地铁五号线张自忠路站主体暗挖段马头门施工技术.doc

地铁五号线张自忠路站主体暗挖段马头门施工技术 王丙辉，王文正，沈辉 （北京市政建设集团第三工程处，北京 100037） 摘 要本文以地铁五号线张自忠路站主体暗挖段马头门施工为例，详细讲述了马头门施工的方法及技术措施，并针对马头门施工的技术难点做出了分析与对比，从而总结出马头门施工的一套即科学合理又经济简便的施工方法。 关键词地铁；浅埋暗挖；马头门施工 1 概述 浅埋暗挖法施工的隧道工程，在明暗挖结合及两隧道交叉、接口等马头门部位，因其开挖时周围土体被多次扰动，土体自身成拱性降低，在该施工部位时容易出现塌冒事故，出现较大的结构变形和地面沉降；同时马头门处的防水施工困难，破桩时容易破坏防水层，且补救困难，因此马头门部位一般都是施工重点部位。 明挖段施工时应做好超前大管棚及第一排超前小导管的施工，以及马头门处防水层接茬的保护工作。而在马头门施工时应按照暗挖施工步序，分部凿桩，并及时施作临时支撑，以确保马头门施工质量和施工安全。 张自忠路站共有四处明暗挖接合处的马头门施工，本章以张自忠路站主体暗挖段马头门施工为例，介绍马头门综合施工技术。 2 主体暗挖段施工方法及步骤 2.1 结构形式 车站主体暗挖段为单层三跨两柱连续结构，由侧墙、梁、板、柱及三拱等构件组成。断面尺寸为宽23.86m，高10.64m，长68.6m。上覆土厚度12.5m左右，为浅埋隧道，围岩稳定性较差。 2.2 施工方法 浅埋暗挖法侧洞法施工。 2.3 施工步骤 车站主体暗挖段在南端结构完成后从南端头厅向北端头厅进行施工，首先需分部破除南端洞口处的围护灌注桩，进行马头门的施工，接着进行暗挖段的施工，到达北端时破除被基坑围护桩，继而完成整个暗挖段施工。 车站主体暗挖段先施工两端侧洞，然后施工中洞，侧洞采用交叉中隔壁法形成。侧洞法开挖分部如下图所示 图1 侧洞法开挖分部图 3 马头门施工技术 3.1 马头门常见结构形式 暗挖法马头门常见的施工形式有两种一种是马头门处明挖结构侧墙内为环形暗梁预留主筋接头，暂不施作环形暗梁，待暗挖初衬结束后与侧墙环形暗梁与暗挖结构二衬一起施作；另一种方法是马头门处明挖结构侧墙与暗梁一块浇筑，暗梁外侧预留与暗挖二衬结构连接的钢筋接头，暗梁与二衬结构连接处按施工缝处理。这两种结构形式优缺点列入下表 表1 马头门两种结构形式比较 序号 暂不施作环形暗梁 先行施作环形暗梁 1 明开混凝土结构侧墙存在环向施工缝，防水性能较差。 明开混凝土结构侧墙整体性好，无环向施工缝，防水性能好. 2 较易出现结构裂缝。 不易出现结构裂缝。 3 马头门施工时明开结构较安全。 马头门施工时明开结构非常安全。 4 马头门施工操作面较大。 马头门施工操作面较小。 5 马头门处防水接茬较易保护。 马头门处防水接茬不易保护。 张自忠车站采用先行施作环形暗梁的结构形式车站明挖结构施工时预留暗挖洞口，考虑结构受力，在洞口周边结构墙内设置了600mm高的环梁。明开结构施工完成后暗挖洞口情况如图2所示。 图2 马头门预留洞口剖面图 3.2 马头门施工方法 马头门施工主要包括三个步序超前支护、围护桩凿除和马头门进洞段初期支护。 3.2.1 超前管棚支护 为了确保车站主体暗挖施工安全，在两端明挖基坑土方开挖至暗挖拱顶位置时，预先施作超前管棚支护。 