北京地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法

'申报2012年度北京市工法申报资料二地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法———工法内容材料2-1工法内容XX市公路桥梁建设集团有限公司2012年12月 目录1前言12工法特点13适用范围24工艺原理25施工工艺流程及操作要点36材料与机具设备107质量控制118安全措施129环保措施1310效益分析1311应用实例14 地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法XX市公路桥梁建设集团有限公司1前言随着我国盾构法隧道施工技术在地铁建设中的广泛应用，该项施工技术日益成熟，与此相关的盾构接收技术也在不断的创新和发展。在地铁建设中大多利用明挖车站端头部分结构作为盾构接收井使用，但由于地铁明挖车站往往位于城市中心区，周边环境复杂，其进度往往受到地面拆迁、管线改移等诸多不利因素的制约，经常出现车站端头的盾构接收井无法按时提供盾构接收条件。目前国内地铁进行盾构接收时，常规做法是将车站端头盾构接收井结构施做完成，在顶板和中板上预留盾构吊装口，并在结构强度达到设计要求后尚可进行盾构接收。随着盾构接收技术的发展，国内也已出现了在车站端头盾构接收井结构完成地下一层结构后提前进行盾构接收的实例。但在车站端头盾构接收井基坑围护结构完成后即进行盾构接收的实例还较少，采用此方法进行盾构接收，可以避免盾构在车站端头盾构接收井外长时间停等的情况出现，有利于盾构设备周转使用和隧道贯通，另外，车站端头盾构接收井结构可以一次施做完成，不需要二次封堵预留盾构吊装口，缩短了盾构接收井的施工工期，保证了盾构接收井的自身整体性，有利于提高其结构自身的防水效果。地铁明挖基坑围护结构盾构接收技术是在原有的盾构接收技术基础上，通过将车站端头盾构接收井处基坑的桩撑体系部分（或全部）变更为桩锚体系，并增加盾构吊拆承台体系发展而来的，采用此项技术可以在满足基坑安全的前提下，完成盾构接收及吊拆工作。本技术已经在北京地铁10号线二期XXX站工程中使用，取得了良好的应用效果。2工法特点2.1地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，缩短了盾构在车站端头盾构接收井外停等的时间，有利于盾构设备周转使用和隧道贯通。2.2地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，可以将车站端头盾构接收井结构一次施做完成，不需要在结构中板和顶板上预留盾构吊装孔，提高了盾构接收井结构的整体性，有利于提高其结构自身的防水效果。15 2.3地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，省去了主体结构预埋盾构隧道洞门钢环和施做后浇洞门环梁的施工工艺，降低了车站与区间隧道接头处的防水处理难度，提高了接头处的结构自防水性能。2.4地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，通过将车站端头盾构接收井处基坑的桩撑体系部分变更为桩锚体系，并增加盾构吊拆承台体系，不额外增加基坑支护措施，同时加强信息化施工，可以保证盾构接收和吊拆时的基坑安全。2.5地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，由于盾构接收和盾构接收井结构施工工期安排合理，因此，最大限度地节约了施工成本。3适用范围3.1地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，适用于盾构接收井处基坑采用桩锚（可有部分桩撑）体系支护形式的车站进行盾构接收施工。3.2地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，适用于盾构提前到达接收井外，接收井基坑开挖及支护还未到隧顶上方2m位置，为了避免盾构长时间停等，出现“抱死”的情况，急需进行接收的工况。3.3地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，适用于接收端头为无水地层或者经过降水处理后的无水地层。