旋挖钻机在地铁工程的应用案例
1.工程概况
北京地铁十号线慈寿寺站位于西四环五路居以里,蓝靛厂南路与玲珑路交叉口的西北角。为地铁十号线一期工程与二期工程的换乘明挖车站,东西长度约为130.7米,南北向长度约为178.0m,基坑深度在16.7m～29.6m之间,基坑主要采用护坡桩+锚杆支护,局部采用钢支撑支护。基坑护坡桩直径φ1000,长度20.95～32.3m,总数为507根。
本工程自然地表以下3～6米即为砂卵石,砾径在北京地区是比较大的,一般在8～12cm,最大粒径达40cm以上,而且埋深较深,在基坑范围内基本是卵石地层。
2..旋挖钻机工艺选择
卵石地层的桩基施工一直是岩土工程施工技术致力解决的难题,本工程卵石地层对施工影响比较大的主要是护坡桩施工。护坡桩施工数量大,为507根,工期比较紧,要求在15天内完成,施工速度是制约工期的一个重要因素,因此提高护坡桩的施工进度是本工程的关键。一般对于卵石地层,常用的施工方法是采用冲击钻机,但是冲击钻存在一定的缺点,就是泥浆处理量大,施工效率低,施工精度差,震动噪声等,本工程周边有大量的居民,采用此种工艺必会受到一定的限制;因此采用先进的旋挖钻方法进行护坡桩施工,旋挖钻机成桩速度快,噪声小,安全文明施工程度高。但是卵石密实度、砾径大小也是限制其施工速度的因素,因此在旋挖钻机上必需采用适当的工艺,才能解决卵石地层的施工问题,
3.旋挖钻机选择
针对本工程地层特点,选用宇通重工生产的YTR230旋挖钻机,配备机锁钻杆及筒式双门截齿钻头。
3.1 旋挖钻机机锁钻杆性能
分段式机锁钻杆:钻杆上有三至四个锁点,通过机锁点可把每节钻杆锁住,完全把加压力传递给钻斗,能钻进坚硬的地层;当钻进软地层时也可不机锁,利用摩阻段钻进即可,其优点是可钻进坚硬地层,可利用摩阻段钻进软地层。而宇通重工旋挖机配备配套的机锁钻杆,可以钻进坚硬的地层,如卵石、强风化、中风化等基岩地层。
旋挖钻机机锁钻杆
3.2 旋挖钻机筒式双门截齿钻头
按所装齿可分为截齿钻斗和斗齿钻斗;按底板数量可分为双层底斗和单层底斗;按开门数量可分为双开门斗和单开门斗;按桶的锥度可分为锥桶钻斗和直桶钻斗;按底板形状可分为锅底钻斗和平底钻斗。以上结构形式相互组合,再加上是否带通气孔、开门机构的变化,可以组合出几十种旋挖钻斗。一般来说双层底钻斗适用地层范围较宽,单层底的只适用于粘性较强的土层,双门钻斗适用地层范围较宽,单门钻斗只是用于大直径的卵石及硬胶泥。
截齿相对于斗齿钻头而言,更适于钻进更硬的地层,如卵石、基岩。本工程选用双门截齿钻头,专门针对密实卵石、漂石地层。较大块的卵石地层,由于无法进入钻头,可采加压旋转方法,将大块卵石破碎成小块,使其能顺利进入钻头,带出孔口。
适用于卵石地层的双门截齿钻头
4.旋挖钻机施工工艺流程及操作要点
4.1 旋挖钻机施工工艺流程
在旋挖钻机施工安排上,由于卵石地层比较松散,如果先开挖进行护坡施工,在卵石地层中直接开孔施工时,孔口初期的水压力太小的话,很容易引起孔口的坍塌;同时在基坑内卵石地层行走砼车,钻机也比较难以安排。
无循环旋挖法,是使用静态泥浆护壁成孔,这种施工工艺具有成桩质量高、高效节能、污染较少等特点。且旋挖钻机具有扭矩大,捞渣能力强(使用磨盘式捞渣钻头)等特性,可使孔底沉渣厚度有效地控制在规定的范围之内,达到高效优质的目的。具体工艺流程如下:
4.2 操作要点
4.2.1 旋挖钻机施工定位测量
