一种地铁站扣拱开挖及支护的施工方法转让专利
申请号 : CN202110650026.0
文献号 : CN113309526B
文献日 : 2022-06-24
发明人 : 高晓刚 , 王忠钊 , 许光耀 , 马利鹏 , 兰平 , 崔凯 , 尹学鑫 , 吴伟强 , 刘辉 , 王帅 , 周焕 , 武美容
申请人 : 中铁三局集团广东建设工程有限公司 , 中铁三局集团有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100、超前地质预报:施工前,对周边地质须进行超前预测分析;
S200、马头门扣拱处大管棚施工:马头门开挖轮廓定位后,扣拱超前支护大管棚沿拱部范围布设,管棚打设完毕后进行超前注浆加固地层;
S300、导洞施工:先进行侧导洞和中间导洞的拱部超前小导管注浆施工,然后进行两个侧导洞和一个中间导洞的台阶法开挖,先开挖两侧导洞,后开挖中间导洞;台阶法开挖两个侧导洞,导洞掌子面前后错开开挖,错开距离不小于5m;
S400、中桩及边桩施工:两个侧导洞和中间导洞贯通后,在两个侧导洞内进行边桩施工,在中间导洞内进行中柱施工;
S500、马头门拱部超前小导管注浆:沿拱部打设超前小导管,并注浆加固地层,根据地层情况及要求选用水泥浆或水泥—水玻璃双液浆进行注浆加固,注浆压力控制在0.5~
1.0MPa;
S600、马头门扣拱破除:沿拱部轮廓线采用机械破除上台阶马头门处侧壁混凝土,割除破除范围内横通道侧壁钢架和连接筋;扣拱钢架连接前,测量定位好导洞预埋钢板的准确位置,控制好钢架连接在同一个断面内,安装扣拱马头门处型钢钢架,且扣拱型钢拱架与侧壁钢架用连接板加强连接;
S700、扣拱开挖及支护,具体包括以下步骤:1)超前支护:导洞间扣拱随车站拱顶土石方开挖及时跟进;为防止扣拱时出现坍塌,在扣拱之前应对前方拱部地层进行超前加固,采用超前大管棚和超前小导管进行超前支护及加固,注浆材料根据地层变化选择注水泥浆,注浆压力控制在0.5~1.0MPa;2)土石方开挖:土石方开挖以爆破施工为主,渣土通过农用车运输至横通道洞门处,倒入竖井底的渣斗内,然后由桥式起重机提升至地面,倒入渣场内,夜间土石方外运,当遇见微风化砾岩、含砾粗砂岩紧密坚硬围岩时,采取爆破方式风镐小型机具配合开挖;3)型钢拱架安装:扣拱支护采用型钢拱架与纵向连接筋、钢筋网片与C25P6喷射混凝土支护体系;4)喷射混凝土:型钢钢拱架经检验合格后应及时喷射混凝土,采用湿喷或干喷技术,混凝土采用C25P6喷射砼,喷射厚度为350mm,喷射时采用分层喷射,当开挖过程中,拱顶有坍塌迹象时,应先喷一层混凝土,再安装型钢拱架;喷射混凝土时不能出现虚喷漏喷,喷射混凝土应密实,表面平整,避免拱顶背后出现空洞;5)回填注浆:扣拱与导洞之间拱顶形成三角区域是重点关注区域,初支施工完成后,应加强该三角区域回填注浆加固,注浆压力控制在0.3~0.5MPa;6)二衬扣拱施工:中拱及边拱初支贯通后,分段截断侧导洞和中间导洞的边墙,分段长度为4~6m,铺设防水层,二衬扣拱钢筋绑扎,后退浇筑二衬中拱及二衬边拱,留设回填注浆管,后续进行二衬扣拱背后回填注浆;
S800、堵头墙施工:扣拱施工端头墙采用型钢拱架、水平型钢支撑、竖向连接筋、自进式中空锚杆、喷射混凝土相结合的封堵措施,堵头墙的水平型钢支撑,通过连接钢板与导洞格栅钢架连接。
2.根据权利要求1所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S100中,具体包括以下预测内容:S101、地质素描:记录掌子面揭示的地层岩性、风化程度、围岩完整性,围岩结构、构造以及地下水情况,探测范围为掌子面;S102、地面地质雷达:探查浅地表地层中的空洞以及不密实情况,探测范围为地表以下5m内;S103、洞内地质雷达:短距离预报,预报掌子面前方的地质情况,包括围岩的完整性、地下水情况,探测范围为掌子面前方20~30m;S104、加深炮孔探测法:探测掌子面前方围岩等级强度、岩体完整程度、富水程度,探测范围为掌子面前方5m以上,搭接3m。
