CN105507322B - 沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，具体涉及沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法。本发明提供的沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，利用围堰挡水的作用，将围堰内的钢管堵头桩周边以明挖基坑的形式，三面进行放坡开挖，开挖至钢管堵头桩割除的要求高程后，进行干割除钢管堵头桩，通过调整割除钢管堵头桩的施工方法，施工序为：围堰填筑，岸下明挖基坑围护、主体和回填，干割除钢管堵头桩，拆除围堰，围堰下基槽开挖，沉管与暗埋段对接。本发明缩短了钢管堵头桩与对接处的距离，减少岸下明挖基坑工程量、围堰的填筑和拆除工程量，缩短围堰的填筑长度，避免进行水下割除钢管堵头桩。由于主要采用传统的挖掘机施工，施工功效和经济效益显著。

Description

沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法

技术领域

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，具体涉及沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩割除方法。

背景技术

现有技术中的沉管隧道在世界各个国家已经有百余年的建筑历史，中国在90年代末期引入此技术，目前中国国内的沉管隧道仅有10余条，因此，对沉管隧道设计、施工的技术研究、再创新有着极大的价值和意义。中国国内目前沉管对接段的通常设计方法为：沉管与明挖暗埋段对接点设置于岸下滩地。为保证岸下明挖暗埋段的施工安全，在明挖暗埋段外围设置围堰；围堰的堰体内部设置塑性混凝土防渗墙，起到即阻挡堰外明水，有隔断江水渗流至围堰的水通道，保证基坑施工安全。岸下明挖暗埋段基坑围护结构采用：两侧设置钻孔灌注桩和三轴搅拌桩，基坑端头设置为钢管桩和高压旋喷桩，钢管桩的设置主要由三个目的：

1、作为基坑的围护结构，必要设置；

2、沉管段的基槽开挖爆破时，起到隔离保护对接头预埋件的作用；

3、钢管桩较混凝土桩，便于水下拆除。

对接段的围堰和明挖基坑简要施工步序为：①围堰填筑→②岸下明挖基坑围护、主体、回填→③拆除围堰→④围堰下基槽开挖→⑤水下钢管桩割除→⑥沉管与暗埋段对接。

上述方法在项目的实施过程中，由于受征地、拆改滞后、赣江水位高等因素影响，施工进度不理想。

发明内容

为了保证项目工期节点的实现，本发明提出了一种沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，其在对接段的施工方法的核心在于实现快速进行钢管堵头桩的割除。所述干割除方法时利用围堰挡水的作用，将围堰内的钢管堵头桩周边以明挖基坑的方式，三面进行放坡开挖；开挖至钢管堵头桩割除的要求高程后，割除钢管堵头桩；通过实施调整割除堵头钢管堵头桩的施工方法，对接段的总体施工工序调整为：围堰填筑，岸下明挖基坑围护和主体回填，干割除钢管堵头桩，拆除围堰，围堰下基槽开挖，沉管与暗埋段对接。

本发明所述干割除方法，包括：

步骤1，进行围堰填筑；

步骤2，进行岸下明挖暗埋段的主体结构及拱顶回填；

步骤3，包括以下步骤：

(1)分层开挖堵头桩周边土体，由第一层混凝土支撑高程，开挖至第二层钢支撑顶高程后，拆除对接口与钢管堵头桩段的冠梁及第一层混凝土支撑，进行拆除对接口与钢管堵头桩段的冠梁高差范围内的两侧钻孔灌注桩破除，钢管堵头桩采用气割进行分节割除，进行上部第一节钢管堵头桩的割除；

(2)降低基坑两侧钻孔灌注桩外侧土体高程，拆除第二层钢支撑，拆除第二层钢支撑时，此段钻孔灌注桩为悬臂挡土结构，对两侧桩体外侧保留的土体高度及桩体悬臂的稳定性进行检查与验算；

(3)继续分层开挖钢管堵头桩外侧土方，至基坑底部，对钢管堵头桩第二节割除，直到全部割除完毕；

步骤4，由岸边向江中方向自上而下分层倒退式拆除围堰，所述围堰的拆除取决于实施期间的围堰外水位情况，围堰的拆除包括围堰自身的填筑材料围堰形式，拆除围堰时，进行水位观测和拟定拆除围堰剩余部分的稳定性检查与验算；

