浅埋暗挖PBA工法初支扣拱开挖面积调整施工工法.pdf
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1、1 浅埋暗挖 PBA 工法初支扣拱开挖面积调整施工工法浅埋暗挖 PBA 工法初支扣拱开挖面积调整施工工法 1 前言 长春地铁 1 号线解放大路站 2 号线车站主体为侧式站台,为标准双层、双跨拱顶直墙结构,采用 6 导洞 PBA 工法施工,暗挖车站主体起讫里程为 K11+786.900K11+993.600,暗挖车站主体长 206.7m,净宽 21.6m,覆土 7.59.5m,底板埋深 25.927.9m。在浅埋暗挖施工过程中,人工开挖土方成本远远大于机械开挖,为节约劳务成本,在浅埋暗挖施工过程中,坚持能采用机械开挖的一律采用机械开挖的原则组织施工;在浅埋暗挖施工过程中,导洞开挖面积越小,对周边
2、土体的扰动越小,地表沉降越小。基于这两个原则,提出调整初支扣拱土方开挖面积的思路。长春地铁 1 号线由北京城建设计研究院设计,由中铁十八局集团公司和中铁十八局集团第三工程有限公司承建。“浅埋暗挖 PBA 工法初支扣拱开挖面积调整”技术是依托中国铁建股份公司立项课题“长春地铁解放大路站换乘站复杂大型地下结构施工关键技术研究”的一系列关于地铁施工的新技术之一。该技术结合工程实例,通过设计计算、研究分析形成的,适用于城市繁华地区使用 PBA 暗挖工法修建其它各种大型地下建筑,通过浅埋暗挖 PBA 工法初支扣拱导洞开挖面积调整后,施工更安全可靠,现场操作性更强,成本节约明显,并缩短了施工工期。“长春地
3、铁解放大路站换乘站复杂大型地下结构施工关键技术研究”2016 年 12 月由吉林省科技厅主持组织专家鉴定,结论为:依据查新结果,基于大型数值仿真技术的改进 PBA 工法和一次扣拱暗挖逆作法交叉同步施工的地铁十字换乘车站快速施工技术成果达到国际领先水平。2 工法特点 2.1 原设计方案净空高度为 5.609m,调整后方案净空 2.99m,净空相对降低 2.619m,从净空方面分析调整后方案较安全,对周边土体的扰动性更小。原设计方案从风道进主体没有坡道,修改方案后在进主体 5m 后设置 8m 的爬坡道,在行车方面存在车辆上下坡隐患,如果车辆车况较好,可以避免此安全隐患。2.2 中隔壁及底板选用工字
4、钢支撑后,工字钢支撑力强于钢格栅支撑力。2 2.3 原设计方案开挖土方 16863m,调整后方案为 9839m,调整后方案人工挖土方量减少 7024m;原设计方案采用上下台阶进行开挖,调整后方案采用全断面开挖,相对进度优化后方案要快 1/3。在后期衬砌施工过程中,原设计方案需搭设脚手架 4.721m 后方能施工破除中隔壁、铺设防水板、安装钢筋、安装模板等工作,调整后方案这些工作均能在地面完成,相对进度要比原方案快。2.4 业主给项目部挖土方单价为定数,人工开挖与机械开挖成本差为 144 元,因此结余对下工程款 101.1 万元。在使用钢格栅的部位,破除钢格栅后,回收及切割成本较高,且部分回收不
5、了,造成钢材再使用率降低,调整后方案工字钢基本全部回收使用。2.5 原设计方案净空较高,在后期衬砌施工过程中,需搭设脚手架 4.721m,且破除中隔壁、防水层、钢筋、模板施工,均需运至脚手架后才能施工。调整后方案,这些工作均在地面都能完成。且中跨与小洞连接中隔壁在破除中隔壁施工时,破除混凝土可先在 1、2 洞室存放,待衬砌完成后采用挖机装车外运,调整后方案现场可操作性较强。3 工法适用范围 本技术适应所有使用 PBA 暗挖工法修建各种大型地下建筑。4 工艺原理 浅埋暗挖 PBA 工法初支扣拱开挖面积调整施工工法提高了 PBA 扣拱导洞的仰拱标高,将部分人工挖土方变为了机械挖土方,将初支导洞由设
