地铁注浆与冻结法施工方案Word文档下载推荐.docx
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1.4编制依据
本设计主要依据总包单位提供地地质资料、冻结施工图和结构设计图纸,并参考类似工程地施工经验.施工执行地规范和标准,主要包括:
《相关地勘资料》
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
《地下防水工程质量验收规范》GB50208-2002
《建筑变形测量规范》JGJ8-2007
《煤矿井巷工程施工规范》GB50511-2010
《煤矿井巷工程质量验收规范》GB50213-2010
《工程测量规范》GB50026-93
《地下工程设计规范》GB50157-92
《地下铁路工程施工及验收规范》GB50299-1999
《混凝土质量控制标准》GB50164-92
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001
《建设工程施工现场供用电安全规范》GB50194-2005
2冻结加固方案设计
2.1拟解决地关键问题
(1)土层钻进中防止涌砂冒泥
部分区域穿越河流或承压水层,施工区域地进场出现承压水等不良地质条件,为保证施工安全,施工过程中应严格按照施组规定地防喷措施施工,确保工程安全、顺利.
(2)对周围环境地控制
本工程位于市区内部,地面为太阳公园地建筑群,从钻孔施工、开挖支护和冻胀融沉等各阶段严格监控,以防施工对周围地层地扰动引起地表产生较大位移,影响地面建筑情况.
(3)变形缝
该处联络通道处于地下水位以下,变形缝漏水是普遍存在地问题,施工中应加强变形缝地质量控制.
(4)冻胀融沉地控制
冻结法施工应加强冻胀融沉地控制,加强地面和隧道管片变形监测,采取泄压、注浆等措施进行控制.
联络通道施工必须保质保量按设计图纸要求,安全地完成施工任务,同时将冻结加固和开挖构筑引起地不利环境效应控制在地铁工程质量验收规范允许地范围内.
2.2主要冻结施工设计参数汇总
冻结施工设计参数汇总详见表2-1.
表2-1联络通道主要冻结施工参数一览表
序号
参数名称
单位
数量
备注
1
冻土墙设计厚度
m
2.2
2
冻土墙平均温度
℃
-10
冻结壁与管片交界面≤-5℃
3
积极冻结时间
天
50~55
实际冻结时间以监测结果和专家论证意见为准
4
冻结孔个数
个
60
5
冻结孔允许偏斜
mm
150
6
冻结孔开孔误差
≤100
7
最低盐水温度
-30~-28
冻结7天盐水温度达-18℃以下
8
单孔盐水流量
m3/h
5~7
9
冻结管规格
φ89×
φ108×
低碳钢无缝钢管
10
测温孔
φ32×
3钢管
11
卸压孔个数
12
冻结管总长度
371.60
2.3其它冻结施工设计参数
(1)冻结壁交圈时间:
冻土发展速度平均按20mm/d计算,交圈时间约为20~23天.
(2)冻结管长度:
按施工图设计,联络通道冻结管和冷冻排管长度分别为371.6m和141m.
(3)冻结需冷量:
冻结管散热系数取300kcalh-1m-2,冷量损耗取20%,计算可得联络通道冻结总需冷量为4.63×
104kcal/h.
3冻结施工
3.1冻结施工流程
冻结施工流程见图3-1.
图3-1冻结施工流程图
3.2冻结施工准备
3.2.1通行、通水、通电及通风准备
(1)要求提前供电到隧道端头井附近,并清理隧道及施工场地,保证施工通行顺畅.
(2)在隧道内铺设两根2”管路至联络通道施工工作面,用于冻结孔打钻供水、排污和冻结时地供、排水.在端头井中安装流量20m3/h潜水泵1台,在施工工作面各安装流量20m3/h地排污泵1台.
(3)视隧道通风情况确定是否需要通风,如果需要则利用轴流风机或风管为隧道通风.
(4)冷冻站布置于端头井二层平台,供电采用低压接入冷冻站,容量需满足施工要求.
3.2.2钻孔及冻结站平台搭设
联络通道用20#工字钢搭建长约20m宽4.5m地钻孔平台.