4工艺原理4.1地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工前必须按照设计要求施做基坑的围护结构，待接收井围护桩施工完成并达到设计要求后，或在接收井基坑开挖及支护还未到隧顶上方2m位置之前，将盾构刀盘推到围护桩外皮位置，避免盾构推进时破坏基坑围护结构的稳定，以保证基坑安全。4.2合理安排锚索施工和盾构刀盘到达围护桩的施工时间，隧顶上方1倍洞径范围内的锚索施工应安排在盾构刀盘到达围护桩位置之后进行，也可以通过增加锚索的长度，来避免盾构推进过程中损害锚索锚固效果。4.3破除盾构隧道洞口的围护结构前，要确保盾构端头土体加固的效果，并对降水效果进行检验，避免洞口破除时前方出现塌方或涌水，对基坑安全造成影响。4.4当盾构接收井围护结构最下一道支撑采用钢支撑时，待接收井结构底板混凝土强度达到设计要求时80%15 以上时，再拆除最下一道钢支撑，而后再破除盾构隧道洞口的围护结构。当盾构接收井围护结构最下一道支撑采用锚索时，不受以上限制。4.5在盾构刀盘推进到围护桩外皮的过程中，要降低掘进速度，适当降低土压力，并向盾体四周加注减阻泥浆以降低总推力，降低盾构掘进对周围土体的扰动，减少对隧道上方锚索周围土体的扰动。盾构刀盘到达围护桩外皮后停等期间，要经常向盾体四周加注减阻泥浆，防止盾构被周围土体“抱死”，减小盾壳与土体之间的摩阻力，从而降低出洞时盾构周围土体对基坑的侧压力。4.6在盾构吊拆期间，吊车要在预先施做的承台上就位，并加强基坑的监控量测，避免盾构吊拆时对基坑安全造成影响。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工艺流程见图5.1.1。5.2操作要点5.2.1接收井施工准备1施工前，参加施工的全体人员认真学习设计文件。2熟悉施工现场情况，主要包括：1）现场地形、地貌，地下管线、构筑物等，做好标志，以免施工误毁。2）工程地质及水文地质情况。3）基坑周边空洞探测，及时处理存在空洞的部位。3制定地铁明挖基坑围护结构盾构接收专项施工方案，并向监理工程师报批。4组织施工作业人员、材料进场。土方开挖至隧道上2m位置停止施工第二道锚索盾构区间端头加固盾构推进至围护桩外皮接收井施工准备施工基坑围护桩、吊装承台桩施工桩顶冠梁、第一道锚索（位于冠梁上）、挡墙开挖第一层土方盾构正常掘进开挖第二层土方，架设最下一道钢支撑，分层土方开挖至基底施工车站底板底板强度达到80%后破除洞门临时洞门、防水帘布和接收设施的安装接收第二阶段掘进，锁紧密封，触变泥浆，冲洗刀盘接收第三阶段掘进，锁紧密封，壁后注浆盾构接收完毕15 图5.1.1地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工艺流程图5根据接收井施工方案设置好施工场地布置，包括设备布置、施工供水、供电、排水、材料交通运输等。6测量放线对给定的控制点进行复测验线，并按设计图纸进行实地放线，标定高程，一般为10m一桩，曲线段适当加密。在桩橛或建筑物划出预定标高“红平”。15 7、监控量测布点完成，并采取初值。监测项目主要包括地表沉降、地下管线沉降、桩体变形、锚索轴力、钢支撑轴力、地下水位等。5.2.2基坑围护结构施工按照设计图纸，进行盾构接收范围围护结构施工，主要包括接收井围护桩（连续墙）结构、桩顶冠梁和挡土墙结构、承台桩和锚索、钢管内支撑。1施工接收井基坑围护桩（连续墙）结构、承台桩，位置见图5.2.1；图5.2.1接收井支护结构平面示意图2施工桩顶冠梁和挡土墙结构。5.2.3基坑围护结构施工基坑土方开挖应分层，每层开挖厚度不大于2m，开挖到对应第一道锚索位置的锚索中心线下0.5m，进行第一道锚索结构施工，按照工艺要求进行张拉锁定；为避免盾构掘进时对锚索锚固效果的不利影响，隧道结构上方1倍洞径(B)及结构轮廓内的锚索应在盾构机刀盘抵达围护桩外皮后继续施工完成。当土方开挖至盾构结构上2m位置时停止基坑土方开挖。将盾构机刀盘推进至围护桩外皮后停机，并锁定盾尾后30m范围的管片，二次注浆。继续施工剩余土方工程及第二道锚索、最后一道钢管内支撑。锚索和开挖位置见图5.2.2。15 图5.2.2接收井支护结构剖面示意图5.2.4盾构出洞前测量和加固1盾构机定位及接收洞门位置复核测量在盾构推进至区间端头加固范围前，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，在考虑盾构机的贯通姿态时注意盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，综合偏差因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。