城市地下工程施工技术

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1 LENOVO 城市地下工程施工技术

2 目录 第一讲明挖工程施工技术与工程实例 明挖法简介 广州某地铁车站明挖法施工技术... 6 一 工程概况... 6 二 地铁车站主要施工工序流程... 7 三 地下连续墙施工... 7 四 高压旋喷桩 五 井点降水 六 基坑开挖及支撑 七 内部结构 八 施工监测 第二讲明挖工程施工技术与工程实例 西安地铁潏河停车场工程明挖法工程施工技术与工程应用 一 工程概况 二 施工技术 三峡工程地下仓库施工技术 一 工程概况 二 仓库顶拱层施工 三 高边墙开挖施工 四 重点部位和关键工序的质量控制 五 开挖过程中的爆破振动控制 六 施工过程中支护参数的动态调整 七 开挖与支护质量评述 七 开挖与支护质量评述 第三讲浅埋暗挖法施工技术与工程实例 浅埋暗挖法介绍 常州市文化宫广场过街通道浅埋暗挖施工技术 一 引言 二 工程概况 三 工程地质和水文地质概况 四 过街通道综合施工技术 五 结构防水 六 监控量测及信息反馈 七 总结 某公路隧道浅埋暗挖法施工技术与应用 一 背景 二 浅埋暗挖法施工方法在公路隧道施工中的应用 三 工程实例 北京地铁五号线蒲黄榆车站浅埋暗挖施工技术 一 引言 二 工程实例 某地下通道工程暗挖施工技术... 63

3 一 工程简况 二 工程地质及水文地质状况 三 工程技术难点 四 施工方法及技术措施 第四讲 盾构法隧道施工技术与工程实例 盾构法隧道基本原理 盾构法隧道优点 盾构法隧道缺点 地铁隧道土压平衡盾构施工技术 一 土压平衡盾构施工技术简介 二 工程简介 三 盾构始发准备工作 四 盾构始发掘进 五 质量控制措施 六 安全控制措施 第五讲 盾构法隧道施工技术与工程实例 地铁隧道泥水平衡盾构施工技术 一 泥水盾构产生与发展 二 泥水平衡盾构适用范围 三 泥水平衡盾构原理 四 泥水平衡盾构施工技术 五 工艺设计和控制要求 六 质量标准与成品保护 七 安全环保措施 八 工程实例 第六讲 水底沉管隧道施工技术与工程实例 沉管隧道施工技术简介 沉管隧道类型 上海外环越江沉管隧道工程施工技术 一 工程概况 二 干坞施工 三 管段制作 四 基槽浚挖和清淤 五 管段浮运与沉放 六 管段基础施工 七 沉管连接 八 管段的回填与覆盖 九 岸壁保护结构

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5 第一讲明挖工程施工技术与工程实例 明挖法简介 明挖法 open cut method 指的是先将隧道部位的岩 ( 土 ) 体全部挖除, 然后修建洞身 洞门, 再进行回填的施工方法 分类 明挖顺作法 盖挖顺作法 盖挖逆作法 盖挖半逆作法等后 3 种方法又可统称为明挖覆盖施工法 优缺点 明挖法具有施工简单 快捷 经济 安全的优点, 城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术 其缺点是对周围环境的影响较大 施工技术 明挖法的关键工序是 : 降低地下水位, 边坡支护, 土方开挖, 结构施工及防水工程等 其中边坡支护是确保安全施工的关键技术, 主要有以下几种 : 放坡开挖技术

6 适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况 基坑应自上而下分层 分段依次开挖, 随挖随刷边坡, 必要时采用水泥粘土护坡 型钢支护技术 一般使用单排工字钢或钢板桩, 基坑较深时可采用双排桩, 由拉杆或连梁连结共同受, 也可采用多层钢横撑支护或单层 多层锚杆与型钢共同形成支护结构 连续墙支护技术 一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽, 也可采用多头钻和切削轮式设备成槽 连续墙不仅能承受较大载荷, 同时具有隔水效果, 适用于软土和松散含水地层 混凝土灌注桩支护技术 一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式 成孔中灌注普通混凝土或水下混凝土成桩 支护可采用双排桩加混凝土连梁, 还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系 土钉墙支护技术 在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔, 加入较密间距排列的钢筋或钢管, 外注水泥砂浆或

7 注浆, 并喷射混凝土, 使土体 钢筋 喷射混凝土板面结合成土钉支护体系 锚杆 ( 索 ) 支护技术 在孔内放入钢筋或钢索后注浆, 达到强度后与桩墙进行拉锚, 并加预应力锚固后共同受力, 适用于高边坡及受载大的场所 混凝土和钢结构支撑支护方法 依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系, 与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系, 承受侧向土压力, 内支撑体系在做结构时要拆除 适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层 1.2 广州某地铁车站明挖法施工技术 一 工程概况 XX 站为广州市地铁 X 号线与 Y 号线的换乘站, 位于两条市郊道路的交叉处 周边地形较为开阔 平坦 地下水位在现有地面以下 2m, 地下水对地铁构筑物中的混凝土结构无腐蚀性, 对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性

8 二 地铁车站主要施工工序流程 基坑围护 : 地下连续墙围护 钻孔桩止水帷幕 工法桩围护 地基处理及降排水 : 高压旋喷桩 水泥土搅拌桩 基坑开挖 : 放坡 分层开挖 支撑体系 : 由钢筋混凝土支撑 钢支撑及格构柱组成 内部结构 : 地下两层 ( 站台层 站厅层 ), 由底板 (1m) 中板(0.5m) 顶板 (0.8m) 柱及内衬墙 (0.6m) 组成 施工监测 三 地下连续墙施工 地下连续墙施工流程 : 本工程钢筋笼分 一 L Z 三种形状, 地墙接头采用圆形柔性接头, 砼一次浇注 所有导墙接头与地墙接头错开 1 导墙制作

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10 2 泥浆工艺 泥浆材料 :1) 膨润土 :200 目商品膨润土 ;2) 水 : 自来水 ; 3) 分散剂 : 纯碱 (Na2CO3);4) 增粘剂 :CMC( 高粘度, 粉末状 );5) 加重剂 :200 目重晶石粉 技术要点 : 1) 泥浆搅拌严格按照操作规程和配合比要求进行 ; 2) 对槽段被置换后的泥浆进行测试, 必须符合要求 ; 3) 保证城市环境清洁 ; 4) 严格控制泥浆的液位 泥浆循环系统 3 成槽施工

11 1 槽段划分 : 宽度一般为 6.5m 6m 5.5m 5m 2 槽段放样 : 在导墙上精确定位地墙分段及锁口管标记线 3 成槽设备选型 4 成槽垂直度控制 : 成槽机自带垂直度检测仪 超声波测斜仪 5 成槽挖土顺序 : 按槽段划分, 分幅施工, 标准槽段 ( 约 6m) 采用三抓成槽法开挖成槽, 先挖两端最后挖中间, 使抓斗两侧受力均匀, 如此反复开挖直至设计槽底标高为止 6 成槽挖土 : 成槽开挖时抓斗应闭斗下放, 开挖时再张开, 每斗进尺深度控制在 0.3m 左右, 上 下抓斗时要缓慢进行, 避免形成涡流冲刷槽壁, 引起坍方, 同时在槽孔砼未灌注之前严禁重型机械在槽孔附近行走产生振动 7 挖槽土方外运 :15 吨土方车外运, 工地设临时堆放场地 8 成槽测量及控制 : 确保泥浆液面高出地下水位 0.5m 以上, 同时也不能低於导墙顶面 0.3m 9 槽段检验 : 槽段平面位置偏差检测, 槽段深度检测, 槽段壁面垂直度检测

12 4 清底及接头处理 清底 : 用抓斗直接挖除槽底沉渣之后, 进一步使用 Dg100 空气升液器清除未能挖除的细小土渣, 以泥浆反循环法吸除沉积在槽底部的土碴淤泥 刷壁 : 老接头上的一层泥皮会影响槽壁接头质量, 发生接头部分渗漏水 刷壁方法主要采用自制强制式刷壁机, 将附着在接头上的泥皮清除 5 钢筋笼的制作和吊放 (1) 钢筋笼加工 :

13 根据成槽设备的数量及施工场地的实际情况, 搭设 3 只钢筋 笼制作平台, 现场加工钢筋笼, 平台尺寸 7 30m 钢筋笼端部与接头管或混凝土接头面间应留有 15~20cm 的 空隙 竖向钢筋保护层厚度内侧为 5cm, 外侧为 7cm 在垫块 与墙面之间留有 2~3cm 的间隙 每幅钢筋笼一般采用 4 榀桁架, 桁架间距不大于 1500mm 钢筋连接器预埋钢筋与地下连续墙外侧水平钢筋点焊固定, 焊点不少于 2 点 (2) 钢筋笼吊装和吊点布置 采用 QUY150A(150t- 主吊 ) 和 LS-218RH-5(50t- 副吊 ) 履带式起重机双机抬吊配合吊装 钢筋笼设置纵横向桁架, 防止不可复原的变形

14 6 水下砼浇注 本工程砼的设计标号为水下 C30P8, 砼的坍落度为 18~22cm 砼浇灌采用龙门架配合砼导管完成, 导管采用法兰盘连接式 导管, 导管连接处用橡胶垫圈密封防水 导管在第一次使用前, 在地面先作水密封试验 在砼浇注前要测试砼的塌落度, 并做好试块 水下混凝土浇注注意事项 钢筋笼沉放就位后, 应及时灌注砼, 不应超过 4 小时 导管插入到离槽底标高 mm, 灌注砼前应在导管内临近泥浆面位置吊挂隔水栓, 方可浇注砼 检查导管的安装长度, 并做好记录, 每车砼填写一次记录, 导管插入砼深度应保持在 2~6m 导管集料斗砼储量应保证初灌量, 并保证开始灌注砼时埋管深度不小于 500mm 砼浇注中要保持砼连续均匀下料, 砼面上升速度控制在 4~5m/h, 导管下口在混凝土内埋置深度控制在 1.5~6.0m 导管间水平布置距离一般为 2.5m, 最大不大于 3m, 距槽段端部不应大于 1.5m 在砼浇注时, 不得将路面洒落的砼扫入槽内, 污染泥浆 砼泛浆高度 50cm, 以保证墙顶砼强度满足设计要求 7 锁口管提拔 锁口管提拔与砼浇注相结合, 砼浇注记录作为 提拔锁口管时间的控制依据 砼浇注开始后 4 小时左右开始拔动, 以后每隔 30 分钟提升一次, 其幅度不宜大于 50~100mm, 待 砼达到终凝后, 将锁口管一次全部拔出并及时清洁 和疏通工作 8 质量控制及预防措施 (2) 地下墙渗漏水的预防措施 减少泥浆中的含砂量

15 接头大块淤泥刮除 严格控制导管埋入混凝土的深度, 控制在 2~6m (1) 垂直度控制及预防措施 经纬仪 成槽机显示仪跟踪观测垂直度, 随挖随纠 合理安排一个槽段中的挖槽顺序, 先两边后中间, 先短边后 长边 抓斗掘进应慢提慢放, 严禁满抓 (3) 防止绕灌及应急处理技术措施 必须在锁口管安放完成后, 做好对锁口管背侧的空隙回填工 作, 为确保回填石子, 采用 5~40mm 石子回填, 一直回填到 地面, 以防止砼绕流 (4) 地下墙露筋现象的预防措施 钢筋笼必须在水平的钢筋平台上制作, 制作时必须保证有足 够的刚度, 架设型钢固定 必须按设计和规范要求放置保护层钢垫板, 严禁遗漏 吊放钢筋笼时发现槽壁有塌方现象, 应立即停止吊放, 重新 成槽清渣后再吊放钢筋笼 (5) 对地下障碍物的处理 及时拦截施工过程中发现的流至槽内的地下水流 障碍物在较深位置时, 采用自制的钢箱套入槽段中, 然后处理各种障碍, 确保挖槽正常施工 (6) 对于钢筋笼无法下放到位的预防及处理措施 入槽时不能准确到位时, 不得强行冲放, 严禁割短割小钢筋笼, 应重新提起, 待处理合格后再重新吊入 对于坍孔或缩孔引起的钢筋笼无法下放, 应用成槽机进行修槽, 待修槽完成后再继续吊放钢筋笼入槽

16 对于大量坍方, 以致无法继续施工时, 应对该幅槽段用粘土进行回填密实后再成槽 对于由于上一幅地下连续墙砼绕管引起的钢筋笼无法下放, 可用成槽同抓斗放空冲抓或用吊机吊刷壁器空档冲放, 以清除绕管部分砼后, 再吊放钢筋笼入槽 (7) 保护周边环境的施工措施 四 高压旋喷桩 1 二重管旋喷桩工艺流程 2 高压旋喷桩的施工及技术要求 高压喷射注浆施工应跳打, 跳打程序为隔孔跳打, 以防邻桩串浆而影响成桩质量 钻机就位应准确, 架设应平稳坚实, 就位偏差 20mm

17 控制点布设于非施工区域, 桩位误差 20mm 用水平尺控制桩架垂直度, 成孔偏斜率控制在 1% 以内 水泥浆液应随配随用, 浆液搅拌采用二级搅拌, 防止水泥浆沉淀 高压旋喷注浆作业时, 供浆 送气应连续 五 井点降水 1 降水目的 疏干开挖范围内土体中的地下水, 方便挖掘机和工人在坑内施工作业 ; 降低坑内土体含水量, 提高坑内土体强度, 减少坑底隆起和围护结构的变形量, 防止坑外地表过量沉降 及时降低下部承压含水层的承压水水位, 防止基坑底部突涌的发生, 确保施工时基坑底板的稳定性 2 成井施工流程 (1) 成孔及清孔工艺与钻孔桩相似 (2) 下井管 (3) 埋填滤料 (4) 洗井 (5) 降水运行工况

18 3 封井原则 封井应会同总承包方 设计方以及降水方确定封井原则并形成相关文件 ; 由总承包发方出封井指令或降水方提出封井申请由总承包方确认, 降水方按指令或确认文件停止所有降水井抽水并实施降水井封井 所有降压井均应在所在区域底板浇筑完毕并达到设计强度之后方可考虑停止抽水

19 六 基坑开挖及支撑 基坑开挖工程前期先进行地基加固 钻孔桩 井点降水和圈梁的施工, 待完成上述项目施工后, 并达到预降水 15~20 天或降水深度达到设计要求后 ( 圈梁强度达到设计要求 ), 即开始基坑开挖施工 基坑开挖按时空效应原理分为若干个单元开挖, 基坑开挖时 由深向浅 逐段开挖 (1) 水平分段 (2) 竖向分层 (3) 纵向放坡 (4) 抽槽开挖 (5) 盆式 开挖 支撑体系 第一道支撑为钢筋混凝土支撑, 第二道支撑采用大开挖安装, 然后架设钢支撑 根据土方开挖进度, 及时配齐开挖段所需的支撑及垫块等 钢支撑均采用 Φ609*16 钢管, 钢管之间采用法兰螺栓连接 采用一台 50t 履带吊安装支撑 钢支撑安装后, 为控制墙体水平位移, 必须对其施加预应力, 并在第一次加预应力后 12h 内观测预应力损失及墙体水平位移, 并复加预应力至设计值 支撑拼装及施加预应力图