步骤5，随着围堰自上而下拆除至基槽开挖面时，进行基槽开挖，所述基槽开挖采取分层倒退式开挖，遇到软弱岩层时直接采取挖掘机破碎头破除；

步骤6，剩余部分的围堰拆除及其下部基槽开挖，由抓斗船水上进行拆除，遇到岩石时采取水下爆破的方式进行开挖，上述工序拆除完成后，浮运沉管至隧址，进行沉管与暗埋段对接。

进一步的，所述步骤3中，在堵头钢管桩处基坑采用分层放坡开挖，坡率按照围堰填筑的边坡坡率设置。

进一步的，所述步骤3中，当开挖遇到地下裂隙水时，在开挖面设置集水沟和集水坑，进行抽排水。

进一步的，所述步骤4中，在步骤3钢管堵头桩割除后，根据围堰拆除期间的围堰外水位情况，当围堰外水位等于或高于设计水位时，采用水上拆除的施工方法进行围堰拆除，当围堰外水位低于设计水位时，则根据围堰的填料及结构形式，进行安全性检查与验算后，确定围堰拆除的范围；

在实施期间的实际拆除高程，按照计算拆除高程+1m进行拆除；在围堰拆除实施期间，配置24小时不间断的水位观测和堰体稳定监测人员，根据上游水位观测站提供的近期水位变化趋势，安排施工进度。

进一步的，所述步骤6中，进行水上拆除作业前，先将围堰内的基槽注水，所述基槽注水采用挖槽引流或水泵泵入江水的方式进行围堰内基槽注水，在围堰内外水位平衡后，进行剩余部分的围堰拆除及其下部的基槽开挖。

本发明所述沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法与现有技术相比，优越效果在于：

1、缩短钢管堵头桩与对接处的距离，减少岸下明挖基坑工程量、围堰的填筑和拆除工程量，缩短围堰的填筑长度；

2、避免了水下割除钢管堵头桩，管内受杂物堵塞时，繁琐的清理工作；

3、根据水位情况，当围堰外水位低于设防水位时，采用传统的挖掘机分层开挖工艺，进行部分围堰的拆除、清理部分围堰下部的基槽岩石，与使用抓斗船水上拆除围堰有着显著的工作效率和经济效益。

附图说明

图1为本发明所述沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法工序步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，具体说明本发明提供的沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，所述方法包括：

步骤1，围堰填筑步骤

围堰为充砂长管袋围堰，长管沙袋采用砂舶+泵砂船+铺排船联合充砂作业，填筑分袋、逐层堆码至设计高程。在此期间穿插塑性混凝土防渗墙、围堰坡面防护等辅助工程的工序施工。总体填筑顺序包括充砂长管沙袋分2个作业面施工，自围堰临水侧中部沿轴线向两侧岸线方向施工。

步骤2，岸下明挖基坑围护、主体工程及回填步骤

主要施工工序包括场地平整，构筑围护结构，所述围护结构包括钻孔桩、三轴搅拌桩、钢管堵头桩、高压旋喷桩、中立柱、混凝土冠梁、直撑，基坑土方开挖，构筑主体结构，所述主体结构包括底板、边墙、拱顶和接头预埋件、拱顶回填。

主要采用的施工工艺及设备如下：

(1)围护结构施工步骤

钻孔桩、钢管堵头桩中立柱、采取旋挖钻机成孔，将钢管制成的钢筋笼整体一次吊装，水下灌注混凝土成桩；三轴搅拌桩采用三轴搅拌桩机；间隔式双孔全套复搅式成桩；其中，高压旋喷桩采取地质钻孔机引孔，三重管旋喷机自下而上成桩，混凝土冠梁及直撑底模为砂浆垫层底模，侧模采用竹胶板+扣件式钢管架支撑体系，混凝土浇筑采取汽车泵泵送入模。

