CN104314070B - 一种π形地下连续墙盾构进出洞施工方法 - Google Patents

一种π形地下连续墙盾构进出洞施工方法 Download PDF

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/18Bulkheads or similar walls made solely of concrete in situ

Abstract

本发明公开了一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法,第一步、施工工艺流程的制定,第二步、具体施工过程:一、测量放线;二、导墙制作;三、泥浆制备及调整;四、地连墙成槽和清底置换;五、GFRP筋笼的制作和吊放;六、竹筋笼的制作与设置;七、水下混凝土灌注;八、接头施工;九、接头管的顶拔;本发明的有益效果:无需人工凿除洞门,节省大量工期;围护结构外侧土体无需进行加固,降低工程造价;围护结构直接在盾构机进出洞阶段发挥挡土、止水作用,进出洞安全得到很大保证。

Description

一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法
技术领域
本发明涉及一种盾构进出洞施工方法,特别涉及一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法。
背景技术
目前,盾构进出洞是盾构隧道施工中的关键环节,具有很大的工程施工风险。在盾构进出洞时,一般采用的施工方法是先完成盾构井主体结构,再对盾构隧道端头土体进行改良加固,然后凿除洞门处钢筋混凝土围护结构,进而完成盾构机始发或到达。其中,洞门破除要求的时间非常紧,施工难度大。洞门破除后对加固体强度及密封性要求很高,加固效果不佳时,在洞门破除时极易出现盾构与洞门间隙涌泥涌砂及地表沉降现象,进而危及附近地下管线和建筑物的安全。为防止此类现象发生,以满足强度和抗渗性的要求,如何选择合理的盾构隧道端头加固处理方案,或者是选择合理的盾构进出洞施工方法,是目前需要解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的盾构进出洞施工方法中极易出现的涌泥涌砂及地表沉降的问题,而提供的一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法。
本发明提供的是一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法,其具体方法如下所述:
第一步、施工工艺流程的制定,具体施工工艺如下:
测量放线→导墙制作→泥浆制备及调整→地连墙成槽和清底置换→GFRP筋笼和竹筋笼的制作和吊放→水下混凝土灌注→接头施工→接头管的顶拔→全段施工完成;
第二步、具体施工过程如下:
一、测量放线:
根据设计图纸测出地连墙轴线控制桩,控制桩采用保护桩,高程引入现场,采用闭合回测法,设置场内水准点,轴线测定使用J2经纬仪,水准点测量用DS3水准仪,测量定位所用的经纬仪、水准仪及控制质量检测设备在使用周期内的计量器具按二级计量标准进行计量检测控制;
二、导墙制作:
在深槽开挖前,沿着地下连续墙设计的纵轴线位置开挖导沟,在两侧浇筑钢筋混凝土导墙,导墙制作在转角处向外延伸200mm,在挖槽时转角处挖直,清理干净;
导墙轴线放样并校核,挖土采用机械和人工相结合,严禁扰动原土,内模立模板、外模以土代模,浇捣砼时两边均匀浇捣并用振捣器振捣密实,砼达到70%强度后再进行拆模,拆模后用100mm×100mm方木及时在墙间加撑,支撑间距为2m,导墙砼强度等级为C20;导墙和地下连续墙的中心线要保持一致,竖向面保持垂直;
三、泥浆制备及调整:
泥浆的制备:地下连续墙成槽过程中,要不间断地向槽中供给泥浆,泥浆中各种材料的重量百分比为:膨润土8-12%;高粘土CMC0.8-1.2%;Na2CO31.5-4%;余量为水;泥浆在搅拌池搅拌均匀后泵入储浆池储存,新浆稳定24小时后使用,新拌泥浆每隔24小时测试其性能,撑握其性能随时调整,回收泥浆要每池检测;
泥浆储存:泥浆储存采用铁皮箱进行储存;
