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东北财经大学网络教育本科毕业论文

城市地铁矿山法与盾构法
施工技术和经济分析

作 者
何寨兵
学籍批次
03
学习中心
安庆奥鹏学习中心
层 次
专升本
专 业
工程管理( 建造师方向)
指导教师
高平

内 容 摘 要

城市地铁区间隧道矿山法施工具有很高的普遍性和适应性, 当前国内已经有十分成熟的施工工法和经验, 拟在广州地铁多个暗挖隧道施工经验的基础上, 经过总结在湿陷性黄土地区不同地层、 不同边界条件下的区间暗挖隧道矿山法安全、 快速、 高效的施工经验, 以指导今后类似工程施工。
经过对西安地铁二号线TJSG-7标凤城五路至市图书馆站区间隧道矿山法施工技术研究, 对区间暗挖施工过程的不断总结、 分析、 提炼, 形成一套完善的矿山法施工技术体系和相关的安全技术, 并与盾构法施工进行经济比较。
经过信息化监测和施工工法的改进, 降低了矿山法施工成本, 具有广泛的推广应用价值, 为今后类似工程和西安地铁后续工程施工提供理论依据。

关键词: 地铁 矿山法 盾构法 施工技术 经济分析

目 录

一、 工程概况 2
( 一) 概述 2
( 二) 工法比较 2
二、 矿山法在湿陷性黄土地层中施工技术 3
( 一) 施工步骤 3
( 二) 工艺流程 3
( 三) 施工布置 4
( 四) 施工方法 6
三、 矿山法施工技术改进 24
( 一) 概述 24
( 二) 改进措施 24
四、 矿山法与盾构法经济比较 29
( 一) 成本比较 29
( 二) 施工进度和施工安全比较 29
( 三) 社会效益评判 30
五、 结束语 30
参考文献 31

城市地铁矿山法与盾构法施工技术和经济分析

一、 工程概况
( 一) 概述
西安地铁二号线TJSG-7标凤城五路站至市图书馆站区间( 原尤南区间) 隧道左右线设计起点里程为Y(Z)DK5+671.616, 终点里程为Y(Z)DK6+759.27, 全长1087.654m( 其中左线含长链0.006m) 。左右线路分别设置竖曲线2个, 半径R=3000～5000m; 平曲线2个, 半径R=3000m。隧道设计断面共有单拱、 双连拱、 小间距隧道3种, 分单线A、 B、 C、 D型和双线A型、 B型、 双连拱型共7种断面型式。同时在ZDK6+268处设置一口竖井和一条施工横通道, 作为区间正线隧道施工通道。区间隧道处于湿陷性黄土地层中, 隧道围岩为Ⅴ级围岩, 拱顶埋深6.6m～9.8m, 基础埋深约为16.725m～16.598m, 实际地下水位埋深为16.4 m～16.2m, 为浅埋暗挖隧道, 采用矿山法施工。
( 二) 工法比较
隧道开挖方法的选择与工程地质、 水文地质条件、 施工成本投入、 施工安全系数、 施工速度等密切相关。暗挖隧道施工工法有矿山法、 冷冻法、 盾构法等, 以上三种施工方法各有其选用条件和优缺点, 施工方法比选见表1。

篇首注释: 何寨兵 中国水利水电第十四工程局有限公司 工程师 西安地铁项目总工程师
写作目的: 主要在广州地铁暗挖区间的有关经验基础上, 结合本工程的设计图纸和地质条件, 采用矿山法施工浅埋暗挖隧道, 以达到降低安全风险、 快捷施工区间隧道的目的, 并结合近年来我公司在地铁领域的施工技术和经验, 经过理论分析, 确定浅埋暗挖区间不同断面的施工方案, 并经过对区间暗挖施工过程的不断总结、 分析、 提炼, 形成一套完善的矿山法施工技术体系和相关的安全技术。
写作背景: 针对国内大中城市交通压力日益增加的实际情况, 为缓解交通压力, 促进城市交通更好地服务人民和经济发展, 国内正大举进行地铁项目施工, 面对”后水电”时期的到来, 进军地铁建筑市场前景广阔。经过研究常规的地铁区间矿山法项目施工, 以期达到提高企业管理水平, 更多、 更好地完成地铁项目施工任务, 努力拓展非水电建筑市场, 为今后在类似地质条件下施工积累经验。
写作意义: 在湿陷性黄土地区采用矿山法施工在国内城市地铁施工尚属首次, 为今后在类似地质条件下地铁施工具有指导意义。
地铁区间隧道矿山法施工作为地铁运行通道施工, 是地铁施工的重要项目, 是常规工法施工, 具有很强的普遍性和适应性。根据项目特点, 研究地铁区间隧道矿山法施工对中国水电集团和我公司不断扩大非水电市场份额, 以及扩大企业形象有很大品牌效应, 对更大可能地占有地铁施工份额有重要指导、 推荐意义。