20 轴力计埋设 支撑拆除

21 在底板砼强度达到设计强度后, 方可拆除支撑 拆除第二道支撑先用 50 吨履带吊吊住钢支撑, 然后割除连接, 吊出基坑 单根支撑拆除为先对撑, 释放支撑应力, 松开活络端, 从两边往中间方向拆, 然后逐根拆除 拆除标准段的第三道支撑, 各自先在中板上的吊环上安装链条葫芦, 然后用气割割断钢垫箱 ; 链条葫芦将支撑慢慢放下至基坑底, 然后再分解支撑螺丝, 将小段支撑水平运至洞孔吊点处用 50 吨履带吊从孔洞吊出钢支撑 七 内部结构 顺作法内部结构施工流程 (7) 顶板防水施工 (2) 侧墙施工 (1) 底板施工 (3) 中板施工 (4) 顶板施工 (5) 施工缝及诱导缝防水措施 (6) 结构底板抗浮措施 (8) 回填土施工施工缝钢板止水带埋设

22 逆作法重难点由于是先施工顶板, 再中板, 最后是底板, 故每层板浇筑后的平整性及稳定性 侧墙浇筑及板底纵向水平施工缝防水是逆作法施工的三个重难点 (1) 每层板浇筑后的稳定性保证措施 离设计标高 20cm 时改用人工挖土, 减少土体扰动 板底进行地基加固 板底浇筑垫层 (2) 侧墙浇筑质量保证措施 混凝土分层浇筑, 每层高度不大于 50cm 每层板浇筑时沿侧墙四周预留浇筑孔 加强振捣, 插入式与水平式共同使用

23 (3) 板底纵向水平施工缝防水措施 在施工缝处涂抹遇水膨胀密封胶 在板浇筑时在侧墙底支模时制作榫槽 在接缝处预留注浆管, 待混凝土达到一定强度后对接缝进行压密注浆 八 施工监测工程进行信息化施工, 通过在工程施工期间对基坑围护体系和周围环境的变化情况进行监测, 汇总各项监测信息, 可进行综合分析, 有利于指导施工, 采取各项施工措施以及环境保护措施的实施 因此, 有效 准确 及时的施工监测是信息化施工的关键 基坑本身的安全监测和基坑周围的环境的变形监测是工程监测的重点 针对一般工程的设计要求及施工条件, 总体设置以下监测内容 : 围护体位移 ( 测斜 ) 监测 围护墙顶沉降与位移监测 支撑轴力监测 立柱隆沉监测 坑底土体隆沉监测 坑外地下水位 ( 潜水 ) 变化监测 坑外地表沉降监测

24 既有建 ( 构 ) 筑物沉降监测 监测频率 监测工作自始至终要与施工的进度相结合, 监测工作布置的基本原则是在确保施工安全, 本着 经济 合理 可靠 的原则下安排监测进程, 尽可能建立起一个完整的监测预警系统 在基坑开挖过程中, 适当加密监测频率, 直至跟踪监测 基坑预降水阶段, 测量频率为 2~3 次 / 周 在地下结构施工阶段, 各监测项目观测频率为 2~3 次 / 周, 支撑拆除阶段 1 次 / 天 第二讲明挖工程施工技术与工程实例 西安地铁潏河停车场工程明挖法 工程施工技术与工程应用 一 工程概况潏河停车场场址位于申店乡徐家寨村与西寨村之间, 布设在潏河北岸南长安街的东侧 潏河停车场出入场线明挖段 PDKO ~RDKO ,CDKO ~CDKO 段采用放坡

25 + 排桩 + 内撑的围护方式, 其后区间理深小于 10 m, 采用一级或二级放坡开挖的方式施工 环境条件本区间场地开阔, 无重要建 ( 构 ) 筑物, 场地内有铸铁给水管一根, 埋深约 2.0m, 斜穿本施工场地, 施工前应先改移 在里程 RDKO+262 处有漕运明渠一条, 开放式排污, 东西方向通过, 直接影响基坑的围护和主体施工, 施工前应采取处理措施 地质条件 (1) 地形地貌 地质条件拟建停车场场地地貌单元属渭河高漫滩 地形起伏较大, 鱼塘分布众多, 自然地面高程 370~371m, 北部鱼塘堤面高出自然地面 2.5m 左右, 南部鱼塘堤面与自然地面齐平, 鱼塘低于地面 1.5~2.5m 漕运明渠为一条开放式排污渠道, 从出入段线里程 RCKO+262 附近东西方向通过 (2) 地质构造西安地区内有渭河断裂 秦岭山前断裂 产 灞河断裂 长安 - 临潼断裂 断裂空间上大体以北东 北西向展布, 以正断层为主

26 与西安地铁二号线有关的断裂主要是渭河南岸断裂和长安 - 临潼断裂, 但经勘察得出地铁二号线潏河停车场区域内无地裂缝通过, 故不考虑地裂缝影响 (3) 区域地层概况西安地铁二号线自北向南穿越地貌分别为渭河漫滩 一级阶地 二级阶地, 中部为黄土梁洼及南部长安段的皂河 潏河漫滩 一级阶地 总体地势南高北低 (4) 水文地质概况拟建场地地下水水位埋深为 4.4~8.6m, 高程 363~ 366m, 属第四系孔隙潜水, 现为年较低水位, 水位年变幅 2.0m 左右 周遭河流 漕运明渠以及鱼塘对拟建场地地下水干扰较大 (5) 岩土分层特性拟建工程场地在勘探深度 40.0m 范围内的地层主要由全新统人工填土 (Q4ml) 冲积(Q4al) 粉土 粉细砂 中砂 粗砂火薄层粉质黏土和上更新统冲积 (Q3al) 中砂火粉质黏土组成 (6) 不良地质状况 湿陷性黄土 淤泥和淤泥质土 人工填土

27 可液化土 地下停车场明挖法施工 明挖法是先从地表向下开挖基坑或堑壕, 直至设计标高, 再在开挖好的预定位置灌注地下结构, 最后在修建好的地下结构周围及其上部间填, 并恢复原来地面的一种地下工程施工方法 明挖法施工属于深基坑工程技术, 主要有放坡明挖和围护结构内的明挖两种方法 明挖法的优点是施工技术简单 快速 经济, 常是各国地下铁道施工的首选方法 但其缺点也是明显的, 如阻断交通时间较长, 噪声与震动等对环境的影响 二 施工技术 明挖法施工顺序明挖法施工的基本顺序为 : 打桩 ( 护坡桩 ) 路面开挖 埋设支撑防护与开挖 地下结构物的施工 回填 拔桩恢复地面 ( 或路面 ) 放坡开挖基坑的施工在城市地下工程采用明挖法施工时, 为了防止塌方保证施工安全, 在基坑 ( 槽 ) 开挖深度超过一定限度时, 土壁应做成有斜率的边坡, 以保证土坡的稳定, 工程中常称为放坡

28 放坡基坑是指不采用支撑形式, 而采用放坡施工方法进行开挖的基坑工程 当基坑开挖深度较大时, 如果考虑采用放坡基坑, 一般在坡面上要设置土锚或土钉等临时挡土结构 (1) 基坑围护设计方案本工程位于淤泥 淤泥质地基地段, 采用直径 500mm 间距 1.5m 的水泥搅拌桩以矩形布置的方式进行处理, 以提高地基承载能力 基坑两侧打 1 排直径 700mm 的钻孔支护桩, 支护桩空隙间打 1 排直径 500mm 间距 35cm 水泥搅拌桩止水, 用钢筋混凝土冠梁将灌注桩连接成整体, 以确保基坑两侧的稳定与安全 (2) 基坑开挖方法 基坑开挖的总体原则 : 在基坑开挖过程中应掌握好 分层 分步 对称 平衡 限时 五个要求, 遵循 竖向分层 纵向分段 快速封底 的原则, 并做好基坑排水 为保证开挖与主体结构施工流水作业, 基坑采用纵向分段 竖向分层 横向分块, 先对称放坡开挖两侧, 后开挖中间预留部位土体, 最后开挖至基底, 采用台阶式整体推进开挖 竖向按设计自上而下分层开挖, 分为两个阶段进行 (3) 基坑开挖施工

29 基坑开挖工艺流程 : 降水 开挖表层 对称放坡开挖 冠梁施工 分层向下开挖 ( 每层监测 ) 挖至基底 ( 底部 30 cm 人工开挖 ) 底板施工 为保证基坑开挖的安全, 上部土方开挖分两步进行, 下部土方开挖分两层开挖至基坑底部 (4) 基坑边坡支护 为减少基坑暴露时间, 基坑边坡开挖完成后, 应立即组织人员清理坡面松散土体, 整平坡面, 及时进行坡面支护 钢板桩围护结构施工 一般认为基坑开挖深度超过 7m 时, 就需要考虑设置围护结构 基坑围护结构设计应遵循 安全 经济 施工简便 的原则 围护结构的入土深度直接关系到围护结构的整体稳定性 钢板桩强度高, 桩与桩之间的连接紧密, 隔水效果好, 可多次倒用 钢板桩常用断面形式多为 U 形或 Z 形, 我国地下铁道施工中多用 U 形钢板桩 (1) 支护设计 基坑分两级开挖, 第一级四周 3 米内将自然地坪降至 米位置 第二级采用钢板桩支护, 桩类型为 36b 型工字钢, 一顺一丁相扣打入基坑四周, 起到支护和隔水的作用 (2) 施工流程 施工准备 测量放样 钢板桩施工 基坑开挖 排水设置 消防水池施工 基坑回填 拔桩

30 (3) 施工准备 场地平整好, 所有材料设备进场, 人员组织到位, 现场技术员定出钢板桩轴线, 确定钢板桩施工位置, 按顺序标出钢板桩的具体桩位, 洒灰线标明 (4) 钢板桩检验 由于本工程钢板桩只用于基坑的临时支护和隔水, 只需对其做外观检验, 外观检验包括表面缺陷 长度 宽度 厚度 平直度等内容 对不符合形状要求的钢板桩进行矫正 以减少打桩过程中的困难 (5) 钢板桩吊运及堆放 装卸钢板桩宜采用两点吊, 吊运时每次起吊的钢板桩数量不宜太多, 钢板桩堆放的位置 顺序 方向和平面布置应考虑到以后的施工方便, 堆放的高度不宜超过 2m (6) 钢板桩施打 采用单独打入法, 及吊升第一根钢板桩, 准确对准桩位, 震动打入土中, 使桩端穿过淤泥层, 进入预定深度, 吊第二根钢板桩对好其口, 震动打入土中 如此重复操作, 直至钢板桩帷幕完成 (7) 围檩 支撑 角撑 为加强钢板桩墙的整体刚度, 沿钢板桩墙全长设置围檩 角撑 对撑进行支撑, 在进行围檩与支撑设置施工, 围檩与板桩及支撑间采用焊接连接 (8) 基坑开挖

31 基坑土开挖采用挖掘机开挖, 开挖时分层挖取, 从中间向两侧挖取, 每层厚度控制在 1 米以内 开挖完成后, 在坑底设临时排水沟及集水井两处, 随时抽水, 坑内不得积水 (9) 消防水池施工 消防水池按照设计图纸及施工方案进行施工, 施工期间挖土 吊运 绑扎钢筋 模板支护 砼浇筑等作业中, 严谨碰撞支撑, 禁止任意拆除支撑, 不得在支撑上搁置重物 (10) 钢板桩拔除 待到工程回填完成后即进行钢板桩拔除, 用振动拔桩机产生的强大振动扰动土质, 破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力将桩拔出 2.2 三峡工程地下仓库施工技术 一 工程概况 三峡工程地下仓库布置在长江右岸, 总系统由地下仓库 安装场 母线洞 母线竖井连接交通洞及开关站等组成 仓库洞室断面为直墙顶拱型, 尺寸为 311.3m 32.6m 87.2m( 长 宽 高 ) 仓库开挖具有以下特点 : 仓库跨度大 边墙高, 洞室较长 开挖及混凝土外观质量要求高 支护工程量大 类型多, 工艺复杂 施工技术要求高

32 交叉洞室多, 与引水 尾水系统及三峡三期之间的界面关系 复杂, 施工干扰大 二 仓库顶拱层施工 仓库顶拱层开挖工程量为 万 m 3, 喷混凝土量为 2718m 3, 锚杆 6876 根, 锚索 135 束 施工程序与方法 采用双通道作业, 施工按照如下原则组织实施 : (1) 先进行上部中导洞开挖 ( 断面 8m 6.5m), 中导洞从 1# 施工支洞延长段开始, 按 10% 的坡度升至 95.80m 高程后, 沿水平方向朝仓库右端墙开挖 ; (2) 两侧扩挖在中部扩挖完成 100m 后跟进, 上下游同时施工, 扩挖按 先中间后两边 的原则进行 (3) 两侧扩挖时, 设计轮廓面预留 1.5m 保护层, 滞后一排炮开挖, 中部下层开挖滞后两侧适时跟进 顶拱层开挖分区图

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34 顶拱层开挖双通道施工程序平面图 三 高边墙开挖施工 三 高边墙开挖施工 开挖分层原则 根据仓库各部位的结构特点, 结合岩锚梁和边墙各层锚索布置高程, 以便于施工设备的作业 合理利用与仓库立体交叉相贯隧洞的不同高程布置条件, 以利于施工通道及施工场地的形成

35 按照仓库爆破振动速度控制要求, 通过合理的施工方法和爆破参数选择来确定开挖层高 施工程序与方法 仓库自上而下分十一层开挖, 各层又分区 分块进行开挖支护, 仓库开挖分层见右图 Ⅱ 层开挖分区

36 仓库 Ⅱ 层施工程序方法

37 (1)Ⅱ~Ⅲ 层开挖以进场交通洞 仓右施工支洞 1# 施工支洞作为施工通道,Ⅳ~Ⅴ 层以母线洞作为施工通道,Ⅴ~Ⅷ 层开挖以 2# 施工支洞作为施工通道, 最后, 从尾水隧洞进入仓库进行 Ⅸ~Ⅺ 层开挖 (2) 仓库 Ⅱ 层分上下两层开挖, 上部 K0+00~K0+70 按全断面开挖, K0+70 以后按上下游交替开挖施工的原则进行 (3) 岩锚梁部位保护层分四次开挖, 即上图中的 区 (4) 中槽采用预留保护层潜孔钻造孔, 梯段预裂开挖 ; 中槽开挖后, 对边墙进行分块开挖 (5) 分层施工中, 采取交错搭接施工

