地铁暗挖土建施工安全质量控制.docx
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地铁暗挖土建施工安全质量控制
第一部分 地铁暗挖工法及特点
暗挖法广泛应用于城市轨道交通工程施工中,暗挖法顾名思义就是不开挖地面,采用从施工通道在地下开挖、支护、衬砌的方式修建隧道等地下结构的施工方法。
暗挖法源于“蚂蚁开洞”理论,浅埋暗挖法是在新奥法的基础上,创建的一种暗挖法。
暗挖法主要包括:
正台阶法、正台阶环形开挖法、单(双)侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法(CD法)、交叉中隔壁法CRD、洞桩法PBA等工法。
正台阶法:
先开挖隧道的上半断面,待开挖到一定距离后再同时开挖下半断面的施工方法。
正台阶环形开挖法:
先采用环形开挖预留核心土的方法开挖、支护隧道的上半断面,待开挖、支护到一定距离后,再开挖和支护下半断面的施工方法。
单(双)侧壁导坑法:
先开挖隧道一侧(两侧)的导坑,并进行初期支护,再分部开挖、支护剩余部分的施工方法。
中洞法:
先开挖、支护中间隔墙(或立柱)部分,并完成中间隔墙(或立柱)浇筑后,再进行两侧开挖、支护的施工方法。
中隔壁法(CD法):
将隧道开挖与支护分两部分进行,先开挖隧道的一侧,并施作临时中隔壁墙,然后再分部开挖与支护隧道另一侧的施工方法。
交叉中隔壁法CRD:
先开挖隧道一侧的一部和二部,施作部分临时中隔壁墙及临时仰拱,再开挖隧道另一侧的一部和二部,然后再开挖最先施工一侧的最后部分,并延长中隔壁墙壁和施作隧道部分仰拱,最后开挖、支护剩余部分的施工方法。
PBA工法(洞桩法):
就是将传统的地面框架结构和暗挖法进行有机结合,即在地面上不具备施工基坑围护结构条件时,改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、地梁和顶梁、顶拱,共同构成桩、梁、拱支撑框架体系,承受施工过程的外部荷载,然后在顶拱和边桩的保护下,逐层向下开挖土体,施工内部结构,最终形成由外层边桩及拱顶初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
适用于受环境条件限制无法进行明挖施工的地下结构工程。
(PBA即为桩Pile、梁Beam、拱Arc三个英文单词首字母的组合)
地铁暗挖工法的特点
暗挖法施工周期长、施工工序多、机械化程度底、作业面狭小、作业环境差、水文地质条件和周边环境因素影响大、不确定因素多、风险大,安全质量管控难度大,下面以北京某地铁工程施工实例为背景,共同学习一下暗挖土建施工安全质量控制的方法和措施。
第二部分 暗挖工程实例
工程概况
本地铁工程区间隧道采用浅埋暗挖法设计,施工方法为台阶法留核心土,即采用正台阶环形开挖工法施工。
暗挖区间隧道一端与地铁明挖车站相接,另一端与地铁出入线连接。
隧道结构标准开挖断面为6.2m(宽)×6.5m(6.7m)(高),断面拱顶主要穿越地层为粉质粘土及粉细砂层,局部穿越砂卵石层。
断面采用超前小导管注浆加固地层,钢架支护(根据量测结果必要时设置临时仰拱,减小开挖步距),局部开挖面不稳定地段进行掌子面喷混凝土或注浆封闭。
轨顶标高为21.840~24.194m,区间隧道埋深11.2~12.6m,主要穿越地层为粉质粘土、粘土、细砂层。
在里程YDK6+153.32处设置联络通道一座,在ZDK6+285.83处设施工竖井一座。
水文地质条件
(1)该场地主要赋存两层地下水:
第一层地下水属潜水,主要含水层为粉土层、粉砂、细砂、初见水位埋深8.5~15.6m,绝对标高静止水位埋深7.5~14.8m,地下水的主要补给来源是大气降水入渗、侧向径流补给,主要排泄方式为侧向径流及蒸发,其水位年变化幅度一般为1.0~3.0m。
(2)第二层地下水属层间水~承压水,主要含水层为粉土、粉砂、细砂、初见水位埋深21.8~30.5m,静止水位埋深19.0~29.8m,主要接受侧向径流及越流补给,以侧向径流、向下越流和人工开采为主要方式排泄,年变化幅度一般为2.0~4.0m。
(3)结构所处环境类别为Ⅰ类(一般环境),环境作用等级为Ⅰ-B,局部为Ⅴ类(化学腐蚀环境),环境作用等级为V-C。
设计技术标准和要求:
区间隧道结构安全等级为一级,按设计使用年限100年的要求进行耐久性设计
区间结构的耐火等级为一级
区间结构防水等级为二级
矿山法隧道施工时地面沉降量控制在30mm以内,当穿越重要建筑物或地下管线时,上述数值按允许的条件确定。
矿山法隧道最大计算裂缝宽度允许值(mm):
结构背水面0.3,结构迎水面0.2
区间隧道主要采用马蹄形断面,为复合式衬砌。
区间开挖循环进尺标准长度为0.75m,临近建筑及小间距时采用0.5m。
超前小导管、锁脚锚管注浆浆液:
粘土、粉土一般情况下不注浆;粗砂及砂砾(卵石)层采用单液水泥浆;中砂、粉细砂一般情况下采用改性水玻璃浆液,有水情况下采用水泥—水玻璃双液浆。
仰拱填充:
C20混凝土。
施工缝主要解决不同施工工序的交叉。
施工缝分环向施工缝和纵向施工缝,环向施工缝每9~12m设置一道,环向施工缝避开附属结构设置,还要根据施工的具体情况调整;纵向施工缝设两条,位于两侧曲墙上。
区间隧道结构参数表
项目
材料及规格
结构尺寸
初期支护
超前小导管
φ42×3.25普通焊接钢管,l=3m(l=2.5m).
