槽仓暗道逆作法施工技术研究--课题.docx

槽仓暗道逆作法施工技术研究

课题名称： 槽仓暗道逆作法施工技术研究
课题承担单位（盖章）： 中国建筑第七工程局有限公司
课题起止时间： 2011年1月至2011年12月
课题验收时间： 2012年1月

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目录
1 绪论 1
1.1论文选题背景 1
1.2国内外技术现状 1
1.3依托工程特点和难点 1
1.4本研究的方法及主要内容 3
2、暗道顶板混凝土施工技术 5
2.1逆作钢筋工程 5
2.2预留混凝土下料孔 6
2.3混凝土浇筑 7
3、槽仓暗道盖挖逆作法降水施工 8
3.1逆作法施工阶段的划分 8
3.2降水方案选择 8
3.3降水井的布置及安装 8
3.4降水井封井 9
3.5降水沉降防护措施 9
4、暗道土方盖挖施工 11
4.1总体开挖方案选择 11
4.2运输设备的选择 11
4.3分层开挖措施 11
4.4车辆运输道路 13
4.5土方开挖施工工艺 13
4.6严寒天气施工措施 13
4.7盖挖法施工难点及对策 13
5、暗道顶板挠度控制措施 14
6、流沙的治理 15
7、混凝土底板排水沟施工改进 16
8、暗道墙板施工方法 17
9、墙顶与顶板结合处施工技术 18
10、施工缝及墙体防渗水措施 19
11、结论 19

1 绪论
1.1论文选题背景
锡林浩特煤矿西二矿产品煤槽仓工程，地下输送暗道埋深27米，长206米宽17.5米。槽仓支护桩、混凝土护壁及暗道顶板施工完成后，暗道土方及暗道底板、墙板采用盖挖逆作法施工。

1.2国内外技术现状
煤槽仓为特殊结构工程，目前在国内类似工程仅有3个，特别在寒冷的内蒙古地区建设该工程，开建筑业之先河。该工程成功的建设，在内蒙古锡林郭勒盟地区影响极大，因为该地区露天煤矿较多，该工程特别适用大型露天煤矿的开采及产品煤的储存运输，大大节约煤的储存及短途运输成本。在经济与环保发展并举的今天，特别是旅游业发展强劲的内蒙草原，各个大型露天煤矿的地面煤场转为地下，大型煤槽仓的采用有较大的推广发展趋势。
1.3依托工程特点和难点
该工程为大型产品煤储存槽仓，梯形截面，长206米,宽40米(下宽17.5米),深22米，储煤量15万吨；储存槽仓上部为两层钢结构，梯形截面，高20米，上层为产品煤输入层；储存槽仓底板以下为产品煤输出暗道，长206米,宽17.5米,净高4米，暗道底板埋深27米。
本工程为大型产品煤储存槽仓，该工程储煤槽仓运输暗道采取了逆作法施工，且该工程地处内蒙古较严寒的草原地区，没有类似工程施工经验可借鉴。
施工技术难点：根据该工程自身的特殊性及施工环境的特点，该工程暗道施工具有四大难点：暗道埋深太大，净高太低，上方盖挖困难；暗道顶板临时跨度较大，挠度不易控制；地下水量大，排降水困难；在暗道埋深范围内主要为粉砂层及砂砾层，防止流沙困难。具体如下：
1）本工程暗道埋深27米，且暗道净高太低仅4米，上方盖挖时大型机械无法利用，土方外运也困难，运土坡道冬季结冰易打滑。
2）暗道顶板临时净跨17.5 米，在挖土过程中要严格观测挠度变化情况，应制定切实可行的施工方案来确保施工安全。
3）地质条件较复杂，整个暗道土层主要为粉沙层及沙砾层，因地下水丰富，防治流沙是确保正常施工的关键。
4）本工程-16米以下地下水量较大，地下水降排及承压水的处理问题，在寒冷的冬季较困难。
5)如何保证混凝土底板及外墙不渗水，是施工的关键工序。
6)逆作法地下部分施工时，墙与顶板的交接处不密实性及墙体的不均匀沉降控制，也是本工程实施过程关键技术之一。
3.施工经济技术措施
在暗道施工方案选择时，主要提出两种方法：一是暗道土方采取明挖顺作施工方法；二是暗道土方采取盖挖逆作施工方法。