泥浆循环:泥浆循环采用四寸泵输送和回收,由泥浆泵和软管组成泥浆循环管路,回收的泥浆要检测其性能,对指标优良的泵回储浆池,待下一槽段重复使用;
泥浆的分离和净化:在地下墙施工过程中,泥浆使用一个循环后,对泥浆进行分离净化;
泥浆调整:回收浆在回浆池沉淀后,对指标仍优良的部分直接泵回储浆池,对指标有所改变的部分在搅拌池调整后,再泵回储浆池;
废浆处理:废浆先用泵泵入废浆池暂时收存,再用废浆车装车外运到指定地点;
泥浆的检测:新浆拌制后要进行泥浆性能检测,合格后再使用,在成槽过程中抽检泥浆性能指标,如泥浆性能指标不符合要求,要进行调整,使其保证成槽质量,在清底结束后,进行泥浆性能检测,如不合格进行换浆处理。
四、地连墙成槽和清底置换:
地连墙成槽:成槽前必须先对导墙进行验收,并做好记录;在导墙上划出槽段,标在导墙上,封闭所成槽段,在大于两幅的范围内堵头并进行清理,堵头必须严密,防止泥浆流失;槽段的挖槽顺序按连接幅的挖槽方式,即在第一个槽孔内放两根接头管外,从第二个槽孔开始,按序号依次做下去,此时每个槽孔内只需放置一根接头管,在开挖相邻槽段时,混凝土强度要达到要求,如达不到要求应增加首开幅的数量;
成槽机定位:在保证稳定的前提下,以最小角度定位;成槽机定位后,放入泥浆,开始成槽,并始终保持泥浆液面高度,液面离导墙顶小于或等于300mm,慢速均匀开挖,严加控制垂直度和偏斜度,使在允许偏差范围内,槽段垂直度在1/300以内,成槽过程中要随时用测绳测定其深度,以免超挖;单元槽段成槽完毕或暂停作业时,即令挖槽机离开作业槽段;
清底置换:成槽到预定深度,在槽段的深度方向预留200mm,开始刷壁,消除已成墙端头间的积泥,刷壁结束后,进行超声波测试,测试结束,利用成槽机抓斗进行扫孔清底,在达到深度时,墙底沉渣厚度<100mm,泥浆比重要小于或等于1.2;
五、GFRP筋笼的制作和吊放:
GFRP筋笼的制作:地下连续墙盾构推进范围内的受力骨架使用GFRP筋笼,在起吊之前对其进行加固,加固措施为设置纵向通长钢筋桁架,上、下段GFRP筋间采用钢管固定,具体如下:
①测放大样,在加工平台上准确放出盾构切削范围,并设置明显标记,放置下部加固钢管;
②按设计图纸铺设下部GFRP筋,用2.0mm镀锌铁丝绑扎GFRP筋;
③安装纵向钢筋桁架;
④按设计图纸铺设上部GFRP筋并绑扎;
⑤在GFRP筋与桁架钢筋间安装钢丝绳卡,并用扭力扳手进行检查,扭力要大于或等于螺栓扭力50NM;
⑥安装加固钢桁架,并进行检查;
GFRP筋笼的吊放:上段GFRP筋笼采用八点起吊法,在上段GFRP筋笼的起吊面根据受力特点布置八个吊点,吊点位置选择在桁架主筋上;GFRP筋笼的顶端对称均衡布置两组吊筋,吊筋与钢桁架焊接,焊接长度达到10倍的钢筋直径,并经试吊确认后方可正式起吊,使用两台履带吊机抬吊,其中100t的履带吊机作为主吊,50t的履带吊机作为副吊,双机先将GFRP筋笼水平吊起,然后升主吊、放副吊,将GFRP筋笼凌空吊直,主吊机将GFRP筋笼调运至已挖好的槽口处直接下放到位;下段GFRP筋笼采用六点起吊法,两台履带吊机抬吊;
GFRP筋笼安装就位:先吊运下段GFRP筋笼入槽后,将吊梁穿入GFRP筋笼临时吊环内,搁置在导墙顶面上,再在槽口对接GFRP筋笼,然后整幅边拆除GFRP筋范围内加固钢桁架及钢管边下放入槽,整幅GFRP筋笼就位后要校核GFRP筋笼入槽定位的平面位置与高程偏差,并通过调整位置与高程,使GFRP筋笼吊装位置符合设计要求;
六、竹筋笼的制作与设置:
Π形地下连续墙由端墙、左翼墙和右翼墙共三幅直线壁板式地连墙组成,垂直于洞门部位的地连墙即左翼墙和右翼墙中钢筋笼用竹筋笼代替,竹筋笼具体制作如下:
竹筋笼平台施工:现场搭设两只竹筋笼平台,平台采用槽钢焊接,平台底层采用素混凝土铺平,比场地中硬地坪高出100mm,平台用水准仪校平,竹筋笼平台放样用经纬仪,以保证竹筋笼平台四个角均为直角;
竹筋、竹条成形:在施工现场设置专门进行竹筋、竹条成形的竹筋加工棚,所需成形的竹筋、竹条由专人负责加工成形,并归类堆放,以便于竹筋笼的加工工作;
注浆管的制作:注浆管采用Φ33.5×3.25钢管,用套丝机攻丝螺纹连接,每幅槽段两根注浆管固定在竹筋笼上,注浆管尾部采用橡皮包裹;
