北京輕軌淺埋暗挖地下工程中框架結構的施工方法
摘 要 根據以往地鐵施工經驗,制定出淺埋暗挖地下工程中框架結構的施工程序及采取的措施,以指導本工程的施工。關鍵詞 城市輕軌 淺埋暗挖 框架結構 施工方法
1 概述
在城市淺埋暗挖地下工程中,通常采用拱形結構, 與框架結構相比,有助于充分利用圍巖的自成拱能力, 降低圍護結構的受力,但也存在著空間利用率低的弊端。在北京市城市快速軌道交通東直門地下折返線工程中,3 號風井風道DD 、D′ D′和EE 各斷面均采用淺埋框架結構。如何組織框架結構的施工,成為施工前亟需解決的新課題。
2 工程概況
風道全長L= 58 m , 分DD 、D′ D′、E E 3 種斷面形式。本工程位于永定河沖積扇的中部, 根據地質勘察報告, 其結構頂部為粉質粘土、粘質粉土, 洞身及洞底主要為粉細砂層、中粗砂, 局部圍巖為圓礫層。隧道圍巖分級及土石可挖性均為Ⅴ 級, 結構下部位于潛水層中。現以EE 斷面為例介紹矩形框架結構的施工。
該斷面長22. 7 m , 位于東直門外東中街下,其開挖斷面較大(11. 6 m) ,地面下有污水管、上水管、電力管、熱力管、電信管,共計23 條;地面以上為高層建筑, 施工中要確保這些管線和建筑的安全。
初期支護采用350 mm 厚C20 格柵網噴混凝土,二次襯砌為400 mm 厚防水鋼筋混凝土,防水等級為二級,抗震設防烈度為8 度。
3 施工方法
3. 1 中洞法施工采用中洞法施工,主要步驟如表1 所示。施工中要嚴格控制施工進尺、上下臺階距離,以便
能盡快地封閉工作面,及時控制圍巖的初始位移,減小巖體內塑性區的發展。
3. 2 主要施工技術
3. 2. 1 超前小導管技術
(1) 小導管布置及形式(圖1 、圖2)
圖1 E -E 斷面小導管布置鐵道標準設計RAILWAYSTANDARD DES IGN 2003(3)
圖2 小導管加工形式示意(單位:m) 小導管采用<42 鋼管; 溢漿孔采用<6、<8 孔, 呈梅花形布置, 縱向四等分圓。封閉工作面后,沿開挖輪廓線依小導管布置圖要求打入小導管,外插角控制在5°～10°,而后注入漿液固結土體。
(2) 漿液的選擇與配制
根據地下工程的施工經驗及北京地區的地質條件,選用水玻璃漿液。將工業用98 % 濃H2SO4 稀釋成10 % 的稀H2SO4 ,水玻璃40～45 Be′稀釋成18～20 Be′。根據現場地質及施工情況,依經驗配制成pH 值為2. 5 ～4. 0 的混合漿液必須先加入稀H2SO4 ,后加入水玻璃液,一般體積比為2∶1 。依以往地鐵施工中注漿經驗, pH 值越大,凝固時間則越短:pH 值等于2. 5 時,凝固時間約需2～3 h ;pH 值等于4. 0 時,一般3～5 min 即可凝固。同時,在中粗砂地層中漿液凝固快,細砂層中漿液凝固慢,注漿時要根據實際情況隨時調整漿液的配合比。
(3) 注漿順序
注漿要從拱腳開始向拱頂,由下至上兩側同時對稱注漿。
(4) 注漿效果
注漿時要有實驗人員現場值班,隨時控制注漿壓力,檢查注漿效果,不合格者及時進行補漿,凝固后即進行土體開挖。土體開挖依初襯開挖平面施工順序圖進行。
3. 2. 2 鋼格柵支撐施工技術
(1) 格柵的制作及質量要求
鋼筋在加工廠彎制成設計形狀后,根據規范要求焊接成骨架,分段之間采用角鋼螺栓連接,試拼合格后運至現場進行組裝。鋼筋廠設廠長、質檢員各1 名,電焊工10 名～12 名,鋼筋工2 名～3 名;高峰時期電焊機達到6 臺,晝夜加工。
格柵的質量要求:
① 下料尺寸要準確,弧形要圓順;
