本发明涉及地铁车站施工技术领域，具体为一种深基坑施工中钢管临时替换跨基坑混凝土管施工方法。
背景技术：
在地铁车站主体结构施工前会将道路中的各类管线改移到主体基坑两侧，这对后续附属结构施工造成了一定影响，尤其是埋深较深、直径较大的钢筋混凝土排水管线，改移难度大、改移周期长、路径受限制，横跨基坑悬吊保护管线的方法也因其自重大，难以实现。在附属结构施工时，如果对此类管线进行改移或悬吊保护要花费大量的时间成本和经济成本，因此提出了使用钢管临时替换混凝土管横跨基坑的施工方法，本发明方法相对于其他施工方法可以节省工期，并可以取得较好的经济效益。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种深基坑施工中钢管临时替换大直径、大流量的跨基坑混凝土管施工方法，采用钢管原位临时替换基坑范围内的混凝土排水管，保证结构施工时管道畅通。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种深基坑施工中钢管临时替换跨基坑混凝土管施工方法，包括如下步骤：
（1）、管道相邻钻孔桩混凝土梁的施工
在地铁车站主体结构施工区域，开挖施工基坑至混凝土排水管底部，针对该混凝土排水管横跨施工基坑的两端，在位于混凝土排水管一端两侧的钻孔桩之间，架设用于支撑混凝土排水管一端的混凝土梁，同理，在位于混凝土排水管另一端两侧的钻孔桩之间，架设用于支撑混凝土排水管另一端的混凝土梁；
（2）、封堵管道上游
管道封堵采用蛙人安装气囊的方法，即在该混凝土排水管的上游最近检查井中的下游管道口安装气囊并充气，做好封堵工作；然后将该混凝土排水管内上游滞水引入临近排水管线；
（3）、凿除混凝土排水管
将混凝土排水管中横跨施工基坑的部分凿除，凿除范围足够主体结构施工即可；
（4）、安装钢管砌砖封堵空隙
钢管长度按照钢管端部伸入混凝土排水管内2m设计，将钢管两端插入混凝土排水管后，在每一端的钢管和混凝土排水管之间的间隙内，砌筑封堵墙，并在封堵墙表面抹防水砂浆；
（5）、注浆加固混凝土排水管周围土体
在位于每一端的混凝土排水管周围分别进行水平注浆和垂直注浆，提高混凝土排水管周围的土体强度，降低土体渗透系数，防止基坑透水；
（6）、施做钢筋混凝土暗涵
地铁车站主体结构施工完毕，对施工基坑回填至混凝土排水管后，在凿除的混凝土排水管段制作钢筋混凝土暗涵底板及侧墙，用于混凝土排水管的重新连接，之后将钢管和封堵墙拆除；最后施做暗涵顶板及检查井。
进一步优选的，步骤（1）中，混凝土梁截面尺寸为500mm×500mm，保护层厚度为45mm，使用c30混凝土，主筋采用钻孔植筋的方式插入相邻钻孔桩上，钢筋植筋深度要达到250mm，主筋采用6根φ25mm，箍筋采用φ10@150的形式布置，主筋连接形式采用焊接。
进一步优选的，步骤（4）中，防水砂浆按照水泥:砂:水:防水剂=1:2:0.5:0.025（质量比）配制。
进一步优选的，步骤（5）中，水平注浆选取5个孔位，孔位中心与混凝土管道外边线间距为100mm，孔位分别选取与竖向中线-135°、-45°、0°、45°、135°，共计五个孔位，钻孔孔深为表层土至第一道管节处；垂直注浆对混凝土排水管道下部土体进行加固，加固深度与设计止水帷幕底标高相同。
注浆浆液采用双液注浆，双液浆配比为：a液（质量比）=水:水泥=1.5:1，b液（体积比）=水玻璃:水=2:1，现场采用注浆配比为，a液:b液=1:1（体积比）；根据现场实际配比，200kg水泥配置1m3双液浆。注浆：对钻孔进行交叉注浆；观察注浆压力表和受注土体表面，当压力表压力逐渐增大时，或土层表面出现跑浆时，停止注浆。
本发明方法先将管线上游临时封堵，创造窗口期凿除既有管线，利用钢管轻质、强度高、整体性好、利于加工运输的特性将钢管插入混凝土管道中，并做好封堵，之后解除上游封堵恢复管道畅通，以此在保证基坑安全的前提下，快速创造出后续施工的施工面，以达到节约工期、成本的目标。
本发明方法具有如下特点：
1、施工效率高、节省工期
