浅滩沙层大直径竖井施工工法

浅滩沙层大直径竖井施工工法由中铁一局集团有限公司、中国中铁航空港建设集团有限公司完成的工法01形成原因操作原理质量控制工法特点材料设备安全措施目录030502040607环保措施应用实例效益分析荣誉表彰目录0908010基本信息《浅滩沙层大直径竖井施工工法》是中铁一局集团有限公司、中国中铁航空港建设集团有限公司完成的建筑类施工工法，完成人是李治军、孟维孝、何小龙、张松、刘源。该工法适用于浅滩饱和动态含水砂层的铁路、公路隧道等大直径竖井施工。《浅滩沙层大直径竖井施工工法》主要的工法特点是：施工设备配套简单、易操作，施工成本较低。2011年9月30日，《浅滩沙层大直径竖井施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2009~2010年度国家二级工法。形成原因形成原因饱和动态含水砂层是土木工程界施工的一大难题，在该种地层中施工竖井极易发生涌水和涌砂等工程灾害。2009年前，在该种地层中施工Φ9.7米的竖井尚属首例。中国中铁一局在厦门翔安海底隧道翔安端竖井通过采用钻孔切合桩形式支护，井内采用TSS管后退式分段注水泥一水玻璃双液浆技术，成功地解决了厚10米左右饱和动态含水砂层的加固问题，保证了竖井的安全开挖。经过对注浆材料、机械设备和施工工艺等方面的不断完善、发展和总结，形成了《浅滩沙层大直径竖井施工工法》。

工法特点工法特点《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的工法特点是：一、采用Φ120厘米钻孔切合桩的维护结构加固砂层段，并穿过全、强风化层嵌人弱风化层0.5米。二、井内采用TSS管后退式分段注浆技术，注浆材料采用普通水泥一水玻璃双液浆。该注浆材料具有同化学注浆材料一样的渗透能力，在饱和动态含水砂层中可以较均匀地加固砂层，达到“固砂堵水”目的。该注浆材料在可注性、可行性、有无环境污染、经济性及工艺实施难易度等特性方面综合考虑，是适宜于饱和动态含水砂层较好的注浆材料。三、施工设备配套简单、易操作，施工成本较低。

操作原理适用范围施工工艺工艺原理操作原理适用范围《浅滩沙层大直径竖井施工工法》适用于浅滩饱和动态含水砂层的铁路、公路隧道等大直径竖井施工。

工艺原理《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的工艺原理叙述如下：一、钻孔切合桩采用CZ-6冲击钻打设一圈Φ120厘米钻孔切合桩，钻孔切合桩比咬合桩施工方便，不受地层影响，加固砂层效果明显，数量较少，经济可观，施工中应严格控制桩的垂直度。二、注浆材料普通水泥一水玻璃双液浆是工程中常用材料，其料源广，价格便宜，结石强度高，结石率大，凝胶时间可控，无毒污染，稳定性、流动性较好，对于中粗砂层，注浆比值（N值）大，可注性好，一般能注入渗透系数为10-2~10-4厘米/秒的中粗砂层。双液浆在中粗砂层中主要形成在主脉下（一般为2毫米）的均匀渗透扩散，不易发生大量的劈裂、挤压状况，可以较好地均匀加固砂层，形成完整的防水帷幕。三、钻进成孔工艺采用YT-28钻机钻孔后，再用钻机将TSS管直接顶进至设计深度。采取长管后退式分段注浆工艺，其注浆分段长度短（一般取0.5米），可以有效地解决海陆交互相冲积饱和动态含水砂层中，中、粗、细砂交互出现，地质多变等复杂条件下注浆加固的均一性，提高饱和动态含水砂层的整体加固效果。施工工艺《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的施工工艺流程见下图。

竖井施工工艺流程图《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的操作要点如下：一、场地平整首先清除淤泥换填海砂，后回填土进行分层压实，保证大型施工机械可以进入。二、钻孔切合桩施工1、钻孔切合桩设计（下图）设计桩位布置图钻孔切合桩设计桩径Φ120厘米，桩与桩相切，桩底要求进入弱风化花岗岩0.5米，桩顶低于竖井顶面2.5米，实际单桩长度可根据施工过程中钻孔地质情况确定。钻孔采用红黏土泥浆护壁成孔。钻孔咬合桩的排列方式为一根素混凝土桩（A桩）与一根钢筋混凝土桩（B桩）相邻布置，A桩、B桩均采用C25水下普通混凝土。2、钻孔工艺流程先施工A桩，后施工B桩，施工工艺流程是：A1→A2→A3→B1→A4→B2……AN→BN-2（下图）。材料设备材料设备《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的主要施工机械设备配套见下表。质量控制质量控制《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的质量控制要求如下：一、钻机的定位误差：极坐标原点距井壁开挖线距离≤±1厘米，距工作面距离≤±1厘米；轴线同中线偏差≤±l厘米。二、注浆孔孔位标注误差≤±1厘米。三、钻孔开孔误差≤±1厘米。四、钻孔钻深和设计相比≤±10厘米。五、注浆短管布设外插角≤±1度。六、TSS管注浆单孔注浆量不得少于设计注浆量的80%；注浆结束标准宜首先按注浆压力达到注浆终压为止。七、观察检查孔钻进过程中排出的岩粉中应有浆液的胶凝体，检查孔钻孔结束后，将钻孔放置一段时间，观察检查孔中应没有涌水、涌砂现象。

