浅谈地铁竖井井身开挖过程中的施工控制

浅谈地铁竖井井身开挖过程中的施工控制韩晨光韩东朝上海三维工程建设咨询有限公司助理工程师绪论：近年来随着我国地铁建设的发展,越来越多的城市修建地铁。而地铁深基坑工程因地质不同具有开挖难度大、工期长、费用高及对周围环境的影响大等问题，它已经成为城市建设中一个亟待攻克的难题，其中的施工工艺的选择、组织、环境的保护越来越受到施工单位和研究单位的重视。因此地铁基坑工程施工的好坏，直接影响到基坑工程的造价和安全。案例：深圳地铁五号线杨上区间2#竖井是地铁五号线施工中最深的竖井之一，施工技术难度大、安全威胁大；地质条件较复杂，工序转换多，其安全尤为重要。关键词：竖井；施工；工艺；开挖；爆破；监测。1概述1、1深圳地铁五号线杨上区间2#竖井位于清平高速主道与匝道间的绿化带上，为风亭兼做施工竖井，深约62m，施工技术难度大、安全威胁大;地质条件复杂，承担区间1300m隧道施工任务，影响工程进度的不确定因素多，因此进行对开挖加以控制是十分必要的。1、2水文、地质情况深圳市的气候属亚热带季风气候，热量丰富，日照时间长，雨量充沛。气候和降雨量随冬、夏季风的转换而变化。每年5～9月为雨季。竖井所处地层自上而下分别为素填土及砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩，本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水。主要赋存在冲洪积砾砂层、残积层、全风化花岗岩中，基岩裂隙水赋存于强风化及中等风化岩中。1、3竖井设计情况2#施工竖井内净空尺寸为5.8m×19.8m，深61m。竖井全风化岩及强风化岩以上地层初期支护采用工25a型钢钢架，间距0.5m+300mm厚网喷混凝土+注浆锚管联合支护，共计18.2m；中风化地层采用工16a型钢钢架，间距1.0m+200mm厚网喷混凝土+注浆锚管联合支护，共计18.8m；微风化地层采用100mm厚网喷混凝土+砂浆锚杆支护，共计24m。2工程特点、重点、难点分析及对策2.1工程特点2#竖井深达61米，施工技术难度大、安全威胁大；地质条件较复杂，工序转换多，支撑的架设必须及时、牢固，支撑的顶替、拆卸必须合理、可靠；施工中必须严格按照技术要求控制好每一工序的质量，保证支撑体系受力的平衡，以确保结构的安全、稳定、可靠。2.1主要难点及主要对策整个工程的主要难点及主要对策详见下表。主要技术难点及对策措施表序号技术难点主要对策1竖井开挖1．选用经验丰富的施工队伍；2．开挖后一定要及时进行初支，严格控制超挖；3．支撑的架设必须及时，要有防落梁措施；2爆破施工1．选用具有合格资质的爆破公司施工；2．爆破前一定要通知周围厂矿、居民，以免造成不必要的恐慌；3．除爆破公司安全人员外，施工方还要排除专职安全人员，确保爆破安全工作万无一失。4.爆破采用浅眼楔形掏槽，井口加盖防止飞石。3竖井与正洞立体交叉处施工1．沿隧道破口3m范围内采用φ22砂浆锚杆间距1×1m、φ8钢筋网片150×150mm、C20喷射砼20cm进行加固处理；2．加强监控量测，掌握围岩变形情况；4防水施工1．选用优质防水材料，使用熟练操作工人；2．严格施工工艺，特别注意施工缝的处理；3．认真做好正线隧道与竖井接口处的防水处理；4．加强成品保护。2.2施工方案竖井土方开挖前，先对竖井进行锁口施工，锁口完成后即可安装竖井出碴垂直提升系统。竖井出碴垂直提升系统采用MG20/5双梁门式起重机，提升系统安装调试后，进行竖井土方开挖，开挖的顺序由中间向四周进行。初期支护根据围岩情况采用不同的支护参数：（1）对地质情况较差的粘土、全风化岩、强风化岩采用工25a型钢钢架，间距0.5m+300厚网喷混凝土+注浆锚管联合支护；（2）对地质情况稍好的中风化地层采用工16a型钢钢架，间距1.0m+200厚网喷混凝土+注浆锚管联合支护；（3）对微风化地层采用100厚网喷混凝土+砂浆锚杆支护。竖井的防水和二衬待区间隧道施工完成后进行。