CN102654055A - 洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法。该方法包括：采用暗挖法或盾构法等方法先行修建2个或2个以上导洞；然后在导洞内施作支护桩，在施工竖井内施作顶部槽，在导洞内，施作支护桩顶部纵梁；完成顶部主要钢筋混凝土结构的施工，使支护桩、顶部纵梁及主要钢筋混凝土结构形成整体；之后采用浅埋暗挖法开挖导洞之间土体，一次施作中间层和底部主要钢筋混凝土结构和边墙，形成地下空间整体结构。采用本发明建造的地下空间结构受力明确、施工安全快速、工程造价低、效能较高。本发明的方法可用于建造单层单跨、单层多跨、多层单跨、多层多跨等地下空间结构，特别适用于建造地下大跨度空间结构。

Description

洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法
所属技术领域
本发明涉及一种建造大型地下空间结构的施工方法，尤其是进行暗挖施工的、城市地下大跨空间结构。
背景技术
目前，国内城市地下空间结构建造的主要方法有明挖法、浅埋暗挖法和盾构法，对大跨度地下空间结构的施工方法多为明挖法和浅埋暗挖法，但是前述三种方法在实际使用过程中均受到周边环境、工程地质和水文条件等诸多因素不同程度的制约。
明挖法对于城市地面交通繁忙、周边建筑物众多、地下管线密集的工程环境下修建地下空间结构，施工时必须进行交通疏导、管线改移等，施工产生的噪音、震动等也会对附近居民的生活和工作造成干扰，使得施工所受干扰大、工期较长、工程间接费用高。
浅埋暗挖法灵活多变，具有对地面建筑物及地下管线影响不大，拆迁占地小、扰民少等优点。在地下空间结构工程地质和水文地质条件差、地下管线密集、周边建筑物密集的环境中，采用浅埋暗挖法进行大跨度的地下空间结构施工对周边环境和结构上方道路及管线的安全控制要求较高，从而使得施工风险也明显增大。
在城市地下空间结构建设中，与明挖法和浅埋暗挖法相比，采用盾构法施工具有施工速度快，具有不拆迁地面建筑物和地下管线，施工期间噪音小、震动小、不影响地面交通等优点。但是盾构法施工存在断面固定、盾构机地层变适应性差等缺点，尤其是在城市轨道交通建设中，盾构区间隧道与车站施工在工期上、组织上的矛盾，盾构机频繁调头拆装等要求，使得盾构法快速施工的优势得不到发挥。
随着城市建设的不断加快，城市地下空间结构的建设也必然受到周边建筑物多、地下管网密集、地面交通繁忙、施工工期要求等诸多因素的制约。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，该方法不仅能解决现有方法实施过程中受周围施工环境限制的问题，而且因为顶部槽等可同时施工而缩短工程工期。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，步骤如下：
步骤一，在计划开始施工端开挖施工竖井。
步骤二，根据开挖断面大小及工程的功能要求，确定先行修建2个或2个以上导洞的断面尺寸，然后在施工竖井内，向拟建造地下空间结构的延伸方向先行修建导洞。
步骤三，在完成的导洞内，进行支护桩的施工。
步骤四，在施工竖井内，采用浅埋暗挖法在两相邻导洞之间上部空间进行顶部槽的施工，所述顶部槽为钢格栅混凝土结构，且为独立稳定结构；顶部槽两外侧上部预留钢格栅连接钢板，以便于相邻的顶部槽之间通过连接钢板螺栓连接或焊接相互通过刚接连接形成整体。
步骤五，在导洞内，支护桩上部进行顶部纵梁的施工；破除导洞上部结构，进行顶部主要钢筋混凝土结构的施工，使得支护桩、顶部纵梁、顶部主要钢筋混凝土结构形成整体结构。
步骤六，在顶部主要钢筋混凝土结构的保护下，采用浅埋暗挖法开挖相邻两导洞之间上部土体，拆除上部支护结构；为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩之间设置临时水平支撑和临时竖向支撑。
步骤七，拆除下部支护结构，进行相邻两导洞之间下部土体的开挖，为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩之间设置临时水平支撑。
