浅谈黄土地区地铁浅埋暗挖CRD法施工工序的优化及应用
信息发布:       发布日期:2018-07-24       浏览量:296      

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摘要:文章对地铁施工在遇到老黄土、古土壤地质条件下,采用CRD法施工时,对该方法中的各个工序局部进行了优化,通过优化在现有的CRD法施工中,提高了施工过程的安全性及可靠性。

关键词:不良地质;CRD法施工;工序优化;安全性、可靠性;

 

引言

随着近年来地铁建设的持续推进,暗挖施工各种方法在不断的应用及改进中,在遇到不同地质情况下各工法的适用需要得到持续改进及优化。本文主要是在西安地铁施工采用CRD法时,遇到地质条件为古土壤、老黄土时,无地下水或地下水位降至施工允许条件下,对采用该工法进行了局部优化,对优化后工法的优缺点进行了论述,对后期线路类似施工提出针对性建议,确保暗挖施工的安全可靠性。

工程概况及地质水文条件说明

2.1工程概况

暗挖万东区间位于市政主干道道路下埋深约10~19m,左线长792.339m,右线长792.26m。线路正上方道路两侧为居民楼与商业街,暗挖隧道正上方分部着各类管线(雨水管道、污水管道、电缆沟、通讯管线、给水管道、天然气管道等),暗挖隧道采用浅埋暗挖法施工。开挖断面轮廓9m(宽)*9.22m(高)。初期支护采用喷射混凝土、钢筋网、格栅钢架及注浆小导管;超前注浆小导管采用Φ42普通水煤气管,壁厚3.5mmL=3m,环向间距0.40m,纵向间距1.5m,外插角10°~30°左右,拱部150°范围环向布设,注水泥砂浆。喷混凝土为C25早强混凝土,厚度300mm,全断面支护。每榀钢架间距0.5m。钢筋网:全断面设双层钢筋网150mm*150mm,环纵向筋均为1m。施工过程中,每侧拱脚(墙脚)均设2根锁脚锚管,锁脚锚管采用Φ42mm钢管,L=3.5m。临时支撑采用工20型钢,接头采用连接板螺栓连接。如下图所示


2.2水文情况说明

场地内地下潜水稳定水位埋深26.6m,相应高程为401.01-403.7m。竖井底标设计高为405.499m,区间底板设计水位标高为404.78-409.302m,施工区域为水位线以上,故不涉及降水施工。

2.3地质情况说明

暗挖段地貌单元内地层为:地表分布有厚薄不均的全新统人工填土(Q/4ml/);其下为上更新统风积(Q/3eol/)新黄土及残积(Q/3el/)古土壤;再下为中更新统风积(Q/2eol/)老黄土及残积(Q/2el/)古土壤及冲积(Q/2al/)粉质黏土、砂层等。暗挖正线均位于古土壤与老黄土地层中,如下图所示。

3  CRD法施工及工序优化

3.1浅埋暗挖CRD法施工

该暗挖隧道采用CRD法施工时,共分为四个导洞,施工顺序为1#3#导洞完成开挖预留核心土后进行初期支护,2#4#导洞完成开挖后进行初期支护,各导洞开挖布局1#导洞与2#导洞掌子面纵向距离保持在5-7m3#导洞与4#导洞掌子面纵向距离保持在5-7m,上下台阶在左右洞体施工时,前后错开距离不应小于15m。如下图所示。(备注:1号导洞与4号导洞或2号导洞与3号导洞掌子面纵向距离不应小于15m)。


3.2施工期间遇到的问题

1)锁角锚管施工时由于核心土与初支一侧、核心土与临时竖撑一侧距离过小,影响锁角锚管打设。

2)1#、3#临时竖撑距与核心土位置喷射混凝土影响,因距离过近无法实施,后续施工临时横撑时进行补喷。

3)2#、4#开挖掌子面过高且顶部临时横撑外露过多,失陷性黄土地区围岩软弱自稳能力较差,掌子面存在失稳问题。

如下图所示

 

3.3 CRD工法优化

针对施工中出现的问题,工法进行了以下调整。

1)1#3#之间的临时竖撑采取两次施工,在拱顶以下2m位置设置连接接头,待施工临时横撑时对1#3#之间的临时竖撑进行二次连接。

2)2#4#土方开挖局部采用台阶法施工,消除不稳定土体。

优化后工法图与实物图所示:

4  CRD法施工优化前后优缺点比较及论述

4.1 CRD施工优化前不足之处的分析论述

按照原CRD法施工时,1#3#导洞核心土预留为掌子面图影面积的一半,核心土预留长度3m,施工时核心土与洞体左侧初支距离过近,与临时竖撑的初支距离过近,按照锁角锚管45°打设,核心土与锁角锚管交错影响,锁角锚管无法施作,锁角锚管作为初支钢架施工的一项措施,对钢架安装完成后能够起到防治拱架下沉的重要意义,必须在拱架安装后及时完成注浆喷浆封闭初支。

再者因核心土与临时竖撑的初支距离过近,施工距离不到1m,在核心土高度范围内喷射混凝土无法作业,根据喷射混凝土的作业要求及安全性要求,喷射混凝土作业时应与喷浆面保持一定的作业距离,故在临时竖撑位置核心土高度范围内喷射混凝土无法施作,只能待施工临时横撑时对其施作,喷射混凝土不能及时封闭,将会影响到初支对土体开挖面的支撑作用。

其次在2#4#导洞掌子面开挖后,掌子面一次高度达到约4.5m,根据黄土地区遇水极易失稳,地下潮湿状态下土体的自身稳定性不足,在Ⅳ、Ⅴ级围岩土方开挖时一次进尺不能过大,每次土方开挖不得大于一榀,掌子面高度过高且坡度小位于中心以上部位的土体容易滑塌,进行土方开挖作业时存在安全隐患。

4.2 工法优化后的优缺点分析论述

对此施工时对CRD法进行了局部优化,1#3#之间的临时竖撑采取两次施工,在拱顶以下2m位置设置连接接头,待施工临时横撑时对1#3#之间的临时竖撑进行二次连接。2#4#土方开挖局部采用台阶法施工,消除不稳定土体。

通过临时竖撑增加接头,临时竖撑分成2次施工,核心土与临时支撑一侧土体免除开挖,对临时支撑一侧的土体起到了直接支撑的作用,且不开挖后能够减少对临时竖撑一侧土体的扰动,提高了核心土对掌子面土体的支撑作用,消除了1#初支拱脚位置与临时竖撑锁角锚管无法施作的困难,施作完成的钢架能够及时封闭,做到了“短循环、快封闭”的效果,保证了初支的施作安全。

但再增加接头后,临时竖撑在对3#导洞一侧的土体支撑时,接头位置将是结构应力集中的地方,特别在土体自身稳定性较差时,3#导洞一侧的土体对临时竖撑的作用力会加大,所以再增加接头后该优化适合在老黄土、古土壤或具有一定自身稳定性的地质条件下使用,或者在不良地质条件下使用时,在增加接头的位置采取加固措施。

2#4#土方开挖时,对掌子面位于中心以上部位的土体进行消除,改为台阶形式,台阶长度为一拼的钢架距离,在失陷性黄土地区将不稳定的部分进行消除,且开挖后外漏拱顶位置的临时横撑减少,极大的减少了土体滑塌的安全隐患,确保了在土方开挖作业是的安全。

优化后的工法适用范围及应用

采用CRD法预留核心土的方法,将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室分部施工。CRD工法遵循"小分部、短台阶、短循环、快封闭、勤量测、强支护"的施工原则,自上而下,分块成环,随挖随撑,及时做好初期支护。并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛基本稳定后,自上而下拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱,再进行施工。CRD法适用开挖跨度较大,对围岩沉降变形控制严格,采用CRD法开挖,开挖的每一步都各自封闭成环,兼有台阶法双侧壁导坑法的优点,有利于围岩稳定,保证施工安全。

该工法适用于软弱地层、地层较差、不稳定岩体的隧道暗挖施工,特别对于控制地表沉陷有很好的效果,在施工时各部封闭成环的时间短,结构受力均匀,形变小,且由于支护刚度大,施工时隧道整体下沉微弱,地层沉降量不大,而且容易控制。由于施工时化大跨为小跨,步步封闭,因此,每步开挖扰动土层的范围相对小得多,封闭时间短,结构很快就处于整体较好的受力状态。同时,临时仰拱和中隔墙也起到了增大结构刚度的作用,有效抑制了结构的变形。该法适用于较差地层,采用人工或人工配合机械开挖的IVV级围岩和浅埋、偏压及洞口段。

结语

CRD法在地铁施工中应用较广,通过对该方法的局部优化,合理的组织实施,使得该工法在软弱围岩施工时具体化,对施工作业的安全及可靠性有了部分提高。

 

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