38 四 重点部位和关键工序的质量控制 (1) 顶拱层开挖顶拱层开挖是整个仓库开挖过程中较为关键的一层, 该层周边轮廓线复杂, 光面爆破 喷锚支护难度大, 技术要求高 为了保证大跨度顶拱施工安全, 减小围岩变形, 仓库顶部采用支撑法分步开挖, 以小跨度掘出边拱, 并进行快速支护, 及早提供三向应力 顶拱层开挖严格遵循 短进尺 少扰动 强支护 及时封闭 勤观测 的原则 开挖循环进尺不大于 2.0m, 并控制最大单响药量尽量减小爆破对围岩的扰动

39 (2) 左端墙特殊部位开挖 仓库左端上覆岩体薄, 是仓库顶拱稳定不利的重要因素 在开挖过程中, 按 小药量 短进尺 的原则进行爆破 ; 采用水平光爆孔与垂直光爆孔错孔的双面光爆设计将左端墙的三角体挖除 (3) 仓库直立边墙的开挖控制 保证直立边墙的开挖质量的关键因素是周边孔钻孔质量, 在施工过程中采用垂直固定装置确保钻孔精度, 通过钢管约束钻杆, 同时钢管内加夹片减小钻杆在钢管内的活动空间 (4) 岩锚梁岩台开挖控制 控制标准精细化 工序操作精细化 控制与检查方法精细化 数据分析精细化 (5) 锚杆的质量控制 系统锚杆全部放样, 并加强对造孔的控制, 终孔抽检比例不低于 10%, 监理按 1% 抽检 对上仰的不同倾角的孔, 根据孔的渗水情况采用不同的砂浆稠度 张拉锚杆采用先注浆后插杆的工艺, 同时将传统使用风枪注装锚固卷的方式改为注浆机进行散装锚固剂注浆的方式 6m 以下的锚杆采用先注浆后插杆的施工工艺,6m 以上的锚杆采用先插杆后注浆的施工工艺

40 (6) 锚索的质量控制 以全站仪对孔位进行放样, 钻孔过程中以孔的直线度控制为重点, 孔内每钻进 3~5m 安装一个扶正器, 防止钻杆在重力的作用下弯曲 对灌浆过程中出现的止浆环无法止浆 灌浆管爆管等问题及时在结构上进行改进 五 开挖过程中的爆破振动控制 爆破振动控制是仓库施工过程中的重点之一, 爆破振动控制是否合理直接影响到大跨度顶拱 高直立边墙及岩锚梁结构的安全 为了减少爆破振动对非开挖岩体和需保护部位的影响和破坏情况, 必须通过爆破试验及施工过程中质点振动速度监测数据对比分析, 从而选择合理的施工方法及爆破参数 开挖过程中的爆破振动控制措施 (1) 为了减小爆破振动对岩锚梁新浇混凝土的扰动, 岩锚梁混凝土浇筑时机选在 Ⅲ-1 层开挖 120m 且 Ⅲ-2 层周边预裂 100m 后进行施工 (2) 在开挖过程中, 严格控制爆破距离和爆破单响药量, 中部梯段爆破采取单孔单响, 混凝土浇筑 3d 内, 安全质点振动速度控制在 1.5~2.0cm/s,3d~7d 内控制在 2.0~5.0cm/s,7d~28d 内控制在 5.0~7.0cm/s

41 六 施工过程中支护参数的动态调整施工过程中的支护参数, 重点强调动态监控, 根据围岩变形观测资料和实际暴露出的地质状况, 不断调整支护参数 该工程取消顶拱层系统预应力锚索 改用随机锚索就是支护参数动态调整的一个典型例子 七 开挖与支护质量评述 仓库各层总体开挖质量较好, 平均超挖 8.5cm, 半孔率大于 94%, 开挖面不平整度小于 10cm; 仓库锚杆密实度无损检测, 张拉锚杆检测优良率 95%, 砂浆锚杆优良率 88.6% 喷混凝土 :(1) 厚度检测 : 仓库断面检查距离 15m, 共 64 个断面, 检测点 720 个, 达到优良标准的断面 96.9%, 合格断面 100%;(2) 喷混凝土取芯密度检测 :2.22~2.37t/m3, 大于设计指标 2.2 t/m3; (3) 喷混凝土与岩面粘结强度 :0.35~1.09MPa;(4) 喷混凝土层间粘结强度 :1.6~2.1MPa 七 开挖与支护质量评述锚索 : (1) 孔轴线偏差情况 : 小于 1% 的占检测总数的 34%, 小于 2% 的占 72%, 小于 3% 的占 100% (2) 灌浆情况 : 实际灌浆量约为理论灌浆量的 110%

42 (3) 张拉情况 : 钢绞线实际伸长值与理论值偏差 2%~9.3% (4) 监测锚索 (12 束 ) 锁定损失率 7.6%~15.8%, 锁定后累计损失率 2%~10%( 其中一束较大, 达到 12.6%). (5) 验收 : 仓库三束锚索, 超张拉 33%, 满足设计要求 八 结论及总结 (1) 合理安排施工次序 合理分层, 保证通道畅通, 充分发挥机械设备的效率 (2) 通过采用配套设备 全面机械化施工, 来满足高强度施工的需要, 提高生产效率 (3) 严格控制洞室交叉口处的爆破, 并加强该部位的支护, 以保证洞室的安全和稳定 第三讲 浅埋暗挖法施工技术与工程实例 3.1 浅埋暗挖法介绍 1. 浅埋暗挖法原理浅埋暗挖法沿用新奥法 (New Austrian Tunneling Method) 基本原理, 初次支护按承担全部基本荷载设计, 二次模筑衬砌作为安全储备 初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载

43 应用浅埋暗挖法设计 施工时, 同时采用多种辅助工法, 如超前支护, 改善加固围岩, 调动部分围岩的自承能力等 采用不同的开挖方法及时支护 封闭成环, 使其与围岩共同作用形成联合支护体系 在施工过程中应用监控量测 信息反馈和优化设计, 实现不塌方 少沉降 安全施工等, 并形成多种综合配套技术 开挖方式 : 开挖方式有正台阶法 单侧壁导洞法 中隔墙法 双侧壁导洞法等 工程特点 : 浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深浅 地层岩性差 存在地下水 周围环境复杂 造价低 拆迁少 灵活多变 无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点 工程应用 : 在北京地铁复西区间 西单车站 国家计委地下停车场 首钢地下运输廊道 城市地下热力 电力管道 长安街地下过街通道及地铁复 八线中推广应用, 在深圳地下过街通道及广州地铁一号线等地下工程中推广应用, 并已形成了一套完整的综合配套技术

44 2. 浅埋暗挖施工技术 一 大管棚超前支护施工方法在拟开挖地铁隧道的外轮廓周边上, 以一定的外插角沿洞轴钻孔, 以一定的间距, 安装惯性矩大的钢管, 然后进行注浆固结的一种预支护措施, 它是在不破坏地表的情况下进行铺设各种地下管线的技术 工作原理 : 主要工序 : 通过施行管棚注浆, 预先使拱顶形成加固的保护环 若沿隧道开挖轮廓周边的超前管棚较密时, 隧道支护结构所承受的上部荷载会大大减小 开挖支护的掌子面 搭建钻孔的平台 安装钻机 施行安装管棚钢管 钻注浆孔 验孔 注浆操作 结束 二 全断面帷幕注浆施工注浆孔成孔 由设计计算出注浆孔的精确位置, 以及各注浆孔的角度和长度, 施作注浆孔的顺序应为 : 先上后下, 先外后内, 且在每完成一个注浆孔时应及时退出钻机, 然后安装注浆管 完成注浆管安装后, 对工作面进行二次封闭后再注浆注浆 注浆大多采用后退式分段注浆, 在对每一根管操作后退式分段注浆之前, 要对所有注浆管进行填充加固 且为了

45 确保注浆的时侯不产生裂纹和隆起, 还要对工作面施行网喷混凝土做封闭处理 三 隧道开挖支护施工方法为防止施工时破坏地下的管线, 开始施工之前, 要详细探测施工区域地质情况和地下管线, 弄清楚地下管线的精确位置以及是否有障碍物 隧道开挖支护施工的时候, 要严格按照中导坑法组织施工, 具体施工次序是 : 首先开挖及支护双向隧道的中导洞, 其次施作隧道中隔墙, 恢复中导坑的横撑, 然后分先后开挖及支护两侧导洞, 最后进行两侧导洞二衬施工 3. 浅埋暗挖施工技术的安全控制要点一 防止土石方的坍塌二 防止模板倒塌事故发生三 防止触电事故的发生 4. 浅埋暗挖施工地层变形机理及控制方法 施工变形机理隧道开挖以后会造成应力的集中, 从而造成地层的压缩变形进而增大地表的下沉, 并且在没有得到有效的支护措施前, 隧道周围的土体将向开挖的空间移动

46 一般情况下, 拱顶的沉降往往大于地表的沉降, 但是根据一些资料显示, 地铁施工过程中, 对于浅埋软弱地层, 特别是富水含砂地层会产生较大的地表沉降 控制方法 : 控制地层变形及地表下沉的原则是增大支护的刚度并减少暴露的时间 在施工过程中应及时支护并控制地下水的流失以减小地表的沉降 要重视初期支护, 以及上半台阶周边的小导管注浆的有效作用 应采取综合治理的措施控制地表的沉降, 采取注浆堵漏可以降低地层的固结沉降 加固地层可以减小地层的压缩变形, 地层的整体下沉可通过增加初期支护刚度并及时形成封闭结构得到控制 增加土体完整性 减小流水流砂以或选择合理的施工方案.

47 3.2 常州市文化宫广场过街通道浅埋暗挖施工技术 一 引言浅埋暗挖是指在浅埋地层中 ( 一般指覆盖层厚度仅 3~6 米 ), 以新奥法 (NATM) 原理为指导, 无盾构掩护下的隧道施工技术 20 世纪九十年代该技术在城市地下工程发展很快, 尤其是在地铁区间隧道及城市地下停车场和城市过街通道施工过程中应用广泛 目前, 尽管该技术在地下水位较低的北方城市已取得可喜的效果, 但在软土地层中的应用研究和施工实例较少, 尤其是大跨箱型结构的浅埋暗挖工程更属空白 二 工程概况和平路过街通道设计净空尺寸 m, 通道全长 m 东西两侧明挖段长度共计 m, 暗挖段长度 26.5m, 暗挖段覆盖层厚度 1.6m 左右, 属超浅埋暗挖地下工程 三 工程地质和水文地质概况 1. 工程地质概况

48 根据土的透水性 颗粒组成 抗剪强度指标及静力触探指标, 结合土的分布规律, 实际开挖后揭露情况, 大致可将开挖层分为 : 杂填土 (1~3m) 粉质粘土(3~6m) 粉砂质粘土 ( 大于 6m) 三层 2. 水文地质概况工程所在区域地下水主要为上层滞水和承压水, 上层水量较少 ; 而承压水是本工程区域内的主要地下水, 其水量丰富, 由长江水间接补给 四 过街通道综合施工技术 1. 井点降水设计及施工 该工程采用了管井重力式降水 该过街通道工程共设降水井 4 个 采用钻机成孔, 钻孔孔径 600mm, 井深 20m, 泥浆护壁 管井采用 Ф 360 钢筋砼井管, 井管四周则用 2~3mm 人造砂回填 2. 大管棚施工 由于该工程在超浅埋饱和软土地层中进行施工, 结构矢跨比为零, 高跨比为 0.32 为确保通道暗挖施工过程中土体的稳定性, 防止坍塌, 控制地表下沉量, 在暗挖段结构顶板上 350mm 处施做大管棚, 使拱部形成一个整体受力结构

49 大管棚全长 26.5m 采用 Ф108 无缝钢管, 由 2.5m 3m 4m 等不同长度组合而成 管与管之间采用 20cm 长联接套连接, 间距 350mm 为防止地面隆起, 注浆压力严格控制在 0.2Mpa, 而注浆材料则使用单液水泥浆 3. 暗挖段施工 (1) 开挖方法 暗挖段开挖采用台阶法施工 ( 图 1 2), 上下台阶均分部开挖, 台阶错距 2~3m (2) 初期支护 暗挖段初期支护采用 喷 + 锚 + 网 + 钢桁架 的联合 支护形式 每分部 I16 工字钢桁架架设后, 除侧墙

50 打设 Ф16L=3000 间距 1500 的梅花形布置土锚杆外, 拱部及侧墙挂 Ф8 钢筋网 ( ) 利用潮喷法喷射 C20 砼, 顶板 墙喷射砼厚度均为 25cm, 施工时在拱部预埋竖向钢筋便于顶板钢筋施工 (3) 临时钢支撑体系 该过街通道为大跨框架结构, 其顶 底板大小直接关系着地表和拱顶沉降量, 初期支护随开挖所立临时钢管支撑不仅具有支护作用, 而且还有减跨和确保施工安全的作用, 也是防坍 防沉的重要措施之一 临时钢支撑采用 Ф159 钢管, 沿通道横向设 6 道, 沿纵向每 60cm 设一道 临时钢管支撑紧随钢拱架设, 开挖后通道应及时支护 为改善支撑受力状态及防水要求临时支撑钢管两端焊接 钢板 支撑垫板采用 钢垫板, 下部对称焊 S22 鱼尾钢板, 便于千斤顶施加顶紧力 (4) 临时钢支撑托换 支撑托换的原则是先撑后拆, 即先立撑并施加预应力, 最后拆除上台阶各部位临时支撑 托换支撑由上撑块 柱身 下承块和顶紧鱼尾板四部分组成 上 下承块采用厚 =22mm 40 40cm 及不同厚度钢板组成, 立柱则用 Ф159 钢管加工

51 (5) 回填注浆 为确保初期支护与顶板土密贴, 初支结构受力更趋合理, 控制地表下沉, 喷砼前埋设 Ф48 注浆管, 注浆管沿通道纵向和横向间距均为 3.0m, 待喷射砼达到一定强度后, 立即回填注浆 但为防止地表隆起, 注浆压力严格控制在 0.2Mpa (6) 二次衬砌施工 顶板二次衬混凝土采用一次性浇筑, 采用早强技术, 并加强混凝土的和 易性, 其坍落度严格控制在 20~24 顶板上层钢筋绑扎好后, 在紧靠上层钢筋部位水平安装的 7 根砼输送管 (3 根主管,4 根副管 ) 进行砼浇筑 为确保初期支护和二次衬砌之间填充密实, 使结构均匀受力, 在顶板二 次衬砌砼达到 7 天强度后, 并且在没有拆除支撑和模板情况下, 利用预埋充填注浆管, 向两次砼衬砌之间注单液水泥浆 为防止由于注浆压力过大, 造成二次衬砌砼开裂, 注浆压力严格控制在 0.2Mpa 以内 五 结构防水 通道由于采用结构自防水, 初期支护提高喷射砼的密实性, 减少其收缩变形裂缝, 是达到防渗目的的第一道防线 而二次衬砌商品砼的配合比 砼骨料 水泥用量 外加剂掺量等等因素都是影响砼抗渗性能的

