地铁附属工程大跨度平顶超浅埋暗挖施工技术

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  摘 要:通过广州地铁二、八号线昌岗站Ⅰ号风道附属工程大跨度平顶超浅埋暗挖的施工过程,介绍了地铁附属工程大跨度平顶超浅埋暗挖施工技术及方法,包括开挖方法、支护参数、围岩量测、量测结果分析、支护参数的调整以及施工中的过程控制。
  关键词:地铁附属 大跨度平顶 暗挖施工
  中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0112-03
  
  1 工程概况
  广州地铁二、八号线四标昌岗站Ⅰ号风道隧道拱顶覆盖厚度7.9m左右,Ⅰ号风道暗挖段开挖长度为20.623m,总体开挖宽度11.7~13.8m。地质较差,拱顶以上部分为1杂填土、4-1冲积-洪积土层、4-3坡积土层,开挖岩面为5-2白垩系硬塑残积土。
  
  2 设计方案比选
  广州地铁二、八号线四标昌岗站Ⅰ号风道位于江南大道广医二院院内,风口位于广医二院新建大楼内,地面交通较繁忙,设计方案为位于车道部分采用暗挖法施工,位于广医二院部分采用明挖法施工。明挖法施工部分不做阐述,只对车道下暗挖方案作出以下比选:
  方案一:根据地铁附属工程的一般施工惯例和考虑到施工成本的影响采用明挖法施工,由于本工程开工晚,业主要求的关门工期已经确定,确保2010年9月25日通车,主体结构施工完毕再施工Ⅰ号风道工期不满足;若采用明挖法施工,在Ⅰ号风道上面有一个220万V的高压电力线,供广州市三分之一的居民用电必须停电,而且停电时间需要半年,当时正是高温天气,不可能停电;Ⅰ号风道施工位置还有一道污水主管道埋深达6.4m,而且是20世纪70年代施工的,采用明挖法施工必须先改污水管道,施工现场没有改道位置。根据以上几点理由分析明挖法施工不可取。
  方案二:采用曲顶暗挖法,污水主管道侵入开挖空间,此方案不可取。
  方案三:采用大跨度平顶暗挖法施工,具体的施工方法为CRD多部开挖法。此方法克服方案一、方案二所遇到的一些困难,但是施工风险较大,在目前地铁附属工程施工中大跨度平顶暗挖较少用,但是方案是可选的。具体的设计施工参数,超前支护采用Ф127mm大管棚(t=8mm)@400mm拱顶布置。Ф42mm超前小导管L=3.5m,拱顶布置间距@2000mm(纵向)×@400mm(环向),边墙布置间距@2000mm(纵向)×@400mm(环向)。Ф8mm钢筋网@150mm×150mm(全环单层布设)。I25a工字钢,纵向间距500mm,全环布设。@42mm注浆锚管L=3.5m,@500mm×@1000mm边墙布置。C25S6喷射混凝土350mm。PVC防水板分区防水。结构为C30S8模筑钢筋混凝土。
  
