CN110821503B - 一种超深盾构区间风井先隧后主体施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,包括如下步骤:首先施工风井地连墙,对风井洞门加固,洞门加固完成后,盾构机掘进穿过风井,掘进过程中对风井与隧道衔接区及隧道与风井地连墙接缝处加固,以及对风井以外10环范围管片的加固,然后施工格构柱及降水井至基坑内降水效果达到基坑开挖要求,之后再开挖基坑,并对管片拆除,最后进行混凝土环梁施工。本发明的施工工序简单,盾构机无需再进行接收,无需安装拆除接收架,无需进行坑外降水、无需洞门破除等,大大降低了盾构机过井的安全风险,同时节约工期,该施工方法适用于开工较晚的区间风井,也适用于盾构机穿越风井的地层位于承压水层中间地下水丰富地层透水性较大的情况。

Description

一种超深盾构区间风井先隧后主体施工方法
技术领域
本发明属于隧道开掘技术领域,具体涉及一种超深盾构区间风井先隧后主体施工方法。
背景技术
随着我国城市的进一步发展,城市地铁正在快速发展成为缓解城市交通压力的主要交通工具。盾构施工技术是目前地铁建设隧道施工的主要施工方法,现行的地铁施工方法大多需要先将地面的附属建筑进行拆除后再进行隧道和风井的施工作业,但是由于地铁沿线大多有较多的地面建筑附属物,在进行地铁建设时需要先进行征地拆迁,而征地拆迁工作是一项牵扯诸广的工作,实际工作中经常会发生由于征地拆迁的进程而影响整个地铁建设工期的事件。施工过程中经常受征地拆迁影响造成车站或区间风井不能及时施工,导致盾构机无法正常掘进,严重影响地铁的施工工期。
因此,需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中由于拆迁不及时而造成施工工期延后或者不能及时施工的问题,本发明采用盾构机先行过区间风井或车站,后施工区间风井和车站的主体结构的方法,先遂后主体的施工方法能够很好地降低这种延迟工期的风险。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,所述施工方法包括如下步骤:
步骤S1,准备盾构机穿过风井的材料及设备并施工风井地连墙,所述风井地连墙施工完毕后,在风井地连墙外侧接缝处用三重管高压旋喷桩加固止水,所述洞门位置的风井地连墙处预埋有注浆管;
步骤S2,盾构机端头进出洞门前,采用素墙围蔽配合袖阀管注浆加固的方法对风井洞门进行加固,素墙形成止水帷幕,然后采用袖阀管注浆对土体进行加固;
步骤S3,盾构机进入风井后在风井内开仓检查更换刀具,并采用所述三重管高压旋喷桩对换刀区加固;
步骤S4,隧道与风井衔接区通过注浆孔向管片背后进行二次注浆及采用钢花管打孔注浆加固土体隧道与风井地连墙接缝处;
步骤S5,风井外侧10环范围内的隧道采用型钢支架对盾构管片进行加固;
步骤S6,拆除风井风井地连墙内侧第一环管片与风井外侧管片的纵向连接螺栓,施工风井格构柱;
步骤S7,在基坑内和基坑外均设置降水井,运行基坑内降水井做降水试验,至基坑内降水效果达到基坑开挖要求;
步骤S8,基坑的开挖,当开挖至管片后,两侧对称开挖并同时拆除管片;
步骤S9,进行混凝土环梁施工。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S1中风井地连墙施工时洞门范围内的钢筋为玻璃纤维筋,玻璃纤维筋与钢筋之间通过U型扣件进行绑扎搭接。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S2中袖阀管为PVC管,所述袖阀管上钻设有射浆孔,每组所述射浆孔的外部包裹有一层橡胶套,所述橡胶套用于防止钻孔泥浆或套壳料进入袖阀管内;所述橡胶套的长度大于射浆孔的长度。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S2中袖阀管注浆包括以下步骤:
S2a,钻孔;
S2b,将注浆段配备的袖阀花管和芯管下入钻孔底部,用泥浆泵将拌好的套壳料注入孔内注浆段,在袖阀花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管,在孔口压入止浆固管料至孔口返止浓浆为止;
S2c,待止浆固管料凝固后开始灌浆,先用稀浆加压开环,然后采用芯管自下而上进行灌浆,全孔段注浆完成后,间歇一段时间后进行第二次注浆;