52 六 监控量测及信息反馈 监控量测及信息反馈是浅埋暗挖法的核心技术之一, 因此在文化宫广场过街通道实施浅埋暗挖法的全过程中, 对地表和洞内变位及结构应力进行了监控测量 地表沉降主要发生在上台阶开挖 下台阶开挖及立柱托换三个施工工序中 七 总结 1. 采用浅埋暗挖技术施工过程中, 成功地实现了工程施工对周围环境的控制, 地下管线正常使用, 地表未出现裂缝地面, 交通运转畅通 2. 分部开挖, 支护结构尽早闭合是控制地表下沉的有效措施 根据本工程的成功经验, 类似工程台阶长度宜控制要 2~3m

53 3. 对于这种大跨, 浅埋地下通道初支结构由原来的格拱架改为钢度较大的工字钢架拱, 有效的控制地表下沉, 且降低成本 4. 在施工过程中, 例如将台阶长度控制在 2~3m, 地表下沉值控制在 30mm 左右是可行的 5. 施工过程中, 通道全断面贯通, 部分支撑拆除后, 结构处于安全状态 3.3 某公路隧道浅埋暗挖法施工技术与应用 一 背景浅埋暗挖法是一项边开挖边浇筑的施工技术 其原理是 : 利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力, 采取适当的支护措施, 使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法, 主要适用于粘性土层 砂层 砂卵层等地质 由于浅埋暗挖法省去了许多报批 拆迁 掘路等程序, 现被施工单位普遍采纳 浅埋暗挖法的优缺点 优点 1) 浅埋暗挖法与明挖法 ( 盖挖法 ) 相比, 具有拆迁占地少 不扰民 不干扰交通 节省大量拆迁投资等优点 ;

54 2) 与盾构法相比, 它具有简单易行, 不需太多专用设备, 灵活方便, 适用不同地层 不同跨度 多种断面形式, 可以多适用劳力, 解决就业 缺点 1) 速度较慢, 喷射混凝土粉尘较多, 劳动强度大 机械化程度不高, 以及高水位地层结构防水比较困难等 2) 在于地表沉降较难控制, 防水效果较盾构隧道差, 通过软弱土层 砂层 断层破碎带时施工较困难 但若环境条件允许, 辅以地面及洞内辅助措施, 浅埋暗挖法可适用于各种不同的地层和复杂断面的施工 二 浅埋暗挖法施工方法在公路隧道 施工中的应用 1. 施工原则 (1) 坚持以量测资料进行反馈指导施工 (2) 坚持先加固, 后开挖 2. 施工步骤 第一步, 先将钢管打入地层, 然后注入水泥或化学浆液, 使地层加固 开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件 第二步, 地层加固后, 进行短进尺开挖 一般每循环在 米左右 随后即作初期支护 第三步, 施作防水层 开挖面的稳定性时刻受到水的危胁, 严重时可导致塌方 处理好地下水是非常关键的环节

55 最后, 完成二次支护 3. 基本工艺要求浅埋暗挖法的核心技术被概括为 18 字方针 : 管超前 严注浆 短开挖 强支护 快封闭 勤量测 施工组织计划和施工工序 严格遵守 先排管, 后注浆, 再开挖, 注浆一段, 开挖一段, 支护一段, 封闭一段 其主要的技术特点如下 : (1) 动态设计 动态施工的信息化施工方法, 建立了一整套变位 应力监测系统 ; (2) 强调小导管注浆超前支护在稳定工作面中的作用 ; (3) 用劈裂注浆法加固地层 ; (4) 采用复合式衬砌技术 三 工程实例 1. 设计简况 某隧道位于秦岭大巴山区, 设计为分离式双洞, 本段区 间隧道左线长度 464 米 (ZK ~ZK230~840), 右 线 435 米 (YK ~YK230~830), 施工为双向对穿

56 贯通施工, 围岩类别均为 Ⅵ Ⅴ 级, 设计岩质洞口段泥质板岩,Ⅴ 级段为强风化千枚岩 隧道最大埋深 77 米, 洞口段最小埋深 2.7 米 隧道左洞外侧为大的水蚀冲沟, 造成此段地形偏压, 表层有软弱堆积物, 坡积土 洞顶正上方为地方车辆通道 2. 工程及水文地质 该隧道地形, 地貌属典型的岭南秦巴山区, 地形破碎, 水蚀严重, 植被发育, 岩体蕴含水源 隧道沿线路方向左, 右洞两侧均有水蚀大冲沟, 沟底距隧道线路中心标高约 60 米深 从表层看隧道围岩为破碎千枚岩, 岩体节理发育, 结构疏松, 含水量较大 3. 隧道采用浅埋暗挖法的运用工艺

57 (1) 地表注浆 (1) 地表注浆 地表注浆以改良加固前方地层, 使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结, 并使导管和土体固结在一起, 增强支撑力, 满足开挖需要, 防止了支护下沉 结合本隧道实际情况, 对左线大里程 30 米洞口浅埋段 (ZK ~ZK230~810) 进行地表注浆, 注浆范围 : 宽度 30 米, 隧道中心线两边各 15 米, 长度 30 米 (2) 超前支护 针对 Ⅵ 级围岩 工程状况 : 因本隧道设计洞口段 40 米为 Ⅵ 级围岩, 结构覆土很薄, 埋深浅, 洞口距离地面最小厚度 2.7m, 上部为道路且动荷载很大 目的要求 : 提高隧道拱部的刚性, 增加周边土体的承载力, 即在开挖轮廓范围拱部采用 φ108 大管棚超前支护 (L=40m), 管材采用热轧无缝钢管, 壁厚 8mm, 钢管沿隧道拱部开挖轮廓线范围内密排, 在初支开挖轮廓线外 25cm 布设, 管棚间距为 40cm 施工工艺 : 对 Ⅴ 级围岩段超前注浆小导管施工 (L=6m), 应在开挖前, 先用喷射混凝土将隧道开挖掌子面范围内封闭, 然后沿隧道周边向前方围岩内打入带孔小导管, 并通过小导管向围岩压注浆液, 待浆液硬化后, 坑道周

58 围岩体就形成了有一定厚度的加固圈, 从而保护开挖作 业 (3) 注浆施工 注浆技术是暗挖隧道施工中的核心技术之一, 根据不同的地质情况和施工方法应采取相应的注浆技术 本段围岩节理发育, 含水量较大, 注浆以达到超前加固围岩和止水的目的 施工中需要注意以下几点 : (1) 钻孔 : 施工中根据不同地质情况及施工方法不同, 采用不同的钻孔方法 (2) 当地下水量大时, 应在安设注浆管前, 测涌水量, 通过测定涌水量确定注浆种类及注浆参数 : 浆液扩散半径 小导管间距 对富水段注浆应严格控制浆液初凝 终凝时间 (3) 注浆管长严格按照设计长度进行施工, 注浆压力 : 初压 0.5~ 1.0Mpa, 终压 1.0~1.5Mpa (4) 初期支护 隧道暗挖 : 初期支护为 Ⅰ20a 型钢支撑,(Ⅵ 级围岩间距 50cm, Ⅴ 级围岩间距 75cm),+C25 喷射混凝土 +φ8 钢筋网片 ( 网格 20cm*20cm),+φ22 早强砂浆径向锚杆 (Ⅵ 级围岩 L=4m, Ⅴ 级围岩 L=3.5m, 间距 1m*1m)

59 支护体系 : 临时支护采用 C25 素喷混凝土 间距 50cm 型钢钢架进行联合支护 隧道开挖采用 CRD 法施工, 分六部开挖, 每部采用环形开挖预留核心土 人工开挖 : 施工中严格按照 管超前 严注浆 短进尺 强支护 勤量测 早封闭 的原则进行管理和施工 (5) 二次衬砌 随着隧道进度和初期支护混凝土强度满足设计要求时, 先分段拆除临时支护, 然后分段施做底板二次衬砌, 继而施作边墙二次衬砌, 尤其注意的是在拆除临时支护时, 需要在施工监控量测的指导下进行 (6) 防水及二次衬砌施工 防水要求 由于该工程浅埋施工, 洞口段泥质岩层较多, 且含水率较大, 围岩具有较强的软流塑性, 二次衬砌采用 C25 模筑混凝土 防水等级为 S8 地下水对钢结构有腐蚀性 结构防水要求较高 结构防水设计遵循 以防为主 多道防线 刚柔结合 综合治理 的原则 隧道二次衬砌混凝土灌注顺序为 : 底板混凝土灌注 拱墙混凝土灌注 暗挖隧道初期支护完成后, 及时对前期的监控量测资料进行技术分析, 当量测结果反馈信息具备条件 : 则

60 表明隧道初期支护变形已基本稳定, 方可进行二次衬砌 施工 (7) 施工监控量测及信息化施工 涉及周边建筑物沉降 管线沉降 暗挖隧道的拱顶沉降 水平收敛及衬砌的受力情况 为了分析了解地层 隧道支护衬砌结构的安全稳定性, 确保各类地下管线的安全正常使用, 了解现场监控量测结果是隧道施工和基坑施工中必不可少的重要环节 通过坑道施工过程中的变形进行监测, 及时反馈施工过程中支护体系及环境的受力状态以及变形数据 通过分析, 适时地进行加固 修改或确定支护衬砌设计参数 及时调整施工方法, 保证施工引起的变形在可控范围内, 确保浅埋暗挖段施工的顺利通过 总之, 公路隧道工程因开挖面较大, 很易发生变形及坍塌事故, 浅埋暗挖法施工要严格施工质量和施工工序, 才能保证施工安全与施工质量 3.4 北京地铁五号线蒲黄榆车站浅埋暗挖施工技术 一 引言 随着城市土地资源日益紧缺, 发展地下空间成为解决城 市交通问题的一种手段

61 目前在城市地铁车站施工中常用的施工方法有明挖法 暗挖法 盖挖法及盾构法, 各种施工方法各有优缺点, 通常情况下都会在施工之前根据实际情况加以确定 在城市中采用明挖大揭盖的方法, 严重干扰了地面交通 商业, 并破坏环境 浅埋暗挖法是一种在离地面很近的地下施行各种地下暗挖施工的方法, 它以加固和处理软弱的地层为前提, 并且通过足够刚性的复合式衬砌结构, 从而保证施工过程的安全以及控制地面的沉降 二 工程实例 1. 蒲黄榆车站概况 北京地铁五号线 2 合同段蒲黄榆车站, 是世界上首次采用大跨度单拱单柱双层岛式结构, 浅埋暗挖施工 蒲黄榆车站全长 168m, 为单拱单柱双层岛式暗挖车站 车站开挖宽度 22.6m, 高度 16.3m, 平均地面埋深 5m~6 m 地下管线较多, 地面建 ( 构 ) 筑物密布, 车流量人, 施工难度大 为确保施工安全, 采用 ø114 5mm 长大管棚作为超前支护, 管棚沿车站拱部环向布置, 间距为 0.3m,, 长度 146.6m, 共 103 根

62 2. 车站主体施工工序及技术措施 (1) 车站主要施工工序如下 : 开挖 初喷 挂网 安设格栅钢架及工字钢 复喷至设计厚度 基面处理 拆除临时支护 防水层铺设 钢筋安装 混凝土浇筑 为确保施工及周边环境的安全, 采用中洞法施工, 即先将大断而分成左 中 右三个洞室, 每个洞室的跨度约为 7.5 m, 再将三个洞室竖向从上至下分成四个小洞, 每个小洞的高度约 4 m, 共 12 块 (12 个小洞 ) 进行施工 各洞室的开挖前后错开形成台阶, 上下台阶纵向错开距离 8 m;

63 各分块开挖的格栅钢架及 I25a 工钢临时支护必须支撑牢固 ; 各洞室初支封闭成环 5m 后, 及时对初支背后反复注浆, 达到严控地表沉降及堵水的目的 (2) 车站主要施工步骤如下 : 第一步 :I 区小洞施工第二步 :II 区小洞施工第三步 :III 区小洞施工第四步 :IV 区小洞施工第五步 : 中洞内部分主体结构施工第六步 : 对称施工两侧 V 区小洞第七步 : 对称施工两侧 VI 区小洞第八步 : 对称施工两侧 VII 区小洞第九步 : 对称施工两侧 VIII 区小洞第十步 : 底部仰拱及部分侧墙施工第十一步 : 下部边墙施工第十二步 : 中板二衬施工第十三步 : 上部侧墙施工 3. 施工经验和总结 (1) 蒲黄榆车站中洞法开挖施工, 是国内城市地铁大跨度 单拱单柱暗挖车站施工中的一大突破, 其中车站中洞大

64 跨度开挖施工非常成功, 侧洞开挖出现异常沉降, 为类似地铁车站设计及施工积累了实践经验 (2) 开挖分区洞室受力形状制约初期支护结构及围岩变形 诸如车站 V 型仰拱对侧洞开挖异常沉降有直接影响 ; 开挖前应提前考虑分区不利受力形状洞室的特殊处理 (3) 贯彻浅埋暗挖施工 十八字 方针, 注重细部结构施工 (4) 城市暗挖地铁渗漏水对施工安全及沉降控制至关重要 (5) 超前思考, 制定风险应急预案 3. 施工经验和总结 蒲黄榆车站结构断而圆顺, 防水施工无硬角, 结构整体受力较好, 施工废弃量较少, 但施工时断而分块较人, 对沉降控制比较困难, 施工风险性较人, 只有在地质条件较好时才能采用 3.5 某地下通道工程暗挖施工技术 一 工程简况某地下通道工程设计主通道长 49.34m, 梯道总长 130.4m, 工程平面设一个主通道 四个梯道 主通道净宽 6 m, 净高 2.5m, 采用割圆拱型断面 ; 梯道净宽 3.6m, 净高 2.5m

65 采用箱形断面主通道纵坡为 3.82% 及 3.72%, 梯道坡度其中混行梯道坡度 1:4 人行梯道 1:2, 主通道最大覆土厚约 5.3m, 最小覆土厚约 4.3m, 通道中部设水泵房 南侧 2# 梯道平段设配电房 二 工程地质及水文地质状况根据地质钻探资料, 地层的野外特征自上而下描述 : 1. 人工填土层 : 层厚 2.1~4.5m 2. 埋藏植物层 : 由粘性土混少量植物根须组成, 层厚 0.5~0.6m 3. 第四纪冲积层 : (1) 淤泥质粉质粘土 : 场地分布南薄北厚, 层厚 1.1~4.4m; (2) 粉质粘土 : 分布于场地南侧, 层厚 1.4~1.5m; (3) 粗砂 : 该层在场址范围内均有分布, 层厚 4.8~8.3m 4. 第四纪残积层 : 本工程竖井及梯道通过 层, 主通道穿越地层为 3 层, 其中南口开挖为断面拱部为淤泥粘土层和粉质粘土层, 墙身和底板为粗砂层 ; 北口开挖断面内为粗砂层 工程所在地区地下水属孔隙潜水类型, 稍具承压, 主要赋存于第四纪冲积粗砂层中, 水量丰富, 由大气降水补给, 水位随季节变化, 测量其稳定水位深度 0~2.6m