6、计的上下台阶开挖变为了全断面开挖,在经过受力验算后得出,在保证工程施工安全和施工质量的前提下,具有加快工程施工进度、显著提高工程效益、加强工程的可操作性等优点。5 施工工艺流程及操作要点 5.1 原设计方案 5.1.1 施工顺序 按照设计图纸工序安排,施作 1、2 洞室冠梁及 3 号洞室天梁,然后组织初期支护扣拱施工,首先在 1、2 洞室内施作初期支护,在初期支护背后回填完毕后再进行初支扣拱开挖支护。单跨施工顺序见下图3 图图 5.1.1 单跨施工顺序图单跨施工顺序图 5.1.2 开挖方法及支护措施 施作时首先在 1、2 号导洞内施作初期支护,然后在初期支护背后回填 C15 砂浆;在开挖中跨时
7、,首先开挖 I 洞室,采取预留核心土分上下台阶进行开挖,上台阶高度为2.99m,下台阶高度为 2.6m,上下台阶距离不小于 1.5 倍的净空长度,为 4.5m,即 9 榀格栅;开挖完毕后进行安装钢格栅,后续进行喷射混凝土施工。采用开挖方式及支护措施见下图上台阶开挖下台阶开挖上台阶开挖下台阶开挖上台阶开挖下台阶开挖上台阶开挖下台阶开挖钢格栅加喷射混凝土图图 5.1.2 开挖方式及支护措施图开挖方式及支护措施图 5.1.3 结构受力分析 根据设计结构形式,分析中隔壁及临时仰拱受力如下图:第一步:安装1、2洞室初期支护第二步:回填C15砂浆第三步:开挖I洞室上台阶第四步:开挖I洞室下台阶第五步:开挖
8、洞室上台阶第六步:开挖洞室下台阶4 图图 5.1.3 结构受力分析图结构受力分析图 5.2 初支扣拱开挖面积调整后 5.2.1 提出调整方案的背景 在浅埋暗挖施工过程中,人工开挖土方成本远远大于机械开挖,为节约劳务成本,在浅埋暗挖施工过程中,坚持能采用机械开挖的一律采用机械开挖的原则组织施工;在浅埋暗挖施工过程中,导洞开挖面积越小,对周边土体的扰动越小,地表沉降越小。基于这两个原则,提出调整初支扣拱土方开挖面积的思路。5.2.2 现场实际施工顺序 按照设计图纸工序安排,施作 1、2 洞室冠梁及 3 号洞室天梁,然后组织初期支护扣拱施工,首先在 1、2 洞室内施作初期支护,在初期支护背后回填完毕
9、后再进行初支扣拱开挖支护。单跨施工顺序见下图 初期支护成环后,中隔壁主要起到将拱顶压力传递到底板的作用压力压力临时仰拱主要承受中隔壁传递下来的压力,因临时仰拱承受压力,在临时仰拱与边导洞连接处承受侧向拉力拉力拉力5 第一步:安装1、2洞室初期支护第二步:回填C15砂浆第三步:开挖I洞室第四步:开挖洞室图图 5.2.1 单跨施工顺序图单跨施工顺序图 5.2.3 现场实际开挖方法及支护措施 在施作完 1、2、3 洞室内冠梁及天梁后,施作 1、2 号洞室初期支护,并进行回填;在开挖中跨施工过程过程中,首先开挖 I 洞室,采取预留核心土的办法进行施工,核心土按照宽 2m,长 2m,高 1.5m 进行预
10、留,掌子面开挖成坡状,保证掌子面的稳定性,在开挖过程中,每循环进尺 0.5m,拱部打设超前小导管进行预支护,开挖完毕后立即安装拱部、中隔壁钢格栅及工字钢并进行喷射混凝土,在后续核心土开挖至里程后,再安装临时仰拱工字钢并喷射混凝土施工。在施工过程中,必须做到快速循环,快速成环施工,必要时进行喷射混凝土封闭掌子面。开挖净空按照满足安装二衬模板高度进行控制,为便于后期衬砌破除及拆除后刚才的使用率,支护措施将原设计中隔壁及临时仰拱的钢格栅更改为 I20 工字钢。开挖方式及支护措施见下图:开挖I洞室开挖洞室I20工字钢及喷射混凝土I20工字钢及喷射混凝土图图 5.2.2 开挖方式及支护措施图开挖方式及支
11、护措施图 6 5.2.4 现场实际施工结构受力分析 根据施工方案,分析中隔壁、临时仰拱及 1、2、3 洞室边墙受力分析如下图:初期支护成环后,中隔壁主要起到将拱顶压力传递到底板的作用压力压力临时仰拱主要承受中隔壁传递下来的压力,因临时仰拱承受压力,在临时仰拱与边导洞连接处承受侧向拉力拉力1、2、3洞室边墙主要受剪力力,因此边墙不受压力,背后悬空不存在安全隐患。拉力土压力土压力剪力剪力1、2、3洞室初期支护在起拱线位置承受向上的剪力,由于此处受力分析较复杂,需由专业人员进行验算回填C15混凝土图图 5.2.3 结构受力分析图结构受力分析图 5.3 操作要点 5.3.1 管棚施工 管棚施工采用非开
