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(隧道工)
论
文
姓名:蒋友义
单位:中铁隧道集团二处有限公司
都市大断面隧道开挖CRD工法应用
蒋友义
(中铁隧道集团二处有限公司,北京100055)
摘要:本文通过北京地下铁路直径线工程实例,探讨CRD施工工艺在都市大断面隧道开挖中的应用以及过程控制原则,论述开挖过程中的重要问题及解决措施。本文将在施工工艺流程、超前小导管施工、开挖施工、支护施工等方面进行表述。着重强调施工过程中的控制以及对核心部位、核心工序所采用的技术措施。
核心词:单洞双线大断面地下铁路CRD工法防塌限沉
1工程概况
本标段浅埋暗挖段CRD法施工段位于北京市天宁寺桥西北角至白云观南里10号楼东侧,地面主干线莲花池东路为北京市联通东西的重要交通干线,隧道位于莲花池东路北侧机动车道下。。隧道穿过的重要岩土层为圆砾层、卵石层、粉质粘土层,属Ⅵ级围岩。土体稳定性差,在地下水作用下易发生涌水、涌砂等状况。本次开挖施工范畴为DK6+895~DK7+060。其中DK6+895~DK7+*,DK7+025~DK7+*。五交化大楼位于采用CRD工法施工的浅埋暗挖隧道北侧,~,隧道起止里程为DK6+990~DK7+060。
2工程特点、重点
⑴该区段施工专业性强、技术含量高,隧道穿越地质条件复杂,工期短暂,进度指标规定高,且与周边建(构)筑物及地下管线关系纵横交错,施工难度大,施工风险大。
⑵该区段地表环境复杂、施工对周边环境影响大、沉降控制规定高。沿线两侧地面建筑物密集,若地层过量沉降易引起建筑物的倾斜甚至开裂。工程沿线隧道范畴内多种地下管线繁多。涉及煤气、热力、电力、污水等大型管线,有的与隧道平行,有的与隧道交叉,施工稍有不慎就有也许引起管线破坏,导致不利的社会影响。施工过程如何保证地下管线不受隧道施工影响,保证所有地下管线的安全运营等,对隧道施工沉降控制提出了很高的规定。
控制沉降,保护建筑物、管线为本工程的重点
⑴工程施工影响五交化大楼和地下管线。在CRD暗挖区间破坏土体三相平衡后,地层将进行重新固结,存在必然的地表沉降,加强施工过程控制,严格控制地表沉降是本合同段工程施工控制的重点。
⑵施工中建立以“防塌、限沉”为核心的技术控制原则。“防塌”一方面是指杜绝塌方事故发生,另一方面是指施工过程中务必把也许存在的坍方隐患降至最低。“限沉”一方面是指控制地面沉降、把工程施工引起的地表沉降控制在规定范畴之内;另一方面是指沉降的控制除限制在地表沉降原则内,还要针对不同的环境特性建立不同的沉降控制原则,并在施工中严格执行。
⑶建立以“防塌、限沉”为核心的施工优化组合,除采用正常暗挖施工程序中列明的技术措施外,穿过五交化大楼采用了地表注浆加固地基,隧道Ⅲ部布置超前深孔注浆,隧道Ⅳ部、Ⅵ部布置超前加固注浆,在Ⅲ部进行洞内环向补偿性注浆等措施。
⑷将回填注浆作为必需工序加以控制,施工过程及时采用扩散性好的浆液进行初支背后回填注浆、做到及时、饱满充填,减少对土体的扰动。
3重要施工工艺及施工措施
CRD法施工段初支施工工艺流程见图1。严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针指引施工。
图1CRD法分部开挖分部图
图2CRD法初支施工工艺流程图
在土体开挖过程中,采用超前小导管注浆措施进行土体预加固。超前小导管布设在拱部,环向间距每米3根,注浆小导管后端架在已经支好的钢格栅内,另一端进一步地层。注浆后进行土体开挖。
由于开挖断面较大,地面建筑物众多,一旦浮现塌方将很难控制,后果严重,因此必须保证超前注浆的质量,真正起到超前加固土层的作用。严格按交底规定打设超前注浆管,保证打设角度、深度及间距规定,严格按交底规定配备浆液,严格控制注浆终压,,维持3分钟即可结束注浆。
施工中,采用专人兑浆,专人注浆,开挖时如发现注浆效果不好,要根据状况及时解决,如挂网初喷混凝土。
施工程序为:制作小导管→眼孔布置→顶入小导管→注浆→注浆效果检查。