纵向间距:
每两榀钢架打一环,含锁脚锚管;环向间距300mm(250mm).
钢筋网
φ6.5,150×150mm
单层,全断面铺设
纵向连接筋
φ22
环距1m,L=1m,内外双层布置
喷射混凝土
C20喷混凝土
0.25m
格栅钢架
φ22、φ14、φ8钢筋
间距0.75m(0.5m).
防水层
1.5mmEVA防水板+400g/m2无纺布
全断面铺设
二衬
C40模筑混凝土,P10
0.3m
地下管线情况
本段区间管线主要有自来水管、雨水管、污水管、电力管沟、电信管沟等五类管线。
沿西侧路管线主要有φ600mm自来水管、10kv2m×2m电力方沟、2.2m×2m的雨水方沟、φ1800mm污水管、以及一些直埋的电力、电信管线。
沿东路管线主要有φ600mm自来水管、φ500mm污水管、φ1200mm雨水管、以及一些直埋的电力电信管线。
风险工程及分级
矿山法段区间包含2个自身风险工程和6个环境风险工程,2个二级自身风险为:
1、区间隧道覆土9.8~11.9m,断面尺寸6.2(宽)×6.7m(高),结构厚度0.3+0.25m,左右线净距0.3~4.8m。
隧道洞身主要穿越粉质粘土、粉土、细砂层。
隧道开挖范围有潜水、层间水~承压水两层水。
2、区间隧道覆土11.3~12.5m,断面尺寸6.2(宽)X6.48m(高),结构厚度0.3+0.25m,与出入段线隧道并行。
隧道洞身主要穿越粉质粘土、粉土、细砂层。
隧道开挖范围有潜水、层间水~承压水两层水。
3个一级环境风险工程
1、本工程矿山法隧道与一期既有线接口处,既有结构为单层多跨箱型明挖结构,矿山法断面与其相接。
接口处隧道与出入段线隧道最小净距0.87m、1.12m。
2、隧道下穿埋深3.2~3.9m的2200×2000雨水管(沟),混凝土结构,与矿山法隧道竖向净距10.2m。
3、下穿埋深6.5~6.8m的1800的污水管,混凝土结构,与矿山法隧道竖向净距6m。
3个二级环境风险工程
1、沿西侧路下穿或旁穿埋深4.0~9.3m的2×2m的10kv电力沟,混凝土结构,与矿山法隧道竖向净距6.7~7.3m。
2、下穿或旁穿埋深1.3m的Φ200上水管,铸铁,与矿山法隧道竖向净距12.7m
3、隧道旁穿3座和临近6层砖混结构楼房,浅基础,与矿山法隧道水平净距18~30m,竖向净距约11m。
工程重点、难点
1、保证隧道开挖支护的稳定是本工程的重点。
本段矿山法施工隧道为双线单洞结构,左右线相距较小,最小隧道间距为0.83m,且另外与一条既有线隧道相距较近仅3.1m,在隧道开挖过程中,确保已开挖隧道和既有线不变形,保证隧道开挖支护的稳定是本工程的重难点。
2、线路下穿10kv2m×2m电力方沟、2.2m×2m的雨水方沟、旁穿φ1800mm污水管,确保路面不裂不沉,管沟不断不裂不变形,保证隧道施工安全是本段施工的重点和难点。
3、线路与一期既有线相接,地层已严重扰动,确保φ600mm自来水管、φ500mm污水管、φ1200mm雨水管不断不裂不变形,保证隧道施工安全是本段的施工重点和难点
4、施工期间保证无水作业,降水、排水是本工程的重点,也是本工程施工能否安全顺利进行的关键。
因此如何保证施工期间的降水效果和不影响周边建筑物,是本工程的重点
5、做到工程结构不渗不漏,达到防水设计要求是本工程的重点。
台阶法施工纵向示意图
台阶法施工工艺图
第一步:
拱部超前注浆小导管施工。
拱部150°范围内环向设置小导管,管径¢42,t=3.25mm,长L=3m,环向间距0.30m,纵向间距1.5m。
根据地层情况采用改性水玻璃或水泥-水玻璃双液浆。
第二步:
上部环形开挖,预留核心土。
由拱顶向两侧起拱部位环向开挖土方,核心土为梯形断面,高1.5m,上、下宽度为1.5m、2.5m。