a. 超前大管棚 由两端明挖基坑对打一次，L34m，Φ159mm的热轧钢管（t8mm），环向间距为500mm，管壁打眼，每隔1m交错分布，眼孔10mm，预注水泥浆加固周围土体及填充管内。 b.超前小导管 大管棚间采用小导管周壁预注浆。小导管选用φ32.5的热轧钢管，t3.5mm，长度3.0m，外插角10～12，环向间距500mm，管壁每隔100～200交错钻眼，眼孔直径6～8mm。由于本暗挖段顶部处于粉细砂层中，根据现场试验确定，采用改性水泥水玻璃浆液。 3.2.2 马头门围护桩凿除 明挖结构围护桩为Ф800钢筋混凝土灌注桩，用常规的人工凿除将费工费力，在本工程中采用高效无声破碎剂（HSCAⅡ，适应温度10℃～25℃），进行围护桩的破除。 1 钻孔 钻孔采用YT28气腿式凿岩机。孔径50mm，孔深700mm，孔距150mm梅花型布设，抵抗线300mm。 图3 马头门围护桩钻孔破碎示意图 2 搅拌 先将按HSCAⅡ重量比为2835的水倒入容器中，然后加入HSCAⅡ，用机械或手工（用手搅拌要戴橡皮手套）搅拌成具有流动性的均匀浆液。HSCAⅡ使用量25kg/m3。 3 充填 填孔之前必须将孔清理干净，不得有水和杂物，充填作业可以采用直接灌入法或用灰浆泵压入法。垂直孔不必堵塞孔口，水平或倾斜孔要堵塞孔口，以免浆体流出，或用干稠的胶泥状HSCAⅡ搓成条塞入孔中并捣实。 4 破碎 灌浆后520小时可将围护桩桩体破碎，破碎效果如图所示，然后再用风镐凿除剩余部分，最后用气割割掉围护桩钢筋。 5 注意事项 ① 对于破碎钢筋混凝土围护桩，应予先切断部分外围钢筋，再用HSCA破碎； ② 必须按施工环境温度选择合适的HSCA型号（HSCA共有三种型号即HSCA－Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型），不得随意互用； ③搅拌后的HSCA浆体必须在10分钟内填充在孔内，超过10分钟，其流动性及破碎效果明显降低。 ④施工时，为安全起见，必须戴防护眼镜，灌浆后到裂纹发生前不得对孔口直视，以防外一发生喷出时伤害眼睛； ⑤HSCA浆体碱性较强，碰到皮肤或进入眼睛里要立即用水冲洗，且立即到医院就医； ⑥HSCA要存放于干燥所内，严防受潮，在不受潮情况下，保存期为一年。 3.2.3 马头门初衬施工 1 掌子面土体加固 马头门凿桩时必须考虑掌子面土体的稳定性，当洞室高度小于3m时，采用全断面破桩，并采取措施加固掌子面；当洞室高度大于3m时，采用分上下台阶半断面破桩，上台阶预留核心土环形开挖，如图5、6所示。 全断面破桩时，必须对背后土体进行加固。加固采用打钢钎，挂网锚喷的方法。钢钎长度1.5m间距1m梅花型布设。当遇水或土体自稳能力较差时，采用打设Ф32钢管，挂网锚喷的方法。钢管长度3.0m间距1m梅花型布设。喷层厚度810cm。 半断面破桩时，上台阶破桩后可暗挖进洞1D后封闭掌子面，然后进行下台阶围护桩的凿除。 图5 马头门全断面破桩示意图 图6 马头门分上下台阶破桩示意图 2 格栅架立 马头门围护桩凿除到位后，围护桩顶、底部预留300mm长主筋，架立格栅时，附加L型钢筋与格栅主筋及纵向连接筋焊接，焊接长度10d。