二次衬砌采用顺作法，自下而上，分段施工。边二衬，边拆除支撑。二衬完成后，最后进行配电房、风井和疏散楼梯的施工。3施工工法及工艺3.1竖井施工工艺竖井先明挖施工锁口,待锁口段混凝土强度达到设计强度的75%以上时，再进行提升设备安装及竖井开挖施工。3.1.1竖井锁口施工施工准备完成后，用全站仪测量放样，确定竖井位置。人工配合挖机开挖锁口到设计深度后，及时封闭开挖井壁、绑扎锁口段钢筋、支设模板浇筑混凝土。在锁口圈上设置护栏，井口锁口圈挡水墙混凝土高出地面0.3m。在竖井四周设置排水沟，防止地表水进入竖井。3.1.2竖井井身施工待锁口结构完成以及提升设备就位后，开始竖井施工。竖井施工采用明挖法，开挖土层部分采用人工开挖，岩层部分采用爆破法施工。装碴采用人工，出碴采用双梁门式起重机起吊。竖井施工循环进尺为不超过1榀钢架的距离，每开挖一个循环就必须进行支护，确保施工安全。施工竖井底设置集水坑和料斗坑，作为左右线洞内渗水的蓄积处和作为料斗的起落处。3.1.3.1竖井开挖及运输1)竖井井身段开挖在竖井提升系统安装好后进行，开挖土层部分采用人工开挖，岩层部分采用爆破法施工，出碴利用双梁门式起重机或吊车。2)竖井自上而下开挖，并及时进行初期支护，及时按照设计施作支撑，开挖到底后及时进行封底混凝土施工。3)竖井井身开挖遵循先井中，后井周的原则，逐层向下开挖。3.1.3.2竖井施工防排水竖井井口附近地面做防排水系统，井口结构高出地面30cm，防止地表水进入竖井；必要时在竖井上方设雨棚，避免雨水进入竖井。竖井施工过程中，在竖井中央设集水坑，集水坑为1m×1m方形，深度1m。随开挖面下移，及时将水位降至开挖面0.5m以下。3.1.2.1爆破设计竖井地质情况为中风化和微风化花岗岩时，爆破采用全断面微震爆破开挖方式，掏槽方式为浅眼楔形掏槽。光面爆破应遵循以下原则：1、根据围岩特性合理选择周边眼间距及最小抵抗线；2、严格控制装药量，特别是周边眼的装药量，并采用小直径药卷，装药结构上采用竹片绑扎间隔装药；3、严格控制超欠挖，断层破碎带除常规的缩短进尺，控制装药量外，关键在于合理的设计周边眼部位的钻眼、装药参数和装药结构，尽可能维护开挖轮廓线以外围岩的原始状态。3．1.2.2钻爆作业钻爆作业必须按照钻爆设计图进行。当开挖条件出现变化时，爆破参数随围岩条件变化而作相应改变。钻眼前绘出开挖断面中线、水平和断面轮廓，并根据爆破设计图，用红油漆将炮孔布置在齐头面上；钻孔满足精度要做到“准、平、直、齐”四要素，并满足相关规范要求。3.1.3.1竖井初期支护1)竖井井身每循环开挖完成后，先喷射4cm混凝土封闭井壁面，再及时进行径向钢插管施工并进行注浆作业、铺设钢筋网、安装钢拱架，分3～4次喷射混凝土达设计厚度。2)钢架采用分节制作，先在地面上分20节，采用焊接成型，然后采用提升系统吊运至井内进行组装。组装采用螺栓连接。为保证内撑达到轴向受力的要求，内撑与钢架连接采用螺栓连接，待内撑安装后再进行喷砼作业。3）竖井在分段开挖及支护到底后，及时进行封底混凝土施工。施工前先清除浮碴及杂物，并排干积水。3.1.3.2竖井二衬及防水施工待区间隧道施工完成后，方可进行竖井防水层及二衬施工。竖井二衬采用顺作法。自下而上衬砌，边衬砌边拆除支撑。1、竖井二衬施工工艺流程2、防水施工方法和技术措施防水结构从里到外依次为:初期支护、找平层、复合防水层、保护层（局部）、防水钢筋砼（竖井为C30、S8钢筋砼）。在施工时采取以下技术措施：(1)初期喷的混凝土必须均匀密实，使其无明显渗漏水，当有渗漏水，采用注浆或PQ-130堵水、埋管排水等相结合的原则，以确保防水层施工时无水作业。(2)初期支护与二次衬砌间的防水层采用复合防水板（PVC防水板+无纺布），安装防水板之前抹一层2cm厚找平砂浆，以保证初期支护面平整。(3)防水板施工严格按照以下方案进行:a、基面处理基面应将外露的钢筋、铁钉等尖锐清除干净，喷射M10砂浆（厚2cm）找平，确保基面表面平整圆顺。b、塑料垫圈测量标出纵向中线，沿中线向两边用射钉枪将塑料垫圈固定在初期支护表面。