管幕围护结构三角区加固及管间切割施工工法.pdf
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1、管幕围护结构三角区加固及管间切割施管幕围护结构三角区加固及管间切割施工工法工工法1 前言1 前言管幕围护结构应用范围广泛,可应用于穿越城市公路、铁路的地下车道或人行道的施工,还可用于地下大断面结构物的施工,比如地铁站地下车库等的施工。适用于回填土、砂土、黏土、岩层等各种地层,在不影响原车站正常运行的情况下,在轨道下侧修建一条行车通道。城市轨道交通的盾构隧道在地层中穿越施工会遇到各种形式的下穿工程,就一般工程而言,下穿施工只需进行常规的控制,但对于一些重要的或特殊的建(构)筑物来说,由于其重要性或对变形的敏感性,需要采取特别严格的施工措施才能保证下穿施工的成功。本工程保证施工时不影响火车站铁路运
2、营线的安全、正常运营,不会造成地表明显沉降,需进行管道三角区加固,以控制沉降,并采用特殊管道切割方法,达到地下施工地上通车的预期效果。我国的轨道下穿通道工程有着一定的发展经验,但是将管幕围护结构运用到轨道下穿工程还是国内外少有的。特别是管幕围护结构中的三角区加固及管间切割施工现在还处于起步阶段,具有起步晚、时间短、规模小、综合性较弱、系统性不够等特点。因此,我国的管幕围护结构下穿火车站轨道切割及三角区注浆加固施工需要在借鉴国外先进经验的基础上,不断地进行改进和创新,从而促进我国下穿通道的快速发展,为新型城市化轨道交通建设提供有力的依靠。城市轨道交通的盾构隧道在地层中穿越施工会遇到各种形式的注浆
3、加固及管道切割工程,就一般工程而言,只需进行常规的控制,但对于一些重要的或特殊的建(构)筑物来说,由于其重要性或对变形的敏感性,需要采取特别严格的施工措施才能保证下穿施工的成功。本工程保证施工时不影响火车站铁路运营线的安全、正常运营,不会造成地表明显沉降,需进行管道三角区加固,以控制沉降,并采用特殊管道切割方法,达到地下施工地上通车的预期效果。为了解决轨道下穿通道建设支护问题,加强轨道下穿通道的连接性与整体稳定性,我部研发了一种管幕围护结构下穿火车站三角区加固及管间切割施工工法,将钢管管间打通并提升了轨道的整体牢固力,实现管幕围护结构下穿火车站通道建设施工,为后期轨道下穿通道连接成一体化结构做
4、足了准备。依托科技成果“管幕结构法超浅埋隧道下穿特级火车站施工关键技术研究”2021 年 5 月 10 日经中国岩石力学与工程学会鉴定:研究成果总体上达到国际先进水平,在支护结构一体化管幕穿越高铁特级火车站综合施工技术方面达到国际领先水平。2020 年入选中国第三届工程建设行业科技创新“十项新技术及山东省地下空间工程“优秀创新成果”。2 2 工法特点工法特点2.0.1 本技术可以保证施工时不影响太原站铁路运营线的安全、正常运营,不会造成地表明显沉降。2.0.2 本技术进行三角区注浆加固,使浆液与土中的水、泥等物质有效凝结,充分固化,极大控制了变形。2.0.3 本技术进行管间切割,使整个管幕连成
5、一个整体,内部贯通,为后期内部配筋以及混凝土浇筑工作提供了便捷。2.0.4 本技术采用分段施工以及分层作业的方式,不仅保证了施工过程中的安全性,而且能充分利用人力,缩短工期。3 3 适用范围适用范围本工法适用于下穿道路而研发的管幕围护结构三角区加固及管间切割工程,目前已成功应用于太原市迎泽大街下穿火车站通道工程施工中。轨道下穿道路建设是在火车站运营期间,在其下方建设一条通道,存在难以避免受到地下水的影响产生沉降以及要保证火车站正常运营的情况,因此对于轨道下穿工程需要采取合理的施工措施,特别要注意轨道下穿三角区注浆加固以及管间切割时的施工方法。随着地下工程的飞速发展,施工过程中不可避免的遇到各种
