专利名称：一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法
技术领域：
本发明涉及一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，属于地下建筑工程技术领域。
背景技术：
洞桩法是明挖框架结构施工方法和暗挖法相结合的一种施工方法，它具有对周边环境影响小及能有效控制地层变形等优点。洞桩法施工首先在先行暗挖的导洞内施作边桩、柱顶纵梁及顶拱，为后续施工提供支撑保护体系，最后形成由外层边桩、顶拱和内层二次衬砌组成的永久承载体系。因此，边桩施工是洞桩法施工的至为关键的技术之一。随着城市建设的发展，城市地下工程的施工环境日趋复杂，降低地下工程施工对周边环境影响的要求越来越紧迫。洞桩法施工工艺能够有效地控制地下工程施工引起的地层变形，满足复杂环境条件下城市地下工程施工的严格要求。由于导洞内桩施工是洞桩法施工的关键技术之一，因此，有必要寻求一种的暗挖导洞内小直径桩的施工方法以提高其成桩效率和成桩质量。根据施工环境特点对现有边桩施工技术和施工设备进行改进，具有重要的现实意义，相关的研究工作尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂环境下城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法。它以现有边桩施工方法为基础，结合施工环境特点，提出了一种新的边桩施工方法并设计了成套的施工设备。该方法能够有效控制城市地下工程施工引起的地表沉降，确保周围建(构)筑物的结构安全和地下管线、市政交通的正常运营。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:(I)测量放线。轨道铺设、格栅凿除、钻孔施工前均要进行测量放线，根据设计图纸中的平面控制网测放出控制点及桩位，验收合格后方可使用。(2)试桩。正式施工前在暗挖导洞内进行试桩施工，根据试桩时掌握的实际地质情况确定合理的施工参数，并对设备进行改进。(3)钢筋笼加工。考虑洞内运输及吊装条件，钢筋笼在地面分节加工，制作步骤主要包括:①按设计尺寸作好加劲筋圈并在其上标出主筋位置；②把主筋摆在平整的工作台上，在其上标明加劲筋的位置，主筋提前采用钢筋切断机切断；③使加劲筋上任一主筋的标记对准主筋中部的加劲筋的标记，扶正加劲筋并使其与主筋垂直后进行点焊；④在骨架两端各让一人转动骨架，将其余主筋逐根照上法焊好；⑤将骨架搁于支架上，套入螺旋盘筋，按设计位置布好螺旋筋，然后点焊牢固，在钢筋骨架下端主筋的端部加焊加强箍一道，以防止下端钢筋在骨架入孔时插入孔壁或在导管提升时卡挂导管。(4)轨道铺设。边导洞贯通后，首先将边导洞、西端降水导洞及竖井上层横通道清理干净，然后采用细石混凝土找平，轨道铺设长度范围内均设置找平层。找平层铺设完成后铺设轨道，相邻两节轨道采用标准夹板连接牢固，轨道与轨枕之间采用压板固定牢固，(5)设备吊装。洞内打桩设备由竖井吊入。(6)护筒施工。采用2m深的人工挖孔代替钢护筒施工。首先进行测量定位，放出桩心位置，之后破除导洞初衬底板，初衬底板破除圆形开口，圆周预格栅主筋及分布筋接头，沿圆周安装钢筋加工的钢筋环，钢筋环与圆周预留的格栅主筋及分布筋焊接牢固后喷射混凝土，喷完混凝土后在初衬底板形成一个圆形洞口，施工过程中用圆形通规控制人工挖孔的直径和椭圆度，(7)钻孔施工。钻孔施工系统可细分为四个子系统:钻进系统、排渣系统、泥水分尚系统及补衆系统。①钻进系统。由于洞内空间有限，现有钻机无法同时满足自身尺寸要求及洞内成孔要求，故根据导洞尺寸对钻机进行了改装，使其适用于导洞内的钻孔施工。②排渣系统。排浆通过渣浆车、渣浆罐、渣浆泵及泵管实现。成孔过程中，反循环钻机从孔内抽出的渣浆首先排入渣浆车，经渣浆车内过滤网过滤掉大粒径卵石后通过渣浆车自带的渣浆泵将渣浆排送至地面的泥浆净化装置中。