经上述比较􀋏决定采用方案二，盖挖逆作施工法，可以节约大量资金，工期的调整方法是原计划冬休三个月取消，确保工期要求，但需增加冬期施工措施费。
1.4本研究的方法及主要内容
该课题的实施以锡林浩特煤矿西二矿产品煤槽仓工程为依托，围绕暗道逆作法的施工逐步展开，预期将形成一套完整的逆作法施工方案；至于施工中存在的难点将制定切实可行的解决的办法。结合本工程特点争取在技术上和工法上有所突破和创新打造出优质产品。
1）暗道顶板混凝土施工技术
槽仓暗道厚2米，宽17.5米，长206米，施工的关键及难点是逆作法钢筋绑扎及混凝土振捣。
2）槽仓暗道盖挖逆作法降水施工
盖挖逆作法在煤槽仓护壁施工完成后，土方开挖至-17.1米先浇筑暗道顶板，在顶板的保护下，在暗道内开挖土方、浇筑暗道底板及墙板混凝土结构的施工方法。
槽仓盖挖法施工，基本分为两个阶段，第一阶段为地面以下施工阶段，它包括结构桩的施工、槽仓土方明挖及槽仓护壁施工、暗道支护桩、顶板结构施工；第二阶段为暗道内施工阶段，包括土方盖挖、暗道混凝土结构施工和设备安装等。
3）暗道土方盖挖施工
暗道土方盖挖施工是逆作法施工的重点和难点之一，本地区地下水丰富，降水困难，暗道内空间狭小，施工机械难以灵活摆动导致掏土及外运困难。
4）暗道顶板挠度控制措施
暗道顶板施工完成后，开始开挖暗道内土方，由于暗道两侧支护桩间距离为17.5米，即暗道顶板临时跨度为17.5米，故在开挖暗道土方施工中，必须保证暗道顶板挠度变化不超过施工规范要求。
5）流沙的治理
由于设计没有要求在开挖基坑前降低地下水，根据地质报告及现场实际情况，当暗道顶板施工完成后，才在暗道顶板上进行施工降水井（漏煤口处），但是由于工期要求紧降水效果不佳，在开挖土方过程中桩间出现大量渗水及流沙现象，流沙的防治成为工程质量的关键。
6）混凝土底板排水沟施工改进
由于地下水量大，原有排水明沟已经不能满足排水要求，经过改进将进行明暗结合的方法进行排水。
7）暗道墙板施工方法
暗道墙板施工分为3个重点：即钢筋绑扎及连接，模板支设及加固，混凝土的浇注及振捣三个方面。
8）墙顶与顶板结合处施工技术
由于先浇筑顶板，后浇筑墙体，为解决振动棒插入问题和消除结构之间的缝隙，事先在顶板浇筑时在顶板钢筋中预埋钢管，墙体浇筑时候作为插入振动棒的振捣孔；墙体浇筑完成满足技术间歇之后注浆，消除墙体混凝土收缩而产生的顶板和墙体之间的缝隙。
9）施工缝及墙体防渗水措施
暗道底板及剪力墙施工缝预埋膨胀止水条或钢板止水带，暗道外墙墙体为900mm厚混凝土墙体，其模板采用18厚胶结板、钢管回楞、穿心螺栓固定，每根穿心螺栓都加焊止水片。

