地下连续墙入基岩冲抓工艺施工工法.docx
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地下连续墙入基岩冲抓工艺施工工法
冲抓工艺地下连续墙施工工法
1前言
地下连续墙围护结构由于对周围环境影响小,墙体刚度大,止水性能好,是深基坑工程常用的围护方法之一。
在实际施工过程中还可根据设计要求,地下连续墙既可作为施工阶段的围护结构,亦可做结构正式复合墙体的一部分,因此在深基坑工程施工中具有较为广泛的应用范围。
根据基岩的坚硬程度和不同的设备组合,地下连续墙的成槽施工常采用三种施工工艺:
纯钻法,先由冲击反循环钻进主孔,副孔采用钻劈法或平打法,该法较适合中等强度的基岩;钻凿法,该法用冲击反循环钻机与机械式抓斗配重凿联合作业,即由冲反钻机钻主孔,副孔由重凿多点破碎,排渣方法可由抓斗直接抓取或用泵吸反循环,该法较适合坚硬的基岩;凿铣法,即用重凿对基岩多点破碎后用液压铣削,每一循环进尺15~20cm,该法适合各种基岩,成槽质量高,但成本亦咼。
在广州地铁五号线科韵路站的地下连续墙施工中,针对本工程地层软硬互生、微风化入岩的情况,我们采用了钻一抓一钻一冲一抓的成槽施工工艺,最大限度的利用了大型成槽的的机械使用率,加快了连续墙的成槽速度,最快实现了一台成槽机单个槽段六天成槽、一天一个槽段进行灌注的施工进度,三个多月完成本项目的全部地下连续墙的施工,取得了较好的社会效益和经济效益。
2工法特点
(1)围岩适应性广:
针对不同的岩层,采用抓、抓冲抓、钻抓冲抓等不同的施工工艺,在软质~硬质岩层的地层施工中均可实现连续墙的成槽施工。
(2)机械化程度高:
本工法的施工过程中,充分发挥关键大型机械设备的使用,尽量减少人工或成孔效率相对较低的钻孔作业,尽量利用关键设备一一槽壁机,提高作业效率。
(3)成槽速度快:
针对软硬互生岩层,采用导抓孔进行抓槽施工,解除了硬岩夹层对抓斗作业的限制,由于充分发挥了关键设备槽壁机的使用效率,加快了成槽进度。
(4)成槽质量好:
由于采用抓斗进行槽段成型,成型质量较好,较传统的冲孔成槽及方锤冼槽成型好,保证了槽段成型质量;连续墙的墙面平整度较好。
(5)大型吊装设备进行钢筋笼吊放,减少钢筋笼的现场焊接作业,保证连接质量。
(6)双导管法进行水下混凝土灌注,保证连续墙水下混凝土灌注质量。
3适应范围
本工法较适宜于中硬以下的各类地层的地下连续墙施工,包括土层,全风化岩层、强风化岩层、中风化岩层及以上各种地质的互生岩层的成槽施工。
特别是对软硬互生的岩层的成槽施工,本工法更有其适用性,可极大拓展成槽机的施工适用性,提高连续墙施工成槽效率和进度。
特别注意,本工法不太适宜于坚硬以上的岩层(如微风化的花岗岩等)的成槽施工,对该类地层的连续墙成槽,可采用其它的成槽施工工艺。
4工艺原理
本工法根据围岩的情况不同,采取不同的成槽施工工艺,主要针对入岩后的中硬以下岩层,采取冲抓工艺进行成槽施工。
针对中硬以下互生岩层的力学性能,结合机械施工能力及充分发挥机械施工性能,采取先冲导抓孔及进行抓槽施工,提高机械成槽效率。
对中硬岩层先冲击成孔破坏原有岩层,利用冲抓工艺施工的关键设备一一抓斗成槽机的机械切削能力进行入岩部分的槽段成形施工。
5技术难点
该工法的基本原理是在拟建地下连续墙的地面上,先构筑导墙,液压抓斗沿导墙壁挖土,并以倾斜仪测定抓斗的垂直度.然后通过操作纠偏液压推板调整液压抓斗的垂直状况,以控制成槽精度。
在挖槽同时用泥浆护壁,防止壁面土体坍落。
在成槽结束后,通过扫孔清孔工序,清除槽底浮渣,提高墙体承载力。
最后放入钢筋笼,进行水下混凝土浇筑。
采用冲抓工艺的地下连续墙施工存在以下技术难点:
⑴槽孔建造方面:
基于复杂的地质条件和墙体在开挖过程中要起围护和封水双重作用,槽孔建
造要解决的难题有:
在土砂层中保证槽壁的稳定;钻挖硬岩(不允许爆破)所需的
机具和工艺;提高成槽精度(孔斜率,超、欠挖率),确保钢筋笼下设到位;提高清孔换浆质量,保证混凝土浇筑质量,减少接缝夹泥。
⑵墙体防水方面:
选择合理可靠的墙段连接方法是地下连续墙防水和结构稳定的关键,为保证相邻槽段的无缝可靠连接,常规采用的方法是工字钢连接法和锁口管连接法。
因此,做好工字钢接头防水(或锁口管接头防水)是墙体防水的关键。
6工艺流程及操作要点6.1冲抓工艺连续墙施工工艺流程
结合以上工艺原理,采用冲钻工艺施工地下连续墙的施工工艺流程如下:
6.2操作要点:
621导墙施工
1)导墙是保证连续墙精度的首要条件,因此,在施工放线前做好技术交底,严格复核,保证定位放线准确;
2)导墙施做时放宽50mm是为了保证抓斗、钻头、钢筋笼及锁口箱进出较为顺利;
3)为保证连续墙因为成槽精度而又不侵入车站建筑界限,同时保证内衬墙结构厚度,在放线时将连续墙中轴线向外偏移100mm
4)导墙上口高出地面140mm以防止垃圾和雨水冲入导槽内污染或稀释泥浆;
5)导墙开挖土方时,如果外侧土体能保持垂直自立时,则以土壁代替外模板,避免回填土。
否则外侧设模板。
砼强度达到设计要求后,墙背用粘土夯填密实,防止地表水渗入槽内,引起槽段塌方;
6)导墙施工完成后,在槽底铺上40mm厚50#水泥砂浆,在槽段未开挖前可作临时储浆或换浆沟用。
7)拆模后每隔2米安设上下两道支撑,支撑采用》80mn直径的圆木与[10槽钢支撑。
同时严禁重型机械在砼未达到设计强度之前靠近导墙行走,防止导墙变形。
导墙结构如下图:
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夯填粘土\
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间距2000
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C20砼
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基坑内侧
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基坑外侧
1
导墙结构图
622泥浆制造
1)新制泥浆配合比根据施工实际情况作调整,一般相对密度为1.06t/m3,由于材料性质的变动,每批新制的泥浆要对其性能,如粘度、相对密度、PH值、胶体等进行测试,符合技术要求的泥浆才允许使用。
2)泥浆由泥浆搅拌机送入新浆池,再由新浆池流入循环浆池,在新浆池内静止24小时后,放入循环池,从循环池送入开挖槽段。
从槽段中置换出来的泥浆流入沉淀池进行重力沉淀,重力沉淀16小时稳定后,用水泵抽走表面清稀部份浆水到循环池,并通过四层滤网过滤,将废渣排掉,余下的浆体再生重复利用,废浆由泥浆运输车弃置指定地点。
3)成槽过程中,及时根据地层变化情况对泥浆参数进行检验、调整。
泥浆的储备量为挖槽最大单元体积的1.5〜2倍。
泥浆质量控制的试验项目、取样时
间与位置见下页表:
泥浆检验时间、位置及试验项目
序号
泥浆
取样时间和次数
取样位置
试验项目
1
新鲜泥浆
搅拌泥浆达1oom时取样一次,分为搅拌时和放24h后各取一次
搅拌机内及新鲜泥浆池内
比重、粘度、含砂率、
PH值
2
供给到槽内的泥浆
在向槽段内供浆前
优质泥浆池内泥浆送入泵收入口
比重、粘度、含砂率、
PH值
3
槽段内泥浆