纠偏要逐步完成，每一环纠偏量满足设计要求。2出洞段的土体加固按照设计给定范围进行洞口土体进行加固，达到设计要求的土体固结强度、自立性和密实性。盾构接收加固范围长度为围护结构外8m，宽度为隧道中心线两侧各6m，深度为隧道（含）上下各3m。中粗砂、砾砂、圆砾、卵石层的地基无侧限抗压强度满足0.8～1Mpa；渗透系数≤1×10-8cm/sec。端头土体加固一般采用从地面向下旋喷桩加固的方式，如受到地面环境限制及地下管线影响无法实施时，应适当调整加固方式，亦可采用基坑内水平加固。土体加固施工应在盾构机进入加固范围前完成，加固土体的强度达到要求后方可继续掘进。5.2.5盾构接收端头加固段掘进15 盾构接收端头土体加固完成且强度达到设计要求后，将盾构刀盘推进至基坑围护桩外皮，具体图5.2.2所示。推进时降低掘进速度，适当降低土压力，并向盾体四周加注减阻泥浆以降低总推力，降低盾构掘进对周围土体的扰动，减少对已施工完成的第一道锚索周围土体的扰动。盾构停机后立即对已完成隧道进行充分二次注浆，并采取有效手段连接最后30m范围的盾构管片，控制隧道结构变形及地表沉降。5.2.6接收井底板结构施工如果地下水位高于基坑底面，在土方开挖前采用有效降水方式将地下水位降至基底1.0m以下，待接收井（或基坑）土方完成后，按照图5.2.3所示的接收阴影范围施工底板结构。图5.2.3接收井底板结构施工范围（阴影部分）5.2.7洞门破除和接收装置安装1洞门破除当底板混凝土强度达到设计强度的80%（且不小于30Mpa）时，具备破除洞口围护结构条件。15 剔凿盾构接收洞门范围的围护桩（连续墙）前，将接收井范围内第三道支护（钢支撑）拆除，凿除围护桩时在洞圈外搭设施工平台。先破除洞口范围的桩间锚喷层，清除桩间土体并挂网+锚喷支护洞口上方土体后，采用高压风镐人工凿除，洞门凿除要连续施工，尽量缩短作业时间。桩直径为1000mm，凿除作业分两层进行，从上至下凿除。第一层先凿除桩内层500mm混凝土，割除该范围内钢筋后再凿除第二层混凝土及钢筋，割除要彻底，以保证预留门洞的净空。继续在洞门周围护桩上安装膨胀螺栓固定洞门止水装置和临时钢环。2临时洞门钢环和防水帘布安装在洞门位置桩体上打设膨胀螺栓固定洞门止水装置和临时钢环，具体见图5.2.4。图5.2.4洞门钢环和防水帘布安装3接收装置安装盾构接收井底板完成后安装盾构接收基座，具体安装见图5.2.5和图5.2.6。盾构到达接收基座前须在基座轨道上表面涂抹黄油，以利于减小盾构在基座上滑移的摩阻力。要特别注意对接收基座的加固，尤其是纵向的固定，保证盾构机能顺利到达接收基座上。15 图5.2.5接收基座剖面图图5.2.6接收基座立面及大样示意图5.2.8盾构掘进出洞从盾构机掘进至围护桩外皮到盾构机出洞这段时间内，应定期转动刀盘，注入触变泥浆，目的是减小盾壳与土体之间的摩阻力，防止盾构机出洞时推力过大，对基坑的稳定造成不利影响。洞门围护桩破除完成后拆除施工平台，清理渣土，盾构机推进出洞，密封装置锁紧，同时恢复盾尾同步注浆，适当调整增大浆液的胶凝时间，以确保管片壁后注浆饱满，盾构机继续前进，直至盾构机完全推上接收基座。需要注意当盾构隧道管片拼装结束后，盾构机尚未到达基座的预定位置，可通过继续安装临时管片使盾构机继续前进，直至盾构机到达基座的预定位置。5.2.9盾构解体吊拆盾构出洞完全推上接收支架后，进行盾构解体、吊拆。吊拆过程中避免对基坑围护结构施加侧压力，应通过吊拆承台进行吊拆。主要施工方法是按吊车支承点的平面位置设承台桩，承台桩采用直径1m15 的钻孔灌注桩，将其与承台相连接，承台周边吊拆范围内地面采用0.25m厚C30混凝土填实。承台桩深度与接收井（或基坑）围护桩一致，为防止吊拆过程中挤压接收井冠梁，承台与冠梁采用聚苯板进行隔离。盾构各部件全部吊拆完成后，盾构顺利接收出站，接收完毕。5.2.10监控量测自基坑土方开挖至盾构接收完成的全过程需要进行监控量测，信息化施工。监控量测项目及频率应满足设计及行业规范要求。为防止施工过程中检测点遭到破坏，应充分考虑预防措施，并对锚索轴力、钢支撑轴力、围护桩桩体变形、地表沉降等重要项目进行加密布点、加密监测频率，特别是盾构机体推出隧道及破除洞门期间应将上述监测项目的频率加大至4次/天。6材料与机具设备6.1材料6.1.1主要材料钢筋、结构混凝土、临时钢环、防水帘布、洞门压板、膨胀螺栓、接收基座等。