2、暗道顶板混凝土施工技术
槽仓暗道厚2米，宽17.5米，长206米，施工的关键及难点是逆作法钢筋绑扎及混凝土振捣。
超大超深基坑逆作法施工时近年来建筑界关注和研究的重要课题，逆作法施工对控制沉降变形是十分有效的。而且能有效降低工程造价、缩短施工周期。如今越来越多处在闹市区段或重工业大型基坑工程采用逆作法施工。
2.1逆作钢筋工程
由于暗道逆做法施工，施工顶板后再施工剪力墙，在浇筑顶板混凝土时必须将板下剪力墙预留插筋预埋固定准确。具体做法如下：暗道顶板土方开挖时，在墙体位置局部超挖1000mm 左右时，按施工规范要求，竖向构件搭接接头错开50%，且距板面高度不小于500mm，两接头错开长度大于35d，故插筋部位应超挖1000mm 左右才满足要求。在做顶板地胎模时将超挖1000mm 部位回填细沙，再铺150mm 厚的聚苯板，将墙体插筋插于聚苯板及沙层内，如图示。确保钢筋的级别、数量、直径、间距、形状、锚固长度和绑扎位置正确。同时对插入沙层内的钢筋对其作好保护避免锈蚀。

槽仓暗道钢筋净重大，分布密度大，构型复杂，绑扎困难。施工前通过模拟操作，确定钢筋的排放顺序。首先绑扎大梁钢筋，利用模板支撑立柱悬挂大梁钢筋，保证大梁钢筋绑扎时不会倾倒、下沉，便于施工。
2.2预留混凝土下料孔
由于逆作施工，竖向构件墙体混凝土后浇筑，墙体混凝土的下料及振捣是施工的关键，同时考虑到墙体顶部混凝土的密实性，经设计同意在施工暗道顶板时（墙顶部位）预埋Ф150mm 钢管作为下料洞和振动棒的插入口，间距1500mm，钢管内封堵沙子，以免混凝土进入钢管内，如图示。
预埋Ф150mm钢管
暗道板
后浇混凝土剪力墙
60
2000

2.3混凝土浇筑
施工中采用斜面分层法施工，即斜向分层、一次到底、梯级浇筑、逐层倒退的方式阻止施工。同一施工段的混凝土必须连续浇筑，并在下层混凝土初凝之前将上一层混凝土浇筑完成。
由于暗道顶板厚2米，属于大体积混凝土结构，施工时应注意以下施工要点：
1）混凝土胎模施工严格控制标高，胎模表面应平整并压光，隔离剂涂刷饱满均匀，方便后期胎模的拆除。
2）混凝土配合比进行优化设计、选用低谁忽热的水泥，掺加粉煤灰和外加剂以减少水泥用量，降低混凝土水化热，可采用混凝土60d或90d的强度作为混凝土配合比设计、强度评定及工程验收的年数能力，依据。
3）根据混凝土浇筑量、生产能力、混凝土的初凝时间控制分层厚度，保证每一处混凝土在初凝前都能被上一层混凝土覆盖并振捣完毕。
4）测温点的布置在具有代表性的位置，能够反映出大体积混凝土各部位的温度变化情况。
5）混凝土浇筑完成后对混凝土进行养护，不少于14d，根据测温数据集市调整保温保湿方式，严格控制内外温差在25度以内。
此外混凝土浇筑时做好测温并及时调整养护水水稳，以控制混凝土内温差。