S2d,注浆完成后,清洗袖阀管,将注浆管的管口封上,以备后续重复注浆。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S3中盾构机掘进风井时,推进速度为5~8mm/min,推力为500t~600t,刀盘扭矩不大于2000KN·m。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S4中二次注浆的注浆量为0.6~1.2m3,注浆压力为0.2~0.4Mpa,注浆位置为管片注浆孔脱出盾尾3~5环。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S5中型钢支架包括H型钢和临时支撑用的工字钢,所述H型钢之间坡口双面焊接连接;所述工字钢与管片连接端焊接有钢板,所述钢板与管片之间设置有橡胶垫;所述H型钢顶在管片上。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S7中基坑内设置有4口降水井,基坑外洞门的两端分别设置6口降水井,基坑外的降水井用于防止盾构管片背面缝隙向基坑内渗水;
更优选地,所述降水井的深度为40m,降水井的直径为273mm。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S8中基坑开挖时采用盆式开挖,开挖的同时施工支撑体系;开挖至管片后,隧道两侧的土体对称开挖,且隧道两侧的土体高度相差不大于1000mm;
更优选地,拆除所述管片从风井中间位置向两端拆除管片,从上向下拆除管片,拆除至所述支撑体系时,用土方回填风井内的隧道。
如上所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,作为优选方案,所述步骤S9中环梁与主体结构侧墙同时施工,环梁与管片接缝处设置两道止水条,管片背后设置一道注浆管。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有如下优异效果:
本发明中超深盾构区间风井先隧后主体施工方法是区间风井的围护结构施工完毕后,洞门加固完成后,无需等待风井施工主体,盾构机先行掘进穿过风井,掘进过程中在风井以外10环范围内用洞内钢花管注浆的方式加固止水,确保基坑开挖后洞门不漏水;待区间施工完毕后,盾构衔接区范围采用型钢支架对盾构管片进行加固,之后再开挖风井基坑,拆除风井内的管片,再施工风井主体结构,以达到节约盾构施工工期的目的。
本发明施工工序简单,盾构机无需再进行接收,无需安装拆除接收架,无需进行坑外降水、无需洞门破除等,大大降低了盾构机过井的安全风险,同时节约工期;该施工方法适用于开工较晚的区间风井,风井的结构施工时间不能满足盾构正常接收,影响盾构正常掘进,且盾构工期紧张;同时也适用于风井基坑较深,且基底为承压水层,盾构机穿越风井的地层位于承压水层中间地下水丰富地层透水性较大的情况。
附图说明
图1为本发明实施例的U型扣件的结构示意图;
图2为本发明实施例的钢垫板的结构示意图;
图3为本发明实施例的U型扣件与玻璃纤维筋之间的连接示意图;
图4为本发明实施例的洞门加固平面示意图;
图5为本发明实施例的管片注浆布置示意图;
图6为本发明实施例的型钢支架的闭口两环支撑结构示意图;
图7为本发明实施例的型钢支架的支撑结构的放大图;
图8为本发明实施例的降水井布置示意图;
图9为本发明实施例的管片拆除示意图;
图10为本发明实施例的环梁防水示意图。
图中:1、风井地连墙;101、钢筋;102、玻璃纤维筋;103、U型扣件;1031、钢垫板;1032、螺栓孔;1033、U型螺栓;104、混凝土面;105、保护层;2、素墙围壁;3、三重管高压旋喷桩;4、袖阀管注浆区加固区;5、换刀区;6、钢花管;7、管片;8、H型钢;9、支撑结构;901、钢板;902、橡胶垫;903、工字钢;10、降水井;11、降压井;12、疏干井;13、基坑;14、支撑体系;15、土方回填;17、侧墙;18、砂浆;19、止水条;20、注浆管;21、环梁。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1~10所示,本发明提供了一种超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,施工方法包括如下步骤:
步骤S1,准备盾构机穿过风井的材料及设备并施工风井地连墙1,风井地连墙1施工完毕后,在风井地连墙1外侧接缝处用三重管高压旋喷桩3加固止水,洞门位置的风井地连墙处1预埋注浆管;风井地连墙1幅宽8m,钢筋笼吊装时采用分节吊装,钢筋笼连接采用焊接的连接方式,风井地连墙1施工完毕后,在风井地连墙1外侧接缝的地方用三根三重管高压旋喷桩3加固止水,防止风井地连墙1接缝处漏水,加固深度与风井地连墙1深度相同,在洞门位置的风井地连墙1预埋PVC注浆管,采用隧道范围内间隔50cm布置一根注浆管,深度为隧道下方0.5m。