相对于其他做法，钢管替换混凝土管施工周期短，虽然前期准备工作较多，但是均可提前组织安排，前期工作完成后仅需1天时间即可完成换管、恢复排水管线畅通，可以大量节约总体工期。
2、经济节约，安全可靠
充分利用钢材轻质、高强、易加工、易安装、成本低的特性，既能保证钢管横跨基坑的自身稳定性，又能保证一定的管径，确保在排水高峰期，大水量的通过性，还能保证总体成本经济节约。
3、沟通协调工作少
如果采取管改移的方案需要与市政部门、设计院等单位协调改移路径，还有可能涉及到征地，办理手续、协调沟通较为复杂。采用本发明方法，仅需在施工场地内进行施工，省去了与外单位的沟通协调，总体上节约了时间成本和沟通成本。
4、对管线运行影响小
临时替换用的钢管截面积满足排水流量要求，并根据水位观测，与现状管线水位基本相同，不会造成滞水，对管线运行影响较小。
本发明方法适用于大直径、大流量混凝土横跨深基坑时，混凝土管难以改迁，又难以实现临时抽排导改的工程。采用钢管原位临时替换基坑范围内的混凝土管，保证结构施工时管道畅通，具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1表示本发明施工方法的流程示意图。
图2表示钢管的受力简图。
图3表示钢管弯矩示意图。
图4表示混凝土梁布置形式示意图。
图4a表示图4中a-a剖面图。
图4b表示图4中1-1剖面图。
图5表示混凝土排水管端部注浆范围正视图。
图5a表示混凝土排水管端部注浆范围侧视图。
图中：1-混凝土排水管，2-钻孔桩，3-混凝土梁，4-钢管，5-封堵墙；ⅰ-水平注浆，ⅱ-垂直注浆，ⅲ-第一道管节。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
太原市轨道交通2号线晋阳街站（ydk15 4486.999~ydk15 718.299）在2号线1号出入口、2号出入口施工时，需对横跨基坑的dn1500污水管进行处理，由于工期压力大，改移成本巨大、工期长，因此选用本方法以保证进度及成本。通过钢管临时替换混凝土管，相比管线改移节省工期20天，节省费用116.96万元，也证明了本发明方法的安全性和可操作性，取得了明显的经济效益和社会效益。
具体如下：
一、一种深基坑施工中钢管临时替换大直径、大流量的跨基坑混凝土管施工方法，包括如下步骤：
1、施工准备
钢管强度、稳定性的验算：钢管横跨基坑，按两端简支计算，钢管跨中弯矩如图2和图3所示：
满水的荷载
钢管的荷载
均布的荷载
钢管极限承载弯矩：
钢管挠度计算：
钢管自身强度可以通过理论计算。
2、管道相邻钻孔桩混凝土梁的施工
在地铁车站主体结构施工区域，开挖施工基坑至混凝土排水管底部，针对该混凝土排水管横跨施工基坑的两端，在位于混凝土排水管一端两侧的钻孔桩之间，架设用于支撑混凝土排水管一端的混凝土梁（如图4所示），同理，在位于混凝土排水管另一端两侧的钻孔桩之间，架设用于支撑混凝土排水管另一端的混凝土梁。
如图4a及4b所示，混凝土梁截面尺寸为500mm×500mm，保护层厚度为45mm，使用c30混凝土，主筋采用钻孔植筋的方式插入相邻钻孔桩上，梁沿管底布置，以确保混凝土管的稳定，布置图如下图所示。主要注意事项如下：
（1）钢筋植筋深度要达到250mm，要做好钻孔、清孔、注胶的工作，确保主筋具有足够的抗拔力。
（2）主筋采用6根φ25mm，箍筋采用φ10@150的形式布置，主筋连接形式采用焊接，并应满足搭接长度。
3、封堵管道上游
管道封堵采用蛙人安装气囊的方法，即在该段混凝土排水管（作为替换管道）的上游最近检查井中的下游管道口安装气囊并充气，做好封堵工作；封堵工作要做好安全工作，确保蛙人的氧气供应、安全绳的安装等工作。
然后将该混凝土排水管道中上游的水，可以采用潜水泵抽排、龙吸水抽排、搭设临时管线等方法，将上游滞水引入临近排水管线，避免水流汇集。
4、凿除混凝土排水管
将混凝土排水管中横跨施工基坑的部分凿除，凿除范围足够主体结构施工即可，尽量缩短混凝土管的悬空跨度，以尽量降低风险。