③泥水分离系统。在竖井临时弃土坑内设置泥浆净化装置。渣浆用竖井内的泥浆净化装置进行泥水分离处理，将分离出的泥饼及砂、卵石排入竖井内的临时弃土坑，采用门式起重机将泥饼及砂、卵石吊至地面土场并采用渣土车运走；将分离出的液态泥浆排入竖井旁边的泥浆池，施工过程中保证清孔后的泥浆性能不低于新鲜泥浆的性能，泥浆的厚度通过测绳测定。④补浆系统。竖井泥浆池内设置一个大方量泥浆泵，将泥浆池内的泥浆排送至钻机旁边的泥浆车内，通过泥浆车的出浆口将泥水分离后的清浆补充至桩孔内，保持桩孔内的泥浆液面平衡。(8)钢筋笼安装。钢筋笼、钢套筒分别采用竖井门式起重机或竖井龙门架吊入洞内，孔口采用移动式起重机进行吊装作业，相邻两节钢筋笼主筋采用冷挤压套管连接。钢筋笼成型质量在下料、加工、运输及安装四个环节进行严格控制。下料过程中保证每节钢筋笼主筋长度相同，加工过程中采用特制模具，保证加工完成的钢筋笼端头齐平，钢筋笼运输过程中要避免钢筋笼之间或钢筋笼与外界物体的挤碰而导致钢筋笼产生变形，安装过程中要保证上、下两节钢筋笼轴心对齐，相对应主筋间间隙相同。(9)混凝土灌注。由于洞内长距离泵送混凝土无法满足水下灌注混凝土时首灌连续、快速的要求，故每套打桩设备各设置一个首灌车进行首灌作业。灌注桩身混凝土之前，首先采用地泵将首灌车上的首灌罐内装满混凝土，然后打开首灌罐下方的阀门完成混凝土首灌。本发明的优点及创新点在于:根据洞内作业空间和地质情况改进钻机，提高成孔效率和质量；钢筋笼分节吊装，现场连接；针对拆除钻杆及钢筋笼吊装时间长，易造成坍孔、难以控制沉渣厚度的问题，采用泵吸清孔和翻起沉渣的方式进行处理；合理布置施工区域，分区域分段纵向布置钻机设备、泥浆箱、管路及道路，用砖墙把钻桩作业区和道路运输区分开等。
图1为本发明的洞内小直径桩施工流程图。图2为本发明的洞内小直径桩施工设备系统图。其中，I为反循环钻机，2为渣浆车，3为渣浆泵，4为泥水分离机，5为泥浆泵，6为泥浆车，7为移动式起重机，8为首灌车，9为输衆管，10为泥衆池，11为钻孔，12为围堰,13为初支底板,14初支顶板,15为基坑侧壁，16为隧道,17为竖井，18为地面。图3为本发明的洞内打桩设备布置图。其中，I为反循环钻机，2为渣浆车，6为泥浆车，7为移动式起重机，8为首灌车，10为泥浆车。图4为本发明的洞内钻孔示意图。其中，I为反循环钻机，2为渣浆车，6为泥浆车，8为首灌车，9为输浆管，11为钻孔。图5为本发明的洞内灌灰示意图。其中，I为反循环钻机，2为渣浆车，6为泥浆车，8为首灌车，9为输浆管，11为钻孔。图6为本发明的渣浆车构造示意图。其中，19为法兰，20为搅拌轴，21为出浆口，22为电机,23为过滤网，24为钢管拉杆。图7为本发明的泥浆车构造示意图。其中，19为法兰，20为搅拌轴，21为出浆口，22为电机,23为过滤网，24为钢管拉杆,25为手动阀门，26为液面观察管。图8为本发明的首灌车构造示意图。
具体实施例方式奥林匹克公园站是地铁15号线与8号线换乘车站。车站位于奥运中心区，大屯路城市隧道下方，预留公交节点的西侧，沿大屯路东西向布设。周边分布有国家会议中心、国家体育馆、水立方、鸟巢等奥运场馆。车站主体结构为地下两层三跨平顶直墙结构，采用暗挖PBA工法施工。车站总长205.5m，总宽23.lm，车站顶板紧贴大屯路隧道，大屯路隧道上方覆土约为3.5m。车站主体结构设置4个导洞，车站边桩在2个边导洞内施工。边桩有两种规格，一种直径800_，桩长约26m,另一种直径1000mm,桩长约26m。其中直径800mm的桩共约84颗，直径IOOOmm的桩共约198颗。车站边桩施工计划采用3套编组设备。第I套设备施工第5导洞及第8导洞内的边桩，第2套设备施工第I导洞内的边桩，第3套设备施工第4导洞内的边桩。施工顺序均为自西向东，采用跳桩的方式施工，跳桩距离根据设备编组长度确定。