风井地连墙1施工时洞门范围内的钢筋101为玻璃纤维筋102,玻璃纤维筋102与钢筋101之间通过U型扣件103进行绑扎搭接。如图1~图3所示,U型扣件103通过钢垫板1031将钢筋101和玻璃纤维筋102固定在混凝土面104上,钢筋101位于玻璃纤维筋102与混凝土面104之间,且钢筋101与混凝土面104之间还设置有保护层105。U型扣件103包括U型螺栓1033和钢垫板1031,钢垫板上设置有两个螺栓孔1032,U型螺栓1033将玻璃纤维筋102和钢筋101固定在U型区域内,两根螺柱再穿过两个螺栓孔1032并将玻璃纤维筋102与钢筋101串接起来,然后螺帽将钢垫板固定在玻璃纤维筋102的侧壁上。在具体实施时U型螺栓1033采用M10型的螺栓,钢垫板1031的厚度为10mm,保护层105的最大厚度为70mm。
步骤S2,盾构机端头进出洞门时,采用素墙围蔽2配合袖阀管注浆加固的方法对风井洞门进行加固,素墙形成止水帷幕,然后采用袖阀管注浆对风井端头加固;
如图4所示,素墙起到对加固区的帷幕止水作用,对洞口段进行袖阀管地面加固,袖阀管注浆加固区4的范围为车站围护结构以外,加固长度为9m,加固高度为12.2m(盾构隧道上、下、左、右各3m),采用800mm的素墙围蔽2,小里程素墙桩底深度为36m,桩顶位于地面以下15m,大里程素墙桩底深度为39.5m,桩顶位于地面以下13m,主要起到围蔽和止水效果。洞门加固主要是防止基坑开挖时,管片7与风井地连墙1接缝处涌水。
在加固区内设置降水井10,每个端头设置4口降水井,基坑13开挖时进行降水。目的是控制地下水压力及防止风井开挖基坑13时地下水从管片7与风井地连墙1缝隙渗入基坑13,确保基坑13开挖安全。为了更好的控制地下水压力及防止盾构掘进时由超挖而引起的土砂流入基坑13,从而保证基坑13安全。在盾构端头布置降水井10,达到降低水压力的效果。在风井大小里程端头各布设4口降水井,井深50m。
盾构机进入风井后在风井内进行开仓检查刀盘,在风井内进行换刀加固,加固方式采用三重管高压旋喷桩3,换刀区5加固范围为:隧道外壁3m范围内。
加固后的土体在端头井围护结构凿除后有良好的自立性和匀质性,加固土体28天无侧限抗压强度不小于1.0MPa,渗透系数不大于1.0×10-6cm/s。
优选的,袖阀管为PVC管,袖阀管上每隔33~35cm钻设有一组射浆孔,一组射浆孔有四个,直径为Φ6mm或Φ8mm,每组射浆孔的纵向长度为6~10cm,每米袖阀管上一般钻2~3组射浆孔;每组射浆孔的外部包裹有一层橡胶套,把袖阀管放入钻孔时,橡胶套用于防止钻孔泥浆或套壳料进入袖阀管内;橡胶套的长度大于射浆孔的长度。在灌浆时橡皮套在压力作用下被浆液冲开,使浆液进入地层,并且可保证按要求分清层次,形成劈裂,而当停止灌浆时,橡胶套又弹回并裹紧袖阀管,防止管外流体进入管内,起到逆止阀门的作用。为防止橡胶套上下错位,须在橡胶套两侧用固定环固定。袖阀管不应有较大的弯曲,内壁必须光滑。袖阀管上的每组射浆孔,即为一个灌浆段,灌浆头由双塞系统止浆塞和灌浆芯组成,每一次灌浆头在袖阀管中上下移动灌浆时,只包含一个灌浆段,亦即灌浆头移动距离与每组射浆孔间距相同。
袖阀管注浆加固是把具有充填和凝胶性能的浆液材料,通过配套的注浆机具压入所需加固的地层中,经过凝胶硬化后充填和堵塞地层中的空隙,减小注浆区地层渗水系数及坑道开挖时的渗漏水量,并能固结软弱和松散岩体使地层强度和自稳能力得到提高。
优选的,袖阀管注浆包括以下步骤:
S2a,钻孔;地面注浆选用地质钻机,针对较软土层采用合金钻具回转的钻进方法成孔,该钻机重量轻,利于迁移,并有较高的钻进效率;调整钻机高度,立轴对正孔位,将钻具放入孔口管内,使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上,用罗盘、水平尺和辅助线检测立轴方向和倾斜角度;采用优质稀泥浆护壁,当砂层较厚、孔内塌孔时,用Φ108mm套管护孔,待孔内注入套壳料并下入袖阀管后,才将Φ108mm套管提出孔外;其中,钻孔布置注意避开管线,并不得破坏既有的基础。
S2b,将注浆段配备的袖阀花管和芯管下入钻孔底部,用泥浆泵将拌好的套壳料注入孔内注浆段,在袖阀外花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管,在孔口压入止浆固管料至孔口返止浓浆为止。