每挖一个槽段,挖至中间深度和接近挖槽完了时,各取样一次
在槽内泥浆的上部供给泥浆影响之处
同上
在成槽后,钢筋笼放入后,砼浇灌前取样
槽内泥浆的上、中、下三个位置
同上
4
砼置换岀泥浆
判断置换泥浆能否使用
开始浇注砼时和砼浇注数米内
向槽内送浆泵吸入口
PH粘度、比重、含砂率
再生处理
处理前、处理后
再生处理槽
同上
再生调制的泥浆
调制前、调制后
调制前、调制后
同上
6.2.3成槽施工
1)成槽是地下连续墙施工中的关键工序,约占地下连续墙工期的一半时间,
因此是提高工效缩短工期关键,同时成槽精度又是保证地下连续墙质量关键之
一。
针对不同地质情况,连续墙主成槽可采用不同的施工工艺方法,施工中一般采用冲抓工艺施工,即钻一抓一钻一冲一抓的方法,成槽工艺流程如下:
连续墙成槽施工工艺流程图
2)施工方法
(1)钻导孔
槽壁机挖槽前先钻①800的导孔,用钻机从地面钻至岩面标高。
其目的是:
1使泥浆充分渗入孔周一定范围的砂层,增加砂层的粘结力,减少挖槽时槽
壁的坍塌性和透水性;
2槽壁机挖槽时抓斗有临空面,速度可提高;
3探明地质情况,可提前选择施工工艺和安排工作顺序。
钻导孔时,需随时检测钻杆的垂直精度,保证精度达到1/200〜1/300。
(2)抓槽施工
钻完导孔后,用槽壁机进行挖槽,槽壁机上有垂直最小显示装置,当偏差大于1/500时,则进行纠偏工作。
抓斗工作宽度2.7m,连续墙预埋工字钢槽段的开控长度为7.0米,一个标准槽段需要三幅抓才能完成,通过砂层时,挖槽速度
不宜太快。
对较硬的中风化岩和微风化岩,抓斗刃切削不动,需进行钻或冲槽,单元槽段成槽见下页图。
单元槽段成槽示意图
1難鳞3
■
2
2700
L
2700
J
标准槽段抓槽顺序
2800
Z'型槽段抓槽顺序
(3)钻切线孔
从中风化岩面开始,在槽段导孔之间补切线钻孔,钻至墙底标高下0.1m深,然后用槽壁机挖槽,能挖到底标高时则进行换浆工作,否则需冲槽(孔)。
(4)冲槽
冲槽采用国产ZP-3冲击钻机施工,配备方形冲锤,冲锤平面尺寸为0.76m
x1.2m,整体铸钢,重量在钻机牵引功能限制下尽量选用重锤。
对一个槽段,平面上从一端冲到另一端,每冲0.5m厚的一层岩,用槽壁机清一次沉碴,这样可提高冲击效率。
冲槽至设计底标高下0.1m,用槽壁机抓斗清完沉碴后即可换浆。
6.2.4连续墙接头施工
连续墙接头是极其重要的施工环节,施工难度大,处理不好,将会给主体开挖及结构施工带来很多麻烦和困难,也会给围护结构留下长期质量隐患。
1)接头形式选定
根据设计要求选定,连续墙接头一般采用预埋工字钢接头。
2)接头施工方法
当槽段开挖、清槽完成后,接头工字钢焊接在钢筋笼上,与钢筋笼吊装一起
吊装入槽,工字钢外侧贴塑料泡沫,吊装到位后,工字钢背面回填砂包或粘土包压住。
工字钢接头塑料泡沫要绑扎牢固,因槽段深浮力较大,在下钢筋笼过程中,如有泡沫松脱上浮,要取出钢筋笼,重新固定泡沫再吊放。
工字钢接头示意图如下图所示意。
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工字钢接头示意图
3)接头处理
连续墙施工最难处理的就是接头刷除泥皮,因为人眼看不到接头面,整个处理过程只能靠经验。
连续墙接头采用工字钢形式,设计专用刷壁器,钢丝刷毛长40mm刷壁器用钢板、型钢制作,刷毛用钢丝制作,毛长40mm刷壁时用吊机吊起刷壁器,紧贴接头面从上至下刷壁。
刷壁器每使用一次,都要立即用清水冲洗干净,及时更换损坏的钢丝。
刷壁器大样见下图:
刷壁器
■
—
'、二4
L八连续墙、X
刷壁器大样图
625钢筋笼制作与安装