3.2.3钻孔支架安装
在工作面钻孔区域内架设钻孔支架,钻孔架4~6根20#工字钢为立柱,上下通过20#工字钢方框植筋固定在结构上,植筋符合相关规范要求.立柱中间设置升降平台,平台由20#槽钢封边,20#工字钢做内部钢支撑,上满铺木板,再用脚手架管设1.2m高护栏,升降平台通过抱卡与立柱连接,同时由4~6个2T葫芦吊挂在上方框上.
3.3冻结孔施工
3.3.1冻结孔施工准备
(1)冻结孔定位
准备找出隧道腰线,根据腰线及管片缝按照设计图纸定位冻结孔.如果冻结孔在管片缝、手孔、螺栓上,可在设计允许范围内进行适当调整,如调整量超过设计允许范围,须经设计同意.
(2)开孔区域探孔及壁后补充注浆
在钻孔之前,对钻孔区域内管片壁后注浆情况进行探测,视壁后注浆情况及土层涌水冒砂情况决定是否进行壁后补充注浆.打开钻孔区域内管片预留注浆孔,安装防喷装置,用钻打破钻孔层,记录注浆层厚度,同时,打破注浆层,进入土体30cm,观察土层涌水冒砂情况,观察完毕后,及时关闭孔口阀门.
如果注浆层较薄且土层有涌水冒砂情况,则进行壁后补偿注浆.
注浆结束后,浆液凝固2天,方可开始钻孔施工.
(3)钻孔材料及设备准备
将钻孔所需材料及应急材料运输至工作面,摆放整齐,并有明确地材料标识牌,应急材料不得擅自挪用.
3.3.2冻结管、测温管和供液管规格
冻结管选用地ф89×
8mm低碳无缝钢管,单根管材长度以1.5~2m为宜,采用丝扣和内接箍对焊连接.对穿孔用ф89×
8mm低碳无缝钢管,采用丝扣加对焊连接.测温管材质同冻结管,供液管采用1.5”焊接钢管或冻结管.
3.3.3成孔设备
单个联络通道选用H190型夯管机1台,3.5m3/min空压机2台,并联供气,电机总功率为40kw.选用水平钻机一台,用于透孔施工,钻机总功率为37kw.
3.3.4冻结孔质量要求
根据施工基准点,按冻结孔施工图布置冻结孔.孔位偏差不应大于100mm.冻结孔夯进或钻进深度应不小于设计值,或者以碰到对侧隧道管片为准.
冻结孔偏斜值宜不大于150mm,联络通道冻结孔最大允许间距为1300mm,采用经纬仪灯光测斜法检测.
3.3.5冻结孔开孔
管片上冻结孔开孔采用Φ121mm金刚石取芯钻.每个钻孔安装孔口管,孔口管用ф121×
5mm无缝钢管加工,孔口管头部加工200mm长地鱼鳞扣,安装时在鱼鳞扣外面缠绕麻丝.钻进时,在孔口管尾端连接孔口密封装置.安装孔口管时管片要留100mm以上地保护层.水泥管片上,孔口管与管片通过植筋或膨胀螺栓焊接连接.冻结孔开孔采用二次开孔工艺.
3.3.6冻结管夯进、钻进与冻结器安装
(1)按冻结孔设计方位要求固定夯管机导轨或钻机机架,调整夯管及钻机方向.
(2)压紧孔口密封装置,打开孔口阀门,开始夯管或者钻进.
(3)为了保证精度,开孔段是关键.前2m时,要反复校核冻结管方向,调整夯管机或者钻机位置,并用精密罗盘或经纬仪检测偏斜无问题后方可继续.
(4)冻结管下入孔内前要先配管,保证冻结管同心度.成孔后,用测斜仪进行测斜,然后复测冻结孔深度,并进行打压试漏.冻结孔试漏压力不低于0.8MPa,经试压30min压力下降不超过0.05MPa,再延续15min压力保持不变为合格.对于上仰地冻结孔,可以安装供液管后再打压,或者适当延长稳压时间.
(5)冻结管安装完毕后,将冻结管与孔口管地间隙满焊密封.测温孔施工方法与冻结管相同.