66 三 工程技术难点 富水流动状淤泥 流砂地层固结堵水技术难度大 过去常用的是降水和大管棚注浆技术对周边环境影响较大, 因此必须开发一种新的注浆工艺技术来解决 隧道防排水施工技术难度大, 该地区地下水位高, 水量丰富且地层透水性强, 通道建成后将常年位于地下水位以下浸泡, 必须有可靠的防水措施 监控量测及信息化施工技术难度大 ; 该工程处在繁华市区, 施工方法步骤较多, 给监控量测造成很大困难 四 施工方法及技术措施 为确保主通道开挖面稳定和施工安全, 严格按照 预固结 管超前 严注浆 短开挖 强支护 早封闭 勤量测 的施工原则进行施工 施工过程中, 进行全过程现场量测监控手段, 合理安排施工工序 主通道施工以南侧为主攻, 北侧为辅攻方向同时进行暗挖施工, 开挖方法采用 CRD 工法

67 1. 竖井施工 竖井施工采用人工开挖, 环向型钢 + 喷混凝土护壁, 电动葫芦提升 开挖每循环进尺 0.5m, 遇淤泥层 流砂层时需及时注超细水泥 - 水玻璃双液浆加固, 稳定地层后再向下挖 2. 主通道施工 (1) 普通地段施工 其工艺流程为 : 施工准备 超前管棚 注浆加固 中洞各部开挖 防水层铺设 中洞底板 底梁 立柱 中洞中板 顶梁 中拱 超前管棚 注浆加固 边洞各部开挖 临时隔壁拆除 防水层铺设 边洞底板 边墙 中板 边拱 二次衬砌背后注浆 (2) 周边超前小导管超前支护施工 超前小导管沿隧道周边开挖外轮廓线上设置, 纵向搭接不小于 1.5m, 外插角不大于 6º, 方向与通道方向平行 施工采用风动凿岩机钻入, 专用顶头顶入 注浆浆液采用水泥 - 水玻璃双液浆, 注浆孔口压力控制在

68 0.2~0.5MPa, 使淤泥层形成劈裂挤压效果, 用定量注浆法 和压力控制法拉制注浆量 (3) 土方开挖 土方采用人工手持风镐开挖, 每循环进尺为 0.5m, 上部 开挖采用环形预留核心土开挖方法, 下部一次开挖成形 (4) 初期支护施工 a. 格棚钢拱架及临时仰拱施工 b. 挂网 喷射混凝土施工 c. 回填注浆 (5) 二次衬混凝土施工 a. 拆除临时支护 b. 钢筋混凝土施工 : 二衬混凝土采用 C30S8 泵送混凝土, 台车立模施工, 施工流程为 : 底板钢筋绑扎 底板组合钢模灌注混凝土 边墙及顶板钢筋绑扎 边墙及顶板模板台车灌注 3. 特殊地段开挖支护方法及技术措施 (1) 竖井与通道交叉口 ( 洞口 ) 及水泵房与通道交叉 口部位

69 为了确保交叉口地段受力结构在破除交叉口时, 达到应力重新分布转换效果, 在交叉口部位割断支撑前预先增设工字钢支撑, 进行支撑替换, 临时支撑在完全进洞后才拆除 (2) 过某干渠段开挖方法及技术措施 某干渠段位于主通道中部, 雨水渠断面为 4 1.7m, 为浆砌片石结构, 渠底基础距开挖拱顶为 0.2m, 为防止因常年使用后发生渗漏进入通道, 保证雨水渠不受任何破坏, 采用以下开挖方法及技术措施 a. 围堰截引排水措施 b. 全断面预注浆减压措施 c. 加强超前支护和初次支护 d. 工序调整措施 e. 加强施工监控量测, 加大量测频率, 以便及时调整开挖方法及支护参数 4. 过 DN1000 给水管段开挖方法及技术措施 DN1000 给水管原设计位于通道北侧竖井 7.855m 处 实 际现场测定为 10m 处, 其距开挖拱顶距为 1.0m 为确保 给水管安全, 施工时采取以下措施 :

70 (1) 置换混凝土承接管 施工挖槽后发现并非混凝土承接管而为钢管结构, 且管底测定标高为拱顶以上 1.0m, 因此该项工作未完全实施 (2) 提高全断面注浆质量, 超前支护效果及加强支护结构受力, 方法与过雨水渠相同 (3) 做好抢险准备及加强监控量测 5. 通道防水施工方法及其技术措施 根据该工程的水文地质 使用功能以及周边环境条件, 确保结构防水按照 以堵为主, 堵排结合, 多道防线, 层层设防, 刚柔结构, 综合防治 的方法 梯道采用外包防水层施工, 施工缝设置止水条止水, 伸缩缝设置橡胶止水带止水 6. 梯道施工 梯道施工除 2# 梯道 8.25m 暗挖外, 其余均为明挖 四个梯道均穿过淤泥层和含水砂层, 因此先进行超细水泥 水玻璃双液浆注浆固结, 再进行分层分段开挖

71 南侧梯道采用环向型钢 +φ8 钢筋网 +C20 喷混凝 土联合支护, 北侧梯道则采用竖向型钢 +φ8 钢筋 网 +C20 喷混凝土联合支护 7. 地下管线保护措施 (1) 给水 电信 电力 污水等重要的地下管线, 施工前根据资料现场调查落实, 并登报公告有关单位进一步联系核准, 必要时挖探确定其位置 (2) 根据管线的结构形式, 和管线单位一起定出管线的允许沉降指标, 并据此作为保护管线的依据 (3) 在管线的顶部地面及在有条件的管线内部设置观侧点, 随时监测管线的变化情况 8. 给排水工程 两台水泵出水管上均安装可曲挠橡胶软接 止回阀 闸阀, 通过 DN150 防水套管抽到室外雨水井中, 水泵的启停由安装在水池中的上中下三个浮球信号控制 : 当集水池水位到达中间水位时, 启动一台潜水泵 水池水位到达最高水位时, 两台泵同时启动 当水池水位降到最低点时, 水泵停止

72 第四讲盾构法隧道施工技术与工程实例 1 1 盾构法隧道基本原理盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进 这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前, 主要起防护开挖出的土体 保证作业人员和机械设备安全的作用, 这个钢质组件被简称为盾构 盾构的另一个作用是能够承受来自地层的压力, 防止地下水或流沙的入侵 2 盾构法隧道优点 地下暗挖施工不受地面交通 河道 航运 潮汐 季节 气候等条件的影响, 能较经济合理地保证隧道安全施工 盾构的推进 出土 衬砌拼装等可实行自动化 智能化和施工远程控制信息化, 掘进速度较快, 施工劳动强度较低 地面人文自然景观受到良好的保护, 周围环境不受盾构施工干扰 ; 在松软地层中开挖埋置深度较大的长距离 大直径隧道, 具有经济 技术 安全 军事等方面的优越性

73 3 盾构法隧道缺点 盾构机造价较昂贵, 隧道的衬砌 运输 拼装 机械安装等工艺较复杂 ; 在饱和含水的松软地层中施工, 地表沉陷风险较大 需要设备制造 气压设备供应 衬砌管片预制 衬砌结构防水及堵漏 施工测量 场地布置 盾构转移等施工技术的配合, 系统工程协调复杂 建造短于 750m 的隧道经济性差 ; 当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时, 施工难度较大 4 地铁隧道土压平衡盾构施工技术 一 土压平衡盾构施工技术简介 土压平衡式盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构, 这种盾构是在局部气压盾构和泥水加压盾构的基础上发展起来的 该种盾构的前端有一个全断面切削刀盘, 在盾构中心或下部由长筒形螺旋运输机的进土口, 其出口在密封舱外 其施工方法是保持开挖面的稳定, 在切削刀盘后面的密封腔内充满开挖下来的土砂, 并保持一定土压力 土压平衡式盾构自 1974 年在日本首次使用以来, 以其独特的优势已广泛应用于世界各地的隧道工程中 目前, 土压平衡式盾构在全国地铁 市政 能源等工程建设中得到了广

74 泛的应用 实践证明, 土压平衡式盾构因其能较好地控制地表沉降 保护环境 适应在市区和建筑密集处施工等优点, 在我国正走向普及 1 设备简介 土压平衡式盾构掘进机几乎适应于全部的软弱土层, 并能有效地保持开挖面的稳定和减少地面的沉降, 施工的安全性及可操作性高, 其总体性能在上海 广州 南京及深圳等地铁隧道建设中得到大量工程实践的证明 土压平衡式盾构主要由以下几部分组成 : 盾构壳体 刀盘及驱动系统 螺旋输送机 管片拼装机 推进系统 皮带输送机 人行闸 液压系统 电气控制系统 集中润滑系统 加泥系统 水冷却系统 盾尾密封系统 衬背注浆系统 车架 双梁吊运机构和单梁吊运机构

75 2 特点 施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施, 节省技术措施经费, 并对环境无污染 根据土压变化调整出土和盾构推进速度, 易达到工作面的稳定, 减少了地表变形 对掘进土量和排土量能形成自动控制管理, 机械自动化程度高 施工速度快 3 适用范围 土压平衡盾构掘进机一般不需要辅助技术措施, 本身具有改善土体的性能, 通过对各种土体的改良, 能适应多种环境和

76 地层的要求 可在砂砾 砂 粉砂 粘土等压密程度低 软 硬相间的地层以及砾层 砂层等地层中使用 土压平衡式盾构可分为两类 : 一类是在粘性土地层中将开挖下来的土体直接填充在切削腔内, 用螺旋输送机调整土压, 使土舱内土体与开挖面水土压平衡 ; 另一类是在砂性土地层中向开挖下来的土砂中加入适量的水或泥浆 添加剂等, 通过搅拌以匀质 具有流动性的土体填充土舱和螺旋机, 达到工作面的稳定 4 工作原理 土压平衡式盾构掘进机是利用安装在盾构最前面的全断 面切削刀盘, 将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封 舱内, 并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡, 以减 少盾构推进对地层土体的扰动, 从而控制地表沉降, 在出土 时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续地将土渣 排出 螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量, 出土量要密切 配合刀盘切削速度, 以保持密封舱内始终充满泥土而又不致 于过于饱满 这种盾构避免了局部气压盾构的主要缺点, 也 省略了泥水加压盾构投资较大的控制系统 泥水输送系统和 泥水处理等设备 二 工程简介 杭州市地铁 1 号线 号盾构区间工程包括 ( 九堡东站 ~ 下沙西站 ) 区间单圆盾构隧道 区间风井以及联络通道 泵

77 站等附属结构 ;( 下沙东站 ~ 文泽路站 ) 区间单圆盾构隧道 联络通道 泵站等附属结构 号盾构机在下沙西站西端头下井组装并始发掘进, 掘进至九堡东站东端头, 盾构机解体 吊出后运至下沙东站, 在下沙东站东端头二次下井组装并始发掘进, 掘进至文泽路站西端头, 完成掘进, 解体吊出 盾构掘进示意图 : 九堡东站 ~ 下沙西站区间盾构始发井位于下沙西站西端头, 车站为明挖法车站, 为地下二层钢筋混凝土结构 ; 始发井西端基坑围护采用连续墙 ; 始发井侧墙 端墙厚度为 800mm, 底板厚度为 1000mm; 始发井中板 顶板均设置 11.4m 7.2m 的盾构机下井口, 用于盾构机和后配套台车的吊装下井组装 下沙东站 ~ 文泽路站区间盾构始发井位于下沙东站东端头, 车站为地下二层钢筋混凝土结构, 用明挖顺做法施工 始发井位于车站东端头, 围护结构采用直径 1000 钻孔灌注桩 ; 始发井端墙厚度为 750mm, 底板厚

78 度为 900mm; 始发井中板 顶板均设置 11.4m 7.2m 的盾构机下井口, 用于盾构机和后配套台车的吊装下井组装 盾构机概况 采用两台小松 TM634PMX 土压平衡盾构机先后始发掘进 该盾构机适宜在粘 质粉土 粉土 局部为粉砂 淤泥质粘土 粉砂 细砂等土层的掘进施工 ; 盾构机掘进最小曲率半径 250m, 最大坡度 30 ; 盾构机设备总重量约为 266.2T, 盾体长度为 8.680m, 包括后配套总 长 66.88m, 分为盾构机主机和后配套设备两大部分, 后配套设备分别安装在 6 节后续台车上 ; 盾构机盾尾间隙 30mm, 最大掘进速度 6cm/min, 最大推力 37730KN; 盾构机刀盘直径为 6.36m, 刀盘的结构为辐条面板型, 刀盘开口率为 40% 在刀盘上配置安装了 66 把先行刀及 12 把周边先行刀, 主切削刀配置 78 把, 周边刮刀 12 把 三 盾构始发准备工作 1 始发线型及参数 九堡东站 ~ 下沙西站区间盾构始发的线型是直线 : 盾构机始发洞门中心点坐标为左线 ( , ) 右线( , ); 下沙西站西端头盾构始发左 右线洞门中心点标高为 : m 下沙东站 ~ 文泽路站区间盾构始发的线型是直线 : 盾构机始发洞门中心点坐标为左线 ( , )

79 右线 ( , ); 下沙西站西端头盾构始 发左 右线洞门中心点标高为 : m 2 始发流程图 3 周边环境核查 监测 盾构始发前一个月对始发段隧道范围内的所有地下管线 地面建构筑物进行核查 ; 盾构始发前一个月取出监测点初始值, 在始发段前 100 米每隔 5 米布设监测点 4 施工场地布置 施工场地布置主要包括场地围蔽 消防通道及消防设备布置 施工临时供电系统 场地排水系统及污水防治 供水系统 生产办公 生活区布置等 5 始发端头土体加固

80 于盾构始发前的一个月之前, 在每个端头进行不少于三个点的钻芯取样, 点位主要选在洞门范围内进行钻芯, 测定其强度, 芯样的采集率应大于 90%, 其无侧限抗压强度达到 1.2Mpa 以上为合格 若不达到要求则立即采取补强措施, 保证盾构始发的安全 ; 由于下沙西站端头加固是在基坑开挖之前进行的, 基坑开挖后引起围护结构的变形, 易导致已加固土体与围护结构 围护结构和车站结构之间形成渗水通道, 对始发很不利, 故需要在始发前对始发端头采取注浆加固等措施以保证盾构始发安全 6 洞门凿除 用风钻钻 9 个观测孔, 每孔的流水不超过 30L/h( 通过观测流水不成线 ), 允许凿除洞门 洞门检测孔位图如图 : 洞门采用人工凿除, 凿除时按先上后下 先中间两侧的顺序进行 洞门凿除顺序见图 :