竹筋笼制作:铺好迎土面竹筋网片,将其绑扎牢固,并绑扎好迎土面竹筋网片的毛竹;制作桁架,将桁架培养于迎土面钢筋网片上并绑扎;绑扎迎坑面毛竹和竹筋网片;绑扎封闭筋、定位块;绑扎吊筋;
竹筋笼及其预埋部件的位置控制:竹筋笼顶标高控制采用水准仪,在成槽完成后根据吊筋位置在导墙上分别测量四点位置的标高,再确算吊筋长度,以确保竹筋笼顶标高,预埋部件则以笼顶标高为基准点,以钢卷尺定位后再放置预埋部件,水平位置控制则需在定位竹筋上按照设计位置及间距画出具体位置,再安放预埋部件,预埋部件要做到安放位置准确,绑扎牢固,预埋部件的锚固长度要符合设计及施工规范要求;
竹筋笼的制作要求:竹筋笼绑扎过程中要将整根竹子中间部分绑扎到墙体受力最大的位置,在竹筋笼下部添加重物或将竹体钻孔的手段减小浮力,从而顺利将竹筋笼安装到位;
七、水下混凝土灌注:
地下连续墙混凝土采用C30水下砼,抗渗S8,混凝的坍落度200±20mm,扩散度为340~380mm,混凝土所用导管为φ250,隔水栓采用塑料球旦,每个槽段均采用两支导管灌注,灌注混凝土第一次开灌导管离槽底部分的高差大于或等于30cm,开灌时由砼车直接对牢槽口导管进行浇灌,砼浇灌至设计高度后,超灌砼面大于设计高度0.3~0.5m,浇注砼时,槽口设盖板,浇灌中保证混凝土面的均匀上升,最高部分比最低部分的高差小于或等于30cm,混凝土浇筑要一气呵成,不得中断,并确保混凝土面上升速度大于或等于2m/h,导管埋深保持在2~6m,砼浇注时,随时测量砼面高度,核对砼面及导管拆去的数量,严禁拔空,每幅砼灌注量50m3做一组抗压试块,超过50m3,再增加一组,抗渗试块按每幅墙做一组;
八、接头施工:
接头采用柔性圆形锁口管接头,系在未开槽段一端紧靠土壁安放接头管,阻挡混凝土与未开挖槽段土体粘合,待混凝土浇灌后,逐渐拔出接头管,接头管要安放到底,各节组装好后全长的垂直度偏差要符合要求,接头管上的各种插孔用木楔堵住,接头管背侧回填粘土球;
九、接头管的顶拔:
接头管的顶拔采用液压千斤顶顶拔,采用两台行程1.2~1.5m的100t柱塞式千斤顶及配套高压油泵进行顶拔,接头管的提拔时间是根据第一次灌砼试块的凝结情况和砼的初凝时间,第一次顶拔控制在200~300㎜以内,以后15分钟~30分钟顶拔一次来控制起拔速度,顶拔高度以压力表读数进行控制,混凝土灌注结束后6~8小时拔完接头管,成槽完成后进行刷壁,采用根据接头形式自制的刷壁器,利用150吨吊车,刷壁器侧面的钢丝刷对已成墙的槽幅端头进行多次刷壁,以刷除粘附在接头处的泥皮及泥土、砂浆,防止接头处夹泥而发生渗漏。
本发明的施工原理:
本发明是一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法,是一种新的盾构进出洞施工方法。如附图1所示,Π形地下连续墙由端墙、左翼墙和右翼墙共三幅直线壁板式地连墙组成,在盾构机掘进通过Π形地连墙槽壁的洞门即端墙部位采用GFRP玻璃纤维筋替代地连墙在该部位的钢筋;垂直于洞门部位的地连墙即左翼墙和右翼墙中钢筋笼用竹筋笼代替,以盾构机直接切削洞门完成始发或到达。
玻璃纤维筋学术上称玻璃增强塑料(GlassFiberReinforcedPlastics简称GFRP),是一种连续纤维增强材料(ContinuousFiberReinforcedPlastics简称FRP)。该材料在生产过程中,首先将多股纤维轻微扭动并通过树脂浸渍器浸渍树脂,然后进行矫直处理,再通过一个热金属模张拉,除去多余的树脂。作为混凝土结构配筋用的FRP其外形可以做成光圆、螺纹、矩形及工字形等。FRP有如下特点:
(1)抗拉强度高、密度小:密度2g/cm3左右,抗拉强度近2000MPa,和高强钢丝接近。
(2)热涨系数与混凝土接近,为0.8-1.2×10-5;适合作为加强筋在混凝土中应用。当周围环境温度变化时,不会产生较大的温度应力,破坏FRP筋与混凝土之间的粘结,从而保证了FRP筋与混凝土之间能协同工作。
(3)弹性模量低,约为钢筋的2/3至1/5。
(4)热膨胀系数与混凝土接近。
(5)耐腐蚀性能好。对于水利工程、桥梁、码头等在潮湿环境或其他侵蚀性环境中工作的结构构件,FRP非常适合于作为钢筋的替代材料。