(6)在冻结管内下入供液管.供液管底端连接0.2m长地支架.然后安装去、回路羊角和冻结管端盖.
(7)冻结孔成孔后立即进行孔口注浆,然后拆卸孔口密封装置.3.4冻结制冷系统安装.
3.4.1冻结制冷设备选型与管路设计
(1)根据实际工况,两个联络通道共用一座冷冻站.
(2)根据实际工况,选用就JYSLGF16型或相当制冷能力地冷冻机组,该机组在盐水温度为-29℃,冷却水温度28℃时,每台机组地最大制冷量约为8.60×
104kcal/h,冷冻机组电机总功率为125kw.联络通道设计需冷量为4.63×
104kcal/h,配备JYSLGF16型冷冻机组一套作为主运转机,4.63×
104kcal/h<8.60×
104kcal/h,满足要求.同时选择一台作为备用.
(3)选用SCW150-400盐水循环泵2(其中1备用),流量198m3/h,扬程43m,电机功率45kw.
(4)选用18.5kw冷却水循环泵2台(其中1台备用);
DBNL3-50型冷却塔4台,电机总功率24kw.
(5)设盐水箱一个,容积6m3.
(6)盐水干管和集配液管选用ф159×
5mm焊管,集、配液管与羊角连接选用1.5"
高压胶管.
(7)冷却水管用ф133×
4mm焊管.
(8)冷冻排管用1.5”焊管加工.
(9)在冷冻机进出水管上安装温度传感器,在去、回路盐水管路上安装压力、温度传感器和控制阀门.在盐水箱安装液面传感器.
(10)在配液圈与冻结器之间安装阀门二个,以便控制冻结器盐水流量.
(11)在盐水管路地高处安装放气阀.
(12)盐水和清水管路耐压分别为0.8MPa和0.3MPa.
(13)冻结制冷施工冷却水最大用量为25m3/h,最大总用电量约474kw.
(14)其它
①冷冻机油:
选用N46冷冻机油.
②制冷剂:
选用R22制冷剂.
③冷媒剂:
用氯化钙溶液作为冷冻循环盐水.盐水比重为1.260~1.265.
3.4.2冻结站布置与设备安装
冻结站设在靠近联络通道位置.站内设备主要包括配电柜、冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及清水池等.设备安装按设备使用说明书地要求进行.
3.4.3管路连接、保温与测试仪表安装
盐水和冷却水管路用法兰连接,并用管架架设在施工平台上或隧道管片上.盐水管路要离地面安装,避免浸水和高低起伏.盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温,保温层厚度不小于30mm.集配液圈与冻结管地连接用高压胶管.冻结孔每3~5个一串联,串联尽量应间隔进行,应以每组冻结孔总长度相近为宜.
冷冻机组地蒸发器及低温管路保温用软质泡沫塑料.盐水箱、盐水干管和冷冻板表面用50mm厚地聚苯乙烯泡沫板保温.
温度计、压力表和流量计安装要按有关规范进行.
3.4.4溶解氯化钙和机组充氟加油
先在盐水箱内注入约1/4地清水,然后开泵循环并逐步加入固体氯化钙,直至盐水浓度达到设计要求.溶解氯化钙时要除去杂质.盐水箱内地盐水不能灌得太满,以免高于盐水箱口地冻结管盐水回流时溢出盐水箱.
机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书地要求进行.首先进行制冷系统地检漏和氮气冲洗,在确保系统无渗漏后,再充氟加油.
3.4.5隧道管片保温
在冻结壁附近隧道管片内敷设保温层,敷设范围不小于设计冻结壁边界1m,保温采用阻燃地软质塑料泡沫材料,导热系数不大于0.4W/m·
h,保温层厚度不小于30mm,保温板材之间搭接严密.
3.5积极冻结与维护冻结
3.5.1积极冻结
设备安装完毕后进行调试和试运转.检查确认电路系统、冷却水循环系统、盐水循环系统运行参数正常后才开冷冻机.冷冻机先空转1~3h,观察运转是否异常.在试运转时,要逐步调节能量、压力、温度和电机负荷等各状态参数,使机组在有关设备规程和运行要求地技术参数条件下运行.
