地铁盖挖逆作法施工技术

3-2-15地铁盖挖逆作法施工技术1前言1.1盖挖法原理盖挖法施工技术是用连续墙、钻孔桩等形式做围护结构和中间桩，然后设置盖板，在盖板、围护、中间桩保护下进行土方开挖和结构施工。盖挖法结构施工有逆作与顺作两种施工方法。逆作法是指按土方开挖顺序从上层开始往下进行结构施工；顺作法是指在土方全部开挖完成后，从底板开始结构施工。1.2盖挖逆作法的技术特点⑴对围护结构和中间桩柱的沉降量要求严格，以免对上部结构造成不良影响。⑵中间柱如为永久结构，安装就位困难，施工精度要求高。⑶为了保证不同时期施工的构件相互间的联结达到设计的状态，各种施工误差要控制在较小范围内，并有可靠的联结构造措施。⑷除在非常软弱的地层中，一般不需再设置临时横撑。⑸由于是自上而下分层建筑主体结构，故可利用土模技术。⑹挖土和出土往往是决定工程进度的关键工序。1.3盖挖逆作法的优缺点1.3.1盖挖逆作法的优点⑴由于结构本身用来作为内支撑，所以它具有相当高的刚度。这样使围护结构的应力和变位减小，提高了工程施工的安全性，也减小了对周边环境的影响。同时施工是在顶板和围护结构保护下进行的，安全可靠，不受外界气象条件的影响。⑵适用于任何不规则形状平面或大平面。⑶已作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了开挖时卸载对持力层的影响，降低了地基回弹量。1.3.2盖挖逆作法的缺点⑴需要设临时立柱及立柱桩，增加了施工费用。且由于支撑为建筑结构本身，自重大，为防止不均匀沉降，要求立柱具有足够的承载力。⑵混凝土的浇筑在逆作法施工的各个阶段都产生先后交接处，这不仅给施工带来不便，而且出现结构、防水等问题。1.4盖挖逆作法的适用范围盖挖逆作法的采用要从周边环境条件、地质条件、工期、造价、安全性、建筑物规模形状等多方面进行探讨研究。以下情况可采用盖挖逆作法。⑴大平面的地下工程一般说，对开挖平面的一边边长超过100m的大面积工程，由于平面为大跨度，内支撑长度将超过其适用界限。⑵大深度的地下工程大深度开挖时，由于卸除了大量的土重，基底会产生回弹现象，这将使建筑物在工后出现中央下凹的现象。采用逆作法，逆作结构的重量置换了卸除的土重，因此它能有效地控制这种现象。随着开挖深度的增加，侧压也就随之增大，对内支撑的强度和刚度要求就会很大。而逆作法是以结构本体作为支撑，具备了相当大的刚度。⑶复杂形状的地下工程当平面形状是一种复杂的不规则形状时，内支撑的压力传递就很难进行。采用逆作法，结构本体就是与平面形状相吻合的钢筋混凝土或型钢钢筋混凝土支撑体系，大大提高了安全性。⑷周边状况复杂、环境要求高的工程当在要求围护结构变形量特别高时，采用逆作法施工，逆作结构作为结构本体，本身具有很大的刚度，能有效地控制整体变形，从而减少了对周围环境的影响。2盖挖逆作法施工工艺流程2.1工艺流程先施工基坑的围护结构和中间桩柱，围护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑则多利用主体结构本身的中间立柱。开挖表层土至主体结构顶板底面标高，可利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板同时作为一道强有力的内支撑，防止围护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。施作围护结构及中间柱→土方开挖至顶板标高→顶板地模→顶板结构钢筋混凝土→待顶板砼达到设计强度后开挖下层土石方至中板标高→中板地模→中板结构钢筋砼→待中板砼达到设计强度开挖下层土石方至基底→施作底板垫层砼→底板结构钢筋砼→施作站台层侧墙→施作站厅层侧墙。两层双跨结构施工顺序参见图2-1。图2-1施工顺序图2.2土方开挖及运输ⅠⅢⅣⅥⅧⅨⅩⅪ27+10.0+7.8+6.5-5.66-6.71路面+2.4+1.7ⅠⅩ35车站标准断面结构施工示意图(图2--1)说明：、、……，土方、土模工序23、、……，结构砼施工工序ⅣⅠ2.2.1明挖层土方施工第一层采用机械一次性分幅开挖。