盾构井逆筑施工工法1.doc

盾构井逆作施工工法盾构井内衬结构逆作施工工法

工法编号：
编制单位：中国建筑一局（集团）有限公司
主要执笔人：张鹏、丁海明

1 前言
北京地铁四号线工程北京南站～陶然亭站区间在右线K4＋074处设置3号盾构接收井，在左线K4＋077.261处设置4号盾构接收井，盾构接收井二衬结构的净空尺寸为15×9m。盾构接收井围护结构原设计采用Φ800@1200钻孔灌注桩与钢支撑体系，接收井内衬模筑删除
钢筋混凝土结构采用顺做法施工，即先进行土方开挖与钢支撑安装，土方开挖至设计井底标高后，再由下而上施做内衬结构。后根据现场施工条件与工期情况，内衬结构采用逆作法施工，节省了工程造价并提前了工期，取得了良好的社会效益和经济效益。

2 工法特点
2.1逆作法施工结构受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。
2.2逆作法施工，土方开挖可较少或基本不占总工期。
2.3 采用逆作法施工，可省掉钢支撑安装与拆除这一工序，节省材料、人力物力；二次衬砌支模用的模板及钢管架料可达到轮换倒用，大大节约了模板、架料的投入。
3 适用范围
3.1本工法适用于盾构工程始发井、接收井施工，也可用于暗挖竖井的施工。
4 工艺原理
先沿盾构井周围施工地下钻孔灌注桩或其他支护结构，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层井壁内衬结构，直至底板封底。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
冠梁施工→开挖工作面→初喷混凝土→打设抗滑锚杆并注浆→挂网喷射混凝土→绑扎二衬钢筋→支模→二衬混凝土浇筑→拆模→砼强度达到设计值的75%后，安装钢管斜撑→开挖下一层土方
5.2 操作要点
5.2.1 冠梁施工
1、冠梁结构形式
冠梁截面尺寸为800×1500（高×宽），配筋为主筋：21Ф25，箍筋为Φ10＠200的双支箍，Ф22抗剪筋，Ф10拉结筋，浇筑C30S8砼,详见冠梁配筋图5-1。

图5-1 冠梁配筋图
2、工艺流程
桩顶土方开挖边坡支护
凿桩头、整平桩顶及桩间找平
清理调直桩顶钢筋
测 量 放 线
绑扎冠梁钢筋
拆 模
养 护
立 模
灌注砼
商品砼运输
钢筋下料
钢筋原材检测
参见【图5-2冠梁施工工艺流程图】。

图5-2 冠梁施工工艺流程图
3、冠梁施工技术要求
1）围护桩按要求剔凿至设计标高，桩头钢筋调直。冠梁尺寸为800mm(宽)×1500mm（高），剔凿后的桩头主筋锚入冠梁35d。
2）冠梁截面配筋为主筋：21Ф25，箍筋为Φ10＠200的双支箍，浇筑C30砼。
3）冠梁主筋采用绑扎搭接，搭接长度按规范要求，搭接接头错开距离为1200mm，同一断面接头数量不大于50%。
4）内模采用钢模，外模采用木模。固定好模板及角度，防止在浇筑时出现跑模现象。
5）冠梁砼浇筑采用砼罐车自卸方式，如遇雨天或场地情况砼车无法靠位，则采用砼汽车泵进行浇筑。浇筑期间采用振捣棒密实，冠梁顶部抹平。
6）砼初凝后进行拆模，并及时进行养护。
5.2.2 土方开挖
1、盾构井开挖必须遵守“由上而下，先撑后挖，分层开挖”的原则。应合理地控制开挖速度，避免土体卸荷过快，及时进行网喷混凝土石拱，在混凝土未达到设计值的75%及钢管支撑未安装前不得进行下一层土方开挖。
2、要注意减少盾构井顶边缘地面荷载，槽壁附近堆载不得大于20Kpa。
3、每层土方开挖深度取决于土体自稳能力及锚杆钻机施工的作业高度，在砂性土中每层高度为1.0～1.5m，在粘性土中可适当增加，在砂卵石地层中一般为上下两道锚杆的间距。
4、盾构井开挖过程中，应避免碰撞支护结构，减少对基底原状土的扰动。
5、开挖至井底标高后，井底应及时封闭，浇筑混凝土垫层。
建议本部分简写
5.2.3桩间土网喷施工及抗滑锚杆施工
竖井围护桩间采用C20早强挂网喷射混凝土护壁，厚度为100mm。
1、工艺流程
参见【图5-3桩间喷砼工艺流程图】。
土方开挖
钢筋网安装
喷射面层砼
喷射砼搅拌
钢筋进场检验
钢筋制作
养 护

