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1、 施工技术 CONS TRUCT I ON TECHNOL OGY 2 ( 1 0 3年 注 月 第 3 2卷第 1 期 饱和水砂砾石层中沉井施工技术 童利红, 李 赞 ( 北京五维地下工程有限责任公司, 北京1 0 0 0 3 6 ) 摘要 在佳木斯越江盾构隧道始发井施工中, 采用井内排水下沉法和不排水下沉法的施工技术, 解决了饱和水砂 砾石层中带十字梁的沉井的施工技术难题, 取得了较好的效果。 关性词I 隧道工程; 沉井; 施工技术 中图分类号 T U 7 5 3 . 6 4 文献标识码 A【 文章编号 1 0 0 2 - 8 4 9 8 ( 2 0 0 3 ) 0 1 - 0 0 5 0
2、 - 0 2 Co n s t r u c t i o n o f O p e n C a i s s o n i n S a t u r a t e d S a n d - g r a v e l S t r a t u m B e ij i n g F i v e D i m e n s i o n s U n d e r g r o u n d L i- h o n g , L I Z a n E n g i n e e r i n g肠 , l i dB e ij i n g 1 0 0 0 3 6 , C h i n a A b s t r a c t : i n c o n s t
3、r u c t io n o f th e s t a r t in g w e ll o f th e s h i e ld tu n n e l c ro s s S o n g l u a j ia n g o v e r in J ia m u s i c i ty , e n g i n e e rs a d o p te d th e d r a i n a g e - i n - w e l l s i n k i n g m e th o d a n d t h e u n - d r a i n a g e s i n k i n g m e t h o d t o s o
4、l v e co n s t r u c t i o n t e c h n i c a l p ro b l e m s o f o p e n c a is s o n w i t h c r o s s - h e a m i n s a n d - g r a v e l s t r a t u m . T h e s e m e t h o d g o t g o o d e ff e c t K e y w o r d s : tu n n e l e n g i n e e r in g ; o p e n c a is s o n ; c o n s t r u c t io
5、n te c h n o lo g y 黑龙江省佳木斯市江北水源工程穿越松花江段 采用盾构施工, 需在松花江南岸和北岸各施工 1 座 沉井。 作为盾构施工的始发井和接收井, 其中南岸始 发井为内径 1 2 m的圆井, 壁厚 l m , 底部设8 0 0 m . x 2 2 0 0 m m的十字梁, 总的下沉深度为 1 8 . 2 . 。沉井分 5节制做, 分 3 次下沉。沉井上设 2 个预留孔, 南侧 是盾构出洞孔, 北侧为管道安装预留孔, 因此对沉井 的偏斜及下沉位置要求严格控制。 地层情况如表 1 所示。砂砾石地层砾石含量 大、 枯粒含量小、 渗透系数大。地下水位标高约为 7 3 . 9
