盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工法.pdf

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1、盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工法盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工法1.前言1.前言城市轨道项目盾构区间常以车站作为始发接收工作井，盾构始发或接收前需将洞门范围内的车站围护结构破除，以保证围护结构内的钢筋不对盾构刀盘刀具造成影响。盾构区间端头土体一般采用地层加固工法进行加固，但洞门破除施工开始后端头土层支挡结构被削弱，洞门处存在涌水涌砂，乃至端头土体坍塌的可能，因此盾构隧道的始发及接收往往成为工程的重大风险源之一。盾构区间端头洞门围护结构破除一般采用人工破除，通过搭设临时脚手架作为平台，劳务人员采用风镐破除围护结构混凝土，采用气割枪割除围护结构钢筋。常规洞门破除工法工效低、

2、工期长，洞门处基坑围护结构被削弱后至盾构刀盘顶至掌子面土体的时间过长，往往在此期间容易发生风险，如涌水涌砂、掉泥掉块等，处理不善即演变成土体坍塌。因此需要有一种新型的洞门围护结构破除方法，在最短时间内将盾构机刀盘顶至掌子面，以此保持土层的稳定性。通过大量工程实践，细心观察、认真计算、大胆创新，实现了盾构区间端头洞门围护结构施工工艺的重大突破，结合厦门地铁 2 号线马銮中心站新阳大道站区间等工程实例，提出在围护结构钻孔，利用无声膨胀剂预裂洞门维护结构，后人工破除的施工技术，为节约盾构始发成本及盾构施工技术提供了新的思路。2.工法特点2.工法特点2.0.1 围护结构混凝土预裂，采用无声膨胀剂对洞门

3、范围处的围护结构混凝土进行预裂，合理布孔布区，使整体性的混凝土及钢筋分裂，使后续剥除工作更为简易，缩短端头土体受弱支挡作用的时间，弱化始发风险。膨胀剂用洁净水搅拌后灌入钻孔中捅紧即可。不需雷管炸药，不需放炮，不需专业工种，操作人员培训时间短。2.0.2 通过渣斗搬运预裂混凝土块，将以往的渣石下扔后集中清扫模式优化成“搬砖”模式，在剥除过程中即搬运分块好的渣石至渣斗中，避免渣石下扔过程中对洞门止水帘布的破坏，也改善破除现场脏乱差的常态现象。2.0.3 集中割除钢筋，受膨胀效果影响，围护结构混凝土及钢筋分离彻底，变以往边破边割为现有混凝土与钢筋区分处理，提高工效。2.0.4 施工过程环保无害，使用

4、中无声、无振、无飞石、无有毒有害残留物。3.3.适用范围适用范围 工法适用于盾构隧道端头洞门围护结构破除施工。4.4.工艺原理工艺原理 通过钻孔机对洞门处围护结构进行合理布孔（纵向及竖向孔），清空后注入拌制完成的无声膨胀剂，堵孔生效，利用其水化作用对孔壁产生膨胀力，使混凝土沿两个相互垂直的方向进行预裂，待药剂消耗后利用风镐对混凝土进行剥除，剥除完毕后切割钢筋，清理渣石，最后进行盾构始发。盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工法提高了洞门破除的施工效率，极大的弱化盾构始发及接收风险。5.5.施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5.5.1 1 施工工艺流程施工工艺流程 施工工艺流程图

5、见图 5.1-1。图图 5.1-1 盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工艺流程图盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工艺流程图 5.5.2 2 操作要点操作要点 5.2.1 确定布孔点及布孔深度 1 孔径 孔径大小直接影响混凝土预裂的效果，孔径越大则产生的膨胀力越大，开裂时间也越短，但过大的孔径会导致破碎剂沿孔深方向向外喷出，即发生喷孔现象。一般为 3250mm，混凝强度越高则取得孔径越大，以 C40 混凝土为例，其预裂孔径根据现场试验确定为 40mm。2 孔间距 孔距直接影响混凝土的预裂时间，孔距越小，预裂时间越短，一般取孔径的 510 倍，混凝强度越高则取得孔距越小，以 C40

6、混凝土为例，其预裂孔距根据现场试验确定为 300mm。3 排距 排距影响混凝土预裂块的大小，排距越密，混凝土块剥离后越小，一般为 300900mm，混凝强度越高则取得排距越小，以 C40 混凝土为例，其预裂孔距根据现场试验确定为 400mm。预裂效果生效人工剥除预裂混凝土盾构始发/接收施工注入钻孔并堵孔围护结构钻孔拌制无声膨胀剂试验确定布孔点及布孔深度4 孔深 一般以目标混凝土预裂孔打设方向的混凝土厚度（以 H 表示）的 90%105%为孔深，混凝强度越高则取得孔深越大，以 C40 混凝土为例，其预裂孔距根据现场试验确定为 95%H。5.2.2 围护结构钻孔 1 膨胀预裂钻孔分竖向孔及纵向孔，