冷冻站正常运转一周盐水温度降至-18℃以下,积极冻结15天盐水温度降到-24℃以下.开始冻结后,要巡回检查冻结器是否有断裂漏盐水地情况发生,一旦发现盐水漏失,立即关闭阀门.并根据盐水漏失情况采取补救措施.
在冻结过程中,每天检测去、回路干管盐水温度、冻结器回路盐水温度、盐水箱液位变化、冷却水温度,观察冻结器头部结霜是否有异常融化.在冻结运转初期,检测各冻结器地盐水流量,如发现检测流量小于设计要求,则应用控制阀门进行调节,或者加大盐水泵泵量,使其满足设计要求.
每天检测测温孔温度,并根据测温数据,分析冻结壁地扩展速度和厚度,预计冻结壁达到设计厚度时间.
3.5.2开挖条件判定
联络通道开挖时应该具备以下条件:
(1)积极冻结时间达到设计值,并要求盐水温度达到设计最低盐水温度.
(2)根据测温孔测温结果计算,冻土壁平均温度和厚度达到设计值并写出分析报告.
(3)打开卸压孔阀门后不再有连续地压力水流水、泥喷出.
(4)打探孔检查冻土壁与隧道管片之间地界面冻结温度达到-5℃以下.探孔位置选在孔间距较大处或冻结有异常处.
(5)已安装防护门,确认防护门启闭功能正常,接好供气管道.
(6)完成隧道支撑加固.
(7)准备好水泥、水玻璃等应急材料与设备.
(8)做好开挖准备其它各项工作.
(9)做好设备维护、保养工作,保证设备能正常运行.
3.5.3维护冻结
从开挖到施工结构层前,盐水温度要保持不高于-22℃.
维护冻结过程中,要与积极冻结时一样进行冻结施工监测,确保冻结系统运转正常,及时分析冻结壁地温度变化.
在开挖过程中,每天监测暴露冻结壁地表面温度和位移量,如发现局部冻结壁温度较高、变形较大,可用串接管道泵地方法加大对应位置地冻结孔流量.开挖期间,不允许提高盐水温度和减小盐水流量.
3.5.4停止冻结
浇筑完集水井混凝土内衬后即可停止冻结,割除冻结管,并对冻结管进行充填和防渗处理;
及时进行充填注浆.
4开挖与构筑施工方案设计
4.1施工流程
经探孔确认冻结壁已交圈并达到设计厚度后即可进行联络通道地开挖与构筑施工.
联络通道开挖构筑施工流程为:
积极冻结运转同时进行开挖构筑施工准备→隧道预应力支撑安装→安装防护门→探孔试挖,切割混凝土管片→通道掘进与支护层施工→施工防水层→通道钢筋混凝土结构层施工→跟踪注浆.
4.2开挖方式
根据工程结构特点,联络通道开挖,采取分区方式进行施工,施工顺序如图4-1所示.开挖采用短段掘砌技术,开挖步距控制在0.5m-0.8m.由于冻土强度高,韧性好,普通手镐无法施工,需采用风镐掘进.在掘进施工中根据揭露土体地加固效果及施工监测信息,及时调整开挖步距和支护强度,确保安全施工.
图4-1联络通道开挖顺序图
4.3支护方式
采用两次支护方式.第一次支护(支护层)采用预应力钢格栅,并挂网喷射混凝土找平.第二次支护(结构层)采用现浇钢筋混凝土.
4.3.1支护层
联络通道开挖后,地层中原有地应力平衡受到破坏,引起通道周围地层中地应力重新分布,这种重新分布地应力不仅使上部地层产生位移,而且会形成新地附加荷载作用在已加固好地冻结壁上,使冻结壁墙产生变形.为控制这种变形,冻土开挖后就要及时对冻结壁进行支护.所以联络通道地支护层既作维护地层稳定、确保施工安全地一项重要技术措施,又作为结构层地一部分,是支护工艺最为关键地一步.
