联络通道及泵站冻结加固工程施工组织设计.docx
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联络通道及泵站冻结加固工程施工组织设计
无锡地铁1号线土建工程10标
三阳广场站~南禅寺站区间
联络通道施工方案
编制:
审核:
批准:
中铁十九局集团有限公司
无锡地铁1号线土建工程10标项目经理部
二○一二年十二月
1工程概况
1.1工程概述
无锡地铁1号线三阳广场~南禅寺站区间隧道自南长区人民路与中山路交汇处三阳广场起,沿中山路向南至南禅寺。
三阳广场~南禅寺站区间隧道起讫里程为:
YSK12+635.570~YSK13+396.329,总长为760.759米。
该区间设联络通道1座,左线里程为ZSK13+32.094,右线里程为SK13+032.400。
本工程采用盾构法施工,衬砌采用预制钢筋混凝土管片,错缝拼装。
管片内径:
5500mm;管片外径:
6200mm;管片厚度:
350mm;管片宽度:
1200mm。
1.2水文地质条件
(1)地质条件
根据地质资料,三阳广场站~南禅寺站区间隧道联络通道从上至下依次为:
①1素填土、③1黏土、③2粉质粘土夹粉土、③3-1粉质黏土、③3层粉土夹粉质粘土、⑥1-1层粉质粘土、⑥1层粘土。
联络通道顶板位于③3层粉土夹粉质粘土、⑥1-1层粉质粘土中,底板位于⑥1层粘土层中上部。
由于联络通道位于3种不同土性地层,工程性能相差较大,施工设计时应考虑其过渡部位特征,以防联络通道产生不均匀沉降,同时还应考虑联络通道上部③3层粉土夹粉质粘土的渗水性对施工的影响。
(2)水文条件
三阳广场~南禅寺站区间影响工程施工的地下水主要是浅层孔隙微承压水及埋深较浅的承压水。
孔隙微承压含水层主要分布在为③3层粉土夹粉质粘土,该层土属富水性中等的有压含水层,且与场地河道存在一定的水力联系,地下水接受河水补给较充分。
当地下工程施工时,在挖至③3层时将会产生管涌、冒砂等现象,引起坑壁坍塌。
1.3地面建筑及地下管线
联络通道上方为中山路与学前街西路交汇处,联络通道右线隧道旁边为王兴记饭店,左线隧道侧为八佰伴新世纪大厦,距联络通道均约30m。
联络通道上方地下有一根直径为600mm、埋深为2500mm的排水管。
1.4地质特点及技术措施
由于联络通道下部所穿越土层含水量大,强度低,且上方为交通繁忙的道路,无地面施工条件,设计采用隧道内水平冻结加固土体、矿山暗挖法施工,以确保施工安全,同时减少对周围地面环境的影响。
根据该位置工程地质及其他施工条件,施工中采取如下技术措施:
⑴打钻过程中严格按照打钻程序进行,切实做好孔口密封,防止漏砂、突水现象发生。
充分考虑承压水的不利影响,制定打钻应急预案;
⑵粉土夹粉质粘土层对冻结孔偏斜影响较大,在冻结帷幕薄弱部位多布测温孔的方案,依据监测数据及时进行总结和分析,在开挖前,采取多打探孔验证冻结帷形成效果;
⑶为减少冻融产生的隧道及地面、周边环境的沉降,采取按需注浆措施。
1.5联络通道结构概况
联络通道处左线、右线盾构隧道中心距12.4349m,联络通道所在位置的左线隧道中心标高为-12.109m,右线隧道中心标高为-12.074m,地面标高约为+3.200m。
联络通道由与隧道钢管片相连的喇叭口、水平通道构成(见图1-1)。
联络通道的水平通道为直墙圆弧拱结构,通道采用的初次衬砌(钢支架喷射混凝土)厚度为250mm,二次衬砌厚度为400mm的C35-P10模筑防水钢筋混凝土,通道的开挖轮廓高约为5.05m,宽约为3.8m,开挖区标高范围约为-9.709m~-214.789m。
图1-1联络通道结构设计图
联络通道详细结构以设计院设计施工图为准。
2施工方案的选择
2.1采用的设计规范及技术标准
2.1.1《煤矿井巷工程施工规范》(GB50511-2010)。
2.1.2《煤矿井巷工程质量验收规范》(GB50213-2010)。
2.1.3《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)。
2.1.4《钢结构设计规范》(GB50017-2012)。
2.1.5《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)。
2.1.6《地基基础设计规范》(GB50007-2011)。