7、竖向孔为垂直于水平面的孔，纵向孔为沿隧道掘进方向的孔。竖向孔方向为垂直向下 90；纵向孔方向为倾斜向下 10，防止膨胀剂在注入时流出孔外。2 地铁车站基坑围护结构厚度一般在 7001000mm 之间，分两层破除围护结构，先打设竖向孔，后打设纵向孔，每次打设完成预裂后进行剥离混凝土，切割钢筋，待该区域处理完毕后进行下一区域钻孔打设及混凝土预裂，具体打设顺序如图所示。图图 5.2.2-15.2.2-1 钻孔打设顺序示意图钻孔打设顺序示意图 3 先用风镐人工凿除洞门处围护结构最上层 0.5m 范围内的混凝土，提供竖向孔打设空间，先打设竖向孔，后打设纵向孔，纵向孔与竖向孔相互错开。4 采用有侧柄电钻进

8、行钻孔施工，首先安装钻头，采用40mm 钻头，待钻头安装牢固后进行施工。5 用卷尺确认好打孔的位置，用油标记出记号，待一次施工范围内的孔全部标记清楚后，进行钻孔作业。6 电钻钻头施工时方向从一而终保持一致，避免钻头断裂导致打孔失败。打孔后将孔内的粉尘及积水清理干净。5.2.3 拌制无声膨胀剂 1 配比：每次搅拌的膨胀粉用量在 620kg 之间，随混凝土强度的提升而增加，以 C40 混凝土为例，膨胀剂用量为 15kg/次，搅拌用水量为膨胀剂重量的 25%，为 3.75kg，当环境温度低于 10C时，采用 40C 的温水进行拌制。2 将配比好的膨胀剂缓慢加入水中，边加入边搅拌，直到搅拌成糊状浆体，

9、为防止膨胀剂浆体凝结成块，一次搅拌不超过 15kg。3 浆体的流塑性以能流畅流入钻孔为准，但不适宜多加水，搅拌时间一般为 40s60s。4 采用人工搅拌时，工人需佩戴橡胶手套，使用搅拌杆不断搅拌混凝土，直到流动性较好、无结块的“粥状”浆料。5 残留于桶底的膨胀剂结块及时清理掉，不能投入使用，以免影响膨胀剂性能。5.2.4 注入膨胀剂并生效 1 搅拌好的膨胀剂浆体，由于流塑性能流失较快，必须在 10min 以内注入钻孔。2 竖向孔可直接倾倒进去，并用粗铁丝插捣密实，保证其预裂效果，孔口留 510mm 左右间隙。3 纵向孔为防止浆体倒流出来，在注入膨胀剂浆体后，用水灰比 0.2 的水与膨胀剂拌制为

10、胶泥，手搓成塞堵住钻孔，并用木棍捣压密实。4 装孔数量过多时采用多人同时装孔，要求装孔操作过程不超过 30min。5 避开高温天气装孔以避免喷孔，当环境温度低于 5C 时，装孔后用草席或棉被覆盖孔口进行保温。6 预裂效果在装孔后 25 小时内生效，故装好后生效开始时 5 小时内不得有人接近预裂钻孔位置进行俯视观察。5.2.5 人工剥除预裂混凝土 图图 5.2.5-15.2.5-1 脚手架搭设示意图脚手架搭设示意图 1 洞门凿除平台用脚手架搭设。脚手架采用 48 钢管，高度 6.8m（含顶部 1.2 m 护栏），设置 5道竖撑，5 道横撑，间距均为 1.8m，宽度 1.0m。脚手架需下部垫实，脚

11、手架侧面须用斜撑将其撑实，正面与盾构机撑实。上人横撑上面均铺设木板，并与横撑固定。脚手架具体搭设如图 5.2.5-1 所示。2 洞门第一次凿除。进行洞门第一次破除，破除范围为：保留围护桩迎土面钢筋及保护层砼,即下图中 A 部分。破除顺序如下图 1-9 的排序进行。破除方法：采用风镐将下图中 A 部分的 70mm 的混凝土保护层混凿除，用氧焊切除其中钢筋，再继续破除剩余部分混凝土。3 洞门第二次凿除。B 部分混凝土凿除前，先复核盾构到达口加固的土体，确保洞门内土体稳定后迅速凿除外排钢筋混凝土（即上图中 B 部分），用氧焊切除其中钢筋。达到无残留钢筋的要求后，盾构机迅速推进洞门。洞门凿除如下图：图

