北京輕軌淺埋暗挖地下工程中框架結(jié)構(gòu)的施工方法

　　摘　要　根據(jù)以往地鐵施工經(jīng)驗(yàn),制定出淺埋暗挖地下工程中框架結(jié)構(gòu)的施工程序及采取的措施,以指導(dǎo)本工程的施工。關(guān)鍵詞　城市輕軌　淺埋暗挖　框架結(jié)構(gòu)　施工方法
1 　概述
在城市淺埋暗挖地下工程中,通常采用拱形結(jié)構(gòu), 與框架結(jié)構(gòu)相比,有助于充分利用圍巖的自成拱能力, 降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力,但也存在著空間利用率低的弊端。在北京市城市快速軌道交通東直門(mén)地下折返線工程中,3 號(hào)風(fēng)井風(fēng)道DD 、D′ D′和EE 各斷面均采用淺埋框架結(jié)構(gòu)。如何組織框架結(jié)構(gòu)的施工,成為施工前亟需解決的新課題。

2 　工程概況
風(fēng)道全長(zhǎng)L= 58 m , 分DD 、D′ D′、E E 3 種斷面形式。本工程位于永定河沖積扇的中部, 根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告, 其結(jié)構(gòu)頂部為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土, 洞身及洞底主要為粉細(xì)砂層、中粗砂, 局部圍巖為圓礫層。隧道圍巖分級(jí)及土石可挖性均為Ⅴ 級(jí), 結(jié)構(gòu)下部位于潛水層中。現(xiàn)以EE 斷面為例介紹矩形框架結(jié)構(gòu)的施工。
該斷面長(zhǎng)22. 7 m , 位于東直門(mén)外東中街下,其開(kāi)挖斷面較大(11. 6 m) ,地面下有污水管、上水管、電力管、熱力管、電信管,共計(jì)23 條;地面以上為高層建筑, 施工中要確保這些管線和建筑的安全。
初期支護(hù)采用350 mm 厚C20 格柵網(wǎng)噴混凝土,二次襯砌為400 mm 厚防水鋼筋混凝土,防水等級(jí)為二級(jí),抗震設(shè)防烈度為8 度。

3 　施工方法

3. 1 中洞法施工采用中洞法施工,主要步驟如表1 所示。施工中要嚴(yán)格控制施工進(jìn)尺、上下臺(tái)階距離,以便
能盡快地封閉工作面,及時(shí)控制圍巖的初始位移,減小巖體內(nèi)塑性區(qū)的發(fā)展。

3. 2 　主要施工技術(shù)
3. 2. 1 　超前小導(dǎo)管技術(shù)

(1) 小導(dǎo)管布置及形式(圖1 、圖2)

圖1 　E -E 斷面小導(dǎo)管布置鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAYSTANDARD DES IGN 　2003(3)


