盖挖法施工技术论文（精选7篇）
盖挖法施工技术论文 篇1
摘要：随着城市轨道交通的发展, 建造地铁车站的周边环境越来越复杂。盖挖法有别于传统的明挖顺作法施工, 有着自身的优势和特点。早已广泛应用于工民建施工的盖挖法, 目前也越来越多的应用到了地铁车站的设计和施工中。针对某车站位于城市中心区的周边建筑环境和特点, 研究与盖挖法相关的关键问题。工程实施过程中, 采用现场测试和试验的方法, 对关键问题进行验证, 得出相对更适合于盖挖法地铁车站实施的结论。对今后采用类似的工法设计和施工具有借鉴意义。
关键词：盖挖法,地铁车站,钢管混凝土柱,节点设计,变形
0 引言
地铁地下工程施工的特点是隐蔽性大、作业循环性强、作业空间有限、作业的综合性强、施工具有动态性、作业环境恶劣、作业风险性大。选择地铁施工的工法必须充分考虑这些特性。在城市中心施工的地铁车站为了尽量维持地面交通, 减少地下管线迁改和占地对周边的影响, 越来越多的考虑采用盖挖法施工。如何结合具体环境合理设计盖挖法车站, 做到既安全可靠又经济合理, 已成为目前需要重要研究的课题之一。
1 工程概况
成都市市二医院站是成都地铁4号线与3号线的换乘站。4号线车站沿武成大街东西向布置, 为地下2层车站, 3号线车站沿红星路南北向布置, 为地下3层车站。两站在交叉路口处换乘。该区域为成都CBD中心区域, 交通压力巨大。红星路和武成大街分别是成都南北向和东西向的主干道, 交通十分繁忙。
红星路宽约35m, 武成大街宽约25m, 两条路下方都有大直径污水管、雨水箱涵、高压电缆等各类管线交织。且部分管线埋深与车站顶板冲突, 结构方案必须与管线迁改方案相配套。
车站标准段宽度约21m, 顶板埋深3m, 4号线基坑深度约为18m, 3号线基坑深约为27m, 周边建筑物密集, 大部分建筑物都紧贴车站围护结构边。建筑物大多为4~11层砖砼结构, 基础大多为浅基础, 埋深在3~4m, 房屋对变形极为敏感。基坑安全等级属于一级, 基坑变形控制保护等级为一-A级。
2 方案研究
车站地处川西平原岷江水系Ⅰ级阶地, 为冲洪积地貌, 地形平坦。设计抗浮水位为地下2.5m。
站区范围内土层自上而下依次为:人工填筑土, 层厚1.20~3.80m;粉质粘土, 层厚0.50m~2.70m;粉土, 层厚1.80m~2.60m;细砂土, 层厚0.50m~1.60m;卵石土, 层厚21.40m~24.50m;强风化泥岩, 层厚0.90m~5.10m;中等风化泥岩, 顶面埋深29.50m~39.90m。
车站周围建筑物较多, 管线密集。车站施工期间特别需要保护的建构筑物和管线清理如表1、2所示。
根据车站地段的工程地质, 水文地质结合周边环境并考虑工期等因素, 选择合理的围护形式, 水平及竖向支撑体系。为满足这两条交通干道上的交通疏解要求, 减少地下管线迁改和占地对周边的影响, 同时尽量好地控制车站基坑开挖对周边建筑的影响, 本站3、4号线主体结构均采用盖挖法施工。
盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后, 将顶部封闭, 其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工的方法。相对于传统的明挖法施工, 盖挖法有着基坑暴露时间短, 围护结构变形小的优点。
盖挖法施工包括三种形式: (1) 架设临时铺盖系统后顺作结构; (2) 自上而下施工各层结构板和侧墙的盖挖逆作法; (3) 先将结构顶板施工完成并置于周边围护桩和结构主体桩柱上, 回填覆土后逐层开挖架设临时支撑, 并自下而上回筑结构的盖挖顺作法。
针对成都市二医院站的具体情况, 采用第三种作法相比之下对工期影响不大, 也能避免二次破路对周边环境的影响。
3 盖挖法设计的关键技术
地铁车站盖挖体系的结构设计包括: (1) 围护结构设计; (2) 竖向受力构件设计; (3) 水平受力构件设计; (4) 节点设计及构造。
3.1 围护结构设计
考虑到车站距离周边建构筑物较近, 车站围护桩采用密排形式 (Φ1200@1500mm) 。施工阶段排桩作为围护结构进行计算, 使用阶段排桩与侧墙共同受力, 桩墙按各自刚度分配各自所承受的侧向水土压力。盖挖法围护桩设计与普通明挖法围护桩设计区别并不大, 但需要注意的是围护桩除了承受侧土压力外, 还要作为盖挖顺筑法顶板的竖向支撑。需要验算围护桩的桩侧摩阻力和端部承载力之和是否满足开挖阶段竖向受力要求。
3.2 竖向受力构件设计
盖挖法竖向受力构件可选用钢管混凝土柱、型钢混凝土柱、钢筋混凝土柱。三种立柱工艺的优缺点对比如表3。
本站考虑节省工期和工程造价, 选用的是钢管混凝土柱。施工阶段, 顶板覆土后, 基坑开挖到基坑底部, 结构回筑完成前, 此时需要计算钢管混凝土柱的承载力和柱子的稳定。柱子承受竖向轴力和偏载引起的弯矩。钢管柱应按偏压构件计算, 分别考虑施工阶段和使用阶段柱子的轴力和弯矩, 柱的长细比不应大于1/25, 柱顶端承受水平力应按水平支撑轴向力的2%计算, 并根据垂直度允许偏差考虑竖向荷载偏心影响。
除了钢管混凝土柱受力计算外, 还应分析钢管混凝土柱的沉降对顶板受力的影响, 从而确定钢管混凝土柱沉降的最大值。对立柱的升沉也要提出要求, 减小对顶梁、顶板的影响。
钢管混凝土柱是盖挖法地铁车站最重要的构件之一, 其综合质量的影响因素包括桩基施工质量、钢管柱安装和定位质量、柱内混凝土施工质量等。钢管柱所有焊接要全部经过超声波检查, 必须达到一级焊缝要求。钢管柱的安装定位采取上下两点定位法。定位器必须预先加工锚固于混凝土基础中, 其构造决定了钢管混凝土柱定位的精确性。
经计算确定钢管柱允许定位偏差不得大于20mm, 同时其垂直度偏差不得大于1/500。施工期间累计升沉值不得大于0.003L (L为边墙和立柱轴线间的距离) , 同时也不得大于20mm。钢管立柱中心线与基础中心线定位偏差不得大于5mm, 相邻钢管立柱不垂直度不应大于长度的1/1000, 同时也不得大于15mm。
3.3 水平受力构件设计
盖挖法顺筑法车站水平受力构件包括车站顶板结构和临时钢支撑两部分。
其中临时钢支撑验算与普通明挖法支撑体系设计区别不大。钢支撑安装简单, 施工速度快, 能够根据设计的要求施加所需的预加力, 对围护桩迅速地起到支撑作用。这也是盖挖顺筑与盖挖逆筑法相比最大的优点。设计采用的Φ609mm, 壁厚14mm的钢支撑, 最大设计轴力约1800k N。为保证支撑的稳定性, 利用钢管柱之间的水平约束型钢梁兼作水平支撑的中间支点。
车站顶板设计应考虑与施工和使用状态相符的计算模型进行内力分析和截面验算。在设计时应分两个阶段进行分析: (1) 承载能力极限状态:即施工过程阶段结构构件达到最大承载能力时; (2) 正常使用极限状态:即使用阶段, 结构形成完整框架结构以后。经过对两个阶段变形和受力的包络, 得出构件的控制性标准。为满足管线迁改和交通疏解要求, 本站顶板还需要进行分期倒边施工。即先完成2/3跨顶板施工, 覆土后, 再完成后续1/3跨顶板施工, 最后完成基坑开挖回筑结构。