6、m , 埋深为4 m左右, 含水丰富, 透水性很强, 且 地下水与江水有直接水力联系。 裹 1 沉井穿越地层情况 采用混凝土垫层支撑刃脚。根据现场条件, 地下水 埋深4 m, 3 m 以下为中砂, 承载力为1 8 0 k P a , 可以作 为沉井基础。施工时, 使用机械将基坑 下挖 3 m , 并将沉井刃脚下部 地层洒水夯实, 再在其 上浇筑 C 1 5混凝土垫 层。混凝 土垫层厚度取 决于沉井重量和垫层下 部地层承载力, 如图 1 所示 垫层厚度计算公式为: 图 1 混凝土垫层施工示意 1 。八 h =0. 51一B 八。) 土层名称 臂Nit / . 絮IfA / m 2 0 m .回砾
7、或 角硫含t/ %盟 23侧17划14742927 粉质粘 土 中砂 圆砾 砾砂 圆砾 砾砂 栩砂 砾砂 : : 2 9. 1 2 1 . 9 3 8. 4 9. 5 1 2 . 8 4 2. 4 3. 9 0. 4 0. 3 1 . 4 0. 9 0. 8 a. 4 式中: h 混凝土垫层厚度( m ) ; C o 沉井下沉前单位长度的重量( k N / m ) ; R 下卧砂层的允许承载力( k P a ) ; R 刃脚踏面宽度。 计算时, 混凝土容重取 ; 二 2 5 k N / 耐, 第 I 次制 作沉井为4 . 2 m, 单位长度的重力为8 5 . 7 4 k N , 下卧砂 层的允
8、许承载力为1 8 0 k P a 。经计算混凝土垫层厚度 1 沉井刃脚的支垫形式 由于预制沉井重量大, 地基承载力有限, 设计采 用垫木支撑, 但垫木用t大且抽取麻烦, 因此施工时 收稿日 期 2 0 0 2 - 0 5 - 0 8 【 作者简介 童利红( 1 9 7 ) 一) . 女. 四川眉山人, 北京五维地下工 程有限公司工程师, 北京市海淀区定葱北里 1 6 一2 一 6 0 1 1 0 0 0 3 6 , 电话: ( 0 1 0 ) 5 1 8 8 1 4 8 5 念 准 、 一 一 一 2 0 0 3 No 童利红等: 饱和水砂砾石层中沉井施工技术 为0 . 163m。考虑到混凝土
9、垫层自身附加重量的影 响, 本 _ 程最后采用的混凝土垫层厚度为2 0 c . 。为 便于支模, 宽度比刃脚踏面每边宽出0 . 2 0 ., 施工表 明这混凝土垫层厚度满足设计要求。沉井达到设 计强度后拆除模板, 凿除刃脚两侧混凝土垫层, 凿除 时保持垫层与刃脚宽度一致, 侧面平整, 凿除时应分 区、 对称、 同步, 确保沉井不发生偏斜。 2 沉并下沉施工技术 2 . 1 沉井下沉施工方法的选择 根据勘察报告, 施工场区地下水位高, 含水丰 富, 透水性强。 且地下水与江水有直接水力联系, 采 用降水井降低地下水位实行排水施工不可行。地层 中卵石和砾石含量高, 大于2 0 . m的砾石占9 .
10、 5 % 4 2 . 4 %, 仅采用吸砂泵吸砂堵泵频繁, 严重影响施工 进度。若仅采用抓砂机抓砂, 由于沉并高度大, 井底 十字梁对抓砂位置影响很大, 抓砂机的抓斗只能在 沉井边缘抓砂, 很容易造成严重涌砂, 导致沉井不均 匀下沉, 沉井的偏斜度难以控制。针对以上情况并 结合当地施工机械条件, 沉井下沉过程中采用了井 内排水下沉施工和不排水下沉法施工两种方法 2 . 2 下沉施工技术 地下水位低于井内开挖面时采用抓砂机抓砂下 沉, 由于沉井内有2 . 2 m高的十字梁, 抓砂斗不能直 接抓取沉井中心砂土, 但施工时应尽可能靠近沉井 中心区域对称抓砂。为保证沉井的均匀下沉, 对十 字梁F 方和
11、沉井边缘的砂土采用人工配合清理, 抓 斗出土。当开挖面见水后, 在沉井内设2 个集水坑, 用抽水泵抽水, 并根据涌水量的大小及时增加水泵 数量。为防止出现涌砂现象, 水泵置于沉井中部靠 近十字梁位置。土方施工采用抓砂机和人工配合的 方式 即采用2台抓砂机抓取沉井中部砂土, 人工开 挖沉井边缘砂土, 堆积于抓砂机抓土位置由抓砂机 出土这种方法既减小了劳动强度又加快了沉井下 沉速度, 沉井下沉速度可达1 m / d o 当涌水量很大、 抽水不能满足施工要求时, 用2 台砂污泵进行移动吸砂。砂污泵可在沉井顶部操作 平台上移动, 操作人员可调整吸砂位置。施工时为 便于井内操作, 沉井内部使用橡胶弹簧软