表1 隧道施工方法比较表
施工方法
项目
矿山法开挖
冷冻法开挖
盾构法开挖
施工成本投入
低
较高
高
施工安全系数
较高
低
高
施工难度
小
大
较大
施工速度
较快
慢
快
从上表比较分析得知, 采用矿山法施工浅埋暗挖隧道, 从施工安全、 施工成本和施工难度的角度来说是非常可行的。特别对在湿陷性黄土地层中浅埋暗挖来说, 采用矿山法施工更安全、 更经济、 更可靠。
二、 矿山法在湿陷性黄土地层中施工技术
( 一) 施工步骤
矿山法施工步骤: 超前地质预报 超前支护 分部开挖土体 分部初期支护 全断面开挖支护完毕 隧道二次衬砌。开挖遵循”预治水, 管超前, 短开挖, 强支护,早成环, 勤量测”的原则。
( 二) 工艺流程
区间隧道开挖支护施工工艺流程图见下框图:

图1 隧道开挖支护工艺流程框图
超前地质预报
φ42mm超前小导管/φ108大管棚施工
锁口施工
开挖、 出土作业
素喷4cm封闭土体
φ32mm锚管钻孔、 安装、 注浆
钢筋网安装
钢格栅及连接筋安装、 焊接
喷射混凝土
进入下一开挖、 支护循环作业

监测点埋设
锚管、 钢筋网、 钢拱架厂内加工
导管加工
全过程监控测量

( 三) 施工布置
叙述风、 水、 电、 通风、 排水、 拌和系统布置以及运输和提升系统的布置
1.施工通道和提升系统
区间隧道开挖支护利用竖井井壁安装的楼梯作为人员、 零星材料上下通道, 对于大件材料或设备利用提升系统进行垂直运输。
2.施工用风
在竖井口布置2台17m3/minVFY-12/7型移动式空压机, 用4″管沿竖井井壁经联络通道送风至工作面。
3.施工用水
施工用水由业主提供的供水口采用φ50的PVC管接至竖井口, 再接φ50供水钢管沿井壁接到正线隧道, 工作面用水用2.5″高压软管引至工作面。
4.施工用电
从业主提供到现场的630KVA变压器, 用3×150+2×75mm2铠装电缆接线至竖井井口布置的动力配电箱, 再备用1台75kW和1台150kW发电机。接线沿竖井井壁进洞, 动力线与照明线分层有序, 架设在洞壁上部, 距地面不小于2.5m, 供洞内沿线施工用电。用电线路和照明见区间用电方案。各支线点均配置开关箱, 并有漏电保护开关。洞内风、 水、 电布置见下图。
图2风水电布置图( 往凤城五路站方向)

5.施工运输
( 1) 洞内水平运输: 联络通道进正线隧道100m范围内出渣采用手推车人工出渣, 100m以外采用小型农用车装渣至竖井底部。每150m设置一个错车道。错车道利用初支格栅改造,即将仰拱轨面线以下的部位改成水平形式,具体如下图所示。
图3 错车道位置钢架变更图

( 2) 垂直运输: 在竖井口布置两台提升速度为14m/min的10t电动葫芦, 作为出渣提升设备, 将渣土提升至井口外, 再利用3m3装载机配合15t自卸车运输至业主指定的地点。材料运输采用提升速度为7m/min的5t电动葫芦运输。
6.拌合系统
在竖井施工场地内布置两台JZC350型强制式拌和机, 供区间隧道喷砼。
7.施工通讯
施工现场利用移动电话和有线电话进行联络, 为确保施工安全, 竖井提升系统运行采用电铃和对摇电话进行上下联络, 电铃信号”一停二上三下”, 洞内与洞外采用对摇电话进行联络。
8.施工通风
区间隧道开挖支护时, 在竖井围蔽范围布置两台2×55kw的轴流通风机( 竖井以南、 竖井以北各一台) , 接φ1000的通风管进洞, 在联络通道与区间隧道交岔处分岔成φ800的通风管, 往洞内输入新鲜空气, 供作业面通风。
9.施工排水
区间隧道往北侧开挖时在工作面设置集水坑, 用水泵抽排至竖井井窝, 再抽排至竖井外三级沉淀池排入市政下水道。正线隧道往南方向开挖为上坡开挖, 自流排水至竖井井窝, 再抽排至竖井外三级沉淀池排入下水道。
( 四) 施工方法
论述矿山法施工各道工序具体施工方法
1.超前小导管施工
正线隧道开挖之前采用φ42mm的注浆小导管超前支护, 单线A、 B、 D型布置在顶拱135°范围, 单线A、 D型间距1.6×0.3m, L=3.0m, 单线B型间距1.8×0.3m, L=3.5m。单线C型、 双线A、 B型和双连拱隧道布置在顶拱120°范围, 单线C型间距1.8×0.3m, L=3.5m, 双线A、 B型间距1.5×0.3m, L=3.5m, 双连拱隧道间距1.5×0.4m, L=3.5m。超前小导管施工工艺流程见下框图。
小导管制作
施工准备
注 浆
小导管运到现场
连接注浆管
掌子面封闭
钻孔、 安设小导管
下一道工序
注浆浆液配合比
水泥浆配制
图4 超前小导管施工工艺流程框图
钻孔: 采用螺旋钻造孔。小导管采用φ42mm、 壁厚3.5mm的钢管加工而成。施工时钢管顶部做成尖锥状, 管身按梅花型布置小孔, 间距为100～200mm, 孔眼直径为φ6～8mm。人工将加工好的小导管打入孔内, 外插角7°～10°, 钢管入岩长度不小于管长的90%, 尾部与格栅架焊接成一体, 纵向搭接长度为1.4m/1.7m/2.0m。
注浆: 采用纯水泥注浆, 用注浆泵压注水泥浆液, 注浆压力为0.5～1.0MPa, 孔口设置止浆塞, 注浆配合比由现场试验确定, 注浆时先注无水孔, 再注有水孔, 从拱顶向下注, 如遇冒浆或串浆, 则间隔一孔或几孔分序注浆。
2.超前大管棚施工
双连拱隧道超前支护采用Φ108大管棚和Φ42超前小导管支护, 其中Φ108大管棚超前支护由市图书馆站向正线隧道进行, 当市图书馆站基坑开挖至大管棚位置时, 施工大管棚。设计大管棚施工长度为45m。
图5 大管棚施工平台位置图