12、图 5.2.5-2 洞门凿除示意图洞门凿除示意图 4 洞门凿除后通过渣斗搬运预裂混凝土块，清理完毕后开始盾构始发或接收施工。5.5.3 3 劳动力组织劳动力组织 人员配备及任务分配详见表 5.3-1。表表 5.3-1 人员配备及任务分配表人员配备及任务分配表 序号序号 工种工种 作业人数作业人数 1 钻孔工 2 2 膨胀剂处理员 2 3 风镐操作手 2 4 杂工 2 5 安全员 1 6 小计 9 6.6.材料与设备材料与设备 采用的材料及机具设备见表 6-1、6-2。表表 6-1 材料表材料表 序号 材料名称 单位 数量 用途 1 支架钢管 根 50 混凝土剥除操作平台 2 膨胀剂 袋 20

13、混凝土预裂 3 护目镜 个 4 安全防护用具 4 40 钻头 个 10 钻孔 表表 6-2 机具设备表机具设备表 序号 设备名称 设备型号 单位 数量 用途 1 气割机 CG1-30 台 1 钢筋割除 2 电钻机 TD60240 台 1 预裂孔钻孔 3 风镐 AT2501 台 1 混凝土剥除 4 吊车 25t 台 1 材料、渣土吊装 7.7.质量控制质量控制 7.7.1 1 工程质量控制标准工程质量控制标准 洞门围护结构破除施工质量执行混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2015），施工允许偏差如下：表表 7.1-1 洞门破除后施工允许偏差表洞门破除后施工允许偏差表 项项 目目 允

14、许偏差允许偏差(mm)检验方法检验方法 标 高 30 水准仪或拉线 截面尺寸 8、-5 尺量 表面平整 8 靠尺和塞尺量测 预留洞中心线位置偏移 15 尺量 无声膨胀剂质量执行无声破碎剂（JC506-2008），允许偏差如下：表表 7.1-1 无声破碎剂质量允许偏差表无声破碎剂质量允许偏差表 项项 目目 允许偏差允许偏差 检验方法检验方法 初凝 10min 室内试验 终凝 150min 室内试验 膨胀压 24h55MPa 室内试验 使用温度范围 2540C 温度计 7.7.2 2 质量保证措施质量保证措施 7.2.1 剩余的无声膨胀剂采用塑料袋真空包装，避免接触水分失效。7.2.2 存放在阴凉

15、干燥处，注意防潮，严禁暴晒。7.2.3 若无声膨胀剂粉末产生结块，注意处理弃用结块，避免浆液膨胀力降低。7.2.4 钻孔后确保孔径达到预设要求，并清除孔内的粉尘和积水，保证药剂预裂效果。7.2.5 洞门围护结构破除完成后，检查洞门净空，确保钢筋混凝土不侵入盾构掘进范围内，避免影响盾构始发或接收。8.8.安全措施安全措施 8.0.1 做好施工场地平面布置，合理安排场内临时设施。施工场地采取全封闭模式，设置门卫 24小时值班，严格限制非施工生产人员进入场地，施工人员挂牌上岗。加强夜间施工的工地照明及道路防滑措施。8.0.2 根据工地情况，布置安全防护设施和统一的安全标志（牌）、安全色灯。在各显要位

16、置设置大幅安全宣传标语。8.0.3 为防止伤人事故，使用无声膨胀剂时必须配戴防护眼镜（防尘防冲击型 PVC 护目镜），并且在装好破碎 5 小时之内，不得接近装好的破碎眼上面俯视（即扑看）。8.0.4 确认现场所接电源与电钻铭牌是否相符。是否接有漏电保护器。2.2 钻头与夹持器应适配，并妥善安装。8.0.5 确认电钻上开关接通锁扣状态，否则插头插入电源插座时电钻将出其不意地立刻转动，从而可能招致人员伤害危险。8.0.6 若作业场所在远离电源的地点，需延伸线缆时，应使用容量足够，安装合格的延伸线缆。延伸线缆如通过人行过道应高架或做好防止线缆被碾压损坏的措施。8.0.7 区间隧道施工前应检测加固区土

17、体是否满足盾构施工对地层强度及渗透性要求。8.0.8 盾构机开洞前，应进行开洞位臵围护结构背后漏水检测，若发现有漏水、漏砂的现象，应立即停止盾构机掘进，进行注浆堵漏，以保证开洞的安全。8.0.9 在洞门破除期间要加强对其端头范围内的地表沉降和车站主体结构水平位移监测，施工人员要对其加强巡视等，以便及时的控制现场施工过程。8.0.10 洞门部分破除后，对洞口处存在的易落物要及时地进行清理，防止土体坠落伤人。8.0.11 施工脚手架的搭设应牢固可靠，并应加设足够的支撑或拉杆以保证其稳定。高空作业应有可靠的安全保护措施，严禁施工人员不系安全带施工，安全带应系在稳定物上。9.9.环保措施环保措施 9.