采用顶管法施工的管道，可以先拆除半管，预留出足够安装钢管的工作面即可，避免混凝土管突然断开造成管节间压力的损失，形成缝隙、造成漏水，待注浆封堵、加固完成后再拆除剩余部分的钢筋混凝土。
5、安装钢管砌砖封堵空隙
钢管长度按照钢管端部伸入混凝土排水管内2m设计（如图5a所示），吊装作业前要在钢管上提前焊接吊耳，准备足够长的钢丝绳采用两点起吊，吊点位置布置使得钢丝绳水平角度不应小于60°。将钢管两端插入混凝土排水管后，在每一端的钢管和混凝土排水管之间的间隙内，砌筑24砖封堵墙，各道接缝处采用水不漏封堵，砌筑及封堵完成后在墙体表面抹1cm厚砂浆。
砌筑、抹面用砂浆采用防水砂浆，按照水泥:砂:水:防水剂=1:2:0.5:0.025（质量比）配制。其中，砂采用河砂中砂。水用量根据砂的实际含水量调整。防水剂按产品说明，施工时先按防水剂:水=1:9（体积比）混合均匀稀释备用，再将水泥与砂搅拌到色泽一致时，添加适量的稀释防水剂搅拌均匀后使。
6、注浆加固混凝土排水管周围土体
上一步工序完成后，采用注浆工艺降低土体渗透系数，防止基坑透水以及提高土体强度；注浆分两个方向注浆，分别为水平注浆和垂直注浆；即在位于每一端的混凝土排水管周围分别进行水平注浆和垂直注浆。
如图5及5a所示，水平注浆选取5个孔位，孔位中心与混凝土管道外边线间距为100mm，孔位分别选取与竖向中线-135°、-45°、0°、45°、135°，共计五个孔位，钻孔孔深为表层土至第一道管节处；垂直注浆对混凝土排水管道下部土体进行加固，加固深度与设计止水帷幕底标高相同。
注浆浆液采用双液注浆，双液浆配比为：a液（质量比）=水:水泥（42.5普通硅酸盐水泥）=1.5:1，b液（体积比）=水玻璃（40be）:水=2:1，最总现场采用注浆配比为，a液:b液=1:1（体积比）；根据现场实际配比，4包水泥（普通硅酸盐#425水泥200kg）配置1m3双液浆。
注浆：对钻孔进行交叉注浆；观察注浆压力表和受注土体表面，当压力表压力逐渐增大时，或土层表面出现跑浆时，停止注浆。
7、施做钢筋混凝土暗涵
地铁车站主体结构施工完毕，需要对既有管线进行恢复，临时钢管不能满足永久使用要求，因此需要制作钢筋混凝土暗涵。对施工基坑回填至混凝土排水管后，在凿除的混凝土排水管段制作钢筋混凝土暗涵底板及侧墙，用于混凝土排水管的重新连接，之后将钢管和封堵墙拆除；最后施做暗涵顶板及检查井。
施工时需注意：暗涵侧墙高度要充分考虑管道上游水头高度及压力，在水压较小时间段进行钢管拆除，避免水压过大，边墙高度不足，造成冒水；新作暗涵包裹混凝土管道时要做好防水局部加强工作，避免接缝处渗漏水。
二、材料与设备
表1主要机械和设备一览表
表2主要材料一览表
三、质量控制如下：
1、施工前认真做好相关施工方案的编制及检算工作，并融入土方开挖的施工方案中，经过专家论证后，根据专家意见进行修改，保证方案的可实施性。
2、施工所有使用的材料均应有出场合格证和出场生产日期，并按要求进行抽检，严禁使用不合格或者过期的产品。
3、对于关键的双液浆配比、防水砂浆配比提前通过试验确定适合现场使用的配比，施工过程中严禁随意改动，如现场效果不佳，试验室重新计算适合现场施工的配比。
4、进场的机械设备要提前做好验收（包括设备名称、规格、型号、数量、运行情况等），检验合格后方可使用。
5、建立施工质量保证体系，明确相应责任人，做好施工过程中的自检工作，确保施工质量。
6、确保所有施工人员具有相应资质。
7、安排技术人员、现场人员、安质人员进行现场旁站，确保施工过程质量。
四、效益分析
地铁施工由于大部分在繁华市区，基本不具备全面开挖条件，因此本方法与顶管法改移管线进行对比。本发明方法相对顶管法改移可以产生较大的经济效益，可节省116.96万元。本发明方法只需对影响范围内的管线进行处理，施工各工序均较为简单、各工序衔接也比较紧密，所需的各种材料、机械设备也均是施工现场的必需品，均会有一定批量储备，购买、租赁成本更加低廉。