步骤八，开挖至结构底部后，分段拆临时支撑，依次施作底部主要钢筋混凝土结构、在导洞的内壁施作边墙，形成地下空间结构的整体结构；对多层结构，也可采用逆作法，在开挖至结构中间层后，施作中间层主要钢筋混凝土结构，在导洞的内壁施作中间层边墙，形成地下空间中间层以上的结构。
所述步骤二中，施工竖井至少为1个，分别设置在拟建造地下空间结构的一端、两端或两端及中间。
所述步骤二中，导洞可采用浅埋暗挖法施工，也可采用盾构法、顶管法等机械式掘进施工。
所述步骤三、步骤四，可根据工期及施工组织安排，两者顺序可以相互调整，也可同时进行施工。
所述步骤四中，顶部槽的施工不采用大管棚超前方法，采用小导管注浆、架设钢格栅、喷射混凝土工艺进行施工。
所述主要混凝土结构的水平跨度范围为8～25米。
所述导洞的断面尺寸大小，为了减小对周围土体的扰动，达到有效控制地表沉降，其尺寸不宜过大，可根据工程地质与水文地质条件决定的成桩工艺，考虑导洞的大小。导洞采用暗挖法施工时宽度宜在5.0米以内，高度宜在6.0米以内；采用盾构法施工时盾构隧道直径宜在4～6米。
所述顶部槽的宽度宜在3～5米，高度宜在1.8～4.0米。
所述临时水平支撑、临时竖向支撑为工字钢、槽钢或其它型钢组合支撑，如受拉临时水平支撑也可采用预应力拉杆。
所述主要钢筋混凝土结构，均可采用预应力混凝土结构。
本发明的有益效果是，解决了城市地下空间结构施工时受周边建筑物多、地下管网密集、地面交通繁忙等诸多因素制约的问题，同时在保证安全和质量的前提下，有效减少了对围岩的多次扰动，使得地表沉降、结构的变形都得到了较好的控制，降低了施工风险，实现盾构隧道管片重复利用，减少了废弃工程量，缩短了施工工期，降低了工程造价。
附图说明
图1是本发明实施例一步骤二示意图。
图2是图1中的A-A剖视图。
图3是本发明实施例一步骤三示意图。
图4是本发明实施例一步骤四示意图。
图5是本发明实施例一步骤五示意图。
图6是本发明实施例一步骤六示意图之一。
图7是本发明实施例一步骤六示意图之二。
图8是本发明实施例一步骤七示意图之一。
图9是本发明实施例一步骤七示意图之二。
图10是本发明实施例一步骤七示意图之三。
图11是本发明实施例一步骤八示意图。
图12是本发明实施例二步骤二示意图。
图13是图12中的B-B剖视图。
图14是本发明实施例二步骤三示意图。
图15是本发明实施例二步骤四示意图。
图16是本发明实施例二步骤五示意图。
图17是本发明实施例二步骤六示意图之一。
图18是本发明实施例二步骤六示意图之二。
图19是本发明实施例二步骤七示意图之一。
图20是本发明实施例二步骤七示意图之二。
图21是本发明实施例二步骤七示意图之三。
图22是本发明实施例二步骤八示意图。
图中：1.施工竖井，2.导洞，3.支护桩，4.顶部槽，5.纵梁，6.顶部主要钢筋混凝土结构，7.上部土体，8.上部支护结构，9.临时水平支撑，10.临时竖向支撑，11.下部支护结构，12.下部土体，13.临时水平支撑，14.底部主要钢筋混凝土结构，15.盾构隧道，16.上部盾构管片，17.下部盾构管片。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
实施例一为洞槽法采用浅埋暗挖法修建导洞的基础上建造一个地下单层单跨拱形结构，参见图1～图11，其步骤如下：
步骤一，在计划开始施工端开挖施工竖井(1)。
步骤二，在施工竖井(1)内，向拟建造地下空间结构的延伸方向，采用浅埋暗挖法先行修建2个宽5米、高6米的导洞(2)。
步骤三，在完成的导洞(2)内，破除下部部分衬砌进行支护桩(3)的施工，所述支护桩的桩径为1.2米，桩间距为2.8米。
步骤四，在施工竖井(1)内，采用浅埋暗挖法在两相邻导洞(2)之间的上部空间进行顶部槽(4)的施工，所述顶部槽(4)长轴为4.5米，短轴为2米，采用钢格栅混凝土结构，且为独立稳定结构；顶部槽(4)两外侧上部预留钢格栅连接钢板，以便于相邻的顶部槽(4)之间通过连接钢板螺栓连接，或焊接相互通过刚接连接形成整体。顶部槽(4)的施工不采用大管棚超前方法，而采用小导管注浆、架设钢格栅、喷射混凝土工艺进行施工；