(注:高程以m计,其余以mm计)

大管棚施工平台分两次搭设, 当市图书馆站北端基坑西侧倒边开挖至EL.381.87高程时, 停止开挖, 将该高程处基坑整平, 搭设钢管平台, 施工右线第一层大管棚。第一层管棚施工结束再开挖至EL.379.87高程时, 施工右线剩余大管棚。待西侧大管棚施工完成后开挖北端基坑东侧,同时将西侧基坑回填至地面,作为施工通道。其布置如上图。
( 1) 施工工艺流程
大管棚施工工艺流程如下框图。
图6 大管棚施工流程框图
焊接拱架支撑体系、 安装管棚钻孔指向的标准拱架及钻机工作平台
钻孔
安装管棚
注浆
测量放线
洗孔

( 2) 施工工艺说明
①标准拱架支撑体系安装
基坑分别开挖至EL.381.87和EL.379.87高程后, 测量放出大管棚中心线和拱架架设位置边线, 在露出的钻孔灌注桩上施工膨胀螺栓, 固定10mm厚钢板, 在钢板上焊I16工字钢支撑架, 以便固定标准拱架。
②安装管棚钻孔指向的标准拱架及工作平台
为控制钻杆在钻孔过程中的挠曲和移动, 保证其孔位的指向, 需在钻孔位置的始端安装标准拱架, 同时作为插入钢管的工作台。
标准拱架采用I16工字钢加工而成, 并在其上安装的φ133mm, 壁厚4mm, 长1.0m 的钢管作为导向管, 导向管采用测量仪器测定方向后, 精确地焊在标准拱架上。。
采用φ42mm的钢管及木板搭设钻机的工作平台, 以方便钻孔及钢管安装。
③钻孔
采用Y132S-4型钻机进行钻孔, 钻孔角度外偏1°, 管棚长20m, 一次成型。将钻机吊入基坑并就位固定, 成孔采用传统的水洗成孔法, 成孔直径不小于121mm。始钻时转速宜慢, 压力宜小, 钻进过程中随时控制钻杆挠度下垂和旋向偏移。根据地质情况及成孔速度随时调整钻压及钻速, 以确保成孔精度。
1) 根据拱架上钢套管作为导向管进行钻孔。
2) 钻孔前先检查钻机机械状况是否正常; 钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进, 当钻至砂层易塌孔时, 应加泥浆护壁方可继续钻进; 如不能成孔时, 可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。
3) 钻孔速度应保持匀速, 特别是钻头遇到夹泥夹沙层时, 应控制钻进速度, 避免发生夹钻现象。钻孔灌注桩位置孔位采用金刚钻头钻孔。
4) 管棚孔口中心位置沿隧道拱部开挖线外350mm布置, 钢管环向中心间距400mm, 外插角1°。
④安装钢管
钢管采用φ108mm、 壁厚6mm的无缝钢管, 管棚采用分节安装。成孔后, 把事先加工好的多孔钢管以丝扣连接并逐节顶入孔内, 第一节钢管的端头加工成尖锥形。管间连接应牢固, 相邻两根钢管的丝口位置应错开1.0m以上, 且每个断面上丝口的总数宜小于50%。
1) 钻孔完成后及时安设管棚钢管, 避免出现塌孔。
2) 钢管逐节顶入, 采用φ121,壁后厚6mm,长40cm的联接钢管作联接套。联接套丝牙采用正反丝牙, 以便连接。
3) 及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实, 在钢管外露端焊上法兰盘、 止浆阀, 并检查焊接强度和密实度。
4) 钢管上钻注浆孔, 孔径φ10mm, 孔间距200mm, 呈梅花形布置, 钢管尾部( 孔口段) 2.0m不钻花孔作为止浆段。
( 5) 管棚采用自带钻头管棚, 管棚钻头用长约150mm的φ121钢管, 并在钢管一端管口焊接合金制成, 钻头与钢管间用丝扣连接。
6)管棚安装完成后,在每个管棚钢管孔口用法兰盘连结上孔口管(φ42,壁厚4mm,长0.5m)。
⑤注浆
钢管安装完成后, 可根据情况用风、 水洗孔, 以期达到清洗泥浆护壁, 更有利注浆。
钢管内清洗好后立即进行注浆。浆液采用水泥浆液, 水灰比为0.5: 1～0.8: 1, 注浆压力拟采用0.6～1.5 MPa, 具体视情况而定。
1) 注浆前先检查管路和机械状况, 确认正常后做压浆实验, 确定合理的注浆参数, 据以施工。