本发明方法产生的社会效益为，本方法施工时间较短，为整体工期提前做出了巨大贡献，相比顶管改移管线方案可节省20天。工期节约，可以保证附属结构的封顶时间节点，为地铁的早日通车提供了有力保障，也可为缓解当地人民群众的交通出行压力有重大意义，也有利于带动城市周边经济的发展，也有利于城市的宣传和旅游发展。而且顶管施工需要有大量土方外弃，运渣车难免造成一定抛洒、扬尘，不仅会增加一定安全文明施工费，也会对周围居民生活造成一定影响，本发明方法施工均在场地内，对周围居民的生活生产影响较少。
本发明方法产生的节能效益主要体现在，本发明方法投入的各项材料、能源均比顶管改移管线法少，施工工序简单，可以节约投入的人力、物力，总体上满足节省能源的要求。
表3各项施工方法工期费用对比表
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。
1.一种深基坑施工中钢管临时替换跨基坑混凝土管施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、管道相邻钻孔桩混凝土梁的施工
在地铁车站主体结构施工区域，开挖施工基坑至混凝土排水管底部，针对该混凝土排水管横跨施工基坑的两端，在位于混凝土排水管一端两侧的钻孔桩之间，架设用于支撑混凝土排水管一端的混凝土梁，同理，在位于混凝土排水管另一端两侧的钻孔桩之间，架设用于支撑混凝土排水管另一端的混凝土梁；
（2）、封堵管道上游
管道封堵采用蛙人安装气囊的方法，即在该混凝土排水管的上游最近检查井中的下游管道口安装气囊并充气，做好封堵工作；然后将该混凝土排水管内上游滞水引入临近排水管线；
（3）、凿除混凝土排水管
将混凝土排水管中横跨施工基坑的部分凿除，凿除范围足够主体结构施工即可；
（4）、安装钢管砌砖封堵空隙
钢管长度按照钢管端部伸入混凝土排水管内2m设计，将钢管两端插入混凝土排水管后，在每一端的钢管和混凝土排水管之间的间隙内，砌筑封堵墙，并在封堵墙表面抹防水砂浆；
（5）、注浆加固混凝土排水管周围土体
在位于每一端的混凝土排水管周围分别进行水平注浆和垂直注浆，提高混凝土排水管周围的土体强度；
（6）、施做钢筋混凝土暗涵
地铁车站主体结构施工完毕，对施工基坑回填至混凝土排水管后，在凿除的混凝土排水管段制作钢筋混凝土暗涵底板及侧墙，用于混凝土排水管的重新连接，之后将钢管和封堵墙拆除；最后施做暗涵顶板及检查井。
2.根据权利要求1所述的一种深基坑施工中钢管临时替换跨基坑混凝土管施工方法，其特征在于：步骤（1）中，混凝土梁截面尺寸为500mm×500mm，保护层厚度为45mm，使用c30混凝土，主筋采用钻孔植筋的方式插入相邻钻孔桩上，钢筋植筋深度要达到250mm，主筋采用6根φ25，箍筋采用φ10@150的形式布置，主筋连接形式采用焊接。
3.根据权利要求2所述的一种深基坑施工中钢管临时替换跨基坑混凝土管施工方法，其特征在于：步骤（4）中，防水砂浆按照水泥：砂：水：防水剂=1：2：0.5：0.025（质量比）配制。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种深基坑施工中钢管临时替换跨基坑混凝土管施工方法，其特征在于：步骤（5）中，水平注浆选取5个孔位，孔位中心与混凝土管道外边线间距为100mm，孔位分别选取与竖向中线-135°、-45°、0°、45°、135°，共计五个孔位，钻孔孔深为表层土至第一道管节处；垂直注浆对混凝土排水管道下部土体进行加固，加固深度与设计止水帷幕底标高相同。
5.根据权利要求4所述的一种深基坑施工中钢管临时替换跨基坑混凝土管施工方法，其特征在于：步骤（5）中，
注浆浆液采用双液注浆，双液浆配比为：a液（质量比）=水:水泥=1.5:1，b液（体积比）=水玻璃:水=2:1，现场采用注浆配比为，a液:b液=1:1（体积比）；根据现场实际配比，200kg水泥配置1m3双液浆；
注浆：对钻孔进行交叉注浆；观察注浆压力表和受注土体表面，当压力表压力逐渐增大时，或土层表面出现跑浆时，停止注浆。
技术总结