  3 隧道施工过程
  3.1 Ⅰ号风道进入正洞的步序安排
  Ⅰ号风道明挖部分施工到暗挖隧道大管棚标高位置下1m时,停止明挖施工,开始进行大管棚施工,管棚完成后继续明挖部分施工。明挖部分施工完成后,进行破桩洞门施工,破桩洞门施工分三步进行,先破除桩身的1/3,架立一榀钢拱架,将拱架与桩身主筋焊接,施工锚管,喷射混凝土,然后再破除1/3桩身,架立第二榀钢拱架,第二榀钢拱架完成后,将桩身最后1/3破除,架立钢拱架。洞门施工完成后按照CRD法进行开挖施工。
  3.2 开挖及初期支护施工
  3.2.1 施工方法
  隧道采用中隔壁多部CRD開挖法施工,具体的开挖顺序见图1。
  图中(1)~(12)表示开挖及支护顺序,ⅩⅢ、ⅩⅣ表示二衬修筑顺序,本风道暗挖段采用左、中、右导洞,上下两层,共六个掌子面进行开挖。施工时应在左洞和右洞全部开挖完成后,再开挖中导洞。采用人工开挖,在开挖的工程中注意施工安全,开挖位于车道主干线下,上面有重车运行,每部开挖完成后及时进行支护。每循环的超前注浆要及时,注浆压力不能过大,以防地表隆起,左、中、右三部分开挖时分别超前注浆,形成超前支护壳体,确保在开挖过程中施工安全。支护完成后及时对边墙锚管进行后注浆,形成更完善的支护体系以抵抗侧向土压力。开挖完成后进行初期支护背后注浆,减少初期支护渗漏水情况。
  在开挖到污水主管到下方前后1m时,采用双排小导管支护,加强支护体系确保污水管不变形,一但变形将会漏水,后果很严重。此部位在控制上面重车运行产生的土体变形和污水管道变形开裂的情况下施工,此段开挖时本工程的重点。开挖进尺减小,污水管正下方钢拱架并排连放3榀,开挖过程中加强监控量测,确保拱顶下沉量不超过30mm。
  开挖时采用短进尺预留核心土,每一循环控制在一榀钢拱架,控制临时支撑(I16工字钢)拆除的纵向间距并及时施工中隔墙衬砌混凝土,每段临时支撑的拆除长度控制在5m以内。中隔墙衬砌混凝土施工完成后设置临时横撑(I16工字钢),注意保护中隔墙的混凝土,防止发生破碎等情况,采取垫橡胶垫的措施。设置纵向连接,并适当加钢垫板,使支撑与中隔墙紧贴。
  3.2.2 CRD法施工中控制要点
  (1)隧道开挖外轮廓线充分考虑施工误差、预留变形和超挖等因素的影响;注意控制通道的开挖中线和水平,确保开挖断面平顺,钢拱架安装位置正确。
  (2)加强量测监控,做好信息反馈,及时调整施工方法。
  (3)钢拱架底部坐落要坚实,不能虚空,锁脚锚管和钢拱架焊接在一起,起到锁脚的作用,钢拱架、锚管、网片和喷射混凝土形成一个完整的支护体系。
  (4)开挖过程中,上、下半断面采用环形开挖,保留核心土;仰拱尽快开挖及时施作支护,尽快形成全断面封闭,以控制围岩变形。
  (5)因为CRD法工序较多,工序转换使得结构受力复杂,为保证拆除临时格栅时的安全,必须保证各部格栅之间的连接质量。
  (6)开挖过程中必须加强监控量测,当发现拱顶、拱脚和边墙位移速率值超过设计允许值或出现突变时,及时施作临时支撑或仰拱,形成封闭环,控制位移和变形。
  3.2.3大管棚施工要点
  因为本风道所处地层较差,管棚钻机钻进不容易成孔,大管棚孔口为隧道开挖轮廓线外200mm布置,管棚均采用跟管钻进,一次性打入,应尽量保持水平打设。由于明挖部分施工空间有限,管棚管接采用1~3m的管节,由对口丝扣联结,丝扣长度≥150mm,管箍长200mm。
  钻孔定位,移动钻机至钻孔部位,调整钻机高度,将钻具直接钻穿围护桩成为导向孔,使导向孔、钻机固定钻杆的转轴和钻杆在一条直线上,用仪器测这一直线的角度。
  注浆浆液采用水泥浆,水泥浆水灰比采用0.6∶1~1∶1;注浆压力采用0.6~1MPa,施工中根据实际地质情况并通过试验确定,注浆压力不能过大,以放地表隆起,污水管道和其他管道开裂。
  3.2.4 小导管施工要点
  超前小导管施工起到超前支护和超前注浆的作用,超前支护的好坏直接影响到下部开挖工序的施工安全,所以在施工中要特别重视,超前小导管起角控制在7度,不要太大。注浆压力不宜过大,应保持在0.3~0.5MPa为宜;其加固半径为30~35cm,而且各孔之间已经固结成拱壳。根据开挖过程中涌水量的大小确定采用双液浆还是单液浆。超前小导管的位置可根据与大管棚的关系作相应的调整。边墙后期小导管施工要及时,和钢拱架焊接在一起,控制好方向角度,注浆压力达到设计值。
  3.2.5 钢拱架施工要点
  钢拱架在加工场地制作完成,运输到施工现场安装,安装过程要注意以下几点:
  ①开挖后对开挖面喷射4cm厚的混凝土,清除拱脚下的虚碴及其它杂物。
  ②每榀钢拱架安装前,用激光导向仪准确定出拱架安装的中线、标高及拱脚设计位置。钢格栅在开挖作业面组装,各节钢架间以螺栓连接。特别困难处也可采用焊接,但特别注意焊接质量。
  ③拱架安装由人工借助机具进行架立就位,拱脚必须架立在坚固的基座上,用短钢筋将拱架焊牢在锚管上。
  ④为保证钢拱架的稳定和整体受力,严格按照设计要求设置纵向连接钢筋。连接筋与钢拱架的连接点及已施工相邻拱架连接筋焊接牢固。
  ⑤在初期支护形成“闭合”结构前,为减少初期支护下沉量,每个台阶安装钢拱架时,均在其基底设一块“托板”,以增大受力面积,减少下沉量。
  ⑥安装完格栅拱架以后,在每部的拱脚处各打两根锁脚锚管,锚管长3m,直径为φ42,钢管内注入水泥浆。
  钢架架立后尽快施作喷射砼,并将钢架全部覆盖,使钢架与喷射砼共同受力。
  3.2.6 钢筋网片和喷射混凝土施工要点
  钢筋网片和喷射混凝土施工工艺与一般的隧道相同。这里就不再叙述。
  3.2.7 防水施工要点
  地铁施工中暗挖隧道工程要求全包防水,防水分几层,喷射混凝土采用防水混凝土、初期背后注浆防水、防水板防水和二次衬砌防水混凝土等。因为本隧道二衬结构分步进行施工,施工缝多,防水施工困难。防水板的挂设和二衬施工与一般隧道相同,只是在地铁防水施工中采用分区防水,防水分区采用背贴式止水带全环布设,焊在防水板上面,与防水板密贴,每5m作为一个防水分区,拱顶侧墙预埋注浆管,进行二衬背后注浆,确保二衬结构不允许漏水,结构表面可有少量湿渍,但总湿渍面积不应大于防水面积的6/1000,任意100m2面积上湿渍不超过4处,单个湿渍面积的最大面积不大于0.2m2,二衬结构施工缝预埋镀锌钢板止水带。暗挖风道和车站接口防水处理是一个薄弱环节,和车站接口围护桩的破除要得到车站主体结构施工完成后进行,所以要严把本部位防水板的焊接质量。
  如图2所示。
  