2) 注浆过程中随时检查孔口、 邻孔、 覆盖层较薄部位有无串浆现象, 如发生串浆, 应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口, 也可采用麻纱、 木楔、 快硬水泥砂浆或锚固剂封堵, 直至不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高, 可能发生堵管, 应停机检查。
3) 注浆压力达到1.5MPa, 并持压5min以上, 可停止注浆, 并及时封堵注浆口。
4) 注浆过程应派专人负责, 填写《注浆记录表》, 记录注浆时间、 浆液消耗量及注浆压力等数据, 观察压力表值, 监控连通装置, 避免因压力猛增而发生异常情况。
⑥注浆效果评定
1) 对注浆加固区进行钻孔取芯, 观察注浆充填情况。
2) 在进行无孔钢管钻孔时观察孔内涌水颜色及涌水量, 水颜色如较澄清或夹带水泥渣块, 涌水量小于0.4L/min, 则注浆效果较好, 如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时, 应补注或重注。
⑦精度保证
管棚导向管应严格定位, 管棚钻进过程中应采用水平测斜仪量测管棚的偏斜度, 发现偏斜值超出设计要求时, 应及时纠偏。钻孔水平容许偏距沿相邻钢管方向不应大于10cm, 垂直偏距沿隧道内侧方向不应大于20cm。
3．开挖支护施工
该区间隧道根据不同的断面型式采取以下不同的方法进行施工。
①A、 B、 D型单线隧道: 采用短台阶留核心土法施工, 注浆小导管超前支护, 左、 右线长度合计1918.743m。
②C型单线隧道、 小间距隧道和A、 B型双线隧道: 采用CRD工法, 注浆小导管超前支护, 左、 右线长度合计229.191m。
③双连拱隧道: 采用中导洞+台阶+CRD法, 采用φ108大管棚和φ42注浆小导管超前支护, 断面长度13.65m。
具体工艺说明如下。
①测量放线: 隧道内导线控制网和施工测量的仪器均采用全站仪, 由专业测量人员实施。每循环开挖前测量定出开挖边线, 开挖断面检查在喷砼前进行, 检查间距5m。定期进行导线点检查、 复测, 确保测量控制精度。同时, 随隧道开挖、 支护进度, 每隔10m在两侧洞壁设一明显的桩号标志, 并作好保护。
②土方开挖: 洞身采用0.3m3反铲开挖,人工用铁锄、 三角铲修整规格。台阶法施工每循环进尺为0.8m或0.6m, CRD工法施工每循环进尺为0.5m, 采用中导洞+台阶+CRD法施工每循环进尺为0.5m。
③锚管施工
锚管直径为Φ32, A、 B、 D型单线锚管长3.0m, 双线A、 B型、 双连拱和C型单线锚管长3.5m。其施工流程见下框图。
图7锚管施工流程框图
施工准备
钻孔
注浆
浆液制备
安装锚管
拉拔试验

径向锚管采用螺旋钻造孔, 人工安插锚管, 采取先插锚管后注浆, 水泥浆在现场拌制, 采用注浆机( UB4柱塞式注浆泵) 将水泥浆注入锚管, 直至注满, 在水泥浆终凝前不得碰撞锚管。锚管注浆达到28天后, 进行拉拔试验, 抗拔力不小于3.0t。
锚管钻孔孔位、 角度、 深度严格按照设计图纸进行施工, 严格控制质量。浆液按照设计和试验配合比进行拌制, 保证注浆饱满、 充实。
④喷混凝土和挂网
喷混凝土采用干喷工艺施工, 喷混凝土材料采用强度等级为32.5MPa的普通硅酸盐水泥、 中砂或粗砂( 细度模数大于2.5) 、 粒径＜10mm的坚硬碎石及抽检合格的速凝剂, 喷混凝土的配合比经试验确定。
喷射混凝土时, 喷嘴按螺旋形轨迹一圈压半圈的方式沿横向移动, 层层射捣, 使混凝土均匀密实, 表面平整, 喷嘴与喷涂面尽量保持垂直, 喷嘴与受喷面的距离宜为0.8～1.2m, 以减少回弹提高喷混凝土质量。喷射混凝土终凝后及时喷涂混凝土养护剂进行养护, 养护期14天。
喷混凝土作业沿岩面自下而上喷射, 边墙按层厚7～10cm厚分层施喷, 顶拱按5～6cm厚分层施喷, 喷射作业参数经过生产试验确定, 在保证喷混凝土密实度的前提下, 尽量减少回弹量, 回弹量: 边墙按15%控制, 顶拱按25%控制。喷混凝土施工工艺流程见下框图。
图8 喷混凝土施工工艺流程框图
施工准备
岩面处理
验收合格
分层施喷
养护
混合料拌制