钢筋笼采用整体制作、采用QUY-50型履带吊车整体吊装入槽,缩短工序时间。
1)钢筋加工平台
为保证地下连续墙特殊的工艺和精度要求,制做专门的钢筋网片加工平台,
平台的平整度w10mm
2)钢筋笼加工
(1)钢筋笼一般尽寸均较大,重理较重,加工时应严格控制好质量;钢筋
笼保护层用320x100X5mn钢板纵横1.8m间距布置一块焊在钢筋网片外侧。
同时为保证加工和起吊时钢筋网片不变形,有一定刚度,在网片内设四组纵向钢筋桁架。
钢筋笼结构见下图。
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釘共I評
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连续墙配筋示意JS
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纵向騎桁架示意图
(2)钢筋笼加工符合设计图纸和施工规范要求,钢筋笼加工按以下顺序;先铺设横筋,再铺设纵向筋,并焊接牢固。
焊接低层保护垫块,然后焊接中间桁架。
再焊接上层纵向筋和面层横向筋,然后焊接锁边筋,后焊接吊筋。
(3)钢筋笼制作过程中,预埋件、测量元件位置要准确,并保留出导管位
置,钢筋保护层定位块用5mm厚钢板,焊于水平筋上。
起吊点附近的水平筋100%点焊,其于部位50%点焊。
(4)为保证砼灌注导管顺利插入,纵向主筋放在内侧,横向钢筋放在外侧;
(5)纵向钢筋的底端距离槽底10cm同时钢筋底端稍向内弯折;
(6)纵向钢筋搭接采用搭接双面焊,搭接长度5d,且钢筋轴线在一条直线上;
(7)制作网片时,在制作平台上焊上定位钢筋桩,以提高工效和保证制作质量;
3)钢筋笼吊放
(1)钢筋笼的起吊、运输和吊放应周密地制订施工方案,不允许在此过程中产生不能恢复的变形。
钢筋笼的起吊见下图。
钢筋笼的构造与起吊方法
(2)钢筋笼的起吊应用横吊梁或吊架。
吊点布置和起吊方式要防止起吊时引起钢筋笼变形。
起吊时不能使钢筋笼下端在地面上拖引,以防造成下端钢筋弯曲变形。
为防止钢筋笼吊起后在空中摆动,应在钢筋笼下端系上拽引绳以人力操纵。
(3)插入钢筋笼时,最重要的是使钢筋笼对准单元槽段、垂直而又准确的
插入槽内。
钢筋笼进入槽内时,吊点中心必须对准槽段中心,然后徐徐下降,此时必须注意不要因起重臂摆动或其他影响而使钢筋笼产生横向摆动,造成槽壁坍
塌。
(4)如果钢筋笼不能顺利插入槽内,立即吊出,查出原因加以解决,如果需要则在修槽之后再吊放。
不能强行插放,否则会引起钢筋笼变形或使槽壁坍塌,产生大量沉渣。
625连续墙水下混凝土灌注
(1)清槽
槽段开挖到设计标高后,采用置换法对槽底进行认真清理,将尚未沉淀的土碴从槽段上口同泥浆一道带出来,使槽内泥浆密度调整到1.15左右,再静止1h
的时间,等剩余泥碴沉到槽底,再采用槽底砂石吸力泵将沉碴集中吸出处理,槽口同时注入调整合格的泥浆,使槽段内泥浆最终达到各项指标。
清底工作示意图见下图。
置换出的泥浆
泥浆补给
(a)置换法(b)沉淀法
清底工作示意图
(2)混凝土的制拌
砼灌注一般采用商品混凝土,设计强度为C30,地下连续墙槽段的浇筑具有一般水下混凝土浇筑的施工特点,坍落度控制在180〜220mm每立方米混凝土中水泥用量不少于400kg,粗骨料最大粒径<40mm具有良好的和易性。
满足设计要求的抗压强度等级、抗渗性能,水灰比w0.55。
灌注砼采用商品砼,每个槽段的每车砼都要现场取样,作坍落度试验,发现不合格,立即退回厂家。
(3)砼灌注设备配置
灌注砼用的导管根据灌注速度及砼量选用直径①200mm的钢管,导管壁厚