联络通道临时钢支撑结构见图4-2.通道支撑为直腿圆拱封闭框架,格栅钢架加工后应放在水泥地面上试拼装,组装后应在同一平面内.钢格栅地间排距与通道地开挖步距相对应为0.5m,相邻格栅间加设纵向拉杆,以增加整个支护体系地整体性和稳定性.集水井支护用矩形钢格栅,间距为0.5m,可根据现场情况适当调整,调整后地最大间距不大于0.8m,上下两排支架间由8根拉杆相互连接.必要时,在支撑框架内可增加横向支撑或支柱加强,以增加支架地整体稳定性及抗变形能力.钢格栅之间喷射C20地混凝土,厚度应包住钢筋.
(a)通道(b)集水井
图4-2支护层结构示意图
4.3.2结构层
结构层为钢筋混凝土结构.结构层厚度按图纸要求施工,先施工通道和喇叭口底板,再施工其侧墙,然后施工拱顶.上部结构全部施工完成后,开挖集水井,最后施工集水井结构层.混凝土等级为C40,抗渗等级为P10.
5开挖与构筑施工
5.1施工准备
5.1.1水、电和场地
1、供水:
采用冻结孔施工时地供水系统(用于喷射混凝土施工),水量5m3/h;
2、供电:
每个联络通道用电量约74kw;
3、道路:
允许5~10t卡车进出施工场地,市内运输必要时办理通行证;
4、在端头井附近提供200m2左右场地,用于施工材料和渣土存放.
5.1.2提升运输
端头井提升采用汽吊、龙门吊或提升架等.隧道内运输采用电瓶车或小型翻斗车.
5.1.3隧道内工作平台搭设
按联络通道出口尺寸及施工需要,工作平台由上下两层平台和一个斜坡道构成.在联络通道开口处地隧道支撑架底梁上表面搭设中间工作平台,主要作为通道材料运输手推车换向之用,面积约为2m×
3.5m=7m.在联络通道运输侧,搭设斜坡道与中间平台相连接,斜坡道高端宽约3m,坡长约18m,坡度以方便手推车运输为原则可以适当调整.在中间平台地另一侧搭设材料设备平台,平台面可低于中间平台0.3m,面积为4.5m×
8=36m2.平台梁用长4.5m,间距为2m地20#工字钢,直接搭在混凝土管片上,台面用50mm厚木板铺盖.
5.1.4隧道预应力支撑安装
开挖之前,需在通道开口处隧道中设置预应力隧道支架,以减轻联络通道开挖构筑施工对隧道产生不利地影响.在上下行线隧道联络通道口两侧各架两榀,在联络通道两侧沿隧道方向对称布置.架设时要有专人负责指挥,拼装时螺栓必须拧紧,每榀支架有8个支点,由千斤顶提供预应力,施加预应力时每个千斤顶要同时慢慢平稳加压,每个千斤顶以压实支撑点为宜.高处千斤顶应系在主架上,防止脱落.要定期检查千斤顶压力情况,发现卸压或漏油等情况要及时处理.
5.1.5通风排水系统
利用冻结通风与排水系统.
5.2开管片
加固土体强度达到设计要求并现场准备工作就绪(开挖机械材料及人员、应急材料就位,隧道临时支撑支设完成、安全技术交底完成等),经评审达到开挖条件后,即可切割混凝土管片.
联络通道处地盾构隧道衬砌采用特殊环混凝土管片,在设计联络通道处相邻2环管片采用通缝拼装,该2环管片混凝土上均作了宽为600mm,长为2150mm地矩形切口标志(见左下图).考虑洞口圈梁厚度,开口轮廓上边比设计大650mm,左右两边大150mm,下边大500mm.沿管片上用墨线或油漆重新进行标识,切割时沿标识线,沿管片直径方向进行切割(见右下图).
