地铁区间暗挖段竖井和马头门进洞施工关键技术

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地铁区间暗挖段竖井和马头门进洞施工关键技术

尚秀云

(中铁十九局集团第一工程有限公司,辽宁辽阳111000)

摘　要:为保证暗挖隧道施工的顺利进行,介绍了竖井施工和马头门进洞施工中的一些关键技术,如人工挖孔桩施工、井口开挖、压顶冠梁施工和竖井马头门进洞加固措施等,这些做法可供同类工程参考。关键词:暗挖隧道;竖井;马头门;施工

中图分类号:U455.4　文献标识码:A　文章编号:167223953(2007)03200204

1　工程概况

南方某市的地铁区间暗挖段隧道右线长1232.32m,左线长1237.28m,在区间两端设计有A、B两座竖井;其中竖井A距XX车站38m,位于暗挖隧道左右线及渡线的三线段上,隧道净宽达17.2m,净高7.62m,竖井平面尺寸为20m×7m,深19.2m;竖井B距竖井A842m,井下暗挖隧道为两个单线隧道,净宽5.2m,净高5.85m,其平面尺寸为20m×7m,深16.3m。竖井所穿越的地层有<1>、<421>、<522>、<6>、<7>、<8>、<9>等,其中,上部的<1>～<6>层为杂填土、饱和砂粘土、粉细砂、砂砾等软弱土层;下部的<7>、<8>、<9>层为全风化、强风化和中风化砂岩层。

为确保区间暗挖段隧道施工顺利进行,先进行了竖井和马头门进洞的施工。由于上部地层土质软弱,竖井的基坑围护结构设计为密排的󰂇120cm人工挖孔桩,桩间距100cm,相互咬合,平均桩深22.6m,总共58根。设3道钢筋砼支撑。土层中挖孔桩由人工用锹、镐开挖,岩层中用钻眼放小炮微震的方法开挖。竖井的开挖方法与挖孔桩的开挖方法相似。马头门处采用短进尺、强支护、紧封闭的方法施工,以确保竖井和马头门进洞施工安全。本文主要介绍竖井和马头门进洞的施工关键技术。

挖孔桩施工中要重视以下三个问题[2]:

(1)必须按跳挖的原则安排施工顺序,同时开挖的两个桩孔间净距不能小于4.5m,在确保已灌注的桩身砼强度达到设计强度的40%以上时,才能开挖相邻的桩孔。跳挖顺序见图1。

图1　竖井的平面布置及挖孔桩跳挖顺序图(单位:cm)

(2)必须坚持边挖边护的原则,软弱土层中每循

环进尺不能大于0.5m,土层较好时也不能超过1m。必须待护壁砼达到设计强度的50%后才能拆

模,向下继续开挖。

(3)配备足够能力的抽水设备和排风设备,防止涌水和有害气体伤人。

为了马头门施工的便利,马头门大管棚处的桩身配筋要考虑到大管棚的钻孔要求。2.3　井口开挖及压顶冠梁施工

井口土方用挖掘机开挖,然后人工凿除和清理桩头、绑扎冠梁钢筋、立模、浇筑冠梁砼。要根据需要适当加大冠梁尺寸,把冠梁与井口的雨蓬基础、提升设备基础、井口防护栏杆基础等结合起来一起浇筑。

2　竖井施工中的关键技术

2.1　竖井施工程序

竖井施工程序为[1]:施工准备→人工挖孔桩施工→井口开挖→井口压顶冠梁施工→提升设备及雨蓬安装→浇筑钢筋砼支撑→竖井土石方开挖→井窝施工→封底→竖井回填。2.2　人工挖孔桩施工

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・实例分析・　　　　　　地铁区间暗挖段竖井和马头门进洞施工关键技术　尚秀云　　　　　　　　　2.4　提升设备和雨蓬的安装[3]