左右两侧拱角处的围护桩的主筋要与格栅连接板处的钢筋焊接牢固，并及时打入锁脚锚管，锚管与格栅焊牢。马头门处格栅架立必须两榀格栅密排，架立时格栅拱顶高程提高50mm，预留结构下沉量。纵向连接筋位置躲开格栅连接板位置分布，环向间距1000mm，内外两侧梅花型布置。然后挂设钢筋网片，绑扎在钢架的设计位置，并与格栅钢架连接牢固，然后喷射混凝土，封闭成环。如图5所示。 图7 马头门格栅与围护桩主筋连接示意图 3）锚喷混凝土 格栅架立完成后立即锚喷混凝土，喷射混凝土时先喷仰拱，再喷侧墙，最后喷拱顶。自下而上依次喷射，喷射过程中严禁使用回弹料。喷头应与受喷面垂直，距离受喷面60～100cm，连续缓慢地做横向环形运动。混凝土表面应湿润光泽、无干、无滑和流淌现象。在拱脚处用土将格栅连接板埋20cm，在下台阶续接格栅时用高压风吹净。锚喷完成后立即用刮杠或木抹子找平。 3.2.3 马头门防水层施工 张自忠车站明挖段采用SBS防水卷材，暗挖段采取ECB防水板，两种防水材料不仅要在马头门部位搭接，而且在马头门围护桩凿除时必须作好SBS防水卷材的保护工作，因此马头门是防水施工质量重点控制的部位之一。 马头门的防水接茬预留处在明挖结构施工时用1mm厚的铁皮保护，但在围护桩破桩时产生了局部破坏，在围护桩凿除完成后，及时对此处防水层使用SBS防水卷材进行了修补，修补完成后再用1mm厚铁皮保护。 两种防水材料的搭接方法如图8所示，在此处SBS防水层外侧要保证与明开结构密贴，确保不渗不漏；里侧要与暗挖ECB防水层完好过渡。同时为加强防水效果，在此处施工缝暗挖结构中加两条复合式遇水膨胀止水条。 图8 马头门防水施工示意图 4 监控量测 4.1 测点布置 为监控马头门施工过程，信息化指导施工，在暗挖段范围内，距围护桩冠梁外侧1m的位置布设了一个监测断面，监测内容主要包括地表沉降、拱顶下沉和洞周收敛。点位如图9所示。 图9 马头门监控量测布点示意图 4.2 监测结果 马头门各监测量控项目测点变化历时曲线如图1、2、3 图10地表沉降历时曲线图 图11 拱顶沉降历时曲线图 图12 收敛变形历时曲线图 从各测点的数据及曲线分析，马头门附近地层和结构变形都较小，采取的马头门施工方法是有效的。 5 经济效益分析与评价 马头门围护桩的凿除工作直接影响到主体暗挖的进度，施工中采用HSCA大大缩短了工期，降低了成本。车站主体1号洞为人工用风镐凿除，共用14天。其综合造价每个洞室为3.5万元。采用HSCA后，只用5天就能完成任务。其综合造价每个洞室为1.5万元。车站主体暗挖两侧围护桩全部凿除完（侧洞共计12个洞室，中洞3个洞室）采用HSCA经综合经济评价分析，比人工用风镐凿除节省60万元。 6 马头门施工要点总结 1 加强对马头门处桩顶的监测，防止桩体突然下沉。 2 及时施作临时仰拱，形成封闭环，控制桩和围岩的位移。 3 上部格栅未封闭前，及时施作竖向及横向临时支撑，确保上台阶结构稳定。 4 马头门开口后，前两排格栅钢架间距应加密，以后的格栅钢架可按设计间距施工。 5 明开结构按设计要求与暗挖结构相交处设置沉降变形缝，暗挖初衬施工过程中，要严格妥善的保护好防水接茬部位，并作好不同防水卷材的搭接处理。 更多地铁工程专业资料请浏览 百度网盘 http// 9