2.1.7《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)。
2.1.8《地铁设计规范》(GB50157-2003)。
2.1.9《旁通道冻结法技术规程》(DG/TJ08-902-2006,J10851-2006)。
2.2设计基础资料
2.2.1《无锡地铁1号线土建工程10标三阳广场站~南禅寺站~永丰路站~太湖广场站区间岩土工程施工勘察报告》。
2.2.2《无锡地铁1号线土建工程10标三阳广场站~南禅寺站区间盾构隧道联络通道结构设计图》。
2.2.3《无锡地铁1号线土建工程10标三阳广场站~南禅寺站区间盾构隧道联络通道冻结加固设计图》。
2.3其它资料
无锡地铁1号线土建工程10标相关文件。
2.4施工方案设计的基本原则
采用冻结法加固土体安全可靠,适应该区工程地质和水文地质条件。
本施工方案设计的基本原则是:
2.4.1水平孔冻结帷幕技术性能必须满足联络通道施工的安全和质量要求,加固土体的厚度和强度应达到设计要求。
2.4.2水平孔冻结方案应符合现场实际条件,具有可操作性。
2.4.3施工方案应在满足工程要求工期的前提下具备优化潜力。
2.4.4施工方案中考虑相关公共设施的位置及其安全保障,满足城市环境保护及节能要求。
2.4.5减小冻胀与融沉的危害,采取相应措施控制联络通道和管片变形在允许范围内。
2.5冻结加固方案设计的主要技术要点
为控制冻结孔钻进、地层冻胀和融沉等对隧道及地面的影响,根据国内外最新研究成果和施工经验,提出以下冻结设计技术要点:
2.5.1在已贯通的隧道内钻冻结孔,根据联络通道的结构采用近水平成孔或斜孔,每个钻孔都设孔口管,并安装孔口密封装置,以防钻进时大量泥水涌出。
2.5.2冻土帷幕的厚度及强度应满足联络通道开挖的要求,尤其保证喇叭口处冻结帷幕的厚度,同时确保冻结帷幕与隧道管片的完全胶结。
做好冻结和开挖的配合工作,并根据开挖后冻结帷幕变形情况及时调整开挖构筑工艺。
2.5.3为减小冻胀对隧道的影响,采用小开孔距、较低盐水温度、较大盐水流量等措施,以加快冻结速度,并在适当部位布设卸压孔,在冻胀力达到一定值时进行手动卸压。
2.5.4通过测温孔和卸压孔,监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。
重点监测冻土帷幕与对面隧道管片的胶结情况。
2.5.5在联络通道底板、两侧、顶部混凝土中预埋注浆孔,必要时在隧道管片上钻注浆孔,以便注浆防止冻土融沉引起的地面沉降及隧道、联络通道的沉降变形。
进行冻结地层温度监测、地层沉降变形的监测、隧道变形的监测,以指导联络通道的施工。
2.5.6为减小冻融的不利影响,实施按需注浆的方案,以控制地面的不均匀沉降。
2.6施工方案
根据工程地质条件及其它施工条件,确定采用“隧道内钻凿,布设水平孔、近水平孔冻结临时加固土体,矿山法暗挖构筑”的施工方案,即:
在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层,使联络通道外围土体冻结,形成强度高,封闭性好的冻土帷幕,然后根据“新奥法”的基本原理,在冻土中采用矿山法进行联络通道的开挖构筑施工,地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行,其主要施工顺序为:
施工准备→冻结孔施工(同时安装冻结制冷系统,盐水系统和检测系统)→进行隧道支撑→积极冻结→探孔试挖→拆钢管片→联络通道掘进与临时支护→联络通道永久支护→结构注浆→进行融沉注浆充填。
冻结孔施工和联络通道临时支护施工为本工程的关键工序;喇叭口的开挖为重要控制点;冻结温度检测、土体变形、压力监测及联络通道永久支护施工为特殊工序。
3冻结帷幕设计
冻结帷幕设计主要有如下三个方面的内容:
3.1冻结帷幕
3.1.1冻土强度的设计指标为:
单轴抗压3.6Mpa,抗折1.8Mpa,抗剪1.37Mpa(-10℃)。
3.1.2积极冻结时,在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施。
在冻结区内土层中不得有集中水流。
3.1.3在冻结帷幕附近隧道内侧敷设保温层,敷设范围至设计冻结壁边界处2m。
保温层采用阻燃(或难燃)的软质塑料泡沫保温材料,厚度50mm。
导热系数不大于0.04W/MK;塑料软板与管片之间用万能胶粘贴密实。