3.4 节点的设计及其构造
盖挖节点的设计需要每个工况功能要求, 而每个阶段顶板与支座的连接形式对计算结果都影响很大。围护桩与顶板可采用铰接接头、刚性接头和不完全刚性接头三种形式。考虑到让围护桩参与抗浮并利用围护桩帮助顶板受力, 本站设计将围护桩钢筋伸入顶板, 桩顶设圈梁如图1所示。计算按不完全刚性接头考虑。
钢管混凝土柱与顶板按铰接接头考虑, 为满足抗震要求在钢管柱与顶板之间设置插筋连结如图2所示。
同时钢管混凝土柱兼作永久立柱, 钢管柱本身与永久结构的中板、底板的节点连接也是盖挖法车站的关键问题。设计按照环板法连结钢管混凝土柱与现浇混凝土梁板, 充分考虑受力和抗震要求, 根据不同情况绘制了连结大样。
4 盖挖法工程实践的结果分析
成都市二医院站施工过程中根据设计要求, 对围护结构、中间竖向及水平支护体系、周边建构筑物管线均进行了监测。利用监测值我们可以判断支护结构以及周围建筑物的安全性。
4.1 围护结构及中间支撑体系变形结果分析
盖挖法施工除了常规的基坑开挖需要监测的地下水位、支撑轴力、围护桩顶变形, 围护桩体变形外, 还应加入中间立柱监测、顶板绕度控制。
为了正确利用监测数据及时调控施工对策, 确保车站基坑开挖及周边环境的安全, 应对必测项目制定施工监控量测的管理基准值、施工管理等级及对策。基准值根据设计计算确定, 报警值约为基准值的70%。车站监测中同时采用时态曲线中的变化速率作为基准值的辅助。具体如表4所示。
监测数据反映整个基坑开挖和回筑阶段的支撑轴力、围护桩顶变形、围护桩体变形、中间立柱桩变形均控制在报警值以内。监测结果如表5所示。
4.2 周边建构筑物变形结构分析
车站主体结构基坑周边房屋多为浅基础砖混结构, 房屋基础持力层为稍密卵石层。为保证房屋安全, 基坑开挖回筑过程中均对周边房屋进行了严密监测。具体布置如图3所示。
根据监测结果显示建筑物大部分沉降均在基坑开挖前, 降水完成后就已经发生。顶板完成形成第一道横向支撑后, 基坑开挖的3个月内建筑物沉降不明显, 最大的累计变形不超过12mm, 未达到报警值。
值得注意的是, 与本站相邻的停车线基坑采用明挖顺筑的施工方式, 基坑开挖期间周边建筑物沉降值达到20mm以上, 部分建筑围墙有开裂现象。由此可见采用顶板为第一道横向约束的盖挖法施工, 比明挖法更容易控制基坑和周边建构筑物的变形。
5 结语
市二医院站目前已经顺利完工, 从2012年3月开挖, 到2013年8月主体结构封顶历时18个月。成都地铁后续3、7号线多个站点也遇到类似工程环境, 都参照借鉴了市二医院站的盖挖设计施工经验。从市二医院车站的顺利实施, 可以看到在城市中心区的地铁车站采用盖挖顺筑法施工是合理可行的。对于在这样环境下的盖挖法工艺可以得出以下结论: (1) 利用顶板和钢管混凝土柱兼作施工阶段支撑体系结构安全可靠、经济合理; (2) 设计和施工过程中应尤其重视各构件连接的节点构造; (3) 盖挖顺筑法比明挖法更容易控制基坑和周边建构筑物变形。总的说来, 盖挖法能提高工程安全性, 减少资源浪费, 缩短施工总工期, 对周边环境影响小, 是一种值得推广的支护技术。本工程采用盖挖顺筑法工艺的成功实施, 为今后适合采用类侍工法的地铁车站积累了宝贵经验。
参考文献
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盖挖法施工技术论文 篇2
在我国高速公路建设日益发展的时代, 山区隧道施工进洞时经常会遇到洞口埋深较浅、地层软弱等不良地质现象。对于原生植被较好的浅埋地段、软弱地层, 采用盖挖法辅助大管棚施工进洞, 坚持了“不破坏就是最大的保护”的原则, 实现了公路建设发展与自然环境保护共存;同时对于隧道洞口地质条件较差, 进洞塌方现象时有发生, 对隧道施工带来安全隐患, 所以通过实践证明, 合理采用盖挖法配合大管棚施工有效降低了施工安全风险。
2 特点
1) 适用性。盖挖法辅助大管棚施工能有效解决:开挖断面大, 隧道拱部处在砂层或软弱土层, 遇水易软化, 围岩类别为Ⅳ类以下;施工现场和运输条件差, 施工难度大, 占用场地少, 工期短的隧道洞口施工。
2) 风险小。地面干扰小, 安全系数高, 降低施工风险。
3) 有效解决防排水问题, 攻克跨雨季施工难题。
3 适用范围
1) 适用于隧道软弱地质围岩, 浅埋地层施工。
2) 进出洞口覆盖层较浅段的隧道施工。
4 工艺原理
当隧道进洞洞口覆盖土层较薄或边仰坡开挖边坡坡率过陡时, 为了防止洞口开挖后洞顶土体应力快速释放、土体变形较大乃至造成洞口坍塌, 首先在洞顶土体上施作与隧道衬砌拱部弧度相近的混凝土盖子, 以保证隧道管棚施工时洞顶土体的稳定;然后进行超前大管棚施工;最后在盖子上部结合原地面顺坡回填碎石土、表层种植土, 以保证隧道洞口施工的科学性、安全性和可靠性。
5 工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
盖挖法辅助大管棚施工的工艺流程是:
洞口边仰坡土方开挖→盖挖法施工→超前大管棚施工→暗洞进洞。
1) 盖挖法施工流程。
洞口边仰坡开挖→洞口边仰坡喷锚支护→拱部预留核心土开挖→护拱条形混凝土基础→盖挖绑扎钢筋→支模板→模板检验→浇筑钢筋混凝土 (模板检验合格后) →洒水养护→护拱上部开挖 (混凝土达到设计强度后) 。
2) 超前管棚施工工艺流程见图1。
5.2 操作要点
盖挖法施工是先留核心土开挖临时边坡至拱脚设计高程处, 在明挖基槽内先施作套拱条形混凝土基础, 再按隧道衬砌拱部弧度浇筑钢筋混凝土套拱至拱脚处, 当混凝土套拱 (盖子) 达到设计强度后, 然后进行超前大管棚的施工。
采用盖挖法施工可以有效的保护超前大管棚, 使超前管棚发挥其超前支护作用。在洞口浅埋段和软弱地层段的最大施工控制重点是隧道进洞过程中防坍塌问题, 同时保护好自然生态环境。
1) 施工前先行施作洞顶截水沟, 按设计坡率开挖边仰坡, 从上而下开挖, 防护工作紧紧跟随开挖工作, 并且对山体的稳定状况进行实时监测。将边仰坡上存在的浮石、孤石等予以清除, 同时要将坡面凹凸不平部位进行适当的修整。
2) 盖挖法施工顺序。
边仰坡开挖→边仰坡喷锚支护→盖挖绑扎钢筋→支模板→模板检验→浇筑钢筋混凝土→洒水养护→盖顶回填。盖挖法采用整体开挖, 边坡随挖随支护, 支护参数为:底部采用0.6 m厚的C25钢筋混凝土, 主筋为Φ22带肋钢筋, 箍筋为Φ16带肋钢筋, 勾筋为Φ8光圆钢筋, 采用双层钢筋布设, 环向间距与纵向间距均为20 cm, 横向宽度8.5 m, 纵向长度10 m;上部采用M7.5浆砌片石, 高度1.5 m;浆砌片石顶部为1.3 m高的碎石土, 分层夯填;盖挖混凝土两侧边坡采用φ25早强砂浆锚杆, 长度为6 m, 间距1.0 m×0.6 m;夯填碎石土部位的两侧边坡采用φ22全螺纹砂浆锚杆, 长度4.5 m, 间距1.0 m×0.6 m;锚杆打设完毕后铺设20 cm×20 cm的φ8钢筋网片, 规格为2.2 m×1.2 m, 搭接长度为一个网格, 上面喷射20 cm厚的C20混凝土;拱脚做加强处理, 采用长度为4 m的φ42小导管并注浆, 间距1.0 m×0.6 m;洞顶仰坡设排水沟。
