软土地层市域铁路明挖隧道施工技术

作者:周心瑶
单位:中铁第四勘察设计院集团有限公司
摘要:在城市中开展隧道施工是缓解城市交通拥堵的重要途径,我国近年来市域铁路施工不断开展,明挖隧道施工方法在市域铁路隧道施工中得到广泛应用,并取得显著成效。通过介绍明挖隧道法的内涵特征,以某市域铁路工程为例,分析明挖隧道主体工程和防水工程施工关键技术,可为同类工程施工提供借鉴。
关键词:铁路工程 软土 隧道 明挖法 施工技术
作者简介:周心瑶,助理工程师,E-mail:1013157057@qq.com;

 

0 引言

现阶段较常用的隧道施工工法有钻爆法、盾构法及明挖法。其中,钻爆法是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的一种隧道施工方法,对于软土地基并不适用。盾构法开挖安全、掘进效率高,适用于深堆积层等软弱的不透水层,但要在隧道长度相对长时方可充分发挥其经济效能。明挖法则是在封闭围护前提下,明挖施作基坑,开挖土方,获取隧道,具备科学可行、造价相对低等优点。随着我国城市化进程不断加快,包括市域铁路在内的各类型轨道交通均获得前所未有的发展。本文依托某市域铁路工程实例,对市域铁路隧道工程在深厚软土层地区明挖施工技术进行研究。

1 明挖工法特点

在明挖隧道施工中,基坑支护是保障深基坑施工有序开展的重要前提。在基坑开挖过程中,要确保支护结构不出现失稳和变形过大,否则易造成基坑坍塌,危及施工安全,并对周围居民的生命和财产造成严重威胁。隧道明挖法施工存在施工周期短、施工工序多及支护工程量大等特点,需要投入大量的人力及机械设备,唯有切实可靠的后勤保障,方可保证开挖工程的顺利实施。隧道明挖施工需科学部署、循序渐进地开展。先对控制性工程开展测量放线,对地下管道明确标识,为后续基坑开挖提供指导。放线结束后,推土机进场进行全面清理。开展明挖隧道施工,首先对现场交通进行有效疏散,然后开展封闭施工,接着开展旋挖桩施工,再开展水泥搅拌桩施工、钢板桩施工、分层开挖及开展钢结构支撑施工。

2 工程概况

某市域铁路设计速度为120km/h,路线全长约53km,其中地下线长约11km,分为4个标段。本文所分析的标段全标段采用明挖顺作法施工,主体结构为复合墙体形式,标准段全部为单箱双室矩形框架结构(见图1)。

该工程位于冲海积平原区,场地范围内土层分别为第四系人工活动层(Q4ml),第四系全新统冲积、海积层(Q43al+m),第四系上更新统冲积、海积层(Q32al+m)三大层,具体为人工填土、淤泥土、黏土等。明挖隧道采用800mm厚地下连续墙作为基坑围护结构,连续墙两侧采用φ650mm@450mm三轴搅拌桩槽壁加固,基底采用三轴搅拌桩“裙边+抽条”加固。基坑宽度为12.4~12.7m,设置1道混凝土支撑+3道钢支撑。连续墙墙趾位于淤泥质土层,基坑开挖范围内主要为杂填土、淤泥质土、黏土。

图1 明挖隧道横断面

图1 明挖隧道横断面

 

3 主体工程施工关键技术

3.1 基底垫层施工

开挖土方结束后,对软土进行清理,结合实际情况,可适当填装适量的级配碎石,主体结构垫层选取厚200mm的C20早强混凝土。倘若基坑中出现水体,则应当进行必要的处理:(1)在基坑内建设排水沟、集水井进行抽排水处理;(2)若基坑底部存在较大渗水情况,则需通过排水盲沟对水体进行疏排,同时在控制好压力的情况下设置基底垫层及浇筑封底混凝土;(3)若坑底渗水伴有动水压力情况,则需借助预留孔洞进行抽排水处理,待底板混凝土强度达到一定标准后,才能停止抽水操作,并做好对集水井的封闭处理;(4)基坑封闭后,要保证封底混凝土与围护结构间有充足的强度及承载力,以防止底板出现浮动情况,进一步确保混凝土的稳固性;(5)在基底垫层施工之前,基坑各200m2范围做1个泄水孔,待相关结构顶板覆土后方能对泄水孔进行封堵处理。

3.2 模板安装

模板支架应当从立杆到横杆再到斜杆进行逐一安装,同时,安装上升高度控制在3m以内。支模架底层的搭设应当选取长度分别为3.0m和1.8m的立杆进行交错安装,并确保立杆上端不处于相同平面上,进入架子顶部后接着分别选取1.8m和3.0m立杆接长,在竖立杆过程中迅速搭设扫地杆,以此将竖杆连接成整体,确保模板支架的稳定性。然后采用碗扣将横杆与立杆进行有效连接,建立框架结构,立杆的接长可通过焊于立杆顶部的连接管承插实现,斜撑杆可提升支模架的整体稳定性,应依据相应规格进行设置。支模架的拆除顺序与搭设顺序相反。