81 四 盾构始发掘进 初期掘进长度的确定本工程初期掘进长度设定为 100 米 100 米的长度考虑了下几个因素 : 盾构机和后方台车的长度 工作井井口处布置双线道岔的需要 管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构机的正常掘进 初期掘进模式的选择选择土压平衡模式推进 初期掘进的参数控制管理初期掘进为盾构施工中技术难度最大的环节之一, 不可操之过急, 要稳扎稳打 在初始掘进段内, 对盾构的推进速度 土仓压力 注浆压力作了相应的调整, 建议指标为 : 推进速度

82 20~30mm/min, 土仓压力 :0.06~0.18Mpa, 注浆压力 :0.15~ 0.3Mpa( 需以地层计算为主 ) 通过初始推进, 选定了六个施工管理的指标 :1 土仓压力 ;2 推进速度 ;3 总推力 ;4 排土量 ;5 刀盘转速和扭矩 ;6 注浆压力和注浆量 其中土仓压力是主要的管理指标 渣土运输为保证盾构始发段的出土, 在距离洞门 74.5m 处, 于下沙西站车站中板和顶板左右跨各设置两个临时出土口 渣土用运输列车将渣土运送到临时出土口, 龙门吊再吊出到碴坑, 并用自卸汽车外运出土 由于本地区所出渣土含水量较大, 故在渣坑东西两侧设置集水坑, 将渣土中的部分水份流入集水坑中, 渣土经晾置后再外运出土, 可减少对环境的污染 管片拼装 1) 管片选型以满足隧道线型为前提, 重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值, 确保有足够的盾尾间隙, 以防盾尾直接接触管片 2) 管片安装必须从隧道底部开始, 然后依次安装相邻块, 最后安装封顶块 安装第一块管片时, 用水平尺与上一环管片精确找平 3) 安装邻接块时, 为保证封顶块的安装净空, 安装第五块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离 ( 分别大于 F 块的宽度, 且误差小于 +10mm), 并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上

83 4) 封顶块安装前, 对止水条进行润滑处理, 安装时先径向插入 2/3, 调整位置后缓慢纵向顶推 5) 管片块安装到位后, 应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片, 其顶推力大于稳定管片所需力, 达到规定要求, 然后方可移开管片安装机 6) 管片安装完后要及时对管片连接螺栓进行二次紧固 负环管片 始发托架和反力架的拆除 1) 将反力架后座与车站结构分离, 采用切割反力架后撑的型钢, 并用千斤顶顶开后, 将反力架和车站结构分离 100mm 左右 2) 将反力架与负环分离约 100mm 左右 3) 用两条钢丝绳各绕首负环一圈, 在横向另加一条钢丝绳作保险绳, 整环吊出井口 4) 拆除其它负环各连接螺栓, 分别吊出井口 5) 分块拆除始发托架和反力架并调出井口 始发掘进工期控制九堡东站 ~ 下沙西站区间右线 100 米始发掘进, 根据车站进度情况, 初定于 2008 年 9 月 20 日,10 月 9 日完成, 工期为 20 个工作日, 左线于右线始发后一个月开始始发掘进 下沙东站 ~ 文泽路站区间左线始发掘进, 初定于 2009 年 12 月 17 日, 右线于左线始发后一个月开始始发掘进

84 五 质量控制措施 最初的管片安装必须做到以下几点 : 1) 按顺序及操作规范施工 ; 2) 拼装管片后及时进行同步注浆 ; 3) 加强管片真圆度的测量 测量办法有两种 :1 丈量弦长 间距控制法 ;2 通过测量盾尾间隙, 如各个方向的间隙基本一致, 则可说明管片的真圆度较好 4) 安装成环后, 在纵向螺栓拧紧前, 进行衬砌环椭圆度测量 当椭圆度测量, 当椭圆度大于 31mm 时, 及时做调整 同步注浆的注意事项 在开工前制定详细的注浆作业指导书, 并进行详细的浆材配比试验, 选定合适的注浆材料及浆液配比 根据本区间始发时防水的需要可将浆液的凝固时间适当缩短 制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序, 严格按要求实施注浆 检查 记录 分析, 及时做出 P( 注浆压力 ) -Q( 注浆量 )-t( 时间 ) 曲线, 分析注浆速度与掘进速度的关系, 评价注浆效果, 反馈指导下次注浆 六 安全控制措施 所有特殊工种必须持证上岗, 作业人员佩带好安全帽 安全带 工 作服 绝缘鞋 防护罩及各项安全防护用品

85 始发时, 在洞口内侧准备好砂袋 水泵 水管 方木 风炮等应急物资和工具 准备洞内 洞外的通讯联络工具和洞内的照明设备 增加地表沉降监测的频次, 并及时反馈监测结果指导施工 橡胶帘布外侧涂抹油脂, 避免刀盘刮破帘布而影响密封效果 在盾构始发后安装的几环管片, 一定要保证注浆饱满密实, 并且一定要及时拉紧, 防止引起管片下沉 错台和漏水 盾构密封刷要涂满密封油脂 盾构机始发在反力架和洞内正式管片之间安装 8 环负环管片在内 外侧采取钢丝拉结和钢管支撑和方木等加固措施, 以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位 洞门水平运输列车按照规范操作, 设专职人员指挥 管片拼装必须落实专人负责指挥, 盾构机司机必须按照指挥人员的指令操作, 严禁擅自转动拼装机, 以免发生伤亡事故 拼装管片时, 拼装工必须站在安全可靠的位置, 严禁将手脚放在环缝和千斤顶的顶部, 管片安装过程中, 举起的管片下严禁有人作业 盾构机掘进时, 严格执行盾构机安全操作规程, 不得在设备运转过程中检修设备 根据地层实际情况, 必要时采取带压换刀, 人员严格按照人员带压作业操作顺序进行操作 在始发掘进前应对端头是否有可燃性气体作进一步的检测取证 若存在可燃性气体, 则应在始发掘进时采取加强通风 禁止吸烟等措施来保证掘进的安全

86 第五讲盾构法隧道施工技术与工程实例 2 5 地铁隧道泥水平衡盾构施工技术 一 泥水盾构产生与发展 由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难, 1874 年,Greathead 开发了用流体支撑开挖面的盾构, 开挖出的土料以泥水流的方式排出 1896 年 Haag 在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利, 该盾构以液体支撑开挖面, 其开挖室是有压和密封的 1959 年 E.C.Gardner 成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为 3.35 m 的盾构 1960 年 Schneidereit 引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面, 而 H.Lorenz 的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面 1967 年第一台有切削刀盘并以水力出土 直径为 3.1m 的泥水盾构在日本开始使用 在德国, 第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由 Wayss & Freytag 开发并投入使用 二 泥水平衡盾构适用范围 泥水式盾构机的发展有三种历程, 即日本历程 英国历程和德国历程 到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系 日本的发展历程导致当今的泥水盾构, 德国的发展历程导致水力盾构

87 德国和日本体系的主要区别是, 德国式的在泥水舱中设置了气压舱, 便于人工正面控制泥水压力, 构造简单 ; 日本式的泥水密封舱中全是泥水, 要有一套自动控制泥水平衡的装置 1967 年三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支护的试验盾构, 直径为 3.10m 的样机取得经验后, 1970 年建造了第一台大型泥水盾构, 直径为 7.20m, 用于建设海峡下的 Keiyo 铁路线 自此以后, 日本的很多制造商生产了此型盾构 与欧洲相比, 泥水盾构在日本使用很多 在欧洲, 英国的 Markham, 法国的 NFM 及 FCB 公司等采用日本许可证, 也制造了泥水盾构 由于泥水平衡盾构具有在易发生流沙的地层中能稳定开挖面, 泥水传递速度快而且均匀, 开挖面平衡土压力的控制精度高, 对开挖面周边土体的干扰少, 地面沉降量控制精度高, 用泥浆管路可连续出渣, 施工进度快, 刀盘 刀具磨损小, 适合长距离施工等优点 因此, 泥水平衡盾构适用于含水率较高 软弱的淤泥质粘土层 松散的砂土层 沙砾层 卵石层和硬土的互层等地层 特别适用于地层含水量大的上方有水体的越江隧道和海底隧道, 以及超大直径盾构和对地面变形要求特别高的地区施工

88 三 泥水平衡盾构原理 泥水式盾构机施工时稳定开挖面的机理为 : 以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定, 同时, 控制开挖面变形和地基沉降 ; 在开挖面形成弱透水性泥膜, 保持泥水压力有效作用于开挖面 在开挖面, 随着加压后的泥水不断渗入土体, 泥水中的砂土颗粒填入土体孔隙中, 可形成渗透系数非常小的泥膜 ( 膨润土悬浮液支撑时形成一滤饼层 ) 而且, 由于泥膜形成后减小了开挖面的压力损失, 泥水压力可有效地作用于开挖面, 从而可防止开挖面的变形和崩塌, 并确保开挖面的稳定 因此, 在泥水式盾构机施工中, 控制泥水压力和控制泥水质量是两个重要的课题 为了保持开挖面稳定, 必须可靠而迅速地形成泥膜, 以使压力有效地作用于开挖面 为此, 泥水应具有以下特性 : (1) 泥水的密度 为保持开挖面的稳定, 即把开挖面的变形控制到最小限度, 泥水密度应比较高 从理论上讲, 泥水密度最好能达到开挖土体的密度 但是, 大密度的泥水会引起泥浆泵超负荷运转以及泥水处理困难 ; 而小密度的泥水虽可减轻泥浆泵的负荷, 但因泥粒渗走量增加, 泥膜形成慢, 对开挖面稳定不利 因此, 在选定泥水密度时, 必须充分考虑土体的地层结构, 在保证开挖面的稳定的同时也要考虑设备能力

89 (2) 含砂量 在强透水性土体中, 泥膜形成的快慢与掺入泥水中砂粒的最大粒径以及含砂量 ( 砂粒重 / 粘土颗粒重 ) 有密切的关系, 这是因为砂粒具有填堵土体孔隙的作用 为了充分发挥这一作用, 砂粒的粒径应比土体孔隙大而且含量适中 (3) 泥水的粘性 泥水必须具有适当的粘性, 以收到以下效果 : 1) 防止泥水中的粘土 砂粒在泥水室内的沉积, 保持开挖面稳定 ; 2) 提高粘性, 增大阻力防止逸泥 ; 3) 使开挖下来的弃土以流体输送, 经后处理设备滤除废渣, 将泥水分离 四 泥水平衡盾构施工技术 1. 泥水盾构的始发 ( 出洞 ) 泥水盾构始发的主要内容包含 : 封门 土体加固 临时支撑 洞门密封等, 也有采用辅助工法进行始发的 ( 冻结法 ) 泥水盾构始发方法多种多样, 有利用现有空间组装好后利用临时支撑始发的 ( 如地铁工程利用车站始发 ) 有利用竖井始发的 有开挖始发隧道始发的 ( 始发隧道有长有短 )

90 封门 1) 现浇钢筋混凝土封门 2) 钢板桩封门 3) 装配式封门 4) 其他 土体加固 洞口周围土体加固包括注浆加固 深层搅拌桩 旋喷桩等化学加固方法和井点降水疏干 冻结加固等物理加固方法 1) 土体加固原则 具体采用哪一种加固方法, 应根据实际情况作出选择, 在砂质土层不宜使用注浆加固 ; 埋深较深的进出洞口不宜用井点降水疏干等 2) 土体加固厚度 砂性土体中盾构出洞加固范围为盾构机长度加上 3 环管片的长度 ; 临时支撑 临时支撑是盾构始发是盾构法施工的根本, 是重要工序 要有足够的稳定性, 确保盾构始发时推力均匀地传递到各支撑上 临时支撑包括基座 导轨 支撑等 还有些泥水盾构利用钢管片 安装负环管片始发 洞门密封 为了防止盾构始发时泥水 地下水从盾壳和洞门的间隙处流失, 以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失, 在盾构始发时需安装洞门

91 临时密封装置, 临时密封装置由帘布橡胶 扇形压板 垫片和螺栓等组成 密封装置安装前对帘布橡胶的整体性 硬度 老化程度等进行检查, 对圆环板的成圆螺栓孔位等进行检查, 并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好 盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果 2. 泥水盾构正常掘进 在泥水平衡模式下掘进时, 操作人员必须时刻注意各种掘进参数的变化并迅速分析 判断并对变化的参数进行合理的调整 一般来说, 掘进时应对以下项目进行控制和测量 : 盾构机切削刀盘与掌子面压力的控制和测量 切削刀盘的扭矩 ( 驱动压力 ) 的控制和测量 盾构机开控舱泥水压力的控制和测量 盾构机顶部泥水压力的测量 同步注浆及注脂的控制 盾构机推进压力的控制和测量 进排浆系统压力及流量的控制和测量 掘进方向的控制和测量 3. 掘进参数的控制 推进速度排碴量同步注浆和补强注浆盾构姿态控制及方向调整泥水处理及质量控制

92 4. 泥浆制备 作泥量需考虑以下因素 混入泥水中的粉砂 粘土使泥水成分增加 ( 砂质土几乎全部, 硬质粘土有 10~15% 左右的细粒混入 ); 在作业面的损失量 ; 泥水处理时的损失量 ; 在加长配管时的损失量等 ; 从配管 泵向洞内泄漏的损失量等 作泥设备泥水的比重和粘度是泥水主要控制指标 在充分把握开挖前后泥水成分的增减和查明对于不同地质的泥水损失量及泵的规格的基础上, 设置能应付预想的泥水性能变化的设备容量为 作泥设备主要包含剩余泥水槽 粘土溶解槽 清水槽 调整槽 CMC( 增粘剂 ) 贮备槽 搅拌装置等 泥水制作流程调整槽内泥水不足时, 粘土或膨润土被送入粘土溶解槽, 经过搅拌装置充分搅拌后, 送入调整槽 ; 剩余泥水槽内的粘稠泥浆与来自清水槽的水混合, 经过搅拌后, 送入调整槽

93 泥水粘度不足时, 向泥水中添加 CMC( 增黏剂 ) 增加泥 水粘度 调整槽内的泥水经搅拌后由送泥泵送入送泥管道 5 泥水盾构到达 ( 进洞 ) 管理 盾构到达是盾构推进施工的最后一道工序, 也是关系工程成败的关键工序之一 盾构到达施工要保证隧道贯通 防止靠近洞口若干环管片纵向移位 防止基座出现姿态突变而影响成环管片变位等, 还需要在洞门封门拆除 洞门缝隙处理等方面采取相依的技术措施 施工工艺和方法, 确保盾构顺利到达 (1) 到达前姿态控制 在盾构离洞口 米处, 作最后一次传递测量, 从而复核盾构的位置是否在到达要求的范围之内 从三个方面控制盾构姿态 : 盾构轴线与隧道轴线夹角控制 ; 盾构切口中心高程偏离值宁正勿负 ; 盾构切口中心平面偏离值控制在允许范围内 (2) 管片拉紧 每环管片拼装后及时拧紧 复紧 对前若干环管片全部连接在一起, 采取纵向拉杆或其它材料 (3) 洞门封门

