6号线民生路站清障施工技术论文_卢鸣

上海隧道工程有限公司 上海市 200232

摘要:上海轨道交通18号线12标民生路站-昌邑路站区间段,下穿上海市轨道交通6号线民生路站。由于6号线民生路站围护结构未留盾构区间穿越条件,需设置清障工作井进行清障作业后,盾构方可穿越。文章主要介绍了清障工作井、水平冻结、钻孔灌注桩及地连墙清障、回填清障井及清障通道的技术措施。

关键词:民生路站、清障工作井、水平冻结、清障回填

1工程概况

上海轨道交通18号线12标民生路站~昌邑路站盾构区间隧道内径Φ5900mm,隧道外径Φ6600mm。上、下行线盾构分别在里程22~35环和19~42环下穿运营中6号线民生路站,穿越段盾构掘进断面土层主要为④粘土、⑤11灰色粘土。其中下行线穿越段还涉及有6根Ø1000钻孔灌注桩,桩深59.7m,桩中心距4.3~4.6m。为确保盾构顺利穿越,穿越前需对600mm厚老围护结构及钻孔灌注桩进行清障。

6号线车站围护结构采用0.6m厚钢筋混凝土地下连续墙,墙深22m,在原车站围护结构两侧共设置4座清障工作井,工作井基坑深22.38m,清障工作井最小内净尺寸为3.4m×10.2m,围护结构靠近6号线车站原有围护结构一侧经全回转清障后紧贴老围护结构施作0.8m厚地下连续墙,采用GXJ接头,其余三面围护结构为1m厚地下连续墙,采用锁口管接头,清障井围护结构深度38m,墙趾进入⑦12粉砂层,盾构穿越处清障井围护结构采用C15低标号混凝土+玻璃纤维筋,在本次清障完成后进行爆破处理。清障工作井由于紧邻已运营车站,环境保护要求高,无法降承压水。为控制基坑开挖阶段围护结构的稳定性、防止坑底突涌,本工程采用MJS坑内满堂加固措施进行承压水治理。MJS坑内满堂加固深度:坑底以下3m,墙趾以上5m至墙趾以下5m,共计13m。6号线地下连续墙洞口凿除直径为Φ7.6m,清障通道开挖断面为7.1m高×3.1m宽。清障段平剖面图如图1所示。

图1 清障段平剖面图

图2 冻结法施工工艺流程图

2冻结清障工程施工

施工内容主要为:上行线冻结加固、洞门凿除、回填工作井。下行线冻结加固、清理钻孔灌注桩、回填通道、洞门凿除、回填工作井。

2.1水平冻结施工

冻结站安装与钻孔施工同时进行,钻孔施工结束即可转入冻结器安装阶段。后再对土体进行加固冻结运转。具体施工流程如图2所示。

冻土强度的设计指标为:单轴抗压3.6Mpa,抗折2.0Mpa,抗剪1.5Mpa(-10℃)。冻结壁的有效厚度为上行线1.6m,下行线2m,平均温度≤-10℃。

2.1.1下行线冻结孔布置

根据设计冻结帷幕厚度和形状,下行线从6号线两侧钻孔,共布置98个冻结孔(1474.8m),16个测温孔(230.4m),14个泄压孔(201m),8个温控孔(114.8m),如图3所示。斜撑处冻结孔在换撑后施工。

图3 下行线冻结孔布置图

2.1.2上行线冻结孔布置

根据设计冻结帷幕厚度和形状,上行线单个洞门布置三圈共61个冻结孔(294.1m),7个测温孔(31.8m),5个泄压孔(25.5m),4个温控孔(20.4m),如图4所示。斜撑处冻结孔在换撑后施工。

图4 上行线冻结孔布置图

2.1.3钻孔冻结施工

依据施工基准点,按冻结孔施工图布置冻结孔。根据各孔孔位在800mm厚地连墙上定位开孔。由于实际工作井净宽小于4m,需重新定制短型钻机。为了保证钻进精度,钻进前要反复校核冻结管方向,调整钻机位置,并用经纬仪检测偏斜无问题后方可继续钻进。对要穿透灌柱桩的冻结孔要从桩中心穿过,并选用优质合金钻头缓慢推进,防止穿桩过程中卡钻。当开到深度1000mm时停止钻进(留400mm以上的保护层),安装孔口管。如图5所示。用螺丝将孔口装置装在闸阀上,注意加好密封垫片。若涌水涌砂较厉害,应注水泥浆(或双液浆)止水。最后在冻结管内下入供液管,安装去、回路羊角和冻结管端盖。

根据现场情况冻结站设在地面,占地面积30m×10m。站内设备主要包括冷冻机组、配电柜、盐水箱、盐水泵、冷却水泵、冷却塔及冷却水池等。冻结站安装完毕后开始进行积极冻结。每天检测测温孔温度,并根据测温数据,分析冻结壁的扩展速度和厚度,预计冻结壁达到设计厚度时间。实测冻结壁温度和厚度达到设计值后,打开探孔确认无泥水涌出,即可开挖。