3mm,2m长一节,最下部一节长度为4m,采有内外套丝接头。
灌注混凝土的隔水栓采用预制混凝土塞。
料斗做成圆锥形,一次容量不小于2.5m3。
具体尺寸见
下图。
导管料斗起吊机械采用冲击钻机。
预埋08提环
082
02^-
HI
橡胶圈
砼制
〔制
180
2oo(内径)
1500
导管及隔水栓大样
(4)水下砼灌注
1)钢筋笼沉放就位后及时灌注砼,不得超过4h。
2)为保证水下混凝土的灌注能顺利进行,灌注前应拟定灌注方案,主要机具应留有备用,灌注前应进行试运转。
3)灌注前应复测沉碴厚度,办理隐蔽工程检查,合格后及时灌注,其间歇时间不宜超过4h。
4)开始灌注时,隔水栓吊放的位置应临近水面,导管底端到孔底距离0.3m~0.5m。
5)开灌前储料斗内必须有足以将导管的底端一次性埋入水下混凝土中0.5m以上深度的混凝土储存量V》4.8m3。
在第一次入料时,用两台6m3以上的砼输送车,连续不断的往储料斗中输送混凝土。
6)混凝土灌注的上升速度不得小于2m/h,每个单元槽段的灌注时间不得超过6h。
7)随着混凝土的上升,要适时提升和拆卸导管,导管底端埋入混凝土面以下一般保持1.5〜3m严禁将导管底端提出混凝土面。
提升导管时应避免碰撞挂钢筋笼。
8)设专人每30min测量一次导管埋深及管外混凝土面高度,每2h测量一次导管内混凝土面高度。
混凝土应连续灌注不得中断,间歇时间任何情况下不得超过30min。
9)在一个槽段内同时使用两根导管灌注时,其间距应不大于3m导管距槽段端头不宜大于1.5m,槽内混凝土面应均衡上升,各导管处的混凝土表面的高差不宜大于0.5m,终浇混凝土面高程应高于设计要求0.3m〜0.5m,等凿去浮浆后使其能符合设计要求标高。
(a)
(a)标准槽段灌注示意;(b)
二£7导管
800
(b)
L”型槽段导管分布;
砼灌注及导管布置图
7主要机械设备
冲抓工艺地下连续墙施工所需的主要机械设备如下表:
主要机械设备表
序号
名称
规格型号
单位
数量
用途
备注
1
抓斗成槽机
QUY-50B吊机配K2500型抓斗
台
1
2
冲击钻机
国产ZP-3
台
14
3
汽车式起重机
QY-25型
台
1
4
履带式起重机
QUY-50
台
1
5
泥浆泵
SNS-H300
台
14
6
泥浆搅拌机
叶片式,22KW
台
1
7
泥浆运输车
CA1091
台
1
8
交流弧焊机
BX3-500-2
型,30.5-38.6KVA
台
16
9
钢筋弯曲机
WY-40
台
2
10
钢筋切断机
QG32
台
2
11
发电机
200KW
台
1
备用
8劳动组织
根据地下连续施工地现场条件及环境要求,在工期要求保证的情况下,一般需安排两个作业时间段,夜间不安排成槽施工,防止震动及噪声扰民。
按照两作班组进行安排,采用冲抓工艺施工所需的劳动力要求如下表:
劳动组织表
序号
工种
人数
序号
工种
人数
1
现场施工员
2
10
试验工
4
2
钢筋工
25
11
修理工
4
3
电焊工
12
12
普工
10
4
混凝土工
10
12
汽车司机
6
5
起重工
4
6
钻机司机
52
7
巡守
2
8
电工
2
9
测量工
2
合计:
135
9质量要求
1)、为保证连续墙墙体不侵入基坑净空,导墙施工应将中线外放5~15cm,保证墙体顷斜及施工误差不影响基坑净空。
2)、抓槽机械应有导向装置,保证抓槽施工的垂直施工误差。
保证成槽精度
在1/200以内。
3)、施工过程中严格控制泥浆的的浓度,特别是砂性地质的抓槽施工,好的泥浆质量是保证成槽质量的关键。
4)、切线孔的布置应均匀设置,控制好孔间距,防止冲孔偏孔影响槽段成槽质量。
5)、做好连续墙槽段之间的连接处理,达到止水效果。