3.1.4设计积极冻结时间为45天(积极冻结时间可根据实际冻结效果进行调整)。
要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h;积极冻结7天盐水温度降至-20℃以下;积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下,去、回路盐水温差不大于2℃;开挖时盐水温度降至-28℃以下。
如盐水温度和盐水流量达不到设计要求,应延长积极冻结时间。
每米冻结管(包括冷冻排管)的设计散热量不应小于100kcal/h。
3.1.5开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交接面处温度不高于-5℃。
其它部位设计冻结壁平均温度为-10℃。
3.1.6当施工中地层及环境条件与原设计依据资料有重大变化时,应及时修改冻结帷幕设计。
3.1.7冻结帷幕设计详见图3-1。
图3-1冻结帷幕设计图
3.2冻结孔
联络通道冻结孔数68个(冷冻站侧隧道内布置53个冻结孔,冷冻站对侧布置15个冻结孔)。
具体冻结孔的布置见图3-2、3-3,冻结孔、测温孔、卸压孔特征参数见表3-1。
具体要求如下:
3.2.1冻结孔开孔位置误差不大于100mm,应避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板。
3.2.2冻结孔最大允许偏斜150mm(冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离)。
联络通道冻结孔终孔最大允许间距为1100mm。
3.2.3设4个对穿孔用于冷冻排管供冷和冷冻站对侧冻结孔盐水循环。
3.2.4冻结孔有效深度(管片表面以下冻结管循环盐水段长度)不小于冻结孔设计深度。
冻结管管头碰到冻结站对侧隧道管片的冻结孔,不能循环盐水的管头长度不得大于150mm。
3.2.5冻结管采用20#(Q235B)钢材的φ89×8mm的低碳无缝钢管。
冻结管耐压不低于0.8Mpa,并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。
3.2.6冻结管接头抗压强度不低于母管的75%。
3.2.7施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积,否则应及时进行注浆控制地层沉降。
3.2.8打透孔复核两隧道预留口位置。
如两隧道预留口相对位置误差大于100mm,则应按保证冻结壁设计厚度的原则对冻结孔布置进行调整。
3.2.9冻结站对侧隧道上沿通道外围冻结壁敷设5排冷冻排管,排管间距为500mm;冷冻排管采用φ45×5无缝钢管。
排管敷设应密贴隧道管片。
3.3测温孔及卸压孔
测温孔8个,分别布置在通道内外和两侧隧道内,其中冷冻站对侧隧道布置6个,深度2~3m;卸压孔布置4个,布置在冻结帷幕中间,左、右线各两个,深度均为3m。
测温孔及卸压孔的布置详见图3-2、3-3,冻结孔、测温孔、卸压孔特征参数见表3-1。
图3-2冻结孔、测温孔、卸压孔布置剖面图
图3-3冻结孔、测温孔、卸压孔布置平面图
表3-1冻结孔、测温孔、卸压孔特征参数表
序号
孔号
孔深(mm)
定位角度(°)
仰俯角(°)
水平角(°)
备注
序号
孔号
孔深(mm)
定位角度(°)
仰俯角(°)
水平角(°)
备注
序号
孔号
孔深(mm)
定位角度(°)
仰俯角(°)
水平角(°)
备注
1
D1
3900
73
28.6
0
29
D28
7009
-14
-5.7
0
57
D55
6450
-70
-24.5
0
2
D2
3900
73
28.6
0
30
D29
7779
-22
-8.5
0
58
D56
6450
-70
-24.5
0
3
D3
3900
73
28.6
0
31
D30
7779
-22
-8.5
0
59
D57
6450
-70
-24.5
0
4
D4
9600
64
15
0
32
D31
9170
-31
-11.2
0
60
D58
6450
-70
-24.5
0
5
D5
9600
64
15
0
33
D32
9170
-31
-11.2
0
61
D59
6450
-70
-24.5
0
6
D6
9600
64
15
0
34
D33