6.1.2材料要求盾构接收井施工所用的工程材料性能、等级和规格型号必须符合设计和规范要求。6.2机具设备6.2.1地铁明挖基坑围护结构盾构接收所需主要施工机具设备见表6.2.1。表6.2.1主要施工机具设备表序号机械或设备名称型号规格备注1旋挖钻机SWDM25围护桩、承台桩施工2挖掘机R150W-7土方开挖3混凝土搅拌机JZC350喷射混凝土4喷浆机PZ-6D喷射混凝土5空压机VY-12/7-d喷射混凝土6履带式锚杆机SM-405锚索施工7泥浆泵BW-250锚索注浆8穿心式千斤顶YCB150B锚索张拉15 9汽车起重机根据重量确定盾构接收、吊拆10手推车0.3m311柴油发电机150kw以上需自行发电时使用12交流电焊机BX1-250焊接6.2.2测量、计算器具：全站仪、水准仪、钢尺、压力表、监测设备等。7质量控制7.1施工质量控制标准接收井施工质量控制必须符合一下规范及标准：《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003年修订版）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）《建筑基坑支护技术规程》（北京市地方标准DB11/489-2007）《建筑与市政降水工程设计规范》（JGJ/T111-98）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2010）《北京地区大直径灌注桩技术规程》（DBJ01-502-99）《地铁工程监控量测技术规程》（北京市地方标准DB11/490-2007）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）《城市轨道交通工程质量验收标准》（DB11/T311.1-2005）7.2质量控制要点1接收井支护结构、锚索施工等进场材料应有合格证和检验报告，经现场复验合格后方能投入使用。2接收井基坑必须自上而下分层、分段依次开挖，随基坑开挖及时支撑与网喷混凝土；桩（墙）围护的基坑应在土方开挖至设计位置后严格按设计要求及时施作锚索（横撑）。3接收井基坑开挖和盾构接收过程中，根据周围环境条件，应做好监控量测工作，及时分析，采取措施，以控制地面变形、基坑隆起，并确保邻近建（构）筑物和地下管线的安全。15 4锚索工程所用的原材料的品种、规格、质量、组装安放、注浆量、注浆压力和浆体强度必须符合设计要求。锚索的锚固段浆液达到设计要求后，方可进行张拉并锁定，其张拉值及锁定值应符合设计要求。5桩间喷射混凝土的厚度和强度等级应符合设计要求。6接收基座、洞门钢环和防水帘布固定符合设计要求。7接收井支护结构、锚索、承台桩和底板结构强度等应满足设计要求。8接收井基坑开挖完成后，车站底板浇注完成且混凝土强度不应小于设计强度的80%时，拆除接收井范围内钢支撑，进行盾构接收和吊出。8安全措施8.1在基坑内土方开挖至隧道结构上方2m位置前盾构必须将盾构推进至围护结构外皮，否则应立即停止土方开挖等待盾构机到达。8.2在隧道结构上方1B范围以内的锚索施工应满足以下两个条件：1、盾构已到达围护结构外皮并暂停推进；2、锚索锚固段临近范围的土体已经过注浆回填或注浆加固处理，盾构机再次推进时不会引起土体松动。8.3在盾构机刀盘到达围护结构外皮后，应尽量出空土仓中的碴土，减小对洞门及围护结构的挤压以保证凿除洞门围护结构混凝土施工的安全。8.4破除隧道洞门的围护结构前必须制定应急预案，防止在此期间出现基坑失稳。具体措施如下：在确认底板强度已经达到设计要求的80%以上后，拆除接收井范围内的支撑，通过巡视和监测数据确认基坑处于稳定状态后方可开始破除。8.5加大测量监测频率。监测频率必须根据施工需要进行调整，特别在破除隧道洞门的围护结构和盾构出洞等重大关键点时要加密监测频率，应4次/每天，必要时进行连续跟踪监测。重点监测盾构机出洞及吊拆时的锚索内力、地表沉降、桩体（顶）水平位移。8.6接收吊拆时焊工、电工吊车司机必须持证上岗，操作过程中，上下联系信号清晰、标准统一。8.7科学设置吊拆承台基础，硬化现场地面，合理分散传递大型吊拆设备和运输车辆引起的超载，满足围护结构设计安全要求。8.8盾构接收各部件起重吊拆索具吊具使用前施工方案设计要求进行逐件检查验收。15 9环保措施9.1盾构接收井施工时，做好场地布置，各配合接收单位之间做好协调，尽量减少盾构接收、吊拆和运输施工给周边道路、交通环境带来的影响。9.2接收井施工土方、桩间喷射混凝土材料等等要用苫布严密覆盖，四周牢固固定，以免大风天气掀翻苫布，造成施工扬尘。