CN204040021U - 城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备*** - Google Patents

Abstract

公开了一种城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备***，主要包括反循环钻机(1)、渣浆泵(2)、泥水分离设备(3)、泥浆泵(4)、泥浆车(5)、移动式起重机(6)、首灌车(7)及用于运输钻渣、泥浆的输浆管路(8)。以现有的成桩施工设备为基础，综合考虑暗挖导洞内空间狭小、环境复杂的特点，对暗挖导洞内大直径桩施工设备***进行了改进，确保了狭小空间内大直径桩施工的成桩效率和成桩质量，能够有效地降低城市地下工程施工对周边建(构)筑物、地表交通及地下管线的影响，对类似工程具有重要的借鉴价值。

Description

城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备***

技术领域

本实用新型涉及一种城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备***，属于地下建筑工程施工机械领域。

背景技术

随着轨道交通建设的快速发展，城市地下工程的施工环境日趋复杂，如何保证施工安全及降低施工对周边环境影响已经成为工程人员最关心的问题。洞桩法(PBA)是一种常用的地铁车站施工工法，它具有对周边环境影响小及控制地层变形效果好的优点。洞桩法施工首先在先行暗挖的小导洞内施做“桩-梁-拱”***，然后在这一支撑体系的保护下进行后续施工，以保证周围建(构)筑物的安全。因此，暗挖导洞内钻孔灌注桩的施工是洞桩法的一个关键步骤，施工工艺已经相对成熟。

但是，对于导洞内大直径钻孔灌注桩施工，由于导洞空间狭小，洞内无法存放钻孔过程中所需的足够泥浆量，而传统的成桩设备也将受到导洞内空间条件的限制而不能应用。另外，将钻孔过程中产生的大量钻渣外运也需要耗费巨大的人工成本。因此，有必要研制一套新型的成桩设备***，以适应导洞内施工环境特点，满足导洞内成桩质量要求。根据导洞内施工条件对现有成桩设备进行改进，具有重要的现实意义，相关的研究工作尚未见报道。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种复杂环境下城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备***。该***以现有成桩设备***为基础，综合考虑导洞内施工环境特点，通过对***进行改进使之能够适应暗挖导洞内施工空间狭小、环境复杂的特点，确保了导洞内大直径桩施工的成桩效率和成桩质量。

本实用新型对设备***的改进工作主要包括：

(1)***布置。根据导洞内施工环境特点，首灌车和泥浆车布置在桩孔附近，导洞内设置轨行***，采用电力驱动，杜绝污染；泥水分离设备和泥浆池布置在地面，各种输浆管路均沿导洞侧壁敷设。

(2)钻孔***可细分为四个子***，即钻进***、排渣***、泥水分离***和补浆***。

①钻进***。针对导洞内空间狭小的特点，改变现有的反循环钻机尺寸，改装后的反循环钻机长度为5.0m，宽度为2.2m，钻机主架子4.0m，钻杆成度1.2m。

②排渣***。取消设置于导洞内或竖井内的渣浆池，通过设置大功率渣浆泵将钻孔过程中产生的钻渣直接排至地表，不但解决了导洞内空间不足的问题，还节省了导洞内渣浆运输所需的巨大人成本。

③泥水分离***。泥水分离设备为2套ZX-250型泥浆净化装置，设置于地面。分离出的泥饼及砂卵石排入临时渣土场，等待装车外弃，而分离出的液态泥浆则被排入泥浆池备用，泥水分离设备分离出的泥浆含水率在15％以内，比重在1.01-1.1之间，满足反循环钻机所需泥浆的要求。施工过程中应保证清孔后的泥浆性能不低于新鲜泥浆的性能，泥浆的厚度通过测绳测定。

④补浆***。采用泥浆车进行补浆，设置于桩孔一侧，它通过输浆管与地面泥浆池中的变频泵连接，泥浆车内设置电磁阀门，通过传感器控制电磁泵的开闭，保证泥浆车内的泥浆液面稳定，泥浆车下部设置手动阀门，根据测绳测定的泥浆厚度人工控制桩孔内的泥浆流入量，保证泥浆液面平衡，实现泥浆循环及钻渣外运，直至成孔。

(3)混凝土灌注***。混凝土首灌作业是保证混凝土灌注质量的关键，为了克服长距离泵送混凝土无法满足水下灌注混凝土首灌连续、快速的难题，在桩孔一侧设置首灌车进行首灌作业，桩身混凝土浇筑前，首先采用地泵将首灌罐注满混凝土，然后打开首灌罐阀门完成混凝土首灌。