图5 钻机 图6 孔口管

2.2开挖清障回填施工

施工流程:搭设临时平台→安装下部防护门→搭设开挖平台→安装上部防护门→破除防护门内地连墙→上部通道开挖、凿除和支撑安装→上部支撑槽钢连接为一体→上部地连墙处下挖小井→关闭上部防护门→拆除上部开挖平台并加固下部平台→下部通道开挖、凿除和支撑安装→一次性拔除内圈冻结管→一次性拆除初期支撑→关闭下部防护门→一次性回填通道完成→分层凿除地连墙→一次性回填泡沫混凝土至洞门圈上2米→停止冻结→回填中粗砂至地面以下标高。施工平台和防护门如图7所示。

图7 施工平台及防护门

2.2.1开挖清障施工

开挖平台及防护门安装合格,冻结效果达到设计要求并验收合格方可进行通道开挖,上部通道开挖先破除防护门内地连墙,破除尺寸2m宽2.2m高,地连墙破除后先捣洞1.0米试挖,确定无风险后进行刷梆支撑,上部开挖尺寸为宽3.1米,高2.8米,首榀支撑与地连墙牢固连接。

支撑安装方式为先安装底梁再安装两侧立杆,立杆安装完成后搭设1米高临时平台,再安装上部横梁,最后安装50mm木背板。底梁与横梁单根重约93KG,立杆约76.2KG,后期正常段均采用挖1米支2榀的方式直至上部通道开挖完成。对遇到需要清除的Φ1000mm钻孔灌柱桩,需人工完全破除后再继续向前开挖,单个桩高2.80米破除时间为10小时。上部通道单边开挖土方量130m³,单根灌柱桩凿除量2.25m³,单边3根6.75m³。如下图8所示。

图8 开挖清障支撑

上部通道开挖完成后用16a槽钢@2500mm将上部支撑焊接加固为一体,焊缝高度8mm,槽钢一端嵌入到地连墙内100mm,另一端嵌入到冻土内,确保其整体牢固性。通道最后一榀支撑后采用木背板密封保温。如图9所示。

图9 上部支撑焊接加固

通道开挖完成后在靠地边墙处向下开挖4榀宽1.7米深小井,安装4榀临时支撑,加强临时支撑与上部支撑连接,防止下部开挖时临时支撑悬空坠落伤人,加固后关闭上部防护门,拆除上部开挖平台,加固下部开挖平台满足机械开挖要求,再打开下部防护门进行开挖。如图10所示。

图10 向下开挖小井

下部计划采用160BROKK(布洛克)机械人进行开挖,开挖尺寸为宽3.1m、高4.3m,共分两个台阶,上部1.7m由人工开挖,下部2.6m由机械开挖,人工刷梆,两个台阶前后步距1.5m3榀支撑,下部台阶每2榀支护一次,支撑安装顺序为先安装底梁(重93KG)、其次安装两侧立杆(重115KG)、再安装螺旋千斤顶顶紧、最后安装中间横梁(重93KG)。首榀立杆安装时先拆除上部临时支撑,由下部防护门进入立起,也可选用2t手拉葫芦挂在上部支撑上将一端拉起与上部支撑用螺丝上紧;中间横梁安装下部搭设0.5m高小平台。下部开挖以此方式直至开挖完成。如图11所示。

图11 下部开挖施工

2.2.2拆除回填凿除地墙施工

下部通道开挖完成后开始拆除初期支护,拆除初期支护前先拔除内圈冻结管,外圈继续维持冻结,防止后期回填完成后拔管时出现断管拔不出。初期支护拆除顺序为从内到外逐榀拆除,单榀拆除顺序为先拆①上部顶梁→②上部底梁→③上部立杆→④下部中间横梁→⑤下部立杆→⑥螺旋千斤顶→⑦下部底梁。

拆除完成后关闭防护门,利用防护门上4个Φ60压气闸门自下而上连续快速回灌轻质泡沫混凝土,最下部压气闸门先灌注,等上部出浆后换此孔依次分层灌浆,同时在清障通道最上部开1个Φ60放气孔,出浆后再根据输送泵压力压注密实。

待泡沫混凝土达到强度后,自下而上分三层凿除洞门圈范围内地连墙,再凿除原6号线600mm地连墙(保留最后一层钢筋及保护层),拔除内圈冻结孔保持外圈继续冻结,拔除完成后一次割除最后一层钢筋,最后一次性回填泡沫混凝土至洞门圈上2米后停止冻结。

2.2.3融沉注浆施工

结合盾构推进施工统筹洞口凿除和清理桩体时间,确保清障工作井回填后1月内穿越清障段,以便利用隧道管片上的预留注浆孔进行融沉补偿注浆。注浆采用1:0.8~1单液水泥浆,进行充填和融沉注浆,控制上方6号线底板沉降及地面沉降。