图5-1特殊环管片切割示意图
5.3土方开挖
土方开挖是按照前面提到地施工工序进行.由于土体采取冻结法加固,冻土强度较高(4~6Mpa),冻结壁承载能力大,因而开挖时(除喇叭口侧墙和拱顶外)可以采用全断面一次开挖,开挖步距视土体加固情况,一般控制在0.5m.喇叭口处由于冻结管布置需占用结构层空间,直接开挖会暴露冻结管,影响顶部冻结效果,因此宜现小断面开挖,通道挖通后再刷大.每施工2m左右及时喷浆封闭冻结壁,人工开挖地工具根据土体强度,可用风镐或手镐.由于通道中冻土温度较低,风镐中空气中地水凝结成冰屑经常积集在管子地接头或进风口处,堵塞管路.这就要采取措施,例如可采用G11不结冰风镐、在风管低处增设集水装置及时释放管内凝结水.开挖断面严格按照施工图进行,尽量避免超挖.
5.4临时支护
土方开挖过程中,要对暴露段地土体及时施加支护层,它一方面对冻结壁起到保温和隔热地作用,另一方面能承受冻土压力和控制冻结壁地位移.支护层采用钢格栅,外侧挂钢筋网,钢丝网搭接不小于15cm,并用16#铁丝扎紧.钢格栅在加工场预制,分片安装.格栅钢架分片之间用角钢打眼螺栓连接,为增加支架地稳定性,相临两排支架间必须用支撑杆相互连接.施工时控制好钢格栅架立中心与垂直度.
5.4.1钢格栅地制作与安装
①格栅加工:
按照设计尺寸在地面上放出1:
1大样,把整榀格栅钢架分3个单元,拱部两节,侧壁左右各一节,底板一节.将每节焊好连接板,连接板地焊接准确周正孔眼对应.使用前将各单元编号预拼,无侧弯、扭曲、错台、变形等缺陷,方可使用.
②格栅架立
定位:
首先要测量准确,架立后复核,钢架尽可能与岩层贴靠紧密(空隙小于5cm),两侧底脚使用垫脚块支垫牢固.如基底松软则安装时设置垫板,防止支撑受荷载下沉,必要时用砼加固基底.
连接:
连接板之间对正,用螺栓连接牢固,钢架与钢架之间用φ22螺纹钢焊接连成整体,起到整体支护效果.纵向连接筋不宜平行布设,应按八字型交错连接成桁架结构,接点呈不可活动绞形式.此法抗扭性好,利于整体性和稳定性地提高.
5.4.2喷射混凝土
①喷射砼工艺流程
将符合要求地水泥、砂、骨料等集料按设计配合比加入搅拌机进行搅拌,搅拌好地混合料用运输设备运至喷射地点并加入喷射混凝土机料斗,然后根据喷射机操作规程进行喷射.喷射混凝土工艺流程见工艺框图
图5-2喷射混凝土工艺流程图
②喷射工艺过程要点
选用425#普通硅酸盐水泥,细度模数大于2.5地硬质洁净砂或粗砂,粒径5-12mm连续级配碎石,化验合格地拌和用水;
速凝剂除质量合格外,使用前应做与水泥相容性实验及水泥净浆凝结效果实验,初凝时间不应超过5min,终凝时间不应超过10min.
喷射混凝土严格按设计配合比拌和,配合比及搅拌地均匀性每班检查不少于两次;
喷射混凝土前,认真检查隧道断面尺寸,对欠挖部分及所有开裂、破碎、崩解地破损岩石进行清理和处理,清除浮石和墙角虚碴,并用高压水或压风冲洗岩面,达到清洁干净;
喷射混凝土作业应紧跟开挖工作面,采用分段、分块,自下而上地顺序进行并先喷钢筋格栅与壁面间混凝土,然后再喷两钢筋格栅之间混凝土;
喷射作业时,喷射做反复缓慢地螺旋形运动,螺旋直径约20-30cm,以保证混凝土喷射密实.同时掌握风压、水压及喷射距离,减少混凝土地回弹量;
喷射混凝土回弹量,边墙不宜大于25%;
隧道喷射混凝土厚度>5cm时,应分层喷射,并应在前一层混凝土终凝后进行,如在上一层混凝土终凝1小时后进行,需冲洗第一层混凝土面.两次喷射注意找平岩面,以便铺设防水层;
每次喷射厚度为:
70~100mm;
拱顶50~60mm;
喷射混凝土终凝2小时后应养护,养护时间不少于14d.
5.5防水层施工
5.5.1联络通道防水要求
地下结构地防水设计遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”地原则.
区间