3.根据权利要求1所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S200中,管棚主材采用A159mm热轧无缝钢管,壁厚t=12mm,环向间距为400mm;管棚打设高度距扣拱初支300mm,管棚角度0~2°,管棚搭接长度3m。
4.根据权利要求3所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S200中,扣拱处大管棚的具体作业流程如下:S201、在施工区域,设置横通道1部、横通道2部、横通道3部共计三条横通道,三条横通道施工完成后,导洞开挖前或者扣拱开挖前需施工扣拱大管棚,测量人员在现场放出扣拱管棚位置并复核,不得侵限,并使用红油漆标记;
S202、制作钢花管,在钢管顶端焊接楔子板,尾部为2m长作为不注浆的止浆段,在管壁上钻直径为10mm‑16mm的溢浆孔,间距为15cm,梅花形布设;S203、钻机就位,根据测量放样点进行钻机位置的校正,固定钻机;S204、开始钻孔,钻进过程中不断检查校正钻机的大臂位置,以确保管棚的施工误差在设计的允许范围内;S205、达到设计的深度后结束钻进,使用钻杆配合高压风管对管棚钢管由里至外进行反复清孔,直至将管棚钢管内的钻渣清除干净为止;S206、安装管棚钢管,管棚钢管由钻机顶进,顶到位后,钢管与孔壁间隙用速凝水泥或其它材料堵塞严密,以防浆液冒出;S207、安装好有孔钢花管后即可对孔内注浆。
5.根据权利要求4所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S200中,管棚打设完毕后进行超前注浆的施工流程如下:S①、管棚施工钢花管外露出扣拱洞口初支面50cm,尾部用5mm厚钢板满焊封堵,钢板中间焊接注浆导管;S②、注浆导管端部安装止浆阀,以便注浆完毕后防止浆液回流;S③、配置水泥浆液:水泥为P.O.42.5号普通硅酸盐水泥,水泥水灰比为W:C=0.5:1~1:1;注浆前进行注浆试验,根据实验结果确定注浆参数,水泥浆液由高速制浆机拌制;S④、将注浆管接到钢花管尾部的注浆导管上面,开始注浆;用挤压式注浆泵将水泥净浆压注进钢花管,初压0.5~1.0MPa,终压1.5~2.0MPa,持压
15min后停止注浆;S⑤、注浆完成后将止浆阀关闭,确保封堵质量。
6.根据权利要求1所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S400中,中柱施工的方法如下:中间导洞洞通后,先在洞内中柱采用人工挖孔成孔,下基础桩钢筋笼,下钢管柱,定位浇筑钢管柱基础桩混凝土,钢管柱边与孔壁之间填砂临时稳定钢管柱,浇筑钢管柱混凝土。
7.根据权利要求1所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S500中,超前小导管采用A42×4mm小导管,L=4.0m,环向间距400mm,纵向间距2.5m,水平倾角10°~25°。
8.根据权利要求1所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S700中的1)超前支护中,超前小导管采用A42×4mm,L=4.0m,环向间距0.4mm,纵向间距2.5m设一环,水平倾角10~25°。
9.根据权利要求8所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S700中,3)型钢拱架安装的具体步骤如下:A、准确测放出型钢钢架位置,并用红油漆准确标注拱顶的控制点位置;B、型钢钢架就位:沿预先标注点对正安设钢架,若钢架与初喷层之间有较大的间隙,应设垫块;C、安设纵向连接筋:钢架与钢架之间用螺纹钢筋沿着纵向连接起来,以增强钢架的整体稳定性;在拱架内外两侧布设C22纵向连接筋,环向间距1000mm,梅花型设置,与型钢拱架焊接牢固,纵向搭接长度不小于10d,d为钢筋直径,焊缝厚度不小于
