下穿即有管线地连墙施工工法(附示意图)

'下穿即有管线地连墙施工工法中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司郭余根胡锦华刘志峰岳涛涛翟鹏华1.前言随着城市建设和工业交通的发展，城区深基坑施工条件也越来越受到限制，各类地下管线涉及产权单位多、拆改时间长、协调工作量大，往往由于局部管线未及时迁改，造成工程施工工期一拖再拖，浪费了极大的人力、财力和物力。传统的地连墙施工工艺只能直上直下进行成槽施工，且不能有障碍物，不能在既有管线下进行掏挖施工。而下穿即有管线地连墙施工工法，成功的解决了既有管线不迁改，也能快速的、保质保量的进行地连墙施工。本工法适于在城市地下管线错综复杂的区域施工，不需要等待管线的迁改时间，大大减少了管线迁改对工程进展的影响，下穿即有管线地连墙施工工法必将得到更大的推广和应用。无锡地铁2号线河埒口站属明挖换乘车站，全长501.6米，涉及的管线较多，而业主管线迁改较滞后，极大的影响到我部工程施工进展。为了确保工程进度，我部采用了下穿即有管线地连墙施工工法，成功的客服了等待管线迁改的难题，并通过河埒口站下穿既有管线地连墙施工有效的应用，我们熟练的掌握了下穿即有管线地连墙施工工法的工作原理和施工工艺。通过此施工技术的成功应用，产生了良好的社会效益和经济效益，同时可在类似工程中推广应用，达到了国内、国际先进水平。2.工法特点2.1提高成槽机利用率通过改装普通地连墙成槽机的液压抓斗，可以重复装卸、反复使用，成功解决了既有管线下掏挖土方的难题，既避免了成槽机改装后用途单一、利用率不高的弊端，又节省了施工成本，同时也提高了成槽机自身的利用率，并填补了国内技术空白。2.2减少管线迁改影响据调查，城区内管线大多由电力、电信、军缆、广电、煤气、自来水、雨水污水等管线组成，只需要迁改部分不适用本工法的管线后，就可以开始进行成槽施工。既加快了施工进度，又缩短了管线迁改影响工程进展时间，提高了工程施工效率，节省了施工成本，杜绝了因少许管线迁改不及时施工成本增加的情况，如施工人员、机械等二次进场费、窝工费等。2.3可操作性大改装后的抓斗实用性较强，可以重复使用，装拆简单、方便，作业人员易操作。13 2.4可推广性大国内城区深基坑施工面临新一轮的建设高潮，管线迁改问题尤为突出，而管线涉及产权单位广，业主协调工作量大，管线迁改时间节点往往是一拖再拖，给施工单位造成重大损失，只要采取地连墙的深基坑工程均可采用下穿既有管线地连墙施工工法施工。3.适用范围（1）本工法适用于富含水的粉质砂土、砂质粉土及淤泥质粘土等复杂地层中施工。（2）本工法适用于5米内的下穿既有管线掏挖施工。（3）本工法适应于墙厚为0.6m～2.0m的地连墙施工。（4）本工法适应于场地限制大、穿越管线宽度小于1.5米的区域地连墙施工。4.工艺原理在既有管线未迁改的情况下，首先对既有管线进行有效保护，然后采用改装后的成槽机，充分发挥液压抓斗削切土方的性能，掏挖既有管线下的土体。依据现场实际情况，对地连墙进行有利的分幅、拼幅，通过控制泥浆配比、槽壁垂直度及成槽机定位等技术参数，制定管线保护措施、管线应急处理措施和下穿既有管线地连墙施工控制措施。在槽段开挖完成后，进行钢筋笼拼装和混凝土浇筑。地连墙施工完毕后，在拼幅处进行高压旋喷止水，以确保基坑安全。13 5.施工工艺及操作要点施工准备测量放样导墙制作管线保护箱安装液压抓斗改造“雌雄”幅钢筋笼制作配制特制泥浆成槽施工清槽吊放钢筋笼浇筑混凝土高压旋喷注浆5.1工作流程图5.1-1施工流程图5.2管线处理首先，根据管线分布图进行探槽施工，逐一了解管线位置走向、埋置深度、种类、宽度及隶属产权单位等，并归类绘制表格；然后，依据产权单位和管线迁改单位的要求，制定针对本工程的管线迁改计划时间表，找出影响地连墙施工的具体管线；最后，对照地连墙施工计划及管线迁改计划，针对部分适用本工法的管线进行保护。