② 格柵焊接要滿足規范要求,不允許有裂縫、夾渣、氣泡產生,焊縫必須飽滿、焊渣要敲除;
③ 連接板孔眼位置要準確,保證螺栓能夠上緊;
④ 試拼時應無平面翹曲、扭曲。
(2) 格柵的安裝
① 格柵應架立在與隧道軸線垂直的平面內,其允許偏差為垂直線路方向30 mm , 垂直度不大于5 % 。
② 格柵骨架安設正確后, 用<18 縱向連接筋與前一榀格柵焊接牢固, 其內外兩層敷設網片, 網片采用<6 鋼筋, 編制成150 mm ×150 mm 的網格狀。
3. 2. 3 噴射混凝土技術格柵架設好后即噴射混凝土,噴射混凝土應能保證設計主筋凈保護層內側30 mm 、外側50 mm 的要求。本段初期支護為350 mm 厚噴射混凝土,采用42. 5 級普通硅酸鹽水泥,實驗室配合比為1∶1. 94 。施2.1. 94∶工過程中由現場實驗員依實際砂、石含水率換算施工配合比,冬季施工要有冬施混凝土配合比。噴射混凝土采用罐式噴射機濕噴工藝,其工藝流程如圖3 所示。
圖3 噴射混凝土工藝流程
噴射混凝土的工藝要求如下。
(1) 噴射混凝土的作業應滿足相關規范的要求。
(2) 混合料應隨拌隨用,放置不允許超過2 h , 攪拌采用強制式攪拌機,攪拌時間不少于3 min 。原材料的稱量誤差為:水泥±1 % , 速凝劑±1 % , 砂石±3 % 。
(3) 噴射機具能夠滿足均勻送料、連續噴射的要求。噴射前要檢查受噴面是否有泥土、斷面尺寸是否能滿足設計要求,受噴面要均勻、密實;噴頭要垂直受噴面,距離以0. 6～1. 2 m 為宜,噴頭運行軌跡為螺旋狀。一次噴射厚度依噴射部位和設計厚度而定,拱部宜為5～6 cm , 邊墻為7～10 cm , 后噴一層應在先噴一層凝固后進行,正常情況下混凝土的回彈量邊墻不大于15 % , 拱部不大于25 % 。
(4) 噴射混凝土終凝2 h 后開始灑水養護,灑水次數以保證混凝土具有足夠的濕潤狀態為度,養護時間不得少于14 d 。
(5) 噴射混凝土表面應密實、平整,無裂縫、脫落、漏噴、空鼓、滲漏水等現象,平整度允許偏差為±3 cm 。
3. 2. 4 防水層施工技術
本段防水等級為二級,即圍護結構不允許漏水,只可以有少量偶見的濕漬,其防水原則為“ 以防為主、防排結合、多道防線、剛柔結合、因地制宜、綜合治理”;其夾層防水層包括ECB 防水卷材和PE 泡沫塑料墊層。
(1) 在噴射混凝土達到設計強度、基面符合要求后方可鋪設泡沫緩沖層,對基面的要求如下。
① 基面不得有明顯積水,否則應采取堵或引排等措施。
② 平整度要求:邊墻D/ L ≤1/6 ,拱頂D/ L ≤ 1/8 ,否則采用1 ∶2.5 水泥砂漿順平。底板要求平整,無大的明顯的凹凸起伏,其中L 為噴混凝土相鄰兩凸面間的距離;D 為噴混凝土相鄰兩凸面間凹進去的深度。
③ 不得有鋼筋、鐵絲和鋼管等尖銳突出物,否則應從根部割除,并在割除部位用水泥砂漿抹成圓曲面, 在斷面變化或轉彎時的陰陽角應抹成R ≤50 mm 的圓弧或50 mm ×50 mm 的鈍角。
(2)E E 斷面防水的施工
① 待3 跨導洞的初期施工完畢后,拆除中洞中間的臨時支撐,并施工中洞頂、底的防水層,兩端留槎頭約1 m , 不與臨時隔墻固定。
② 拆除臨時支撐和隔墻。
③ 從中間防水層向兩端延續,從上至下,與底板防水層相連。
(3) 緩沖層施工
① 緩沖層采用4 mm 厚R PE 閉孔泡沫塑料襯墊,采用塑料圓墊片、膨脹螺栓或水泥釘呈梅花形固定于混凝土基面上。固定點之間的間距為: 拱頂500～ 800 mm , 邊墻800～1 000 mm , 底板1 500～2 000 mm 。
