隧道竖井施工工艺(隧道工艺标准系列之二十二)

隧道施工工艺标准122竖井施工工艺22.1总则22.1.1适用范围本标准适用于采用盾构法施工的城市交通隧道。22.1.2编制参考标准及规范22.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-1999)22.1.2.2地下铁道设计规范（GB50157-92）22.1.2.3铁路隧道设计规范（TB10003-2001）22.1.2.4盾构掘进隧道工程施工验收规范22.1.2.5盾构隧道,张凤祥，朱合华，傅德明编著，人民交通出版社.22.2术语22.2.1竖井的分类(竖井的竖向断面形状分类如图22.2.1所示。)22.2.1.1始发竖井：为盾构机出发提供场所，用于盾构机的固定、组装及设置附属设施，如反力座、引入线等，同时也作为盾构机掘进中出碴、掘进物资器材的供应基地的垂直井筒结构。22.2.1.2到达竖井：为盾构机到达后的拆卸、运出提供场所，同时还可作为隧道与隧道、隧道与地表的联络通道的垂直井筒结构。22.2.1.3中间竖井:对路线中途改变掘进方向的竖井称为中间竖井。其功能是用来改变隧道的方向。22.2.2沉井如图所示的不同断面的井筒，按边排土边下沉的方式使其沉入地中。沉井的基本构造如图22.2.2所示，一般由井壁、刃脚、内隔墙、井孔凹槽、底板、顶盖等构成。隧道施工工艺标准222.2.3钢板桩竖井用钢管板桩作挡土墙，框梁和底板为钢筋混凝土构造的竖井。22.2.4地下连续墙竖井利用地下连续墙工法构筑的竖井。22.3施工准备22.3.1技术准备22.3.1.1盾构始发井是用于组装调试盾构，隧道施工期间作为管片、其他施工材料、设备、出碴的垂直运输及作业人员的出入通道。井的平面净尺寸必须满足上述各项的要求。一般情况下在盾构两侧各留1.5m作为盾构安装作业的空间。盾构的前后应留出洞口封门拆除、初期推进时出碴、管片运输和其他作业所需的空间，井的长度应比盾构主机长3.0m以上。22.3.1.2接收井宽应比盾构直径大1.5m以上，井的长度应比盾构主机长2.0m以上。根据盾构的安装、拆除作业、洞口与隧道的接头处理作业等需要，确定洞口底至工作井底板顶面的最小高度。22.3.1.3从理论上来说，井壁预留洞口大小略比盾构的外径大一些即可（盾构外径含外壳突出部分），但考虑到井壁洞口的施工误差、隧道设计轴线与洞口轴线间的夹角、密封装置的需要，需留出足够的余量。22.3.1.4由于盾构始发、接收时拆除竖井封门，施工时间较长，临空面较大，这对土体的稳定极为不利，这就必须对盾构始发、接收前的土层进行加固，可合理选用降水、注浆及其他土体加固法予以改良，切实有效地控制洞口周围土体变形，从而保证盾构始发和接收的安全。22.3.2材料准备22.3.2.1泥浆护壁材料：粘土、膨润土、添加剂、水等。22.3.2.2注浆材料：砂浆、水泥浆、速凝剂。22.3.2.3井筒结构材料：钢筋、水泥、砂、碎石、水。隧道施工工艺标准322.3.3主要机具22.3.3.1竖井开挖施工机械、装卸、运输机械等：22.3.3.2构筑井筒结构的混凝土施工机械22.3.3.3测量仪器与量测元件。22.3.4作业条件22.3.4.1前期调查。为防止资料与实际工况条件不符，施工前应进行工程环境的调查和实地踏勘，为制订施工组织设计提供足够的依据，进行核实的主要项目：(1)土地使用情况——根据报告和附图，实地踏勘调查各种建筑物的使用功能、结构形式、基础类型及其与隧道的相对位置等；(2)道路种类和路面交通情况；(3)工程用地情况——主要对施工场地及材料堆放场地、弃土场地、运土路线等做必要的调查；(4)施工用电和给排水设施条件；(5)有关环境保护的法律和法规；(6)地下障碍物及管线。22.3.4.2根据工程特点、施工设备的技术性能及操作要领，对盾构司机及各类设备操作人员进行上岗前的技术培训并持证上岗。22.3.4.3竖井施工之前，应建立完整的测量和监控量测系统，以控制竖井的垂直精度，对地层及结构进行监测，并及时反馈信息。