地铁工程洞桩法施工工艺工法.docx
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地铁工程洞桩法施工工艺工法
地铁工程洞桩法施工工艺工法
1前言
1.1工艺工法概况
洞桩法是在传统浅埋暗挖基础上创新吸收盖挖法的技术成果而形成的一种新工法，又称caven-pba工法。
随着我国地铁施工技术的发展，在城市地铁施工中得到广泛的应用。
又因为盖挖法分为盖挖逆作法和盖挖顺作法两种施工方法，所以洞桩法也分为洞桩逆作法和洞桩顺作法。
1.2工艺原理
将明挖框架结构施工方法和盖挖法进行有机结合，即地面不具备施工基坑围护结构条件时，在施工过程中,首先开挖小导洞并在导洞里施作围护钻孔边桩,施工两排桩之间的拱顶结构（桩顶纵梁）,使围护桩、桩顶纵梁、拱顶共同构成桩、梁、拱支撑框架体系,承受施工过程的外部荷载;然后在拱顶和边桩保护下,逐层向下开挖,施工内部结构,最终形成由外层边桩、拱顶初期支护（又称临时支护）和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
2工艺工法特点
2.1优点
2.1.1在非强透水地层中，将有水地层的施工变为无水、少水施工，避免因长期大量降水引起的地表沉降和费用增大，有利于保护地下水资源和降低施工措施费。
2.1.2以桩作支护，稳妥、安全，也利于控制地层沉降对初期支护的刚度弱化。
2.1.3拆除临时工程量相对较少、结构受力条件也好，相对经济合理。
2.1.4对结构层数限制少，对保护暗挖结构附近的地下构筑物和周边建筑物的安全有利。
2.1.5在桩、梁、拱承载体系形成后，有较大的施工空间，便于机械化作业，从而加快进度。
2.1.6在水位线以上的地层中开设的导洞内施工孔桩，利用其“排桩效应”对两侧土体起到了支挡作用，可减少因流沙、地下水带来的施工安全隐患。
2.2缺点
2.2.1工序转换复杂，容易引起二次或多次沉降，且增加施工工期。
2.2.2各个工序的衔接不当会增加塌方的危险。
2.2.3结构施工缝较多，防水及施工缝处理要求高。
3适用范围
适合地面交通难以导改、周边建筑物和管线密集，拆改移代价大、受环境条件限制无法进行明挖施工的地下结构工程。
4主要引用标准
4.1《地铁设计规范》（GB50157）
4.2《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）
4.3《地铁混凝土技术规范》（DB2101/TJ05）
4.4《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120）
4.5《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308）
5施工方法
利用车站明挖段和竖井进入主体施工横通道后，首先开挖下层导洞，下层导洞进尺8～10米后开挖上层导洞，导洞采用台阶法施工。
下层导洞开挖30米后，由下层边导洞开设马头门向中导洞开挖横通道。
下层导洞贯通后在下层边导洞内施工边桩基础，同时在下层中导洞施工底纵梁、在横通道内施工混凝土横向基础。
然后跳桩开挖边桩和钢管柱人工挖孔桩，施作边桩和钢管柱，接着分段施工边桩冠梁和顶纵梁，边桩冠梁和顶纵梁完成后及时回填背后混凝土。
然后进行初支扣拱施工，扣拱过程中设临时中隔壁和中隔板。
初支扣拱完成后破除临时中隔壁和中隔板，施工二衬拱部结构，洞桩法施工完成。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
图1洞桩法工序流程图
6.2操作要点
6.2.1施工顺序示意图及说明
表1洞桩逆作法施工顺序示意图及说明
序号
洞桩逆作法施工顺序示意图
文字说明（图中红色为施做部分）
1
第一步：