具体管线保护方法如下：第一，开挖至管线位置，清除管线旁多余土石方，然后采用3cm厚钢板焊接成矩形框，把管线包裹在矩形框内，宽度小于1500mm为宜，高度为H（无要求），上下各预留150mm、左右各预留50mm缓冲空间，避免成槽机损坏管线的完整性。具体尺寸如图2所示。13 第二，待矩形框焊接完毕后，采用辅助设施固定矩形框位置，并镶入导墙结构内，导墙内外均匀分布，确保矩形框固定牢固。第三，待固定矩形框后，随即浇筑C25混凝土，并振捣密实。图5.2-1管线保护示意图5.3分幅原则为了确保既有管线下地连墙正常施工，根据已探明管线进行有效的分幅，原则上把管线位置预留在本幅中部，以确保地连墙施工质量及基坑施工安全，具体分幅原则如下：①既有管线处，把原有两幅幅宽为6米的地连墙调整为8.3米（1.5+2*4.2=9.9米），考虑普通液压抓斗的宽度为4.2米，顶管宽为2*0.8m=1.6m。如图3所示。②8.3米的地连墙钢筋笼分为2幅，其中一副4.3米，另一副4.0米，中间拼幅采用“子母笼”连接，随后整体浇注混凝土。③为保证特殊段地连墙成槽时间和成槽质量，槽段分幅要相对一致，用最快的速度完成成槽施工，以便于施工和保证施工安全。13 图5.3-1地连墙分幅示意图5.4导墙的施工在地连墙未迁改的既有管线处，提前进行勘探出管线具体位置，然后进行正常的导墙施工，导墙深度随管线埋置深度而定，需把保护管线的矩形盒固定在导墙内，并焊接牢固，上下左右都留有足够的安全距离，待导墙浇筑混凝土时浇筑成一体，以防止成槽机液压抓斗直接碰撞而破坏管线。①沟槽开挖导墙沟槽开挖深度以管线埋置深度为准，需比管线深约2m。导墙开挖前必须先人工开挖探槽，必须严格注意地下管线保护，挖掘机作业时必须有专人旁站监督施工，碰到地下管线时须用人工将其小心挖出，并做好标志。导墙开挖到位后，浇筑5cm厚C20素混凝土垫层。②导墙制作导墙断面采用“┓┏”型，分段施工，原则上按每施工段约为50米，满布竖向螺纹Φ14@200，横向螺纹Φ12@200钢筋，C25混凝土，导墙立墙厚25cm、高度视现场管线埋置深度而定，导墙顶板厚20cm，宽度0.8m，顶板与周边硬化道路整体浇注，满足成槽机等大型设备行驶要求；导墙内侧净宽按照《钢筋混凝土地下连续墙施工技术规程》（DB29-103-2004）的要求应大于地下连续墙的设计厚度。待垫层硬化后，开始绑扎导墙钢筋，随后安装模板，模板采用大型整体钢模，整体加固模板支撑体系，最后复查导墙中心线偏差，确保准确无误后，方可浇注混凝土，浇注混凝土时不能冲击模板，振捣要到位。导墙模板拆除后，导墙内设置对撑固定，以确保导墙的垂直度及导墙内净宽。13 具体如图所示。图5.4-1导墙结构断面示意图5.5泥浆制备①泥浆配置由于该处成槽施工难度大，工序较多，施工时间会相应较长，为了加强在此槽段施工期间槽壁稳定性，此处槽段施工时使用优质泥浆特殊配制泥浆。根据土质现况、地下水位影响配置优质泥浆，其地连墙的泥浆性能为比重为1.06，粘度28s，PH值6～8，含砂率6%～9%。每立方米泥浆拟采用：膨润土106kg、CMCl.06kg、纯碱4.24kg、水954kg、重晶石50kg。地连墙槽段开挖过程中，为保证沟槽稳定，要连续不断地向沟槽中供给新鲜泥浆，在水下混凝土浇筑过程中，有大量的泥浆排放出来，整个过程都需认真做好泥浆管理工作，包括制备、循环使用和废浆的处理。泥浆在循环使用过程中，配备专人检查和管理泥浆，保证泥浆质量，使各项指标达到规范要求。