18、0.1 成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。9.0.2 将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.0.3 对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.0.4

19、 定期清运废旧渣土、钢筋，做好运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9.0.5 优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。9.0.6 在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。10.10.资源节约资源节约 10.0.1 本工法避免了破除施工过程中产生的大量扬尘，节省环保要求所需投入的人力及设备，大幅度减少了洞门破除施工成本；10.0.2 集中切除的钢筋可回收并售出，增加一定的收入；10.0.3

20、 通过本施工工法，在盾构区间洞门破除施工减少了施工工期，缩减了整个项目的施工工期，提高了施工效率。11.11.效益分析效益分析 11.0.1 本工法缩短了盾构区间洞门围护结构破除工期，为以后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，成熟可靠的工法技术将促进地下工程施工技术进步。表表 11-111-1 经济效益分析经济效益分析 材料费 机械费 人工费 合计(万元)膨胀剂+支架 吊车+风镐摊销+汽车 6 人、4 天 膨胀预裂破除 500 元/包20 包+1万元=2 万元 1000 元/台班4 天2 台班+500 元/班4 天2 班+1000元/台班4 天2 台班=2 万元

21、300 元/人天6 人4 天4 个洞门=2.4 万元 6.4 钢管支架 吊车+风镐+汽车+挖机 8 人、8 天 人工破除 1 万元 1000 元/台班8 天2 台班+500 元/班8 天2 班+1000元/台班8 天2 台班+2500元/台班8 天2 台班=8 万元 300 元/人天8 人8 天4 个洞门=7.7 万元 16.7 节约成本 10.3 11.0.2 节约施工成本、加快施工进度、提高工程施工质量、降低工人作业强度、降低对周边噪音影响方面效果显著，适用性广，具有良好的技术安全、绿色环保、经济社会效益，可在类似地铁盾构区间隧道施工中推广运用。12.12.应用实例应用实例 12.12.1

22、 1 马銮中心站马銮中心站 新阳大道站区间新阳大道站区间 厦门轨道交通 2 号线 2 期 2 工区马銮中心站新阳大道站区间。12.1.1 工程概况 厦门轨道交通 2 号线 2 期 2 工区马銮中心站新阳大道站区间隧道的埋深范围为 15.221.6m，右线全长长 1319.656 米，左线全长 1368.122 米。区间由新阳大道站始发，马銮中心站接收，采用两台复合式盾构。车站基坑围护结构采用 800mm 厚地下连续墙钢筋混凝土结构，端头土层采用三轴搅拌桩+高压旋喷桩加固。总平面图如图 12.1-1 所示。图图 12.1-1 马銮中心站新阳大道站区间总平面图马銮中心站新阳大道站区间总平面图 12

23、.1.2 结果评价 采用盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工法对马銮中心站新阳大道站盾构区间左右线始发端及接收端 4 个洞门进行围护结构破除，洞门破除的工期为 17 天，平均工期约为 4 天/个，极大降低施工风险，顺利圆满地完成区间盾构始发及接收施工。较常规洞门破除工法（8 天）节约 1倍工期，极大降低施工风险，顺利圆满的完成区间盾构始发及接收施工。通过创新化及改良化，使施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，单区间可节约成本节 10 万元以上。12.12.2 2 上街站上街站 金屿站区间金屿站区间 福州地铁 2 号线 2 标上街站金屿站区间。12.2.1 工程概况 福州地铁 2

24、 号线 2 标上街站金屿站区间隧道的埋深范围为 14.523.3m，右线全长长 1291.717米，左线全长 1326.017 米。区间由上街站始发，金屿站接收，采用两台复合式盾构。车站基坑围护结构采用 800mm 厚地下连续墙钢筋混凝土结构，端头土层采用三轴搅拌桩+高压旋喷桩加固。总平面图如图 12.2-1 所示。图图 12.2-1 上街站金屿站区间总平面图上街站金屿站区间总平面图 12.2.2 结果评价 采用盾构区间端头洞门围护结构膨胀预裂破除施工工法对上街站金屿站盾构区间左右线始发端及接收端 4 个洞门进行围护结构破除，洞门破除的工期为 15 天，平均工期约为 4 天/个，极大降低施工风险，顺利圆满的完成区间盾构始发及接收施工。较常规洞门破除工法（8 天）节约 1 倍工期，极大降低施工风险，顺利圆满的完成区间盾构始发及接收施工。通过创新化及改良化，使施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，单区间可节约成本节 10 万元以上。