北京轻轨浅埋暗挖地下工程中框架结构的施工方法
摘 要 根据以往地铁施工经验,制定出浅埋暗挖地下工程中框架结构的施工程序及采取的措施,以指导本工程的施工。关键词 城市轻轨 浅埋暗挖 框架结构 施工方法
1 概述
在城市浅埋暗挖地下工程中,通常采用拱形结构, 与框架结构相比,有助于充分利用围岩的自成拱能力, 降低围护结构的受力,但也存在着空间利用率低的弊端。在北京市城市快速轨道交通东直门地下折返线工程中,3 号风井风道DD 、D′ D′和EE 各断面均采用浅埋框架结构。如何组织框架结构的施工,成为施工前亟需解决的新课题。
2 工程概况
风道全长L= 58 m , 分DD 、D′ D′、E E 3 种断面形式。本工程位于永定河冲积扇的中部, 根据地质勘察报告, 其结构顶部为粉质粘土、粘质粉土, 洞身及洞底主要为粉细砂层、中粗砂, 局部围岩为圆砾层。隧道围岩分级及土石可挖性均为Ⅴ 级, 结构下部位于潜水层中。现以EE 断面为例介绍矩形框架结构的施工。
该断面长22. 7 m , 位于东直门外东中街下,其开挖断面较大(11. 6 m) ,地面下有污水管、上水管、电力管、热力管、电信管,共计23 条;地面以上为高层建筑, 施工中要确保这些管线和建筑的安全。
初期支护采用350 mm 厚C20 格栅网喷混凝土,二次衬砌为400 mm 厚防水钢筋混凝土,防水等级为二级,抗震设防烈度为8 度。
3 施工方法
3. 1 中洞法施工采用中洞法施工,主要步骤如表1 所示。施工中要严格控制施工进尺、上下台阶距离,以便
能尽快地封闭工作面,及时控制围岩的初始位移,减小岩体内塑性区的发展。
3. 2 主要施工技术
3. 2. 1 超前小导管技术
(1) 小导管布置及形式(图1 、图2)
图1 E -E 断面小导管布置铁道标准设计RAILWAYSTANDARD DES IGN 2003(3)
图2 小导管加工形式示意(单位:m) 小导管采用<42 钢管; 溢浆孔采用<6、<8 孔, 呈梅花形布置, 纵向四等分圆。封闭工作面后,沿开挖轮廓线依小导管布置图要求打入小导管,外插角控制在5°～10°,而后注入浆液固结土体。
(2) 浆液的选择与配制
根据地下工程的施工经验及北京地区的地质条件,选用水玻璃浆液。将工业用98 % 浓H2SO4 稀释成10 % 的稀H2SO4 ,水玻璃40～45 Be′稀释成18～20 Be′。根据现场地质及施工情况,依经验配制成pH 值为2. 5 ～4. 0 的混合浆液必须先加入稀H2SO4 ,后加入水玻璃液,一般体积比为2∶1 。依以往地铁施工中注浆经验, pH 值越大,凝固时间则越短:pH 值等于2. 5 时,凝固时间约需2～3 h ;pH 值等于4. 0 时,一般3～5 min 即可凝固。同时,在中粗砂地层中浆液凝固快,细砂层中浆液凝固慢,注浆时要根据实际情况随时调整浆液的配合比。
(3) 注浆顺序
注浆要从拱脚开始向拱顶,由下至上两侧同时对称注浆。
(4) 注浆效果
注浆时要有实验人员现场值班,随时控制注浆压力,检查注浆效果,不合格者及时进行补浆,凝固后即进行土体开挖。土体开挖依初衬开挖平面施工顺序图进行。
3. 2. 2 钢格栅支撑施工技术
(1) 格栅的制作及质量要求
钢筋在加工厂弯制成设计形状后,根据规范要求焊接成骨架,分段之间采用角钢螺栓连接,试拼合格后运至现场进行组装。钢筋厂设厂长、质检员各1 名,电焊工10 名～12 名,钢筋工2 名～3 名;高峰时期电焊机达到6 台,昼夜加工。
格栅的质量要求:
① 下料尺寸要准确,弧形要圆顺;
② 格栅焊接要满足规范要求,不允许有裂缝、夹渣、气泡产生,焊缝必须饱满、焊渣要敲除;