实际施工中,钻孔至设计深度并采用清水洗孔后,立即将套壳料通过钻杆泵送至孔底,自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止;依次下入按注浆段配备的袖阀花管和芯管,下管时及时向管内加入清水,克服孔内浮力,顺畅下入至孔底;灌入封闭泥浆(即套壳料);在袖阀管外花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管,在孔口上部2米孔段压入止浆固管料,直至孔口返止浓浆为止。
套壳料一般以膨润土为主,水泥为辅组成,主要用于封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间,防止灌浆时浆液到处流窜,在橡胶套和止浆塞的作用下,迫使在灌浆段范围内挤破套壳料(即开环)而进入地层。
套壳料浇注的好坏是保证注浆成功与否的关键,它要求既能在一定的压力下,压开填料进行横向注浆,又能在高压注浆时,阻止浆液沿孔壁或管壁流出地表。套壳料要求其脆性较高,收缩性要小,力学强度适宜,即要防止串浆又要兼顾开环。
套壳料采用粘土和水泥配制,配比范围为水泥:粘土:水=1:1.5:1.88,浆液比重约为1.5,漏斗粘度24-26s;实际施工时应通过多组室内及现场试验,选取最佳配比。根据工程中的要求,套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在2-5d内可灌浆。
套壳料的用量(m3)=1.3×π×R(钻孔半径2-袖阀管半径2)×H注浆段高度。套壳料浇注方法:成孔后,将钻杆下到孔底,用泥浆泵将拌好的套壳料经钻杆注入孔内注浆段。
止浆固管料采用速凝水泥浆,水:水泥=1:1.5。可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。
S2c,待止浆固管料凝固后开始灌浆,先用稀浆加压开环,然后采用芯管自下而上进行灌浆,全孔段注浆完成后,间歇一段时间后进行第二次注浆;
实际应用中,灌浆的前期阶段,使用稀浆(或清水)加压开环,在加压过程中,一旦出现压力突降,进浆量剧增,表示已经“开环”,开环后即按设计配比开始正式注浆。采用双栓塞芯管进行灌浆,根据各组注浆参数表要求,从孔底自下而上进行注浆,每排孔眼作为一个灌浆段,其段长为50cm。
注浆液采用32.5普通硅酸盐水泥,注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比。开环压力为0.35mpa左右,具体数值根据现场实验调整。正常注浆压力为0.4-0.8Mpa,注浆压力控制在1.0MPa以内,并由下而上逐渐减小,视具体情况分别采用或作适当调整。每次注浆都必须跳开一个孔进行注浆,以防止发生窜浆现象。全孔段注浆完成后,间歇一段时间再进行第二次注浆,间歇时间控制在10~30min之内。
S2d,注浆完成后,清洗袖阀管,将注浆管的管口封上,以备后续重复注浆。
实际施工中,当注浆压力≥1.0Mpa,吸浆量<2.5L/min,稳定时间25min,即为注浆完成。当发现被加固建筑物有上抬的趋势时,立即停止注浆。当发生窜浆或浆液漏失严重时,立即停止注浆。
每孔注完浆后,用Φ20mm水管插入袖阀管内,泵入清水把袖阀管内残留水泥浆冲洗干净,以备复注,浆管口用胶布封上,以备在以后开挖过程中,地面出现沉降时,进行重复注浆。
在注浆过程中,要密切监测地面及建筑物的沉降情况,如发现被加固建筑物有上抬的趋势,立即停止注浆,严格控制注浆前后建筑物的上抬量不得超过2mm。
用32.5R普通硅酸盐水泥作灌注主料,确定各种灌注材料的合理配比,在施工中使用的材料配比(重量比)如下:
①袖阀管套壳料:
水泥:粘土:水为1:1.5:1.88(重量比,配方由现场试验最后确定);
②固管料为单液水泥浆,配比为:
水:水泥为1:1.5;
③袖阀管注浆的浆液配比:
水泥:水为1:1~0.6:1,先稀浆后稠浆。如注浆效果较差时根据实据情况采用双液浆或超细水泥浆液。
④速凝剂:
如发现地下有水流通道,孔内漏浆严重时,可掺入适量的的水玻璃作为速凝剂。水泥浆与水玻璃体积比C:S=1:(0.5~1),其中:水玻璃:浓度为45Be',模数n=2.4~2.8。
步骤S3,盾构机进入风井后在风井内开仓检查更换刀具,并采用三重管高压旋喷桩3对换刀区5加固。
当盾构机推进至风井最后50m时,进行贯通前的测量,复检盾构机所处的方位,确认盾构机状态,加强车站端头及其附近围护结构的变形监测。同时降低推力和掘进速度,避免顶裂风井围护结构,缓慢切割端头围护结构,以确保盾构机良好的姿态。在掘进的过程中保持低转速、小推力的掘进模式,能够确保刀盘的磨损及破坏最小顺利通过。当盾构机掘进进入风井洞门加固体时,刀盘转速及掘进推力均相应减小,其中推进速度应控制在5~8mm/min,推力控制在500t~600t,刀盘扭矩不大于2000KN·m。
