一种沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法
【专利摘要】本发明属于水利施工技术领域，涉及一种沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其步骤为：以原一次围堰被冲毁后的剩余充砂长管袋和河床为基底，在基底两侧抛石块形成内侧抛石堰体和外侧抛石堰体；在内侧抛石堰体和外侧抛石堰体之间填筑粘土形成一级粘土堰体，内侧抛石堰体、外侧抛石堰体和一级粘土堰体构成了土石围堰，土石围堰施工完成后，在土石围堰上方填筑二级粘土堰体，在一级粘土堰体中部施工塑性混凝土钻孔咬合桩，作为土石围堰的防渗体系。本发明可在原一次围堰被冲毁后的剩余充砂长管袋和河床的基础上快速重建围堰，形成稳定的土石围堰及其防渗体系，保证围堰内剩余土建工程达到无水作业的施工条件。
【专利说明】
一种沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，属于水利施工技术领 域。
【背景技术】
[0002] 红谷隧道穿越赣江，连接红谷滩新区与东岸老城区，距离上游南昌大桥1.4km，距 离下游八一大桥2.3km，为东西走向双向六车道城市交通主干线。隧道总长9.3km，过江段采 用沉管，长度1329m。隧道采用"快速过江、水下立交、多点疏散、东西贯通"设计，西起丰和中 大道与怡园路交叉口，向东沿怡园路布设，在红谷中大道设一对出入口，主线下穿红谷中大 道和赣江中大道，以直线形式穿越赣江和江心洲，以水下互通立交衔接东岸，分别在沿江中 大道南、北两侧各设1对出入口，中山西路设1对出入口，朝阳洲中路设1个出口。为满足沉管 与暗埋段对接要求，在东岸设置端头整体式、两侧分离式充砂长管袋临时围堰及其防渗体 系隔断赣江水。
[0003] 东岸围堰轴线长约651m，端头坡脚深入江中长度320m，进入赣江主航道。围堰填筑 高度约20m，底部宽度约120m，顶部宽度约10m，填筑方量约70万方，分别在18.5m高程和9.7m 高程设3.0m宽的平台。堰体内外侧边坡坡比分别为1:2.5和1:3.0,围堰边坡防护采用砂卵 石垫层+格宾网垫。16.7m以下围堰采用两侧充砂长管袋和中间砂芯横断面结构，在砂芯范 围施工三轴搅拌粧槽壁加固和塑性混凝土防渗墙隔断赣江水。16.7m以上堰体外侧为粘土 防渗斜墙，内侧为充砂长管袋。
[0004]南昌市红谷隧道充砂长管袋围堰为国内内河规模之最，遭受不可抗力赣江冬汛洪 峰，洪水迅速漫过堰顶，瞬间形成大落差急流直下叠水瀑布，大面积冲刷围堰内边坡，冲损 模袋，冲走内堰砂体和中间砂芯散料，导致端头堰体整体变薄，围堰三轴搅拌粧和塑性混凝 土防渗墙遭到破坏，仅靠外堰体无法抵抗赣江高水压，外堰体模袋也被洪水多处拉裂，进而 外堰体模袋砂被洪水冲走，随着内、外堰体相继被冲开缺口并迅速扩大，最终洪水冲毁堰 体。
[0005] 在河流围堰修复过程中，一般采用轴线干坞法施工的沉管隧道在管段浮运出坞后 需要施作二次围堰将干坞与河流隔离开，然后将干坞里的水抽干并进行二次开挖。一般情 况沉管隧道二次围堰方案主要有膜袋砂围堰、混凝土砌块围堰和土石围堰，广州生物岛一 大学城沉管隧道在施工二次围堰时，工程技术人员做了相关的研究和探索，结合沉管隧道 施工特点，首次采用水下自密实不扩散混凝土技术开发出了一种沉管隧道二次围堰防渗体 系的施工方法。
【发明内容】
[0006] 针对江中重建围堰，受河流水文条件影响较大，施工环境复杂，施工难度高，围堰 需拆除并恢复原河床的问题，本发明提供了一种沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法， 其施工过程简单可控，有助于快速重建围堰并保证其耐用性。
[0007] 本发明通过下述技术方案来实现。一种沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法， 其特征在于步骤如下：
[0008] -、以原一次围堰被冲毁后的剩余充砂长管袋和河床为基底，在基底两侧抛石块 形成内侧抛石堰体和外侧抛石堰体；
