第十八章合理化建议及优化方案

第十八章 合理化建议及优化方案1. 南区部分人工挖孔桩优化为钻孔咬合桩方案1.1 钻孔咬合桩方案简述车站南区结构投标初步设计为300搅拌桩止水围幕和1200人工挖孔排桩作为基坑围护，根据我局在深圳地铁一期工程10标段金益明挖区间成功施工的钻孔咬合桩基坑围护（钻孔咬合桩为1000mm深21m，桩间距为800mm，共计1163根）的经验，以及车站南区南段长68m结构所处的地质（杂填土、素填土、粉土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土）情况，建议车站南区南段约68m结构的基坑围护方案优化为1200mm，桩间距1100mm的钻孔咬合桩围护结构，该方案钻孔咬合桩采用第一序素混凝土A桩与第二序钢筋混凝土B桩实现咬合，布设如图18-1所示。图18-1 钻孔咬合桩排列平面图1.2 钻孔咬合桩工法相邻混凝土排桩间部分园周相嵌，并与后序次相间施工的桩内置入钢筋笼成桩在混凝土初凝前使之形成具有良好的防护渗作用的整体切割连续墙支护结构。由于其特点为桩间的相互咬合，故称为咬合桩。1.2.1钻孔咬合桩围护优点（1）采用钻孔咬合桩做基坑围护施工，工序单一，工艺新，可采用国产捷程牌MZ系列全套管磨桩机施工，可干孔作业，无需泥浆护壁，成桩垂直精度可达3以上，机械设备噪音低、无振动，大大减少工程施工时对环境的污染。（2）钻孔咬合桩施工是在第一序素混凝土桩初凝之前成功实现与第二序钢筋混凝土桩咬合，从而使整个围护咬合排桩无施工缝，防水效果比止水围幕加人工挖孔灌注桩更好。（3）全套管的跟管钻进及其掘进方法，有效的防止了孔内流砂、涌砂，在套管内混凝土成桩质量高，保证了成桩质量。（4）对沉降及变位容易控制，能够紧邻建筑物、地下管线施工。（5）采用钻孔咬合桩围护与水泥土搅拌桩止水帷幕加人工挖孔灌注桩围护相比，其防水效果好，成本低。1.2.2 单桩施工工艺流程图平 整 场 地施 放 桩 位施工混凝土导墙磨桩机就位对中B装吊放钢筋笼吊装安放第一节导管抓斗取土，检查孔底校 对 垂 直 度压入第一节导管测 控 垂 直 度放入混凝土灌注导管灌注混凝土逐次拔管测定混凝土面桩 机 移 位图18-2 单桩施工工艺流程图1.2.3 全套管钻机的咬合桩施工流程（见图18-3）图18-3 咬合桩施工流程图1.3 工程应用情况我局在深圳地铁金益区间钻孔咬合围护桩施工开挖后，成桩质量及防水效果非常成功，实属成功范例。1.3.1 全国第一项咬合桩工程实例深圳地铁一期工程金田益田区间围护结构（咬合桩）设计单位：铁道部第三勘测设计院工程总包及桩基施工单位：中铁隧道集团第三责任有限公司1.3.2 工程实例简介本工程位于深圳福田区福华路段，地铁金田与益田站区间。围护结构设计为钢筋混凝土咬合桩。桩长范围内地基土层：冲击层（Q4a）：可塑状粘土、粉质粘土，流塑状淤泥质粉质粘土；中、粗沙、砾砂。厚约1218m。残积层（Q4e）：可塑坚硬状粘性土砾质粘性土。设计有关数据：施工桩数：900根 桩径：1000m 桩心距：800mm 垂直精度：3咬合厚度：200mm 桩长：A型18m B型21m 开挖深度-15.8m施工机械：捷程牌MZ系列全套管钻机 5台套施工时间：2000年69月1.3.3深圳地铁一期工程10标段金益明挖区间钻孔咬合桩施工现场工艺图片情况钻孔咬合桩施工工艺流程实照A、施工前准备B、咬合桩施工工艺流程（一）、混凝土咬合桩导墙（二）、钻进、取土、余土外运 （三）、套管垂直度检查（四）、安装钢筋笼 （五）、桩芯混凝土灌注（六）、拔管成桩C、施工现场D、开挖现场及咬合桩桩体1.4 经济比较（表18-1）围护结构优化方案经济比较表 表18-1人工挖孔桩与钻孔咬合桩经济分析比较工程项目单位原工程量工程量单价（元）合价（元）1、人工挖孔桩（原方案）深层搅拌止水帷幕m100801008039.86 人工挖孔灌注桩C25砼m357965796286.89 桩级钢筋t636.3636.33940.23 C15护壁砼m334023402342.83 护壁钢筋（级筋）t144.9144.93940.23 凿桩护壁m3354.69354.69292.96 桩挖土方m394509450378.96 以上小计元 2、钻孔咬合桩（优化方案）钻孔咬合桩1.2mC25砼m34750.21354.98 桩级钢筋t3203940.23 桩挖土方m34614.96387.54 凿桩C25素砼m3135.24261.9335423 以上小计元 优化后减少费用元。