③ 连接板孔眼位置要准确,保证螺栓能够上紧;
④ 试拼时应无平面翘曲、扭曲。
(2) 格栅的安装
① 格栅应架立在与隧道轴线垂直的平面内,其允许偏差为垂直线路方向30 mm , 垂直度不大于5 % 。
② 格栅骨架安设正确后, 用<18 纵向连接筋与前一榀格栅焊接牢固, 其内外两层敷设网片, 网片采用<6 钢筋, 编制成150 mm ×150 mm 的网格状。
3. 2. 3 喷射混凝土技术格栅架设好后即喷射混凝土,喷射混凝土应能保证设计主筋净保护层内侧30 mm 、外侧50 mm 的要求。本段初期支护为350 mm 厚喷射混凝土,采用42. 5 级普通硅酸盐水泥,实验室配合比为1∶1. 94 。施2.1. 94∶工过程中由现场实验员依实际砂、石含水率换算施工配合比,冬季施工要有冬施混凝土配合比。喷射混凝土采用罐式喷射机湿喷工艺,其工艺流程如图3 所示。
图3 喷射混凝土工艺流程
喷射混凝土的工艺要求如下。
(1) 喷射混凝土的作业应满足相关规范的要求。
(2) 混合料应随拌随用,放置不允许超过2 h , 搅拌采用强制式搅拌机,搅拌时间不少于3 min 。原材料的称量误差为:水泥±1 % , 速凝剂±1 % , 砂石±3 % 。
(3) 喷射机具能够满足均匀送料、连续喷射的要求。喷射前要检查受喷面是否有泥土、断面尺寸是否能满足设计要求,受喷面要均匀、密实;喷头要垂直受喷面,距离以0. 6～1. 2 m 为宜,喷头运行轨迹为螺旋状。一次喷射厚度依喷射部位和设计厚度而定,拱部宜为5～6 cm , 边墙为7～10 cm , 后喷一层应在先喷一层凝固后进行,正常情况下混凝土的回弹量边墙不大于15 % , 拱部不大于25 % 。
(4) 喷射混凝土终凝2 h 后开始洒水养护,洒水次数以保证混凝土具有足够的湿润状态为度,养护时间不得少于14 d 。
(5) 喷射混凝土表面应密实、平整,无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象,平整度允许偏差为±3 cm 。
3. 2. 4 防水层施工技术
本段防水等级为二级,即围护结构不允许漏水,只可以有少量偶见的湿渍,其防水原则为“ 以防为主、防排结合、多道防线、刚柔结合、因地制宜、综合治理”;其夹层防水层包括ECB 防水卷材和PE 泡沫塑料垫层。
(1) 在喷射混凝土达到设计强度、基面符合要求后方可铺设泡沫缓冲层,对基面的要求如下。
① 基面不得有明显积水,否则应采取堵或引排等措施。
② 平整度要求:边墙D/ L ≤1/6 ,拱顶D/ L ≤ 1/8 ,否则采用1 ∶2.5 水泥砂浆顺平。底板要求平整,无大的明显的凹凸起伏,其中L 为喷混凝土相邻两凸面间的距离;D 为喷混凝土相邻两凸面间凹进去的深度。
③ 不得有钢筋、铁丝和钢管等尖锐突出物,否则应从根部割除,并在割除部位用水泥砂浆抹成圆曲面, 在断面变化或转弯时的阴阳角应抹成R ≤50 mm 的圆弧或50 mm ×50 mm 的钝角。
(2)E E 断面防水的施工
① 待3 跨导洞的初期施工完毕后,拆除中洞中间的临时支撑,并施工中洞顶、底的防水层,两端留槎头约1 m , 不与临时隔墙固定。
② 拆除临时支撑和隔墙。
③ 从中间防水层向两端延续,从上至下,与底板防水层相连。
(3) 缓冲层施工
① 缓冲层采用4 mm 厚R PE 闭孔泡沫塑料衬垫,采用塑料圆垫片、膨胀螺栓或水泥钉呈梅花形固定于混凝土基面上。固定点之间的间距为: 拱顶500～ 800 mm , 边墙800～1 000 mm , 底板1 500～2 000 mm 。