[0009] 二、在内侧抛石堰体和外侧抛石堰体之间填筑粘土形成一级粘土堰体，内侧抛石 堰体、外侧抛石堰体和一级粘土堰体构成了土石围堰，土石围堰施工完成后，在土石围堰上 方填筑二级粘土堰体；
[0010]三、一级粘土堰体中部施工塑性混凝土钻孔咬合粧。
[0011] 进一步优选，被冲毁堰体沿轴线往往呈凹形豁口，塑性混凝土钻孔咬合粧作业范 围地层主要为未被冲毁的长管袋充填砂和粘土，其中豁口两侧砂层较厚，中间砂层较薄，为 了保证重建围堰薄弱处的强度，在塑性混凝土钻孔咬合粧转角和与原先塑性混凝土防渗墙 接茬处施工三重管旋喷粧。
[0012] 进一步优选，所述在一级粘土堰体和二级粘土堰体的边坡及顶面铺设钢筋网片并 模筑早强混凝土;边坡坡顶、坡底和变坡点位置钢筋网片必须连续设置。边坡及坡顶打入固 定钢筋的网片钢筋，钢筋与钢筋网片绑扎牢固。
[0013] 进一步优选，边坡坡面混凝土施工之前预埋PVC管作为泄水孔，泄水孔间距2500 X 2500mm，PVC管长度为0.5m，外包双层80目密目网。
[0014] 更具体的，步骤一中，利用船舶把石块运至江中端头围堰，利用抓斗船把石块按照 围堰轴线进行水下抛填合拢堰体;抛石堰体施工过程中，定期对堰体进行扫测，确保堰体形 状和边坡坡比满足设计要求。土石围堰的堰体迎水面抛石边坡比为1:1.5，背水面抛石边坡 坡比为1:1.2;外侧抛石堰体的迎水侧边坡坡比为1:1.5，背水侧边坡坡比为1:1.2;内侧抛 石堰体的两侧边坡坡比均为1:1.2，外侧抛石堰体比内侧抛石堰体高。
[0015]更具体的是，内、外侧抛石堰体施工至目标高度后，自卸汽车陆运粘土至施工现 场，利用挖掘机、装载机和装载机往内、外抛石堰体之间堆填粘土至围堰顶面，形成土石围 堰。土石围堰上方施工3m高程的二级粘土堰体，二级粘土堰体底部宽度为15.5m，顶部宽度 为5.0m，内、外侧边坡为1:1.75。
[0016] 进一步优选，塑性混凝土钻孔咬合粧直径1200mm，粧间距900mm，咬合300mm，入岩 3.5m。采用四台反循环钻机钻孔，自制泥浆护壁，跳孔施工，水下浇筑塑性混凝土，塑性混凝 土强度指标同原围堰防渗墙塑性混凝土。塑性混凝土钻孔咬合粧分为一序粧和二序粧，一 序粧和二序粧的混凝土融合在一起呈嵌入咬合状态而形成一个连续、封闭的整体排粧结 构。
[0017] 通过上述方法，本发明还提供了一种沉管隧道重建围堰结构，包括基底，内侧抛石 堰体、外侧抛石堰体、一级粘土堰体、二级粘土堰体，其特征在于:所述基底是原一次围堰被 冲毁后的剩余充砂长管袋和河床，在基底两侧抛石块形成内侧抛石堰体和外侧抛石堰体； 在内侧抛石堰体和外侧抛石堰体之间填筑粘土形成一级粘土堰体，内侧抛石堰体、外侧抛 石堰体和一级粘土堰体构成了土石围堰，在土石围堰上方填筑二级粘土堰体;一级粘土堰 体中部钻孔并浇筑塑性混凝土钻孔咬合粧。
[0018] 作为优选，在一级粘土堰体和二级粘土堰体的边坡及顶面铺设钢筋网片并模筑早 强混凝土;边坡坡顶、坡底和变坡点位置钢筋网片连续设置;边坡及坡顶打入固定钢筋的网 片钢筋，钢筋与钢筋网片绑扎牢固。
[0019] 本发明的有益效果:土石围堰重建堰体及其防渗体系具有结构稳定、抗渗性能好、 成本较低、作业方便、安全性高、工期可控且经济等优点，可在原一次围堰被冲毁后的剩余 充砂长管袋和河床的基础上快速重建围堰，为今后类似重建围堰施工提供参考价值。
【附图说明】
[0020] 图1是重建围堰横剖面图。
[0021] 图2是重建围堰横平面图。
[0022]图中：1.基地、2.外侧抛石堰体、3.内侧抛石堰体、4. 一级粘土堰体、5.二级粘土堰 体、6.河床、7.钢管粧、8.暗埋段与沉管段分界、9.塑性混凝土钻孔咬合粧。
【具体实施方式】
[0023]这里以南昌红谷滩赣江段重建围堰施工为例说明本发明的详细施工方法，但是这 不能理解为对本发明应用范围的限制，本发明也可用于其他河流、湖边、海边重建围堰施 工。
[0024]图1为南昌红谷滩赣江段重建围堰横剖面图，图2为南昌红谷滩赣江段重建围堰平 面图。下面参照图1和图2详细说明施工过程。
[0025] (1)河床~15.0m高程范围堰体施工