安全措施安全措施采用《浅滩沙层大直径竖井施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：一、随时监控井壁安全：当工作面附近或井壁尚未衬砌的部分发现有落石，支撑发出异常响声或大量涌水时，应视为情况危险。施工人员应立即从安全梯或爬软梯子撤出井外，并立即报告上级处理。二、配带安全工具袋：在井下吊盘上工作的人员，应配发携带工具袋，将工具妥善放在工具袋里，使用时要牢固地拴在身上或其他固定物体上。严禁将不使用的零星工具放置在支撑上。三、严格竖井安全提升：竖井施工人、料、机、渣的提升不同于隧道内的运输，在提升过程中必须严格执行下列安全要求：1、通风竖井井口应设有防雨设施，接罐地点应设置牢固的活动栅门，由专人掌管启开。接罐人员均应佩戴安全带（袖标），上下人员应服从接罐人员的指挥。通往井口的道路应设置阻挡器。2、底车场的信号必须经由井口接罐员发出，井底车场不得直接向卷扬机司机发信号。只有在发送紧急停车信号时，才可直接向卷扬机司机发信号。环保措施环保措施《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的环保措施如下：一、施工期减轻海域环境污染措施1、暗挖隧道施工抽排水应经沉淀池进行沉淀处理，防止高浊度污水漫流或直接流入海中。在岸边利用低洼地开挖作为沉淀池，单个容量估计1000立方米，沉淀池分级设计。2、暗挖隧道竖井施工采用筑岛围堰后开挖的办法，开挖土石方应尽量进行综合利用，不能利用的应选择陆域低洼地进行回填造地，并注意水土保持，减少施工泥砂入海。3、工程施工时混凝土拌合，应采取防雨水冲刷措施，以防雨期施工或台风暴雨时大量混凝土、水泥浆入海而污染海域环境。二、减少施工期对珍惜海洋物种和渔业资源影响措施1、通过采取前述减少施工泥砂入海一系列措施，减少施工期间海域水质$PM增量影响范围，减少悬浮泥砂对中华白海豚活动影响和泥砂沉积作用对文昌鱼生活环境破坏。效益分析效益分析《浅滩沙层大直径竖井施工工法》的效益分析如下：一、采用钻孔切合桩作为维护结构，在取得相同加固效果前提下，比采用钻孔咬合桩、地下连续墙、沉井法等能加快工程进度；采用切合桩需打桩31根，咬合桩需打桩42根，比咬合桩降低造价约26%。二、普通水泥一水玻璃双液浆的价格仅为化学浆液的1/8~1/10，采用普通水泥一水玻璃双液浆进行注浆施工，在取得相同的注浆效果下，可以节约材料费用约25%。

应用实例应用实例《浅滩沙层大直径竖井施工工法》在厦门翔安隧道的应用情况如下：一、工程概况厦门翔安隧道是2009年前中国大陆第一座采用钻爆暗挖法施工的大断面海底隧道，全长6051米（YK6+559~YK12+610），其中跨越海域总长约4200米，陆域暗挖约1800米。左右线行车隧道测设线间距为52米，行车隧道开挖最大断面尺寸为17.04米×12.56米（宽×高），建筑限界净宽13.5米，建筑限界净高5.0米。由中铁一局集团有限公司承担施工的A4标段右线行车隧道全长2910米（YK9+700~YK12+610），其中明洞长140米，暗洞长2770米。竖井中心桩号为YK11+300，距右洞口1310米，距海堤930米，竖井断面呈圆形，开挖Φ9.7米，竖井顶面高程为5.5米，井底面设计标高为-45.947米，井深约52米。竖井处平均水深2~3米，施工场地采用围堰筑岛方式所建。二、工程及水文地质竖井场地范围内地质条件比较复杂，原设计在竖井附近只有一处钻孔，位于YK11+287.74之右20.85米处，距离竖井相对较远，为了更准确的探明竖井所在位置的地质条件，中铁一局集团有限公司又在竖井周围增加了两个地质钻孔。通过补勘，竖井处实际的地层结构从上至下依次为：人工填筑层（1.5~-0.8米），淤泥层（-0.8~-5.5米），淤泥混砂层（-5.5~-9.5米，呈透镜体状），粗砂层（-9.5~-19.5米），