围护桩施工过程中产生的钻渣排放及泥浆补给均通过泵及管路实现。首先安装各导洞内的给水管线，给水管线采用Φ 50的镀锌钢管，沿导洞侧壁敷设。之后安装导洞内的泥浆管及渣浆罐。导洞内的设备安装就位后安装横通道内的管线。横通道内管线均沿导洞侦技啬按5%。的坡度自西向东敷设，3号横通道西侧管线以西端降水导洞为最低点。具体施工步骤为:(I)测量放线。轨道铺设、格栅凿除、钻孔施工前均要进行测量放线。分包单位测量人员根据设计图纸中的平面控制网测放出控制点及桩位，测放结果经总包单位测量人员校核后，填写报验单，上报监理，经监理验收合格后方可使用。每根桩施工前均需重新校核桩位。(2)试桩。正式施工前在暗挖导洞内进行试桩施工，根据试桩时掌握的实际地质情况确定合理的施工参数，并对设备进行改进。(3)钢筋笼加工。考虑洞内运输及吊装，钢筋笼在地面分节加工，每节长度2m 3m。钢筋笼制作步骤为:①按设计尺寸作好加劲筋圈(箍筋)并在其上标出主筋位置。②把主筋摆在平整的工作台上，在其上标明加劲筋的位置，主筋提前采用钢筋切断机切断。③使加劲筋上任一主筋的标记对准主筋中部的加劲筋的标记，扶正加劲筋并使其与主筋垂直后进行点焊。依此，在一根主筋上焊好全部加劲筋。④在骨架两端各让一人转动骨架，将其余主筋逐根照上法焊好。⑤将骨架搁于支架上，套入螺旋盘筋，按设计位置布好螺旋筋，然后点焊牢固。在钢筋骨架下端主筋的端部加焊加强箍一道，以防止下端钢筋在骨架入孔时插入孔壁或在导管提升时卡挂导管。(4)轨道铺设。边导洞贯通后，首先将边导洞、西端降水导洞及3号竖井上层横通道清理干净，然后采用C15细石混凝土找平。找平层厚度为5cm。轨道铺设长度范围内均设置找平层(约510m)。找平层铺设完成后铺设轨道，轨道采用38kg标准钢轨，每节长度3m，轨距为1250mm。相邻两节轨道采用标准夹板连接牢固，轨道与轨枕之间采用压板固定牢固。(5)设备吊装。洞内打桩设备均由3号竖井吊入。吊装顺序为:①第I套设备:钻机一泥浆车一首罐车一移动式起重机一三轮车一渣浆车；②第2套及第3套设备:三轮车一移动式起重机一首罐车一泥浆车一钻机。设备吊装过程中井上及井下均设置信号工全程指挥，安全员不间断旁站。(6)护筒施工。本工程采用2m深的人工挖孔代替钢护筒施工。首先测量定位，放出桩心位置。之后破除导洞初衬底板。初衬底板破除直径1.1m的圆形开口，圆周预留15cm的格栅主筋及分布筋接头。沿圆周安装4根Φ25钢筋加工的钢筋环。钢筋环与圆周预留的格栅主筋及分布筋焊接牢固后喷射混凝土，喷完混凝土后在初衬底板形成一个直径1000_的圆形洞口。施工过程中用外径为Im的圆形通规控制人工挖孔的直径和椭圆度。采用人工向下开挖Im深，人工挖孔竖向配筋为20Φ8，环向配筋为Φ80200。(7)钻孔施工。整个钻孔系统可细分为四个子系统，即钻进系统、排渣系统、泥水分尚系统及补衆系统。第5导洞及第8导洞内边桩钻进时，钻机从孔内抽出的渣浆排入3号竖井上层横通道下导洞洞口位置的渣浆罐内，经渣浆罐内叶轮搅拌后，采用渣浆泵将渣浆排至3号竖井地面弃土场内的泥浆净化装置中。泥浆净化装置将渣浆进行泥水分离。分离后固态的泥饼及砂、卵石排入3号竖井地面弃土场，采用渣土车运走；分离后液态的泥浆流入3号竖井内(3号竖井下层导洞及下层横通道回填后，将上层横通道下导洞底板以下的竖井作为泥浆池)。采用泥浆泵将泥浆池内的泥浆送入钻机旁边的泥浆车，通过泥浆车的排浆口将泥浆送入桩孔内，保持桩孔内的泥浆液面平衡。第I导洞及第4导洞内边桩钻进时，钻机从孔内抽出的渣浆排入导洞西端头的渣浆车内，经渣浆车内叶轮搅拌并过滤掉大粒径卵石后采用渣浆泵将渣浆排至I号竖井地面存土场内的泥浆净化装置。泥浆净化装置将渣浆进行泥水分离。分离后固态的泥饼及砂、卵石排入I号竖井内的临时弃土场，采用门式起重机将泥饼及砂、卵石吊至地面土场并采用渣土车运走；分离后液态的泥浆流入I号竖井旁边的泥浆池。