3) 超前大管棚施工。
超前大管棚通过注浆稳定地层以及管棚, 避免开挖过程当中因地层软弱而引起的拱顶坍塌问题, 它是隧道进出洞口的重要辅助施工措施。
米化梁隧道左洞超前大管棚采用外径108 mm、厚6 mm的热轧无缝钢管, 管棚长20 m, 沿管壁四周梅花形钻φ12 mm压浆孔。在隧道拱部120°范围内环向布置41根管棚, 间距为40 cm, 外插角为3°。
4) 混凝土套拱施工。
套拱即导拱, 主要起到导向、管棚支撑作用。套拱组成:4榀间距60 cm的Ⅰ16工字钢、φ127×4 mm长度2 m的导向管41根及长2 m、厚60 cm的C25套拱混凝土。为保证隧道开挖净空且很好的起到超前支护作用, 管棚导向管外插角应当严格控制在3°左右, 与此同时, 在导向管安装的过程中, 要借助于水平尺抑或是其他相关仪器加以检测。安装Ⅰ16钢拱架, 然后在其背部焊接127导向钢管, 安装模板, 最后浇筑C25套拱混凝土。
5) 管棚钻孔及钢管施工。
a.钻孔:养护套拱混凝土3 d后开始钻孔, 用两台钻机从套拱底部两侧开始施钻, 沿弧度自下而上且标记每个孔号, 并且要将每个孔的注浆量、顶管时间和成孔时间记录好, 以便于确保超前管棚施工的整体质量。在钻机开孔过程中, 要保持低速钻进, 当钻入大约20 cm之后, 要按照正常钻速进行钻进。首根钻杆尾部剩余25 cm左右时, 要及时停止钻进操作, 使用管钳将钻杆卡紧, 在低速的状态下反转钻机, 继而脱开钻杆。退回钻机至原位, 将第二根钻杆装入并使用联接套连接妥当之后, 在低速状态下送达到上一根钻杆的尾部, 对准位置后联为一体。此外应当注意的是, 要将前方围岩地质状况详细记录好。在换钻杆时, 相关人员应当全方位的检查钻杆有无损伤, 检查钻杆弯曲与否, 检查中心水孔畅通与否。依此类推, 直至完全符合钻孔深度方面的要求。
b.顶管:管棚选用的是型号为φ108 mm的无缝钢管, 通过钻机的推力及其冲击力, 沿着引导孔把装有工作管头的棚管钻进, 与长棚管相连接, 直到孔底。当管棚接长时, 应当首先顶入首根钢管至钻好的孔之内, 然后再逐根的进行联接。要在每节钢管的两端焊接管节联接套, 以有利于联接操作。对于相邻管的接头, 务必要确保前后错开, 防止接头处于同一断面中。安装好钢管后, 要尽可能的低速推进, 控制推进的压力在4.0 MPa~6.0 MPa之间, 控制冲击压力介于18 MPa~22 MPa之间。推进首根钢管孔外剩余大约30 cm时, 要反转凿岩机, 使钢管和联接套相互脱离, 退回凿岩机至原位, 将第二节钢管装上, 保持低速前进, 使其与第一节钢管端部进行对准, 继而联接好钢管, 让两节钢管能够联成一体。低速依次用凿岩机的冲击压力以及推进压力顶入钢管。当钢管顶进后, 将钢筋补强管棚安设妥善 (如图2, 图3所示) 。
6) 管棚注浆。安装完成钢管后就可以封堵管口开始注浆, 留止浆塞、注浆孔以及止回阀。按照围岩情况和地质条件可知, 注浆材料基本上可以划分为两大类:其一为注水泥浆或双液浆 (水泥—水玻璃) , 其主要作用为:a.浆液通过管棚进入岩体裂隙中经过物理化学反应, 在短时间之内将软弱、破碎围岩抑或是松散颗粒胶结成整体, 发挥出超前支护的作用, 提高围岩的整体稳定性、为隧道开挖提供安全施工保障;b.浆液填充岩体空隙、凝结固化, 阻止地下水、雨水渗入隧道, 起到防水的作用;其二为注水泥砂浆, 其作用为增强钢管强度。
为防止浆液从岩面裂隙中反渗, 注浆前对管棚套拱周围的地表进行喷射封闭, 混凝土厚度为8 cm~10 cm。借助于注浆机进行注浆, 可以先注无渗水孔的, 然后再注有渗水孔的。将注浆压力严格控制好, 不仅应当有充沛的注浆压力, 将土体内的裂隙阻力及自然水压力克服, 确保充分的浆液扩散填充, 实现加固堵水的功效;同时还要避免压力过大而导致开挖面压裂。在施工中, 要记录注浆机中存有的浆液体积, 记录过程中所加入的浆液体积以及剩余的浆液体积, 将总体注浆量进行严格控制。同时要在规定时间内用完配制的浆液。
大管棚施工完成后示意图如图4所示。
6 效益分析
隧道洞口段的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用“盖挖法辅助大管棚”进行隧道施工, 该工法施工简便, 安全性好, 可靠性高, 能缩短工期, 可以被广泛应用于隧道施工中, 特别是在洞口浅埋段覆盖层较薄的隧道施工中使用, 比其他施工方法不仅加快了施工进度, 节约了成本和机械, 提高了物资利用率, 而且损耗小, 降低了施工成本。
6.1 经济效益
施工具体节约施工成本如表1所示。
万元
6.2 社会效益
盖挖法辅助大管棚施工, 有效的将大面积破坏植被以及大挖大填等诸多加以克服, 最大限度的彰显人与自然和谐共处, 从而为景观隧道与生态隧道的打造提供了一条可借鉴之路。
摘要：针对米化梁隧道右线洞口段埋深浅、地质软弱、易坍塌的特点, 提出采用盖挖法辅助隧道大管棚进洞施工的方法, 有效发挥了管棚超前支护作用, 为安全进洞提供有力保障, 增加隧道的恒久稳固性, 具有显著的经济效益和社会效益。
关键词：盖挖法,辅助,大管棚,浅埋,隧道,进洞
参考文献
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盖挖法施工技术论文 篇3
1 工程概况
湖南省汝郴高速公路是厦蓉国家高速公路《国家高速公路网规划》中厦门至成都国家高速公路湖南段的组成部分, 位于湖南省的南部地区。它的建成将改善湖南省南部地区的交通条件, 对区域资源的综合开发利用, 对于我国和平统一事业、军事战备和巩固海防都具有极其重要的战略意义。此高速公路设计速度为80km/h, 路基宽度为24.5m, 双向4车道。
半江子隧道设计为分离式双洞单向交通隧道, 左右洞测设线间距为21m~31m, 左洞起讫桩号ZK4+830~ZK6+625, 全长1795m, 右洞起讫桩号为YK4+780~YK6+658, 全长1878m。隧道衬砌采用三心圆断面型式, 净宽10.25m, 净高5.0m。其中半江子隧道右线YK4+870~YK4+905段地形为一“U”形冲沟, 常年有水。隧道从沟底通过, 与冲沟成80°交角, 埋深很浅, 最小覆盖层厚度仅0.6m, 且隧道顶板为淤泥、硬塑性亚粘土、全风化花岗岩, 属Ⅴ级围岩, 设计中按S5a复合式衬砌施工。
2 盖挖法施工背景
2.1 隧道原设计情况
半江子隧道右线YK4+870~YK4+905段为Ⅴ级围岩, 按S5a复合式衬砌类型施工, S5a衬砌支护参数:采用I18型钢拱架支护, 间距80cm/榀, C2 0喷射混凝土, 厚25cm, 双层钢筋网片 (Φ8:间距20×20cm) , D25中空注浆锚杆, L=300cm, 纵环向间距80×100cm, 梅花形布置;超前支护采用Φ42×3.5mm热轧无缝钢管, L=3.5m, 拱部120°范围内布置, 环向间距0.4m, 每3榀1环;二衬采用45cm厚钢筋混凝土。