图5-3 桩间喷砼工艺流程图
2、挂网喷砼支护施工
桩间护壁采用ф6@ 150×150钢筋网，外喷厚度为100mm的C25混凝土。待围护桩及冠梁施工完毕之后，采用挖掘机开挖基坑内土方，桩间网喷砼支护，采用自上而下，随挖随喷。每次挖土高度不大于3米，采用人工清理桩间土，并将基面清理平整。再在面层上挂钢筋网，并固定牢固。钢筋网片的搭接不小于20厘米。喷射砼中的钢筋网应调直除锈，钢筋网与坡面间隙宜大于20mm，网片与坡面间距过小的部位可加设垫块。钢筋网应与土钉和加强筋连接牢固，喷射砼时钢筋不晃动。喷射砼应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度为30mm～40mm，复喷厚度为60mm。喷射时，喷头与受喷面应垂直，宜保持0.6m～1.0m的距离，喷射手应控制好水灰比，保持砼表面平整、湿润光泽，无干斑或流淌现象。有地下水的情况下，布设泄水管进行泄水。参见【图5-4桩间喷砼示意图】。

图5-4 桩间喷砼示意图
3、抗滑锚杆施工
在1～4层土方开挖完成后，在每层距底部400cm位置打设2根3m长环向@1.2m的φ32x3.25水煤气钢花管，并注1：1水泥浆，锚杆预留50cm不打入土体，作为与衬砌砼的锚固段，详见5-5下图。

图5-5 桩间喷砼示意图
5.2.4二次衬砌施工方法
盾构接收井二次衬砌施工，采用逆作法自上而下逐步进行施工。衬砌模板主要采用组合钢模板，盾构接收洞门处及暗挖预留口处使用竹胶模板，支撑体系采用φ48×3.5钢管满堂红；采用C30S8商品混凝土，混凝土泵泵送浇注。
1、井壁结构施工
根据盾构接收井衬砌结构深度与永久钢支撑设置情况，盾构井壁衬砌结构混凝土自上而下浇注分六步进行，随井壁衬砌结构的施工随安装永久钢支撑，这样既能很大程度的加快施工进度缩短工期，又能确保盾构井的结构安全，盾构井二次衬砌结构施工步序详见图5-6。
图5-6 盾构接收井二次衬砌结构施工步序图
步 序
施工步序示意图
文字说明
第一步