⑴注浆材料:
超前加固注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。
⑵注浆参数:
①注浆终压:仅用喷射混凝土封闭孔口和工作面,注浆压力不适宜太高,;
②浆注扩散半径(R):;
③注浆速度:与地层孔隙及连通状况、地层密实度有关,速度太快,地层吸浆慢,也许导致冒浆、漏浆等现象。因此注浆速度定为每分钟不不小于50L;
④注浆量估算:每个导管注浆量为50~100L;
⑶浆液配备
纯水泥浆液为水泥()加清水按照1:1进行配备;水玻璃浓度控制为40Be’。
⑷注浆
采用由下向上隔孔注水泥-水玻璃双液浆,采用FBY-50/70注浆机进行注浆,试运营机器正常后即开始注浆。当注浆量达到设计规定期停止注浆。
⑸注浆技术规定
①导管打入后,用吹管或掏勺将管内砂石吹(掏)出,以免堵塞。
②配制好的浆液,通过过滤后方可进入泵体,以防杂物堵塞管路或泵体。
③注浆结束后,对注浆泵管路进行清洗,以保证下次注浆的顺利进行。
⑹注浆施工安全注意事项
①注浆过程中,如发现注浆压力持续上升,,应停机检查因素。
②严禁压力未下降至0时拆卸空气室、压力表、输浆管道、卸浆阀等。
③闲杂人员不得进入作业面,以免高压浆喷出或小导管冲出伤人。
④注浆过程中,不得无端停电,如需停电,必须事先告知注浆班。
“CRD工法”施工,分6部开挖,各部开挖采用台阶法施工。
⑴。严格控制开挖进尺,拱架最大间距不超55cm。
⑵严格控制隧道开挖的中线和水平,开挖轮廓要圆顺,避免超挖,杜绝欠挖。每部上断面开挖底板比上下断面分界面高20~30cm,避免上断面脚板悬空而导致沉降。下台阶开挖时先挖中间后挖两侧,避免因上断面脚板悬空时间过长,导致沉降,当超挖或土层塌方超过30cm时,及时上报工程部。局部欠挖处人工修凿,但要充足考虑施工误差及预留变形量。
⑶Ⅰ、Ⅲ部上断面开挖时,必须预留核心土。
⑷台阶长度控制在2~,在遇水开挖困难地段台阶长度合适缩短,加快每环封闭时间。
⑸开挖严格按照Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ的顺序执行,下一部的开挖滞后上一部的开挖按照5m控制。
表1开挖容许超挖值
项目
容许偏差(mm)
容许超挖值
拱部
平均100,最大150
边墙及仰拱
平均100,最大150
待开挖轮廓修正合格后,及时铺设构造外层钢筋网片,进行格栅钢架架立。
⑴钢拱架堆放和运送时不得损伤和变形,安装前先除锈。
⑵开挖完毕后及时安装钢拱架及钢筋网片。
⑶钢拱架标高、中线净空、垂直度、间距严格按交底规定控制。
⑷拱架各节连接牢固,安设位置对的、稳固并垂直隧道中线。
⑸钢拱架与围岩之间的间隙用喷混凝土喷密实,严禁用石块、木楔等填塞。
⑹钢拱架要所有被喷射混凝土覆盖,净保护层厚度不不不小于30mm。
施工中Ⅰ、Ⅲ部拱架的控制最为核心,由于Ⅰ、Ⅲ部的标高、中线净空、垂直度误差过大,将直接影响其他四部的控制。拱架控制实际原则:
⑴中线净空:Ⅰ、Ⅲ部为0—±10mm,其他四部为0—±20mm。
⑵标高:0—+30mm。
⑶垂直度:5‰之内。
⑷拱架间距:0—+50mm。
⑸连接筋:Φ20螺纹钢连接筋,,内外呈梅花型布设,考虑到施工中拱架间距的实际误差,连接筋加工3种:500mm、550mm、700mm,采用直螺纹套筒连接,外露丝扣不超1扣,连接筋间距不符规定期,要及时调节。连接筋套筒连接数量不低于80%,连接筋外露长度不低于20cm,以便套筒不能正常连接时搭接焊能保证搭接长度。
⑹网片:网格间距150mm*150mm,环向采用φ8钢筋,纵向采用φ6钢筋,网片搭接不不不小于一种网格(
15cm),绑扎时要与拱架密贴,并且要绑扎牢固。
⑺连接板:连接板螺栓必须带齐,拧紧后用电焊点焊牢固,连接板有张口的要用钢筋帮焊牢固。
⑻为避免沉降,架立格栅时,格栅下面要垫方木或加气砖。