2.2 实际地形地质
YK4+870~YK4+905段实际现场地形为一“U”形沟谷, 常年有水。隧道从沟底通过, 与沟谷成80°交角, 埋深很浅, 最小覆盖层厚度仅0.6m, 且隧道围岩从上往下依次为淤泥、硬塑性亚粘土、全风化花岗岩, 属Ⅴ级围岩。
2.3 施工方法的确定
根据隧道现场实际情况, 如果采用暗挖施工, 只能能坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”的原则, 同时必须采用超前小导管注浆和加强初期支护参数, 即型钢拱架间距由80cm/榀调整为50cm/榀, 相应增加系统锚杆数量;施工进度非常慢, 而且随时存在隧道冒顶坍塌的危险, 危及到作业人员的安全。
3 盖板体系设计
3.1 盖板设计
盖板设计综合考虑到施工方便、结构受力以及施工安全, 所以在设计时采用钢筋混凝土护拱, 护拱总体设计如图1所示即在隧道拱顶初期支护外侧120°范围内设计长35m的C25钢筋混凝土护拱, 护拱厚度38cm, 两侧各设计1个大拱脚, 在每个大拱脚处设计2根 (每延米) 长3.0m的锁脚锚杆以增强盖板体系的稳定性和安全性。护拱钢筋设计图如图2所示, 环向N1和N2钢筋均采用Φ22钢筋, 间距20cm, 纵向钢筋N3采用Φ12钢筋, 间距20cm, 支衬钢筋N4钢筋采φ8钢筋, 间距20cm (见图1、2) 。
3.2 出洞、进洞设计
综合隧道YK4+870和YK4+905两个断面的地形和地质情况, 出洞和再次进洞的仰坡面均采用挂网喷锚防护, 同时采用60m长的超前小导管支护, 使护拱与山体形成整体, 超前小导管采用Φ42×3.5mm热轧无缝钢管, L=6.0m, 外插角14°, 环向间距0.4m, 布置于拱顶120°范围内, 其尾部与型钢拱架焊接牢固。
4 盖挖法施工工艺
4.1 截排水
由于隧道右线YK4+870~YK4+905段隧道顶部有一“U”形冲沟, 与隧道走向成80°交角, 沟中水流较大, 为不影响隧道正常施工, 在隧道开挖之前, 先在冲沟汇水一图1护拱总体设计图侧开挖一个截水坑, 然后根据水流大小, 用2~3根Φ150的橡胶管通过隧道顶部将水引至隧道另一侧冲沟中。
4.2 放样刷坡
通过测量放出YK4+870和YK4+905两个仰坡面, 并按照1∶0.5的坡比进行刷坡。
4.3 边坡防护
对刷好的YK4+870和YK4+905两个仰坡面进行挂网锚喷防护, 即在仰坡上布置20×20cmφ8钢筋网片, 并打设3m长Φ22砂浆锚杆, 然后喷射10cm厚C20混凝土, 防止仰坡面坍塌。
4.4 开挖盖板基坑
根据所设计盖板 (隧道顶部120°范围) 的宽度、设计高程、弧度和预留变形量将隧道顶部土体挖除。在开挖基坑时, 需根据土体的稳定性对基坑边坡进行必要的放坡和防护。
4.5 安装隧道上导型钢拱架
根据测量放样结果, 采用L=6.0m, Φ42×3.5mm超前小导管在两个仰坡面 (YK4+870和YK4+905两个掌子面) 各固定1榀型钢拱架, 然后按隧道支护参数安装上导 (隧顶120°范围) 型钢拱架 (按S5a拱架间距进行布置) 、联接钢筋和钢筋网片等。拱架安装完成之后, 在每榀拱架上焊上一定数量的“U”形钢筋 (钢筋直径:Φ22, 纵环向间距为80×100cm) , 一端连接型钢拱架, 另一端伸于护拱中, 确保在开挖中、下导时, 不出现掉拱现象。
4.6 挂板喷锚
拱架安装完成之后, 采用铁丝将木板捆绑在拱架的底部作为底模, 然后采用C20喷射混凝土进行喷锚, 完成上导的初期支护。
4.7 绑扎护拱钢筋、浇筑护拱混凝土
上导初期支护完成以后, 以上导作为护拱底模, 按照护拱钢筋设计图进行护拱钢筋绑扎, 施做大拱脚锚杆, 然后浇筑护拱混凝土。
4.8 回填覆盖
护拱混凝土达到一定强度后, 进行回填土覆盖, 防止基坑积水影响隧道施工安全。同时恢复冲沟排水系统。
4.9 隧道开挖掘进
护拱施工完成以后, 隧道从小里程端正常掘进, 掘进采用三台阶法, 掘进过程中坚持“短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则。在开挖中下导时左右马口必须错开3m~5m的间距, 防止掉拱现象发生。
4.10 施工仰拱、二衬
开挖完成以后及时施做隧道仰拱和二衬。
5 变形观测
对于此段围岩的变形观测, 与正常Ⅴ级围岩一样, 收敛和拱顶下沉监测点的布置根据施工方法、规范要求采用五点法布置, 即同一断面上台阶布置3个点, 下台阶布置2个点, 测点断面布置图见图3。断面间距按10m一个断面, 共布置了4个断面, 即YK4+870、YK4+880、YK4+890和YK4+900。按照规范和图纸要求的监测方法和相应的监测频率进行监测, 其监测结果如表1所示。
根据围岩变形速率值评判标准对监测数据进行了评判, 其周边位移量和拱顶下沉量均符合要求。说明按此方案施工, 周围土体的变形量和地表沉降量很小, 不会影响到隧道的施工安全和结构安全。
6 投资及施工进度
6.1 投资比较
如果采用暗挖法施工, 需对支护参数进行加强, 同时采用超前小导管注浆进行超前预支护, 经过测算, 其增加的投资约为65万元人民币;而采用盖挖法施工, 其增加的投资为35万元人民币。说明采用盖挖法施工具有较好的经济价值。
7 结语
由于盖挖法施工可以最大限度地降低隧道施工安全风险, 又能在盖板下按顺作法施工隧道结构, 既保证了施工进度, 又具有广泛的经济效益, 因此盖挖法施工技术在超浅埋软土隧道施工中具有良好的应用前景。
摘要：盖挖法施工能够有效控制隧道周围土体的变形和地表沉降, 确保隧道施工安全, 加快施工进度, 具有广泛的经济效益。本文以汝郴高速公路半江子隧道施工为例介绍盖挖法在超浅埋软土隧道施工中的应用。
关键词：超浅埋软土隧道,盖挖法施工技术,应用
参考文献
盖挖法施工技术论文 篇4
1.1 工程概况
焦杖子隧道位于河北省承秦高速公路秦皇岛段的青龙满族自治县境内, 隧道由多条冲沟下部穿过, 沟谷多成“V”型, 隧道洞身左线LK132+378~LK132+400段22m及右线RK132+382~RK132+418段36m, 基岩为下元古界桲罗台组与褚杖子组并层, 岩性以二云变粒岩和黑云变粒岩, 全风化至强风化, 节理裂隙发育, 岩体破碎, 稳定性差, 易坍塌、掉块, 属于V级围岩浅埋段, 采用一般暗洞开挖时洞顶围岩易发生大变形或塌落危险, 故综合考虑采用盖挖法施工。
1.2 方案
1) 按新奥法组织实施, 遵循“弱爆破、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的基本原则, 综合考虑采用盖挖法施工, 上台阶4.5m采用明挖, 对临时开挖进行锚喷防护, 施作护拱, 分层回填浆砌片石、碎石土等回复原有地形。下台阶部分预留核心土法进行暗洞开挖。
2) 紧跟下台阶部分围岩进行超前注浆加固及锚杆支护等初期支护措施, 改善围岩力学性质、提高岩体自承能力。