②废弃泥浆处理本工程成槽过程将产生大量废浆，为满足文明施工要求，泥浆沉淀池中废浆经分离处理后，再用泥浆泵抽到泥浆车外运排弃至业主指定的地点，除砂器产生的废渣则待晾干一段时间后再外运，泥浆外运车辆采用全封闭式运输车，以免对环境造成污染。5.6成槽施工①成槽机液压抓斗改造原有SG系列地连墙抓斗式成槽机液压抓斗的厚度为0.8m、1.0m和1.2m，宽度为2.8m，长度为13 8.0m，成槽时只能直上直下，不能掏挖既有管线下的土体，我部通过和厂家协商，经过反复论证和试验，最终决定对成槽机抓斗的宽度进行局部优化，在不损害原有成槽机抓斗的系统情况下，充分利用原有液压传动系统。具体措施是：定制厚度为0.8m，宽度为4.2m，长度为1.5m的抓斗斗槽，并制作相关的适合配件，最终液压抓斗的厚度为0.8m，宽度为4.2m，长度为8.5m，比原有SG系列地连墙抓斗宽1.4m，两端各增加0.7m的配件，以确保成槽抓斗垂直度。液压抓斗两侧各配置5个侧齿，利用液压传动系统随抓斗张合反复转动，具体如图所示。图5.6-1原成槽机液压抓斗示意图图5.6-2成槽机改装后液压抓斗示意图②成槽作业导墙施工完成后，先把导墙内管线上方的土方清理干净，以免成槽机抓斗损伤管线。开挖步骤示意图如图7所示，具体开挖方式如下：⑴开挖既有管线两侧的土体，从上到下逐次递增下放抓斗深度，以反复开闭抓斗的方法削切土体。⑵在已开挖好的槽段下放成槽机液压抓斗，利用抓斗上的侧齿平行削切既有管线下的土体，直至能放入成槽机液压抓斗。然后平移成槽机至既有管线下方，并在导墙上标记好成槽机液压抓斗定位既有管线下发的首次定位点，随即进行既有管线下方土体的掏挖。液压抓斗出渣时，把成槽机移位至已成完的槽段，按正常速度提升渣土，避免上升和下降13 过程中冲撞既有管线，如此循环往复，直至把既有管线下一侧土体挖完。⑶再移动成槽机至从第二次成孔的槽段位置，在此位置下放成槽机液压抓斗，随即开始掏挖既有管线下另一侧土体，具体施工方法同上，直至全部掏挖完毕既有管线下的土体。图5.6-3下穿既有管线地连墙施工步骤示意图⑷整个下穿既有管线地连墙施工过程中，纠偏工作随时进行，确保成槽垂直度控制在3‰以内。⑸成槽施工过程中，泥浆要及时补充，控制泥浆液面与导墙液面不小于40cm,每两个小时进行槽底、槽中的泥浆性能监测测，如有超过设计指标，及时置换泥浆，确保槽内泥浆满足成槽要求。⑹整幅槽段开挖到底后，必须进行扫孔，目的是铲平挖接部位的槽面和挖除槽底沉渣，并控制沉渣量小于10cm，以确保成槽施工质量符合设计要求。5.7钢筋笼焊接、吊放、拼接施工①钢筋笼根据地连墙设计配筋图和单元槽段宽度进行制作，两幅钢筋笼一幅宽度分4.0m，另一幅幅宽为4.3m，将两幅钢筋笼做成子母钢筋笼形式。制作钢筋笼时注意确保钢筋的分布位置、间距、根数和类别，特别要注意接头处钢筋的精度，以确保接头施工质量。②钢筋笼制作成型后，依据钢筋笼的重心位置，钢筋笼顶端设置吊点，采用120t履带吊作为钢筋笼起吊主吊机，50t履带吊配合起吊，起吊横梁均采用用I40工字钢。起吊钢筋笼时，先用主吊和副吊双机抬吊，将钢筋笼水平吊起，然后升主吊、放副吊，将钢筋笼凌空吊直。起吊时防止钢筋笼在下端拖引，笼下端系上绳子，人力操作减少摆动，直至钢筋笼全部凌空调整顺直。③采用履带吊车运输至施工槽段，将钢筋笼垂直缓慢放入槽段内，下放钢筋笼到设计位置时，将钢筋笼平移至既有管线下方，放到设计位置后，摘吊钩固定钢筋笼。最后，采用同上的方法，吊运另一幅钢筋，平移至既有管线下放，与上一幅钢筋笼对接，并固定钢筋笼。④吊运钢筋笼必须单独使用主吊，必须使钢筋笼呈垂直悬吊状态。⑤吊运钢筋笼入槽后，用钢制扁担穿入钢筋笼最终吊环内，搁置在导墙顶面上，固定钢筋笼。13 校核钢筋笼入槽定位的平面位置与高程偏差，并通过调整位置与高程，使钢筋笼吊装位置符合设计要求。