附图说明

图1为本实用新型的导洞内大直径桩施工设备***图。其中，1为反循环钻机，2为渣浆泵，3为泥水分离设备，4为泥浆泵，5为泥浆车，6为移动式起重机，7首灌车，8为输浆管路，9为泥浆池，10为渣土场，11为桩孔，12为围堰，13为初支底板，14初支顶板，15为基坑侧壁，16为隧道，17为竖井，18为地面。

图2为本实用新型的反循环钻机构造示意图。其中，19为砂石泵，20为动力头，21为钻机井架，22为连接钻杆，23为底盘，24为稳定井口盘。

图3为本实用新型的泥浆车构造示意图。其中，25为法兰，26为搅拌轴，27为出浆口，28为电机，29为钢管拉杆，30为手动阀门，31为液面观察管。

图4为本实用新型的移动式起重机构造示意图。

图5为本实用新型的首灌车构造示意图。

具体实施方式

奥林匹克公园站是北京地铁15号线与8号线换乘车站。车站位于奥运中心区，大屯路城市隧道下方，预留公交节点的西侧，沿大屯路东西向布设。周边分布有国家会议中心、国家体育馆、水立方、鸟巢等奥运场馆。

车站主体结构为地下两层三跨平顶直墙结构，车站总长205.5m，总宽23.1m，车站顶板紧贴大屯路隧道，大屯路隧道上方覆土约为3.5m。车站主体结构设置4个导洞，车站中桩在2个中间导洞内施工。中桩有两种规格，一种直径1800mm，桩长30m，孔深约44.58m～44.61m，另一种直径1800mm，桩长22m，孔深约36.61m～36.65m，总计58根。

车站中桩施工计划采用2套编组设备，每套设备各负责一条中导洞，且分别配置一套移动式卷扬机支架，进行钢筋笼吊装。施工顺序均为自西向东，采用跳桩的方式施工，跳桩距离根据设备编组长度确定。

施工材料运输通道为2号竖井及降水导洞。钻孔过程中的泥浆输送管路在3号竖井及其横通道内敷设。

具体施工步骤为：

(1)测量放线。

轨道铺设、格栅凿除、钻孔施工前均要进行测量放线。分包单位测量人员根据设计图纸中的平面控制网测放出控制点及桩位，测放结果经总包单位测量人员校核后，填写报验单，上报监理，经监理验收合格后方可使用。另外，每根桩施工前均需重新校核桩位。

(2)人工挖孔施工。

人工挖孔的施工顺序为测量定位→破除底板初支并加固→挖孔→安装钢筋及模板→喷射混凝土→检查桩位中心轴线及标高→检查验收→假设起吊设备。

(3)沉管施工。

沉管采用外径2m，壁厚1.4cm的钢管，总长度14.85m，标准节长度2.5m，钢管采用Q235钢材加工。在沉管内挖土作业，利用沉管自重下沉的方式成孔。挖土直径为2.1m，挖土方式为人工开挖，挖土应分层、均匀、对称地进行。沉管顶部设置固定法兰，沉管沉至设计标高后采用拐子筋将固定法兰与导洞底板格栅主筋焊接为整体，并在沉管底部开孔打设三排锁脚锚管，将管底固定。沉管施工完成之后，采用粘土将孔回填密实，以保证后续机械成孔的安全。

(4)钻孔施工。

采用泵吸反循环工艺进行钻孔作业，每颗桩开钻前均按桩身体积的1.5倍制备泥浆。利用反循环钻机(1)打桩时，采用砂石泵将渣浆从桩孔(11)内抽出后经大功率渣浆泵(2)直接输送至地表的泥水分离设备(3)进行泥浆净化，过滤掉其中的砂及杂质，改善泥浆性能。然后将改良后的优质泥浆排入地面泥浆储存池(9)内，之后通过泥浆泵(4)将优质泥浆送入桩孔(11)内，实现孔内的泥浆平衡。

整个钻孔工艺可细分为四个子***：钻孔***、排渣***、泥水分离***及补浆***。

①钻进***

导洞尺寸为4.7m×5.7m(宽×高)，现有钻机无法同时满足自身尺寸要求及大直径桩成孔要求，故根据导洞空间尺寸将60P45A型钻机机组进行改装以适应导洞内成桩施工要求。