3) 加强施工监控量测, 及时施作仰拱、二次衬砌结构。
4) 根据围岩监控量测结果, 确定预留变形量15cm。
1.3 工程地质情况
洞顶浅埋处表面为粉质黏土及碎石, 最小埋深约1m, 地表地势较为陡峭, 形成自然冲沟;上台阶部分主要为全风化层;下台阶及仰拱部分主要为强风化变粒岩。
2 主要工程数量
盖挖段工程数量 (此处列出明挖部分工程量) :
1) 钢筋3 385kg, 工字钢钢架39 581kg。
2) C20早强喷混凝土93m3, C25护拱539.4 m3。
3) 明挖土石方8 149 m3, 回填M7.5浆砌片石2 645 m3, 碎石土回填2070m3, 黏土隔水层609m3, 腐殖土回填800.4m3。
4) φ22mm锚杆7 261kg, φ6.5mm钢筋网2 111kg。
上述工程数量为图纸暂定数量, 最终数量根据现场实际情况确定。
3 机械设备及人员配置 (见表1、表2)
4 施工方法
4.1 明挖部分施工便道选择
公路隧道盖挖法是地下工程超浅埋时而采取的新型工程施工方法:由地面向下开挖至一定深度后, 将顶部封闭, 其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。明挖部分从上往下开挖施工, 便道选择很关键, 经现场勘测, 盖挖段距离洞口直线距离300m, 其山体起伏较大, 且沿线树木较多, 若从洞口向山上拉通便道, 修建约700m泥结碎石便道, 不仅会增加土石方量, 破坏山体植被, 而且征地协调、便道施工时间较长, 耽误工期较多, 费用大增。为节约成本、缩短工期, 本工程采用从隧道内部进入, 拱顶埋深超浅, 直接进行破顶施工, 逐步扩大破顶面, 为施工机械提供场地。
4.2 施工工序流程
盖挖法施工工序流程:地表临时排水系统→上台阶及以上明挖→边坡防护→护拱施作→反压回填→下台阶及初期支护预留核心土分左右开挖→下半断面中槽开挖及仰拱初期支护→仰拱浇筑及回填→防水及二衬施作。
4.3 各环节施工方法
4.3.1 地表临时排水系统
测量放样, 确定开挖线, 在开挖线外根据实际情况施作临时排水系统, 以确保将山体破面汇水引入自然冲沟, 不至对洞内施工造成妨碍、积水等。
4.3.2 上台阶及以上明挖
根据测定的开挖线一次性将边坡、仰坡开挖到位, 坡率按设计的1∶0.5执行, 并将上下台阶分界面整平。
4.3.3 边坡防护
1) 边坡开挖到位后, 立即进行坡面防护施工, 以确保边坡的稳定性。
2) 岩体较为破碎, 明挖部分坡面防护设计为φ22mmL-3m-120×120cm梅花型全坡面法向布置+φ6.5mm-20×20cm全坡面布置+10cm厚C20早强混凝土全坡面喷射。
4.3.4 护拱施作
1) 测量定位并安装钢架, 并进行纵向连接, 确保其整体稳定性, 钢架底部采用锁脚锚杆进行固定。
2) 安装钢拱架采用20a工字钢架纵向间距60cm, 沿钢拱架架设直径为φ22mm的纵向连接钢筋, 并按环向设计间距设置, 挂φ6.5m m双层钢筋网20cm×20cm, 挂板安装模板, 模板采用15mm竹胶板或20mm硬质木板。钢支撑的标准施工是按“规定间隔和高度架设置→接头安装→连接螺栓的紧固”的顺序进行。钢拱架支撑脚部座落在基岩上或用锁脚锚杆稳定, 钢架与围岩之间的较大间隙部位用钢楔间隔楔紧, 再用喷混凝土填充密实, 避免留下空隙和隐患。
3) 设置60cm厚C25混凝土护拱, 45cm厚C25钢筋混凝土二衬 (二衬也作为承载结构) , 本段盖挖为右线36m分6段浇筑, 每段6m (左线22m分4段:3×6m+1×4m) , 采用专用泵车从洞内输送混凝土。
4) 浇筑最后一段护拱时, 在顶部预留30cm×60cm天窗, 便于混凝土输送, 最后增加钢筋补强并用同标号混凝土封住天窗。
4.3.5 反压回填
1) 部分回填材料从天窗进入, 分节段施工护拱达到强度后, 及时紧跟施作反压回填。拱顶100cm水平线内回填M7.5浆砌片石, 往上依次为回填碎石土、50cm黏土隔水层、腐殖土, 腐殖土回填按30cm进行施工, 最终达到恢复土地耕种能力、不再占用土地资源的效果。碎石土用小型夯实机夯实。
2) 施作最后一个节段护拱前, 将剩余部分反压回填材料直接输送至空地上进行储存, 待最后一个节段护拱达到强度后, 及时进行剩余部分反压回填, 则整个明挖部分施工完毕。
4.3.6 预留核心土分左右开挖下台阶及初支
明挖部分工作全部完成后, 施工下台阶开挖及初期支护, 采用预留核心土法, 先右后左, 每循环开挖进尺比一榀工字钢间距略大, 即75cm左右, 并及时安装拱架、锚杆、挂网锚喷。本工序作为隧道开挖中破碎围岩常见施工工艺 (见图1) , 不再详述。
4.3.7 仰拱及充填
该地段围岩条件较差, 在施工中, 要仰拱先行, 及早封闭, 以利于衬砌结构的整体受力;仰拱浇注前, 清除松散材料、排除积水, 浇注混凝土由仰拱中心向两侧对称进行。仰拱混凝土达到设计强度70%后, 方可浇注填充混凝土。在施作混凝土前, 清除仰拱面的碎碴、粉尘, 并冲洗干净。
5 施工进度安排
1) 明挖土石方:5d
2) 明挖边坡防护:5d
3) 护拱施作:30d
4) 反压回填:30d于前置工序10d开始
5) 下台阶开挖支护:12d
6) 仰拱开挖及初支:6d
7) 仰拱、仰拱二衬、填充:6d合计64d
6 施工安全保证措施
1) 现场配置专职安全员, 所有施工时段进行顶点防范;操作手采用经过培训合格持证上岗的操作手。
2) 破顶时挖掘机需位于小里程端已经施工完钢架及初支范围内, 待挖到一定范围, 不会出现坍塌后, 方可前进出洞。
3) 开挖面随时保持坡率, 不得进行掏挖, 即“挖神仙土”。
4) 边坡锚杆、挂网、喷混凝土施工人员必须配带安全绳。
5) 钢架安装时必须有可靠支撑, 防止倾倒。
6) 护拱施工必要时搭设脚手架内衬。
7) 遵守隧道开挖初支的常规安全要求, 所有有关人员进入现场必须配带劳保用品。
8) 严格遵守“短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则。
7 工程质量保证措施
1) 做好“围岩量测”, 勤于观测, 科学分析, 并掌握初支体系变形收敛情况, 以确保消除质量、安全隐患。
2) 隧道环向钢架连接, 作为重点进行控制。
3) 护拱底部、初支钢架底部, 必须落在基岩上, 杜绝置于虚碴上出现悬空, 进而引发质量、安全事故。
4) 控制好锚杆长度、喷混凝土厚度、钢架间距及连接, 确保初支体系承载能力。
5) 反压回填浆砌片石必须砂浆饱满, 杜绝空洞, 且上部回填碎石土等控制好压实程度。
6) 盖挖段防排水做为重点进行控制, 杜绝二衬施工完毕后出现漏水、渗水。
7) 控制好混凝土构件的浇筑质量, 从源头上控制好各个环节的原材料质量。
焦杖子隧道在超浅埋复杂地质地段采用盖挖法施工, 已于2012年9月顺利完工, 迄今, 该段结构稳定、无质量病害问题。
参考文献
[1]JTG/TD 71-200公路隧道交通工程设计规范[S].