风井范围以内的管片采用错缝拼装,封顶K块布置在上方,方便于后期管片拆除。
风井主体结构采用1200mm玻璃纤维筋风井地连墙,风井端头加固采用素墙围蔽2配合袖阀管注浆,800mm的素墙围蔽2,盾构机掘进至风井,需要穿越800mm厚的C20素混凝土墙,进而穿越加固区,穿越加固区后磨过1200mm厚的风井地连墙1,在风井内进行开仓检查刀具,如果刀盘磨损在可控范围内,则继续掘进,如果刀盘磨损严重,不能完成后续的施工任务,则需要在此位置进行换刀。换刀加固区为大里程风井地连墙内侧9m范围内,盾构机停机位置保证刀盘在加固区前端。在开仓时,采用坑内及坑外同时降水的方式,确保开仓安全。
盾构机从小里程向大里程掘进,穿过风井小里程风井地连墙后,继续掘进,到达大里程风井地连墙后掘进400mm后进行开仓检查更换刀具。
实际施工中,采用三重管高压旋喷桩3对换刀区5加固,三重管高压旋喷桩3的直径为Φ900mm,长度约为17.6m,三重管高压旋喷桩之间的间距为0.65m,呈梅花形布置;盾构始发端头加固纵向长9.0m,横向及竖向尺寸为盾构结构线外侧3.0m;对加固范围内换刀区5的土体的水泥掺量不低于18%;经加固的土体有很好的均质性、自立性,28天无侧限抗压强度不小于1.0Mpa,渗透系数不应大于10cm-7/s。
步骤S4,隧道与风井衔接区通过注浆孔向管片7背后进行二次注浆及采用钢花管6打孔注浆对土体隧道与风井地连墙1接缝处加固。
如图5所示,为防止地下水通过管片7环形间隙从洞门位置渗漏并流入基坑13,影响基坑的温度,基坑开挖前通过注浆孔向管片7背后进行两次注浆及钢花管6注浆止水,形成止水密封圈;初次注浆,在盾构机穿越风井的过程中,当管片注浆孔脱出盾尾后一环将预留出来的注浆孔打入水玻璃,使水玻璃混入同步注浆浆液加快同步注浆凝结时间;二次注浆,盾构机穿越素墙及风井地连墙时进行二次注浆。
在盾构机穿越风井过程中,当管片注浆孔脱出盾尾后一环将预留出来的注浆孔打开注入水玻璃,使水玻璃混入同步注浆浆液加快同步注浆凝结。点位选择管片邻块L1、L2,标准块B1、B2、B3上用于注浆孔。注浆孔的注浆压力根据实际情况,当压力达到0.4Mpa时停止注浆。
盾构机穿越素墙及风井地连墙时,为了缩短浆液初凝时间,控制管片上浮、错台及隧道线型,二次注浆点位主要设在11点、1点、3点三个点位上,按照此顺序依次调整注浆孔位。二次注浆采用双液浆,水泥浆液(水泥:水)和水玻璃(水玻璃:水)配比为1:1。
二次注浆由底部向上依次压注。
采取注浆量、注浆压力双控。
优选的,二次注浆的注浆量为0.6~1.2m3,注浆压力为0.2~0.4Mpa,注浆位置为管片注浆孔脱出盾尾3~5环。
在风井地连墙1两侧临近10环进行钢花管6注浆,注浆范围是隧道外壁3m的360°范围,注浆目的是穿越素墙及风井地连墙1时,由于处在承压水层,水压较大,推进的过程中管片7与开挖土体间存在115mm的间隙,对后期风井开挖造成安全隐患。故穿越期间在隧道内采用钢花管6壁后深层注浆对土体隧道与风井地连墙1接缝处进行加固,防止后期漏水。
钢花管打孔注浆的具体施工步骤:
1、管片7要求邻块(L1、L2)和标准块(B1、B2、B3)吊装孔两侧各增加一个注浆孔,即除封顶块外每片均为3个注浆孔,每环管片总共为16个可用注浆孔,由于盾构机台车占位空间影响限制,每环注浆孔数量不少于8个。在管片脱出盾尾4-5环位置根据管片各个注浆孔位置与连接桥、螺旋机不冲突的位置进行管片开孔,使用钢花管6将注浆孔依次打通。
2、依次将Φ32×3.5mm的钢花管6打入管片7注浆孔内,长度要求伸出管片3m,在钢花管6进入土体端安装皮垫止回阀,注浆端安装球阀。
3、拌制壁后注浆的浆液和封孔浆液,连接管路并检查管路是否畅通,确保满足注浆要求。
4、通过安装在钢花管6上的球阀进行壁后深层注浆,注浆材料采用水泥浆单浆液;初拟为水泥浆水灰比0.8:1~1:1,浆液浓度应根据地层情况调整,单孔每延米注浆量0.65m3(可根据超挖情况调整),以压力控制为主,注浆压力0.4~0.8Mpa。在注浆施工过程中根据监测反馈信息进行优化注浆参数。
5、注浆完成后,采用水泥水玻璃双液浆对注浆孔进行封孔处理,注浆结束。
步骤S5,风井外侧10环范围内的隧道采用型钢支架对盾构管片进行加固。
隧道贯通后,拆除隧道内的钢轨、管线等附属设施,开始进行风井基坑的开挖。基坑开挖前先进行基坑降水,基坑外侧的加固区也同时降水。