竖井的平面布置和提升设备的选定不仅会对竖井施工效率有影响,更重要的是会影响暗挖隧道的施工工效。根据竖井的平面尺寸和支撑位置,将竖井分成三格,两边两格为提升间,净空面积近30m2,安装两个底卸式的2.0m3吊桶,四周安装钢木结构的罐笼、罐道、罐梁和信号及安全设施(罐笼、罐道、罐梁等在竖井施工期间不安装),以确保出碴和进料时的施工安全;提升设备用两台能在工字钢上走动的100kN电动葫芦,既简单又方便。中间一格是梯子间和管道间,净空面积约18m2,布置楼梯、排风管、排水管、供水管、高压风管、砼泵输送管,以及动力、照明、信号电缆等。竖井的平面布置见图2。

允许的范围内,并对爆破的扰动范围进行监测。放

炮时还要做好覆盖和井口防护,防止飞石出井伤人。将循环进尺控制在1.0m,以便控制总装药量。用楔形掏槽眼掏槽,周边用预裂眼,以减轻爆破对挖孔桩的破坏和爆破震动的传播,掘进眼线性布置,分段起爆。用20段的毫秒雷管,段间时间差控制在50～120ms。

2.6　钢筋砼支撑的浇筑

A、B两个竖井均设3道钢筋砼支撑。腰梁和

横、斜支撑的断面均为b×h=0.8m×1.0m。必须坚持先支后挖的原则,在开挖到支撑顶面设计标高以后,先挖槽、凿毛并清理挖孔桩与腰梁的接触面、扳直挖孔桩中预埋的联接钢筋,铺底模、绑扎钢筋、立侧模、浇筑砼并养生。待砼强度超过设计强度的75%以上才能继续向下开挖。2.7　井窝施工和封底

按设计要求开挖井窝,一定要保证井窝的开挖深度,确保封底砼的厚度符合设计要求。

若地下水涌水量较大、封底有困难时,可以埋设钢管集水井来解决抽水和堵水的问题。可以根据涌水量的大小,在竖井底部设一个或几个钢管集水井,集水井的构造见图2所示。

浇筑砼垫层之前,在挖好的集水坑中填满碎石,埋上1根DN609.6×9mm的钢管出水(钢管外侧焊两道止水环,钢管内壁焊一道环形钢板),改从钢管内抽水,然后浇筑垫层砼和封底砼,最后用一块圆形钢板压入钢管中与钢管中预先焊好的环形钢板焊起来(水中焊接),之后迅速往钢管中灌入膨胀砼,将钢管封住。2.8　竖井回填

当由竖井进入的暗挖隧道施工结束,竖井这7m拱墙二衬浇筑完毕。做好防水层和保护层以后,方可以进行竖井的回填。

在清除完积水和建筑垃圾以后,从两侧墙脚处开始对称回填。先填20cm厚的粘土保护层,再用施工规范允许的填料逐层向上填筑。拱顶50cm以内的回填土用蛙式打夯机分层夯实,50cm以上的回填土改用冲压能量稍大一些的YZS-0.7B多功能振动振荡建筑夯夯实。回填过程中遵循分层要薄、夯机慢行、先轻后重、反复夯实的原则,使回填土的密实度达到设计要求。

图2　钢管集水井构造示意图(单位:mm)

竖井四周设高1.2m的钢柱木板围栏,还要砌

筑0.4m高的挡水墙,阻止地表水流入井内。

雨蓬不但要罩住井口,还要罩住井旁的屯土仓,以免雨天工地上泥水横流。2.5　竖井的土石方开挖

当竖井的压顶冠梁砼强度达到设计强度、井口提升设备安装和雨蓬搭建完毕后,竖井的土石方开挖即可破土动工。开挖过程中要掌握好分层、分步、对称、平衡、限时等五个要点,还要坚持先支后挖的原则。竖井上、中部的土层和全风化砂岩用人工开挖,下部的强风化、中风化砂岩用微震爆破法开挖。竖井土石方开挖中应注意的事项:

(1)土方要分层开挖,软弱土层每层不要超过0.5m,较好的土层可以达到1.0m;开挖时,先挖中间的土方,井的四周留1m左右带斜坡的台阶,然后再对称、分段地跳挖台阶土方,使围护结构能够平衡受力。有地下水时,还要先挖集水井和汇水渠道,将地下水位降至开挖面0.5m以下。

