北京某地铁区间风井、风道施工技术

1 工程概况

北京地铁4号线新街口~西直门区间附属结构中设长距离风道及风井,风井深26.1m,采用明挖逆作法施工,结构形式为钢格栅 喷射混凝土 临时支撑;风道长88.4m,标准段拱顶埋深12m,高11.25m,宽7.29m,一衬采用CRD工法(6洞)施工,结构形式为钢格栅 喷射混凝土。永久风井、风道在工程施工期间是正线区间隧道施工出土、进料等的临时通路。风道南端下穿桦皮厂路同西直门内大街交叉处,路口下有多条地下管线。

该风道为长距离、大断面CRD工法施工,穿越地层复杂,拱顶揭露土层为砂砾卵石层,风道南端下穿老城区道路,路面下有多条浅层市政管线。由于该段长度较长,施工时须尽快根据地层特点相应调整施工方法,只有这样才能保证施工安全和质量,保证较快的施工进度。

2 工程施工重点与难点

(1)施工空间狭小;(2)小导管打设;(3)地面沉降控制;(4)风道格栅安装;(5)存在潜水残留水。

3 施工对策

3.1调整施工顺序。为解决风井二衬施工后风井空间狭小,出土能力受限问题,将施工顺序由先施工风井二衬后开风道马头门,调整为风井一衬施工完成后即开洞施工风道。这使风井作为出土、进料的通路的可利用空间每侧增加0.4m,施工效率大大提高,满足了出土、进料的要求。

为规避1~6号上、下3层导洞交叉施工,在风道2、4号洞底部位加设一次临时封底,优先开洞施工1~4号导洞,待施工至风道端头墙后,再向下开挖风井,进行永久封底;最后开洞施做5、6号导洞。该种做法使施工组织难度降低,安全性大大提高。

为规避1~4号导洞交叉施工的安全风险,提高出土、进料效率,在风井底每个导洞配置1个土斗(每个土斗配备2个电葫芦)。在1、3号导洞底用I22工字钢和20cm×20cm方木搭设一托架,将土斗放在上面,两导洞土方可直接倒入土斗内;2、4号洞土斗则放置在临时封底预留的土斗坑内,开挖出的土方在临时托架防护下直接倒入土斗内。

3.2马头门施工。施工顺序调整后,为保障安全,在施工马头门时主要采取了如下措施:

(1)加强辅助施工措施;(2)分部开挖、局部加强;(3)增设加强环梁。

3.3强化1号洞施工管理。1号导洞是风道施工的先导,它的施工速度和质量制约着风道整体的施工速度和施工质量,所以须强化对1号洞施工管理。

3.3.1施工速度保证措施。1号导洞施工主要工序:超前小导管打设‘超前注浆’土方开挖‘格栅榀架安装’锁脚锚管打设‘混凝土喷射’一衬背后充填注浆。其中,超前小导管打设、超前注浆及一衬背后充填注浆是控制地层沉降,保证施工安全的辅助施工措施,须根据实际地质情况实时调整,使其真正起到辅助施工的功能,以免影响施工速度。

通过施工实践发现,土方开挖、钢格栅安装及混凝土喷射是耗时最长的关键工序。为此,从以下几个方面加强管理,以保证施工速度:

(1)土方开挖。a.加大1号洞工力投入,选择精干人员,实行三班倒工作制;b.训练土方开挖作业人员成为多面手,削土、装土、土方洞内运输间轮流倒班,增加工效;c.保证1号洞土方垂直提升优先权,优先使用垂直提升资源。(2)格栅安装。a.利用激光点做到对土方开挖量的精确控制,避免钢架立后重新对欠挖部位和拱脚超挖进行处理;b.分工明确,测量、搬运、组装等人员固定,默契配合;c.保证有2个操作熟练的焊接工人,以缩短格栅安装到位后纵向连接筋焊接时间;d.在保证安装质量基础上,提前通知质量检验人员,做到一次验收通过,以减少中间环节时间,保证工序连接紧凑。(3)混凝土喷射。为提高混凝土喷射工序施工速度,须在钢格栅安装到位,验收过程中,立即抽调人手进行喷射混凝土的搅拌和运输,安排专人检查喷射机管路,防止喷射过程中堵管等意外事件的发生。