8mm;D、铺挂钢筋网片:在围岩与拱架之间铺设钢筋网片,钢筋网片采用A8盘条制作,钢筋表面不应有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀;网格间距为150×150mm,采用点焊焊接,钢筋网搭接长度不应小于200mm,网片与型钢之间点焊牢固。
10.根据权利要求1所述的地铁站扣拱开挖及支护的施工方法,其特征在于:所述步骤S800中,竖向连接筋间距为1.0m,内外侧错开布置。
说明书 :
一种地铁站扣拱开挖及支护的施工方法
技术领域
背景技术
等。在开挖过程中,如果超前支护措施不强、开挖方式不当、初期支护不及时、工法选择不
当、隧顶失水固结引发地层沉降变形和土体扰动可能发生失稳、坍塌;暗挖隧道地质突变、
初期支护受压变形等原因均会导致暗挖隧道突泥涌水;因施工原因导致土体下沉、失水导
致管线沉降不均匀,引发地下管线破坏的灾害;车站施工造成周边建(构)筑物的地面沉降
可能导致周边建(构)筑物结构开裂下沉。
发明内容
两个侧导洞,导洞掌子面前后错开开挖,错开距离不小于5m;
~1.0MPa;
准确位置,控制好钢架连接在同一个断面内,安装扣拱马头门处型钢钢架,且扣拱型钢拱架
与侧壁钢架用连接板加强连接;
固,采用超前大管棚+超前小导管进行超前支护及加固,注浆材料根据地层变化选择注水泥
浆,注浆压力控制在0.5~1.0MPa;2)土石方开挖:土石方开挖以爆破施工为主,渣土通过农
用车运输至横通道洞门处,倒入竖井底的渣斗内,然后由桥式起重机提升至地面,倒入渣场
内,夜间土石方外运,当遇见微风化砾岩、含砾粗砂岩等紧密坚硬围岩时,采取爆破方式和
风镐等小型机具配合开挖,以加快施工进度;3)型钢拱架安装:扣拱支护采用型钢拱架+纵
向连接筋、钢筋网片+C25P6喷射混凝土支护体系;4)喷射混凝土:为了保证施工安全,型钢
钢拱架经检验合格后应及时喷射混凝土,采用湿喷或干喷技术,混凝土采用C25P6喷射砼,
喷射厚度为350mm,喷射时采用分层喷射,当开挖过程中,拱顶有坍塌迹象时,应先喷一层混
凝土,再安装型钢拱架。喷射混凝土时不能出现虚喷漏喷,喷射混凝土应密实,表面平整,避
免拱顶背后出现空洞;5)回填注浆:扣拱与导洞之间拱顶形成三角区域是重点关注区域,初
支施工完成后,应加强该三角区域回填注浆加固,注浆压力控制在0.3~0.5MPa;6)二衬扣
拱施工:中拱及边拱初支贯通后,分段截断侧导洞和中间导洞的边墙,分段长度为4~6m,铺
设防水层,二衬扣拱钢筋绑扎,后退浇筑二衬中拱及二衬边拱,留设回填注浆管,后续进行
二衬扣拱背后回填注浆;
钢架连接。
面;S102、地面地质雷达:探查浅地表地层中的空洞以及不密实情况,探测范围为地表以下
5m内;S103、洞内地质雷达:短距离预报,预报掌子面前方的地质情况,包括围岩的完整性、
地下水情况,探测范围为掌子面前方20~30m;S104、加深炮孔探测法:探测掌子面前方围岩
等级强度、岩体完整程度、富水程度,探测范围为掌子面前方5m以上,搭接3m。
开挖前或者扣拱开挖前需施工扣拱大管棚,测量人员在现场放出扣拱管棚位置并复核,不
得侵限,并使用红油漆标记;S202、制作钢花管,在钢管顶端焊接楔子板,尾部为2m长作为不
注浆的止浆段,在管壁上钻直径为10mm‑16mm的溢浆孔,间距为15cm,梅花形布设;S203、钻
机就位,根据测量放样点进行钻机位置的校正,固定钻机;S204、开始钻孔,钻进过程中不断
检查校正钻机的大臂位置,以确保管棚的施工误差在设计的允许范围内;S205、达到设计的
深度后结束钻进,使用钻杆配合高压风管对管棚钢管由里至外进行反复清孔,直至将管棚
钢管内的钻渣清除干净为止;S206、安装管棚钢管,管棚钢管由钻机顶进,顶到位后,钢管与
孔壁间隙用速凝水泥或其它材料堵塞严密,以防浆液冒出;S207、安装好有孔钢花管后即可
对孔内注浆。
浆导管;S②、注浆导管端部安装止浆阀,以便注浆完毕后防止浆液回流;S③、配置水泥浆
液:水泥为P.O.42.5号普通硅酸盐水泥,水泥水灰比为W:C=0.5:1~1:1;注浆前进行注浆试