图5.7-1钢筋笼拼幅示意图图5.7-2钢筋笼抬吊方法示意图5.8清空、混凝土灌注及顶拔接头管(箱)①钢筋笼放入槽段后，可以进行清空工作，采用反循环泵进行清空，清空换浆时间以出口泥浆性能指标符合设计要求为准。②清空完毕后，根据导管的布置和混凝土浇灌量，研究导管底端与混凝土上升高度的关系，预先拟定泵送混凝土及拔出导管的计划，作到周密，施工有序。13 ③导管装好后，将球胆置于漏斗口下方导管中，混凝土浇筑后，从导管压出，漂浮于泥浆表面，在整个浇筑过程中，导管下端始终保持埋入混凝土中2－6m。球胆开管浇筑，漏斗内混凝土满足导管下口有1.5m以上埋管，因此漏斗容积要满足要求，并连续灌注混凝土至两个漏斗内。④开始浇筑混凝土后，保证混凝土连续灌注，槽中混凝土不断均匀上升，做好灌注记录，随着混凝土上升，导管向上提升，禁止导管拔出混凝土面，浇筑中要使导管做30cm上下运动，尤其在墙体接头部位更应如此，上下运动不宜过剧。为了保证混凝土的流动性，塌落度保持在18-22cm，浇筑过程中根据规范要求，抽样做试块，以便测定抗压强度和抗渗性能。由于连续墙作为主体侧墙的一部分，要保证混凝土强度和抗渗等级。⑤接头管(箱)安装就位后，接着安装液压顶拔机。⑥根据砼的实际情部况，决定接头管(箱)的松动和拔出时间。接头管(箱)拔出前，先计算剩在槽中的接头管(箱)底部位置，并结合砼浇灌记录和现场试块情况，再确定底部砼已达到终凝后，才能开始顶拔。最后一节接头管(箱)拔出前先用钢筋插试墙体顶部砼有硬感后才能拔出。⑦接头管(箱)由液压顶拔机顶拔，履带吊协同作业，分段拆卸。5.9旋喷桩止水施工地连墙混凝土强度达到设计值后，在地连墙接头处外侧位置进行旋喷桩加固，Φ800双重管旋喷桩5根，搭接长度200mm，水泥掺量20%，旋喷桩深度为地下连续墙深度，防止地连墙接缝渗水，以确保基坑施工安全。具体如图所示。图5.9-1地连墙拼幅位置旋喷止水示意图13 6.材料与设备表6-1主要配套机械设备序号项目设备名称用途数量备注1泥浆系统双轴拌浆机拌制、调整护壁浆1台4m3/台2×3kW2泥浆泵送浆、拌浆、回收浆5只3LM4PL3送浆管路送浆、拌浆、回收浆24″2.5″各一路4双层震动筛泥浆砂土分离处理1台2DD-918型改制5旋流除碴器减轻泥浆比重1套4只包括泵体6成槽浇注主履带吊吊运钢筋笼、接头管1台120t7副履带吊刷壁、调运其他设备1辆50t8SG系列成槽机地连墙开挖1台SG409刷壁器清刷槽幅之间接缝1只钢丝式10接头管（箱）槽幅浇注时隔离1套长度与形式根据工程11（顶）拔管设备拔出接头（箱）1套千斤顶油泵车等12浇灌混凝土的导管浇注墙体下混凝土2套Φ200,长度根据工程13改装后抓斗配件掏挖既有管线下土体1套14其他质量检测设备（1）泥浆取样测试设备（2）墙体壁面检测仪（3）沉渣测定器15其他必备设备（1）钢筋加工设备（2）混凝土供应系统等7.质量控制地连墙施工，参照设计文件和相关规范文件，依据审批的地连墙施工方案，为了确保提高垂直精度、减小墙体沉降和防止墙面接缝渗漏符合设计要求，还需要注意以下几方面内容：（1）泥浆性能：在遇有较厚粉砂、细砂地层(特别是10cm以上)时，可适当提高粘度指标，但不宜大于45s。在地下水位较高，又不宜提高导墙顶标高的情况下，可适当提高泥浆比重，但不宜超过1.25的指标上限。（2）13 成槽垂直度：成槽过程中，随挖随纠，根据成槽机自带的传感设备，实时全程监控，在成槽完毕后，利用超声波进行垂直度检测。在10m以上遇有少量粉细砂地层，对成槽稳定很不利的情况下，允许壁面有小面积剥落，但高度不宜大于2m，深度不宜大于50cm。（3）混凝土浇注质量：通常情况下要求设计混凝土面低于导墙顶≥80cm，实浇高度一般在30～50cm。