破除桩头，开挖第1次土方、打入锚杆、初喷砼10cm
第二步

冠梁及第1次衬砌钢筋砼二衬
第三步

砼强度达到设计值的75%后，安装第1道钢管斜撑
第四步

开挖第2次土方、打入锚杆、初喷砼10cm
第五步

第2次衬砌钢筋砼二衬
第六步

砼强度达到设计值的75%后，安装第2道钢管斜撑
第七步

开挖第3次土方、打入锚杆、初喷砼10cm
第八步

第3次衬砌钢筋砼二衬
第九步

砼强度达到设计值的75%后，安装第3道钢管斜撑
第十步

开挖第4次土方、打入锚杆、初喷砼10cm
第十一步

第4次衬砌钢筋砼二衬
第十二步

砼强度达到设计值的75%后，开挖第5次土方、初喷砼10cm
第十三步

第5次衬砌钢筋砼二衬底板
第十四步

第6次衬砌钢筋砼二衬

5.2.5模板与支架工程建议本部分简写

1、模板及支架的安装
1）模板主要采用组合钢模板，局部使用12mm厚覆膜竹胶板。钢模板以P6015为主，采用竖排方式，转角处用阴角角模。12mm厚覆膜竹胶板根据结构尺寸现场制作拼装，主要使用在盾构预埋钢环及暗挖预留孔洞部位。侧墙模板采用P6015的钢模板，支撑体系采用φ48×3.5钢管（扣件连接），整体搭设满堂红钢管排架，排架立杆间距为600mmx600mm，横杆间距水平双向为600mm，垂直方向间距为500mm，为确保支撑体系的稳定性，支架要使用φ48钢管纵横双向设置剪刀撑，剪刀撑设置数量不少于6道，立向间距3000mm。横背楞采用10*10cm方木间距500mm；竖背楞采用10*10cm方木，间距600mm。详见图5-7及图5-8。

图5-7 侧墙模板拼装示意图及模板支撑体系图

图5-8 模板支撑体系大样图
模板的安装采用预组拼装方式。施工前应做好如下准备工作：
①安装前，要做好模板的定位基准工作。
②按施工需用的模板及配件对其规格、数量逐项清点检查，未经修复的部件不得使用。
③经检查合格的模板，应按照安装程序进行堆放或装车运输。重叠平放时，每层之间应加垫木，模板与垫木均应上下对齐，底层模板应垫离地面不小于10cm。
④向施工班组进行交底。
⑤竖向模板安装的底面应平整坚实，并采取可靠的定位措施，要求预埋支撑锚固件加方木支撑。
⑥模板应涂刷脱模剂。
⑦做好施工机具及辅助材料的准备工作。
2）必须对支护结构的接缝及墙面渗漏按设计要求处理，无设计要求时可按下列办法处理：
①仅有少量渗漏水可用防水砂浆抹面；
②有明显漏水点时，应用注浆堵漏进行封堵；
③特别严重渗漏水现象须由专业防水队伍处理后，才能进行内衬混凝土施工。
3）立内模之前，应对钢筋及预埋件工程进行检查，合格后办理隐蔽工程验收，进行下道工序施工。
4）盾构、暗挖隧道预留口处模板及支撑体系，以暗挖隧道预留口为例说明，见【图5-9 暗挖隧道预留口处模板施工示意图】。

图5-25 暗挖隧道预留口处模板施工示意图
2、模板及支架的拆除
待每段盾构井内衬结构施工完成后进行模板的拆除。拆模时先松顶丝，再拆除立木和横木，将模板附件拆除后，用撬棍轻轻撬动模板，使模板离开墙体即可把模板拆下，用钩子将模板拆下起吊走，模板脱模后运出地面、集中堆放。随着模板的拆除拆除满堂红脚手架及安装内衬钢支撑。
6 材料与设备
6.1 材料
盾构接收井逆作法施工使用材料见表6.1.1。
表6.1.1 盾构接收井逆作法施工材料表
项目
3号盾构井
4号盾构井
合计
备注
挂钢筋网喷C20砼面积
1002.16 m2
1040.76 m2
2042.92 m2
厚度100mm
土方
3188.96 m3
3311.76 m3
6500.72 m3

冠梁砼量C30
36.35 m3
36.35 m3
72.70m3

冠梁钢筋量
3.16t
3.16t
6.32

抗滑锚杆
1200m
1200m
2400m

钢筋网钢筋量
2.98t
3.09t
6.07t

二衬钢筋量
156t
180t
336t

二衬混凝土量C30
725 m3
840 m3
1565 m3

Φ600永久钢支撑
47.3m
47.3 m
94.6m
按延米计算
6.2 设备
挖掘机、喷射机、搅拌机、注浆泵、空压机、钢筋调直机、钢筋切割机、电焊机、装载机、自卸汽车等。
7 质量控制有部分内容可以放在操作要点里，操作要点应该对于应总的施工工流程。