采用工字钢接头的,采用锁口箱护槽,并做好工字钢刷壁质量;采用锁口管进行接头处理的,应控制好锁口管的拔除时机,杜绝在接头处出现渗漏水的质量缺陷。
6)、控制好墙体混凝土的质量并做好水下混凝土的灌注施工,施工过程计算好第一斗混凝土的用量及隔水栓的剪除时机,配置足够的混凝土拌制和运输设
备,保证混凝土的灌注过程连墙进行,杜绝断桩事故。
7)、墙体灌注完成后,及时进行墙体的质量检测,对出现的质量问题及时给予解决,指导下一槽段的墙体施工
8)、地下连续墙质量标准及检验方法见下页表:
地下连续墙质量标准及检验方法
项目类别
序号
检查项目
允许偏差或允
许值(mm)
检验方法
主控项目
1
墙体强度
设计要求
查试块记录或取芯
试压
2
垂直度
永久结构
H/300
测声波测槽仪或成
槽机上的监测系统
测定
临时结构
H/150
一般项目
3
导墙尺寸
宽度
W+40
钢尺量,w为地下墙设计厚度
墙面乎整度
<5
钢尺量检查
导墙平面位置
±10
钢尺量检查
4
沉渣厚度
永久结构
<100
重锤测或沉积物测定仪测
临时结构
<200
5
槽深
+100
重锤测
6
混凝土坍落度
180〜220
用坍落度测定器检
查
7
钢筋笼尺寸
主筋间距
±10
钢尺量检查
长度
±100
钢尺量检查
箍筋间距
±20
钢尺量检查
直径
±10
钢尺量检查
8
地下连续墙表面
平整度
永久结构
V100
此为均匀粘土层,松
散及易坍土层由设计决定
临时结构
V150
插入式结构
V20
9
永久结构时的须
埋件位置
水平方向
<10
钢尺量检查
垂直方向
<20
用水准仪检查
注:
H为墙体高度10安全措施
1)采用液压抓斗开挖槽段时,吊臂下不得站人,行人也不得从吊臂和吊斗下通过。
抓斗装车时,吊臂的旋转半径范围内不得有人。
2)槽段挖出后应随即灌注水下混凝土,不能马上灌注时,敞口的槽段必须设栏杆防护,以防行人落入槽内。
导墙完成后都要设栏杆防护。
3)槽段两侧不得堆放重物,零星散料放于槽口2m以外,挖槽作业时,主机下必须铺垫厚度不小于3cm的钢板,以扩散接地压力。
4)对钢筋笼的吊点应有专人负责质量的检查。
保证吊点焊接牢固并达到设计要求,起吊时不能使钢筋笼下端在地面上拖引,以防造成下端钢筋弯曲变形。
为防止钢筋笼吊起后在空中摆动,应在钢筋笼下端系上拽引绳以人力操纵。
5)钢筋笼的起吊应用横吊梁或吊架。
吊放钢筋笼,主副钩必须密切配合,
设专人指挥,吊臂旋转范围内不得站人,指挥人员亦必须站在旋转范围以外。
6)汽车吊起吊重物时,必须放下支腿并垫牢。
11效益分析
1、采用冲抓工艺进行地下连续墙壁的成槽施工,克服了软硬互生岩层的抓
孔成槽问题,极大地利用了凿壁机的机械使用效率,提高了成槽效率,加快施工
进度。
2、由于对各种地层均采取不同的方案,尽最限度的利用地下连续墙成槽施工的关键设备——抓斗成槽机,减少了能耗较高的施工工艺——冲击成孔工艺的工作数量,节约了施工用电,降低施工成本。
3、采用抓斗机进行槽段的成形施工,槽段成形质量较好,壁面光滑平整,混凝土灌注质量容易保证,基坑开挖后对墙面的修整工作量极大的减小,为防水层的施工奠定了良好的基础。
12应用实例
广州市轨道交通五号线科韵路站位于天河区的黄埔大道与科韵路的交叉口
的东侧,起止里程为YDK21+521.1〜YDK21+678。
车站外包总长156.9m,标准段外包宽度19.1m,车站两端为盾构始发井。
本站主体和I号风道的围护结构采用地下连续墙方案,总长371.9m,连续墙厚度为800
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