②排渣***

排浆通过渣浆泵(2)及输浆管路(8)实现。钻孔内的渣浆通过钻机自带的砂石泵抽出后，经大功率渣浆泵(2)和输浆管路(8)直接排放至地面的泥浆分离设备(3)。输浆管路(8)规格为φ200，t=6mm，最大排送距离约150m。

③泥浆净化***

采用黑旋风泥浆净化装置ZX-500A(3)过滤掉泥浆中的砂及杂质，提高护壁泥浆的韧性，改善泥浆性能，经过处理的优质泥浆排入地面泥浆池(9)内备用。

④补浆***

在地面泥浆池内设置大方量泥浆泵(4)，将泥浆池内的泥浆采用输浆管路(8)送入桩孔(11)内，实现孔内泥浆的液面平衡。输浆管路(8)尺寸为φ150，t=4.5mm，排送距离约为150m。

每颗桩成孔后灌注混凝土时，桩孔(11)内被混凝土置换的泥浆直接输送至地面。由于桩身体积大，导致置换出的泥浆性能变差，并且由于砂浆及混凝土的污染，置换出的泥浆及钻渣无法重复利用，受污染的废弃泥浆排至地面后采用专用罐车外弃，积存的钻渣拌入生石灰之后外弃。根据现场试验，桩孔内原状土成为钻渣后体积要增加30％，每方钻渣需拌入200kg生石灰后方能达到外运要求。

(5)钢筋笼、压力箱安装。

钢筋笼经2号竖井龙门架吊入洞内，每节长度2m，相邻两节钢筋笼主筋采用直螺纹套管连接。在第一节钢筋笼与第二节钢筋笼连接处，加设试验桩所需荷载箱。荷载箱安装完毕后，将3根声测管以及3根压浆管分别穿过荷载箱上下两个平面上预留的孔洞，声测管与桩底齐平，压浆管底部压浆头低于桩底20cm。采用与荷载箱上预留位移计相同直径的钢筋，与之对焊。每节钢管连接完毕后，管口与桩顶齐平，并用专用保护帽封堵。钢筋笼在导洞内采用三轮车进行水平运输，采用移动式起重机(6)进行吊装。

(6)混凝土灌注。

由于桩身体积大，灌注时间和泵送距离长，要求混凝土有较大的坍落度(要求高保坍)及较长的初凝时间，并且对混凝土的和易性要求严格。经过分析，确定桩身C30混凝土配合比为每立方米用量为：水泥290kg，水177kg，砂824kg，石子824kg，粉煤灰116kg，MNC-HH型高效缓凝剂11.65kg，矿粉60kg。

在混凝土灌注前，首先采用同标号的水泥砂浆进行润管。由于洞内长距离泵送混凝土无法满足水下灌注混凝土要求的首灌连续、快速，故设置一个首灌车(7)进行首灌作业。灌注桩身混凝土之前，首先采用地泵将首灌车(7)上的首灌罐内装满混凝土，然后打开首灌罐下方的阀门完成混凝土首灌。

混凝土灌注标高达到设计标高后须进行超灌，超灌高度为1800mm。

(7)桩头凿除。

施工完成后，工程人员首先进入钢套筒内将高密度泥浆清除，然后采用大锤及錾子将润管砂浆及桩头超灌混凝土凿除。

以上所述仅为本实用新型的一个具体应用案例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备***，包括反循环钻机、渣浆泵、泥水分离设备、泥浆泵、泥浆车、移动式起重机、首灌车及用于运输钻渣、泥浆的输浆管路，其特征是：通过输浆管路将反循环钻机直接与大功率渣浆泵连接，再将大功率渣浆泵与地面的泥水分离设备连接，泥水分离设备附近设置泥浆池，泥浆池中的泥浆泵通过输浆管路与设置在桩孔一侧的泥浆车连接，移动式起重机和首灌车设置在桩孔一侧。 

2.根据权利要求1所述的一种城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备***，其特征是：首灌车和泥浆车布置在导洞内的桩孔附近，导洞内设置轨行***，采用电力驱动；泥水分离设备和泥浆池布置在地面，各种管路均沿导洞侧壁敷设。 

3.根据权利要求1所述的一种城市地下工程暗挖导洞内大直径桩施工设备***，其特征是：补浆***为设置于桩孔一侧的泥浆车，它通过输浆管与地面泥浆池中的变频泵连接，泥浆车内设置电磁阀门，通过传感器控制电磁泵的开闭，泥浆车下部设置手动阀门。