2.2.2盖挖土方施工⑴开挖方法一般利用两端风道作运输坡道，小型机械开挖，小型运输车辆装车外运土方。有作业条件时采用挖掘机放坡开挖，直接装车运输；放坡不能开挖部分采用机械台阶后退法开挖，汽车外运；端头剩余部分采用小型机械开挖，人工配合，垂直起吊，再装车外运。⑵临时道路为向车站内进料出碴，在两侧分别设置一条运输坡道，坡道纵坡根据现场条件一般为8～12%，设单侧排水沟。由于坡道使用时间较长，并且为盖挖施工生命线，道路需进行硬化处理。⑶放坡开挖段施工施工时从两端引入临时施工便道至开挖层底部。然后用小型机械将土方挖除，作为会车场地和材料临时存放场所。再从两端向中部掏槽开挖至分层底部，然后利用挖掘机开挖两侧土方，浇筑结构混凝土。如此层层循环至基底。⑷台阶法开挖段施工不能放坡开挖部分采用台阶法施工，由一端向另一端分台阶后退法施工。⑸端头垂直提升段土方施工端头不能直接用机械开挖外运的土方采用小型挖掘机配合人工挖装到提升斗内，垂直提升转运。2.3中间桩柱施工中间柱的施工是逆筑法施工的关键工序，中间柱是车站施工阶段主要受力构件，其单柱设计承载力达1000t以上。因此，钢管柱加工及安装精度和混凝土质量等要求很高，施工工艺复杂，技术难度大。中间柱常采用挖孔工艺。挖孔穿越流塑状淤泥时，采用缩短进尽、超前插打护壁钢筋、循环进尺控制在0.3m等技术措施，以顺利通过软弱地层。在通过流砂层时采用缩短进尽、控制作业时间、在超前插打的钢筋背后采用填塞稻草、加速凝水泥堵塞等措施，保证挖孔施工顺利通过流砂层。⑴中间柱的施工测量挖孔精确定位，测量严格执行“三级”复核制，精确测定桩心十字线。钢管柱加工时将钢管的中心十字线标定于钢管上，定位基座先和钢管柱试拼装，并将钢管柱的十字线标定于基座上。钢管柱安装时用钢管的十字线对基座十字线。⑵钢管柱安装操作程序①挖孔至设计标高后吊放中桩钢筋笼、连接中桩和中柱的小钢筋笼，准确定位后采用临时固定措施固定。②灌注中桩基混凝土至略低于基座底，并在混凝土初凝前预留基座固定螺栓孔。③待中桩混凝土达设计强度70％以后，安装定位基座，埋设固定基座的螺栓孔，用水泥砂浆找平基座，并用1.0m水平尺检查其平整度，要求控制在2.0mm以内，找平砂浆采用M30高强砂浆。④吊放安装钢管柱，柱底直接和基座焊接，柱顶以下1.0m对称用可调式支撑固定。⑤灌注施工缝至桩基顶部位的混凝土，然后灌注钢管内微膨胀混凝土。⑥安装预留柱顶与顶板连接的钢筋笼并固定，安装柱顶钢盖板，焊接固定后压浆成柱。⑶钢管柱混凝土灌注中间桩基采用普通混凝土窜筒溜放灌注，人工下到孔底捣固。钢管柱采用高抛无振捣自密实混凝土灌注，灌注技术措施如下。①钢管柱采用微膨胀混凝土灌注，坍落度15～18cm，粗骨料粒径为15mm。②采用混凝土运输车运输灌注混凝土，每大于0.7m3抛落灌注一次。为充分排出钢管内混凝土中的气泡，用小型振捣器对称振捣钢管外壁；柱顶抛落高度小于3.0m处始用插入式振捣捧充分振捣。2.4地模施工2.4.1地模施工工艺⑴基坑开挖至顶板结构底面以下20～30cm，将局部的淤泥挖除并换填碎石。⑵按板底结构形状整平基坑底面，回填第一层30cm厚6％的水泥石粉垫层，用小型打夯机压至密实，现场以机械夯压至此层无明显下沉和隆起时为止。⑶按顶板施工时的结构轮廓尺寸放线开挖沟槽并砌砖加固。⑷养护后，回填第二层约20cm厚6％的水泥石粉，夯压至无明显下沉和隆起时止。⑸按结构底面尺寸放出轮廓线和控制线，并沿图中所示的位置精确施作控制砂浆带，其余部分则依据砂浆带找平成型，并在初凝前提浆压光，砂浆厚度控制在2～5cm。2.4.2地模施工技术措施⑴土模施工及板混凝土施工期间，将地下水控制在土模最低处垫层底以下0.5m左右。⑵机械开挖尽量一次成型，避免二次开挖扰动原状地基，增加换填工程数量和施工难度。⑶为防止混凝土施工时，土模两端土体隆起，土模垫层向顶板施工分段外延伸2.0m以上，并将垫层作成台阶形，以利土模稳定。⑷土模按板底预留沉降量，并沿纵向和横向设置预留上拱度，为保证车站净空，顶板施工时将净空尺寸适当加大。