7.1 原材料试验
锚杆、钢筋、水泥、砂、砾石的质量应符合有关产品质量标准和设计要求，材料进场应有产品合格证和检验报告；钢筋、水泥应按有关标准取样复试；质量不合格的产品、材料不得进入现场。
7.2钢筋工程质量控制措施
7.2.1钢筋的表面应洁净。油渍、漆污和用锤敲击时能剥落的浮皮、铁锈应在使用前清理干净。在焊接前，焊点处的水锈应清理干净。
7.2.2钢筋调直要求钢筋应平直，无局部曲折；冷拔低碳经调直机调直后，其抗拉强度一般要求降低10%—15%。使用前应加强检验，按调直后的抗拉强度选用。如果抗拉强度降低过大，则可适当降低调直筒的转速和调直块的压紧程度。
7.2.3钢筋的断口不得有马蹄形或起弯等现象，钢筋的长度应力求准确。
7.2.4钢筋的弯曲形状正确，平面没有不平翘起的现象，钢筋弯曲点不得有裂缝。
7.2.5钢筋焊接的接头不得有横向裂纹，不得有明显的烧伤。
7.2.6钢筋的摆放应按图纸要求，特别注意负筋的位置，钢筋接头的位置长度应符合要求，绑扎是否符合要求，有无松动变形，钢筋表面不应许有油渍，片状铁锈。
7.3模板工程质量保证措施
7.3.1经检查合格的模板，应按照安装程序进行堆放或装车运输。重叠平放时，每层之间应加垫木，模板与垫木均应上下对齐，底层模板应垫离地面不小于10cm。
7.3.2预留隧道口钢模板安装时，应保证位置准确，安设牢固。
7.3.3按配板设计循序拼装，以保证模板系统的整体稳定性。
7.3.4保证模板接缝不漏浆。
7.3.5模板安装允许偏差应严格控制在要求范围内。
7.3.6模板的安装应严格按照有关模板安装平整度要求实施。
7.4混凝土工程质量保证措施
7.4.1混凝土的搅拌中砂浆密度两次测量的相对误差的不应大于8%，单位混凝土中粗骨料的含量两次测量的误差不应大于5%。还有其他如含气量、水灰比和水泥含量等均应符合各自的要求。
7.4.2混凝土浇筑要连续，不得中断，并控制在4～6小时内浇完，以保证混凝土的均匀性，间歇时间应控制在15分钟内，不得超过半小时。在浇筑过程中，要随时用探锤测量混凝土面的实际标高，计算混凝土上升高度，导管口与混凝土相对位置，统计浇筑量，同时在现场应认真填好施工记录，并按规范要求留置相应组数混凝土质量检测试件。
7.4.3施工缝的处理应在已硬化的混凝土表面上继续浇注混凝土前，应清除垃圾、水泥薄膜、表面上的松动砂石和软弱混凝土层，同时还应加以凿毛，用水冲洗并充分湿润，一般不应少于24h,残留在混凝土表面的积水应予清除。由于本结构采用逆作法分段浇筑，施工缝处混凝土不易密实，因此采用预埋φ32钢管后期注同标号水泥浆填充的方法保证施工缝处的混凝土密实。

8 安全措施
8.1 严格遵守施工操作规程和施工工艺要求，严禁违章施工。
8.2施工人员不得无证上岗，各种作业人员应配带相应的安全防护用具和劳保用品，各类操作人员在上班期间不得喝酒。施工人员必须是受过安全生产培训，施工前必须按施工组织和施工方案的要求进行安全技术交底，并有书面记录，双方签认。
8.3用土斗上下运料时，必须装稳，绑扎牢固，不得超载吊运。严禁载人上下盾构井，禁止往井下扔物。工作时及时清理竖井周围土块、杂物。
8.4 安全用电，注意防火，必须配备消防器材。
8.5加强施工的监控测量，及时反馈量测信息，依照量测结果，及时调整，确保施工安全及地面建筑物安全。
8.6 建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。