22.3.4.4盾构工作竖井与工程构筑物结合设置时，除按设计要求满足构筑物的功能外，还应满足盾构的相关施工作业的要求。22.3.5劳动力组织根据竖井的实际施工方法需要安排劳动力，每工作班需要20人左右。22.4工艺设计和控制要求22.4.1技术要求22.4.1.1按构筑工法分类22.4.1.2因地层状况、地下水的有无等因素的不同，通常按地下30m处可以确定其止水性的要求选用挡土墙。沉井法沉箱法RC地下连续墙法SMW挡土墙法钢管桩法钢板桩法球体盾构工法井筒分节浇筑边挖边下沉工法先筑挡土墙后开挖工法竖井构筑工法隧道施工工艺标准422.4.1.3为了确保作业空间，挡土墙支撑的水平、竖直间隔都较大。支承构造的配置必须同时满足施工性和安全性的要求。22.4.1.4竖井的开挖与一般的开挖工程不同，它是在狭窄的筒形空间内的独立的深开挖。因此，周围的地下水向井内集中，开挖前必须制定好防止涌水的措施。22.4.1.5在把竖井作为盾构水平推进作业基地利用时，施工永久构造物而必须的隔板和承柱，必须在盾构进发后构筑。构筑时也必须把作业空间控制到最小，其余构件应在盾构掘进的同时进行构筑。22.4.1.6隧道与竖井的接合部位系两种构造条件不同的构造物接合部。因为竖井隧道两者的振动特性不同，所以地震时的变形和断面力容易在接合部位发生集中，产生破坏。22.4.2材料质量要求22.4.2.1工程所使用的原材料、半成品或成品都必须符合国家现行有关标准和设计要求，特别是地下工程防水的特殊性，防水材料在使用前必须按规定抽查检测。22.4.2.2钢筋混凝土(1)混凝土应根据实际采用的原材料进行配合比设计并按普通混凝土拌合物性能试验方法等标准进行试验、试配，以满足混凝土强度、耐久性和工作性的要求，不得采用经验配合比。同时，应符合经济、合理的原则。低坍落度有利于减少管片裂缝的出现，坍落度不宜大于70mm。随着混凝土技术的发展，当有可靠的技术保证时也可采用大流动性混凝土。(2)按《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299中关于防水混凝土的规定，防水混凝土的水泥用量不得少于280kg/m3。(3)对混凝土中碱含量和氯离子含量加以限制和确保管片的抗渗等级是保证管片耐久性的有效措施。现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010、《混凝土结构工程施工质量验收规范》和《混凝土碱含量限值标准》CECS53：93对此都有明确的规定，应遵照执行。22.4.3职业健康安全要求22.4.3.1竖井开挖时为确保施工人员的安全，应在井口周围安装安全防护栏，并用密目网封闭，并设安全看守人员。22.4.3.2为保证竖井下的作业安全，在井口周围设置排水沟，防止污水、泥浆流入井内。22.4.3.3作业人员应穿戴与工作环境相适应的防护用品。22.4.3.4盾构机吊装下井安装时以及拆卸出井时，井下作业人员应躲避。22.5施工工艺22.5.1工艺流程隧道施工工艺标准5见图22.5.1-1与图22.5.1-2。22.5.2操作工艺22.5.2.1竖井的地层加固（1）井底地层加固当开挖深度较深、地下水位较高时，竖井底面地层可能出现隆起（对砂地层来说会出现涌水、涌砂；对粘土地层来说会出现隆起），给施工带来麻烦或者根本无法进行施工。需对井底地层进行加固。（2）盾构进发口、到达口井壁外侧地层加固由于构筑竖井时井壁外侧土体已经受损松动，且竖井对应盾构进发口、到达口部位的壁材为盾构刀具不可直接掘削的壁材时，引起井壁外侧土层松动加重。为了防止井壁外侧的水平作用水压、土压大于土体自身的抗剪强度出现的塌方和涌水，导致周围地层变形、地表沉降、地中构造物与埋设物受损，对盾构进发口、到达口、井壁应进行加固。（3）加固方法（见第23章）：①降低地下水位法；②固结工法；③防渗墙法；④冻结法。22.5.2.2地下连续墙竖井（1）施工步骤：构筑导墙→挖掘槽→钢筋笼的放入→混凝土的浇注。（2）挖掘和壁槽的稳定①在挖槽和挖槽结束后要确认竖直精度。