下导洞进行开挖施工，先施工边左右边导洞，待左右边导洞开挖8～10米后开挖中导洞，导洞采用台阶法施工。
2
第二步：
下导洞开挖8～10米后开挖上导洞，上导洞先施工左右边导洞，待左右边导洞开挖8～10米后开挖中导洞，导洞采用台阶法施工。
3
第三步：
下导洞开挖30米后进行下导洞横通道开挖施工，横通道由边导洞开设马头门进入中导洞，左右两侧横通道不得在同一里程同时施工。
4
第四步：
下导洞贯通后在边导洞施工边桩基础和在中导洞施工地梁，横通道内施工横向混凝土支撑。
边桩基础和地梁由北向南施工，地梁施工时注意预留底板钢筋接头和钢管柱法兰螺栓和钢管柱钢筋。
5
第五步：
跳桩开挖边桩和钢管柱挖孔桩，施作边桩和钢管柱。
6
第六步：
1、边桩施工过程中注意尽快形成连续10m~20m连续段，在形成连续段后及时回填桩后混凝土。
2、边桩和钢管柱形成连续10m~20m连续段后，分段施工边桩冠梁和天梁，边桩冠梁和天梁施工后及时进行背后回填混凝土。
7
第七步:
边桩冠梁和天梁成型后进行扣拱施工，扣拱左右步距8~10m，扣拱过程中设临时中隔壁和中隔板。
8
第八步:
初支扣拱完成后破除临时中隔壁和中隔板，施工二衬拱部结构。
9
第九步:
二衬扣拱完成后，开挖至站厅层楼板标高，土模施工楼板结构，注意与站厅层、站台层边墙施工缝和钢筋接头的留置。
10
第十步:
站厅层楼板施工完毕后，施工站厅层边墙。
11
第十一步:
站厅层边墙施工完毕后，向下开挖至底板标高，施做站台层底板。
12
第十二步:
站台层底板施工完毕后，施做站台层边墙。
表2洞桩顺作法施工顺序示意图及说明
序号
洞桩顺作法施工顺序示意图
文字说明（红色为施作部分）
1
第一步：
下导洞进行开挖施工，先施工边左右边导洞，待左右边导洞开挖8～10米后开挖中导洞，导洞采用台阶法施工。
2
第二步：
下导洞开挖8～10米后开挖上导洞，上导洞先施工左右边导洞，待左右边导洞开挖8～10米后开挖中导洞，导洞采用台阶法施工。
3
第三步：
下导洞开挖30米后进行下导洞横通道开挖施工，横通道由边导洞开设马头门进入中导洞，左右两侧横通道不得在同一里程同时施工。
4
第四步：
下导洞贯通后在边导洞施工边桩基础和在中导洞施工地梁，横通道内施工横向混凝土支撑。
边桩基础和地梁由北向南施工，地梁施工时注意预留底板钢筋接头和钢管柱法兰螺栓和钢管柱钢筋。
5
第五步：
跳桩开挖边桩和钢管柱挖孔桩，施作边桩和钢管柱。
6
第六步：
1、边桩施工过程中注意尽快形成连续10m~20m连续段，在形成连续段后及时回填桩后混凝土。
2、边桩和钢管柱形成连续10m~20m连续段后，分段施工边桩冠梁和天梁，边桩冠梁和天梁施工后及时进行背后回填混凝土。
7
第七步:
边桩冠梁和天梁成型后进行扣拱施工，扣拱左右步距8~10m，扣拱过程中设临时中隔壁和中隔板。
8
第八步:
初支扣拱完成后破除临时中隔壁和中隔板，施工二衬拱部结构。
9
第九步:
二衬扣拱完成后，开挖至站厅层楼板标高，土模施工楼板结构，注意与站厅层、站台层边墙施工缝和钢筋接头的留置。
10
第十步:
站厅层楼板施工完毕后，施工站厅层边墙。
11
第十一步:
站厅层边墙施工完毕后，向下开挖至底板标高，施做站台层底板。
12
第十二步:
站台层底板施工完毕后，施做站台层边墙。
注：
本工艺流程均在降水达到无水作业条件下进行施工。
6.2.2导洞施工流程图
施工准备
马头门施工
打设超前小导管注浆
不合格
土方开挖
钢格栅架立
连接筋、网片焊接
喷射混凝土
下一循环
堵头墙施工
图2下层导洞施工工艺流程图
6.2.3导洞操作要点
1．施工中必须严格遵循“管超前，严注浆，短进尺，强支护，快封闭，勤量测”的原则，导洞施工顺序为先施工下导洞再施工上导洞，先施工边导洞再施工中导洞，上下导洞、左右导洞控制步距8～10m避免群洞效应，下层导洞横通道在导洞超前20m后方可进行开挖施工。