(6)抗剪强度较低,普通的FRP筋的抗剪强度仅有50-60MPa。
(7)具有优良的切割性,玻璃纤维筋是FRP的一种,在性能上基本和钢筋相似,与混凝土有很好的黏结性,和混凝土具有几乎相同的收缩系数,同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度,可以被盾构机的刀具切割、磨削破碎,可以作为盾构机直接切割的材料来应用。采用玻璃纤维筋替代地下连续墙在该部位的钢筋。由于玻璃纤维筋的特点,基坑开挖阶段能满足基坑安全需要;在盾构机进出洞阶段,无需在围护结构外侧加固,直接用盾构机切割洞门槽壁通过洞门,可减少凿除洞门过程中洞门暴露造成坍塌事故的发生,既安全又节省工期。
本发明的有益效果:
无需人工凿除洞门,节省大量工期;围护结构外侧土体无需进行加固,降低工程造价;围护结构直接在盾构机进出洞阶段发挥挡土、止水作用,进出洞安全得到很大保证。由于玻璃纤维的特点,在盾构井基坑开挖阶段能满足基坑安全需要,在盾构掘进阶段,无需在围护结构外侧加固土体,直接用盾构机切削洞门槽壁通过洞门,可减少凿除洞门过程中因洞门暴露而造成坍塌事故的发生,既安全又节省工期。
附图说明
图1为本发明所述的Π形地下连续墙平面布置示意图。
1、端墙2、左翼墙3、右翼墙4、盾构机。
具体实施方式
本发明提供的是一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法,其具体方法如下所述:
第一步、施工工艺流程的制定,具体施工工艺如下:
测量放线→导墙制作→泥浆制备及调整→地连墙成槽和清底置换→GFRP筋笼和竹筋笼的制作和吊放→水下混凝土灌注→接头施工→接头管的顶拔→全段施工完成;
第二步、具体施工过程如下:
一、测量放线:
根据设计图纸测出地连墙轴线控制桩,控制桩采用保护桩,高程引入现场,采用闭合回测法,设置场内水准点,轴线测定使用J2经纬仪,水准点测量用DS3水准仪,测量定位所用的经纬仪、水准仪及控制质量检测设备在使用周期内的计量器具按二级计量标准进行计量检测控制;
二、导墙制作:
在深槽开挖前,沿着地下连续墙设计的纵轴线位置开挖导沟,在两侧浇筑钢筋混凝土导墙,导墙制作在转角处向外延伸200mm,在挖槽时转角处挖直,清理干净;
导墙轴线放样并校核,挖土采用机械和人工相结合,严禁扰动原土,内模立模板、外模以土代模,浇捣砼时两边均匀浇捣并用振捣器振捣密实,砼达到70%强度后再进行拆模,拆模后用100mm×100mm方木及时在墙间加撑,支撑间距为2m,导墙砼强度等级为C20;导墙和地下连续墙的中心线要保持一致,竖向面保持垂直;
三、泥浆制备及调整:
泥浆的制备:地下连续墙成槽过程中,要不间断地向槽中供给泥浆,泥浆中各种材料的重量百分比为:膨润土8-12%;高粘土CMC0.8-1.2%;Na2CO31.5-4%;余量为水;泥浆在搅拌池搅拌均匀后泵入储浆池储存,新浆稳定24小时后使用,新拌泥浆每隔24小时测试其性能,撑握其性能随时调整,回收泥浆要每池检测;
泥浆储存:泥浆储存采用铁皮箱进行储存;
泥浆循环:泥浆循环采用四寸泵输送和回收,由泥浆泵和软管组成泥浆循环管路,回收的泥浆要检测其性能,对指标优良的泵回储浆池,待下一槽段重复使用;
泥浆的分离和净化:在地下墙施工过程中,泥浆使用一个循环后,对泥浆进行分离净化;
泥浆调整:回收浆在回浆池沉淀后,对指标仍优良的部分直接泵回储浆池,对指标有所改变的部分在搅拌池调整后,再泵回储浆池;
废浆处理:废浆先用泵泵入废浆池暂时收存,再用废浆车装车外运到指定地点;
泥浆的检测:新浆拌制后要进行泥浆性能检测,合格后再使用,在成槽过程中抽检泥浆性能指标,如泥浆性能指标不符合要求,要进行调整,使其保证成槽质量,在清底结束后,进行泥浆性能检测,如不合格进行换浆处理。
四、地连墙成槽和清底置换:
地连墙成槽:成槽前必须先对导墙进行验收,并做好记录;在导墙上划出槽段,标在导墙上,封闭所成槽段,在大于两幅的范围内堵头并进行清理,堵头必须严密,防止泥浆流失;槽段的挖槽顺序按连接幅的挖槽方式,即在第一个槽孔内放两根接头管外,从第二个槽孔开始,按序号依次做下去,此时每个槽孔内只需放置一根接头管,在开挖相邻槽段时,混凝土强度要达到要求,如达不到要求应增加首开幅的数量;