测量人员要认真熟悉设计图纸,对桩位、桩顶标高、桩尖标高等数据进行复核;做好原始记录。同时施工过程中测量员依据业主提供的坐标、高程控制点,对所有工程桩精确定位,并做好基准点的保护工作,工程桩放线完毕后及时钉十字栓桩,确保桩位准确,开孔后用十字栓桩校核钻孔偏差,使其不超过允许范围。
4.2.2 埋设护筒钻机就位:埋设护筒时,护筒中心轴线对准测定的桩位中心,严格保持护筒的垂直度。护筒固定在正确位置后,用粘土分层回填夯实,以保证其垂直度,防止泥浆流失及护筒位移。如果护筒底土层不是粘性土,应挖深或换土,在坑底回填夯实300～500mm厚度的粘土后,再安放护筒,以免护筒底口处渗漏塌方。护筒上口应绑扎木方或钢管对称吊紧,防止下窜。护筒采用不小于6mm厚的钢板制做,护筒埋深为底端超出杂填土,顶端高出地面0.3m。
4.2.3 护壁泥浆
根据施工现场场地情况拟采用现场挖砌泥浆池。为保证孔壁稳定,主要采用现场配备膨润土进行造浆。目前常用的造浆膨润土主要有钙土和钠土,从造浆效果上看,钠土比较好一些。常用的钠土主要来自山东。除采用钠膨润土,在配浆中掺外加剂(降失水剂等)配制护壁泥浆。采用自来水造浆。
注意泥浆制备的技术要求,对孔内泥浆的浆面下1m处及离孔底以上1m处各取一次试样测试。若达不到标准规定,要及时调整泥浆性能。
泥浆池尺寸为1.0(深)×10.0(长)×4.0(宽)m,高出地面20cm,数量根据现场情况及钻机数量初步确定为7个。泥浆池的布置应避让场内施工道路和加工场地。考虑到回填土层极易坍塌,故泥浆池深度不宜太大,且泥浆池边坡按照坡度为1:1进行放坡。
4.2.4 旋挖钻机钻孔施工
4.2.4.1 旋挖钻机就位,将钻头对准桩位,复核无误后调整钻机垂直度。开钻前,用水平仪测量孔口护筒顶标高,以便控制钻进深度。钻进开始时,注意钻进速度,调整不同地层的钻速。
4.2.4.2 旋挖钻机钻进过程中,采用工程检测尺随时观测检查,调整和控制钻杆垂直度;边钻进边补充泥浆护壁。一定要保持泥浆面,不得低于护筒顶40cm。在提钻时,须及时向孔内补浆,以保证泥浆高度。如发现地质情况与地勘资料不符,应立即通知设计监理等部门及时处理。
4.2.5下混凝土导管:选择合适的导管,导管直径为25-30厘米。组装时接头必须保证密合不漏水,在第一次使用前应进行闭水打压试验。导管底端下至孔底标高上50cm左右。漏斗安装在导管顶端。
4.2.6 旋挖钻机清孔:钢筋笼吊装入孔固定,导管在孔内连接完毕后,进行清孔。清孔以3PNL泵作为主要清孔设备,孔口和泥浆池之间修泥浆沟,由于连接3PNL泵的塑料管和灌注混凝土的导管二者直径不一致,采用专用接头将两种类型的管子连接紧密。泥浆循环管路连接完毕后,启动3PNL泵,通过泥浆在钻孔、泥浆池间的循环,将孔底沉渣携带出钻孔,达到清孔目的。
4.2.7 水下灌注混凝土:浇注前必须检查砼塌落度、和易性并记录。导管内使用的隔水塞球胆大小要合适,安装要正,一般位于水面以上。灌注混凝土前孔口要盖严,防止混凝土落入孔中污染泥浆。
4.2.8 拔护筒:混凝土灌注完成后及时拔出护筒,灌注完桩顶混凝土面低于施工地面高度时,应立即回填土加以覆盖,防止塌孔及保护人员和设备的安全。
5.旋挖钻机工程实例
实践证明,本工程选择宇通YTR23旋挖钻机进行护坡桩成孔施工是正确的,其施工32.3m护坡桩成孔全过程只需要3小时,大大提高了施工效率。经济效益和社会效益显著。
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