12、挖铺管技术一次施作,管棚倾角由设备误差确定(初始 1,终孔+5),管棚选用159 的热轧钢管,t=8mm,间距 400mm,管底距风道支护外缘 10cm。钢管内灌注水泥浆;管棚单节长 2.86m,车丝长度 15cm,方形丝扣,螺距 6mm,奇偶数孔头尾放置 1.43m 长管节,以满足相邻两根管棚接头不在同一个平面上。打设完毕后,先将钢管口外径用圆形钢板密封,并预留注浆孔与通气孔,注浆时,使钢管与孔壁的环形空隙内的空气容易从此通气孔冒出;注浆时,直至浆液由通气孔冒出为止,注浆可采用多孔同时注浆,或先灌注“单”号孔,浆液初凝后,再灌注“双”号孔;注浆时,其水灰比控制在 1:1,注浆压力为 0.51
13、.0Mpa,由现场试验确定具体数值。为了提高管棚注浆效果,采用 BW250 型注浆泵注浆。注浆量达到理论值且孔口有浆液流出即终止注浆。管棚钻头内的线路布置见图 5.2.1。图图 5.3.1 管棚钻头示意图管棚钻头示意图 5.3.2 主体导洞开挖 2 号线车站主体扣拱处导洞采用全断面法施工。施工中充分利用现场监控量测信息7 指导作业,严格按选定的工法和工艺要求组织施工。导洞施工严格遵循“管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤量测”十八字方针。每开挖一榀格栅间距即进行初支施工,并用喷射素砼封闭一次掌子面。相邻导洞掌子面步距按 15m 控制,开挖过程中根据拱顶沉降观测情况及时进行初期支护背后回填
14、注浆。1 测量放样 准确放出开挖外边线,拱顶标高,导洞中心线或钢格栅节点中线,导洞施工配备激光指向仪。2 打设超前注浆小导管 小导管选用 DN32 水煤气管,t=3.25mm,长度 2.5m,外插角 25,每榀格栅打设一排,环向间距在已打设管棚的断面 400mm,未打设管棚断面 300mm,管壁每隔 100200交错钻眼,眼孔直径 68mm;注浆浆液选用水泥浆,浆液配比应由现场试验确定,并根据围岩条件控制好注浆压力,加固体直径不小于 0.5m;为防止浆液外漏,在孔口处设置止浆塞。3 主体导洞开挖 先开挖周边架设钢格栅部位土体,每次开挖一榀钢格栅进尺。掌子面土体在初支砼完成后开挖,且在开挖后下一
15、榀钢格栅施工前先素喷砼封闭。导洞每个分步施工时按预留核心土台阶法开挖,开挖完后及时架设钢格栅,喷砼封闭掌子面。4 钢格栅安装 单循环导洞土方开挖完成后,随即架立钢筋格栅,下台阶格栅钢架封闭成环同时安装,及时喷砼支护封闭,保持周边土体稳定。格栅纵向间距按 50cm 布设。5 连接筋、加强筋 纵向连接筋采用22 螺纹钢筋,长 1.0m,环向间距 1.0m,交错设置。加强筋采用25 螺纹钢筋,长 0.5m,在格栅节点处于相对接的两根主筋进行焊接,满足焊接长度 10d。6 网片 在钢格栅内外侧布置双层钢筋网片。网片采用6 盘条加工厂加工,网格间距 150150cm,搭接长度不小于 200mm。7 锁脚
16、锚管施工 导洞每榀格栅节点打设一根锁脚锚管;锁脚锚管选用 DN32 水煤气管,t=3.25mm,长度 3.0m,外插角 30-40;锁脚锚管内注浆浆液采用水泥浆,浆液配合比应由现场试验确定,注浆压力 0.4-0.6MPa,注浆加固厚度 0.5m。8 8 喷射砼施工 采用 C20 喷射砼支护,厚 350mm。9 初支背后回填注浆 车站土体开挖过程中,为控制地表及管线沉降,施工中及时对拱顶进行径向回填注浆。拱部背后回填注浆以初期支护与土层的密贴为原则,在主体导洞开挖过程中埋设注浆管,及时对初支背后空隙进行注浆填充,浆液采用水泥浆。注浆在滞后挖工作面 3m的地方进行。5.4 劳动力组织 2 号线车站
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