(2)采用微震控制爆破技术进行石方开挖,从严控制总装药量和每段的装药量,将爆破震动控制在

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3　竖井马头门进洞的加固与施工

暗挖隧道由竖井中进洞的马头门是隧道结构的最薄弱部位,最易发生坍塌,必须预先制定出周密的加固措施和施工方案,以防发生意外。本工程的两个竖井中,竖井A为大断面隧道的马头门,竖井B为小断面隧道的马头门。

3.1　竖井A进洞马头门加固措施[4]

中风化砂岩岩层中。竖井B中的隧道开挖宽度小,

拱部所处地层与竖井A的相比也相对较好,因此,竖井B隧道进洞拱部加固改用小导管注浆。在拱部150°范围内布置󰂇42mm小导管,环向间距300mm,小导管用DN42×3.5mm无缝钢管加工,长3.5m,纵向间距2.0m,小导管打入后压注水泥浆。马头门下的格栅钢架仍用18号工字钢加工,第1榀仍用3片并排支立,以后各排用单片,第1至第5榀格栅钢架间的中心距为0.5m,以后各榀的间距改为0.75m。同样在拱顶开挖线上面1.0m处设置第3道钢筋砼支撑,封底厚度也加厚到1.5m(图4)。

竖井A马头门处暗挖隧道净宽17.2m,净高7.62m,拱部处在<7>地层的全风化砂岩层中,边墙和仰拱处在<8>、<9>地层的强风化和中风化砂岩层中。由于隧道的开挖宽度达19.3m,接近竖井的宽度,马头门开挖以后竖井下部横向两面的挖孔桩井壁几乎被掏空,为防止井壁下沉、减小地面沉降,确保施工安全,采取了三方面的加固措施。详见图3。

图4　竖井B马头门进洞加固措施示意图

3.3　竖井内马头门处井壁凿除和进洞开挖

等到大管棚(竖井A)或小导管(竖井B)注浆施工完毕,第3层钢筋混凝土支撑和封底加厚的砼强

度都达到了设计强度后,才能开始凿除井壁、进洞开挖。井壁只能用人工持风镐凿除,绝对不能放炮。

若进洞处的地下水较多,水压较大,为防止凿除井壁后出现涌水,引起井壁后的土体坍塌,可以先在进洞隧道的中、下部钻孔泄水,以减小水压。若地下水压较大,打孔泄水降压仍然有坍塌井壁的危险时,要先对井壁后的土体压浆阻水。A、B两个竖井下部的地下水水量不大,施工中仅在隧道下部钻了3个孔(竖井A)和1个孔(竖井B),进行泄水处理。3.3.1　竖井A的井壁凿除和进洞开挖

图3　竖井A马头门进洞加固措施示意图

(1)拱圈上面布置一大管棚,用DN108×5mm

无缝钢管制作,长30m,环向间距33.3cm,外插角3°,在拱部150°范围内布置,管棚打入以后压注水泥

浆。

(2)马头门下设置加密的型钢格栅钢架和竖向的

临时型钢支撑。格栅钢架用18号工字钢加工,第1榀用3片格栅钢架并支立,第2榀及以后为单片格栅钢架,中心距为50cm;由于格栅钢架的跨度太大,在隧道中线两侧各3.0m处布置两排临时钢支撑,临时钢支撑用两根对扣着的20号槽钢焊接而成,两侧面用180mm×200mm×9mm的缀板联接。

(3)在马头门的上下加强支撑。上面是A竖井的第3道钢筋砼支撑,设在拱顶开挖线上面1.0m处,下面是加厚到1.5m的竖井封底。3.2　竖井B进洞马头门加固措施

竖井A的井壁凿除和进洞开挖用双侧壁导坑

法施工。施工步骤如下:①两个侧壁导坑先凿除井壁、进洞开挖,边开挖边施作初期支护和临时支护,待左右导坑进洞25m后,浇筑两侧的边墙和部分仰拱;②凿除中间拱部井壁和拱部开挖,边开挖边施作初期支护,架立临时支撑,分段浇筑拱圈砼;③分两个台阶凿除剩余的井壁和台阶开挖,分段浇筑中段仰拱,使二次衬砌尽早封闭成环。3.3.2　竖井B的井壁凿除和进洞

