管幕支护结构一体化钢管内钢筋混凝土施工工法.pdf
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1、管幕支护结构一体化钢管内钢筋混凝土施工工法管幕支护结构一体化钢管内钢筋混凝土施工工法1 前言1 前言管幕支护结构一体化是在顶管施工技术及管幕法的基础上进行改进,采用钢管自身切割焊接连成一体,并在钢管内部进行混凝土浇筑,形成钢管混凝土结构,在形成永久结构后,开挖结构物内部核心土方的地下结构施工方法。符合新型“支护-结构一体化”建设施工理念,将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。为了解决管幕支护结构一体化内进行钢筋绑扎质量不高且钢筋网易脱落问题,以及混凝土振捣困难问题,中铁十四局集团有限公司依托国家重点研发计划项目“城市地下大空间安全施工关键技术研究”课题四“城市地下大空间支护结构一体化安
2、全建造技术”,对课题“管幕结构法超浅埋隧道下穿特级火车站施工关键技术”进行研究,总结形成了一种管幕支护结构一体化钢管内钢筋混凝土施工工法。该工法属于管幕支护结构一体化内钢筋绑扎及混凝土浇筑施工工法,具有质量稳定、施工方便、施工速度快、应用范围广、综合经济效益好等优点。该工法关键技术已授权实用新型专利“一种松软地层地下大空间建筑结构”(CN208669327U)。工法的实施保证了管幕支护结构一体化施工稳定性,为后期的施工打下了良好的基础,实现管幕支护结构一体化通道建设施工。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
3、: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。2 工法特点2 工法特点2.1 采用早强、自密实、微膨胀 C40 混凝土,解决了混凝土振捣较为困难,成型外观较差问题。2.2 施工时两根泵管同时浇筑,不仅降低了混凝土的浇筑时间,提高了工作效率,与此同时,还提高了混凝土浇筑质量。2.3 本技术提高了管内钢筋的绑扎效率,以及混凝土的浇筑质量,保证了管幕支护结构一体化内的安全稳定。3 3 适用范围适用范围本工法适用于管幕支护结构一体化主体结构施工,其中包括钢筋绑扎施工、模板安装施工、混凝土浇筑及防水施工作业。因此该工法具有广泛的应用前景,将对我
4、国管幕支护结构一体化施工建设提供重要的参考价值和实用技术。4 4 工艺原理工艺原理管幕支护结构一体化施工沿拟建地下工程设定的轮廓位置顶进钢管群,然后在钢管内切割、焊接,将钢管环向连通后绑扎钢筋、浇筑混凝土,形成的一体化主体结构。本工法是在管幕支护内进行钢筋绑扎与混凝土浇筑,依次循环,最终形成永久的主体结构。主体结构施工同样按照分层、分段施工。为减少施工循环,轨下段主体结构每次浇筑段长为 5m6m,非轨下段为 8m9m。钢管顶进切割、焊接浇筑混凝土土体开挖通车运营图图 4 4 管幕支护结构一体化施工管幕支护结构一体化施工顶板及底板钢筋绑扎时上层钢筋网片使用马凳架立,间距 1m,梅花形布置,以保证
5、上层钢筋网位置的准确。侧墙钢筋绑扎时竖向钢筋放在外侧,水平钢筋放在内侧,上下及两端二排钢筋交叉点每点扎牢,中间部分每隔一根相互成梅花式扎牢。两层钢筋网之间按要求设置12200300 拉筋,梅花型布置。本工法采用自密实混凝土进行浇筑,自密实混凝土浇筑最大水平流动距离应根据施工部位具体要求确定,且不宜超过 7m,每 7m 设置一处布料点。自密实混凝土的浇注点要分布均匀。底板混凝土浇筑时在 A12、A16 钢管内布置泵管如图 4.1 底板泵管布置示意图,顶板混凝土浇筑施工时在 A2、A6 及 A20、A8 钢管内布置泵管如图 4.2 顶板泵管布置示意图。施工时两根泵管同时浇筑,及时观察两侧混凝土浆面