94 如为钢板封门, 应在盾构距离 20-30cm 时停止掘进, 拆除封门后, 盾构快速掘进进入接收基座上, 并立即进行洞口缝隙密封处理 如为钢筋混凝土封门, 须在盾构到达前进行拆除 (4) 接收导轨安装 根据测量出的盾构进洞姿态作为接收基座安装的依据, 使盾构进洞后产生的姿态突变尽量小, 并尽量较少对管片变位的影响 (5) 土体加固 地质情况较差时的土体加固方法与始发施工类似 五 工艺设计和控制要求 1. 技术要求 (1) 盾构在厂内制造完工后, 必须进行整机调试, 检查核实盾构设备的供油系统 液压系统和电气系统的状况, 调试机械运转状态和控制系统的性能, 确保盾构出厂就具备良好的性能, 防止设备上的先天不足给工程带来不必要的困难 (2) 盾构掘进施工对上部所需的覆土层的厚度要求 (3) 平行双洞应有足够的线间距, 洞与洞及洞与其它建 ( 构 ) 筑物之间所夹土 ( 岩 ) 体加固处理的最小厚度为水平方向 1.0m, 竖直方向 1.5m

95 (4) 两条隧道平行或立体交叉施工时, 应根据地质条件 土压平衡盾构的特点 隧道埋深和间距, 以及对地表变形的控制要求等因素, 合理确定两条盾构推进前后错开的距离 (5) 泥水平衡盾构掘进时, 工作面压力应通过试推进 50~100m 后确定, 在推进中应及时调整并保持稳定 (6) 盾构掘进中遇有下列情况之一时, 应停止掘进, 分析原因并采取措施 :1) 盾构前方发生坍塌或遇有障碍 ;2) 盾构自转角过大 ; 3) 盾构位置偏离过大 ;4) 盾构推力较预计的增大 ;5) 可能发生危及管片的防水 运输及注浆遇有故障等 2. 材料质量要求 (1) 工程所使用的各种原材料 半成品或成品都必须符合国家现行有关标准和设计要求, 特别是防水材料在使用前必须按规定抽查检测 (2) 泥水要具有物理稳定性好, 化学稳定性好, 泥水的粒度级配 相对密度与粘度适当, 流动性好, 成膜性好 (3) 泥水的最佳特性参数是 : 可渗比 n=14~16 相对密度为 1.2 漏斗粘度为 25~30s 界面高度 <3mm(24h 静置后 ),ph 浓度 7~10

96 3. 职业健康安全要求 (1) 盾构工作竖井地面设防雨棚, 井口周围应设防淹墙和安全栏杆 (2) 更换刀具的人员必须系安全带, 刀具的吊装和定位必须使用吊装工具 在更换滚刀时要使用抓紧钳和吊装工具 所有用于吊装刀具的吊具和工具都必须经过严格检查, 以确保人员和设备的安全 (3) 隧道施工时应进行机械通风, 保证每人每分钟需供应新鲜空气 3m3; 最小风速不小于 0.15 m/s 隧道内气温不得高于 28 ; 隧道内噪声不得大于 90dB (4) 带压作业人员必须身体健康, 并经过带压作业的专业培训, 制定并执行带压工作程序 4. 环境要求 (1) 针对盾构施工在特定的地质条件和作业条件下可能遇到的风险, 在施工前必须仔细研究并切实采取防止意外的技术措施 (2) 应特别注意防止瓦斯爆炸 火灾 缺氧 有害气体中毒和涌水情况等, 预先制定和落实发生紧急情况时的对策和措施

97 六 质量标准与成品保护 盾构掘进水平与垂直方向控制标准 1) 水平方向控制标准 :±50mm 2) 垂直方向控制标准 :±50mm 成品保护 1 盾构推进后, 应及时对衬砌背后实施注浆, 尽可能减少地层损失 2 盾构顶推时, 应防止千斤顶对刚拼装完毕的管片造成损伤 七 安全环保措施安全措施 ⑴ 采用专门仪器 仪表测量可燃性气体 有害气体和氧含量并作好记录 ⑵ 必须选择合适的通风设备 通风方式 通风风量, 做好隧道通风, 将可燃性气体和有害气体控制在容许值以内

98 ⑶ 对存在燃烧和缺氧危险时, 应禁止明火火源, 防止火灾 ⑷ 当发生可燃气体和有害气体浓度超过容许值时, 应立即撤出作业人员, 加强通风 排气 ⑸ 盾构需停止施工较长时间时, 应按相关规定做好各项安全防护工作 环保措施 ⑴ 废弃泥水的排放应经三次处理, 符合循环再利用标准及废弃物排放标准 ⑵ 盾构穿越重要建筑物下部时, 应严格按监测计划实施监测, 并及时进行信息反馈, 确保建筑物的安全 ⑶ 施工现场产生的排水, 应先经过沉砂池 沉淀池除去悬浮物质, 对酸性 碱性溶液进行中和后才能排放至公共下水道 八 工程实例 1 工程简介 上海世博会重大配套工程打浦路隧道复线工程全长约 2970m. 其中江中段北起浦西工作井, 南至浦东工作井, 全长约 1462m, 为圆形隧道区间, 采用我国拥有完全自主知识产权的首台国产权 Ф11.22m 泥水平衡盾构施工 隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片, 错缝拼装 每环管片由封顶块 1 块 (F 块 ) 邻接块 2 块 (L1 块 L2 块 ) 标准块 5 块 (Bl B2 B3 B4 B5 块 ) 共 8 块管片构成 管片外径 1l000mm,

99 内径 10400mm, 厚度为 480mm 管片环宽分为 1.5m 和 0.75m 两种, 其中,1.5m 环宽的管片的形式主要有直线环 左曲环 右曲环, 0.75m 环宽的管片均为直线环, 主要用于 R=380m 超小半径段 2 地质条件 根据相关地质资料, 隧道复线圆隧道在浦东陆地段穿越的土层从上到下依次为 : 灰色淤泥质黏土 灰色黏土 灰色砂质粉土和灰色粉质黏土夹粉砂 ; 江中段从上到下依次穿越的土层为 : 灰色黏土 灰色粉质黏土夹粉砂和灰色粉质黏土 ; 浦西段从上到下依次穿越的土层 : 灰色淤泥质黏土 灰色粘土和灰色粉质黏土夹粉砂土 3 工程难点 (1) 长距离邻近既有隧道推进施工 (2) 长距离下穿污水南干线 (3) 长距离尺 =380m 超小半径平曲段施工 4 盾构机设计要求 1) 切口水压的精确控制. 要求压力波动能控制在 ±0.02MPa 之间 2) 具备单液砂浆的压注能力 同步注浆点必须设置成多点注浆, 点位需分布合理, 并能实时监控注浆压力和注浆量 3) 泥水处理系统能对泥浆指标进行精确控制, 并能根据工程需要添加特制新浆 4) 稳定可靠的操作系统和精确的数据采集系统 5) 可靠的盾尾密封系统 6) 推进能力必须满足 R=380m 超小半径平曲段盾构转弯要求 7) 拼装机具备能对 1.5m 和 0.75m 2 种环宽管片的拼装能力 8) 具备较强的盾构纠偏能力 9) 具备精确的推进自动导向能力

100 5 工程施工技术措施 主要针对以下几个方面进行 : (1) 长距离邻近老隧道推进 合理利用 8 个注浆点进行同步注浆, 根据需要任意选取其中的点位迸行同步压注, 并实时监控注浆压力和江浆量 ; 施工中泥水比重控制 1.25~l.28, 泥水黏度保持在 对备用车道接缝预先加固 ( 外贴抗高压止水带 在接缝处浇注钢筋混凝土粱以提高抗差异沉降能力等 ). 对老隧道的沉降和水平位移进行跟踪监测 通过采取上述措施. 顺利完成了长距离邻近老隧道推进施工 盾构穿越过后的老隧道的水平位移最大为 1.8mm 沉降最大 4.3mm, 矩形管节差异沉降量为 0.2mm 老隧道的沉降及变形控制均控制在规定要求范围内 穿越期间备用车道管节之间的差异沉降控制在 1.5mm 以内, 最大沉降控制在 +1.32mm (2) 长距离穿越污水南干线 通过采取盾构施 T 参数的严格控制 ( 切口压力波动控制 0.008MPa 以内 盾构机推进纠偏幅度控制在 0.2% 以内 ) 污水南干线沉降监测 请排水公司配合减小污水管内水位波动等有效措施 盾构成功完成了对污水南干线的穿越. 在施工过程中并没有对南干线的污水运营造成任何影响 (3) R=380m 超小半径段推进

101 1) 通过 1.5m 和 0.75m 2 种环宽管片的组合排片, 有效降低盾尾卡壳的风险 2) 拼装时管片路成为竖鸭蛋形状, 有效降低管片与盾尾相碰的风险 3) 自动测量系统每 30 s 完成一次盾构姿态的测量. 盾构司机可以随时了解即时的盾构姿态信息 做出相应的纠偏措施 保证盾构能够完全按照轴线要求进行掘进施工 4) 盾构的推进系统设置 6 个区, 每个区的工作压力可分别调节. 而且可以实施对选定千斤顶的停用 保证盾构机能够自由的大幅度纠偏 5) 将真空吸盘式拼装机调换为插销式拼装机, 以满足 2 种不同环宽管片的拼装 通过采取上述措施, 盾构机在小半径曲线段旎工能够按照正常段的控制标准进行施工 轴线偏差控制在 ±50mm 以内. 管片无碎裂, 无渗水等现象发生 (4) 正常段施工 通过对盾构机各设备的熟练操控 施工参数的严格控制 以及相关监测的实时开展 自 2008 年 12 月底盾构出洞以来, 先后顺利完成了盾构出洞 穿越防汛墙 黄浦江底推进 穿越浦两环卫大楼等重要建 ( 构 ) 筑物施工, 现已完成进洞施工 盾构施工期间, 月最大推进量达到 200 环, 日最大推进量达到 10 环, 正常情况下也能保证 6~8 环,d 的平均施工进度 隧道施工质量较好, 无碎裂, 无渗水,

102 隧道轴线控制在 ±50mm 以内, 椭圆度控制在 ±5 以内, 正常段的地面沉降也控制在 -30mm~+10mm 打浦路复线隧道是首台国产大型泥水平衡盾构的首个应用工程 根据工程特点, 盾构机进行了针对性设计, 并通过在推进过程中对各技术措施和施工参数的严格控制 成功克服了长距离邻近老隧道推进 长距离下穿污水南干线以及 R=380 超小半径平曲段施工等重大施工难点, 隧道施工质量良好 首台国产大型泥水平衡盾构 进越号 的首次工程成功应用, 体现了首台国产彩 11.22m 大型泥水平衡盾构的优越性能. 凸显了其卓越的技术优势, 为我国大型盾构机的国产化作出了巨大贡献 第六讲 例 水底沉管隧道施工技术与工程实 6.1 沉管隧道施工技术简介 把预制好的钢管或混凝土管段, 一段段浮运并沉放在水中事先开挖 好的沟槽中, 在水中拼装连成一体, 形成沉管隧道

103 1. 沉管隧道类型 二 沉管隧道优点 容易保证隧道施工质量 管段为预制 工程造价较低 在隧道现场的施工期短 操作条件好 施工安全 断面形状 大小可自由选择, 断面空间可充分利用 容易与周边道路和立交相连接 三 沉管隧道的适用条件 水道河床稳定 -- 便于顺利开挖沟槽, 减少土方量 水流不能过急 -- 便于管段浮运 定位和沉放 四 典型沉管隧道布置

104 五 沉管隧道施工步骤 沉管隧道施工大致包括以下八个步骤 : 第一步 : 干坞开挖 ( 用于制作预制管段 ) 第二步 : 预制管段制作 第三步 : 干坞进水, 打开坞门 第四步 : 沉放基槽开挖及清淤 第五步 : 将预制管段浮运至基槽指定位置 第六步 : 管段沉放及接头安装 第七步 : 基础处理 第八步 : 基槽回填覆盖

105 6.2 上海外环越江沉管隧道工程施工技术 一 工程概况 1. 工程规模越江沉管工程是外环线北环中连接浦东 浦西的一个重要节点, 是外环线的咽喉工程 工程为双向八车道公路沉管隧道 越江地点江面宽度为 780 m, 工程全长 m 江中线路设 1 个变坡点, 竖曲线半径为 3000m 隧道平面采用半径为 1200m 的曲线从深潭中心下游穿越过江, 同时在河床断面深潭处将隧道顶抬高出河床底 3.61m 管段横断面管段断面宽 43 m 高 9.55m( 风机壁龛处高为 10.15m), 为 3 孔 2 管廊 8 车道形式, 结构底板厚 1.5m, 顶板厚 1.45m, 外侧墙厚 1m, 内隔墙厚 0.55m

106 2. 工程地质和水文条件 工程浦西段主要地层为 : 1 1 填土 2 1 褐黄色粉质粘土 2 2 灰黄色粉质粘土 3 2 灰色砂质粉土 3 3 灰色淤泥质粉质粘土 4 灰色淤泥质粘土 5 灰色粘土 6 2 草黄色粉质粘土 7 1 灰色砂质粉土 ; 其中, 3 2 层易产生流砂 ; 4 层含水量高 孔隙比大 强度低 江中段主要土层为 : 灰色粉砂 6 草黄色粉质粘土 7 1 灰色砂质粉土 ; 除 4 灰色淤泥质粘土 5 1 灰色黏土层含水量高 孔隙比大 强度低外, 其余土层为低含水量 孔隙比小, 强度高 浦东段主要土层为 : 1 2 淤泥 2 3 灰色砂质粉土 3 1 灰色淤泥质粉质粘土 灰色砂质粉土 灰色粉砂 ; 其中, 层渗透性大, 极易产生流砂现象 场区为多层孔隙含水层结构 场地浅部地下水位受黄浦江水位变化控制, 含水介质为砂质粉土及粉细砂, 水平向渗透性较大, 竖向渗透性小 浦西 7 层为区域承压含水层, 实测承压水位标高 -6.35m; 浦东段 5 2 层实测承压水位标高 -4.90m 二 干坞施工 干坞是沉管管段的预制场地, 在规模 地址 技术条件及经 济性上需满足沉管管段的制作以及总体工程的要求 该工程