[0026]原充砂长管袋围堰上游和下游堰体局部被冲刷，江中段堰体被冲毁，被冲毁堰体 底部存有1~2层长管袋充填砂，采用土石围堰合拢被冲毁堰体;重建围堰施工环境差，水位 高达15m，流速大至0.8m/s。围堰在填筑过程中位移和沉降变化大。为了克服施工困难，本发 明以原一次围堰被冲毁后的剩余充砂长管袋和河床(6)为基地（1)，在基地（1)两侧抛石块 形成内侧抛石堰体(2)和外侧抛石堰体(3);水上施工内外侧抛石堰体按照先内侧、后外侧 的顺序施工，利用船舶把石块运至江中端头围堰，利用8m 3抓斗船把石块按照围堰轴线进行 水下抛填合拢堰体。抛石堰体施工过程中，定期对堰体进行扫测，确保堰体形状和边坡坡比 满足设计要求。内、外侧抛石堰体施工至15.0m高程后，自卸汽车陆运粘土至施工现场，利用 挖掘机、装载机和装载机往内侧抛石堰体(2)、外侧抛石堰体(3)之间堆填黏土至围堰顶面 形成一级粘土堰体(4)，内侧抛石堰体(2)、外侧抛石堰体(3)和一级粘土堰体(4)构成了土 石围堪。
[0027] 土石围堰高度约17m，堰顶宽度为46.1m，堰底宽度为71.1m，堰体迎水面抛石边坡 比为1:1.5,背水面抛石边坡坡比为1:1.2。外侧抛石堰体(2)顶部标高15.0m，顶部宽度为 8m，底部宽度为33.2m，迎水侧边坡坡比为1:1.5,背水侧边坡坡比为1:1.2。内侧抛石堰体 (3)顶部标高12.0m，顶部宽度为8m，底部宽度为31.9m，两侧边坡坡比均为1:1.2,背水侧边 坡在8.0m高程设3.0m宽的平台。采用粘土堰体和抛石堰体相结合的堰体形式，抛石和粘土 在特定的水文环境条件下的自稳边坡，在满足堰体稳定安全的前提下，尽量减小堰体断面 尺寸，把堰体施做和拆除的工程量降到最低，并能够保证后期粘土堰体中的塑性混凝土钻 孔咬合粧正常施工，确保堰体的防渗效果。
[0028] (2) 15.0~18.0m高程范围堰体施工
[0029] 江中端头土石围堰施工完成后，土石围堰上方施工3m高的二级粘土堰体(5)，二级 粘土堰体(5)底部宽度为15.5m，顶部宽度为5.Om，内、外侧边坡为1:1.75。一级粘土堰体(4) 和二级粘土堰体（5)构成了粘土防渗斜墙，粘土防渗斜墙共计285m，平面共分三段进行施 工。粘土堰体施工用汽车运输粘土到施工现场，回填时分层回填筑，每层厚度300mm，利用 20t压路机分层碾压，压实度达到0.9。二级粘土堰体(5)采用机械化施工，配置挖掘机、装载 机、自卸汽车振动压路机等机械设备和检测仪器，形成挖装、运输、摊平、碾压、检测流水作 业。
[0030] (4)粘土堰体边坡防护施工
[0031] 在一级粘土堰体(4)和二级粘土堰体(5)的边坡及顶面采用巾80150 X 150mm钢筋 网片+100mm厚C20早强模筑混凝土，钢筋网片尺寸为2000 X 2000mm，搭接长度300mm，边坡坡 顶、坡底和变坡点位置钢筋网片必须连续设置。边坡及坡顶打入4>22(L=lm)钢筋固定钢筋 网片，设置间距2000 X 2000mm，钢筋与钢筋网片绑扎牢固。边坡坡面混凝土施工之前预埋小 100PVC作为泄水孔，泄水孔间距2500 X 2500mm，PVC管长度为0.5m，外包双层80目密目网。 [0032] (5)塑性混凝土钻孔咬合粧施工
[0033]在一级粘土堰体(4)中部钻孔，浇筑塑性混凝土钻孔咬合粧(9)，塑性混凝土钻孔 咬合粧(9)直径1200mm，粧间距900mm，咬合300mm，入岩3.5m。被冲毁堰体沿轴线呈凹形豁 口，钻孔咬合粧作业范围地层主要为未被冲毁的长管袋充填砂和粘土，其中豁口两侧砂层 较厚，中间砂层较薄。土石围堰中部粘土在填筑过程中无法夯实，自然密实时间长，利用旋 挖钻机无法成孔，采用对周边地层扰动较小的反循环钻机进行施工，反循环钻机作业进度 慢。本发明在92m长范围合理配置四台反循环钻机钻孔，自制泥浆护壁，跳孔施工，水下浇筑 塑性混凝土，塑性混凝土强度指标同原围堰防渗墙塑性混凝土。塑性混凝土钻孔咬合粧(9) 分为一序粧和二序粧，一序粧和二序粧的混凝土融合在一起呈嵌入咬合状态而形成一个连 续、封闭的整体排粧结构。
[0034] (6)三重管旋喷粧施工