9 环保措施
9.1 施工前，对基坑附近建筑物、构筑物进行调查，以便采取相应保护措施。
9.2优先选用先进的环保机械，采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。
9.3 施工废水、废浆应排入沉淀池中，不得随意排放，保持场地清洁。
9.4 对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周边环境。
9.5 施工现场应制定洒水降尘措施，指定专人负责现场洒水降尘和清理浮土。

10 效益分析
10.1 施工效益分析
　 盾构井采用逆作法施工，能节省80%的模板架料，省掉腰梁及临时钢支撑这道工序；保证工人每天都有活干，相对地提高工人收入，能充分调动起工人的工作积极性使工序安排更为合理
。效益十分明显，具体如下：
10.1.1无须使用腰梁，简化了施工工序，使结构一次成型，受力更好。
10.1.2简化了施工工序，节省约20％的工作量，减轻了操作人员的劳动强度。
10.1.3缩短施工工期一个月。
10.2 经济效益分析
盾构接收井采用逆作法施工，能节省65%的模板架料租赁费用；减少50%的劳动力成本；省掉腰梁临时支撑等工序，总计能减少120万的施工成本。
11 应用实例
北京地铁四号线工程北京南站～陶然亭站区间在右线K4＋074处设置3号盾构接收井，在左线K4＋077.261处设置4号盾构接收井，盾构接收井的净空尺寸为15×9m。
盾构接收井围护结构采用Φ800@1200钻孔灌注桩与钢支撑体系，盾构接收井二次衬砌为模筑钢筋混凝土结构。3号盾构接收井深19.735m，4号盾构接收井深20.249m。盾构接收井南接暗挖区间隧道，北接盾构区间隧道，前期先作为暗挖区间的施工竖井。在施工中，二次衬砌成功地应用了逆作法施工。
图11-1 盾构接收井逆作法施工图
11.1 参数设计
本工程围护结构采用钻孔灌注桩及网喷混凝土，二次衬砌结构钢筋混凝土采用逆作法施工。分五步开挖，开挖一步施工一步二次衬砌；待混凝土强度达到设计强度的75%以上及安装钢支撑完毕后，进行下一步施工，如此类推。
盾构接收井每步开挖深度见下图：

图11-2 盾构接收井逆作法每步开挖深度图
11.2 生产组织
自钻式锚杆施工班组人员配置参见表11.2.1。
表11.2.1 自钻式锚杆施工班组人员配置
序号
工种名称
单位(人)
数量
备 注
1
钢筋工
人
26
钢筋施工
2
混凝土工
人
14
混凝土施工
3
模板工
人
20
支模及搭设拆除满堂红脚手架
4
吊车司机
人
4
垂直运输
5
壮工
人
10
配合挖机土方开挖及其他

合计
人
74

11.3盾构接收井监控量测分析
由于本基坑周围环境复杂，为保证施工安全，对本工程的支护结构及周边地表进行了必要的位移和沉降监测。监测点的布置如下：
11.3.1 围护桩的监测：每个接收井布设4根测斜管；
11.3.2 地表沉降监测：沿盾构接收井轴向中心线设置，共设22个观测点。
11.3.3 钢支撑轴力监测：在一半的钢支撑上布设应变计，对角布设。
11.3.4 桩顶水平位移监测：每个井布设4个。
11.3.5 施工安全性判别
根据监测内容，盾构接收井选用围护桩顶水平位移设定预警值，作为围护结构施工安全判别标准，其安全性判别标准如下：
F=实测值/允许变形值
围护桩水平位移允许变形值：30mm。
F≤0.7：安全；0.7≤F≤0.8：加强监测频率；0.8<F≤0.9：启动安全措施；0.9<F：应立即停工，修正支护参数后方能继续施工。
当安全性为危险时，应每天观测，并召集设计、施工、监测等单位进行会诊，对可能出现的各种情况作出估计和决策，并采取有效措施，不断完善与优化下一步的设计与施工。
本工程的F值经测量监测实际数据说明，一直小于0.7，说明了本次逆作法施工是合理的，也说明逆作法在本工程中的应用是成功的。
16