成槽机定位:在保证稳定的前提下,以最小角度定位;成槽机定位后,放入泥浆,开始成槽,并始终保持泥浆液面高度,液面离导墙顶小于或等于300mm,慢速均匀开挖,严加控制垂直度和偏斜度,使在允许偏差范围内,槽段垂直度在1/300以内,成槽过程中要随时用测绳测定其深度,以免超挖;单元槽段成槽完毕或暂停作业时,即令挖槽机离开作业槽段;
清底置换:成槽到预定深度,在槽段的深度方向预留200mm,开始刷壁,消除已成墙端头间的积泥,刷壁结束后,进行超声波测试,测试结束,利用成槽机抓斗进行扫孔清底,在达到深度时,墙底沉渣厚度<100mm,泥浆比重要小于或等于1.2;
五、GFRP筋笼的制作和吊放:
GFRP筋笼的制作:地下连续墙盾构推进范围内的受力骨架使用GFRP筋笼,在起吊之前对其进行加固,加固措施为设置纵向通长钢筋桁架,上、下段GFRP筋间采用钢管固定,具体如下:
①测放大样,在加工平台上准确放出盾构切削范围,并设置明显标记,放置下部加固钢管;
②按设计图纸铺设下部GFRP筋,用2.0mm镀锌铁丝绑扎GFRP筋;
③安装纵向钢筋桁架;
④按设计图纸铺设上部GFRP筋并绑扎;
⑤在GFRP筋与桁架钢筋间安装钢丝绳卡,并用扭力扳手进行检查,扭力要大于或等于螺栓扭力50NM;
⑥安装加固钢桁架,并进行检查;
GFRP筋笼的吊放:上段GFRP筋笼采用八点起吊法,在上段GFRP筋笼的起吊面根据受力特点布置八个吊点,吊点位置选择在桁架主筋上;GFRP筋笼的顶端对称均衡布置两组吊筋,吊筋与钢桁架焊接,焊接长度达到10倍的钢筋直径,并经试吊确认后方可正式起吊,使用两台履带吊机抬吊,其中100t的履带吊机作为主吊,50t的履带吊机作为副吊,双机先将GFRP筋笼水平吊起,然后升主吊、放副吊,将GFRP筋笼凌空吊直,主吊机将GFRP筋笼调运至已挖好的槽口处直接下放到位;下段GFRP筋笼采用六点起吊法,两台履带吊机抬吊;
GFRP筋笼安装就位:先吊运下段GFRP筋笼入槽后,将吊梁穿入GFRP筋笼临时吊环内,搁置在导墙顶面上,再在槽口对接GFRP筋笼,然后整幅边拆除GFRP筋范围内加固钢桁架及钢管边下放入槽,整幅GFRP筋笼就位后要校核GFRP筋笼入槽定位的平面位置与高程偏差,并通过调整位置与高程,使GFRP筋笼吊装位置符合设计要求;
六、竹筋笼的制作与设置:
Π形地下连续墙由端墙、左翼墙和右翼墙共三幅直线壁板式地连墙组成,垂直于洞门部位的地连墙即左翼墙和右翼墙中钢筋笼用竹筋笼代替,竹筋笼具体制作如下:
竹筋笼平台施工:现场搭设两只竹筋笼平台,平台采用槽钢焊接,平台底层采用素混凝土铺平,比场地中硬地坪高出100mm,平台用水准仪校平,竹筋笼平台放样用经纬仪,以保证竹筋笼平台四个角均为直角;
竹筋、竹条成形:在施工现场设置专门进行竹筋、竹条成形的竹筋加工棚,所需成形的竹筋、竹条由专人负责加工成形,并归类堆放,以便于竹筋笼的加工工作;
注浆管的制作:注浆管采用Φ33.5×3.25钢管,用套丝机攻丝螺纹连接,每幅槽段两根注浆管固定在竹筋笼上,注浆管尾部采用橡皮包裹;
竹筋笼制作:铺好迎土面竹筋网片,将其绑扎牢固,并绑扎好迎土面竹筋网片的毛竹;制作桁架,将桁架培养于迎土面钢筋网片上并绑扎;绑扎迎坑面毛竹和竹筋网片;绑扎封闭筋、定位块;绑扎吊筋;
竹筋笼及其预埋部件的位置控制:竹筋笼顶标高控制采用水准仪,在成槽完成后根据吊筋位置在导墙上分别测量四点位置的标高,再确算吊筋长度,以确保竹筋笼顶标高,预埋部件则以笼顶标高为基准点,以钢卷尺定位后再放置预埋部件,水平位置控制则需在定位竹筋上按照设计位置及间距画出具体位置,再安放预埋部件,预埋部件要做到安放位置准确,绑扎牢固,预埋部件的锚固长度要符合设计及施工规范要求;
竹筋笼的制作要求:竹筋笼绑扎过程中要将整根竹子中间部分绑扎到墙体受力最大的位置,在竹筋笼下部添加重物或将竹体钻孔的手段减小浮力,从而顺利将竹筋笼安装到位;
七、水下混凝土灌注:
地下连续墙混凝土采用C30水下砼,抗渗S8,混凝的坍落度200±20mm,扩散度为340~380mm,混凝土所用导管为φ250,隔水栓采用塑料球旦,每个槽段均采用两支导管灌注,灌注混凝土第一次开灌导管离槽底部分的高差大于或等于30cm,开灌时由砼车直接对牢槽口导管进行浇灌,砼浇灌至设计高度后,超灌砼面大于设计高度0.3~0.5m,浇注砼时,槽口设盖板,浇灌中保证混凝土面的均匀上升,最高部分比最低部分的高差小于或等于30cm,混凝土浇筑要一气呵成,不得中断,并确保混凝土面上升速度大于或等于2m/h,导管埋深保持在2~6m,砼浇注时,随时测量砼面高度,核对砼面及导管拆去的数量,严禁拔空,每幅砼灌注量50m3做一组抗压试块,超过50m3,再增加一组,抗渗试块按每幅墙做一组;
八、接头施工:
接头采用柔性圆形锁口管接头,系在未开槽段一端紧靠土壁安放接头管,阻挡混凝土与未开挖槽段土体粘合,待混凝土浇灌后,逐渐拔出接头管,接头管要安放到底,各节组装好后全长的垂直度偏差要符合要求,接头管上的各种插孔用木楔堵住,接头管背侧回填粘土球;
九、接头管的顶拔:
接头管的顶拔采用液压千斤顶顶拔,采用两台行程1.2~1.5m的100t柱塞式千斤顶及配套高压油泵进行顶拔,接头管的提拔时间是根据第一次灌砼试块的凝结情况和砼的初凝时间,第一次顶拔控制在200~300㎜以内,以后15分钟~30分钟顶拔一次来控制起拔速度,顶拔高度以压力表读数进行控制,混凝土灌注结束后6~8小时拔完接头管,成槽完成后进行刷壁,采用根据接头形式自制的刷壁器,利用150吨吊车,刷壁器侧面的钢丝刷对已成墙的槽幅端头进行多次刷壁,以刷除粘附在接头处的泥皮及泥土、砂浆,防止接头处夹泥而发生渗漏。
本发明的施工原理:
本发明是一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法,是一种新的盾构进出洞施工方法。如附图1所示,Π形地下连续墙由端墙1、左翼墙2和右翼墙3共三幅直线壁板式地连墙组成,在盾构机4掘进通过Π形地连墙槽壁的洞门即端墙1的部位采用GFRP玻璃纤维筋替代地连墙在该部位的钢筋;垂直于洞门部位的地连墙即左翼墙2和右翼墙3中钢筋笼用竹筋笼代替,以盾构机4直接切削洞门完成始发或到达。
玻璃纤维筋学术上称玻璃增强塑料(GlassFiberReinforcedPlastics简称GFRP),是一种连续纤维增强材料(ContinuousFiberReinforcedPlastics简称FRP)。该材料在生产过程中,首先将多股纤维轻微扭动并通过树脂浸渍器浸渍树脂,然后进行矫直处理,再通过一个热金属模张拉,除去多余的树脂。作为混凝土结构配筋用的FRP其外形可以做成光圆、螺纹、矩形及工字形等。FRP有如下特点:
(1)抗拉强度高、密度小:密度2g/cm3左右,抗拉强度近2000MPa,和高强钢丝接近。
(2)热涨系数与混凝土接近,为0.8-1.2×10-5;适合作为加强筋在混凝土中应用。当周围环境温度变化时,不会产生较大的温度应力,破坏FRP筋与混凝土之间的粘结,从而保证了FRP筋与混凝土之间能协同工作。
(3)弹性模量低,约为钢筋的2/3至1/5。
(4)热膨胀系数与混凝土接近。
(5)耐腐蚀性能好。对于水利工程、桥梁、码头等在潮湿环境或其他侵蚀性环境中工作的结构构件,FRP非常适合于作为钢筋的替代材料。
(6)抗剪强度较低,普通的FRP筋的抗剪强度仅有50-60MPa。
(7)具有优良的切割性,玻璃纤维筋是FRP的一种,在性能上基本和钢筋相似,与混凝土有很好的黏结性,和混凝土具有几乎相同的收缩系数,同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度,可以被盾构机4的刀具切割、磨削破碎,可以作为盾构机4直接切割的材料来应用。采用玻璃纤维筋替代地下连续墙在该部位的钢筋。由于玻璃纤维筋的特点,基坑开挖阶段能满足基坑安全需要;在盾构机进出洞阶段,无需在围护结构外侧加固,直接用盾构机4切割洞门槽壁通过洞门,可减少凿除洞门过程中洞门暴露造成坍塌事故的发生,既安全又节省工期。

Claims (1)

1.一种Π形地下连续墙盾构进出洞施工方法,Π形地下连续墙由端墙、左翼墙和右翼墙共三幅直线壁板式地下连续墙组成,在盾构机掘进通过Π形地下连续墙槽壁的洞门即端墙部位采用GFRP筋笼替代地下连续墙在该部位的钢筋;垂直于洞门部位的地下连续墙即左翼墙和右翼墙中钢筋笼用竹筋笼代替,以盾构机直接切削洞门完成始发或到达,其具体方法如下所述:
第一步、施工工艺流程的制定,具体施工工艺如下:
测量放线→导墙制作→泥浆制备及调整→地下连续墙成槽和清底置换→GFRP筋笼和竹筋笼的制作和吊放→水下混凝土灌注→接头施工→接头管的顶拔→全段施工完成;
第二步、具体施工过程如下:
一、测量放线:
根据设计图纸测出地下连续墙轴线控制桩,高程引入现场,采用闭合回测法,设置场内水准点,轴线测定使用J2经纬仪,水准点测量用DS3水准仪,测量定位所用的经纬仪、水准仪及其他控制质量检测设备在使用周期内按二级计量标准进行计量检测控制;
二、导墙制作:
在深槽开挖前,沿着地下连续墙设计的纵轴线位置开挖导沟,在两侧浇筑钢筋混凝土导墙,导墙制作在转角处向外延伸200mm,在挖槽时转角处挖直,清理干净;
导墙轴线放样并校核,挖土采用机械和人工相结合,严禁扰动原土,内模立模板、外模以土代模,浇捣砼时两边均匀浇捣并用振捣器振捣密实,砼达到70%强度后再进行拆模,拆模后用100mm×100mm方木及时在墙间加撑,支撑间距为2m,导墙砼强度等级为C20;导墙和地下连续墙的中心线要保持一致,竖向面保持垂直;
三、泥浆制备及调整:
泥浆的制备:地下连续墙成槽过程中,要不间断地向槽中供给泥浆,泥浆中各种材料的重量百分比为:膨润土8-12%;高粘土CMC0.8-1.2%;Na2CO31.5-4%;余量为水;泥浆在搅拌池搅拌均匀后泵入储浆池储存,新拌泥浆稳定24小时后使用,新拌泥浆每隔24小时测试其性能,掌握其性能随时调整,回收泥浆要每池检测;
泥浆储存:泥浆储存采用铁皮箱进行储存;
泥浆循环:泥浆循环采用四寸泵输送和回收,由泥浆泵和软管组成泥浆循环管路,回收的泥浆要检测其性能,对指标优良的泵回储浆池,待下一槽段重复使用;
泥浆的分离和净化:在地下连续墙施工过程中,泥浆使用一个循环后,对泥浆进行分离净化;
泥浆调整:回收泥浆在回浆池沉淀后,对指标仍优良的部分直接泵回储浆池,对指标有所改变的部分在搅拌池调整后,再泵回储浆池;
废浆处理:废浆先用泵泵入废浆池暂时收存,再用废浆车装车外运到指定地点;
泥浆的检测:新拌泥浆拌制后要进行泥浆性能检测,合格后再使用,在成槽过程中抽检新拌泥浆性能指标,如新拌泥浆性能指标不符合要求,要进行调整,使其保证成槽质量,在清底结束后,进行新拌泥浆性能检测,如不合格进行换浆处理;
四、地下连续墙成槽和清底置换:
地下连续墙成槽:成槽前必须先对导墙进行验收,并做好记录;在导墙上划出槽段,标在导墙上,封闭所成槽段,在大于两幅的范围内堵头并进行清理,堵头必须严密,防止泥浆流失;槽段的挖槽顺序按连接幅的挖槽方式,即在第一个槽孔内放两根接头管外,从第二个槽孔开始,按序号依次做下去,此时每个槽孔内只需放置一根接头管,在开挖相邻槽段时,混凝土强度要达到要求,如达不到要求应增加首开幅的数量;
成槽机定位:在保证稳定的前提下,以最小角度定位;成槽机定位后,放入泥浆,开始成槽,并始终保持泥浆液面高度,液面离导墙顶小于或等于300mm,慢速均匀开挖,严加控制垂直度和偏斜度,使在允许偏差范围内,槽段垂直度在1/300以内,成槽过程中要随时用测绳测定其深度,以免超挖;单元槽段成槽完毕或暂停作业时,即令挖槽机离开作业槽段;
清底置换:成槽到预定深度,在槽段的深度方向预留200mm,开始刷壁,消除已成墙端头间的积泥,刷壁结束后,进行超声波测试,测试结束,利用成槽机抓斗进行扫孔清底,在达到深度时,墙底沉渣厚度<100mm,泥浆比重要小于或等于1.2;
五、GFRP筋笼的制作和吊放:
GFRP筋笼的制作:地下连续墙盾构推进范围内的受力骨架使用GFRP筋笼,在起吊之前对其进行加固,加固措施为设置纵向通长钢筋桁架,上、下段GFRP筋间采用钢管固定,具体如下:
①测放大样,在加工平台上准确放出盾构切削范围,并设置明显标记,放置下部加固钢管;
②按设计图纸铺设下部GFRP筋,用2.0mm镀锌铁丝绑扎GFRP筋;
③安装纵向钢筋桁架;
④按设计图纸铺设上部GFRP筋并绑扎;
⑤在GFRP筋与桁架钢筋间安装钢丝绳卡,并用扭力扳手进行检查,扭力要大于或等于螺栓扭力50NM;
⑥安装加固钢筋桁架,并进行检查;