塑料垫圈固定点以梅花状排列纵，其横向间距：竖井井身为100cm，底板150cm，C、铺设防水板根据实际长度并考虑搭接预留长度50cm剪裁卷材，铺设时由中线向两边铺设，用压焊器将防水板热合竖井二衬施工工艺流程基面处理施作防水钢筋绑扎灌注二衬砼模型加工和安装钢筋制作在塑料垫圈上，整个防水板铺好并检查确定固定后，再用塑料热合机焊接搭接处。防水板采用双焊缝焊接，搭接长度不小于15cm，每条焊缝宽为1cm，两条缝间留3cm宽空腹，作为检查焊缝密封性用。d、防水层质量检查外观检查：铺设平顺无隆起，无折皱、无漏缝、无破损，焊缝连接牢固。①焊缝质量检查：用5号注射针头与压力表相接，用打气筒进行充气检查，将焊缝加压至0.15Mpa时，稳定2min,如果压力保持不变，说明合格，否则在未焊好之处重新补焊，直到不漏气为止。②底板防水板铺设好后，在其上铺一层5cm厚的混凝土保护层，保护层凝固后，再进行其它作业。竖井井身无保护层处，焊接钢筋时必须用隔板遮挡隔离，以免溅出火花烧坏防水板，二次衬砌灌注混凝土时，振捣棒不得接触防水板，以免其受损伤。加强施工人员教育管理，避免人为损坏防水板，若有损坏，及时修复。e、二衬防水混凝土是整个结构防水成败的关键，为保证外防水层的全封闭和提高结构本身防水性能，采取如下保证措施：①严格按照规范要求选用材料，通过多次实验，选定适当配合比和外加剂，使结构混凝土具有密实度高、收缩率小、无裂纹、可灌注和抗渗性能好等多种性能，尽量达到自身防水效果。②防水混凝土在灌注过程中模板要安装牢固，尤其是挡头板，不能出现跑模现象，要做到模缝严密，避免出现水泥浆泄漏现象。③防水混凝土从低处向高处分层连续灌注，每层30cm，采用插入式捣固器捣固，捣固要密实，尤其要保证施工缝和变形缝处的密实度。④防水混凝土终凝后，立即进行养护，并保持湿润，养护期不少于14d。3、钢筋工程①钢筋的加工制作在钢筋制作前后，向监理工程师提交加工方案、加工材料表，加工时保证钢筋无局部曲折、死弯。钢筋表面无锈蚀、无油渍、无损伤，钢筋弯制应在常温冷弯。②钢筋的焊接钢筋焊接由熟练的专业技工进行施做，以保证钢筋焊接的质量。所使用的焊机、焊条必须符合加工的质量要求。③钢筋绑扎按照规范要求，钢筋分层、分批进行绑扎。④钢筋布设定位钢筋布设定位时，应对每个结构面预留出设计所需保护层厚度，以满足结构的设计受力状况和结构防水的要求。采取加固措施确保预埋件的安装位置稳固。3.1.4竖井监测3.1.4.1竖井的监测项目及方法竖井施工中的测量高精度仪器，竖井监测做到等精度。监测过程中，使用相同的仪器，在相同的位置上，由同一观测者按同一方案施测3.1.4.2监测内容根据设计要求及工程实际情况，明挖基坑的施工监测项目有：地质支护观察、竖挡墙顶位移监测、地面沉降监测、净空收敛监测、内撑轴力监测。3.1.4.3监测频率及监测结果分析每次监测任务完成后，应立即进行监测数据的整理、计算与分析，提出当次监测所发现的情况，并分析其产生原因，预测未来发展趋势。每个月末都必须对当月各监测点监测情况进行全面分析，并作出月末总结，及时上报有关单位。4质量保证措施1)检查控制施工部分的垂直度。2)在竖井在开挖过程测量时，应随时核实中线及垂直度，测量必须紧跟工作面。3)严格把好测量关，坚持测量复核签认制，测量精确度符合要求。4）严把工程材料质量关，从选择料源到订货，采购进场过程中都要严格检测制度，一切工程用料必须有工程试验室取样检测，试验检测合格后方可采购进场。严格控制施工配合比，保证施工质量。5)竖井结构必须随挖随喷射砼，喷射区高度宜与循环掘进高度相同，喷射作业自下而上进行。喷射机置于井内时，混合料应采用管道随用随下。6)土方开挖前必须严格按工程监测的要求进行，并做好各种不同类型的监测点布置，做好资料的收集工作。坑内的管线结合施工做好拆改或悬吊方案。7)钢筋网按设计间距预先在井外加工成片，井内焊接形成整体，保证钢筋网与初喷面密贴。8)工字钢架及支撑在井外分节段加工成形后，其加工允许误差：单