明挖法适用于浅埋的地下工程,可修建的空间比较大。
1950年前后,日本东京、大阪重新开始的地铁建设全部采用明挖法施工。
目前,我国在大面积深基坑降水和边坡支护等方面取得了进步,明挖法也在许多地下工程中得到了更好的应用。
矿山法
矿山法(MineTunnelingMethod)一般是指埋置于基岩,用传统钻爆法或臂式掘进机开挖隧道的方法,也称为“钻爆法”。
矿山法是暗挖法中目前最为常用的一种开挖方法,一般适用于线路埋深较大、地质条件较好的工程项目。
矿山法具有施工工艺简单、应用灵活、减少拆迁和交通疏解及造价合理等优点,但矿山法也存在弊端。
由于矿山法采用爆破或机械掘进开挖硐室,对周围岩体的扰动比较大。
此外,矿山法对地质勘探要求较高,对围岩地质情况的预见性较差,需要超前地质探明和预报。
矿山法隧道施工技术在北京地铁、广州地铁一号线中被广泛应用,附表给出了国外部分矿山法施工的海底隧道。
盾构法
盾构法(ShieldMethod)亦称掩护筒法,是法国人于1818年发明的在土层或松软岩层中暗挖隧道的一种方法,一般采用盾构顶进,而后拼装预制管片形成衬砌。
经过100多年的应用与发展,盾构经历了气压盾构—泥水加压盾构—土压平衡盾构的发展历程,目前盾构法已能适用于各种条件下的施工。
盾构法施工的优点是施工速度快、精度高、振动小、噪声低,且对周围建筑物影响较小。
缺点是新型盾构机购置费昂贵,对施工区段短的工程不经济,成本高,对断面尺寸多变的区段适应能力差。
目前,我国盾构机主要用于软弱和富水地层(上海),普通地层(北京)和滑移岩层(广州)。
隧道掘进机法
隧道掘进机法,顾名思义,是使用隧道掘进机进行开挖的一种施工方法。
隧道掘进机(TunnelBoringMachine,缩写为TBM)是目前世界长大隧道施工最有效、最先进的大型综合性施工机械之一。
1851年由美国工程师CharlesWilson发明的隧道掘进机,通常被认为是第一台成功地在岩石中连续掘进的机器。
另一个著名的探索是ColonelBeaumont在1881年发明的压缩空气驱动的隧道掘进机,曾用于英吉利海峡的一条探测隧道。
目前,隧道掘进机正朝着机械、电气、液压和自动化一体化、智能化的方向发展。
隧道掘进机法具有快速、优质、经济和安全等优点,但掘进机法对具有坍塌、岩爆、软弱地层、涌水及膨胀岩等不良地质情况的地段适应性较差。
此法应用最多的是水工和污水隧洞,因为这类隧道的断面多为圆形。
著名的英吉利海峡隧道就是采用隧道掘进机法施工的,我国的秦岭铁路隧道同样也是采用的隧道掘进机法。
顶管法
顶管法(PipeJackingMethod)是将预先造好的管道按设计要求分节用液压千斤顶支承在后座墩上,在工作基坑内将管道逐渐压入土体中,同时在管内将工作面内的泥土开挖并运输出来的一种敷设管道的施工技术。
它是一种比较方便适用的不需要地面开挖,又不破坏地表建筑物的施工方法。
顶管法最早应用于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中,至今已有100多年的历史。
顶管法的使用范围十分广泛,除硬质岩地层以外,其他地质情况几乎都可使用。
其优点是:
占地面积少、对周围土体的扰动小、不破坏现有的管线和构筑物;缺点是:
施工精度的保证较为困难,容易出现顶管方向的偏移。
我国1953年开始采用顶管法施工,1981年我国在浙江甬江的顶管施工已达到可顶管径2.6m,单边连续一次顶进达581.9m,成为当时继美国依里诺斯州单边一次顶进558m之后,世界上单边一次顶进最长的顶管工程。
顶管法在我国的城市和偏远地区的隧道和管道的建设中都有应用。
沉管法
所谓沉管法(ImmersedTunnellingMethod),就是先在船坞中预制大型混凝土管段或混凝土和钢的组合管段,并在两端用临时隔墙封闭,装好拖运、定位、沉放等设备,然后将管段浮运沉放到江中预先挖好的沟槽中,并将其连接起来,最后回填砂石将管段埋入原河床中。
这是用于修建水下隧道的重要越江手段。
自1894年美国在波士顿市修建了世界上第一座混凝土(与砖)结构的沉管隧道以来,沉管工程历史至今已逾百年。
多数地基条件均适于沉管法施工,并能适应于纵向发生不均匀沉陷的地基。
此种施工法也完全适用于地震地区。
由于管段是预制的,质量好,水密性好,断面形状无特殊要求,可自由选择。
其最主要的缺点是在沉管阶段对于河道上的船舶交通会造成影响。
迄今为止,世界各国采用沉管法修建的水下隧道已达130余座。