6、的高差,严格控制在 400 以内,砼连续进行浇筑,间隔时间不超过 2h。图图 4.14.1 底板泵管布置示意图底板泵管布置示意图图图 4.24.2 顶板泵管布置示意图顶板泵管布置示意图5 5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程管幕结构钢管切割、支护、主体结构施工按照竖向分层、纵向分段施工。纵向上钢管切割、支护与主体结构施工应交替进行,即钢管完成切割、支护后,应立刻进行该钢筋混凝土结构施工,待该段钢筋混凝土结构施工完毕后进行下一段钢管切割、支护施工,以此循环。竖向上,待第一层底板钢筋混凝土结构施工完毕并达到设计强度后,方可进行第二层钢管的切割、支护。管幕结构钢管的切
7、割、支护及主体结构施工顺序见图 5.1。钢管的切割、支护及主体结构施工顺序图的说明如下:切割准备即为切割前人、机、料准备以及技术准备。第几层第几段切割即为该结构段内管间切割。第几层第几段结构施工即为该结构段内管廊形成后,进行钢筋绑扎、混凝土浇筑施工。主体纵向范围内,单个工作井工区,管间切割最长同时完成长度为一个结构段,如框架图中,第一层底板第 1 段切割完成后,进行第一层底板第 1 段结构施工,待第一层底板第 1段结构施工完毕后,方可进行第一层底板第 2 段及第二层侧墙第 1 段的管间切割施工。图图 5.15.1 管幕段主体结构施工工艺流程图管幕段主体结构施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.
8、1 钢管切割焊接管幕段钢管切割焊接施工包含上、中、下三层结构,以太原市迎泽大街下穿火车站通道工程为例,施工程序:第一层底板施工为 A18、A10 钢管的下部,第二层侧墙施工为 A20、A8 钢管的下部,第三层为顶板施工,分层图见图 5.2.1-1 管幕结构竖向分层图。图图 5.2.1-15.2.1-1 管幕结构竖向分层图管幕结构竖向分层图纵向分段: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,钢管结构切割、支护须分段进行,其中轨下区域每次施工一股道每段 5m,站台下方每次施工一座站台,并按间距
9、 1.2m 布置支撑桩,并于横向钢板焊接。图 5.2.1-2 为通道管幕结构纵向分段图。图图 5.2.1-25.2.1-2 通道管幕结构纵向分段图通道管幕结构纵向分段图每段钢管切割时采用先支撑后切割、隔一做一的原则进行切割施工,每段钢管切割前,根据测量队放出的切割线,画出每次切割的位置,1 次切割前在开口处两侧设置临时支撑,待相邻两根钢管之间的钢板焊接且钢管永久支撑施工完成后,方可拆除临时支撑并转移至下一开口处使用,详见图 5.2.1-3 钢管切割支撑工序图。图图 5.2.1-35.2.1-3 纵向钢管切割支撑工序图纵向钢管切割支撑工序图就单个结构段来说,分二次进行切割支护,第一次切割长度为
10、1400mm,第二次切割长度为 1000mm,钢管切割采用气动碳棒切割,切割时双侧钢管同时切割,先切割钢管纵向,后沿垂直方向切割,切割完毕后采用等离子切割机进行切口整平及焊接剖口打设施工,剖口为 30,以保证焊口高度不小于 12mm,为方便运输,提高效率,在钢管正上方安装工字钢导轨并设置可沿导轨滑动的电葫芦倒运材料或者使用平板小车运输材料,切割完成后将切割下来的钢板运至管外,使用钢板校平机校平钢板作为焊接钢板使用。采用人工配合电镐清除切割完成后管间土体,开挖完成后用三角区下部土面采用干水泥进行找平,三角区上部土面采用素水泥浆找平,上部钢板定位前均匀涂抹素水泥浆,钢板将相邻钢管横向焊接,并按间距