② 缓冲层之间的搭接宽度为50 mm , 搭接部位采用热风焊枪进行焊接。铺设缓冲层时沿隧道环向进行铺设,不得拉得过紧,以免影响防水卷材的铺设;同时, 在分段铺设的缓冲层连接部位应预留不少于200 mm 的搭接余量。
(4) 防水卷材的检查和防护
① 防水层铺设完毕后,对双焊缝进行冲气检查,冲气压力为0. 12 ～ 0. 15 MPa , 保持压力时间不少于5 min , 允许压力下降20 % , 否则进行补焊,直至达到要求为止。每1 000 卷抽检1 次,每天每台热合机至少抽查1 个试样。
② 验收合格后,应注意严加保护,底板防水层作好后应及时施作混凝土保护层,并尽快浇筑二衬混凝土。
③ 在未设保护层处(如顶部、侧墙) 绑扎钢筋时不得扎破防水层,焊接钢筋时必须用防火板进行遮挡,以免溅出火花烧坏防水层。
④ 作好技术交底工作,加强对施工人员的教育,提高作业人员的防护意识。
3. 2. 5 排水盲管施工技术
因本段区域地下水较丰富,防水层介于初衬和二衬之间,和结构不直接密贴,且本工程工况复杂,防水层的预留搭接较多,结构的施工缝较多;而且,在施工阶段对防水卷材极可能造成破坏,为确保区间在无渗漏情况下运营, 在防水层与二衬之间设置盲管排水系统。
(1) 排水盲管材料为塑料盲沟材料MF7 隧道专用型,盲管之间的连接使用订书机状的钉勾嵌入,钉勾由<3 ～ <5 的不锈钢丝制成,排水盲管固定见图4 。
图4 排水盲管固定方法示意
(2) 在底部,初衬与二衬之间沿纵向设置中心排水透水管,每20 m 设一检查井,将进入初衬的水引入最低点的泵房处。
(3) 在顶板与侧墙的施工缝处,侧墙与底板的施工缝处,初衬与二衬之间同时设置纵向排水塑料盲管。
(4) 在侧墙上沿纵向每12 m 设置竖向排水塑料盲管,并与上下纵向排水系统相连。
(5) 排水盲管设置在夹层防水层的防水卷材上,用定制的铁件固定,铁件要与结构钢筋焊接牢固。
(6) 底部的纵向中心排水管采用碎石作为保护层。
3. 2. 6 二衬混凝土施工技术
二衬混凝土在防水层验收合格后进行灌筑,混凝土施工采用钢拱架作为支护体系,拱架在加工厂加工成型试拼合格后,运至现场安装,检查断面尺寸合格后灌筑混凝土。
(1) 防水混凝土采用CEA B 多功能复合剂,水泥采用32. 5 级普通硅酸盐水泥。防水混凝土的性能指标为:坍落度≥12 cm ; 限制膨胀率≥2 ×10-4; 自应力值≥0. 2 MPa ; 抗渗等级≥P8 。
(2) CEA B 加入量为10 % , 按内掺计算,误差小于5 % 。
(3) 防水混凝土采用强制式搅拌机,搅拌时间比普通混凝土延长30 s 以上,所用的砂、石应符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》和《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》的规定。
(4) 防水混凝土要求振捣密实, 不得漏捣,二衬混凝土表面要求平整、光滑,无蜂窝、麻面现象。
4 监控量测
在喷锚支护的衬砌结构中,现仍采用工程类比的设计方法。因此,喷锚支护的设计与现场测试技术是不可分割的,监控量测不仅可以指导和控制施工,同时也可以为以后类似工程的设计提供依据和信息。主要监测项目见表2 。
5 结语
本工程风道的开挖支护部分现已全部完毕,经最近一段时间的监控观测,最大沉降值控制在30 mm 以内, 结构收敛最大值控制在2 mm 以内。在施工过程
表2 主要监测项目
中未发生塌方等质量事故,确保了施工安全。经过北京地铁几年的施工验证,本施工方法是行之有效的。