每次开挖一榀格栅距离。
第三步:
上断面初衬。
上断面挂钢筋网,钢筋网挂于土层与钢格栅之间,格栅钢架架立时先立拱部中心,再拱脚,每榀格栅钢架拱脚节点处各设一根锁脚锚管(Φ42×3.25,L=3m),锁脚锚管水平夹角控制在50-600,钢格栅间纵向钢筋联接,喷射砼。
第四步:
上下台阶法挖土。
上断面开挖3-5m后,进行下断面开挖。
先开挖上断面核心土。
第五步:
下断面开挖,初衬。
下断面侧墙开挖土方,先挖左侧土方,并留核心土。
挂钢筋网,钢筋网挂于土层与钢格栅之间,格栅钢架与上部格栅连接成整体,钢格栅间纵向钢筋联接,喷射砼。
第六步:
下断面开挖,初衬。
开挖右侧土方并留核心土。
挂钢筋网,钢筋网挂于土层与钢格栅之间,格栅钢架与上部格栅连接成整体,钢格栅间纵向钢筋联接,喷射砼。
第七步:
下断面衬砌。
下断面开挖核心土,仰拱挂钢筋网,钢筋网挂于土层与钢格栅之间,下部格栅与上部格栅钢架连接为一整体,钢格栅间纵向钢筋联接,喷射砼。
第八步:
底板仰拱二衬施工。
底板基面处理,施工防水层,浇70mm厚细石混凝土保护层,底板钢筋绑扎,立模板,浇筑二衬混凝土,养护,底板回填层施工。
第九步:
二衬施工。
初期支护完成后及时进行拱墙初支背后注浆,保证初支背后密实。
施工防水层,绑扎钢筋,模板台车支模,浇筑砼并养生,衬砌背后回填注浆。
第三部分 施工现场安全质量控制
(一)现场控制措施
1、小间距隧道施工影响的控制
(1)为了减小左、右线矿山法隧道的影响,在施工矿山法隧道的时候,要将两隧道间距小于3m的土体进行注浆加固。
(2)格栅钢架由标准间距0.75m一榀调整为0.5m一榀。
(3)左右线隧道应先后施工,施工步距不小于30m。
(4)后施工隧道应对已实施隧道严密监控,必要时在隧道内加设横向和竖向支撑。
2、严格规范施工工艺
(1)施工前编制专项施工方案、安全预案,并组织专家论证,落实专家意见;
(2)施工过程中严格执行设计方案和暗挖“十八字”方针,即:
管超前,严注浆,短开挖,强支护,勤量测,早封闭,进行施工和管理。
(3)按设计图纸要求,认真做好超前加固注浆,保障注浆效果;
(4)拱部格栅架设完成后,及时搭设锁脚锚杆,减少拱顶及地表沉降;
(5)初支施工完成后,及时进行初支背后注浆,填充初支背后空隙;
(6)严格控制开挖步序与进尺,不冒进;
(7)加强施工监测与巡视,信息化指导施工;变化异常时,立即停止施工,启动预案;
(8)做好关键环节和关键部位的施工质量控制,如:
马头门破除面积、格栅节点连接等
3、不良地质及重要部位实施深孔注浆
(1)当地层渗漏水严重、地质条件恶化(起拱线以上地层稳定性明显降低,存在细砂、粉砂、碎石夹层),小距离穿越市政管线等情况,均采用深孔注浆加固地层。
(2)深孔注浆采用二重管后退式施工工艺,注浆范围是:
隧道洞室初期支护内0.5m及初期支护外1.5m范围,拱部位置,逐段进行,单个循环长度10m,搭接2m,注浆压力控制在0.3MPa,扩散半径0.5m,浆液选择为水泥-水玻璃浆。
(3)砂卵石地层深孔注浆钻孔角度、浆液配比、注浆前的冲管、注浆初始阶段的封浆、注浆压力及注浆量的控制严格按设计进行,使达到地层预加固效果的同时,还应避免过大的注浆压力和注浆量,造成浆液进入工作面,从而增加开挖难度,降低工效。
(4)为避免因深孔注浆造成地面隆起和管线破坏,路面、管线及地下构筑物周围2米范围内注浆压力不应超过0.3MPa,为达到加固效果,采取多打管、低压力、间歇式注浆的方式消除盲区。
4、重要风险源采取加强技术措施
(1)下穿雨污水管线
1)与相关产权单位联系,确定管线的类型、走向、新旧程度、埋深等;
2)调查管线内部水位及渗漏情况,分析影响,必要时针对性采取导流、截流、施作管线内衬等措施。