圖2 　小導(dǎo)管加工形式示意(單位:m) 　　小導(dǎo)管采用<42 鋼管; 溢漿孔采用<6、<8 孔, 呈梅花形布置, 縱向四等分圓。封閉工作面后,沿開(kāi)挖輪廓線依小導(dǎo)管布置圖要求打入小導(dǎo)管,外插角控制在5°～10°,而后注入漿液固結(jié)土體。
(2) 漿液的選擇與配制
根據(jù)地下工程的施工經(jīng)驗(yàn)及北京地區(qū)的地質(zhì)條件,選用水玻璃漿液。將工業(yè)用98 % 濃H2SO4 稀釋成10 % 的稀H2SO4 ,水玻璃40～45 Be′稀釋成18～20 Be′。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及施工情況,依經(jīng)驗(yàn)配制成pH 值為2. 5 ～4. 0 的混合漿液必須先加入稀H2SO4 ,后加入水玻璃液,一般體積比為2∶1 。依以往地鐵施工中注漿經(jīng)驗(yàn), pH 值越大,凝固時(shí)間則越短:pH 值等于2. 5 時(shí),凝固時(shí)間約需2～3 h ;pH 值等于4. 0 時(shí),一般3～5 min 即可凝固。同時(shí),在中粗砂地層中漿液凝固快,細(xì)砂層中漿液凝固慢,注漿時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整漿液的配合比。
(3) 注漿順序
注漿要從拱腳開(kāi)始向拱頂,由下至上兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱(chēng)注漿。
(4) 注漿效果
注漿時(shí)要有實(shí)驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)值班,隨時(shí)控制注漿壓力,檢查注漿效果,不合格者及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿,凝固后即進(jìn)行土體開(kāi)挖。土體開(kāi)挖依初襯開(kāi)挖平面施工順序圖進(jìn)行。
3. 2. 2 　鋼格柵支撐施工技術(shù)
(1) 格柵的制作及質(zhì)量要求
鋼筋在加工廠彎制成設(shè)計(jì)形狀后,根據(jù)規(guī)范要求焊接成骨架,分段之間采用角鋼螺栓連接,試拼合格后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。鋼筋廠設(shè)廠長(zhǎng)、質(zhì)檢員各1 名,電焊工10 名～12 名,鋼筋工2 名～3 名;高峰時(shí)期電焊機(jī)達(dá)到6 臺(tái),晝夜加工。
格柵的質(zhì)量要求:
① 下料尺寸要準(zhǔn)確,弧形要圓順;
② 格柵焊接要滿(mǎn)足規(guī)范要求,不允許有裂縫、夾渣、氣泡產(chǎn)生,焊縫必須飽滿(mǎn)、焊渣要敲除;
③ 連接板孔眼位置要準(zhǔn)確,保證螺栓能夠上緊;
④ 試拼時(shí)應(yīng)無(wú)平面翹曲、扭曲。

(2) 格柵的安裝

① 格柵應(yīng)架立在與隧道軸線垂直的平面內(nèi),其允許偏差為垂直線路方向30 mm , 垂直度不大于5 % 。
② 格柵骨架安設(shè)正確后, 用<18 縱向連接筋與前一榀格柵焊接牢固, 其內(nèi)外兩層敷設(shè)網(wǎng)片, 網(wǎng)片采用<6 鋼筋, 編制成150 mm ×150 mm 的網(wǎng)格狀。

3. 2. 3 　噴射混凝土技術(shù)格柵架設(shè)好后即噴射混凝土,噴射混凝土應(yīng)能保證設(shè)計(jì)主筋凈保護(hù)層內(nèi)側(cè)30 mm 、外側(cè)50 mm 的要求。本段初期支護(hù)為350 mm 厚噴射混凝土,采用42. 5 級(jí)普通硅酸鹽水泥,實(shí)驗(yàn)室配合比為1∶1. 94 。施2.1. 94∶工過(guò)程中由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)員依實(shí)際砂、石含水率換算施工配合比,冬季施工要有冬施混凝土配合比。噴射混凝土采用罐式噴射機(jī)濕噴工藝,其工藝流程如圖3 所示。

圖3 　噴射混凝土工藝流程
噴射混凝土的工藝要求如下。
(1) 噴射混凝土的作業(yè)應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求。
(2) 混合料應(yīng)隨拌隨用,放置不允許超過(guò)2 h , 攪拌采用強(qiáng)制式攪拌機(jī),攪拌時(shí)間不少于3 min 。原材料的稱(chēng)量誤差為:水泥±1 % , 速凝劑±1 % , 砂石±3 % 。
(3) 噴射機(jī)具能夠滿(mǎn)足均勻送料、連續(xù)噴射的要求。噴射前要檢查受?chē)娒媸欠裼心嗤痢嗝娉叽缡欠衲軡M(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,受?chē)娒嬉鶆颉⒚軐?shí);噴頭要垂直受?chē)娒?距離以0. 6～1. 2 m 為宜,噴頭運(yùn)行軌跡為螺旋狀。一次噴射厚度依噴射部位和設(shè)計(jì)厚度而定,拱部宜為5～6 cm , 邊墻為7～10 cm , 后噴一層應(yīng)在先噴一層凝固后進(jìn)行,正常情況下混凝土的回彈量邊墻不大于15 % , 拱部不大于25 % 。