采用泥浆泵将泥浆池内的泥浆送入钻机旁边的泥浆车，通过泥浆车的排浆口将泥浆送入桩孔内，保持桩孔内的泥浆液面平衡。(8)钢筋笼安装。北侧导洞及南侧导洞的钢筋笼、钢套筒分别采用I号竖井门式起重机及3号竖井龙门架吊入洞内。洞内水平运输采用三轮车。孔口采用移动式起重机进行吊装作业。钢筋笼每节长度2m 3m，相邻两节钢筋笼主筋采用冷挤压套管连接。钢筋笼成型质量控制分别通过下料、加工、运输及安装四个环节进行控制。下料过程中保证每节钢筋笼主筋长度相同；加工过程中采用特制模具，保证加工完成的钢筋笼端头齐平；钢筋笼运输过程中要避免钢筋笼之间或钢筋笼与外界物体的挤碰而导致钢筋笼产生变形；安装过程中要保证上、下两节钢筋笼轴心对齐，相对应主筋间间隙相同，偏差不超过2mm。(9)混凝土灌注。北侧导洞及南侧导洞桩身混凝土分别在I号竖井及3号竖井井口通过地泵泵送。混凝土输送采用Φ125，t = 4mm泵管，北侧导洞最长泵送距离290m，南侧导洞最长泵送距离为160m。由于洞内长距离泵送混凝土无法满足水下灌注混凝土要求的首灌连续、快速，故每套打桩设备各设置一个首灌车进行首灌作业。灌注桩身混凝土之前，首先采用地泵将首灌车上的首灌罐内装满混凝土，然后打开首灌罐下方的阀门完成混凝土首灌。(10)监控量测。在施工过程中应加强监控量测。一方面要及时了解灌注桩施工过程导洞初衬的实际状态；另一方面要及时了解灌注桩施工引起的大屯路隧道沉降变化，掌握灌注桩施工对周围环境的影响，为临近建筑物及地下管线的安全提供保证；同时通过接受反馈信息，科学合理安排下一步的施工工序，使施工更加安全，工程质量更好。以上所述仅为本发明的一个具体实施案例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)测量放线，在轨道铺设、格栅凿除、钻孔施工前均要进行测量放线，根据设计图纸中的平面控制网测放出控制点及桩位，验收合格后方可使用； (2)试桩，正式施工前在暗挖导洞内进行试桩施工，根据试桩时掌握的实际地质情况确定合理的施工参数，并对设备系统进行改进； (3)钢筋笼加工，按设计尺寸作好加劲筋圈并在其上标出主筋位置，把主筋摆在平整的工作台上，将骨架搁于支架上，套入螺旋盘筋，按设计位置布好螺旋筋，然后点焊牢固，在钢筋骨架下端主筋的端部加焊加强箍一道； (4)轨道铺设，边导洞贯通后，先将边导洞、西端降水导洞及竖井上层横通道清理干净，然后采用细石混凝土找平，最后在找平层上铺设标准钢轨； (5)设备吊装，洞内打桩设备由竖井依次吊入，整个吊装过程均设置信号工全程指挥； (6)护筒施工 ，首先测量定位，放出桩心位置，之后破除导洞初衬底板形成直径略大于洞口直径的圆形开口，圆周预留格栅主筋及分布筋接头，沿圆周安装钢筋环，最后喷射混凝土形成规定直径的圆形洞口，洞口直径和椭圆度由通规控制； (7)钻孔施工，钻孔系统可细分为四个子系统:钻进系统、排渣系统、泥水分离系统及补浆系统；钻进系统在钻进的同时，还不断地从孔内抽出渣浆，并将渣浆排入泥浆净化装置中；在泥浆净化装置中进行泥水分离，将分离出的液态泥浆排入泥浆池内，泥饼、砂、卵石等则用渣土车运走；最后用泥浆泵将泥浆池内泥浆泵入泥浆车后送入桩孔内，保持桩孔内泥浆液面平衡；依次循环直至完成钻孔作业； (8)钢筋笼安装，导洞的钢筋笼、钢套筒分别采用门式起重机及龙门架吊入洞内，在洞内使用移动式起重机进行吊装作业，钢筋笼成型质量分别通过下料、加工、运输及安装四个环节进行控制； (9)混凝土灌注，用地泵将首灌车上的首灌罐泵满混凝土，然后打开首灌罐下方的阀门完成混凝土首f崔。