3、槽仓暗道盖挖逆作法降水施工
3.1逆作法施工阶段的划分
盖挖逆作法是在煤槽仓护壁施工完成后，土方开挖至-17.1 米先浇筑暗道顶板，在混凝土顶板的保护下，在暗道内开挖土方、浇筑暗道底板及墙板混凝土结构的施工方法。槽仓暗道盖挖法施工，基本分为两个阶段，第一阶段为地面以下施工阶段，它包括结构桩的施工、槽仓土方明挖及槽仓护壁施工、暗道支护桩、结构桩及暗道顶板结构施工；第二阶段为暗道内施工阶段，包括土方盖挖、暗道混凝土底板及剪力墙结构的施工等。
3.2降水方案选择
根据工程地质报告及以往施工经验，拟选择管井降水的方法进行降水。
管井降水的优点是：
1）施工简便灵活，能迅速有效降低地下水位；
2）能有效防止流沙现象，有利于提高边坡的稳定性；
3）水影响范围大，能保证土方开挖的顺利进行。
为节约降水经费，我们考虑降水系统设计应本着实用、简单节约为目的，采用在槽仓基坑内安装管井降水。即当槽仓暗道顶板施工完成后，在顶板上施工降水管井。
3.3降水井的布置及安装
暗道顶板设计有两排60 个漏煤口，每间隔一个漏煤口施工一个降水井，因西半部水量较大，适当增加降水井，共计施工降水井35 个。
本地区土层含沙砾较多，根据施工经验，考虑井内沉积因素增加2 米沉砂管，管井使用深度不低于10 米为宜。管井设计深度12 米􀋏降水时井内水位不高于6 米，才能有效降低地下水位。为增强井管渗水效果，所选用井管内径以400 毫米为宜。
井管应在成孔后立即进行安装，井管沉放前，应对空内予以清洗，将泥渣排出，井管下放时，应在管壁绑长竹片导向使接头对正，安装接头布，沉管时力求垂直居中。
井管安装完后，应立即在井管与井壁之间填充沙砾滤料，滤料粒径3—8 毫米，杂质含量不大于3%，填充采用铁锨下料，以防不均匀和冲击井管，滤料要一次连续完成，从井底填至井口下1 米时上部在用粘土封口。
洗井应在下完井管，填好滤料封口后随时进行。防止时间过长，护壁泥皮老化聚结，影响渗水效果。洗井应在井管内排出的水由浊变清后并达到正常出水量时方可停止。
潜水泵安装前，应对其系统做一次全面检查，确保无误后方可放入，安装完毕后应进行试抽水，满足要求后转入正常工作。管井使用完毕后进行封井。
3.4降水井封井
根据工程实际情况，要求降水维持到整个槽仓暗道底板及墙板施工完毕，在确保工程正常施工的情况下，方可停止抽水，并采取可靠的封井措施，抽水设备拆除后，填入级配砂石距井口1.5 米改填C40 抗渗混凝土捣实，逐个有序封闭，以确保建筑工程质量的完整性。
3.5降水沉降防护措施
参考地质资料得知，土壤空隙较大易于液化的特点，因降水对周围地面所产生的沉降都可能对边坡造成损害，为确保施工安全，制定如下措施：一是暗道土方开挖后，对暗道支护桩间采用Ø10@150 钢筋网片锚喷支护措施。二是根据我们的施工经验，由于土层砂含量较多，要延长洗井时间，确保成品井质量。三是在确保开挖施工能正常作业的情况下，采取必要的弱降措施，适当降低排量，避免地下水大量流失。四是降水井施工完成后，在-15.1 米暗道顶板上面安装排水管，将地下水集中排至水箱内再抽排至地面（草原），由于室外天气寒冷，至地面的排水管要保温处理且包裹电热带。如下示意图。

暗道土方开挖过程中，因地下水丰富，降水井降水效果不明显，需要挖两道1000 mm×400mm×200 米长排水沟，辅助排水。沟内预埋Ф 350 钢管排水管并回填碎石形成盲沟，便及时将地下水排除。待暗道混凝土完成后，为防止地下水渗入暗道，预埋Ф350 钢管内灌注水泥浆，在预埋Ф 350 钢管时，间距8 米预留一个Ф 150mm 长1200mm 的泄水检查孔[注浆孔]，并在注浆孔位置预留400×400×500 深的集水井，以便积水排入预埋钢管内。
排水沟内填碎石
-22.730
泄水及灌浆孔
预埋排水管