3)采取多种形式的超前探测,根据探测结果采取止水、加固措施,保障作业面土体稳定;
4)在管线地表布设监控点,施工开始前完成管线原始数据的采集工作,加强管线沉降和变形检测,信息化指导施工;数据变化异常时,立即停止施工,查明原因后立即采取应对措施,确保管线安全后再行施工。
(2)下穿建(构)筑物
1)施工前对建(构)筑物基础结构形式,基础埋深,地层情况,等进行详细调查,评估、标识、记录结构工作状态
2)必要时对建(构)筑物基础周围土体采取地面加固措施
3)建(构)筑物前后5m范围内的隧道拱部及边墙采用深孔注浆加固的措施
4)在建(构)筑物周围布设监控点,施工时密切注意建(构)筑物及周围土体变化,加强量测,及时反馈量测信息
5)暗挖通过后及时跟踪监测,必要时采取初支背后多次补注浆等措施加固。
5、结构接口风险控制
(1)竖井与橫通道接口处
1)施作洞口的贴口环梁,并做横通道的超前注浆加固。
2)横通道进洞前三榀密排,以减少地层沉降;其中第一榀钢格栅架设在井壁平面内,与被割断的竖井钢格栅及竖向连接筋焊接成一体,共同受力。
3)马头门破除过程中,竖井中隔壁局部破除,待橫通道中隔壁板进洞三榀后,恢复中隔板对应位置的竖井中隔壁。
4)导洞马头门破除时,横通道中隔板对应部位的钢支撑保留,以防洞口变形过大。
5)横通道开洞侧拱顶及洞底上下各2m范围内,井壁竖向连接筋加强。
6)竖井楼梯位置,钢支撑须避开楼梯架设,楼梯平台下及横通道中隔板位置必须架设。
(2)橫通道与正洞处
1)进洞前严格按设计要求做超前注浆,对洞口处的地层进行加固
2)马头门破除分上下台阶破除,上台阶沿正洞初支范围破除0.6m槽,架设第一榀格栅,第一榀格栅架设在横通道平面内,与被割断的钢格栅及竖向钢筋焊接成一体,共同受力。
3)进正洞前三榀格栅密排,以减少洞口处的地面沉降,正洞断面封闭成环后,及时进行背后回填注浆
4)在橫通道未做二衬的情况下进行主体扣拱施工时,为避免扣拱马头门施工对横通道产生安全影响,施工前在横通道拱部设置双拼22a工字钢支撑对横通道拱顶进行顶撑。
(3)区间与车站接口处
车站未施作二衬结构的情况下,进行区间初支开挖时:
1)区间距车站橫通道端墙8m范围采用深孔注浆加固,深孔注浆范围为沿拱部180°处结构外轮廓向外2m,注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆。
2)区间距车站侧墙3m范围设置工22a临时仰拱。
3)区间格栅与车站橫通道侧壁格栅主筋连接牢固。
4)区间开挖贯通后及时施作与车站接口处二衬结构。
(二)管理措施
1、提高施组与方案的编制质量
项目总工、技术部长牵头在施工前成立编制小组,依据建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》、北京市地方和轨道公司有关标准、规定和要求,结合项目实际精心编制施组和系列方案。
2、促进安全技术交底标准化
为了进一步明确安全技术交底工作的标准化,做到交底工作组织及时有序,交底内容具有针对性和适用性、交底记录完整可追溯,依据《建设工程安全生产管理条例》(国务院第393号令)等文件要求,研究制定《安全技术交底工作导则》
3、规范条件验收和首件验收制度
为落实《北京市轨道交通建设工程重要部位和环节施工前条件验收暂行办法》京建发(2010)746号文件的要求,加强质量管理,落实质量管控责任,项目总工牵头对首件验收制度进行认真的梳理,明确首件验收的项目、分类、组织、合格标准、问题处理、资料归档等问题。
4、开展关键技术研究与试验
本着决策迅速、动态设计、规范管理的原则,项目部及时召开各方会议,研究确定砂卵石地层打管的难度与情形、不良水文地质条件确认的程序,统一了标准与实施原则。