2003年通车的上海外环隧道就是用沉管法建造的双向8车道的大型隧道,为我国大陆迄今修造的第4条越江公路沉管隧道,规模目前居亚洲首位,是继荷兰Drght隧道(同为8车道)后世界上第二大规模水底道路沉管隧道。
新奥法
新奥法(NewAustrianTunnellingMethod,缩写为NATM)是新奥地利隧道施工方法的简称。
新奥法是20世纪60年代奥地利人总结前人的隧道工程实践经验后提出的一套隧道设计、施工的新技术,它以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段。
我国也常把新奥法称为“喷锚构筑法”。
我国有些工程技术人员将新奥法和矿山法混为一谈,认为新奥法不过是矿山法的改进而已,其实二者有着本质的区别。
矿山法认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落,开挖的断面越大,坍塌的范围也越大;新奥法则是应用岩体力学的理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点。
新奥法是20世纪60年代进入我国的,以其快速、节省、安全及其很高的灵活性与优越性越来越受到学者和工程人员的青睐,现在几乎所有重点难点工程都离不开新奥法。
冻结法
冻结法(FreezingMethod)是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结并形成冻土帷幕,用人工冻土帷幕来抵抗水土压力,以保证开挖顺利进行的施工方法。
作为一种成熟的施工方法,冻结法在国际上已有100多年的历史,我国采用此法已有40多年的历史。
冻结最大深度达435m,冻结表土层最大厚度达375m,冻土强度可达5~10MPa。
确切地说,冻结法不是一种开挖方法,而是面向含水地层的一种处理方法,常配合着其他开挖方法使用。
上海地铁2号线共9个旁通道,其中4个是使用水平冻结技术完成的。
此外,北京、广州、南京等许多大中城市的地铁工程和市政基础等多项工程建设中都曾用到过冻结法。
盖挖法
盖挖法施工技术是先用连续墙、钻孔桩等形式作围护结构,然后做钢筋混凝土盖板,在盖板、围护墙、中间桩保护下进行土方开挖和结构施工。
盖挖法有逆作与正作两种施工方法;盖挖法的主要优点是安全、占地少、对居民生活干扰少,但施工速度比较慢。
非开挖法
近几年,非开挖技术成为了世界各国关注的热点。
非开挖技术,即非开挖铺设地下管线施工技术,国外称TT技术(TrenchlessTechnology),也称水平定向钻进(HDD,即HorizontalDirectionalDrilling)。
它是在不开挖地表的情况下,利用地质工程的技术手段,进行探测、检查、修复、更换和铺设各种地下公用设施(管道和电缆)的一种高科技实用环保新技术。
1986年成立的国际非开挖技术协会(IntemationalSocietyforTrenchlessTechnology,即ISTT)标志着现代非开挖技术的迅速发展。
目前,非开挖技术主要用于地下管线的施工,广泛地应用于石油、天然气、给排水、煤气、热力、自来水、电讯、电力和有线电视等领域的地下管线施工,可以穿越公路、铁路、机场、河流和建筑物等障碍物。
此类技术目前包括水平定向钻进法、夯管锤法、冲击矛法、螺旋钻进法及微型隧道法等。
非开挖技术的提出和兴起,虽然只有短短的二三十年,但是,由于如今各国对环境的关注度越来越高,非开挖技术因其自身的优点,发展异常迅速,市场看好,堪称朝阳行业。
我国在这方面也进行着探索和创新。
我国地层根据其特性可分为四大类:
一是软弱地层,如上海市,隧道和地下车站修筑在软土层中;二是软弱地层与岩层(风化岩层)交变,如南京、广州等地;三是以岩层为主,如重庆、青岛等地;四是以砂卵层为主,如成都、北京等地。
由于地质条件不同,所采用的施工方法也不尽相同。
开挖方法的选择不仅需要考虑工程的地质条件,还要综合考虑施工单位的机械配备情况、工程的经济效益以及当地周围的环境等各方面因素。
目前盾构法和新奥法较为流行,在我国也被大范围使用。
其中盾构法是上海市政隧道修建的主要方法,其他城市也均有使用。
选择开挖方法的基本原则是要保护围岩,充分调动和发挥围岩的自承载能力。
根据这个原则和工程的具体情况灵活地选择开挖方法,也可将各种开挖方法综合使用。
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