4、暗道土方盖挖施工
4.1总体开挖方案选择
1）方案一
整个暗道长206 米，暗道混凝土结构设计分为四段，三道伸缩缝。在土方开挖时分为八段开挖，即每段暗道混凝土结构再设置一道施工缝，施工缝内安装橡胶膨胀止水条或钢板止水带。每段土方开挖长度约为25 米左右，当每一段开挖完成后及时浇筑暗道底板及墙板混凝土。
2）方案二
根据现场实际情况为加快施工进展，每段土方开挖长度按原设计伸缩缝为界，即暗道土方开挖每段长度约为50 米。
经综合分析决定采取第二种施工方法，具有施工快、不留施工缝等优点。自①轴向②轴方向开挖（自东向西），每开挖完成一段后，及时进行下道工序施工。由于暗道净高不足5 米，无法利用大型机械开挖，均采用小型挖机开挖，两台120 履带式挖掘机及两辆350 装载机。
4.2运输设备的选择
1）方案一
采用4-8 辆5T 运输汽车，暗道内需铺设临时道路并铺设钢板，以便车辆更好的通行。
2）方案二
暗道内架设皮带运输机，直接将土运输至地面。
方案二的施工进度快，但投入设备费用高，并且根据当时环境情况，气温太低（约-25°），土易结冰不利运输。故采用常规汽车运输（方案一）。
4.3分层开挖措施
由于暗道盖法挖土是前进式开挖，如果一次挖至底板底标高，因运土车辆来回行驶会严重扰动基底土层，故采取分层开挖法。第一层先“前进”开挖，先开挖深4 米（即挖到底板顶标高），当挖到规定的进深后，再 “后退”开挖第二层，挖深1.1 米􀋏即挖至底板底标高处（如下图示）。

4.4车辆运输道路
由于地下水降低不明显，致使基底土层含水量大，运土车辆行驶困难，所以在整个挖土过程中均铺设特制的钢板作为车辆运输道路。
4.5土方开挖施工工艺
1）开挖施工总程序
开挖一段土方，施工一段暗道底板混凝土及剪力墙混凝土。（不得将整个暗道土方开挖完成后再施工混凝土暗道底板）。
2）土方开挖工艺
第一层前进挖土（掏土）、钢板铺设道路、外运土→第二层后退挖土、修正顶板处余土、外运土、拆除钢板道路→验槽浇筑混凝土垫层。
4.6严寒天气施工措施
因天气寒冷（-25°左右），运输车辆使出暗道后，泥土冻结粘车厢不易卸土，所以车辆在装土前应先在车上满铺一层塑料布，以便卸车。
土方外运土时，由于自地下27 米处运至地面，要保证运输车辆安全，运土坡道坡度不得大于10°，并且铺设山皮石。特别是寒冷的风雪天气，及时用碎石修整道路，下雪天气必须派专人及时清扫积雪，确保道路不积雪不结冰。
4.7盖挖法施工难点及对策
1）暗道净高低无法发挥大型机械的工作效率，改用多台小型机械。
2）暗道内土方运输车辆行走困难，采用钢板铺设道路，运输车辆因冻土卸车困难，车厢内满铺塑料布。
3）降、排地下水困难，增加排水盲沟。
4）支护桩间渗水易塌方，采用自然冷冻使土层表面结冰、桩间支护铁皮。
5）降水井管影响挖土机械回旋，拆除部分井管，改用软管直接抽水。
6）顶板阴角余土冻结不易挖除，搭设活动脚手架人工清除。
7）顶板预埋墙体插筋处聚苯板清理困难，喷灯烤烧及稀料（甲苯、二甲苯）融化。
5、暗道顶板挠度控制措施
暗道顶板施工完成后，开始开挖暗道内土方。由于暗道两侧支护桩间距离为17.5 米，即暗道顶板临时跨度为17.5 米，故在开挖暗道土方施工中，必须保证暗道顶板挠度变化不超过设计要求。
挠度控制具体采取以下控制措施
1）禁止顶板上部堆放任何施工材料及周转料具。
2）机械挖斗、铲头等严禁撞击顶板。
3）顶板上杜绝施工车辆停放及通行。
4）昼夜及时检测顶板的挠度变化情况，并做好记录，发现异常及时上报。
5）制定专项检测测量方案专人负责。
6）暗道底板施工完成后首先施工中间一道剪力墙。
在整个暗道施工过程中，经检测记录表明最大挠度为35mm,平均为21mm。没有异常现象发生，施工安全顺利。