② 緩沖層之間的搭接寬度為50 mm , 搭接部位采用熱風焊槍進行焊接。鋪設緩沖層時沿隧道環向進行鋪設,不得拉得過緊,以免影響防水卷材的鋪設;同時, 在分段鋪設的緩沖層連接部位應預留不少于200 mm 的搭接余量。
(4) 防水卷材的檢查和防護
① 防水層鋪設完畢后,對雙焊縫進行沖氣檢查,沖氣壓力為0. 12 ～ 0. 15 MPa , 保持壓力時間不少于5 min , 允許壓力下降20 % , 否則進行補焊,直至達到要求為止。每1 000 卷抽檢1 次,每天每臺熱合機至少抽查1 個試樣。
② 驗收合格后,應注意嚴加保護,底板防水層作好后應及時施作混凝土保護層,并盡快澆筑二襯混凝土。
③ 在未設保護層處(如頂部、側墻) 綁扎鋼筋時不得扎破防水層,焊接鋼筋時必須用防火板進行遮擋,以免濺出火花燒壞防水層。
④ 作好技術交底工作,加強對施工人員的教育,提高作業人員的防護意識。
3. 2. 5 排水盲管施工技術
因本段區域地下水較豐富,防水層介于初襯和二襯之間,和結構不直接密貼,且本工程工況復雜,防水層的預留搭接較多,結構的施工縫較多;而且,在施工階段對防水卷材極可能造成破壞,為確保區間在無滲漏情況下運營, 在防水層與二襯之間設置盲管排水系統。
(1) 排水盲管材料為塑料盲溝材料MF7 隧道專用型,盲管之間的連接使用訂書機狀的釘勾嵌入,釘勾由<3 ～ <5 的不銹鋼絲制成,排水盲管固定見圖4 。
圖4 排水盲管固定方法示意
(2) 在底部,初襯與二襯之間沿縱向設置中心排水透水管,每20 m 設一檢查井,將進入初襯的水引入最低點的泵房處。
(3) 在頂板與側墻的施工縫處,側墻與底板的施工縫處,初襯與二襯之間同時設置縱向排水塑料盲管。
(4) 在側墻上沿縱向每12 m 設置豎向排水塑料盲管,并與上下縱向排水系統相連。
(5) 排水盲管設置在夾層防水層的防水卷材上,用定制的鐵件固定,鐵件要與結構鋼筋焊接牢固。
(6) 底部的縱向中心排水管采用碎石作為保護層。
3. 2. 6 二襯混凝土施工技術
二襯混凝土在防水層驗收合格后進行灌筑,混凝土施工采用鋼拱架作為支護體系,拱架在加工廠加工成型試拼合格后,運至現場安裝,檢查斷面尺寸合格后灌筑混凝土。
(1) 防水混凝土采用CEA B 多功能復合劑,水泥采用32. 5 級普通硅酸鹽水泥。防水混凝土的性能指標為:坍落度≥12 cm ; 限制膨脹率≥2 ×10-4; 自應力值≥0. 2 MPa ; 抗滲等級≥P8 。
(2) CEA B 加入量為10 % , 按內摻計算,誤差小于5 % 。
(3) 防水混凝土采用強制式攪拌機,攪拌時間比普通混凝土延長30 s 以上,所用的砂、石應符合《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》和《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》的規定。
(4) 防水混凝土要求振搗密實, 不得漏搗,二襯混凝土表面要求平整、光滑,無蜂窩、麻面現象。
4 監控量測
在噴錨支護的襯砌結構中,現仍采用工程類比的設計方法。因此,噴錨支護的設計與現場測試技術是不可分割的,監控量測不僅可以指導和控制施工,同時也可以為以后類似工程的設計提供依據和信息。主要監測項目見表2 。
5 結語
本工程風道的開挖支護部分現已全部完畢,經最近一段時間的監控觀測,最大沉降值控制在30 mm 以內, 結構收斂最大值控制在2 mm 以內。在施工過程
表2 主要監測項目
中未發生塌方等質量事故,確保了施工安全。經過北京地鐵幾年的施工驗證,本施工方法是行之有效的。