隧道施工工艺标准6②挖掘中和钢筋笼插入时要防止槽壁坍塌。③为了防止坍塌，护壁泥浆不能太浓，粘度也不能太高。护壁泥浆有膨润土类泥浆和聚合物泥浆两种，应根据土质条件和挖槽机的种类决定泥浆的种类及配比。④挖槽和挖槽完结后，悬浮于泥浆中的土颗粒会缓慢下沉形成沉渣。沉渣的处理工作由挖槽机挖除。22.5.2.3接头施工（1）浇筑先期槽段混凝土时，混凝土不得注入接头内。（2）后面槽段钢筋笼的吊装要牢实，在吊放钢筋笼和浇筑混凝土时，均应使用辅助钢材确保接头钢筋不变形。（3）钢筋笼应在下吊状态下缓慢地放入沟槽，并注意确保竖直精度。22.5.2.4钢筋笼的制作、插入地下连续墙的槽段有先后之分。先期槽段的钢筋笼端部装有接头用的钢材，一般呈直线形状。钢筋笼用吊车吊入，高度一般配8～15m。钢筋笼在组装台上的组装精度必须符合设计要求，否则会给插入带来麻烦，严重时无法插入。（1）地下连续墙竖井的钢筋，因接头部位为双层，拐角部位配置斜钢筋，故配筋要比一般部位的配筋密。浇筑时要注意以下几点：1）导管应设置在拐角和接头部位，包括拐角和接头在内每3m设置1条。2）选用流动性好、水石不分离的混凝土，使用AE减水剂保证混凝土的密实性。3）按多条导管浇筑高度相同的形式进行浇筑管理。4）在保证先期槽段接头钢材不变形的前提下，浇筑先期槽段。5）在确认混凝土没有从接头内流出的条件下，浇筑先期槽段。22.5.2.5防止墙体产生裂纹、渗水的措施（1）为防止先期槽段的约束导致的后续槽段出现的裂纹、后续槽段应选用低热水泥。（2）接头部位的清洗要干净，做好堵缝注浆。（3）排除穿通连续墙的各种因素。（4）沉井的构造：一般由井壁、刃脚、内隔墙、井孔凹槽、底板、顶盖等构成。22.5.2.6井筒制作（1）井筒的制作方式有：1）在基坑中制作，这种方式适用于地下水位低的情况下使用；2）在构筑物的地面上制作，这种方式适用于地下水位高的情况下使用；3）人工岛上制作，这种方式适于在水中制作。（2）通常井筒的一次沉没高度不大于12m，故井筒沉没一般是分节进行的。当在松软的土层和人工岛上施工时，井筒第一节的长度小于0.5B（B为沉井的等效宽度）。井筒模板多采用钢组合式定型模板。井筒前一节下沉结束时应高出基坑砂垫层面1～2m，以防外模埋入砂垫层受损。内模支架不宜支承在地基土上，以防沉降过大隧道施工工艺标准7时，内模和支架受损。通常内模支架支承选定在井格内钢梁上。（3）当工程要求在井筒的壁上预留与其他地下洞道连接的接合孔口。为了便于打通孔口，孔口的用料与井筒主体的用料不同，为此两者的强度和抗渗性能也不同。故井筒下沉时应特别注意，严防地下水的涌入。用料不同时，井筒重心会有所偏移，应防止井筒发生倾斜。22.5.3地下水位排水工法22.5.3.1集水井排水法①方法：在开口沉箱底面上设置集水井，使渗向底面的地下水集中在集水井中，然后用泵压送到井外的方法。②注意事项：如果水位下降量大，则开挖底面时的动水坡度增大，有可能产生流砂现象。另外，由于排水致使周围土体冲填压实，给箱体下沉带来困难。22.5.3.2外围排水法①方法：在开口沉箱的外侧设置几条深井，在各深井中插入水泵一齐向外抽取地下水的方法。②注意事项：地下水位下降后的水位分布形状，因地层渗透系数的不同而异：渗透系数越小，水位的下降量和范围越小；渗透系数越大，层厚越厚，排水效果越好。22.5.3.3防渗工法作为防渗工法有注浆工法、冻结工法、防渗墙工法、压气工法等等。在开口沉箱工程中防渗墙工法使用较多，这是由于注浆工法和冻结工法提高了地层的强度，这对开口沉箱的开挖不利，故这两种工法使用不多。22.6质量标准22.6.1沉井要求22.6.1.1设计计算的结果必须满足力学稳定性的要求。即沉箱底面作用于地层上的竖向荷载应小于地层的允许承载力；沉箱作用给底面地层的水平荷载必须小于地层的水平允许抗剪力；箱体的变位必须小于允许变位值。22.6.1.2箱体的构件应力均应小于允许值。22.6.1.3由稳定计算、构件设计分别确定的箱体的平面尺寸和构件尺寸，探讨下沉状况，确认下沉关系的合理性、可靠性。22.6.1