为了减少粉尘,减少回弹量,提高喷射混凝土的质量,喷射混凝土采用潮喷法。混凝土由洞外搅拌站拌合,通过竖井提高机,出渣车运至工作面,人工抱喷嘴喷射。永久性初支喷混凝土厚度为35cm,临时支护喷混凝土厚度为30cm,施工工艺流程见图3:
喷混凝土作业前,检查开挖断面尺寸,清除所有的松动岩石,并使岩面保持一定湿度,混合料应随拌随喷,喷射作业分段、分片、分层,由下而上,对称依次进行,拱部一次喷射厚度5~6cm,边墙一次喷射厚度7~10cm,分层喷射的间隔时间一般为15~20min。喷射混凝土时先喷射钢拱架与基面之间的空隙。喷射作业时先供风,再上料;喷射作业结束时先停料再停机、后关风。
每次喷混凝土完毕后,及时检查厚度,若厚度不够需进行补喷达到设计厚度,严禁将回弹料做为喷射料使用,同步严禁添加渣土。
碎石
混凝土搅拌机
砂
少量水
水泥
混合料运送
高压风
混凝土湿喷机
水
速凝剂
喷头
受喷面
图3潮喷混凝土工艺流程图
严格按照设计配合比搅拌喷射混凝土原材料;喷射混凝土构造,不得浮现脱落和露筋现象;表面应平整圆顺,无大的起伏凹凸。不能浮现因喷射混凝土厚度过厚,导致不必要的欠挖,同步喷射混凝土厚度应满足设计规定,保证拱架主筋净保护层厚度。
初支喷混凝土是构造防水的第一道防线,加强对其质量控制,保证喷层厚度及密实度,可以大大提高初支的防水效果。
喷射混凝土前,前后榀接茬部位虚渣必须清理干净,以保证初支厚度及前后榀拱架喷射混凝土的搭接质量。
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部每榀拱架的上下断面拱脚处各打设1根锁脚锚管,规格为Φ42,,注1:1纯水泥浆,对避免隧道沉降有着极大作用。
从DK7+920开始Ⅲ部北边墙上下断面分界处土层为80cm厚细砂,细砂层自稳性极差,开挖过程中极易发生塌方,我们在施作Ⅲ部上断面时,每榀打设两根锁脚锚管,同步下断面开挖前对两根锁脚锚管施作超前注水泥-水玻璃双液浆,开挖完毕后立拱之前,及时对上断面拱脚处至下50cm的区域施作挂网初喷混凝土,从而成功消除了塌方的隐患。
为及时充填初支喷射混凝土与土层之间存在的空隙,Ⅰ、Ⅲ部初支构造封闭成环后应及时进行初支背后注浆,以控制初支构造变形,控制地表沉降。初支背后注浆,可以起到如下几点作用:
①充填地层空隙,避免地表下沉。
②加强构造防水。
③控制初支构造的沉降和收敛。
初期支护的背后回填注浆浆液为1:1纯水泥浆,注浆从拱脚开始向拱顶注浆,从无水向有水的注浆孔注浆,注浆过程中,要时刻注意压力流量的变化,严格控制注浆终压,每根回填注浆管必须注浆饱满后,再进行下一根注浆的操作,做好注浆记录,封闭段每5m注浆一次。
初支背后回填注浆重要施工工艺详见图4。
图4初支背后回填注浆施工工艺流程图
施工中为了便于加强监测,Ⅰ、Ⅲ部每5m在拱顶布设一种沉降点,在两侧边墙处布设一组收敛点;Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ部每隔10m,在两侧边墙处各布设一组收敛点。
表2初期支护参数表
序号
支护类型
支护参数
1
超前注浆锚管
拱部设立超前小导管,间距每米3根,每榀施作一次,注水泥-水玻璃双液浆超前加固地层:DK6+895~DK6+945,Φ32,L=,DK6+945~DK7+060,Φ25,(),前后榀交错布置
2
超前注浆
水泥-水玻璃双液浆
3
格栅钢架
主筋为Φ25螺纹钢,
4
钢筋网片
网格间距150mm*150mm,环向采用φ8钢筋,纵向采用φ6钢筋,在拱墙布设
5
初支背后回填注浆管
Φ42,,,
6
初支背后回填注浆
1:1水泥浆
7
纵向连接筋
相邻格栅钢架之间内外层设双排Φ20螺纹钢连接筋,,内外呈梅花型布设,连接筋单长500mm
8
喷射混凝土
C25早强喷射混凝土(永久性初支35cm,临时初支30cm)。
4结识与体会
格栅钢架连接筋采用直螺纹套筒连接质量优于焊接,并且连接速度快,操作简朴,多人可操作,不受施工环境的影响,对环境无污染,焊接不仅费时费力,并且焊接质量一般难以达到规范规定,搭接长度一般状况下也很难保证