风井外侧各10环范围内的隧道采用型钢支架进行加固,确保隧道的稳定。型钢支架施工完毕后,风井范围内的管片相邻两环之间的连接螺栓拆除,风井地连墙外侧的管片与风井地连墙内侧的管片两环之间的连接螺栓拆除,防止拆除风井内管片的时候对风井外已经成型的隧道产生扰动。
如图6、图7所示,型钢支架包括H型钢8和临时支撑用的工字钢903,H型钢8之间坡口双面焊接连接;工字钢903与管片7连接端焊接有钢板901,钢板901与管片7之间设置有橡胶垫902;H型钢8顶在管片7上。
实际施工中,钢支架由H型钢8制成,竖向H型钢选用HW250×250,横向H型钢选用HW200×200,H型钢8之间的连接采用坡口双面焊接,焊缝高度不小于10mm。临时支撑的工字钢903在与混凝土管片7连接的地方要切割成斜面,在其与管片7连接端焊接一块300mm×200mm×20mm的钢板901,在施工时钢板901和管片7之间放一块10mm厚的橡胶垫902,然后把H型钢8顶在混凝土管片7上,用钢楔子塞入连接处,起加固作用,确保与混凝土管片7密贴。
步骤S6,拆除风井地连墙内侧第一环管片与风井外侧管片的纵向连接螺栓,施工风井格构柱;
风井基坑开挖前,将风井地连墙内侧第一环管片与盾构区间外侧管片的纵向连接螺栓拆除,防止基坑开挖和格构柱施工时对基坑外侧的管片造成扰动。拆除螺栓的拼缝必须位于风井基坑内侧。
格构柱采用Φ1200mm的钻孔桩,钻孔桩深入基底以下18m,钻孔桩孔深48m。格构柱位于风井内的隧道上方,钻孔桩需要贯穿隧道管片。盾构穿越风井之后,待盾构区间全部施工完毕,先采用地质钻机,将管片钻孔,便于将格构柱周边2m范围内的隧道用C20细石混凝土填实。填实后采用冲击钻成孔,冲击钻穿透管片和回填的素混凝土,然后成孔施工格构柱,轨行区有8根格构柱需要施工。
步骤S7,在基坑内和基坑外均设置降水井10,运行基坑内降水井做降水试验,至基坑内降水效果达到基坑开挖要求。
优选地,基坑内设置有4口降水井10,基坑外洞门的两端分别设置6口降水井10,基坑外的降水井用于防止盾构管片背面缝隙向基坑内渗水;
更优选地,降水井10的深度为40m,降水井10的井管的直径为273mm。
如图8所示,基坑内降水时采用4口降水井10,其中两口疏干井12,两口降压井11,基坑外洞门的两端分别设置6口降水井10,共计12口降水井10,基坑开挖时进行坑外降水,防止盾构管片背面缝隙向基坑内渗水。降水井10的深度为40m,井管的直径为273mm,降水井10在布置时应该避开隧道管片7的位置。为防止周边地层沉降,基坑外侧降水井不能大规模抽水,基坑外侧降水井做为备用应急措施。
基坑开挖前运行基坑内的降水井10,做抽水试验,观察坑内地下水补给情况,若地下水补给量小,说明风井地连墙没有大的渗漏,坑外降水井不必使用。若补给量大说明隧道与风井地连墙接缝或风井地连墙接缝有大的渗漏,在风井地连墙外侧第一环内再次用钢花管注浆,采用双液浆,注浆完毕后继续进行降水试验。
基坑开挖过程中若发现管片与风井地连墙接缝处有大量渗漏,则启动坑外降水井,降低坑外地下水位,在洞内采取注双液浆的措施堵漏,完成堵漏后才能继续向下开挖。
为防止隧道管片与风井地连墙接缝漏水,影响基坑安全,采取如下措施确保止水效果:
1、加固区外围采用800mm厚素混凝土墙围蔽,墙顶标高位于地下2m位置,墙底标高位于隧道地下6m位置;
2、风井地连墙外9m的范围进行加固,采用袖阀管加固,加固范围为隧道中心上下左右各6m;
3、靠近风井地连墙的10环管片采用多孔管片,进行洞内小导管注浆,开挖基坑前完成注浆和等强;
4、在加固区外侧,加固区与风井地连墙接缝处打设降水井,基坑开挖前根据降水试验结果,进行坑外降水。
步骤S8,基坑13的开挖,当开挖至管片7后,两侧对称开挖并同时拆除管片7。
基坑13开挖时采用盆式开挖,开挖的同时施工支撑体系14;开挖至管片7后,隧道两侧的土体对称开挖,且隧道两侧的土体高度相差不大于1000mm;
优选地,拆除管片7是从风井中间位置向两端拆除管片7,从上向下拆除管片7,拆除至支撑体系14时,用土方回填15风井内的隧道。
如图9所示,基坑13内降水效果达到基坑13开挖方案要求时进行基坑13开挖,采用盆式开挖,边开挖边施工支撑体系14(详见深基坑开挖安全专项施工方案)。开挖至管片7后,边开挖边拆除管片,开挖时隧道两侧的土体要对称开挖,土体高差不得大于1000mm。
基坑13开挖至管片7水平中心以下位置时,先从风井中间位置开始拆除管片7,从中间向两端拆除,从上向下拆除。管片7不整环拆除,拆除至支撑体系14时,用土方回填15风井内的隧道,便于施工支撑体系14。
拆除管片时洞内设置活动的钢管施工平台,使用活动顶托加力顶撑,先拆除管片K块连接螺栓,并通过螺栓孔将管片吊出基坑,然后拆除其余部分管片。
在进行具体操作时可以按照如下步骤:
上部管片拆除步骤:
1、吊装工具安装:将管片注浆孔打穿,用特制吊装工具安装在注浆孔上,并将该工具装在吊出的钢丝吊绳上。(两块管片一同起吊前应检查两片管片之间螺栓连接是否牢靠,经检查合格后方可起吊。
2、纵向连接螺栓拆除:缓慢起吊钢丝绳,使钢丝绳处于拉直但不受拉力状态,卸除纵向连接螺栓螺母。采用管片螺栓作为顶出工具,用铁锤击打管片螺栓,从而顶出纵向连接螺栓。
3、环向连接螺栓拆除:卸除两侧环向连接螺母,采用与第二步相同方法取出环向连接螺栓。
4、吊运至地面:采用汽车吊将螺栓全部卸除完毕的管片吊至地面。如连接块较紧无法拉出,可人工用撬杆协助将管片水平撬出。
下部管片拆除步骤:
1、吊装螺栓安装:用特制吊装螺栓插入安装在吊装孔上,并将该螺栓装在吊车的钢丝吊绳上。
2、纵向连接螺栓拆除:缓慢起吊钢丝绳,使钢丝绳处于拉直但不受拉力状态,卸除纵向连接螺栓螺母。采用管片螺栓作为顶出工具,用铁锤击打管片螺栓,从而顶出纵向连接螺栓。
3、环向连接螺栓拆除:卸除两侧环向连接螺母,采用与第二步相同方法取出环向连接螺栓。为保证施工安全,只是最后一根(或两根)环向螺栓不宜全部取出,可在剩余1/4~1/3处时,利用提升吊钩将其拉出。
4、吊运至地面:采用吊车将螺栓全部卸除完毕的管片吊至地面。如有管片较紧无法拉出,可人工用撬杆协助将管片水平撬出。
为保证施工安全,只是最后一根(或两根)环向螺栓不宜全部取出,可在剩余1/4~1/3处时,利用提升吊钩将其拉出。
步骤S9,如图10所示,进行混凝土环梁21施工,洞门环梁21与主体结构侧墙17同时施工,环梁21与管片7接缝处设置两道遇水膨胀止水条19,管片7背后设置一道注浆管20,通过注浆管20向风井地连墙1与管片7之间的空隙灌注砂浆18。
实施例2
昆明市轨道交通4号线土建10标螺斗区间风井位于螺斗盾构区间的中部,基坑深度为32米,基底位于承压水层。受征拆影响风井开工较晚,但螺斗盾构区间盾构机已经始发,风井的施工进度影响盾构机的正常接收和再次始发。
螺斗区间盾构机已于2017年1月15日从螺蛳湾站向斗南站始发,按照正常掘进速度2017年9月30日将到达风井,风井2017年3月6日开工,按照原方案实施计划2017年11月30日提供盾构接收条件,将影响盾构机2个月的工期。
按照现行过风井的施工方法,螺斗区间风井2017年8月30日可以提供盾构过井条件,将不影响盾构施工工期,采用本发明中的施工方法可以解决类似问题。
采用本发明施工时的经济效益分析:
1、采用本发明中的施工方法需要增加资源的投入,主要投入为:
盾构机先过风井的方案增加的措施有以下几项:
(1)洞门的钢筋改为了玻璃纤维筋,增加玻璃纤维筋5万元;
(2)增加了洞内的型钢支架,需要型钢260t,每吨材料+加工安装+拆除费用6400元,共计166.4万元。
(3)隧道回填(C15细石):7.33×28.5×4=835.6m3,需要费用835.6×260=21.7万元;
(4)灌注混凝土需要打钻孔(质地钻机):需要费用26×4×120=1.248万元;
(5)开仓检查费用:共计20万;
(6)长距离隧道掘进陀螺定向:需要进行4次,每次2.5万,共计增加费用10万;
(7)风井内管片拆除费用:10天拆完,估算费用:2万;
增加的费用:5+166.4+21.7+1.248+20+10+2=226.348万元。
2、减少的费用:
(1)减少破除4个洞门,减少费用为2.8×4=11.2元;
(2)减少反力架、始发架安装费用预估为:1000×4+300×4×10=1.6万,型钢5t,3000×5=1.5万,减少3.1万。
(3)可提前2个月提供盾构过风井的条件,实际节约2台盾构机各2个月的工期,节约费用如下:
节约管理费:
作业人员劳务费:25人×2×2×6000元=60万元;管理人员工资:50×2×8000=80万元;伙食费:450元/人×(25×2×2+50)=6.8万;房屋租赁费:2×6万/月=12万;
节约盾构机电费:2×3=6万元;
盾构机能够按时出洞,转场到其他工地继续使用,可以避免其他工程租赁盾构机,可节约费用340万。
合计节约费用:60+80+6.8+12+6+340-226.348=278.452万元。
虽然费用需要增加47.25万元,但可以确保盾构机2个月的工期。
社会效益:本发明的施工方法能够推动力地铁建设施工技术进步,可以减少因征地拆迁对盾构区间施工的影响,可以极大的缩短工期,可以得到业主的认可。
节能环保效益:使用本发明的施工方法可以避免大型起重设备作业,降低了碳的排放,降低了噪音污染。