为有效控制环境风险并降低工程施工对环境的不利影响,对诸多存在环境风险源区段,设计采用了深孔注浆超前加固地层的措施。
针对砂卵石地层的深孔注浆,其工艺、设备、注浆材料及检测手段的选择,是保证工程安全、高效、经济的关键因素,项目部开展了针对性的研究,确定合格的工艺标准,划定合格分包队伍范围。
5、正确应对异常地质与紧急情况
为强化防坍塌管理,促使项目对现场出现的异常情况,积极采取有效应对措施,消除安全事故隐患,项目部编制了《地铁暗挖作业面异常情况报告及处置管理办法》,对异常情况的分类、分级、报告处理作出具体规定,有效地指导施工,使异常情况能及时上报、正确处置、状况随时可查。
6、系统化地实施安全质量培训
对项目人员的培训按岗位分层级进行,培训频次不少于每月1次。
安全方面重点对相关法规和《北京市建设工程安全生产管理标准化手册》、《建设工程轨道交通安全生产管理标准化手册》、《建设工程监理规范》、初支、防水、扣拱、混凝土等专业技术进行培训;专项培训方面,主要包括临电、大型机械、消防等。
每次培训完毕都进行考试和总结,还组织现场观摩,效果很好。
南段暗挖二衬情况
区间南段暗挖进展情况
二衬混凝土施工控制
矿山法隧道
1、2号盾构接收井
土方工程、防水工程、混凝土基础、
土方开挖、土方回填、钢筋混土灌注桩(钢筋笼、混凝土灌注)、防水、钢筋、模板、混凝土、
防水工程
钢筋、混凝土、模板、现浇结构
主体结构
开挖及支护、二次衬砌
超前小岛管、初期支护背后回填注浆、洞身开挖、格栅钢架及型钢钢架、钢筋网、锁脚锚杆、喷射混凝土、背后充填注浆、钢筋、混凝土、施工缝及变形缝
附属工程
联络通道
超前小导管、初期支护背后回填注浆、洞身开挖、格栅钢架及型钢钢架、钢筋网、锁脚锚杆、喷射混凝土、背后充填注浆、钢筋、混凝土、施工缝及变形缝
施工竖井
洞身开挖、格栅钢架及型钢钢架、钢筋网、锁脚锚杆、喷射混凝土、钢筋、混凝土、施工缝及变形缝
施工质量安全过程控制
项目进场后,建立《质量保证体系》,编制《工程质量管理办法》及《质量制度汇编》等。
项目开工初期组织项目部相关人员及驻地监理工程师对商品混凝土搅拌站及见证试验室进行考察,确保原材料质量,为整个工程把好质量关。
在施工过程中,我标段严格进行质量控制。
施工过程中严格执行三检制度,上一道工序未经验收不得进入下一道工序,验收前提前编制验收资料,验收合格后及时完成验收签认。
防水施工过程控制
施工质量安全过程控制
技术交底及培训
严格执行技术交底制,施工前进行施工技术培训及交底,并要求交底要交到每一位作业人员。
严抓材料质量关
严把进场材料进场复试关,确保合格材料用于施工现场。
建立了全面的材料管理及检验制度;施工过程中严格执行材料进场验收和用前检验制度;加强现场材料质量控制,严禁不合格材料进场使用;
开工控制
严格执行开工核查制度、首件验收制度,并按照《北京市轨道交通建设工程重要部位和环节施工前条件验收暂行办法》(京建发〔2010〕746号)进行施工前验收。
施工质量安全过程控制
所有试验检测均委托北京市具有相应资质的检测单位进行检测,施工现场仅布设混凝土试块标养室。
渗漏处理过程及效果
处理过程处理后效果
处理过程及效果
渗漏情况处理效果
在工程施工中,每道工序层层严格把关,严格执行设计及规范要求,资料做到真实、准确,混凝土表面无蜂窝、麻面、孔洞、露筋等缺陷,符合设计及有关规定。
初期支护过程中未发生坍塌等安全质量事故,初支结构收敛、地表及管线沉降累计数值在规范允许范围内,安全质量管控状态可控。
目前,该轨道交通已全线竣工投入运营使用。
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