6、问题,比如施工过程中结构丧失稳定性,出现大规模沉降,注浆加固过程产生大面积渗漏以及防火防电防烟等问题。面对这些棘手的问题,需要设计有针对性的解决办法,改善施工条件,改进施工方法,提高施工质量。因此该工法具有广泛的应用前景,将对我国轨道下穿施工工程,尤其是三角区加固及管间切割方面的应用提供重要的参考价值和实用技术。4 4 工艺原理工艺原理本技术涉及的管幕形式为椭圆形体系,并在水平方向上进行分层,第一层与第三层采用数量相同的钢管,中间第二层采用数量相同且少于上、下层钢管数目的钢管(图 4-1 为分层详图)。管道直径为 2m,将所有已顶进的钢管进行三角注浆加固并进行管间内部切割最终实现管间互连,形成
7、一个整体结构。图图 4-14-1 管幕结构分层详图管幕结构分层详图在进行管间内部切割之前,首先要进行三角区加固,主要采用管间旋喷注浆加固及摆喷注浆加固工艺,注浆用浆液为纯水泥惰性浆液,水灰比为 1:1,注浆压力为 2025Mpa,流量为 7080m3/min。注浆过程中根据水平分层在不同层中分别采用不同的注浆加固方式,注浆时采用的注浆管为双出浆口,注浆后形成扇形加固区,以保证注浆完成后三角区得到充分加固,减少浆液回渗现象的产生。注浆结束后应进行快速封口,待浆液充分冷却后进行管间切割工作。三角区注浆加固完成后,进行管间切割,切割过程采用气爆切割与等离子切割相结合的方式,并将整个切割过程分两次进行
8、,钢管第一次切割在本结构段内由里向外依次跳做。每次切割严格按照规定尺寸切割,其中切割尺寸为长 1.4m 宽 1.2m 的矩形。钢管第二次切割在本结构段内由里向外依次将第一次切割未切割的地方进行切割,其中切割尺寸为长 1.0m 宽1.2m 的矩形。切割时先沿主体纵向方向切割,然后再沿垂直方向切割。切割跳做步序图参见图 4-2。图图 4-24-2 切割跳做步序图切割跳做步序图5 5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.15.1 施工工艺流程施工工艺流程图图 5.1-15.1-1 三角区加固工艺流程图三角区加固工艺流程图图图 5.1-25.1-2 管间切割工艺流程图管间切割工艺流程图5.
9、25.2 具体施工步骤及操作要点具体施工步骤及操作要点5.2.15.2.1 三角区加固具体施工步骤三角区加固具体施工步骤针对本工程椭圆形特殊管幕体系完成三角区注浆加固施工,要特别注意水平方向进行分层,对于不同层次采用不同的施工工法。其中,A11-A17 管道作为第一层,其管道三角区加固管道外侧,A8-A10 与 A18-A20 管道作为第二层,其管道三角区加固管道内外侧,A1-A7管道作为第三层,其管道三角区加固管道内外侧,具体情况可参见图 5.2.1-1。对于高压旋喷桩的布置,A2-A6 钢管高压旋喷桩间距 0.6m 一环,每环 2 根,对称设置于钢管上部,旋喷深度为 1.5m;A8-A20