挂网施工: 钢筋网在加工场加工成定型网片, 网片大小根据每循环进尺来确定, 经过竖井提升系统运至工作面, 人工铺挂, 利用钢钎钉或锚管头点焊固定, 铅丝扎牢, 使钢筋网紧贴岩壁面。
初喷混凝土后, 即进行钢筋网及格栅钢架的安装( 或锚杆、 钢筋网安装) , 安装完后再进行分层复喷至设计厚度。
⑤拱架在加工厂进行冷弯制作, 按1∶1比例放样, 设立1∶1胎模的工作台, 格栅拱架分段制作, 按单元拼焊, 其制作要求如下:
1) 加工做到尺寸准确, 弧形圆顺, 钢筋焊接满足规范要求; 焊接成型时, 沿格栅拱架两侧对称进行, 两段格栅拱架连接钢板处的主筋中线应重合, 连接孔位置准确。
2) 格栅拱架加工应先试拼并检查无扭曲现象后方可焊接, 做到相同段格栅的连接接头每榀之间能够互换。
格栅拱架在加工厂加工制作成型后, 利用井口提升系统吊运至井内现场人工拼接安装。首先依据测量人员放出的正线隧道中心线及其高程, 用φ48钢管作为格栅钢架的临时支撑架, 以便格栅钢架的定位。在两段格栅连接处用螺栓连接牢固, 再安装纵向连接筋焊接牢固, 喷射混凝土至终凝后再拆除支撑格栅钢架的临时支撑进入下一循环。安装格栅拱架的工序流程见下框图。
格栅拱架安装时, 其高程位置应比设计高程高20mm, 以预留沉降量。格栅拱架须与围岩紧贴, 当格栅拱架与围岩之间有较大间隙时应安设垫块。对于开挖后不稳定的围岩, 应及时初喷40mm厚的混凝土后, 再安装格栅拱架并使之紧贴初喷混凝土面。安装格栅时, 为减少格栅拱架的下沉量, 在格栅拱脚底部垫一块砼预制块或钢板, 每榀的位置定位准确, 允许偏差为: 横向±30mm, 纵向±50mm, 高程±30mm, 垂直度5%。
安装格栅拱架施工工序流程框图
测量放线
安设临时支撑
挂钢筋网
连接格栅螺栓并固定, 焊接纵向连接筋
拆除临时支撑
喷射混凝土
混凝土终凝后及时养护
进入下一循环

4．二衬混凝土施工
( 1) 施工程序安排
凤城五路至市图书馆区间砼施工整体分两大部分施工, 即分竖井以北与竖井以南施工。
①竖井以北砼施工
ZDK5+959～ZDK6+267段砼施工安排在1#临时施工通道开挖支护完成后, 采用”下山法”往1#临时施工通道方向浇筑。
ZDK5+959～ZDK5+671.636段砼施工在ZDK5+959～ZDK6+267段砼施工结束, 采用”下山法”往凤城五路车站方向浇筑。
YDK5+671.636～YDK6+267段砼待左线ZDK5+671.636～ZDK6+267段砼结束后, 采用”下山法”往凤城五路车站方向浇筑。
②竖井以南砼施工
YDK6+514.35～YDK6+267段砼施工安排在2#临时施工通道开挖支护完成后, 采用”下山法”往联络通道方向浇筑。
ZDK6+521～ZDK6+267段砼待右线YDK6+514.35～YDK6+267段砼结束后, 采用”下山法”往联络通道方向浇筑。
ZDK6+521～ZDK6+759.25段砼施工在ZDK6+521～ZDK6+267段砼施工结束, 采用”下山法”2#临时施工通道方向浇筑。
YDK6+514.35～YDK6+745.1段砼安排在该段开挖支护完成50m后与开挖支护交叉进行, 采用”上山法”往市图书馆车站方向浇筑。
双连拱YDK6+759.25～YDK6+745.1段单线断面砼利用钢模台车浇筑, 双线断面利用拱架+小钢模浇筑, 从市图书馆车站开始往北浇筑。
③临时施工通道和联络通道砼施工
1#临时施工通道在竖井以北左线隧道位于该通道位置一仓砼浇筑完成, 将通道回填, 再浇筑右线隧道位于该通道位置一仓砼。
2#临时施工通道在竖井以南左线隧道位于该通道位置一仓砼浇筑完成, 将通道回填, 再浇筑右线隧道位于该通道位置一仓砼。
联络通道砼施工安排在正线隧道砼全部施工完成后进行。
( 2) 砼衬砌模板选用
凤城五路至市图书馆区间砼衬砌分两次浇筑成型, 仰拱超前浇筑( 至少4块) , 边顶拱随后浇筑。仰拱全部采用定型小钢模浇筑, 单线A、 B型断面边顶拱采用钢模台车浇筑, 分块长度为12.0m, 单线C、 D型断面、 双线A、 B型断面、 堵头墙和双连拱大断面采用定型小钢模或9mm胶合板+拱架进行浇筑, 分块长度为5m～9m不等。区间左线共分92块, 区间右线分103块。
( 3) 工艺流程图
① 定型钢模或木模施工工艺流程图
图9 仰拱施工工艺流程图
砼输送
钢筋绑扎( 超前) 、 防迷流钢筋焊接及止水安装
清仓、 验收合格
砼浇筑
试块取样
拆模
养 护
仰拱翻转模立模、 加固
测量放线
钢筋加
工运输
初支表面处理
验收合格
抹 面
防水铺设, 细石砼保护层施工