9.3接收井结构施工场地和道路平整畅通，现场内土方、零散碎料、垃圾及时清理。所有物料及设备摆放整齐；土方挖出后在规定时间及时清运。9.4建立全封闭垃圾站，要求工人及时清理施工产生的垃圾、废料，做到工人进场无垃圾，工人出场无废料。9.5场地出入口设置车轮清洁池，专人负责冲刷车轮，绝不带土上路。10效益分析10.1社会效益10.1.1地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工缩短了盾构接收施工工期，为后续地面交通的及时恢复提供了保障。地下两层车站可节省30天左右，三层车站可节省45天左右。10.1.2地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工能够将洞通时间提前，提前具备下一步工作条件，为相关单位合理安排下一步工作奠定基础。10.1.3通过地铁明挖基坑围护结构盾构接收的施工方法，使得盾构到站后能及时提前接收，该施工方法省去了正常车站接收井结构施工时预留中板、顶板盾构吊装孔施工的工序。10.2经济效益10.2.1采用地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法能有效缩短结构施工工期，在节省施工管理费、场地使用费及盾构施工管理费和设备摊销费方面效果明显。同时，省去了主体结构预埋盾构隧道洞门钢环和施做后浇洞门环梁的施工工艺，降低了车站与区间隧道接头处的防水处理难度，提高了接头处的结构自防水性能，产生一定间接经济效益。10.2.2采用该工法15 提高了盾构机使用效率，减少由于盾构机提前到达而又无法接收的停等时间，达到既经济又安全的施工技术要求，为企业成本控制创造了巨大的无形效益。10.2.3采用该工法为企业树立了良好的形象，对企业在今后同类工程的投标中标起到良好的促进作用，未来产生的经济效益目前无法量化。11应用实例11.1北京地铁XX号线二期工程XXX站11.1.1工程概况北京地铁XX号线二期工程XXX站北端头设置XXX站～XX站区间左线盾构接收井。盾构接收井为地下两层结构。接收井基坑围护结构采用围护桩+2道锚索+1道钢管内支撑形式。基坑开挖范围内无地下水，因此无需进行降水施工。盾构机为辐条式Ф6140土压平衡盾构机。11.1.2工程情况由于XXX站受拆迁占地的影响，开工时间较晚，无法按照常规的盾构接收方法进行盾构接收，为了避免盾构长时间地下停等，以利于盾构在下一区间段周转使用，后经设计变更，XXX站～XX站区间左线盾构在接收井围护结构完成后，即进行盾构接收。施工前编制了专项施工方案并经专家论证通过。在接收井土方开挖及支护进行到隧道上方2m位置时，暂停土方开挖及支护施工，等待盾构刀盘到达接收井围护桩外皮后，再继续完成剩余土方开挖及锚索或钢支撑，接收井围护结构施工完成后，施做了接收井的结构底板，待底板强度达到设计要求后，对最下一道钢支撑进行了拆除，并对洞门围护桩进行了破除，并施做了洞门密封装置，而后进行了左线隧道盾构接收施工。在此期间盾构接收井基坑稳定，监测数据无异常，未出现安全事故。由于盾构接收采用了围护结构完成即进行接收的方式，比按正常接收方式接收，减少盾构等待接收时间45天。而后进行盾构接收井结构施工，中板和顶板采用一次整体浇筑施工的方式完成，提高了结构的整体性，避免了二次搭设模架封堵盾构预留吊拆洞口，可节约工期30天。盾构接收井支护结构平面布置见图11.1.1。盾构接收井支护结构平面布置见图11.1.2。15 图11.1.1接收井支护结构平面图图11.1.2接收井支护结构设计剖面图11.1.3工程评价XXX15 站采用地铁明挖基坑围护结构盾构接收施工工法，节省了接收井预留盾构吊拆洞口施工工期约30天，节省施工管理费和场地使用费共计98.4万元，直接创造经济效益98.4万元。同时，减少盾构等待接收时间45天，节省施工管理费和设备摊销费共计45万元，间接创造经济效益45万元。另外，省去了主体结构预埋盾构隧道洞门钢环和施做后浇洞门环梁的施工工艺，降低了车站与区间隧道接头处的防水处理难度，提高了接头处的结构自防水性能，间接创造经济效益约8.2万元。共计产生经济效益151.6万元。在顺利实现盾构接收的同时，为车站施工提供了便利，确保了施工安全和质量，为区间盾构转场施工创造了良好条件，受到建设单位的好评，为企业今后投标中标奠定了良好基础，也为项目部创造了良好的经济效益。同时为企业培养了一批具有类似施工经验的人才，为企业今后发展起到一定的促进作用。15'