10、 钢管高压旋喷桩间距 0.6m 一环,每环 4 根,于四角方向对称设置,旋喷深度为 1.5m;A1、A7 钢管高压旋喷桩间距 0.6m 一环,每环 3 根,于钢管上部对称设置 2 根,并于临近下部钢管一侧设置 1 根,旋喷深度为 1.5m。水平高压旋喷桩桩径 600mm,桩长 1.0m,每处加固范围纵向间距在 0.55m0.65mm 之间,误差不超过 0.03mm。见图 5.2.1-2。图图 5.2.1-15.2.1-1 三角区加固示意图三角区加固示意图图图 5.2.1-25.2.1-2 三角区加固范围内部示意图三角区加固范围内部示意图三角区加固主要施工工序:测量放样-钻机就位-旋喷(高压注浆
11、)提升摆喷提升-注浆完成-钻机移位下一孔。1.1.钻机就位钻机就位先用水钻对钢管进行钻孔先用水钻对钢管进行钻孔,钻机就位后,对钻机进行调平、对孔,调整桩机的垂直度,保证钻杆应与桩位一致,偏差应在 50mm 以内,钻孔垂直度误差0.5%;钻孔前应调试空压机、泥浆泵,使设备运转正常;校验钻杆长度,并用红油漆在钻塔旁标注深度线,保证孔深满足要求。2.2.旋喷(高压注水)下沉旋喷(高压注水)下沉钻孔过程中详细记录孔位、孔深及地层变化。射水试验后,中等水量钻进,射水压力逐渐增加(防止喷嘴被堵),进行高压切割成孔至设计深度。旋喷注浆应连续施工。3.3.旋喷(高压注浆)旋喷(高压注浆)提升提升第一层管道采用
12、旋喷注浆的方式进行三角区加固,注浆管下至设计位置后,在桩底部边旋转边喷射,预定喷射压力为 2025MPa,达到预定的喷射压力、喷浆量后再边旋转、边提升、边喷射。浆液在喷射前进行二次过滤。成桩过程中因故停止,应将注浆管下沉至停浆点以下,待恢复供浆时再喷浆提升。表表 5.2.15.2.1 高压注浆具体参数高压注浆具体参数项目技术参数水泥浆压力(MPa)2025流量(L/min)7080水灰比0.81.5:1水泥用量(kg/m)450项目技术参数提升速度(cm/min)1525下钻速度(cm/min)1020注浆时,在每个注浆孔中预埋一段直径为 7585mm,长度为 3040cm 的注浆管,该预埋注
13、浆管预埋段留 2 个直径为 1015mm 的出浆口,相隔 35 度设在注浆管的上部,用于均匀注浆,使三角区注浆加固形成扇形的加固区域。在每个预埋注浆管非预埋段外接球阀,注浆时将外注浆管导入球阀中,外注浆管为两段,尾端注浆管后连接注浆用橡胶皮管,前端注浆管后内侧设有止浆海绵,注浆时尾端注浆管前半段伸入前端注浆管中进行注浆,将尾端注浆管来回抽插以防止浆液堵塞,利用注浆泵将已制备好的浆液均匀注入注浆孔中,进行一个注浆孔注浆时,要开启其隔壁两个注浆孔的球阀,待注浆完毕后,将球阀关闭,将外注浆管拔出,检验注浆管是否出现浆液回流,如无明显问题,则重复该步骤,将所有注浆孔注浆。待所有注浆孔注浆完毕后,静置一
14、天以上,使浆液与土体内部的水、泥等物质充分凝结,形成固态水泥浆,将球阀取下,将预埋注浆管外露部分用切割机切下,用一块长度为 5565mm的方形铁皮将注浆孔焊封,进行后续钢板切割的工作。4.4.摆喷提升摆喷提升第二层及第三层管道采用摆喷的注浆方式,预定喷射压力及流量可参见表 1,达到预定的喷射压力、喷浆量后,左右摆动并提升注浆管,使注浆均匀,形成扇形注浆加固区域。浆液在喷射前进行二次过滤,成桩过程中因故停止,应将注浆管下沉至停浆点以下,待恢复供浆时再喷浆提升。注浆时,在每个注浆孔中预埋一段直径为 5565mm,长度为 3040cm 的注浆管,该预埋注浆管预埋段留 2 个直径为 1015mm 的出