107 在隧道轴线两侧建造两个可同时制作工程所需的所有 (7 节 ) 管段的干坞 干坞基坑的边坡稳定 (1) 干坞加固 : 为提高干坞边坡的稳定性, 达到基坑隔水的目的, 在干坞东 南 北三侧坡顶处设置 2 排 Φ<700mm 深层搅拌桩, 西侧临江处设 4 排搅拌桩 (2) 干坞开挖及边坡处理 : 根据分析计算结果干坞分四级放坡, 综合坡度为 1B3.5( 迎江侧综合边坡为 1B4), 中设 3 级 1.5m 宽平台 边坡采用混凝土护坡方式, 并设置纵横向钢筋混凝土梗格, 边坡坡面每级平台上设横向截水沟, 与顺坡向排水沟构成坡面排水系统, 确保边坡的安全 (3) 井点降水 : 由于干坞基坑开挖面积大, 深度大, 且又处透水地层中, 所以除在周边设置隔水帷幕外, 还在边坡和坞底设置降水井点, 以保证开挖和使用期间的工程安全 (4) 坡脚处理 : 边坡坡脚处采用浆砌块石结构, 由人工分段开挖砌筑 为避免坡脚处开挖过深, 将坞底周边的排水沟设于距坡脚 3.0 m 处, 施工时分段从坡脚处按 12% 的坡度放坡开挖, 并立模浇筑排水边沟 (5) 施工跟踪监测 : 干坞施工过程中加强对干坞地表和各平台处的沉降和位移的监测, 并建立 BP 神经网络模型对干坞边坡变形进行分析预测, 判断基坑的稳定性 干坞坞底处理

108 (1) 坞底处理方法 : 为了避免管段制作因干坞地基变形产生裂缝, 干坞施工时对干坞的坞底基础作了换填处理, 换填厚度为 1.0 m 由于坞底基础不但要满足承载变形要求, 而且要能消除管段起浮时的吸附力, 因此管段下换填基础的上层为 42cm 的碎石起浮层 管段下基底剖面 道路下基底剖面

109 (2) 坞底换填基础施工 : 坞底基础换填施工分区分块进行, 坞底最后 30cm 土体采用人工修挖 ; 块石抛填后采用压路机充分碾压, 以达到相当密实度 ; 盲沟管排设保持畅通, 以确保基底地下水及时排除 ; 上部 42cm 厚起浮层选用颗粒级配均匀的材料, 以保证起浮效果 (3) 坞底排水 : 坞底排水系统分为地下排水系统和坞底明排水系统 地下排水系统采用 ф100 PVC 打孔排水管, 双向坡度为 3, 并与纵向排水明沟相接, 将坞底地下水收集后排入排水明沟, 最后流入集水井里 坞底明排水系统由顺管段方向的明沟和周边边沟以及设于干坞转角处的集水井组成 三 管段制作

110 江中段的混凝土管段采用自防水结构, 管段制作时的裂缝控制和干舷控制是管段制作的关键 管段混凝土结构裂缝控制 (1) 混凝土的配合比的设计中应用了掺加粉煤灰和外加剂的双掺技术, 以减少水泥用量, 降低水化热, 提高混凝土工作性和抗渗性, 并可补偿收缩, 从而最终达到减少裂缝产生 提高混凝土抗裂和抗渗性的目的 (2) 管段施工流程 : 根据地基沉降分析结果, 管段制作采用由中间向两端推进的分节浇筑流程, 以减少管段因温度应力及纵向差异沉降而产生的裂缝 (3) 支模体系优化 : 为了减少混凝土结构的渗水路径, 在模板设计中取消了外侧墙模板的对拉螺栓, 而改为采用具有大刚度的侧墙靠模系统, 且模板采用具有低热传导的竹夹板 (4) 混凝土冷却措施 : 采用的混凝土的绝热温升较高, 裂缝比较容易产生, 所以必须采取冷却措施 根据理论计算, 底板和顶板的温度应力远小于同期混凝土的抗拉强度, 所以冷却管的布置范围仅为外侧墙内 经实测数据分析, 采用冷却措施后, 混凝土温度应力可降低 50% 以上

111 冷却管布置冷却管双排布置, 排间距为 500 mm 底层冷却管 布置在底板与侧墙的施工缝以上 200mm 处, 共布置 2 列 20 根冷却管 (5) 混凝土浇捣及养护 : 管段混凝土采用泵送 外侧墙与顶板一次浇捣完成, 以减少施工缝的形成 管段养护时, 底板和顶板采用蓄水养护 ; 中隔墙采用喷水保湿养护 ; 外侧墙外侧采用带模和覆盖的保温保湿养护方法, 内侧则采用悬挂帆布封闭两端孔口后保湿养护的办法 (6) 后浇带施工 : 后浇带是为控制混凝土收缩和地基差异沉降引起的裂缝而设, 其必须在相邻管节的混凝土达到设计强度 相邻管节的沉降基本稳定 外侧模板拆除后进行施工, 一般控制后浇带施

112 工和管节施工的间隔时间不少于 40 天 后浇带施工同样分 3 次制作 管段干舷控制 (1) 支模工艺 : 制作管段的底模采用 1.8cm 厚的九夹板, 铺筑在经碾压密实的碎石起浮层上 管段顶板模板采用九夹板, 支架采用可移动支架形式, 支模的刚度均需保证在 52 kn m- 2 垂直施工荷载作用下变形小于 3mm 的要求 侧墙支模系统采用 2.4m 1.2m 的钢框竹夹板, 除模板需达到保温 保湿和平整度要求外, 整个系统还需在 70kN m- 2 的侧向施工荷载作用下变形不大于 3mm 管段干舷控制的关键是保证管段制作的尺寸精度 管段混凝土的重度和均匀性 (2) 混凝土重度控制 : 混凝土生产中除对原材料的采购进行管理外, 还必须对计量系统经常校准, 保证每班 每次混凝土的称量精度 此外, 混凝土的浇筑严格按规范分层浇捣密实, 每次混凝土浇捣完成后需将方量 试块重度等仔细统计并汇总, 实行材料总量控制, 以提供管段干舷计算分析 四 基槽浚挖和清淤 基槽浚挖

113 (1) 高精度定位定深监控系统 : 解决挖泥精度问题的关键是定位 双 GPS - RTK 定位定深系统可对船舶进行三维精确定位, 其平面定位精度为 2~3 cm, 高程精度 4~6 cm 系统能以平面和剖面的图形数据形式将泥斗位置和深度显示在监控屏幕上指导操作者挖泥 (2) 浚挖工艺 : 基槽浚挖分普挖与精挖两步进行 普挖为基槽底面以上 3m 至河床顶面的部分, 剩余部分为精挖 挖泥采用由定位定深监控系统控制的 8m 3 抓斗挖泥船施工 基槽浚挖时江中采用逆流施工 ; 两岸浅滩处则采取顶滩展布作业 施工时分条分层作业, 每条宽 16m, 每层挖深 3m 基槽清淤采用由 1000~1600 m 3 /h 的绞吸船和抛锚船联合组船的方案, 利用抛锚船的移位控制绞吸船的船位和清淤点的进点, 清淤点的平面位置采用高精度的 DGPS 仪器控制 清淤采用定点 分层施工 施工过程中采用回声测深仪检测, 吸完一遍检测一次, 往复清淤多遍, 直至要求的水样比重和水深度 清淤吸出的泥浆由水上排泥浮管输送到基槽下游 200m 的江中水面下排放 五 管段浮运与沉放 管段浮运沉放的技术关键是管段水平和垂直控制的方法, 以 及管段水下沉放对接的姿态监控和管段沉放后的稳定 1 管段水平控制系统

114 管段出坞采用坞内绞车和拖轮结合的方法, 过江浮运采用 4 艘 3400 匹全回转拖轮拖带管段的方法, 另用 2 艘拖轮辅助克服管段在江中浮运受到的水流阻力 管段沉放采用双三角锚的锚缆系统, 该系统最大的特点是对航道的影响小, 理论上仅为管段的长度 2. 管段垂直控制系统 管段沉放采用双浮箱吊沉法 钢浮箱按 1% 的管段负浮力设计, 管内水箱的储水量按 1.04 的管段抗浮安全系数设计, 可为管段在沉放的各个阶段提供相应的负浮力 管段支承采用四点支承方式, 前端搁置在 2 个鼻托上, 后端两个垂直千斤顶搁置于临时支承上, 临时支承采用钢管桩 3. 管段浮运 沉放作业 (1) 作业计划 : 管段过江浮运和沉放一般选定在每月中潮差最小 流速最缓的一天中进行 (2) 管段浮运 : 管段坞内抽水起浮后即由坞内绞车和拖轮配合将管段移至位于坞口出坞航道处的系泊位置, 管段浮运当天, 逐步解除系泊缆绳, 并由 4 条拖轮带缆趁上午高平潮时间将管段沿临时航道浮运至隧道轴线处, 再沿隧道轴线浮运至江中沉放位置, 然后连接沉放定位缆绳, 解除浮运拖缆, 拆除保护措施, 安装拉合千斤顶, 管段沉放准备就绪 (3) 管段沉放 : 管段浮运至距已沉管段 10m 位置处, 即停顿调整系缆布置, 进入沉放状态 下沉开始时, 先按沉放设计坡度调整管段姿态,

115 然后以 3m 为一下沉幅度, 不断测量和调整管段姿态 最后通过水平定位系统和临时千斤顶对管段的平面位置和纵坡进行调整, 准备拉合对接 (4) 管段拉合 对接 : 待沉管段调整到设计的姿态后, 即从岸上绞拉滑轮组拉合管段, 然后再打开封门上的 ф100 进气阀和 ф150 排水阀排除隔腔内水进行水力压接 4. 管段浮运 沉放三维姿态测量 管段浮运 沉放采用坐标测量方法 整个测量系统具有人工对准 自动采集 数据通信 ( 有线或无线 ) 传输 计算机处理并实时显示管段三维姿态的功能, 可满足管段沉放定位精度的要求 ; 系统的数据采集频率可达 5 秒一组, 满足了管段沉放的定位操作要求 5. 管段沉放后稳定 沉放完成后需在管段外侧齐腰部进行锁定回填, 以确保管段的稳定 回填施工采用网兜法, 施工抛石分段 分层 对称进行, 由距自由端 30m 处向压接端抛填, 剩余部分待下节管段沉放后完成, 以防抛石滚落到下节管段基槽影响沉放 为提高定位精度, 将定位定深系统应用于锁定抛石 6. 管段沉放时的航道管理 由于管段需过江浮运才能到达沉放位置, 所以管段浮运期间须实行 3 小时封航 ; 而管段沉放作业时可保持航道通行, 但需限速 3 节

116 六 管段基础施工 管段基础施工的关键是管底灌砂基础的密实 管段沉放到位后, 须对管底约 50cm 的空隙进行灌砂 为了提高管段结构的水密性, 底板下的灌砂孔通过隔墙从顶板引出, 灌砂施工由潜水员将灌砂管接入设于顶板上的灌砂口, 然后从停泊于江面上的灌砂船将砂压入管底 为防止灌砂基础的震动液化, 灌砂料中掺入了 5% 的水泥熟料 每节管段横向每排布置 4 个灌砂孔, 孔间距为 10.25~11m, 排间距为 10m 灌砂按由压接端向自由端, 每排先中孔后边孔的顺序施工, 但每节管段都将最后一排孔留至下节管段沉放后灌注 灌砂过程中, 对灌砂量 灌砂压力进行监测, 并采取潜水员水下探摸和管内测量等手段了解砂积盘的形成和管段抬升情况 七 沉管连接 1. 管段间接头管段间采用柔性接头形式 其中 GINA 橡胶止水带和 OMEGA 橡胶止水带构成管段接头的两道防水屏障, 同时接头处还设置了水平和垂直剪切键 2. 最终接头施工最终接头为位于 E6 和 E5 之间的水下接头, 最终接头采用防水板方式施工 为了保证顶板混凝土的浇筑质量, 采用了免振混凝土的施工工艺 最终接头结构构筑完成后, 再次拉紧接头拉索, 使 E6

117 管段与 E5 管段之间形成柔性联接 3. 管段与浦西 浦东岸边隧道的连接 与江中沉管段水力压接连接的岸边隧道结构部分称为沉管隧道的连接结构 ( 井 ) 由于外环隧道江中管段的最终接头设于江中, 所以浦西和浦东侧的岸边隧道都设有连接结构, 连接结构的端面设计成管段端面形式, 宽度为 43m, 沉管管段搁置在连接结构的底板上, 并与其水力压接连接 连接结构是岸边隧道暗埋结构的一部分, 所以连接结构的施工随岸边暗埋隧道一同完成 开挖施工时两侧采用钢板接头地下墙作为围护结构, 端部采用钢管桩墙作为围护结构 连接结构施工完成及岸边的临时防汛体系建成后, 且近岸处管段基槽成型后, 即拆除连接结构施工时端部的钢管桩墙 八 管段的回填与覆盖 管段沉放后需进行回填 覆盖以固定和保护管段 回填 覆盖物的组成视管段所在位置而异 E1 E2 E3 E4 E5 管段位于黄浦江主航道, 其回填 覆盖物分别由管段锁定抛石 一般基槽回填 面层抛石覆盖 防锚带等部分组成 由于 E1 E2 E3 管段又位于黄浦江自然凹岸深槽区, 部分管段出露于河床, 为防止管段两侧河床发生冲刷, 另加设护底防冲结构

118 E6 E7 管段位于浦东一侧的浅水区, 其回填 覆盖物仅由管段锁定抛石 一般基槽回填和面层抛石覆盖三部分组成 1. 管段锁定抛石 管段沉放后, 在每段管段两侧设锁定抛石 E1 管段至 E7 管段的锁定抛石均采用厚度为 3 m 粒径为 1.5~5cm 的碎石棱体 2. 一般基槽回填 锁定抛石棱体以上至管段顶标高以上 0.5m 之间的基槽需进行一般回填, 基槽回填只能采用石料 本工程要求距管段 10m 外可直接抛放, 在靠近管段处采用网兜抛石 3. 面层抛石覆盖 在穿越大船航道的沉管顶部设面层抛石覆盖, 以缓冲管段可能受到的意外锚击 根据黄浦江通航设计船型的情况, 考虑由 0.5m 厚的碎石层和 1m 厚的 50~200kg 的块石所组成的面层防锚抛石覆盖层 4. 防锚带 除防止管顶直接受锚击的情况外, 还在管段两侧 5m 外设防锚带防止船舶走锚对管段的破坏 防锚带宽度 5m, 厚度 2m, 采用 100~ 500kg 的大块石抛填 防锚带仅在黄浦江 350m 主航道范围内布设 防锚带使用与面层覆盖相同的工艺

119 九 岸壁保护结构 在江中沉管基槽浚挖前, 为了避免基槽开挖引起两岸防汛体系失稳破坏, 必须进行岸壁保护结构的施工或沿江堤岸的加固工作 浦西岸壁保护结构根据基槽开挖的深度采用阶梯形渐浅的格构形地下连续墙 ( 墙厚 1.0 m, 最深为 46m, 及格构内为直径 ф 1400 的旋喷桩 ) 和重力式旋喷桩 ( 深为 15.5m, 在基槽浚挖线位置 8~10m 不等 ) 两种形式 浦东侧则是对沿岸大堤采用 4 排深层搅拌桩加固