2．洞桩法暗挖车站导洞及横通道主要有采用4种截面，均为圆拱直墙式。
其中上层3个导洞和下层导洞的2个边导洞均为A型导洞断面尺寸为4.1m×5.1m；下层导洞中导洞为B、C型导洞断面尺寸为4.6m×5.1m、4.6m×6.5m；下层导洞横通道为F型导洞断面尺寸为3m×2.7m。
图3导洞截面图
6.2.4横通道马头门施工方法
破洞门→开槽→架立拱架→喷射混凝土
6.2.5人工挖孔桩
1．施工工艺流程图：
以下为单根挖孔桩的施工工艺流程图。
（见图5）
图4人工挖孔桩流程图
2．测量定位。
3．开孔、开挖施工。
6.2.6桩顶冠梁
1清理桩头
2地面找平
3支架模板
序号
项目
允许偏差（mm）
检验方法
1
钢筋笼
主筋间距
±10
尺量
箍筋间距
±20
直径
±10
长度
±50
主筋保护层厚度
±10
2
护壁
厚度
±20
尺量
护壁模板直径
符合设计
3
桩位偏差
纵向
±50
拉线尺量
横向
0~30
4
垂直度
3‰
吊线尺量
5
桩径
±50
尺量
表3人工挖孔桩允许偏差表
4冠梁钢筋的绑扎
5冠梁混凝土的灌注
施工流程见下图。
6.2.7桩间喷射混凝土
1．前的准备要求：
对开挖出的暴露面按照测量放样定出的基准面进行人工修坡，在桩体上植入φ12架立钢筋对钢筋网片进行定位。
植入的架立钢筋同时作为控制喷射混凝土厚度的标志。
2．喷射混凝土作业分段分片进行。
喷射作业自下而上。
一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度而定，后喷一层应在先喷一层凝固后进行。
3．两次喷混凝土作业应留一定的时间间隔，为使施工搭接方便，每层下部30cm暂不喷射，并做45°的斜面形状。
每次喷混凝土完毕后，及时检查厚度，若厚度不够需进行补喷达到设计厚度，禁止将回弹料做为喷射料使用。
6.2.8超前小导管及注浆
地铁开挖超前支护采用Φ42热轧无缝钢管注浆加固开挖面，保证开挖安全。
1．施工步骤
画出小导管位置→打入小导管→连接注浆管→堵塞孔口空隙→注浆→关闭导管口、拆除注浆系统。
2．施工方法及工艺流程
用人工锤击的方法将导管打入。
个别不能打入的用风钻采用特制钻杆将小导管顶入，注浆泵注浆。
其工艺流程见下图。
图7超前小导管施工工艺流程图
6.2.9小导管注浆
1超前小导管采用Ф42mm普通水煤气管，管长2.5m，注浆管一端做成尖形，另一端焊上铁箍，在距铁箍端0.5～1.0m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔100～200mm呈梅花形布设，孔位互成90°，孔径6～8mm。
注浆钢管应沿隧道开挖轮廓线布置，外插角一般取10°～15°，处理坍体时可适当加大。
纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度一般不宜小于1m。
注浆小导管环向间距300mm。
2．配浆
超前小导管管棚注浆按设计采用1∶1水泥浆。
3．注浆
注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注5min，即可结束注浆。
6.2.10格栅钢架施工
格栅钢架施工工艺流程如下：
图9格栅钢架流程图
6.2.11土方开挖、洞内运输
1．洞桩逆作法的挖土工序是施工的重要环节。
在开挖土期间上部的结构和地面荷载，全部由中柱、纵梁及周边的钻孔桩承担。
由于逐层开挖受到结构层高限制，挖土拟采用0.15m3小型挖掘机与人工结合。
在两根钢管柱之间，采用机械拉槽挖土，两边采用人工配合开挖，发挥各自的优点。
洞内运输采用无轨运输方式。
2．土方开挖要注意以下几点：
1）土方开挖采用竖向分层，纵向分段，逐段封闭的施工原则。
2）开挖下一层土方时，应待上一层逆作梁板结构混凝土强度达到设计强度后才能进行。