6、流沙的治理
由于设计没有要求在开挖基坑前降低地下水，根据地质报告及现场实际情况，暗道范围内的水量较大，当暗道顶板施工完成后，此时才在暗道顶板上进行施工降水井（漏煤口处）。但是由于工期要求紧，降水时间短，降水效果不佳，在开挖土方过程中，暗道支护桩间出现大量渗水及流沙现象。根据实际情况采取了如下措施防治：
桩间渗水处采用自然冷冻法，使土层表面结冰后（因土方开挖时环境温度-25 度左右，土方开挖后土层表面遇渗水易结冰固化，减少了塌方了频率），在桩间支护铁皮。在含有大量砂层处，因渗水出现流沙，在出现流沙处用膨胀螺栓将钢板固定在支护桩上，然后用干硬性速凝水泥浆封堵，见如下示意图：

7、混凝土底板排水沟施工改进
原设计在底板两侧留有400*400mm 的排水明沟，并且在排水沟部位暗道底板局部下沉，给施工带来极大的不便，经与设计、业主沟通􀋏将该排水沟改为明暗结合的方式，即在混凝土底板内埋设Ф 200mm钢管排水管作为暗排水沟，原排水明沟由400mm深变为100mm，明、暗沟相连，积水由明沟引入暗沟再排向集水坑。见如下示意图：

8、暗道墙板施工方法
钢筋绑扎及连接，墙体钢筋上端必须与顶板内的预留插筋螺栓连接，下端与底板墙插筋绑扎连接，确保连接满足施工规范要求。
绑扎顺序为墙体外层立筋----外层水平筋---墙体内层立筋---内层水平筋。
模板支设及加固，外墙模板仅单面支设加固，不易加固支撑牢固，产生涨模等质量通病，为保证模板的稳定性，必须在支护桩侧打膨胀螺栓焊接对拉螺杆，上下间距400mm 一道，模板用14 槽钢作背楞，间距1.5 米一道，槽钢上端与顶板预留墙插筋固定，下端与底板预留墙插筋固定。见如下加固示意图：

9、墙顶与顶板结合处施工技术
由于逆作施工竖向构件顺作，考虑墙体混凝土的密实性，顺作墙体与逆作暗道顶板之间由于混凝土收缩存在缝隙，在支设墙体模板前，事先在顶板底面预埋钢管注浆管，注浆管上钻喷浆孔@300mm，并用胶带包裹喷浆孔，防止混凝土进入注浆管内（如下图），如遇到部分注浆管散浆孔堵塞􀋏在墙体剔凿“V”型凹槽，埋设注浆嘴，间距500mm，将注浆嘴的进浆孔骑缝粘贴在预定的位置上。用环氧胶泥，将槽嵌填密实􀋏进行封缝。

10、施工缝及墙体防渗水措施
暗道底板及剪力墙施工缝预埋膨胀止水条或钢板止水带做法如下图示。
暗道外墙墙体为900mm 厚混凝土墙体􀋏其模板采用18 厚胶结板、钢管回楞、穿心螺栓固定􀋏每根穿心螺栓都应严格加焊止水片

11、结论
本研究以锡林浩特煤矿西二矿产品煤槽仓工程为依托，对大型煤储槽仓逆作法施工展开施工研究，对暗道板混凝土施工技术、盖挖逆作法降水施工技术、暗道土方盖挖施工技术、暗道顶板挠度控制技术、地下流沙治理技术、暗道墙板施工技术、以及墙顶与顶板结合处施工技术和施工缝及墙体防渗水施工措施做出了详细的归纳和总结，创新出一套地下大型槽仓类构筑物逆作法施工技术，应用此技术，对提高施工质量、缩短工期、确保安全施工、节约成本以及如何在寒冷地区做好连续冬季施工，将起到良好的推动作用。其成功经验必将对今后同类工程的施工起到很好的借鉴作用，特别是为大型地下煤仓综合体的开发积累了宝贵的经验。