(2)基坑土方开挖步骤

基坑开挖采取挖掘机接力方式、分层倒退式开挖，每层高度2m，开挖完成后及时进行桩间喷混凝土作业；并遵循先支后挖的原则。

(3)主体结构施工步骤

主体结构分组施工，每组长度控制在24m左右。

底板：堵头模板采用竹胶板+扣件钢管支撑体系，导脚模板采用定型钢模。底板混凝土属大体积混凝土范畴，采用2台汽车泵由两侧向中部分层推进浇筑。

边墙：模板采用竹胶板+木方+扣件式满堂脚手架作为支撑体系，混凝土浇筑采用汽车泵分层同步，共4个边墙，浇筑。

顶板：模板采用竹胶板+木方+扣件式满堂脚手架作为支撑体系，混凝土浇筑方法同底板。

(4)拱顶回填步骤

拱顶回填，采取分层水密法密实的方法填筑。

步骤3，干割除钢管堵头桩步骤

干割除钢管堵头桩的总体思路是：将钢管堵头桩周边以明挖基坑的形式，三面进行放坡开挖，使其钢管中暴露于基坑中部，利用气割将钢管堵头桩分节割除，割除过程中利用挖掘机临时悬挂钢管堵头桩上口，防止钢管堵头桩割断时突然倾覆伤人。具体步骤如下：

(1)首先对钢管堵头桩周边土体进行分层土方开挖，开挖至第二层钢支撑顶。其目的在于先卸载钻孔灌注桩和钢管堵头桩外侧土压力，然后进行两侧钻孔灌注桩的破除、堵头桩的分节割除。

(2)继续降低两侧钻孔灌注桩外侧土体，降低到的哪个高程值由两方面因素决定。一是待第二层钢支撑拆除后，钻孔灌注桩作为悬臂结构能够自稳；二是降低的高程能够满足沉管与暗埋段对接时的船舶吃水深度的要求。

(3)继续降低钢管堵头桩外侧土体至设计割除高程，采用气割割除。

(4)施工中主要控制要点及注意事项：放坡开挖土方，采用挖掘机分层开挖，分层厚度不大于2m，当开挖遇到地下裂隙水时，在开挖面设置集水沟和集水坑并进行抽排。

步骤4，拆除围堰步骤

钢管堵头桩割除后，即可进行围堰的部分拆除，围堰的拆除取决于实施期间的围堰外水位情况。通常是可以部分拆除围堰的，因为围堰是按照“百年一遇”的水位设防，即是施工期处于“百年一遇”的水位状况下，其持续时间一般不会很长。

由岸边向江中方向自上而下分层倒退式拆除围堰，围堰的拆除包括围堰自身的填筑材料和围堰形式，拆除围堰时，进行水位观测和拟定拆除围堰剩余部分的稳定性检查与验算；当围堰外水位低于设防水位，即拆除部分围堰、减小围堰的规模，拆除采取挖掘机开挖、自卸汽车运输，施工时进行必要的便道硬化，如铺设钢板或块石修筑临时便道。拆除的具体范围，以剩余部分围堰稳定为原则。当围堰外水位低于设计水位时，则根据围堰的填料及围堰形式，经过必要的检算，确定围堰可以拆除的范围；在实施期间的实际拆除高程，应按照计算拆除高程+1m进行拆除，主要目的是预留1m高的安全富裕；一旦在拆除实施期间围堰的外水位暴涨，则围堰内的施工机械和车辆有必要的撤离时间。在工程施工过程中，围堰形式为内大外小双堰体形式，两围堰体之间采用塑性混凝土防渗墙止水。拆除了23.7m～10m高程值间的围堰体，以及塑性防渗墙内侧围堰体和基槽土石方。

步骤5，围堰下基槽开挖步骤

基槽与围堰实际属于上下层关系，在围堰分层倒退式开挖过程中，一并将基槽内的土方或石方清理。围堰和基槽开挖方式，用传统的抓斗船拆除围堰，遇到岩层时采用水下爆破的方法清理基槽，有着巨大的功效提升。在工程施工过程中，运用此法，使用挖掘机拆除围堰及基槽约10方的土石方工程量，对于整个项目的工期、费用、安全效益显著。