图10 边顶拱施工工艺流程图
边顶拱钢筋绑扎( 超前) 、 预埋件、 防迷流钢筋焊接、 注浆管安装

安装拱架和满堂脚手架
清仓、 验收合格
模板安装
砼输送
顶拱砼浇筑
试块取样
拆模
养 护
验收合格
测量放线
初支表面处理
防水铺设( 超前)
堵头封堵、 加固、 止水安装
验收合格

②钢模台车施工工艺流程图
图11钢模台车施工工艺流程图
初支表面处理
砼输送
测量放线
边顶拱钢筋绑扎( 超前) 、 预埋件、 止水带安装、 防迷流钢筋焊接、 注浆管安装

钢筋加
工运输
钢模台车就位、 校模
堵头模及止水条、 止水带安装
或接水槽预留槽施工
砼浇筑
试块取样
脱钢模、 下一块就位
养护
清仓、 验仓合格
防水施工
验收合格

③1#、 2#临时施工通道堵头砼施工工艺流程图

基础清理
恢复一侧初支
回填土并压实
顶拱回填喷锚料

安装回填灌浆管
恢复另一侧初支
回填灌浆
二衬混凝土浇筑

( 4) 施工方法
①钢模台车衬砌砼施工
凤城五路至市图书馆区间单线A、 B型断面边顶拱采用钢模台车浇筑, 每块浇筑长度12.0m, 钢模台车长12.1m, 面板厚8mm, 附着式振捣器24台。根据现场实际需要, 采用”上山法”或”下山法”浇筑。当采用”下山法”浇筑时, 在钢模台车靠堵头端处埋设Φ50PVC排气管, 用铁丝固定在钢筋上, 使仓面内顶拱最高处砼密实, 如下图所示。
图12 排气管布置图

两边墙砼从钢模台车窗口入仓, 两侧对称下料, 高差不超过50cm, 每次下料层厚50cm; 砼浇至洞顶部位时, 采用冲天管入仓, 利用设置于钢模拱顶部位的入仓冲天管, 沿洞线方向依次由低向高换管, 将拱部砼充填密实。
在泵送砼配合比中掺用羧酸类外加剂, 减少坍落度损失, 顶拱90°范围按14cm控制, 其余部位砼入仓坍落度按12cm控制, 具体根据实际情况可调整。
钢模台车安装利用在隧道初支时预埋的吊钩用手拉葫芦进行, 先安装横梁, 其次安装顶模, 再安装侧模, 最后安装支撑杆和液压系统。
钢模台车拆除
① 竖井以北段砼施工结束后, 在浇筑最后5块砼时, 在衬砌顶拱预埋埋件, 安装拆除起吊设备进行拆除。
②竖井以南段砼施工结束后, 在浇筑最后5块砼时, 在衬砌顶拱预埋埋件, 安装拆除起吊设备进行拆除。
2. 1#、 2#临时施工通道封堵砼施工
将先浇筑一侧( 左线) 洞口部位的初支( 格栅、 钢筋网、 喷射混凝土) 恢复, 再按设计铺设防水, 浇筑衬砌砼。待浇筑另一侧( 右线) 衬砌前, 再将该洞口的初支格栅补上, 喷射一定高度混凝土后再将临时通道的中间部分利用正线隧道开挖的土方回填、 人工压实。顶部人工无法压实的部分采用喷锚料填塞满, 并预埋2根灌浆管和1根排气管进行灌浆, 将临时通道回填密实。封堵示意图如下。
图13 施工通道封堵示意图