3.3 混凝土施工

结构钢筋混凝土纵向分段对应的是施工缝和变形缝,水平按照由底板到侧墙再到顶板的顺序进行浇筑。对于底板、侧墙及顶板的混凝土浇筑,分别采用自然流淌斜面分层浇筑、左右对称分层同时浇筑及斜面浇筑。混凝土施工具体流程为:(1)底板钢筋绑扎结束后,在垫层位置有序涂刷水泥基渗透结晶防水涂料,选取泵送商品混凝土分层浇筑,各层浇筑厚度调节至约30cm;(2)侧墙施工期间对围护周边接缝区域进行封闭堵漏处理,参考施工设计要求进行防水处理,施工缝、混凝土分层浇筑,各层浇筑厚度调节至30cm以内;(3)顶板支架、模板设置过程中,做3cm预拱度,待混凝土强度达到100%后方能拆模。另外需要注意的是,在结构钢筋密集部位,应当强化振捣,以确保混凝土密实,选取辅助人工振捣或片式振捣器,振捣期间防止触碰钢筋,避免出现孔洞、蜂窝、缝隙、露筋等质量问题。

4 防水工程施工关键技术

4.1 结构防水原则

隧道结构防水应结合工程实际情况,秉承“防、排、堵、截融为一体”原则,尽可能做到多环节设防、防水可靠、排水通畅、综合治理,进而保障隧道结构物及各项设备的有序运行及行车安全。隧道主体结构防水等级为二级,从多个环节开展全面控制,包括结构自防水、围护结构防水、结构缝防水、附加防水层等,其中以结构自防水为根本。从材料选型及工艺方法上做好混凝土裂缝控制工作,将变形缝、施工缝等接缝防水作为重点内容,结合附加防水层加强防水,再引入围护结构防水,满足隧道结构防水要求。

4.2 防水设计要求

1)在结构自防水设计过程中,主体结构选取相关型号防水钢筋混凝土,为防止混凝土收缩并保证混凝土抗裂性能,可添加高效减水剂;同时引入水化热低且含碱量低的水泥,并添加高效减水剂和粉煤灰,辅以添加可实现补偿功能的膨胀剂,以减少干缩及温度收缩,进一步提高隧道主体结构的各方面性能。

2)在结构接缝控制过程中,变形缝调节应当满足干缩、温度转变等引发的一系列轴向位移的密封防水,并且可符合结构的伸缩变形。结合施工具体情况,在两处变形缝间设置相应的横向施工缝。

3)在混凝土结构接缝防水及处理方法上,一方面,在向纵向施工缝灌注混凝土前,应当先做必要的清除处理和凿毛处理,使粗骨料充分暴露,并呈现凹凸状,然后涂刷水泥基渗透结晶防水涂料,并迅速浇筑混凝土。另一方面,在环向施工缝中采用埋式橡胶止水带和遇水膨胀止水胶,同时,沿环向设置钢筋卡托平,浇筑混凝土前要防止止水带出现污损情况。

4.3 细部构造防水施工技术

细部构造包括施工缝、变形缝等,所采用的防水材料包括水泥基渗透结晶防水涂料、外贴式止水带和遇水膨胀止水胶。本工程水泥基渗透结晶防水涂料用作界面剂时,用量为1.5kg/m2;用作泵房内壁、连续墙接缝、排水沟部位时,用量为2kg/m2。底板采取涂刷法,侧墙采取喷涂法。使用过程中要保证基层完全润湿,如果环境温度偏高,应当做喷雾处理,以放缓成膜速度,避免施工后出现干涸、脱水现象。对于明挖结构外贴式止水带,其表面切忌出现缺角、开裂等情况,应确保与防水层紧密贴合,转角处止水带齿条则应采用转角预制件,降低倒伏概率。在完成止水带施工后,不可出现空鼓、翘边等现象,防止混凝土灌注过程中止水带出现大范围移位或严重扭曲现象。对于遇水膨胀止水胶,在设置止水胶之前应确保防水涂料已经全部施工完成,并保证基面与止水胶的深度黏结。

5 结语

在市域铁路隧道施工中开展明挖隧道施工涉及的施工内容十分广泛,随着我国道路交通技术的不断发展,明挖隧道施工技术势必不断发展成熟。相关人员必须不断研究、总结经验,加强对明挖隧道施工技术的科学合理应用,保障隧道施工安全有序开展。

 

 

参考文献[1]邱力力.市域铁路软土明挖基坑降水施工技术研究[J].四川建材,2018,44(2):91-92.

[2]钱铭.温州深厚软土地层市域铁路明挖深基坑施工环境效应研究[D].温州:温州大学,2019.

[3]郭银波,韩业华,赵翔,等.温州市域铁路明挖深基坑施工变形规律实测研究[J].铁道建筑技术,2018(12):6-8,68.
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