GFRP筋笼的吊放:上段GFRP筋笼采用八点起吊法,在上段GFRP筋笼的起吊面根据受力特点布置八个吊点,吊点位置选择在桁架主筋上;上段GFRP筋笼的顶端对称均衡布置两组吊筋,吊筋与钢筋桁架焊接,焊接长度达到10倍的钢筋直径,并经试吊确认后方可正式起吊,使用两台履带吊机抬吊,其中100t的履带吊机作为主吊,50t的履带吊机作为副吊,双机先将上段GFRP筋笼水平吊起,然后升主吊、放副吊,将上段GFRP筋笼凌空吊直,主吊机将上段GFRP筋笼调运至已挖好的槽口处直接下放到位;下段GFRP筋笼采用六点起吊法,两台履带吊机抬吊;
GFRP筋笼安装就位:先吊运下段GFRP筋笼入槽后,将吊梁穿入下段GFRP筋笼临时吊环内,搁置在导墙顶面上,再在槽口对接上段GFRP筋笼,然后整幅边拆除GFRP筋范围内加固钢筋桁架及钢管边下放入槽,整幅GFRP筋笼就位后要校核GFRP筋笼入槽定位的平面位置与高程偏差,并通过调整位置与高程,使GFRP筋笼吊装位置符合设计要求;
六、竹筋笼的制作与设置:
竹筋笼具体制作如下:
竹筋笼平台施工:现场搭设两只竹筋笼平台,平台采用槽钢焊接,平台底层采用素混凝土铺平,比场地中硬地坪高出100mm,平台用水准仪校平,竹筋笼平台放样用经纬仪,以保证竹筋笼平台四个角均为直角;
竹筋、竹条成形:在施工现场设置专门进行竹筋、竹条成形的竹筋加工棚,所需成形的竹筋、竹条由专人负责加工成形,并归类堆放,以便于竹筋笼的加工工作;
注浆管的制作:注浆管采用Φ33.5×3.25钢管,用套丝机攻丝螺纹连接,每幅槽段两根注浆管固定在竹筋笼上,注浆管尾部采用橡皮包裹;
竹筋笼制作:铺好迎土面竹筋网片,将其绑扎牢固,并绑扎好迎土面竹筋网片的毛竹;制作桁架,将桁架设置于迎土面钢筋网片上并绑扎;绑扎迎坑面毛竹和竹筋网片;绑扎封闭筋、定位块;绑扎吊筋;
竹筋笼及其预埋部件的位置控制:竹筋笼顶标高控制采用水准仪,在成槽完成后根据吊筋位置在导墙上分别测量四点位置的标高,再确算吊筋长度,以确保竹筋笼顶标高,预埋部件则以笼顶标高为基准点,以钢卷尺定位后再放置预埋部件,水平位置控制则需在定位竹筋上按照设计位置及间距画出具体位置,再安放预埋部件,预埋部件要做到安放位置准确,绑扎牢固,预埋部件的锚固长度要符合设计及施工规范要求;
竹筋笼的制作要求:竹筋笼绑扎过程中要将整根竹子中间部分绑扎到墙体受力最大的位置,在竹筋笼下部添加重物或将竹体钻孔的手段减小浮力,从而顺利将竹筋笼安装到位;
七、水下混凝土灌注:
地下连续墙混凝土采用C30水下砼,抗渗S8,混凝土的坍落度200±20mm,扩散度为340~380mm,混凝土所用导管为φ250,隔水栓采用塑料球胆,每个槽段均采用两支导管灌注,灌注混凝土第一次开灌导管离槽底部分的高差大于或等于30cm,开灌时由砼车直接对牢槽口导管进行浇灌,砼浇灌至设计高度后,超灌砼面大于设计高度0.3~0.5m,浇注砼时,槽口设盖板,浇灌中保证混凝土面的均匀上升,最高部分比最低部分的高差小于或等于30cm,混凝土浇筑要一气呵成,不得中断,并确保混凝土面上升速度大于或等于2m/h,导管埋深保持在2~6m,砼浇注时,随时测量砼面高度,核对砼面及导管拆去的数量,严禁拔空,每幅砼灌注量50m3做一组抗压试块,超过50m3,再增加一组,抗渗试块按每幅墙做一组;
八、接头施工:
接头采用柔性圆形锁口管接头,系在未开挖槽段一端紧靠土壁安放接头管,阻挡混凝土与未开挖槽段土体粘合,待混凝土浇灌后,逐渐拔出接头管,接头管要安放到底,各节组装好后全长的垂直度偏差要符合要求,接头管上的各种插孔用木楔堵住,接头管背侧回填粘土球;
九、接头管的顶拔:
接头管的顶拔采用液压千斤顶顶拔,采用两台行程1.2~1.5m的100t柱塞式千斤顶及配套高压油泵进行顶拔,接头管的顶拔时间是根据第一次灌砼试块的凝结情况和砼的初凝时间确定的,第一次顶拔控制在200~300㎜以内,以后15分钟~30分钟顶拔一次来控制起拔速度,顶拔高度以压力表读数进行控制,混凝土灌注结束后6~8小时拔完接头管,成槽完成后进行刷壁,采用根据接头形式自制的刷壁器,利用150吨吊车,刷壁器侧面的钢丝刷对已成墙的槽幅端头进行多次刷壁,以刷除粘附在接头处的泥皮及泥土、砂浆,防止接头处夹泥而发生渗漏。
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