2.根据权利要求1所述的一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，其特征在于:步骤⑶包括: ①按设计尺寸作好加劲筋圈并在其上标出主筋位置； ②把主筋摆在平整的工作台上，在其上标明加劲筋的位置，主筋提前采用钢筋切断机切断； ③使加劲筋上任一主筋的标记对准主筋中部的加劲筋的标记，扶正加劲筋并使其与主筋垂直后进行点焊； ④在骨架两端各让一人转动骨架，将其余主筋逐根照上法焊好； ⑤将骨架搁于支架上，套入螺旋盘筋，按设计位置布好螺旋筋，然后点焊牢固，在钢筋骨架下端主筋的端部加焊加强箍一道，以防止下端钢筋在骨架入孔时插入孔壁或在导管提升时卡挂导管。
3.根据权利要求1-2所述的一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，其特征在于:步骤(5)所述的洞内打桩设备吊装过程均设置信号工全程指挥，安全员不间断旁站。
4.根据权利要求3所述的一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，其特征在于:步骤(7)包括:①钻进系统。由于洞内空间有限，现有钻机无法同时满足自身尺寸要求及洞内成孔要求，故根据导洞尺寸对钻机进行了改装，使其适用于导洞内的钻孔施工。
②排渣系统。排浆通过渣浆车、渣浆罐、渣浆泵及泵管实现。成孔过程中，反循环钻机从孔内抽出的渣浆首先排入渣浆车，经渣浆车内过滤网过滤掉大粒径卵石后通过渣浆车自带的渣浆泵将渣浆排送至地面的泥浆净化装置中。
③泥水分离系统。在竖井临时弃土坑内设置泥浆净化装置。渣浆用竖井内的泥浆净化装置进行泥水分离处理，将分离出的泥饼及砂、卵石排入竖井内的临时弃土坑，采用门式起重机将泥饼及砂、卵石吊至地面土场并采用渣土车运走；将分离出的液态泥浆排入竖井旁边的泥浆池，施工过程中保证清孔后的泥浆性能不低于新鲜泥浆的性能，泥浆的厚度通过测绳测定。
④补浆系统。竖井泥浆池内设置一个大方量泥浆泵，将泥浆池内的泥浆排送至钻机旁边的泥浆车内，通过泥浆车的出浆口将泥水分离后的清浆补充至桩孔内，保持桩孔内的泥浆液面平衡。
5.根据权利要求1 、2、4所述的一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，其特征在于:步骤(8)包括；钢筋笼、钢套筒分别采用竖井门式起重机或竖井龙门架吊入洞内，孔口采用移动式起重机进行吊装作业，相邻两节钢筋笼主筋采用冷挤压套管连接。钢筋笼成型质量在下料、加工、运输及安装四个环节进行严格控制。下料过程中保证每节钢筋笼主筋长度相同，加工过程中采用特制模具，保证加工完成的钢筋笼端头齐平，钢筋笼运输过程中要避免钢筋笼之间或钢筋笼与外界物体的挤碰而导致钢筋笼产生变形，安装过程中要保证上、下两节钢筋笼轴心对齐，相对应主筋间间隙相同。
6.根据权利要求5所述的一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，其特征在于:步骤(9)包括:由于洞内长距离泵送混凝土无法满足水下灌注混凝土时首灌连续、快速的要求，故每套打桩设备各设置一个首灌车进行首灌作业。灌注桩身混凝土之前，首先采用地栗将首灌车上的首灌te内装 两混凝土，然后打开首灌te下方的阀丨]完成混凝土首灌。
全文摘要
本发明公开了一种城市地下工程暗挖导洞内小直径桩施工方法，包括以下步骤测量放线、试桩、钢筋笼加工、轨道铺设、设备吊装、护筒施工、钻孔施工、钢筋笼安装、混凝土灌注。其中，钻孔施工设备系统可细分为四个子系统，即钻进系统、排渣系统、泥水分离系统及补浆系统。本发明以现有导洞内小直径桩施工方法为基础，综合考虑周边环境要求，提出了一种暗挖导洞内小直径桩施工方法，确保了狭小空间内小直径桩施工的成桩效率和成桩质量，有效地降低了城市地下工程施工对周边建(构)筑物、地表交通及地下管线的影响，具有显著的社会效益和经济效益。
文档编号E02D5/38GK103174132SQ201310049130
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者张宏, 韩竹青, 胡宏飚, 赵磊磊, 王生 申请人:北京建工集团有限责任公司