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隧道及地下工程竖井施工技术研究.pdf
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1、111交通科技与管理工程技术0引言相较于现有竖井混凝土内支撑现浇工艺,构件采用预制厂集中生产的形式,后通过运输设备运输至现场直接吊装,施工效率提升显著;同时采用预制生产安装工艺,直接减少了大量的混凝土湿作业,直接带来的好处就是减少对环境的污染以及施工成本的减少。总体而言此技术很好地解决了目前竖井开挖施工工期长的问题,达到了节约工期、绿色施工的目标,在国内外同类研究成果中处于领先地位1。1竖井装配式内支撑施工技术1.1主要研究内容(1)首先结合设计图纸利用 BIM 技术对竖井内支撑结构进行深化拆分,整环支撑结构拆分为 8 个预制块,共涉及 10 个节点的现场加强连接。根据 BIM 导出的深化图纸
2、,预制厂进行分块预制,预制过程中需要进行连接钢板以及钢筋接驳器预埋,便于后续腰梁节点处连接固定以及预应力施加2。(2)其次将制作好的成品预制块进行编号后运输至现场等待安装,现场开挖一层安装一层,安装前需要提前在竖井底部沿内支撑结构竖向投影位置浇筑一层 3 cm厚度的混凝土垫层,便于后续预制块移动就位。预制块现场安装时先安装 4 个角点,后安装腰梁位置。全部吊装就位后进行节点间钢筋连接并进行预应力施加,全部节点连接完成后支模进行混凝土浇筑,节点处混凝土采用比预制块高一个标号以上的混凝土进行灌注。节点混凝土强度形成前采用上拉下托的方式对结构进行预加固,腰梁上部采用花篮螺栓连接拉结固定,下部采用工字
3、钢焊接制作的三角托架支撑3。1.2技术创新性分析(1)该技术适用于开挖深度 15 m 的混凝土结构竖井内支撑快速支护施工。创新采用 BIM 技术对整环内支撑结构深化拆分,以预制装配形式快速完成竖井混凝土内支撑结构布设。(2)预制块节点处通过钢筋、工字钢、浇筑高强灌浆料进行连接,同时采取上拉下托辅助措施对支护结构进行二次加固。1.3技术价值分析1.3.1经济价值的分析传统竖井混凝土内支撑现浇工艺,施工一层内支撑结构需要 7 d 时间,施工完成需养护 28 d 待混凝土强度达到设计要求的 100%后方可进行下道工序施工,累计每层施工需要 35 d。应用该技术进行施工时,竖井混凝土内支撑构件采用提前
4、预制、现场装配安装的方式,施工一层内支撑结构仅需 45 d 时间,施工效率提升超 7 倍,现结合两种不同工艺间涉及的人工、材料、设备以及工期进行综合分析累计产生经济效益 62 万元。1.3.2社会价值分析该技术相较于现有竖井混凝土内支撑现浇工艺,构件采用预制厂集中生产的形式,后通过运输设备运输至现场直接吊装,施工效率提升显著;同时采用预制生产安装工艺,直接减少了大量的混凝土湿作业,直接带来的好处就是减少对环境的污染以及施工成本的减少。总体而言该套工艺技术很好地解决了目前竖井开挖施工工期长的问题,达到了节约工期、绿色施工的目标,值得推广应用于类似工程施工。隧道及地下工程竖井施工技术研究段建强(山
5、西路桥第五工程有限公司,山西 太原 030006)摘要文章通过对传统竖井施工现浇工艺的革新,结合现阶段国家大力推行的装配式施工技术,同时基于 BIM 模拟深化技术,实现竖井混凝土内支撑预制装配化施工,分析研究其内容、创新性以及技术价值,可以得出:通过改变常规的从竖井口出渣的施工方法,采用反井法,通过竖井漏渣孔向竖井底部排渣,从隧道主洞出渣,优化网格式分块尺寸,开挖效率提升了近两倍。关键词隧道;地下工程;竖井中图分类号U455.4文献标识码B文章编号2096-8949(2023)17-0111-03收稿日期:2023-08-17作者简介:段建强(1994),男,本科,从事隧道工作。2023 年第
6、 4 卷第 17 期112交通科技与管理工程技术2竖井反井式非爆破开挖施工技术2.1主要研究内容(1)主要是改变了传统自上而下全断面开挖、孔口出渣的施工方式,采用旋挖钻机钻孔形成的贯通式漏渣孔进行开挖渣土的运输以及洞内通风。贯通式漏渣孔自竖井开挖面垂直与已完成开挖的横通道连通,开挖渣土经竖井开挖面洞口直接输送至横通道底部,后采用挖掘机配合渣土车出渣。非出渣阶段基于竖井底部与井口的气压差产生的烟囱效应,可实现自然通风。(2)竖井开挖采用非爆破式开挖工艺,遇硬质岩层结构时,采用网格式分块切割破碎法,施工前将竖井开挖表面整平,后采用岩石切割机将开挖面按要求进行分块切割,切割深度为 0.3 m,分块完
7、成后再采用炮锤式挖机逐块破碎,破碎块最大直径不得大于漏渣孔的1/3直径,破碎块直接通过漏渣孔运输清理。分块大小根据切割效率与机械破碎效率经计算优化得出最佳分块尺寸,竖井开挖所需时间最短。2.2技术创新性分析(1)该技术适用于断面面积大于 30 m2、深度不低于 20 m、地层结构为较硬岩且下部有出渣通道的城市竖井开挖。针对硬质岩层采用网格式分块切割破碎法,通过实际切割效率与机械破碎效率比对不同分块大小的总耗时,得出最佳分块尺寸,有效地缩短了竖井破碎开挖的时间。(2)主要漏渣孔施工期间收集漏渣孔渣料和钻进时的钻压、钻速及斜率等数据判断相应位置的地质情况,综合分析围岩状况和漏渣孔钻进的各项参数,为
8、下一步的竖井开挖设备选择和开挖作业提出指导意见和措施。2.3技术价值分析竖井反井式非爆破开挖施工技术难度主要在于对漏渣孔施工期间地质进行分析,判断竖井的围岩状况及节理裂隙情况,为后续竖井开挖设备的选择提供指导。针对较硬岩层,首先根据岩层的硬度及节理裂隙情况,选用具有自动调节冲击频率的设备,并控制破碎深度、动态调整钎杆长度和破碎点的间距;利用切割机进行网格式分块时依据切割效率与机械破碎效率进行分块尺寸优化。2.3.1经济价值分析该技术相较于传统工法直接减少了渣土提升运输费用,同时提升了施工工效,综合人工、材料、设备机具及工期综合分析如下:渣土提升运输费用 90 万元,竖井开挖渣土需提升工程量约
9、15 000 m,综合竖井深度考虑渣土提升单价为 60 元/m3;减少通风、排水设备的布设及耗能费用 20 万元;工期节约 60 d,经核算该工法通过现场应用后直接产生经济效益达 110 万元。2.3.2社会价值分析该技术利用漏渣孔实现竖井开挖渣土的快速清理,大幅提高了竖井开挖速度;同时针对竖井复杂岩层结构,采用网格式分块切割破碎法实现非爆破开挖掘进,有效减少了对施工场地周围既有建筑物的扰动,避免了周围既有建筑物在施工期间出现沉降变形的问题,同时还减少了爆破施工产生的振动和噪音。3工程实例应用分析某公路工程计划工期 2020 年 9 月 16 日至 2022 年10 月 30 日,共计 25.
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