竖井B进洞开挖用短台阶法(留核心土)施工。施工步骤如下:①上台阶凿除井壁、拱部开挖,边开挖

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竖井B进洞的暗挖隧道是两个分离式的单线隧道,净宽5.2m,净高5.85m,拱部处在<8>地层的强风化砂岩岩层中,边墙和仰拱处在<9>层的

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・实例分析・　　　　　　地铁区间暗挖段竖井和马头门进洞施工关键技术　尚秀云　　　　　　　　　边施作初期支护;②凿除下部左侧井壁、左侧台阶开挖,立即施作初期支护;③凿除下部右侧井壁、右侧台阶开挖,立即施作初期支护;④进洞5m后立即浇筑前4m的二次衬砌,使二次衬砌尽早封闭成环。

在马头门凿除井壁和进洞开挖的全过程中,加强监控量测工作,用得到的量测数据指导施工。施工前对可能发生的最不利情况制定了抢救方案,并备足了抢险设备和器材。3.4　大管棚注浆和小导管注浆施工的注意事项[5]

(1)由于同一断面上大管棚的接头数量不能超过50%,使用5.5m和2.5m两种长度的管节,单数管棚用1×2.5m+5×5.5m=30m,双数管棚用5×5.5m+1×2.5m=30m。接头用厚壁套箍联接,套箍长度20cm,要上满丝扣,确保联接牢固。(2)为避免大管棚在钻孔时遇到挖孔桩的钢筋,在制作挖孔桩的钢筋笼时预先做了安排,在大管棚将要钻孔位置的钢筋笼上留有20×20cm的孔。此处的钢筋笼设计有30根󰂇22mm的主筋,󰂇8@120mm的箍筋,制作钢筋笼时,在管棚将要钻孔的位置抽去一圈旋筋,上下两端各加焊一根󰂇10mm的环形箍筋;在管棚将要钻孔的位置截断一根主筋,在两边两根主筋上各加焊上一根长1.5m的󰂇22mm加

强筋。在下钢筋笼时一定要控制好钢筋笼的标高和方向,要下人入井检查,留孔的位置和方向确定无误后,固定好钢筋笼,才能灌注砼。

4　结束语

地铁区间暗挖段隧道的竖井和马头门进洞施工是关键工序之一,是暗挖隧道施工能否顺利进行的保证,也是最易发生安全事故的环节之一。必须选择合理的施工方法、妥善可行的马头门加固措施、正确的开挖步骤,才能保证施工安全。以上施工中的一些做法可供同类工程参考。参考文献[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版

社,2003[2]北京市城乡建设委员会.GB50299—1999地下铁道工程

施工及验收规范[S].北京:中国计划出版社,1999

[3]仝金璞.竖井施工设备配套技术[J].隧道建设,2005,

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[4]杨书江.地铁隧道施工技术[J].隧道建设,2004,(4):24226,55

[5]雷云,尹卫荣,牟勇鹏.注浆加固技术在竖井施工中的应

用[J].矿山机械,2003,(11):17

(收稿日期:2007202206)

KeyTechniquesfortheConstructionofShaftsinthe

TunneledSectionsoftheTubeandtheHorse’sHeadGateInlet

SHANGXiu2yun

(The1stEngineeringCo.Ltd.ofthe19thBureauGroupoftheRailwayBuildingCorporationofChina,Liaoyang111000,China)

Abstract:Toensurethesmoothprogressoftheconstructionofthetunneledtunnel,keytechniquesfortheconstructionofshaftsinthetunneledsectionsofthetubeandthehorse’sheadinletarepresentedinthepa2per,withstressplacedontheconstructionofmanually2dugpiles,theexcavationoftheinlet,aswellastheconsolidatingmeasuressuchascappingbeamsandthehorse’sheadgateinlet,etc.,allofwhichmayserveasreferencesforprojectsofthesametype.

Keywords:tunneledtunnel;shaft;horse’sheadgate;construction

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