[2]关树宝.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社, 2003
盖挖法地铁车站设计问题的探讨 篇5
关键词：地铁车站,盖挖法,设计,问题
在地铁工程建设过程中, 地铁作为城市交通的主要干线经常穿越城市交通繁忙的地段, 地铁车站施工时的交通疏解能否解决是稳定车站方案的前提条件。在选择施工方法上, 应根据工程地质和水文地质条件、气候特征、环境条件 (地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况等) 及城市总体规划要求, 结合周围地面既有建筑物、地下管线及道路交通状况, 通过对技术、经济、环保及使用功能等方面的综合比较, 合理选择施工方法。
采用盖挖法施工的车站, 其路面敞口作业时间较短, 对工程周边的环境及交通影响较小, 其结构体本身作为围护结构的支撑体系, 刚度较高, 可显著减小围护结构及周边环境的变形。对不能长期占用地面, 交通影响较大的车站, 一般考虑采用盖挖法施工。在我国北京、上海、广州、南京的地铁车站工程中均有所应用。盖挖法依施工的步骤不同, 可分为盖板法、盖挖逆筑法及盖挖顺筑法。盖板法是在围护结构与中间支承桩上铺设临时钢梁及路面板以尽快恢复交通, 此后在临时路面板下进行开挖, 开挖到基坑底, 再由下而上回筑内部结构, 最后覆土及恢复路面。盖挖逆筑法是围护结构与中间支承桩施工完成后, 在围护结构与中间支承桩上浇筑顶板混凝土, 由上而下顺序施作各层板及边墙, 各层结构板作为基坑围护结构内支撑。盖挖顺筑法是围护结构与中间支承桩施工完成后, 在围护结构与中间支承桩上浇筑顶板混凝土, 在顶板下暗挖, 边挖边架设内支撑, 直到车站基坑底, 再由下而上顺序施作各层板及内衬。由于盖板法对地铁车站结构方面的设计影响较小, 因此主要对盖挖逆筑法及盖挖顺筑法车站结构设计中所涉及的若干问题进行探讨。
1 盖挖法地铁车站设计的若干问题
1.1 主体与围护结构的结合形式
地铁车站主体内衬墙与围护结构的结合形式有复合墙和叠合墙两种结构形式。叠合墙形式虽可减薄侧墙厚度, 但其在围护结构要预留钢筋接驳器及预埋钢筋, 施工较为复杂;与板接驳处形成防水薄弱点, 对围护结构的防水要求较高;内衬混凝土收缩变形受围护结构约束, 易产生裂缝, 防水质量不易保证, 对车站耐久性有一定影响。复合墙结构防水效果好, 车站主体内衬墙的浇筑质量较有保证, 有利于结构的耐久性。因此, 内衬墙与围护结构结合形式的选择应根据施工技术、防水质量等方面进行比选, 确保地铁车站主体内衬墙的质量及防水效果。
1.2 盖挖中间支承柱的选择
采用盖挖法施工的车站由于顶板需回填覆土尽快恢复交通, 中间支承柱需承受上部较大的荷载, 目前的地铁设计中, 盖挖中间支承柱主要有钢管柱和型钢柱两种形式, 钢管混凝土是在薄壁钢管内填充混凝土, 将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构。在结构上, 二者的优点结合在一起, 可使混凝土处于侧向受压状态, 其抗压强度和变形能力可成倍提高。薄壁钢管在压力作用下容易发生失稳破坏, 内填混凝土可使混凝土对钢管壁起到平面外的支撑作用, 减缓钢管壁的屈曲, 两者共同发挥作用, 从而大大地提高了承载能力。型钢混凝土结构是在钢结构柱、梁周围配置钢筋, 浇筑混凝土, 钢构件同混凝土连成一体, 共同作用的一种结构。混凝土中配置型钢后, 混凝土与型钢间具有相互约束作用, 一方面混凝土包裹在型钢外侧, 在构件达到极限承载能力之后型钢不会发生局部屈曲, 另一方面, 型钢对核心混凝土也起到一定的约束作用, 可以在一定程度上提高混凝土强度。盖挖法车站中间支承柱可采用焊接组合型钢截面钢作为临时中间支承柱, 承受上部荷载, 待基坑开挖至底部, 后包混凝土成为型钢混凝土柱。
在承载力计算原理上, 钢管混凝土柱在承载力计算中引用套箍指标, 考虑钢管混凝土柱组合作用和受力性能, 根据外套钢管的约束情况来计算混凝土的受力性能。型钢混凝土柱其正截面偏心受压承载力计算, 采用极限平衡方法, 并将型钢腹板应力图形简化为拉、压矩形应力图形, 同时参照钢筋混凝土偏压承载力公式中的相关参数, 给出简化计算方法。
钢管柱具有承载力高、延性好、抗震性能优越的优点, 同时因为钢管构件的制作、安装具有一定难度和繁琐性;钢管混凝土柱管内混凝土的浇筑属于隐蔽工程, 混凝土的浇灌质量是无法直观检查的。型钢混凝土柱具有施工便捷、工序较简单、耐久性和耐火性较好等优点, 但现场焊接工作量大, 抗震性能及整体性、节点刚度较弱及在基坑开挖期间型钢所受承载力较大, 型钢截面较大。同时, 盖挖中间支承柱质量控制的关键问题还在于中间支承柱的安装定位上, 钢管柱的安装精度要求较高, 中间支承柱中心线和基础中心线的允许偏差为±5 mm, 中间支承柱的不垂直度误差不得大于柱长的1‰, 而型钢柱由于在使用阶段外包混凝土, 垂直度要求相对没钢管柱高。
1.3 车站顶板与围护结构连接形式
对于盖挖法施工的地铁车站, 顶板需支承在围护结构上, 由围护结构承受覆土后的顶板传来的竖向荷载。顶板与围护结构连接的方式有铰接及固接形式。铰接形式为顶板直接搭在围护结构上, 钢筋不连通。固接形式是顶板钢筋与围护结构相连, 两者在转角处共同受力。如地铁车站自身的重量不满足抗浮要求, 需考虑利用围护结构重量及侧摩阻力满足抗浮要求时, 建议将顶板与围护结构相交处采用钢筋连通, 共同受力以满足抗浮的要求。反之, 则可考虑采用铰接形式连接。
1.4 车站主体防水处理
对于采用叠合墙形式的车站, 围护结构既是结构的永久承重墙, 又是兼防水、基坑支护等多重作用的侧墙, 在施工内衬墙时可不需另铺设防水层。对于采用复合墙形式的车站, 防水的做法是从顶板的防水过渡到围护结构的防水, 再过渡到内衬墙的防水。如车站各层板与围护结构是铰接, 各层板钢筋不伸入围护结构内则防水层可以连通, 形成全包防水;如车站各层板与围护结构是刚性连接, 各层板钢筋伸入围护结构内, 防水层在各层板处需断开。此时, 在板与围护结构相交处可用聚硫密封膏封口, 在表面涂聚合物防水砂浆, 并预留注浆管, 在接口处注环氧树脂, 防止出现渗漏水, 确保防水效果。这种做法利用水泥聚合物粘性好, 而且材料本身具有良好的弹性和柔韧性, 能承受施工过程中钢筋处于动态变位时, 仍然紧密地与钢筋粘结牢固的特点, 保持动态变位过程中不致断裂, 起到围护结构与板新旧混凝土之间的界面连接作用, 并且能有效地防止有压水顺着钢筋窜流产生的渗漏源。
2 结语
以上对盖挖法地铁车站设计所涉及的几个方面进行了探讨, 希望对今后采用盖挖法施工的地铁车站设计提供一定的参考。在具体的设计过程中, 还应根据不同车站的需要从施工进度、经济技术指标、工程实施难度及周边环境要求等方面对车站的施工方法和结构形式进行合理的选择。
参考文献
[1]刘建航, 侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[2]王元湘.地铁盖挖法技术研究[J].地下工程与隧道, 1994 (4) :49-50.