(4) 噴射混凝土終凝2 h 后開(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù),灑水次數(shù)以保證混凝土具有足夠的濕潤(rùn)狀態(tài)為度,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d 。
(5) 噴射混凝土表面應(yīng)密實(shí)、平整,無(wú)裂縫、脫落、漏噴、空鼓、滲漏水等現(xiàn)象,平整度允許偏差為±3 cm 。

3. 2. 4 　防水層施工技術(shù)
本段防水等級(jí)為二級(jí),即圍護(hù)結(jié)構(gòu)不允許漏水,只可以有少量偶見(jiàn)的濕漬,其防水原則為“ 以防為主、防排結(jié)合、多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合、因地制宜、綜合治理”;其夾層防水層包括ECB 防水卷材和PE 泡沫塑料墊層。
(1) 在噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度、基面符合要求后方可鋪設(shè)泡沫緩沖層,對(duì)基面的要求如下。
① 基面不得有明顯積水,否則應(yīng)采取堵或引排等措施。
② 平整度要求:邊墻D/ L ≤1/6 ,拱頂D/ L ≤ 1/8 ,否則采用1 ∶2.5 水泥砂漿順平。底板要求平整,無(wú)大的明顯的凹凸起伏,其中L 為噴混凝土相鄰兩凸面間的距離;D 為噴混凝土相鄰兩凸面間凹進(jìn)去的深度。
③ 不得有鋼筋、鐵絲和鋼管等尖銳突出物,否則應(yīng)從根部割除,并在割除部位用水泥砂漿抹成圓曲面, 在斷面變化或轉(zhuǎn)彎時(shí)的陰陽(yáng)角應(yīng)抹成R ≤50 mm 的圓弧或50 mm ×50 mm 的鈍角。
(2)E E 斷面防水的施工
① 待3 跨導(dǎo)洞的初期施工完畢后,拆除中洞中間的臨時(shí)支撐,并施工中洞頂、底的防水層,兩端留槎頭約1 m , 不與臨時(shí)隔墻固定。
② 拆除臨時(shí)支撐和隔墻。
③ 從中間防水層向兩端延續(xù),從上至下,與底板防水層相連。
(3) 緩沖層施工
① 緩沖層采用4 mm 厚R PE 閉孔泡沫塑料襯墊,采用塑料圓墊片、膨脹螺栓或水泥釘呈梅花形固定于混凝土基面上。固定點(diǎn)之間的間距為: 拱頂500～ 800 mm , 邊墻800～1 000 mm , 底板1 500～2 000 mm 。
② 緩沖層之間的搭接寬度為50 mm , 搭接部位采用熱風(fēng)焊槍進(jìn)行焊接。鋪設(shè)緩沖層時(shí)沿隧道環(huán)向進(jìn)行鋪設(shè),不得拉得過(guò)緊,以免影響防水卷材的鋪設(shè);同時(shí), 在分段鋪設(shè)的緩沖層連接部位應(yīng)預(yù)留不少于200 mm 的搭接余量。
(4) 防水卷材的檢查和防護(hù)
① 防水層鋪設(shè)完畢后,對(duì)雙焊縫進(jìn)行沖氣檢查,沖氣壓力為0. 12 ～ 0. 15 MPa , 保持壓力時(shí)間不少于5 min , 允許壓力下降20 % , 否則進(jìn)行補(bǔ)焊,直至達(dá)到要求為止。每1 000 卷抽檢1 次,每天每臺(tái)熱合機(jī)至少抽查1 個(gè)試樣。
② 驗(yàn)收合格后,應(yīng)注意嚴(yán)加保護(hù),底板防水層作好后應(yīng)及時(shí)施作混凝土保護(hù)層,并盡快澆筑二襯混凝土。
③ 在未設(shè)保護(hù)層處(如頂部、側(cè)墻) 綁扎鋼筋時(shí)不得扎破防水層,焊接鋼筋時(shí)必須用防火板進(jìn)行遮擋,以免濺出火花燒壞防水層。
④ 作好技術(shù)交底工作,加強(qiáng)對(duì)施工人員的教育,提高作業(yè)人員的防護(hù)意識(shí)。