2. 防水施工优化方案（1）车站过站区暗挖隧道初步设计在两侧拱脚处防水层与二次模筑混凝土之间设置纵向盲沟，盲沟材料为100软式透水管。由于100软式透水管比较大，设置在防水层与二次模筑混凝土之间，不但侵占了二衬混凝土截面影响结构受力，而且受二衬钢筋混凝土保护层的影响，透水管实际不能紧贴防水层，起不到渗排水的作用。因此，我局建议将100软式透水管改为长方形（7035mm）软式透水管。（2）车站南北区为明挖顺作，防水初步设计为：边墙、顶部设柔性防水层，底板为混凝土自防水。由于受毛细吸管的作用，车站底板结构与防水层间存在渗水通道。为使车站主体结构施工后防水质量达到标准，建议在车站底板与防水层结合部增设一道塑性自粘遇水膨胀止水条，以便封闭进入结构的水源，加强结构防水。安设部位见图18-4。图18-4 底板与防水层相接部位防水处理图 （3）经济比较（表18-2）防水优化方案经济比较表 表18-22、防水原方案与优化方案经济分析比较工程项目单位原工程量工程量单价（元）合价（元）1、原方案100软式透水管m306.8306.861.7218936 以上小计元18936 2、优化方案70*35mm长方形软式透水管m306.861.7218936 自粘性膨胀止水条m65071.6546573 以上小计元65509 优化后增加费用46573元。3. 轨道加固优化方案南京火车站轨道加固初步设计为：道和道采用人工挖孔灌注桩基础和D16甲型便梁加固方案，道与道采用扩大基础吊轨纵横梁加固方案；在隧道开挖支护施工过程中，D16甲型便梁和吊轨纵横梁根据开挖进程与南京火车站站台分布情况倒用。我局与南京分局取得联系，共同经过认真、仔细地分析，鉴于以下原因：（1）道和道采用人工挖孔灌注桩基础，因火车轨道之间距离较近（4.855.0m），且来往列车频繁；受列车限界限制，人工挖孔桩施工碴土堆放场地受到限制、出碴困难，且无行车安全距离，故采取人工挖孔桩施工将对南京火车站的正常运营造成不利影响。（2）站场地下水埋深浅，加上列车的冲击动力作用，人工挖孔桩可能坍孔或过大沉降，对行车安全和人身安全不利。（3）长管棚能控制不均匀沉降，但并不意味隧道开挖支护就不再沉降，同时隧道开挖沉降影响范围一般为56倍洞径（开挖面前12倍洞径，开挖面后34倍洞径），而且地层应力释放需要一定的时间和过程才能反应到地表，故倒用D16甲型便梁和吊轨是不符合实际情况的。（4）限速行驶：正线45km/h，停靠线25km/h。 因此，建议南京火车站8股轨道全部采用扩大基础吊轨纵横梁加固，并在地面沉降基本稳定（经监测成果分析）后拆除倒用，同时加强洞内辅助施工措施。 经济比较（表18-3）轨道加固优化方案经济比较表 表18-3架设施工便梁与吊轨纵横梁加固线路经济分析比较工程项目单位原工程量工程量单价（元）合价（元）1、架设施工便梁架设及拆除D16甲型施工便梁t94.194.11772.56 板式橡胶支座(25*35*4.7)cm365800658000.074606 C25挖孔桩混凝土m3352.6352.6351.86 挖孔桩钢筋(级筋)t14.4214.425094.0773456 C25护壁混凝土m379.279.2490.4438843 挖孔桩护壁钢筋级筋t14.4214.425094.07 73456 桩挖土方m3163163115.25 18786 桩挖石方m32692691232.15 以上小计元 2、吊轨纵横梁加固线路挖基土方m3400115.25 46100 回填土方m316065.41 10466 C25基础扩大混凝土m3240356.08 85459 基础钢筋(级筋)t19.174151.26 79580 吊轨纵横梁加固线路股道48950.77 35803 以上小计 优化后减少费用元。4. 暗挖隧道优化方案4.1暗挖隧道优化方案简述车站过站区暗挖隧道初步设计采用“CRD”法结合159长管棚超前加固辅助施工措施进行施工，且二次衬砌紧跟；施工顺序从北区往南区单向左、右洞错进。根据新奥法原理和“十八字”方针（管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测），以及我局浅埋暗挖施工隧道的经验，我局建议过站区暗挖隧道采用“CD”法短台阶结合159长管棚加小导管超前注浆加固和小导管初期支护背后回填注浆辅助施工措施进行施工，二次衬砌待初期支护基本稳定后进行；施工顺序：从南、北区同时开始隧道开挖支护施工，先施工右线隧道，待右线隧道开挖支护贯通后再施工左线隧道。