[3]GJ 138-2001, 型钢混凝土组合结构技术规程[S].
盖挖法施工技术论文 篇6
1 盖挖法概述
城市地下施工中,首先采用施工临时路面系统,并在其下进行地下土方开挖和结构实筑的这一类施工方法统称为盖挖法。20世纪50年代初,盖挖法首先在加拿大多伦多地铁施工得到应用,之后在西班牙、日本等发达国家工程建设中得到了广泛运用并取得了丰富设计施工经验。盖挖法在我国发展可以追溯到20世纪80年代中期,哈尔滨人防系统的建设,之后由于其对周围环境和地面交通影响小等优点和国内外的成功应用,在国内的城市地下工程建设中迅速推广起来。
按照地下主体结构的施工顺序,可将盖挖法进一步细分为盖挖顺筑法、盖挖逆筑法和盖挖半逆筑法3类。
1.1 盖挖顺筑法
盖挖顺筑法是首先在完成挡土结构后,采用在挡土结构上设置预制标准构件(梁、路面板等)以维持路面交通,在临时路桥系统的保护下往下进行土方开挖和加设横撑,直至设计标高。然后再按着从下至上的顺序,施筑地下结构的防水工程和主体结构,土层回填、既有管线恢复或埋设新的管线路、拆除多余结构部分,恢复道路。
1.2 盖挖逆筑法
盖挖逆筑法是先建造地下工程的柱、梁和顶板,然后以此为支承构件,上部恢复地面交通,下部进行土体开挖及地下主体工程施工的一种方法。盖挖逆筑法一般先在地表采用地下连续墙或帷幕桩,施筑基坑的维护结构和中间桩柱,随后开挖表层土体至设计主体结构顶板地面标高,并利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。此后,在顶板和维护结构遮护下,从上而下逐层开挖土体、施筑地铁车站或区间隧道的主体结构,直至设计标高。
1.3 盖挖半逆筑法
盖挖半逆筑法是盖挖顺筑法和盖挖逆筑法的中间改进施工方法,围护结构、顶板等地表施工和逆筑法相同,而地下土方开挖和主体结构实筑采用的是顺筑法施工的自下而上的施工顺序。在半逆筑法施工中,一般都必须设置横撑并施加预应力[1]。
2 盖挖法临时路桥体系设计
临时路桥体系主要由临时路面体系和竖向支撑体系2部分组成。在地铁车站或者地铁区间隧道盖挖法施工中,临时路面体系和中间立柱是结构竖向承载的主要构件,路面体系要承受行驶在其上的汽车荷载的作用,中间立柱则要和围护结构一起承受来自上部盖板和楼板等结构的竖向荷载[2]。目前,由于尚未有针对临时路桥体系设计计算规范,如何保证盖挖法临时路桥体系的正常安全使用,已经成为盖挖法施工亟待解决的难题。
2.1 路桥体系选型
地铁车站盖挖法临时路面系统选型时,应充分考虑临时承载体系的设计承载能力、结构强度、刚度及稳定性要求,同时为了便于施工和节约工程造价,要求其满足便于快速安装、拆卸和重复利用的要求,以最大化地减小对地面交通影响。因此,临时路桥系统的选取应着重考虑以下几个因素:
1)满足设计承载、强度、刚度和稳定性要求;2)满足快速安装、拆卸以最大地减小对地面交通影响的次数与天数;3)应尽量便于车站施工土石方开挖和主体结构施工;4)经济成本合理低廉。
从目前工程实践运用中,地铁车站或区间隧道建设中型钢梁路面系统和军便梁路面系统是应用较广的临时路面系统。
2.2 临时路桥体系荷载确定
结构上承受的荷载分为永久荷载(恒载)、可变荷载(活载)和偶然荷载,根据地下工程结构的特点,常用的荷载分类如表1所示。
可见,临时路面体系的荷载可分为永久荷载和可变荷载,其中结构构件的自重等构成结构永久荷载,而可变荷载主要由汽车荷载和冲击荷载等组成。
2.3 路桥面板设计
临时路桥面板设计应充分考虑面板结构的设计承载能力,结构强度、刚度及稳定性要求,同时为了便于施工和节约工程造价,要求其满足快速便捷装卸和可重复使用的要求。
在标准路面板的长、宽选取时,应考虑支撑的合理布置及施工的便利性,尽量采用3 m×l m的常用型钢路面板、混凝土路面板、钢路面板3类标准路面板。其中,采用外包角钢的单跨预制板的混凝土路面板,具有安全、可靠的性能,但是混凝土板自重太大施工不便,且对纵横梁体系影响较大;而钢路面板因其刚度较小,需按1 m间隔设置纵向槽钢作横向次梁,并且车行噪音较大;采用并排焊接5根H型钢,并且两端用平钢进行加固的型钢路面板,因其不仅可以作为社会交通的路面,也可以用于施工工地的栈桥,具有用途广泛的优点,可重复利用,综合效益较好,在实际工程中被大量采用和广泛推广[3]。
2.4 盖板梁和首道支撑设置
在盖挖法施工中,盖板梁与首道支撑的设置方法主要包括分离设置、结合设置2种。当地质较好、土体自立性良好时,盖板梁不承受来自水平方向的荷载,只受路面竖向荷载,并进而将路面竖向荷载传递给中间立柱,此时普遍采用将盖板梁和首道支撑分离设置的方案。
根据施工所需空间要求,第1道支撑一般设置在地表以下2 m深处。盖板梁兼作首道支撑时,必须使得该构件能同时承受上部传来的竖向荷载及基坑挡墙传来的水平荷载,约束挡墙的水平变形,也即该构件必须同时是抗弯构件,又是抗压构件[4]。
2.5 竖向支撑体系设置
盖挖法施工中为了给地下主体结构施工提供支持和遮护作用,通常采用首先实筑地下维护结构和中间立柱的方式,使两侧维护结构和中间立柱共同构成临时路桥系统的竖向支撑体系。
根据立柱的使用功能和长期要求,可将中间立柱细分为永久性立柱和临时性立柱2种,一般临时立柱只是在工程施工过程中作为临时的路面交通和结构的支撑构件,并在施工结束后进行拆除处理以便重复使用,而永久性立柱在施工竣工后不拆除而是作为地下主体结构的结构承载构件共同承担结构主体荷载。
立柱在上部路面或土层荷载及侧向基坑开挖土体应力作用下,将发生沉降、抬升及倾斜,同时由于立柱桩承载的不均匀性,也将会使立柱桩间及立柱桩与地下墙之间产生较大差异沉降。若差异沉降过大,将会使临时路面体系产生较大的附加应力,严重影响结构施工和营运安全。
立柱桩之间及立柱桩与围护结构之间的差异沉降不宜大于20 mm[5]。鉴于此,在设计施工过程中如何减少中间立柱桩、围护结构的差异沉降已经成为盖挖法施工的关键之一。同时,随着基坑的开挖,立柱将逐渐失去周围土层的约束作用而使立柱自由长度增加其稳定性能逐渐降低,情况严重的将很可能使立柱产生失稳,因此在盖挖法施工中为了增加立柱的稳定性,一般在每道支撑标高处,设置纵向、横向连系梁使其与横向支撑、竖向立柱形成稳定的空间体系,以保持立柱稳定和整个临时路桥体系结构受力安全。