验,根据实验结果确定注浆参数,水泥浆液由高速制浆机拌制;S④、将注浆管接到钢花管尾
部的注浆导管上面,开始注浆;用挤压式注浆泵将水泥净浆压注进钢花管,初压0.5~
1.0MPa,终压1.5~2.0MPa,持压15min后停止注浆;S⑤、注浆完成后将止浆阀关闭,确保封
堵质量。
边与孔壁之间填砂临时稳定钢管柱,浇筑钢管柱混凝土。
设钢架,若钢架与初喷层之间有较大的间隙,应设垫块;C、安设纵向连接筋:钢架与钢架之
间用螺纹钢筋沿着纵向连接起来,以增强钢架的整体稳定性;在拱架内外两侧布设C22纵向
连接筋,环向间距1000mm,梅花型设置,与型钢拱架焊接牢固,纵向搭接长度不小于10d,d为
钢筋直径,焊缝厚度不小于8mm;D、铺挂钢筋网片:在围岩与拱架之间铺设钢筋网片,钢筋网
片采用A8盘条制作,钢筋表面不应有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀;网格间距为150×
150mm,采用点焊焊接,钢筋网搭接长度不应小于200mm,网片与型钢之间点焊牢固。
道路沉降或塌陷的危险。
附图说明
其它的附图:
具体实施方式
实施例中的特征可以相互组合。
况,探测范围为掌子面;
条测线,探查深度自地表向下0~5m,该方法主要探查0~5m范围内地层中的空洞以及不密
实情。
围岩等级强度、岩体完整程度、富水程度,探测范围为掌子面前方5m以上,搭接3m。对隧道全
段采用地质雷达进行短距离精确探测,每次预报长度不超过30m,两次搭接约5m。测线在掌
子面呈“一”字形布置,断面较大的掌子面上布设两条测线,测线长度根据天线长度决定,在
有限的掌子面上尽可能的长。在隧道内进行地质雷达探测时,掌子面应尽量平整且无水,探
测区周围没有金属干扰物等。该方法主要用于对掌子面前方围岩完整性情况、赋水情况、是
否有软弱夹层等进行预报。
工扣拱大管棚,测量人员在现场放出扣拱管棚位置并复核,不得侵限,并使用红油漆标记;
S202、制作钢花管,在钢管顶端焊接楔子板,尾部为2m长作为不注浆的止浆段,在管壁上钻
直径为10mm‑16mm的溢浆孔,间距为15cm,梅花形布设;S203、钻机就位,根据测量放样点进
行钻机位置的校正,固定钻机;S204、开始钻孔,钻进过程中不断检查校正钻机的大臂位置,
以确保管棚的施工误差在设计的允许范围内;S205、达到设计的深度后结束钻进,使用钻杆
配合高压风管对管棚钢管由里至外进行反复清孔,直至将管棚钢管内的钻渣清除干净为
止;S206、安装管棚钢管,管棚钢管由钻机顶进,顶到位后,钢管与孔壁间隙用速凝水泥或其
它材料堵塞严密,以防浆液冒出;S207、安装好有孔钢花管后即可对孔内注浆。管棚主材采
用A159mm热轧无缝钢管,壁厚t=12mm,环向间距为400mm;管棚打设高度距扣拱初支300mm,
管棚角度0~2°,管棚搭接长度3m。
度,开挖时还需要切除,造成间隔增大,易坍塌。为此,钻进时可采取中压给进、中等转速钻
进;钻孔平面误差径向应控制在20cm内,角度误差小于1°,以免因孔径过大而造成管棚钢管
偏斜和向下弯曲。在实际施工中,水平钻孔弯曲一般较难避免,因此除提高管棚定位精度
外,可再给以适当的上抬量(根据现场地质情况定),以补偿部分钻孔下垂量。
进成孔。钻进时发生卡钻现象,须补注浆后再钻进。③钻孔时钻机由高孔位向低孔位进行。
④钻机开钻时,应低速低压,待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。⑤钻进过
程中经常测定钻机位置,并根据钻机钻进状态判断成孔质量,及时处理钻进过程中出现的
事故。⑥用高压风反复从孔底向孔口清理钻渣,防止堵孔。⑦管棚钢管连接应满足受力要
求,钢管节段间用丝扣连接,一端车内丝,一端车外丝,丝牙厚度3mm,丝头长15cm。顶进时,
采用1.5m和3m节长的管节交替使用,以保证扣拱纵向同一断面内的接头数不大于50%,相邻
钢管的接头至少要错开1m。⑧管棚顶到位后,钢管口间隙用速凝水泥等材料堵塞严密,以防