地连墙混凝土浇注过程中，严格控制导管埋设深度和导管混凝土面内外差，不间断振动导管，确保砼质量。即将结束前，由于导管内外压差减小，埋管深度不再作限制，但不允许出现负管。（4）接头管(箱)起拔时间：依据所取的试件终凝情况，推算接头管(箱)起拔时间，严禁早拔晚拔。安排专人监督接头管(箱)提拔时间，防止过早提拔，导致地连墙混凝土挠流。8.安全控制液压抓斗施工地下墙，除参照常规的建筑工程和地下工程施工安全规程外，还需注意以下几点；（1）成槽开孔时应有专人指挥，在转向时必须注意尾部的电源线是否有钩碰现象，并在每次开挖前仔细检查电缆线是否损伤。（2）成槽中暂停作业时，应把抓斗提出地面停放，较长时间暂停应将设备转移到远离槽段10cm以外。（3）抓斗入槽和出槽前提升速度不宜太快，防止抓斗钩住导墙根部造成事故，也以免产生过大的涡流和负压使壁面塌坍。（4）整个施工过程必须时刻注意防止泥浆恶化，特别是在导墙内有渗漏水流，或遇到大雨天气时。如泥浆恶化超过允许值或墙体已有塌坍现象，未更换好浆或采取有效措施，抓斗不得入槽。以免抓斗入槽后被埋在槽中。（5）整个施工过程必须保护好管线，避免成槽机液压抓斗冲撞，造成既有管线损坏，导致影响工程施工进展。9.环保措施（1）施工前，对工程周围及隧道轴线沿途建筑物、构筑物进行调查，以便采取对策；采用低噪声没备，音源配置合理或采用隔音设备。（2）既有管线保护采取有效措施，控制地表下沉，尽量减少对既有管线的影响。（3）地连墙护壁泥浆在循环使用中逐渐劣化，其劣化泥浆在施工现场不可以随意排放，必须采用装罐车运送到郊外指定点，让其自然分解沉淀。10.效益分析10.1经济效益：通过该成果的应用，我部成槽机进场到出场，一直连续作业，未出现窝工现象，只用4个月共完成了213幅地连墙，比计划工期提前了近3个月的时间，大大缩短了地连墙施工工期，同时，降低了工程施工13 成本。因此，该成果的成功应用所带来的经济效益是巨大的，初步估计至少超过1000万。10.2社会效益：既有管线下地连墙施工技术因不需要等待管线迁改完毕，就可以进行施工，所以，大大减少了管线迁改对工程进展的影响，在不影响工期的情况下，同时为业主协调相关产权单位争取了大量时间，得到了业主单位和各参建施工单位的一致好评，为无锡轨道交通建设做出了重要贡献。10.3环境效益：地连墙施工不产生有严重污染的物质，噪声挠民较少，其排出的泥浆也是膨润土稀释而成，且可以采用石灰分解，对工程所在地区的环境得到有效的保护。11.工程实例由中铁十六局承建的无锡市地铁2号线工程土建施工12标段河埒口站，位于梁溪路与蠡溪路的交叉口处，紧邻无锡市万达广场和喜来登酒店，属2号线和4号线换乘车站，车站主体长度为501.60m，标准段宽22.7m，端头井宽26.8m，总建筑面积约35000m2，地连墙共计213幅，因管线影响无法施工的地连墙约80幅。具体影响工程施工的管线有：国防军缆、电信、广电、移动、联通、电力、煤气、自来水、雨水管及污水管等，涉及产权单位众多，协调量大，各单位管线迁改时间均不一致，程序办理时间较长，且很多单位均未列出迁改时间表。图11-1无锡地铁2号线12标河埒口站示意图为了加快施工进度，赢得业主的信任，减少既有管线对工程造成的影响，我部通过成功应用《下穿既有管线地连墙施工工法》，节省施工成本的同时，也赢得了市场和声誉。工程地连墙开工日期为2011年5月18日，完成日期为2011年9月30日，共计135天。在后续施工检测中，发现既有管线下方土体掏挖效果非常好，地连墙接缝处均无渗漏问题，施工质量和技术水平得到了业主和同行的一致好评，使得该技术在城区深基坑地连墙施工中，具有很大的推广应用价值。为集团公司在无锡地铁树立了良好的信誉，保持了领先于其他施工企业的地位，创出了优质的品牌，得到了良好的声誉。13'