8220
-40
-14.2
0
62
D60
6450
-70
-24.5
0
7
D7
9600
64
15
0
35
D34
8220
-40
-14.2
0
63
D61
6450
-70
-24.5
0
8
D8
9600
64
15
0
36
D35
7470
-49
-17.3
0
64
D62
3620
-86
-38.2
0
9
D9
11000
51
6.7
0
37
D36
7470
-49
-17.3
0
65
D63
3620
-86
-38.2
0
10
D10
11000
51
6.7
0
38
D37
6870
-59
-20.7
0
66
D64
3620
-86
-38.2
0
11
D11
11000
51
6.7
0
39
D38
6870
-59
-20.7
0
67
D65
3620
-86
-38.2
0
12
D12
11000
51
6.7
0
40
D39
6450
-70
-24.5
0
68
D66
3620
-86
-38.2
0
13
D13
11000
51
6.7
0
41
D40
6450
-70
-24.5
0
69
D67
3620
-86
-38.2
0
14
D14
11000
51
6.7
0
42
D41
6450
-70
-24.5
0
70
D68
3620
-86
-38.2
0
15
D15
11000
51
6.7
0
43
D42
6450
-70
-24.5
0
71
小计
70490
总计
467440
序号
孔号
孔深(mm)
定位角度(°)
仰俯角(°)
水平角(°)
备注
序号
孔号
孔深(mm)
定位角度(°)
仰俯角(°)
水平角(°)
备注
序号
孔号
孔深(mm)
定位角度(°)
仰俯角(°)
水平角(°)
备注
16
D16
11000
51
6.7
0
44
D43
6450
-70
-24.5
0
72
C1
2000
20
2.8
0
17
D17
8335
38
5
0
45
D44
6450
-70
-24.5
0
73
C2
2000
20
2.8
0
18
D18
8335
38
5
0
46
D45
6450
-70
-24.5
0
74
C3
2000
-5
1.4
0
19
D19
7316
26
3.4
0
47
D46
6450
-70
-24.5
0
75
C4
2000
-5
1.4
0
20
D20
7316
26
3.4
0
48
D47
3620
-86
-38.2
0
76
C5
3000
61
33.7
0
21
D21
6795
14
1.7
0
49
D48
3620
-86
-38.2
0
77
C6
3000
-45
-24.4
0
22
D22
6795
14
1.7
0
50
D49
3620
-86
-38.2
0
78
C7
2000
-21
3.8
0
23
D23
6942
3
0
0
透孔
51
D50
3620
-86
-38.2
0
79
C8
2000
-21
3.8
0
24
D24
6942
3
0
0
透孔
52
D51
3620
-86
-38.2
0
80
X1
3000
0
0
25
D25
7024
-5
-2.8
0
透孔
53
D52
3620
-86
-38.2
0
81
X2
3000
0
0
26
D26
7024
-5
-2.8
0
透孔
54
D53
3620
-86
-38.2
0
82
X3
3000
0
0
27
D27
7009
-14
-5.7
0
55
D54
6450
-70
-24.5
0
83
X4
3000
0
0
28
小计
227533
56
小计
169417
84
小计
30000
注:
面向工作面,正值为仰角,负值为俯角。
3.4冻结主要设计参数
冻结主要设计参数详见表3-2。
表3-2冻结主要技术参数表
序号
参数名称
单位
数量
备注
1
两隧道中心间距
m
12.4349
2
两隧道中心标高
m
-12.109/-12.074
左线隧道/右线隧道
3
冻土墙设计厚度
m
1.8
喇叭口处≥1.6m
4
冻土墙平均温度
℃
≤-10
5
冻土帷幕交圈时间
d
18~20
6
积极冻结时间
d
45
7
冻结孔个数
个
68
8
冻结孔成孔控制间距
m
1.1
9
冻结孔允许偏斜
mm
150
10
设计最低盐水温度