15、浆口,相隔 35 度设在注浆管的上部,用于均匀注浆,使三角区注浆加固形成扇形的加固区域。注浆时将外注浆管直接导入预埋注浆管中,外注浆管为两段,尾端注浆管后连接注浆用橡胶皮管,前端注浆管后内侧设有止浆海绵,注浆时尾端注浆管前半段伸入前端注浆管中进行注浆,将尾端注浆管来回抽插以防止浆液堵塞,利用注浆泵将已制备好的浆液均匀注入注浆孔中,待注浆完毕后,直接将外注浆管拔出,用一块长度为 5565mm 的方形铁皮将注浆孔焊封,检验注浆管是否出现浆液回流,如无明显问题,则重复该步骤,将所有注浆孔注浆。待所有注浆孔注浆完毕后,静置一天以上,使浆液与土体内部的水、泥等物质充分凝结,形成固态水泥浆,进行后续钢板切
16、割的工作。5.2.25.2.2 管间切割具体施工步骤管间切割具体施工步骤管幕结构钢管的切割、支护及主体结构施工按照纵向分段、水平分层施工。管幕结构为C40 自密实钢筋混凝土,抗渗等级 P8。水平分层:水平方向分为三层,分层图见图 5.2.2-1 管幕结构竖向分层图。图图 5.2.2-15.2.2-1 管幕结构竖向分层图管幕结构竖向分层图纵向分段:北线车行通道管幕结构长 102.5m,其中轨下区域长 52m,非轨下区域长 50.5m;南线车行通道管幕结构长 107.6m,其中轨下区域为 50m,非轨下区域管幕长 57.6m;为保证安全,纵向上钢管结构切割、支护从中间往两侧工作井逐段施工,钢管结构
17、切割、支护须分段进行,其中轨下区域每段 45m,非轨下区域每段 89m。1.1.施工程序与工艺流程施工程序与工艺流程管幕段钢管切割焊接施工主要包括:施工准备、测量放线、钢板下料、临时支撑安装、钢管切割、钢管间核心土体开挖、砂浆找平、钢板焊接、永久支撑安装、焊缝检测。1)施工准备临时钢支撑采用直径 180mm40mm 钢管,两节临时支撑总长度不超过 1.5m,中间预留50t 千斤顶空间,两端焊接 30030020mm 的弧形钢板,如下图 5.2.2-2 临时支撑示意图所示。永久支撑规格为 D114mm5.5mm 钢管,两端支护垫钢板尺寸为 160mm160mm10mm,支护垫钢管为 D98mm4
18、mm40mm 钢管,永久支撑长 1.25m,支撑内填充 C25 微膨胀细石混凝土,永久支撑及支护垫如下图 5.2.2-3 永久支撑示意图所示。图图 5.2.2-25.2.2-2 临时支撑示意图临时支撑示意图图图 5.2.2-35.2.2-3 永久支撑示意图永久支撑示意图将切下的弧形钢板用压板机压至平整,随后根据钢板下料的技术交底用石笔在压好的钢板上面画好尺寸,由焊工将不同尺寸的钢板用等离子切割机切下,并存放好。待管幕段区域切割完毕后将钢板运入,严格把握钢板尺寸,两侧各多出切割面 2cm,以备进行补充焊接。2)测量放线切割前进行测量放线,要保证一定的精度。测量放线由项目部测量队实施,实行换手测量
19、制度,确保测量放线准确。对测量仪器进行定期校核,保证仪器精度,有异常及时发现。测量放线时保证光线充足,对管内光线较暗处适当安排灯光照明。3)临时支撑安装测量员放出切割点后,根据点位拉出切割线,且定好切割 1.4m 和 1m 的区域。根据切割区域把临时支撑(切割 1.4m 需要立临时支撑,切割 1m 无需支撑)立好在所要切割区域两侧,并用千斤顶顶实,如下图 5.2.2-4 临时支撑安装示意图所示:图图 5.2.2-45.2.2-4 临时支撑安装示意图临时支撑安装示意图4)钢管切割钢管切割严格按照切割线(先切割 1.4m,待 1.4m 安装焊接完毕后方可切割中间 1m区域)进行,保证切割线平直,无
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- 围护结构 三角 加固 切割 施工