横穿明挖地铁车站深埋大直径中水管线迁改施工技术

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/11/11来源:《防护工程》2019年13期文/李林周 江月猛 程小龙
[导读]郑州地铁6号线工业路站为明挖车站,路口有横穿车站主体,埋深10.56米,直径1.35m混凝土管道,日均流量5万方污水处理厂中水管道穿过,在设计、迁改过程中,应用了线路永久改迁、设计比选、管线提前改迁方案,另外,通过应用竖井逆作、暗挖顶管与明挖箱涵相结合综合施工工艺,工期缩短,成本降低,质量安全保障,取得了好的经济效益。

李林周  江月猛  程小龙
        中建一局集团第一建筑有限公司 上海201103
        [摘要]:郑州地铁6号线工业路站为明挖车站,路口有横穿车站主体,埋深10.56米,直径1.35m混凝土管道,日均流量5万方污水处理厂中水管道穿过,在设计、迁改过程中,应用了线路永久改迁、设计比选、管线提前改迁方案,另外,通过应用竖井逆作、暗挖顶管与明挖箱涵相结合综合施工工艺,工期缩短,成本降低,质量安全保障,取得了好的经济效益。本技术的成功应用,很好的解决了类似条件雨、污水管线迁改,道路保通与车站建设矛盾问题,值得推广应用。
        [关键词]:明挖车站  中水管线   迁改  竖井逆作 顶管 明挖
       