⑸土模表面在砂浆初凝前二次提浆、压光，并在上钢筋前均匀涂刷高级乳化油脱模剂，以防止土模与混凝土的不分离。2.5顶板、中板及底板施工逆作法车站由于采用了地膜施工技术，其结构顶板、中板、底板的施工就和明挖结构的底板施工相类似，故不再赘述。2.6内衬墙施工⑴桩间填平围护结构是车站结构防水的第一道防水屏障，围护结构的防水质量与效果直接影响内衬墙的防水质量及施工。围护结构的填平及防水处理措施如下。①主体土石方开挖时，随开挖随凿除侵入衬墙范围的围护结构。②采用快速凝结水泥砂浆或注浆等治水措施封堵围护凹槽渗漏水处，难于达到防水效果处可先采取埋管排水处理。③采用喷射混凝土填补平整。⑵内衬墙钢筋施工衬墙上下接口预留了衬墙钢筋，将预留的钢筋焊接起来即可。⑶内衬墙模板支撑为避免内衬墙穿墙拉杆处渗漏水，内衬墙模板采用水平支撑方案。⑷混凝土浇筑及接口处理①凿除内衬墙预留接口处衬墙的松散混凝土，并将施工缝修凿直成一条水平线，接口处修凿成斜坡开口状，按设计要求安装止水条。②混凝土浇筑前清洗上下接口并用高压风吹干墙内积水，衬墙采用泵送混凝土从浇筑窗口或从接口处直接入槽浇筑，插入式捣固器捣固。③接口处采用微膨胀混凝土浇筑，并且接口处混凝土初凝前进行二次捣固震捣，以确保接口处混凝土密实。3关键技术要点3.1中柱垂直度控制⑴让钢立柱悬空，用目测确认其垂直度。⑵悬挂长的铅垂来确认其垂直度。⑶用倾斜计测定安装在钢柱中心的测定管的倾斜度，来确认其垂直度。3.2结点施工在整个主体结构形成框架以前的施工阶段，车站结构顶板、中板及底板均通过围护和中间柱受力，所以逆筑法施工的结点施工质量非常重要，关系到逆筑法及整个车站施工成败。3.2.1顶板与中柱、围护桩结点顶板与中柱、围护桩的结点连接措施详见图3-1所示。图3-1顶板与中柱、围护连接示意图顶板结点施工方法及技术措施如下。⑴围护桩施作时预留桩顶钢筋，在围护桩顶设置圈梁，顶板钢筋伸入到圈梁中，顶板与围护桩通过设置在桩顶的圈梁连接成一个整体。顶板施工时，清洗及凿毛桩顶和预留钢筋并保护好该预留钢筋；先绑扎圈梁钢筋再安装顶板钢筋，以确保板钢筋在圈梁中的锚固长度。⑵顶板与中柱的连接则通过设置在柱顶的中纵梁连成整体。顶板钢筋绑扎前，先清理中柱预埋排桩顶板与边桩连接构造示意图排桩钢筋顶板横筋圈梁12331预留衬墙2钢管柱与顶板连接构造示意图柱顶盖板16Mn，t=40mm加劲肋板中纵梁顶板钢筋连接钢筋笼钢管柱16423562横向纵向4531钢筋，再绑扎中纵梁钢筋，而板的钢筋则通过中纵梁。⑶结点处混凝土同顶板混凝土一同浇筑，并用插入式捣固器加强捣固，确保结点处混凝土质量。3.3.2中板与中柱、围护桩的结点逆筑法施工方法中中板受力复杂，为确保中板安全，往往在中板结点处采用了多种综合技术措施，其结点构造如图3-2所示。图3-2中板与围护桩、中柱连接示意图中板结点施工方法及技术措施如下。⑴中板与围护桩结点①孔桩钢筋笼上精确设置与中板接驳的预埋钢筋及预埋钢套箍，并采取定位、加固及保护技术措施确保中板接驳预埋件水平及方向正确。②中板土模施工前，将结点处孔桩混凝土保护层凿除搬出预埋钢筋至水平接驳位置，并将接口桩身凿成10cm的台阶。③中板钢筋施工前清理预埋钢套箍并焊接围护桩支撑牛腿钢板；先按设计要求绑扎暗梁钢筋，再绑扎板钢筋，并将水平横向钢筋与预埋钢筋焊接，不能焊接的预埋钢筋则按设计要求搬入衬墙接口暗梁中。⑵中板与中柱结点中板与中柱的连接结点是通过在钢管柱上焊接钢牛腿，钢牛腿设置中纵梁，板钢筋穿过中纵梁形成受力整体。钢牛腿直接焊接于钢管柱身，纵梁钢筋焊接于钢牛腿环板上，结点施工时采取以下措施控制焊接质量。①施焊前对焊接构件处中柱钢管用钢刷进行除锈，除污处理。②用电焊机分段分层施焊腹板与环板。钢牛腿结点板与钢管柱连接全部为焊接，长、厚焊缝分段分层施焊。焊接时钢管柱已承受较大荷载，因此，所有构件均对称施焊，以避免焊接时产生大量的热量引起钢管柱不均匀变形。③牛腿焊接完成检查验收后，再将中纵梁钢筋与结点板焊接，绑扎中纵梁钢筋。④结点处混凝土同中板混