3 结 论
综上所述,在城市地铁车站或区间隧道施工过程中,临时路桥体系的设计施工是盖挖法施工的关键之一。
该文从临时路桥体系选型、临时路桥体系荷载确定、路桥面板设计、盖板梁和首道支撑设置和竖向支撑体系设置等方面对临时路桥结构体系设计进行分析,为盖挖法临时路桥体系合理设计提供技术参考。
摘要：临时路桥体系的设计、施工及维护是城市地铁车站盖挖法施工成功的关键之一。该文首先简要介绍常用的3种盖挖法,然后从临时路桥体系选型、路桥面板和竖向支撑等方面,深入分析临时路桥体系的影响。
关键词：盖挖法,临时路桥体系,竖向支撑
参考文献
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盖挖法在大断面黄土隧道中的应用 篇7
近年来随着国家不断加大西北地区高速公路建设投资力度, 在甘肃这一黄土山峦的密集地区, 修建了大量的黄土隧道。通过这些黄土隧道的的施工, 取得宝贵现场数据, 积累的丰富的经验, 锻炼了一批拥有实战经验的团队。随着建设不断推进, 新的项目不断的开始, 新项目施工地形越来越复杂, 工程施工难度不断超越。由于工程结构的要求和地限制, 为了圆满的完成施工任务, 全体施工人员齐心协力, 在施工中尝试运用了许多公路建设中不常用到的施工方法, 收到了的意想不到的效果。下面我就盖挖法在大断面黄土隧道中的应用做以介绍。
1 工程信息
兰秦快速路付家窑2#隧道为三车道黄土隧道, 总长1256m (单洞) 左线长712m右线长540m, 隧道开挖断面达到170m2, 隧道穿行黄土山梁, 地势东北高西南低, 地形破碎, 沟壑纵横, 冲沟发育。其中隧道右线进口端选线位置夹于两山之中位于冲沟底部, 左侧山势陡峭山坡坡度在20-40°。山体均为上更新统风积黄土, 土质松散, 自稳性差。YK1标高+860-830端地面YK1+860-845原地面标高侵入隧道设计断面0-6m。YK1+845-860段隧道右侧拱顶覆盖层厚度0-1.5, 且土质松散, 自稳性极差。综合现场地形, 右线进口进洞段主要存在露顶、浅埋、易滑坡坍塌、左侧山体偏压施工安全隐患, 右线进口首先考虑采用明挖法施工, 但经过测量, YK1+860-830段右侧山体陡峭山坡坡度约为1:0.8。坡顶开挖开口线距离路面设计标高56m, 山体表皮2-3m土质松散。进行如此大面积的开挖极易引起大面积的滑塌。为了安全并且高效经济的的完成施工任务。经研究决定将YK1+860-830段掘进及初次衬砌施工方案改为盖挖法。
2 施工方案
为了施工的安全, 决定对YK1+860-830段山体使用108mm直径8mm厚钢管经行超前加固。为了保证管棚施工的精确性在YK1+860-858初期支护外2m导向墙, 导向墙厚85cm采用20a工字钢骨架, 浇筑C30砼。导向墙拱脚设1.5×2×1m扩大脚。预埋120mm直径5mm厚导向管, 导向管角度外倾1.5°防止超前钢管施工时倾入隧道施工断面内。根据地形右侧导向管自拱脚标高起1m处开始布置, 中心间距35cm共设置6道。左侧导向管自拱脚标高起1m处开始布置, 中心间距35cm共设置23道。超前管棚长30米, 内设三根20mm钢筋笼, 用来加强管棚。设计注水泥浆液 (添加5%水玻璃) , 水灰比1:1, 注浆压力初压0.5-1MPa、终压2.0MPa注浆盖挖段侧墙无弧度, 高3.3米设计采用WH175型型钢拱架, 拱架间距50cm, 环向1m设置22mm链接钢筋, 连接钢筋和拱架牢固焊接。侧墙采用80cm厚C30模筑砼。拱盖采用WH175型型钢拱架, 拱架依照设计尺寸、弧度用冷弯机加工制成。拱架每段两端焊接预先成孔的10mm厚200×200mm A3钢板, 段与段连接采用M20×70高强螺栓。拱架间距50cm, 环向每1m设置22mm链接钢筋1道, 连接钢筋与拱架牢固焊接, 拱盖拱脚处每榀拱架设置2根5m长60mm锁脚锚管, 拱盖用80cm厚C30模筑砼浇筑。待盖挖法初次衬砌全部完成后及时的施做80cm厚钢筋砼C30仰拱和50cm厚二衬。待二衬封闭具备强度后在拱盖顶回填土压实。
3 施工方法
由于施工现场地处冲沟内, 首先施做了临时排水系统。在YK1+858导向墙以下预留了核心土, 在保持掌子面稳定的同时, 方便了导向墙砼的模板安装砼浇筑, 为钻机开孔, 管棚的顶管提供了作业平台。
管棚施工结束后, 马上开始盖挖法施工初次衬砌。首先施工右侧墙, 右侧墙施工直接落底, 每次开挖支护循环进尺2-3米, 挖机开挖后人工配合整修, 拱架安装后组装模板及时浇筑砼。注意砼浇筑时人工振捣密实, 砼收面与拱架连接钢板要高于砼面10-20cm, 便于下一步拱盖拱架安装时连接处的施工操作。侧墙浇筑完毕后及时回填基坑, 以便于后续拱盖施工。
右侧墙施工完成后, 即开挖上部土体施工弧形拱盖, 为了施工安全, 拱盖施工循环进尺控制在0.5-1m, 开挖时利用挖掘机主要开挖, 人工配合整修的方式。支护采用人工支护台架作为安装拱架和施做锁脚锚杆的平台。主拱拱架安装完成后, 利用I18拱架提供拱盖地模板的支撑和加固。拱盖浇筑时左右对称浇筑。
在拱盖完成8-10m开始施工左侧侧墙。左侧墙施工时跳槽开挖, 同时严格控制每循环开挖进尺, 3-4榀为宜。力求做到“短开挖, 快支护”。浇筑砼时, 侧墙和拱盖拱脚结合位于, 模筑砼浇筑时容易形成空腔, 应该提前预留注浆管, 或者拆模后及时用喷射砼天填补空腔。
拱盖和侧墙砼达到设计值后马上施做了仰拱及二衬, 及时的对拱盖顶进行了回填。
4 施工心得
通过盖挖法的成功应用使得付家窑2#隧道右线进口YK1+860-830段安全顺利的施工, 最大限度的地减少了对山体的大开挖。通过后期的监控量测, 拱盖的变形, 山体位移和地表沉降得到很好地控制。分部作业同时提供了多个工作面加快了施工进度。盖挖法在付家窑2#隧道右线进口的成功应用, 解决了浅埋、偏压、高边坡、拱顶镂空等施工难题。为以后的施工打开了思想, 积累了经验。
摘要：随着我国经济的飞速发展, 在交通建设过程中, 我国的隧道工程越来越多, 隧道工程的施工难度越来越大, 同时对质量控制要求, 越来越严格。所以我们在隧道工程中不断的尝试新工艺、新方法。