3）土方开挖时，不能紧挨中间钢管柱单边开挖，应沿钢管柱四周平衡开挖，以减少土方对中间钢管柱的压力，避免产生不必要的变形。
4）土方开挖要对称进行，即由中间向两侧开挖，以平衡土压力对墙体的压力。
5）洞桩逆作法施工土方开挖期间应全过程对基坑的围护体系、周围环境、地下结构本身进行监测，及时反馈信息，及时调整开挖方法、开挖速度和开挖方向，做到信息化施工。
6.2.12二衬扣拱模板
1先施工中跨拱部二衬，再施工边跨。
采取纵向分段施工，每段12m左右。
2板采用地模施工。
1）中板及中纵梁采用土模，方法是先挖土至中板底下12cm左右，并控制挖
图10扣拱模板图
土标高误差小于2cm，整平压实后浇注C10混凝土垫层，在找平层上放线，按中纵梁的位置挖出梁的土模，靠土侧砌12cm厚砖墙。
在土模表面刷脱模剂1～2遍。
土模示意图见下图。
2）侧墙位置按主筋连接接头要求长度尺寸局部挖深，一般多挖1m左右的深土然后用砂回填，侧墙的竖向主筋向下插入砂坑槽内，满足下层侧墙竖向主筋焊接或机械连接尺寸要求。
在施工下层侧墙时，其竖向主筋与上层预留插筋对齐采用机械接头连接，使得上下层钢筋始终保持垂直一致。
图11板地模施工示意图
3墙
1）墙板模板固定，预先在基础地板面留设短工钢作为模板支撑支承点。
2）地下车站剪力墙模板固定，除使用型钢作支撑外，在剪力墙内垂直向@900、水平向@1200设置Ф12对拉螺栓进行固定。
3）模板施工时，在侧向堵头模板顶设灌注口，并埋设回填注浆管兼作排气管，注浆嘴竖贴上层混凝土底面与墙的竖筋焊牢固定。
4梁
工艺流程如下图：
主体上层中导洞挖孔桩施工的同时，施工底纵梁。
底纵梁顶准确预埋钢管柱的连接法兰，法兰内预埋钢管柱的锚入筋。
钢管柱与柱内钢筋笼采用串笼法安装，垂直度满足要求后，钢管柱与护壁间填砂固定，并用C20混凝土封闭上下孔口，浇注钢管柱C50微膨胀混凝土。
钢管柱在底纵梁施工完后，混凝土强度达到设计强度的75%，开始钢管柱的安装，从主体两端向横通道施工。
5钢管柱
1）钢管柱施工流程图如下为保证钢管柱制作的精度和质量，钢管柱的制作全部在工厂进行，加工时严格按照有关规范要求进行。
根据导洞内的起吊高度，将钢管柱分三节或四节制作。
底纵梁上第一节钢管柱柱内焊接长800mm长内衬管。
所有焊接应经过检查，达到设计要求。
钢管柱制作完成后，逐一进行验收，钢管柱长度误差应控制在±3mm以内，纵向挠度应小于5mm，椭圆度小于3mm。
2）钢管柱的制作
钢管柱采用钢板卷制焊接而成。
3）钢管柱的安装
定位→底盘安装→定点→吊装→固定→底部焊接。
4）钢管柱安装质量的检查
表5钢管柱施工精度要求
序号
项目
设计允许偏差值
1
钢管柱中心与基础中心线偏差
±5mm
2
钢管柱顶面标高和设计标高偏差
+0mm，－5mm
3
钢管柱垂直度
长度的1/1000，不大于15mm
4
钢管柱顶面不平度
±5mm
5
各柱之间的距离偏差
间距的1/1000
6
各柱上下两平面相应对角线差
长度的1/1000，不大于20mm
6柱内钢筋笼的制作
7劳动力组织
劳动力组织见下表。
表6劳动力组织表
序号
工种
人数
备注
1
技术管理人员
8
现场全面技术管理
2
开挖工
180
土方开挖
3
钢筋工、钢管柱加工及安装工
60
钢筋、钢管柱施工安装
4
喷锚作业工
36
混凝土喷锚加固
5
自卸汽车司机
10
土方外运
6
提升机司机
10
土方及钢架等提升
7
电工
8
现场管理用电设施
8
混凝土工
30
混凝土施工灌筑与养护
9
模板工
60
模板及支架架设
10
防水作业工
20
防水作业施工
8主要机具设备
主要机具设备见下表。
表7机械设备配备表
序号
设备名称
数量
规格型号
备注
1
电动空压机
2台
20m3/min
地下供气、换气
2
内燃发电机
2台
200KW
供电
3
双导梁井架提升机
2套