12、管作为水 管, 沉井外部水管采用普通钢管出砂, 以减少管道磨 损更换次数, 有效降低施工费用。由于工程场区地 层主要为中粗砂和砾砂, 正常作业时, 吸出的混合水 流中含砂率为5 %一1 0 %, 砂体中允许最大颗粒直 径为6 0 . m , 吸砂泵容易发生堵塞现象。因此吸砂的 同时, 采用抓砂机进行配合, 将集中在沉井中部的较 大的砂砾石抓出。采用砂污泵吸砂, 可有效地克服 井内十字梁对沉井下沉的影响, 保证沉井下沉平稳 不论是采用排水下沉还是不排水下沉, 出土时 均应分层、 均匀、 对称进行, 保证破土面基本形成以 井底中心为轴心的圆锅底形状, 锅底的深度不超过 刃脚尖的水平, 锅的边缘与刃
13、脚根部附近水平相接。 当由于开挖不当, 在井内形成偏土台时, 应及时移动 砂污泵将偏土台的砂破除干净, 直到正常为止。 3 沉井下沉导向及纠偏措施 该沉井用作盾构隧道始发井 对沉井偏斜应进 行严格控制。为保证下沉精度, 在沉井下沉前施工 了套井, 沉井和套井间距为0 . 5 m , 并在沉井和套井 间安装了8 组导向木。施工时在套井 r . 预埋角钢支 托, 以防止导向木在沉井下沉过程中下滑而引起沉 井偏斜。同时, 在套井顶面布设水平标高点, 以便测 量沉井的偏斜状态。当沉井在施工中出现不均匀沉 降时, 一侧导向木会被压紧形成自锁, 此时应立即停 止沉降较快一侧的挖砂作业, 拔出自锁侧的导向木
14、, 在该侧采用木撑或木楔施加侧向力以抵消沉井倾覆 力, 同时加快下沉较慢一侧的挖砂进度, 直到纠偏完 成后再进行正常作业。 4 封底 沉井封底时净空直径大于 1 2 m , 最大封底厚度 为 3 m , 十字梁下厚度为 1 . 4 m, 封底混凝 土量为 3 4 0 时, 施工时必须保证一次封底成功。 4 . 1 井底清理 在第3 节井身下沉至距设计标高1 . 5 .左右时, 适当放慢下沉速度, 距设计标高5 0 0 m m时停止 抓、 抽砂, 靠井身自重下沉。由于后期下沉采用不排水 下沉, 脚底及十字梁下可能有许多砂未被吸出, 井底 凹凸不平。停止抽砂后派潜水员潜至井底辅助清 理, 当砂量较
15、小时, 由潜水员直接摊平, 数量较大则 采用吸砂泵局部吸砂。对十字梁下部砂体应清至设 计标高, 以免封底时出现大量渗漏水导致封底失败 当沉井沉至设计标高且 8 h的下沉量小于 l o c m , 则可进行混凝土灌注。 4 . 2 混凝土灌注 封底施工时利用沉 井制作平台作为封底的 工作平台, 考虑每根导 管在水下灌注混凝土的 有效半径为3 一 4 m , 因此 布设 4 根 3 2 5 的导管。 图 2 封底混报土润注的 导管及润抽的布, ( 下转第4 6页) 4 6 施工技术第 3 2卷 平梁设计。为缓解水平推力可在导墙与路面接缝处 留出5 。 一 I(X)mm空隙, 并用砂石材料填充。导墙
16、上顶 板标高应高出周边地面l 0 0 m m, 以利防水和测量。 ( 4 ) 导墙施工时应按照先底板、 立墙浇筑混凝 , 后夯填墙侧土, 再进行上顶板混凝土浇筑的施工 顺序 确保基底和墙侧边土的密实度达到质量要求。 顶板混凝土表面在振捣密实后要用木杠依照标高找 平, 坪 用铁抹子压光, 其平整度应依照水泥地面标准 控制验收。 ( 5 ) 混凝土强度应满足设计要求, 一般不低于 C 2 0 ,导墙上板表面标高高差不大于士l O m m , 局部 平整不大于5 m m , 导墙内侧垂直度不大于 M , 内侧 净距为地连墙厚度加4 0 . m土l O m m, 并应与地连墙 轴线平行, 允许偏差为士