  4 监控量测
  昌岗站Ⅰ号号风道暗挖段采用喷锚构筑法设计和施工,为了掌握地层和洞室在施工过程中的力学动态,确保洞室的稳定和地面建筑物的安全,必须进行现场监控量测。通过对观察及量测数据的分析和判断后,对围岩支护体系的稳定性和地表建筑物的安全度进行预测,并据此确定相应的工程措施,合理安排施工工序,以保证施工安全和隧道稳定,现场监控量测必须贯穿整个施工过程的始终。
  4.1 监控量测项目及方法
  如表1所示。
  4.2 量测数据综合分析
  为了真实、及时、准确的反映施工现场信息,监测数据历经以下过程:①测点埋设→②数据采集→③数据收集→④数据输入→⑤绘制曲线→⑥输入计算机→⑦生成图表→⑧信息反馈。
  (1)应及时对现场量测数据绘制时态曲线(或散点图)和空间关系曲线。
  如图3所示。
  位移时态曲线图
  (2)当位移-时间曲线趋于平缓时,应进行数据处理或回归分析,以推算最终位移和掌握位移变化规律。根据现场量测的位移-时间曲线进行如下判断:
  当<0说明变形速率不断下降,位移趋于稳定;
  当=0变形速率保持不变,经发出警告,及时加强支护系统;
  当>0则表示已进入危险状态,须立即停工,采取有效的工程措施进行加固。
  (3)当位移-时间曲线出现反弯点时,则表明围岩和支护已呈不稳定状态,此时应密切监视围岩动态,并加强支护,必要时暂停开挖。
  (4)隧道周壁任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的总相对位移值均应小于设计数值。当位移速率无明显下降,而此时实测位移值已接近设计数值,或者喷层表面出现明显裂缝时,应立即采取补强措施,并调整原支护设计参数或开挖方法。
  (5)埋设量测元件情况和量测资料,均应整理清楚,并作为竣工交验资料的一部分。
  (6)根据量测结果进行综合判断,确定变形管理等级,據以指导施工。
  
  5 结语
  地铁附属工程施工一般采用明挖法施工,结合本工程的特点,只能采用大跨度超浅埋暗挖法施工,只要设计合理,施工方法得当,加强施工过程的监控量测,开挖初支过程及时封闭,此方法在特殊情况下还是很好的施工方法,即节约拆迁费用,又加快了施工进度。
  
  参考文献
  [1] JTJ042-94,公路隧道施工技术规范.
  [2] GB50026-93,工程测量规范.
  [3] GB50157-2003,地铁设计规范.
  [4] GB50086-2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范.
  [5] 地下工程浅埋暗挖技术通论,王梦恕.
  [6] 国家其他规范、强制性标准.
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