③定型钢模段砼施工
1) 仰拱施工
仰拱砼与隧底填充砼一起浇筑, 隧底填充砼标号调整与仰拱砼标号一致。为解决仰拱弧形段气泡问题, 仰拱轨面线上30cm以下采用定型翻转模板施工, 拆模后人工对弧段进行抹面、 压光。为使仰拱和边顶拱接合良好和防止施工缝渗水, 仰拱施工时在水平施工缝位置预留两排键槽, 边顶拱施工时埋设缓膨型遇水膨胀止水条和注浆管相结合的方式来防止渗水。施工时在底拱砼收面时预埋方木, 待砼初凝前取出即可形成键槽。缓膨型遇水膨胀止水条设置两排, 分别距背水面和迎水面均10cm, 用小钢钉固定, 止水条大面朝下, 钢钉间距为0.5m。仰拱模板支撑体系具体布置详见下图。

图14 仰拱模板支撑体系布置图

A．立模
为了使模板准确按设计要求定位, 必须经过测量放线, 定出翻转模板的高程及仰拱结构边线, 并拉线控制; 立模前以控制模板高程的施工线为参照, 在每块模板的位置下面, 在结构钢筋上焊接两块带钢筋的与衬砌砼同标号的砼垫块, 控制砼面高程, 模板采用φ50钢管和□10×5cm方钢支撑加固。
B．砼入仓、 振捣
仰拱底部回填砼位置不立模, 砼采用泵管直接入仓; 两侧砼入仓采用中部接泵管, 两侧接弯头管, 向两侧对称均匀入仓, 下料时从仓号的一端到另一端退管分层下料, 人工平仓, 不得采用振捣棒直接平仓, 避免造成骨料分布不均匀。浇筑过程设专人及时排除仓内砼泌水( 人工用瓢舀出仓外) , 避免出现砼离析现象。平仓后采用φ50或φ30的软轴插入式振捣器振捣, 两台振捣器一前一后交叉两次梅花形插入振捣, 振捣器插入间距30~40cm, 振捣棒快插慢拔; 砼振捣以砼不再显著下沉, 表面开始泛浆, 气泡显著减少为止。
C．拆模、 养护
砼终凝后, 拆除钢管支撑和仰拱模板, 局部缺陷人工修补。模板拆除后用麻布袋覆盖, 并洒水养护, 养护不少于14天。
2) 边顶拱施工
边顶拱砼支撑采用拱架和脚手架钢管支撑, 拱架布置间距为75cm。衬砌砼施工前, 按设计图纸要求进行绑扎钢筋、 止水安装和立模, 经监理工程师验收合格后进行砼浇筑。
A．脚手架施工
边顶拱施工时, 经过测量放线, 放出支撑架钢管的位置, 施工人员根据测量点位进行定型钢模拱架的支撑架搭设。为不损坏仰拱砼, 搭设钢管支撑架时, 在砼面上采用方木垫块搭设钢管架, 钢管间排距60×80cm, 步距100cm。
B．拱架安装
钢管支撑架搭设完毕后, 再经过测量放线定出每一榀拱架的位置及高程, 根据测量点位安装拱架并测量校核拱架, 使拱架安装符合设计要求。
C．定型钢模拼装
拱架校核合格后, 进行定型钢模拼装。拼装时采用从顶拱向两侧的顺序拼装。为防止因仰拱和边顶拱接缝处抹面时局部不平整的误差而导致砼漏浆, 对砼接缝位置采用磨光机配合拉线的方式, 对接缝处进行打磨, 使模板接缝位置平整, 拼装严密。
D． 砼入仓浇筑
仓位经过监理验仓合格后进行砼浇筑, 砼输送采用泵送入仓, 边墙两侧对称均匀分料, 每次下料高度不超过50cm, 从低到高, 分层浇筑, 顶拱人无法进入仓内的部位采用”冲天管”浇筑, 确保顶拱砼施工质量。
E．定型钢模维护
钢模拆模后, 及时进行钢模面板清理, 刷油以防止钢模生锈, 钢模堆放整洁有序, 防止模板变形。
④其它部位施工
A．堵头墙内衬砼施工
凤城五路至市图书馆区间隧道衬砌在变断面处均设置堵头墙, 与隧道大断面二衬砼同时浇筑, 堵头墙混凝土采用C30·S8钢筋混凝土, 两隧道二衬靠近堵头墙处纵向钢筋均应伸入堵头墙内与堵头墙钢筋连接, 并满足锚固长度。堵头墙模板采用小钢模或9mm厚胶合板现场拼装, 满堂架支撑模板。
B．顶拱轨顶排风道砼施工
凤城五路至市图书馆区间双线隧道在顶拱设置轨顶排风道, 其底板混凝土标号为C30。在双线隧道二衬砼浇筑时预埋轨顶排风道钢筋, 待双线隧道砼结束后浇筑风道砼, 采用小钢模或9mm厚胶合板浇筑, 钢管架支撑。
C．联络通道砼施工