       
        1引言
        随着城市建设的快速发展,地铁建设也逐步得到推广。明挖地铁车站在过道路时,需对各种市政管线进行迁移或原位保护,其中雨污水、中水管道的迁改,特别是横穿车站、深埋、大直径、无压重力流管道的改迁,对车站的建设影响很大。如何做到既保障市政管线的正常使用以及原有道路的通行,又能减少对车站工期和费用、安全的影响,设计方案的优劣与施工方法的合理性尤为重要。
        2工程概况
        2.1设计概况
        工业路站为岛式车站,地下2层双柱三跨结构,总长243.3m,断面宽20.1m,底板埋深17.5m,覆土3.8m;车站南端单渡线为暗挖技术接盾构区间,北端为盾构接收。车站采用明挖法施工,道路导改采用车站中部设置隔离桩,倒边施工,确保交通正常运行。
        2.2地质及水文情况
        地质情况,54m深度范围内地层主要为第四系上更新统(Q3)粉质黏土、黏质粉土,第四系中更新统(Q2)粉质黏土、黏质粉土层,无地下水。埋深6.8-11m范围土③32(Q3al)黏质粉土质为黄褐色、稍湿、中密-密实,地质良好。
        3施工难点和特点
        中水管线改迁首先要保证其基本功能实现,包括过水量、水头、流速,做到不淤积、不溢流,满足需要;二是改迁设计方案优劣,直接影响到车站建设成本、施工进度;三是明挖箱涵段的质量关系车站北端盾构接收安全,因箱涵底与隧道管片净距只有35cm,必须杜绝盾构机近距离下穿涵底过程中出现涌水、沉陷事故发生,防止后期发生渗漏水事故;四是改迁各道工序均存在重大安全风险,逆做竖井、顶管作业、深基坑开挖均属于超过一定规模危大工程,存在重大危险源;管线接驳存在“蛙人”人身安全风险,废弃管线封堵影响到车站的防汛,防基坑受淹,至关重要。
        4设计优化后方案
        设计方案为:中水管线在征地范围内,由车站主体外北端106米位置进行永久改迁,设置1#井、5#井、3#井3个接收竖井和2#井、4#井2个工作竖井,其中1#井、5#井、4#竖井为逆作法(倒挂壁)竖井,2#井、3#井为明挖工作井和明挖接收井。
        2#井→1#井段、4#井→5#井段、4#井→3#井段混凝土管道采用顶管法施工,顶管长度分别为101米、90米、32米。2#井→3#井段采用明挖箱涵。为减少因线路增长带来的水头损失,采取增大管径的方法,即管径由1350mm变为1600mm。附属结构出入口与迁改管道相遇位置,采用上跨管道方案。
        5施工技术要点
        5.1施工流程
        管线、地质调查---方案优化比选---逆作竖井---明挖箱涵---顶管作业----井室、检查井---闭水试验、土方回填---新旧管道接驳、旧管封堵--端头井加固、附属跨越
        5.2技术要点
        5.2.1管线、地质调查
        采用实地调查法和物探法,结合产权单位的竣工图,探明管道直径、材质、连接方式、施工工艺、线路走向、管底标高、埋深、流速流量、地质等基本参数,利用BIM技术绘制与地铁车站、盾构区间、规划线路之间的平面、立面、剖面关系图,编制参考资料,作为设计依据。
        5.2.2方案优化比选
        优先考虑永久改迁,结合征地红线、道路导改、市政规划预留、对车站及盾构区间的影响①,与产权单位、主管政府部门的协调等诸多因素,达到深度优化目标。
        本设计对包括管道临时改迁、盖挖法、车站位置平移、缩短车站长度、标高下落、管道倒虹吸、横穿车站等方案均进行了经济效益比对分析,最后决定采用站外永久改迁方案。
        5.2.3逆作竖井(工作井、接收井)
        1#井、5#井为在原管线路上新增接受井,4#井为工作井,均采用逆作法施工。施工工艺和设计尺寸应根据地质和管道尺寸、顶推设备大小来确定。竖井开口5000*5000mm,壁厚400mm为C25喷射砼衬砌,井壁下挂25mm四肢钢筋格栅骨架,竖向间距600mm,钢骨架之间采用角钢螺栓连接或者焊接。外层钢筋网片规格为Ф6.5mm@150*150mm。井壁设置42mm注浆锚管,L=1500,间距1200*1200。
        竖井边开挖边支护,要求循环进尺深度≤1m,做到最早封闭成环。底板600mm厚C30砼封底。机械设备采用20米长臂挖机1台,汽车吊25吨1台,配合人工土方开挖和钢格栅安装。
        5.2.4明挖箱涵(下穿盾构段)
        箱涵主要解决管道对下穿超近距离盾构区间影响,在盾构机穿越时出现土体上拱和土体沉降,控制沉降值在25mm以内。
        箱涵长40米,宽*高1600*1400mm,明挖基坑深12m,边坡1:0.75,分2级台坡开挖。箱涵2端底部设4根C30素混凝土桩,桩底位于隧道底下2m。对于地质不良地段边坡,采用土钉挂网喷浆护坡,Ф14插筋土钉,长5米。边坡为80mm厚C20喷射砼,挂网6@150*150。
        箱涵主要做好防渗漏工作。一方面,要求侧墙和顶板混凝土一块浇筑,侧墙与底板间预埋止水钢板。另一方面,在箱涵内壁涂刷防水涂料,防止涵内水由内向外渗流,影响隧道质量。
        5.2.5顶管作业
        管道采用Ш级C50直径1600mm钢筋混凝土F型钢承接口排水管,抗渗等级P8。顶管最长段为101m,计算最大顶力2550kn。后靠背C30混凝土,厚度300mm。
        顶管顺序为4#井→3#井段、4#井→5#井段、2#井→1#井段。4#井至3#井段32米长,作为顶管试验段,获得各类数据和参数。如地质软弱,有地下水,采用机械顶管。本标段地质好,无地下水,采用人工顶管工艺。
        采用320吨液压千斤顶单向顶进,用吊重能力2吨,半径5米的独臂把杆进行垂直吊运出土,用自制手控电动四轮小车进行管道内土方水平运输,功效高费用低。每日顶管平均进尺7.5米。
        顶管完成后,管道外皮间隙注入水泥浆膨胀剂进行封闭,配合比为水:水泥:钙粉1:1:2;管片间缝隙,用双组分聚硫密封胶嵌缝,深度3cm,进行防水。
        5.2.6闭水试验、土方回填
        闭水试验分段进行,分段封堵,水头压力2米,按照《给水排水管道工程施工及验收规范》要求,砼管道1600直径,允许渗水量为50m3/24h·km。
        基坑、检查井周回填土,要求箱涵周围回填土压实度≥0.95,采用分层回填分层压实方法。井周50cm回填土,用比例水泥:石灰:土=4:12:84的灰土回填。
        5.2.8新旧管道接驳、旧管废除封堵
        接驳在1#井、5#井室内同时进行,先将原有管道破口,再将中水改流进入新管道。用24厚砖墙砌筑封堵旧管,表面抹防水砂浆,做到无渗漏。
        废除管道的封堵,需认真细致处理。一是在主体围护桩基成孔灌注过程中,采用钢筋笼外加2米高钢套筒,避免该位置砼浇筑时流失;二是在车站土方开挖时,做网喷混凝土、防水过程中,进行二次堵漏,做到夏季防汛万无一失。
        5.2.10端头加固、附属跨越
        车站北端头井盾构始发端地基采用水泥搅拌桩加固,加固长度6米,加固宽度超出盾构外缘3米,加固土体无侧限抗压强度0.8mpa;附属出入口与迁改管线相交位置,设2排桩进行保护,调整出入口底板标高从管顶跨越过后②,再做下行台阶进入站厅,解决了管线与附属的冲突。
        8结语
        通过设计比选,采用了永久改迁方案,新建管道采用逆作竖井法、非开挖暗埋敷设的顶管工艺,相比沉井法、明挖法具有出土量小、污染小,对地面建筑和道路影响小,对市民干扰小,埋地深对既有管线构筑物影响小的优点;另外,通过明挖箱涵、盾构端头井地基加固、附属出入口结构坡度调整跨越管道等综合施工技术,因地制宜,合理的解决了中水的永久改迁与车站建设的矛盾,确保了车站结构和盾构区间的施工,节约工期60天,节省成本84万元。为其他车站遇到雨、污水管道在类似条件下,如何解决施工难题,提供了可靠得参考依据。
        参考文献:
        ①唐恩超,杜小伟. 《斜跨明挖隧道大直径雨水管道迁改及防护》.《铁路技术创新》. 2012年,(03):79-81