℃
-28~-30
冻结7天盐水温度达到-20℃以下
11
单孔盐水流量
m3/h
5
12
冻结管规格
mm
φ89×8
低碳钢无缝钢管,丝扣连接
13
测温孔
个
8
低碳钢无缝钢管,丝扣连接
14
测温孔深度
m
2/3
浅孔/深孔
15
卸压孔个数
个
4
兼作冻胀孔
16
冻结管总长度
m
467.44
17
冷冻排管长度
m
151.282
材质同冻结管,φ89×8
18
测温管长度
m
18
材质同冻结管,φ32×3
19
卸压管长度
m
12
材质同冻结管,φ45×3
20
冻结总需冷量
104Kcal/h
5.9283
工况条件
21
JYSLGF300型冷冻机
台
2
1台备用
22
施工工期
d
110
打钻、冻结、掘砌
4制冷系统设计
根据现场施工条件,冻结站拟建在南禅寺站负一层中板上,采用两根DN150管路与联络通道处冻结管形成盐水循环。
冻结站冷却系统拟放在地面,采用两根DN150管路与冷冻机组形成清水循环。
4.1冷冻机的选择
冻结需冷量的计算:
Q=1.3.π.d.H.K
式中:
H—冻结管总长度;
d—冻结管直径;
K—冻结管散热系数;
经计算Q=59283Kcal/h
根据计算选用JYSLGF300型螺杆机组1台,制冷量为114380Kcal/h,其中1台备用。
4.2冻结系统辅助设备
4.2.1盐水泵4台,其中IS200-200-315型2台,给冻结孔提供盐水,流量315m3/h,电机功率37kw,其中1台备用。
其中IS200-200-250型2台,给冻结孔提供盐水,流量250m3/h,电机功率22kw,其中1台备用。
4.2.2冷却水循环选用IS150-150-200型清水泵2台,流量200m3/h,电机功率15kw,其中1台备用。
冷却塔选用NBL-100型2台。
4.2.3冻结管选用Φ89×8mm,丝扣连接。
冷冻排管选用Φ45×5mm,20#低碳无缝钢管,5排布置,排管间距为500mm。
4.2.4测温孔管、卸压管选用∅32×3mm,20#低碳无缝钢管。
4.2.5供液管选用Φ45×3mm,20#低碳无缝钢管。
4.2.6盐水干管和集配液管选用Φ165×4.5mm有缝钢管。
盐水干管设置在左线隧道一侧,采用法兰连接。
4.3其它
4.3.1用电负荷:
用电负荷约300kw/h。
4.3.2冷冻机油选用N46冷冻机油0.8T。
4.3.3制冷剂选用氟立昂R-22约0.8T,冷媒剂选用氯化钙溶液15T。
5冻结施工
5.1施工准备
5.1.1加工件工期较长,需开工前进行加工。
具体加工件见表5-1。
5.1.2用
″钢管在出入端头井搭脚手架,作为连接隧道与地铁车站底层平台的便桥。
5.1.3若地面配电站离冻结站距离小于400m,可敷设2条5芯VV-120mm2动力电缆至冻结站;否则,应敷设1条动力电缆,同时在车站负一层内安装SCB9-400KVA/10(6)/0.4,容量为400KVA的箱式变电站1台,满足冻结孔施工、冻结系统运转及开挖构筑施工供电。
同时在隧道内敷设1条5芯VV-35mm2动力电缆至联络通道处,供钻孔施工和掘砌施工。
施工所需380V电源由总包方提供至施工现场。
低压供电系统按照三相五线制的要求实施。
在掘砌期间,为防止长时间停电,冻结系统可采用双回路供电。
5.1.4在隧道内铺设2趟
″管路至施工工作面,用于冻结孔打钻及冻结运转供水和排污。
5.1.5用厚50mm的木板在联络通道处铺设施工场地,冻结孔施工时,按需要搭设施工脚手架。
表5-1主要加工件一览表
序号
加工件名称
单位
数量
备注
1
钻头组合
套
80
含卸压孔4套
2
冻结管(兼作钻杆)
m
467.44
1m、1.5m钻杆
3
孔口管
个
80
4
上堵头用接长杆
m
15
5
堵头
个
80
6
集配液管
套
1
7
冻结管头部
个
72
含4个透孔
8
清水箱
个
1
9
盐水箱
个
1
10
盐水干管
m
800
11
清水管
m
50
12
隧道预应力支架
榀
4
使用型钢加工
13
联络通道防水门
套
1
5.2冻结孔施工
5.2.1施工工序
冻结孔施工工序为:
定位、开孔→孔口管安装→孔口装置安装→钻孔→测量→封闭孔底部→打压试验。
具体为:
⑴定位开孔及孔口管安装:
根据设计在隧道内
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