步骤6，沉管与暗埋段对接步骤

剩余部分的围堰拆除及其下部基槽开挖，由抓斗船水上进行拆除，遇到岩石时采取水下爆破的方式进行开挖，完成上述步序后，即可进行沉管与暗埋段对接。水上拆除作业前，应先将围堰内的基槽注水，采用挖槽引流或水泵泵入江水的方式来实现堰内基槽注水，使堰内、外水位平衡后，方可进行剩余部分的围堰拆除及其下部的基槽开挖。拆除完毕后，浮运沉管至隧址，进行对接事宜。另外在围堰拆除实施期间，必须配置24小时不间断的水位观测和堰体稳定监测人员。宜与上游的水位观测站，建立良好的沟通机制，掌握近期水位的趋势情况保证安全。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，进行围堰填筑；

步骤2，进行岸下明挖暗埋段的主体结构及拱顶回填；

步骤3，干割除钢管堵头桩步骤，包括以下步骤：

(1)分层开挖钢管堵头桩周边土体，由第一层混凝土支撑高程，开挖至第二层钢支撑顶高程后，拆除对接口与钢管堵头桩段的冠梁及第一层混凝土支撑，后进行此段高差范围内的两侧钻孔灌注桩破除，钢管堵头桩采用气割进行分节割除，进行上部第一节钢管堵头桩的割除；

(2)降低基坑两侧钻孔灌注桩外侧土体高程，拆除第二层钢支撑，拆除第二层钢支撑时，此段钻孔灌注桩为悬臂挡土结构，对两侧桩体外侧保留的土体高度及桩体悬臂进行稳定性验算；

(3)继续分层开挖钢管堵头桩外侧土方，至基坑底部，对钢管堵头桩第二节割除，直到全部割除完毕；

步骤4，围堰的拆除

由岸边向江中方向自上而下分层倒退式拆除围堰，所述围堰的拆除取决于实施期间的围堰外水位情况，围堰的拆除包括围堰自身的填筑材料和围堰形式，拆除围堰时，进行水位观测和拟定拆除围堰剩余部分的稳定性检查与验算；

步骤5，围堰下基槽开挖步骤

随着围堰自上而下拆除至基槽开挖面时，进行基槽开挖，所述基槽开挖采取分层倒退式开挖，遇到软弱岩层时直接采取挖掘机破碎头破除；

步骤6，沉管与暗埋段对接步骤

剩余部分的围堰拆除及其下部基槽开挖，由抓斗船水上进行拆除，遇到岩石时采取水下爆破的方式进行开挖，上述拆除完成后，浮运沉管至隧址，进行沉管与暗埋段对接。

2.根据权利要求1所述沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，其特征在于，所述步骤3中，在钢管堵头桩处基坑采用分层放坡开挖时，坡率按照围堰填筑的边坡的坡率设置。

3.根据权利要求1所述沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，其特征在于，所述步骤3中，当开挖遇到地下裂隙水时，在开挖面设置集水沟和集水坑，并进行抽排水。

4.根据权利要求1所述沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，其特征在于，所述步骤4中，在步骤3钢管堵头桩割除后，根据围堰实施期间的围堰外水位情况，当围堰外水位等于或高于设计水位时，采用水上拆除的施工方法进行围堰拆除，

当围堰外水位低于设计水位时，则根据围堰的填料及结构形式，进行安全性检查与验算后，确定围堰拆除的范围；

在实施期间的实际拆除高程，按照计算拆除高程+1m进行拆除；在围堰拆除实施期间，配置24小时不间断的水位观测和堰体稳定监测，根据上游水位观测站提供的近期水位变化趋势，安排施工进度。

5.根据权利要求1所述沉管隧道围堰内基坑钢管堵头桩干割除方法，其特征在于，所述步骤6中，进行水上拆除作业前，先将围堰内的基槽注水，所述基槽注水采用挖槽引流或水泵泵入江水的方式进行堰内基槽注水，在围堰内外水位平衡后，进行剩余部分的围堰拆除及其下部的基槽开挖。