注浆时冒浆。
安装止浆阀,以便注浆完毕后防止浆液回流;S③、配置水泥浆液:水泥为P.O.42.5号普通硅
酸盐水泥,水泥水灰比为W:C=0.5:1~1:1;注浆前进行注浆试验,根据实验结果确定注浆参
数,水泥浆液由高速制浆机拌制;S④、将注浆管接到钢花管尾部的注浆导管上面,开始注
浆;用挤压式注浆泵将水泥净浆压注进钢花管,初压0.5~1.0MPa,终压1.5~2.0MPa,持压
15min后停止注浆;S⑤、注浆完成后将止浆阀关闭,确保封堵质量。
注浆压力应逐步升高,达到终压并继续注浆15min以上,进浆量为20~30L/min。注浆过程中
由专人做好记录,浆液达到要求的强度后方可进行扣拱开挖。③注浆过程中严格控制注浆
压力,防止引起地面隆起,破坏地表建筑物或竖井本身结构。注浆顺序由拱脚向拱部逐管注
浆。④注浆时先灌注“单”号孔,再灌注“双”号孔。⑤注浆过程中注意观察,若发现有沿该钢
管外壁窜浆现象时应暂时停止注浆,将钢管外壁与孔壁之间用速凝水泥重新进行封堵,等
达到强度后再次进行注浆;若发现有沿其他未注浆钢管向外冒浆的串浆现象时,暂时停止
该管的注浆,对串浆的钢管进行注浆,封堵串浆通路,防止未注浆的钢管被浆液堵塞,影响
注浆质量,随后对原管继续注浆达到设计要求。⑥施工过程中,为防止注浆时发生串浆,每
钻完一个孔,随即就安设该孔的钢管并注浆,然后再进行下一孔的施工。
法开挖两个侧导洞2,侧导洞2的导洞掌子面前后错开开挖,错开距离不小于5m,如图2所示;
洞内中柱采用人工挖孔成孔,下基础桩钢筋笼,下钢管柱,定位浇筑钢管柱基础桩混凝土,
钢管柱边与孔壁之间填砂临时稳定钢管柱,浇筑钢管柱混凝土,如图3所示。
~1.0MPa,超前小导管采用A42×4mm小导管,L=4.0m,环向间距400mm,纵向间距2.5m,水平
倾角10°~25°;
准确位置,控制好钢架连接在同一个断面内,安装扣拱马头门处型钢钢架,且扣拱型钢拱架
与侧壁钢架用连接板加强连接。
护及加固,超前小导管采用A42×4mm,L=4.0m,环向间距0.4mm,纵向间距2.5m设一环,水平
倾角10~25°,注浆材料根据地层变化选择注水泥浆,注浆压力控制在0.5~1.0MPa;
遇见微风化砾岩、含砾粗砂岩等紧密坚硬围岩时,采取爆破方式和风镐等小型机具配合开
挖,以加快施工进度;
标注拱顶等控制点位置;B、型钢钢架就位:沿预先标注点对正安设钢架,若钢架与初喷层之
间有较大的间隙,应设垫块;C、安设纵向连接筋:钢架与钢架之间用螺纹钢筋沿着纵向连接
起来,以增强钢架的整体稳定性;在拱架内外两侧布设C22纵向连接筋,环向间距1000mm,梅
花型设置,与型钢拱架焊接牢固,纵向搭接长度不小于10d,d为钢筋直径,焊缝厚度不小于
8mm;D、铺挂钢筋网片:在围岩与拱架之间铺设钢筋网片,钢筋网片采用A8盘条制作,钢筋表
面不应有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀;网格间距为150×150mm,采用点焊焊接,钢筋网搭
接长度不应小于200mm,网片与型钢之间点焊牢固;
当开挖过程中,拱顶有坍塌迹象时,应先喷一层混凝土,再安装型钢拱架。喷射混凝土时不
能出现虚喷漏喷,喷射混凝土应密实,表面平整,避免拱顶背后出现空洞;
留设回填注浆管,后续进行二衬扣拱背后回填注浆。如图4所示。
钢架连接。竖向连接筋间距为1.0m,内外侧错开布置。
636.0。车站为全暗挖岛式车站,采用洞桩法施工,车站全长283m,标准段宽22.6m。车站设置
5个临时施工竖井、2个风亭、4个出入口和1个过街通道。暗挖主体结构为两跨扣拱,宽度
6.7m,高度5.75m,初支采用A159大管棚+超前小导管的超前支护体系,型钢拱架+钢筋网+喷
射混凝土联合支护。
本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本
领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。