联络通道采用定型钢模或18mm厚胶合板作为面板, 钢管架支撑, 钢管间排距60×80cm, 步距100cm。联络通道净空高8.4m, 分三层浇筑, 第一层从底板上30cm, 第二层浇筑高度5.1m, 第三层浇筑高度3.0m。
⑤平曲线段和变坡段砼施工
1) 平曲线和变坡段布置情况
凤城五路至市图书馆区间隧道左线设计有2段平曲线段和2段变坡段; 平曲线长度分别为56.632m、 55.324m, 圆弧半径分别为3000m; 变坡段纵坡变化分别为: 3‰变为5‰、 5‰变为2‰。右线同样设计有2段平曲线段和2段变坡段; 平弯段长度分别为56.632m、 55.324m, 圆弧半径分别为3000m; 变坡段纵坡变化分别为: 3‰变为5‰、 5‰变为2‰。
2) 施工方法
平曲线和变坡段均采用钢模台车进行浇筑, 即用12.0m长的直线近似代替圆曲线, 曲线首尾中心均不变, 砼成型后轴线最大偏差1.0cm。坡度由3‰变为5‰、 5‰变为2‰的变坡段按本措施分块长度浇筑成型后与设计相比较, 最大偏差2.0cm, 均可满足设计要求。
5. 主要工艺说明
( 1) 基面处理
为防止敷设的防水层被破坏, 基面应人工进行平整, 喷射砼平整度要求: D/L≤1/20( L为喷砼相邻两凸面间距离, D为喷砼相邻两凸面间凹入深度) , 否则应用M10水泥砂浆找平, 基面上不得有尖锐的毛剌部位, 避免浇筑砼时剌破防水卷材。
基层面不得有钢筋头、 铁管、 钢管、 铁丝等突出物存在, 否则应从根部割除, 并在割除部位用水泥砂浆覆盖处理。分段敷设防水卷材前, 在敷设防水卷材的基层面上不得有明水, 否则应采取堵漏的方法将水堵住后才可进行下道工序的施工。
基层面阴、 阳角和棱角部位需用砂浆抹成圆弧。
( 2) 防水铺设
基面处理经监理工程师验收合格后, 进行防水层铺设, 附加防水层采用能满粘于隧道二次衬砌的改性沥青类自粘防水卷材, 单层使用, 厚度4mm。
仰拱防水人工直接铺设, 边顶拱防水采用台车人工铺设, 台车采用钢管自制。
防水层应敷设平整, 用专用固定钉进行固定, 避免浇注砼时防水卷材发生脱落。防水卷材边缘部分加工成易于相互搭接密合的搭接边, 塑料纸须在钢筋绑扎和浇注砼前撤走。防水卷材在转角处, 用与卷材相同的加强层来加强防水, 宽度不小于500mm。防水卷材施作好后, 在绑扎钢筋前, 仰拱轨面线以下铺设5cm厚C20细石砼保护层, 边墙设置临时性移动保护板, 以免焊接钢筋时防水卷材受损。砼振捣时振捣棒严禁触及防水层。
( 3) 测量放线
防水经监理工程师验收合格后, 根据设计图纸, 测量放出准备立模分块桩号的边线, 将建筑物体型的控制点线放在明显地方, 确定钢筋绑扎和立模边线, 并用红油漆作好标记。严格按放出的边线及高程点位进行后续工序施工。
( 4) 钢筋绑扎、 杂散电流防护和钢筋应力计安装
①钢筋绑扎
由现场技术人员开出钢筋下料单, 在钢筋加工厂加工制作。为防止钢筋运输和施工中出现混乱, 每一型号的钢筋必须作好记号并挂牌明示, φ22以上的钢筋连接采用焊接连接或套筒连接, φ22以下钢筋采用绑扎搭接, 绑扎和焊接的搭接长度按施工技术规范要求执行, 运至现场的钢筋必须按编号分开堆放, 并在其下部垫上枕木, 并用彩条布进行遮盖, 防止钢筋变形和污染。
钢筋绑扎可超前几块进行, 隧洞钢筋分仰拱和边顶拱两部分进行安装, 边顶钢筋安装在自制的钢筋台车上进行。钢筋台车采用脚手架钢管搭设、 实心胶轮行走, 采用手拉葫芦进行牵引。为保证钢筋安装准确, 施工中用砼垫块将钢筋保护层垫起, 确保钢筋安装质量。
焊接操作严格按施工规范进行, 必须保证焊接长度, 每一部位钢筋焊接完后须清除焊碴。焊接钢筋时, 应用铁皮或防火板将该部位防水材料隔开, 以免将防水卷材烫破。钢筋的安装应符合设计和规范要求, 钢筋的绑扎和焊接应符合如下要求: Ⅰ级钢筋绑扎的搭接长度: 受拉为40d、 受压为25d; Ⅱ级钢筋绑扎的搭接长度: 受拉为50d、 受压为35d; Ⅰ、 Ⅱ级钢筋焊接的搭接长度: 单面焊为10d、