17、l O m m a ( 6 ) 导墙完成后, 应在上板表面标注建筑物的所 有轴线和辅助轴线位置, 并标注相应的水平标高。 轴线标注方法可采用在导墙混凝土内预埋铁件, 用 锯痕或攒子刻痕将轴线位置标在上面。也可用射钉 固定在导墙混凝土表面, 并标注轴线, 射钉高出导墙 表面不大于5 m m , 轴线的设置精度应控制在t l m m , 轴线标记应用醒目的颜色显示。 ( 7 ) 导墙及轴线、 标高标记过程中要经常检查复 核, 如有导墙位移、 变形、 损坏应及时修复并重新进 行轴线及标高测定。 3 . 4 钢筋笼吊放就位的质量控制 ( 1 ) 水平标高控制钢筋笼制作时在笼体四角 各选 1 根竖向主筋
18、, 并在上端加焊 1 根在钢筋笼吊 放人槽后高出导墙表面约2 0 0 . m的钢筋, 然后依据 平面上设置的水平标高控制线, 在这4 根钢筋上设 置统一的标高, 作为吊放钢筋笼后控制水平标高的 可视检测标记。当钢筋笼就位后即可用水准仪对4 根钢筋上的标高标记进行测量、 调整钢筋笼标高, 直 至达到要求, 并立即将钢筋笼就位固定, 再次进行核 实复测。 ( 2 ) 轴线坐标控制地连墙槽段划分一般以轴 线为中心, 向左右两侧对称确定, 如遇转角或其它原 因所划分的槽段中心对不上轴线, 可设置辅助轴线。 钢筋笼制作时, 在钢筋笼上端中心两侧约3 0 0 m m的 范围内, 从内、 外排立筋中选择相对
19、称的4 根钢筋为 1 组, 分别在内排和外排的2根钢筋上各焊接 1 根 水平钢筋, 其位置应与导墙上表面相平。并依据平 台上的轴线标记在2 根水平筋上标注, 当钢筋笼就 位后即可依据水平筋上的轴线标记与导墙上的轴线 位置进行调整, 使之重合。 ( 3 ) 钢筋笼坐标位置及水平标高的调整控制, 可 在钢筋笼人槽就位时, 分别用吊车、 千斤顶、 撬杠和 铁楔等工具对其位置进行调整, 符合要求后用铁横 担把钢筋笼架设在导墙上加以固定。当浇灌混凝土 时, 应使混凝土液面均匀上升, 防止钢筋笼上浮和倾 斜。混凝土浇筑完后对钢筋笼的轴线和标高位置进 行复测 , 并再次调整固定。钢筋笼架设固定措施应 在混凝
20、土强度达到设计强度4 0 %后方可拆除 ( 上接第 5 1 页) 并口与导管 口间设溜槽, 溜槽坡 度大于 4 0 0 ( 见图 2 ) , 导管底口距离底面标高4 0 0 m m , 能放出隔水塞和 首批混凝土即可。混凝上为缓凝早强型, 初凝时间 大于2 5 h , 终凝时间为3 0 h , 7 d 达到设计强度, 坍落度 为 2 0一 2 2 c m o 施工时在现场建 了临时搅拌 站, 搅拌 能力 为 3 0 时/ h 。按自由坍落坡高为 1 : 4 , 导管首次有效埋 深6 0 - 计算, 灌注前应储存混凝土量为7 耐。开始 灌注后, 混凝土输送泵应及时向漏斗中灌注混凝土, 保证施工的
21、连续性。当导管埋置深度达到要求后, 再进行相邻其它导管的灌注, 待全部导管有效埋置 深度都达到要求时, 进行第 2轮灌注, 每次厚度为 5 0 c m , 即 6 m 混凝土。 混凝土灌注时应设专人负责监控混凝土上升及 混凝土的用量情况 , 进行找平。当混凝土灌注数量 达到设计数量, 且混凝土顶面平均高度达到设计标 高时停止灌注, 同时采用附着式振动器进行摊平。 4 . 3 混凝土顶面修整 封底混凝土水下养护强度达到 1 0 0 %后可进行 抽水, 抽水时应根据抽水量检查是否有明显漏水点。 若有, 应先进行水下局部注浆堵漏, 再抽水。井内水 抽干后, 对封底混凝土顶面找平, 施作防水底板。由 于封底混凝土施工的准备充分, 技术措施得当, 抽水 过程中没有发现明显的漏水点, 混凝上顶面平整, 封 底施工一次成功。 5 结论 本工程位于松花江岸砂砾石地层中, 渗透性强, 属于大口径沉井。沉井结构内有十字梁, 土方施工 难度大。施工过程中针对不同条件采用了井内排水 下沉施工和不排水下沉施工两种方法, 技术措施得 当, 沉井下沉至设计位置时整体偏斜 1 2 c m , 没有任 何裂缝 , 也没有大量涌砂现象 , 封底一次成功。
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