综上所述,本发明的先隧道后主体的施工方法无需等待风井施工主体后再过井,围护结构完工后即可过井;施工工序简单,盾构机无需再进行接收,无需安装拆除接收架,无需降水、无需进行洞门破除等;盾构过井的安全风险较低,节约施工成本,本发明的施工方法适用于开工较晚的区间风井,风井的结构施工时间不能满足盾构正常接收,影响盾构正常掘进,且盾构工期紧张。本发明的施工方法针对风井基坑较深,且基底为承压水层,盾构机穿越风井的地层位于承压水层中间,地下水丰富,地层透水性较大的地质条件更为适合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,其特征在于,所述施工方法包括如下步骤:
步骤S1,准备盾构机穿过风井的材料及设备并在施工风井地连墙,所述风井地连墙施工完毕后,在风井地连墙外侧接缝处用三重管高压旋喷桩加固止水,洞门位置的风井地连墙处预埋有注浆管;
步骤S2,盾构机端头进出洞门前,采用素墙围蔽配合袖阀管注浆加固的方法对风井洞门进行加固,素墙形成止水帷幕,然后采用袖阀管注浆对土体进行加固,袖阀管注浆加固区的范围为车站围护结构以外,加固长度为9m,加固高度为12.2m;袖阀管注浆加固区设置有四个,在风井地连墙两侧对称设置有两个袖阀管注浆加固区;
所述步骤S2中袖阀管为PVC管,所述袖阀管上钻设有射浆孔,每组所述射浆孔的外部包裹有一层橡胶套,所述橡胶套用于防止钻孔泥浆或套壳料进入袖阀管内;所述橡胶套的长度大于射浆孔的长度;
所述步骤S2中袖阀管注浆包括以下步骤:
S2a,钻孔;
S2b,将注浆段配备的袖阀花管和芯管下入钻孔底部,用泥浆泵将拌好的套壳料注入孔内注浆段,在袖阀花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管,在孔口压入止浆固管料至孔口返止浓浆为止;所述套壳料采用粘土和水泥配制,配比范围为水泥:粘土:水=1:1.5:1.88,浆液比重约为1.5,漏斗粘度24-26s;所述止浆固管料采用速凝水泥浆,水:水泥=1:1.5;
S2c,待止浆固管料凝固后开始灌浆,先用稀浆加压开环,然后采用芯管自下而上进行灌浆,全孔段注浆完成后,间歇一段时间后进行第二次注浆;
S2d,注浆完成后,清洗袖阀管,将注浆管的管口封上,以备后续重复注浆;
步骤S3,盾构机进入风井后在风井内开仓检查更换刀具,并采用所述三重管高压旋喷桩对换刀区加固;
步骤S4,隧道与风井衔接区通过注浆孔向管片背后进行二次注浆及采用钢花管打孔注浆加固土体隧道与风井地连墙接缝处;
所述步骤S4中二次注浆的注浆量为0.6~1.2m3,注浆压力为0.2~0.4Mpa,注浆位置为管片注浆孔脱出盾尾3~5环;
步骤S5,风井外侧10环范围内的隧道采用型钢支架对盾构管片进行加固;
步骤S6,拆除风井地连墙内侧第一环管片与风井外侧管片的纵向连接螺栓后,施工风井格构柱;
步骤S7,在基坑内和基坑外均设置降水井,运行基坑内降水井做降水试验,至基坑内降水效果达到基坑开挖要求;
所述步骤S7中基坑内设置有4口降水井,基坑外洞门的两端分别设置6口降水井,基坑外的降水井用于防止盾构管片背面缝隙向基坑内渗水;
所述降水井的深度为40m,降水井的直径为273mm;
步骤S8,基坑的开挖,当开挖至管片后,两侧对称开挖并同时拆除管片;
步骤S9,进行混凝土环梁施工;
所述步骤S1中风井地连墙施工时洞门范围内的钢筋为玻璃纤维筋,玻璃纤维筋与钢筋之间通过U型扣件进行绑扎搭接;
所述步骤S5中型钢支架包括H型钢和临时支撑用的工字钢,所述H型钢之间坡口双面焊接连接;所述工字钢与管片连接端焊接有钢板,所述钢板与管片之间设置有橡胶垫;所述H型钢顶在管片上;
所述步骤S9中环梁与主体结构侧墙同时施工,环梁与管片接缝处设置两道止水条,管片背后设置一道注浆管。
2.如权利要求1所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,其特征在于,所述步骤S3中盾构机掘进风井时,推进速度为5~8mm/min,推力为500t~600t,刀盘扭矩不大于2000KN·m。
3.如权利要求1所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,其特征在于,所述步骤S8中基坑开挖时采用盆式开挖,开挖的同时施工支撑体系;开挖至管片后,隧道两侧的土体对称开挖,且隧道两侧的土体高度相差不大于1000mm。
4.如权利要求3所述超深盾构区间风井先隧后主体施工方法,其特征在于,拆除所述管片是从风井中间位置向两端拆除管片,从上向下拆除管片,拆除至所述支撑体系时,用土方回填风井内的隧道。
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