3施工难点及解决方案

(1)清障井施工受限于周边环境

清障工作井位于张杨路与羽山路交叉路口,地处浦东新区繁华路段。受到周边环境的限制,清障井工作井尺寸小,仅45m2左右,施工困难。

在钻孔阶段,钻杆和冻结管采用逐节焊接而成,开孔和冻结过程中易造成断杆、盐水泄露。为防止冻结管断裂,钻孔施工时加强钻杆焊接质量;现场盐水箱安装液位报警装置,并且每天进行试验。盐水液位下降发生报警时,排查原因及漏点,发现断管时及时在断管中下套管恢复盐水循环,适当延长冻结时间加强冻结。

受到工作井尺寸小以及支撑位置影响,部分冻结孔的位置无法进行钻孔,故对冻结孔位置进行调整优化,即优化的冻结孔位置要既能保证冻结孔的厚度和冻结帷幕交圈,又能尽量布置在洞门圈外部,保证内圈冻结管拔除后准备开挖时外圈的冻结管数量得到了增加,从而加强冻结效果。

(2)障碍物探摸

由于盾构推进范围内可能存在降水井点、格构柱等,对此利用冻结孔、测温孔、泄压孔位置进行探摸,并发现存在未发现桩体,采用局部开拓硐室进行清理,安装初支钢架,并及时采用泡沫混凝土回填至正常断面;同时探摸发现降水井等其它障碍物,根据地层情况拔出钻杆改用取芯钻头将障碍物打穿并记录好位置,等开挖时采用局部开挖将其清除。

(3)防护门安装

由于与联络通道防护门焊接固定在钢管片上不同,防护门安装在地连墙,无法进行固定焊接,采用按施工图位置在地连墙上开槽露出钢筋,将防护门框焊接嵌入到地连墙内,再用双快水泥密封,密封后进行水密性试验。

(4)开挖中存在薄弱点

开挖面土层为软土,而且由于冻结区域过长,部分区域冻结交圈不到形成薄弱点,容易发生沉降。故采取在薄弱位置增加两根冻结管增强冻结,直到开挖结束。并且对整个加固土体进行超冻,保证冻结质量。同时由于土体开挖以清障为目的,南北两端各第3道桩体之间的土体不开挖,超冻可保证不开挖土体不出现坍塌。

(5)回填材料及回填方式

由于工作井回填深度大且通道内无空间,回填材料无法夯实,且回填材料需密实、有强度,最终采用下层泡沫混凝土+上层黄砂掺水的形式。并距离地面1.5m对工作井施工盖板且预留注浆孔,防止后期沉降。1.5m以上进行道路结构层及管线复位施工,保证不发生沉降。回填之前需对工字钢进行拆除,若冻结体发生变形,将会对6号线民生路站造成较大影响,故在10小时之内回填通道,节约时间。待通道回填完外圈冻结管才进行拔除。由于泡沫混凝土会产生水花热反应,将会对冻结体产生影响,故在两腰深层增加测温孔,监测温度变化。同时在通道里布置3处测温线,每处3个测温点,交界面易损点布置2个,深层测温点1个。

根据温度监测得出泡沫混凝土对冻结壁的影响:

①泡沫混凝土开始浇筑,第2至第3天冻结体的温度上升明显,中心表层温度由于内圈冻结管拔除其最高温度达32℃,中心深层温度回升至约-4℃,但随后冻结体温度随着外圈的冻结温度基本稳定且有逐步的回冻;

②上下测温孔由于靠近外圈冻结孔,水化反应产生的热量与冻结制冷产生温度交换,体现出表层温度下降、深层温度上升;

③整个冻结体深层温度在回填前所得数据全部低于0℃,板体依旧存在,而上下测温孔深层点的温度全部低于-10℃,说明回填后冻结体仍能发挥作用。

(6)沉降隆起控制

钻孔过程中出现了涌砂现象,若土体大量流失,引发地面及上方6号线民生路站车站沉降。故采取了应急措施,第一时间关闭球阀,并进行水泥-水玻璃双液壁后注浆后再施工冻结孔。

考虑到冻胀融沉的影响,决定在冻结孔中布置了泄压孔和温控孔。并加强监测,当监测6号线底板沉降时,打开泄压孔进行泄压,必要时可采取温控孔循环热盐水进行解冻,至6号线底板监测数据正常后停止。待盾构推进完成后及时通过隧道管片预留注浆孔对地层进行融沉注浆,注浆期间加强6号线车站底板结构、地面及周边管线的监测,注浆直到车站底板、地层及管线稳定、冻土融化完毕后再停止注浆。

(7)地墙凿除

洞门凿除过程中,无洞门圈为参照物,若凿除半径小,盾构掘进中将会对穿越地连墙,对刀具磨损较大,将影响后期推进,故采取多次精准放样,并通过多方核实,在原来的基础上向外扩大25cm。

4结语

6号线民生路站清障施工按照上述施工工艺,进展十分顺利。目前盾构上下行线已经顺利穿越6号线,6号线根据电水平尺监测基本无沉降。这为类似体系的清障施工提供了参考和借鉴。

论文作者:卢鸣

论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/14

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