[0035] 在塑性混凝土钻孔咬合粧（9)转角和与原先塑性混凝土防渗墙接茬处施工0 800@500mm三重管旋喷粧，利用三重管法钻机施工，每处施工6根旋喷粧，相邻粧搭接不应小 于300mm，粧底进入中风化泥质粉砂岩3.5m。旋喷粧采用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐 水泥，水泥掺入比不小于25%，水泥浆液的水灰比为1.0~1.5,无侧限抗压强度（28d) 2 0 ? 8MPa，渗透系数< 1 ? 0xl0-7cm/s，旋喷压力宜控制在15~20MPa。
【主权项】
1. 一种沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其特征在于步骤如下： 一、 以原一次围堰被冲毁后的剩余充砂长管袋和河床为基底，在基底两侧抛石块形成 内侧抛石堰体和外侧抛石堰体； 二、 在内侧抛石堰体和外侧抛石堰体之间填筑粘土形成一级粘土堰体，内侧抛石堰体、 外侧抛石堰体和一级粘土堰体构成了土石围堰，土石围堰施工完成后，在土石围堰上方填 筑二级粘土堰体； 三、 一级粘土堰体中部施工塑性混凝土钻孔咬合粧。2. 如权利要求1所述的沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其特征在于:所述在一 级粘土堰体和二级粘土堰体的边坡及顶面铺设钢筋网片并模筑早强混凝土;边坡坡顶、坡 底和变坡点位置钢筋网片必须连续设置。边坡及坡顶打入固定钢筋的网片钢筋，钢筋与钢 筋网片绑扎牢固。3. 如权利要求1所述的沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其特征在于:在塑性混 凝土钻孔咬合粧转角和与原先塑性混凝土防渗墙接茬处施工三重管旋喷粧。4. 如权利要求2所述的沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其特征在于:边坡坡面 混凝土施工之前预埋PVC管作为泄水孔。5. 如权利要求1所述的沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其特征在于:塑性混凝 土钻孔咬合粧施工过程中，采用四台反循环钻机钻孔，自制泥浆护壁，跳孔施工，水下浇筑 塑性混凝土，塑性混凝土强度指标同原围堰防渗墙塑性混凝土;塑性混凝土钻孔咬合粧分 为一序粧和二序粧，一序粧和二序粧的混凝土融合在一起呈嵌入咬合状态而形成一个连 续、封闭的整体排粧结构。6. 如权利要求1所述的沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其特征在于:土石围堰 的堰体迎水面抛石边坡比为1:1.5,背水面抛石边坡坡比为1:1.2;外侧抛石堰体的迎水侧 边坡坡比为1:1.5，背水侧边坡坡比为1:1.2;内侧抛石堰体的两侧边坡坡比均为1:1.2，外 侧抛石堰体比内侧抛石堰体高。7. 如权利要求6所述的沉管隧道重建围堰防渗体系的施工方法，其特征在于:二级粘土 堰体的内、外侧边坡为1:1.75。8. -种沉管隧道重建围堰结构，包括基底，内侧抛石堰体、外侧抛石堰体、一级粘土堰 体、二级粘土堰体，其特征在于:所述基底是原一次围堰被冲毁后的剩余充砂长管袋和河 床，在基底两侧抛石块形成内侧抛石堰体和外侧抛石堰体;在内侧抛石堰体和外侧抛石堰 体之间填筑粘土形成一级粘土堰体，内侧抛石堰体、外侧抛石堰体和一级粘土堰体构成了 土石围堰，在土石围堰上方填筑二级粘土堰体;一级粘土堰体中部钻孔并浇筑塑性混凝土 钻孔咬合粧。9. 根据权利要求8所述的沉管隧道重建围堰结构，其特征在于:在一级粘土堰体和二级 粘土堰体的边坡及顶面铺设钢筋网片并模筑早强混凝土;边坡坡顶、坡底和变坡点位置钢 筋网片连续设置;边坡及坡顶打入固定钢筋的网片钢筋，钢筋与钢筋网片绑扎牢固。
【文档编号】E02D19/04GK105839653SQ201610330307
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】文哲, 邓彪, 谢震灵, 董小龙, 郭小龙, 万超, 郭俊, 杨国胜, 万慕华, 徐多, 叶亮, 张荣华, 徐雪莹, 吴孔勇, 彭炎锋, 邳仲强, 崔海龙, 南飞燕
【申请人】中铁隧道集团二处有限公司