11、 1.2m 布置永久支撑。5.2.2 支撑架安装支撑架采用25 螺纹钢筋制作,用来支撑及定位钢筋。支撑架在切割焊接完成的廊道内架设,支撑架的底部和顶部高度按照设计要的钢筋保护层厚度确定。5.2.3 钢筋绑扎1.钢筋绑扎准备工作钢筋绑扎前在每个钢管顶部布置20PVC 通气管,待混凝土浇筑施工完毕后,作为后期注浆管使用。将钢筋在每节段的管幕支护结构一体化内连接成钢筋骨架,准备好绑扎用的2022火烧丝、钢筋钩等绑扎工具和材料,并按各部位保护层厚度设置垫块。绑扎前先弹线,以保证钢筋顺直,间距均匀。2.钢筋绑扎钢筋丝头经检验合格后应保持干净无损伤。所连钢筋规格必须与连接套规格一致。连接钢筋前,将钢筋端头
12、的塑料保护帽拧下来,露出丝扣,并将丝扣上的水泥浆等污物清理干净。连接钢筋时,将已拧套筒的上层钢筋拧到被连接的钢筋上,并用扭力扳手按下表规定的力矩值把钢筋接头拧紧,直至扭力扳手在调定的力矩值发出响声,并画上油漆标记,以防钢筋接头漏拧。力矩扳手不使用时,将其力矩值调为零,以保证其精度,力矩扳手每半年应标定一次。连接水平钢筋时,必须从一头往另一头依次连接,不得从两头往中间或中间往两端连接。连接主体拱墙受力筋时,应严格控制每段钢筋的长度不大于 6m,根据每段钢筋所处拱墙的部位预先弯成相应的弧度,但钢筋接头套丝部位 150mm 的长度内应保持直线,不能弯曲。如图 5.2.3 钢筋连接图所示。图图 5.2
13、.35.2.3 钢筋连接图钢筋连接图5.2.4 施工缝防水施工环向施工缝采用混凝土界面剂(水泥基渗透结晶型防水涂料)、遇水膨胀止水条及钢边橡胶止水带,管幕段横断面防水示意图见图 5.2.4-1。管幕段环向施工缝防水示意图见图5.2.4-2,水平施工缝采用混凝土界面剂(水泥基渗透结晶型防水涂料)。图图 5.2.4-15.2.4-1 管幕段横断面防水示意图管幕段横断面防水示意图图图 5.2.4-25.2.4-2 管幕段环向施工缝防水示意图管幕段环向施工缝防水示意图浇筑施工缝部位混凝土前,需对施工缝表面进行凿毛处理,此时应确保不对止水带造成破坏。然后将施工缝表面清理干净并涂刷界面剂,界面剂采用优质水
14、泥基渗透结晶型防水材料,每平米用量不少于 1.5kg,且厚度不小于 1mm。以钢模中间布置钢边橡胶止水带,钢边橡胶止水带往上、下各延伸 300mm 焊接22 钢筋倒模处理,作为遇水膨胀止水条预留槽。5.2.5 模板安装加固1.外漏钢筋需要在模板上开好等直径大小的孔,并且在模板缝隙处涂上泡沫胶;如图5.2.5-1 所示为模板布置图。2.两侧模板之间需要用对拉螺栓连接固定;如图 5.2.5-2 对拉螺栓布置图。图图 5.2.5-15.2.5-1 模板布置图模板布置图图图 5.2.5-25.2.5-2 对拉螺栓布置图对拉螺栓布置图3.模板加强肋板用 10 槽钢加固,先横向加固,后竖向加固,竖向呈三角
15、形布置,三角形间端用一根槽钢顶在钢管对向管壁上;如图 5.2.5-3 所示竖向加强肋板布置示意图。4.模板加固薄弱位置为环向两块模板连接的位置;如图 5.2.5-4 为横向加强肋板布置示意图所示。图图 5.2.5-35.2.5-3 所示竖向加强肋板布置示意所示竖向加强肋板布置示意图图 5.2.5-45.2.5-4 为横向加强肋板布置示意图为横向加强肋板布置示意图5.模板上部分需要开 200mm200mm 作为观察孔和临时泵管孔,并且设置螺栓连接的堵板;如图 5.2.5-5 观察孔所示。6.模板与模板连接的位置需要钢板垫加固,作为对拉螺栓垫板,保证模板之间连接牢固;如图 5.2.5-6 连接钢板
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- 支护 结构 一体化 钢管 钢筋混凝土 施工