3. 2. 5 　排水盲管施工技術(shù)
因本段區(qū)域地下水較豐富,防水層介于初襯和二襯之間,和結(jié)構(gòu)不直接密貼,且本工程工況復(fù)雜,防水層的預(yù)留搭接較多,結(jié)構(gòu)的施工縫較多;而且,在施工階段對(duì)防水卷材極可能造成破壞,為確保區(qū)間在無(wú)滲漏情況下運(yùn)營(yíng), 在防水層與二襯之間設(shè)置盲管排水系統(tǒng)。
(1) 排水盲管材料為塑料盲溝材料MF7 隧道專(zhuān)用型,盲管之間的連接使用訂書(shū)機(jī)狀的釘勾嵌入,釘勾由<3 ～ <5 的不銹鋼絲制成,排水盲管固定見(jiàn)圖4 。

圖4 　排水盲管固定方法示意
(2) 在底部,初襯與二襯之間沿縱向設(shè)置中心排水透水管,每20 m 設(shè)一檢查井,將進(jìn)入初襯的水引入最低點(diǎn)的泵房處。
(3) 在頂板與側(cè)墻的施工縫處,側(cè)墻與底板的施工縫處,初襯與二襯之間同時(shí)設(shè)置縱向排水塑料盲管。
(4) 在側(cè)墻上沿縱向每12 m 設(shè)置豎向排水塑料盲管,并與上下縱向排水系統(tǒng)相連。
(5) 排水盲管設(shè)置在夾層防水層的防水卷材上,用定制的鐵件固定,鐵件要與結(jié)構(gòu)鋼筋焊接牢固。

(6) 底部的縱向中心排水管采用碎石作為保護(hù)層。
3. 2. 6 　二襯混凝土施工技術(shù)
二襯混凝土在防水層驗(yàn)收合格后進(jìn)行灌筑,混凝土施工采用鋼拱架作為支護(hù)體系,拱架在加工廠加工成型試拼合格后,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝,檢查斷面尺寸合格后灌筑混凝土。
(1) 防水混凝土采用CEA B 多功能復(fù)合劑,水泥采用32. 5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。防水混凝土的性能指標(biāo)為:坍落度≥12 cm ; 限制膨脹率≥2 ×10-4; 自應(yīng)力值≥0. 2 MPa ; 抗?jié)B等級(jí)≥P8 。
(2) CEA B 加入量為10 % , 按內(nèi)摻計(jì)算,誤差小于5 % 。
(3) 防水混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī),攪拌時(shí)間比普通混凝土延長(zhǎng)30 s 以上,所用的砂、石應(yīng)符合《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》和《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》的規(guī)定。

(4) 防水混凝土要求振搗密實(shí), 　不得漏搗,二襯混凝土表面要求平整、光滑,無(wú)蜂窩、麻面現(xiàn)象。
4 　監(jiān)控量測(cè)
在噴錨支護(hù)的襯砌結(jié)構(gòu)中,現(xiàn)仍采用工程類(lèi)比的設(shè)計(jì)方法。因此,噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)是不可分割的,監(jiān)控量測(cè)不僅可以指導(dǎo)和控制施工,同時(shí)也可以為以后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)和信息。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表2 。
5 　結(jié)語(yǔ)
本工程風(fēng)道的開(kāi)挖支護(hù)部分現(xiàn)已全部完畢,經(jīng)最近一段時(shí)間的監(jiān)控觀測(cè),最大沉降值控制在30 mm 以?xún)?nèi), 結(jié)構(gòu)收斂最大值控制在2 mm 以?xún)?nèi)。在施工過(guò)程

表2 　主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

中未發(fā)生塌方等質(zhì)量事故,確保了施工安全。經(jīng)過(guò)北京地鐵幾年的施工驗(yàn)證,本施工方法是行之有效的。