具体结构详见图18-5。4.2 暗挖隧道优化方案的优点（1）因隧道下部基本为中风化闪长岩，“CRD”法施工时需采取微震动爆破，对控制围岩变形位移极为不利；采用“CD”法短台阶施工后可以采用单臂掘进机进行机械开挖施工，避免了因震动对围岩变形位移产生的影响，同时可以加快施工速度，缩短围岩暴露时间，从而减少因围岩变形位移产生的地表沉降量。（2）因159长管棚较长、间距较大，且施工误差较大，很容易产生偏移，从而使注浆效果不佳或固结土体与开挖洞体之间还存在未固结的土体，这部分土体在开挖过程中易掉落，不但在经济上造成损失，而且可能因初期支护拱背空洞较大使沉降量加大；采用159长管棚加小导管超前注浆加固和小导管初期支护背后回填注浆辅助施工措施后，不仅控制了不均匀沉降的产生，而且避免了因土体与初期支护之间存在空洞而引起的地表沉降。通过以上辅助措施进行施工，可以减少整体沉降量约30%。（3）初期支护背后回填注浆小导管可以起到锚管的作用，因此拱部砂浆锚杆不再设置。（4）因左、右洞距离较近（56m），采用单洞两端夹击施工，使初期支护先贯通后再施工另一个隧道的初期支护，可以避免因群洞效应产生的地表沉降，同时加快施工进度。（5）因初期支护承受施工期间全部荷载，二次衬砌待初期支护贯通且基本稳定后进行，可以减少工序之间的相互干扰，有利于质量、安全、文明施工。（6）过站区隧道通过采取一系列辅助施工措施后，列车安全运营有了更可靠的保障。 4.3 经济比较（表18-4、18-5、18-6）“CRD”工法与“CD”工法经济比较表 表18-4暗挖隧道CRD工法与CD工法经济分析比较工程项目单位原工程量工程量单价（元）合价（元）1、CRD工法C20素喷砼m3385385925.41 主筋25格栅钢架t7575207.4915562 拆除砼m3385288.42 以上小计元 2、CD工法减少拆除砼m3385288.42 以上小计元 优化后减少费用元。隧道人工开挖与掘进机开挖经济比较表 表18-5暗挖隧道人工开挖与单臂掘进机经济分析比较工程项目单位原工程量工程量单价（元）合价（元）1、人工开挖开挖土方m35876170.46 开挖石方m3700187.50 以上小计元 2、单臂掘进机单臂掘进机开挖土方m35878197.66 单臂掘进机开挖石方m3700214.89 以上小计元 优化后增加费用元。隧道锚杆与锚管支护经济比较表 表18-6暗挖隧道22锚杆与32注浆锚管经济分析比较工程项目单位原工程量工程量单价（元）合价（元）1、原方案22锚杆m11420.211420.226.13 以上小计元 2、优化方案32注浆锚管m11420.225.43 注水泥浆m3200334.566900 以上小计元 优化后增加费用58906元。过站区暗挖隧道通过优化并进行经济分析，减少费用共计：元。5. 优化方案总体筹划5.1铁路线路加固施工方法及措施建议方案本工程招标文件要求过站区隧道的施工与既有地面京沪铁路线路的加固结合进行。既有地面京沪铁路线路的加固分三次进行，车站隧道的开挖及二衬在既有京沪铁路线路加固期间将停工。这样，不仅劳动组织管理困难，更重要的是拖延了车站隧道的施工时间，隧道开挖将会对周围土体多次扰动，地表沉降较难控制。施工实践证明软弱围岩隧道开挖的沉降影响范围一般在56倍洞径左右，当隧道开始开挖后，基本上整个过站区都在沉降影响范围内，而地表既有铁路线路加固由于分次进行，这样，未加固的既有铁路线路将会发生较大沉降，给铁路运营构成安全隐患。因此，拟将既有京沪铁路线路的8股道一次性全部加固后，再进行车站隧道的施工，可确保铁路运营安全，隧道快速通过。其工序如下： 通过与铁路有关部门协商对要加固的线路进行45km/h（正线）和25km/h（停靠线）的限速。 对无缝钢轨线路进行应力释放。 扩大基础支墩达到设计强度后，对8股轨道采用吊轨纵横梁加固。 进行车站主隧道南端及北端大管棚的施工。 破除南、北区围护桩，分别从北区、南区开始右线隧道的开挖支护（CD工法施工），开挖支护贯通后，进行二次衬砌施工。 左线隧道施工在右线隧道初期支护完成以后施工。 车站左右线主隧道二次衬砌后，施工横通道大管棚，进行横通道开挖支护、二次衬砌施工。 车站隧道施工完成后，拆除吊轨纵横梁，恢复无缝线路，