提升双导梁
4
气腿式风钻TY-28
6台
打钻
5
混凝土潮喷机
9台
TD-9
喷射混凝土
6
强制式砼搅拌机
2台
YSC-500
拌制混凝土
7
装载机
2台
ZL-40
装土
8
交流电弧焊机
24台
BX3-500
焊接钢筋
9
插入式振动棒
8台
振捣混凝土
10
钢筋调直机
2台
调直钢筋
11
钢筋切断机
2台
GW40、3.0KVA
切断钢筋
12
双液注浆泵
6台
2TGZ60/120
注浆
13
材料运输车
9台
10吨
运输
14
拉土自卸汽车
5台
5—8t
拉土
15
潜水泵
6台
QW-180
人工挖孔桩备用
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1导洞开挖控制开挖所引起的地面沉降；
9.1.2孔桩施工难点：
导洞空间狭小；
9.1.3主拱施工在初期支护与二次衬砌形成过程中的体系转换和平衡，防止结构变形、失稳和破坏，避免出现地面及拱部的过量沉降和坍塌。
9.1.4交叉口施工处荷载转换复杂，结构易失稳；开口跨度大，操作空问小，对车站整体的施工组织和工期影响大。
9.1.5站台层结构防水和混凝土浇灌在逆作施工缝处受空间限制，施工中防水板的预留和保护困难、施工缝处的防水质量不容易保证等。
由于混凝土收缩，在上、下部施工缝处很难浇灌密实而出现空隙，从而造成质量缺陷。
9.2保证措施
9.2.1确定合理的开挖顺序，先施作近桥桩侧导洞，超前另一侧导洞不小于10m。
9.2.2根据洞内作业空间和地质情况定制或改进钻机，提高成孔效率和质量。
9.2.3导洞内场地狭窄，应分区域分段纵向布置钻机设备、泥浆箱、管路及道路，以砖墙把钻桩作业区和道路运输分开。
孔桩施作完后及时清除积水、浮浆和剩余混凝土。
9.2.4遵循“先护后挖，及时支撑”的原则，少分部开挖、快封闭、早成环。
做好超前地质预报，探明前方的水文地质情况。
9.2.5交叉口采用组合拱梁结构，钢筋混凝土拱脚支承在纵梁上，水平梁连接初期支护格栅并分配荷载；主拱开挖设置侧向开口加强环与临时竖撑，侧向开口加强环拱脚支承在纵梁上。
侧向开口采用6m管棚加固与注浆，环向破除混凝土设置开口加强环，主拱开挖时设置两排临时竖撑，竖撑置于导洞壁上，主拱开挖支护10～20m后施工交叉口组合拱梁；圈梁站厅层成环后破除立体交叉拱梁侵人二衬断面部分，拆除临时竖撑，开挖核心土，施作通道二衬。
早开联络通道，在左右线间创造平行作业条件以便加快施工进度。
9.2.6施工缝设在受剪力较小且便于施工的部位，便于边墙混凝土的施工。
逆作施工缝留成台阶形式或斜缝。
施工缝处设双道遇水膨胀嵌缝胶或止水条和预埋回填注浆管等方法进行防水处理。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
10.1.1导洞开挖过程中，易发生群洞破坏效应，造成坍塌。
10.1.2桩内塌孔事故要时时掌握水位标高，控制好降水的水位，否则容易造成坍塌事故。
10.2保证措施
10.2.1在边桩及钢管柱的施工过程中，一定要跳桩施工，避免发生坍塌事故。
10.2.2根据监控量测反馈信息调整支护参数和施工方法，以此作为安全保证的主要手段。
11环保措施
周边环境的影响主要指因各种原因引起的地表下沉；水文条件变化、枯水、水位降低、水质污染等；对周边结构物的影响；对社会、生活环境的影响。
针对现场实际情况，施工时确保当地居民的生活用水；废水排放前要经过处理并排放到远离居民生活用水区，并由环保协调部定期联系当地环保监督部门对水质进行检验，确保当地水质不被污染。
建设效果及施工图片
图16小导洞钢格栅试拼图17小导洞开挖
图18钢管柱预埋件图19钢管柱安装
图20边桩基础施工
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