3.3.2保证格栅安装质量措施。1号洞格栅安装误差会在其他导洞放大,为保证格栅安装质量,在1号洞布设2套测量控制系统:(1)在1号洞安装了2道激光点,(拱顶1道,上台阶拱脚处1道),每开挖5m对激光的坡度及指向进行复核;施工过程中,通过量测2道激光点同格栅分片连接板中点距离,控制格栅在规定平面内的竖向及横向偏移和在平面内的旋转,限定实测值同计算值平均差值在10mm以内;(2)沿风道侧墙每5m环向测设3个点,三点形成的平面同风道纵向垂直。通过绝对控制方式,使格栅同风道纵向严格垂直,限定实测3点到安装格栅距离差值在10mm以内。

实践证明,以该控制1号洞上台阶格栅安装质量后,其余导洞各片格栅安装质量均可得到有效控制,安装方便程度大大改善。

3.4超前小导管打设。土方开挖发现,拱顶松散的砂卵石地层虽容易塌方,但掌子面砂卵石地层竖向开挖面直立性较好。根据砂卵石地层这一特点,为提高小导管打设速度并保证超前注浆地层加固效果,将小导管由直径42mm、长度3m调整为直径32mm、长度1.5m,坚持每榀打设,打入土体深度控制在80cm(格栅水平间距50cm)。

实践证明,通过该种小导管打设方法可以大大提高施工速度,较好地控制了卵石地层在打设小导管过程中的塌方。

3.5洞内残留水处理。(1)施工1、3号洞临时仰供土方开挖前,先通过预埋超前花管引排方式引排残留水,超前花管打入深度一直保持在2m以上,引出水由侧面排水沟自流至集水坑。(2)临时仰供土方开挖时,设置专人处理临时仰拱凹槽积水,降低渗出水对临时仰拱钢格栅的焊接和对喷射混凝土的影响。(3)临时仰供格栅焊接完成后,喷射混凝土前,在侧墙埋设引流软管,以便将侧墙残留水经引流管外排,减少对喷射混凝土的洗刷。(4)喷射混凝土完成后,用仰拱处开挖出的粘土在侧墙部位形成排水沟,将侧墙引流软管及超前引流管内的水排到沟内,并自流到集水坑。在集水坑内设置水泵将水泵送到风道口集水池内,再经一级水泵抽排到地面排水系统。

3.6地层沉降控制。地层沉降控制主要从两个方面考虑,一方面尽量减小1、3号洞土方开挖时在风道洞顶形成的塌落拱范围,避免塌方;另一方面限制风道一衬整体下沉。

对上述第一方面因素,施工中采取的措施主要是通过在土方开挖前,超前注浆加固土体和一衬施做完成后及时进行背后充填注浆;超前注浆加固地层形成的加固圈减小了塌落拱范围,降低了拱顶塌方的机率;一衬背后及时充填注浆挤密了较为松散的塌落拱土体,减小了地层逐渐压缩下沉的空间。

对第二方面因素主要是采取分片格栅安装时,及时打设锁脚锚管并注浆,及时封闭成环和避免对格栅地基超挖或扰动等措施解决。施工发现,精确控制格栅根部土方开挖,减小对格栅地基扰动最为关键。

实践证明,按上述思路。可以有效控制地面沉降。从风井锁口圈、风道标准段、风道挑高段沉降典型监测点沉降历时曲线,可以看出,风道施工完成后、地面沉降稳定后,最大值小于20mm,(控制在极限值范围(允许值30mm内)。施工对周边环境的影响也控制在允许范围内。

结语:通过在砂卵石地层中开挖风井及CRD工法施工风道的实践,得出如下认识:(1)在风井加设1次临时封底,先施工风道1#~4#导洞,可避开风道三层导洞交叉施工的局面,避开了风道6个导洞同时施工的局面;在临时封底底板上设置托架,满足了上下层交叉施工作业安全防护要求,提高了施工速度及安全性。(2)在松散的砂卵石地层中打设超前注浆小导管时,直径32mm优于42mm,其对地层扰动减小,注浆效果可以保证,施工速度大大提高。(3)采用CRD工法,须高度重视1号导洞施工。通过加大对1号洞的管理力度,优先保证施工资源投入,其余导洞服从于1号的资源需求,从而有效地解决了风道口瓶颈问题。(4)严格控制1号导洞的格栅安装误差,可以保证后续导洞的格栅安装质量,提高风道整体施工速度。(5)从减小塌落拱范围和控制一衬整体沉降两方面考虑,采取综合措施可对地层沉降进行有效控制。(6)通过采取及时、有效的施工措施,风道单洞施工平均速率可达1.5~3m/d,1#洞施工速率最慢,平均可达1.5m/d,6#洞速率最快,平均可达3m/d。

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