步骤五，在导洞(2)内，支护桩(3)上部进行顶部纵梁(5)的施工；破除导洞上部部分衬砌，进行顶部主要钢筋混凝土结构(6)的施工，使得支护桩(3)、顶部纵梁(5)、顶部主要钢筋混凝土结构(6)形成整体结构，所述主要钢筋混凝土结构(6)的水平跨度为18米。
步骤六，在顶部主要钢筋混凝土结构(6)的保护下，采用浅埋暗挖法开挖相邻导洞(2)之间上部土体，拆除上部部分衬砌；为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩(3)之间设置临时水平支撑(9)，和临时竖向支撑(10)。
步骤七，拆除下部部分衬砌，进行相邻两导洞(2)之间下部土体的开挖，为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩(3)之间设置临时水平支撑(13)。对多层结构，开挖至结构中间层后，施作中间层主要钢筋混凝土结构，在导洞(2)的内壁施作中间层边墙，形成地下空间中间层以上的结构。
步骤八，开挖至结构底部后，分段拆临时支撑，依次施作底部主要钢筋混凝土结构(14)、在盾构隧道(2)的内壁施作边墙，形成地下空间的整体结构。
步骤七和步骤八所述临时水平支撑、临时竖向支撑为工字钢、槽钢或其它型钢组合支撑，如受拉临时水平支撑也可采用预应力拉杆。
实施例二为洞槽法采用盾构修建导洞的基础上建造一个地下单层单跨拱形结构，参见图12～图22，其步骤如下：
步骤一，在计划开始施工端开挖施工竖井(1)。
步骤二，在施工竖井(1)内，向拟建造地下空间结构的延伸方向，采用盾构法先行修建2个直径为6米的盾构隧道(2)。
步骤三，在施工竖井(1)内，采用浅埋暗挖法在两相邻盾构隧道(2)之间的上部空间进行顶部槽(4)的施工，所述顶部槽(4)长轴为4.0米，短轴为2.5米，采用钢格栅混凝土结构，且为独立稳定结构；顶部槽(4)两外侧上部预留钢格栅连接钢板，以便于相邻的顶部槽(4)之间通过连接钢板螺栓连接，或焊接相互通过刚接连接形成整体。顶部槽(4)的施工不采用大管棚超前方法，而采用小导管注浆、架设钢格栅、喷射混凝土工艺进行施工；
步骤四，在完成的盾构隧道(2)内，破除下部部分管片进行支护桩(3)的施工，所述支护桩的桩径为1.4米，桩间距为2.8米。
步骤五，在盾构隧道(2)内，支护桩(3)上部进行顶部纵梁(5)的施工；破除盾构隧道上部管片，进行顶部主要钢筋混凝土结构(6)的施工，使得支护桩(3)、顶部纵梁(5)、顶部主要钢筋混凝土结构(6)形成整体结构，所述主要钢筋混凝土结构(6)的水平跨度为18米。
步骤六，在顶部主要钢筋混凝土结构(6)的保护下，采用浅埋暗挖法开挖相邻两盾构隧道(2)之间上部土体，拆除上部盾构管片；为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩(3)之间设置临时水平竖向支撑(9)，和临时竖向支撑(10)。
步骤七，拆除下部盾构管片，进行相邻两盾构隧道(2)之间下部土体的开挖，为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩(3)之间设置临时水平支撑(13)。对多层结构，开挖至结构中间层后，施作中间层主要钢筋混凝土结构，在盾构隧道(2)的内壁施作中间层边墙，形成地下空间中间层以上的结构。
步骤八，开挖至结构底部后，分段拆临时支撑，依次施作底部主要钢筋混凝土结构(14)、在盾构隧道(2)的内壁施作边墙，形成地下空间的整体结构。
步骤七和步骤八所述临时水平支撑、临时竖向支撑为工字钢、槽钢或其它型钢组合支撑，如受拉临时水平支撑也可采用预应力拉杆。

Claims (15)

1.一种洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一，在计划开始施工端开挖施工竖井(1)；
步骤二，根据开挖断面大小及工程的功能要求，确定先行修建2个或2个以上导洞(2)的断面尺寸，然后在施工竖井(1)内，向拟建造地下空间结构的延伸方向先行修建导洞(2)；
步骤三，在施工竖井(1)内，采用浅埋暗挖法在两相邻导洞(2)之间上部空间进行顶部槽(4)的施工，所述顶部槽(4)为钢格栅混凝土结构，且为独立稳定结构；顶部槽(4)两外侧上部预留钢格栅连接钢板，以便于相邻的顶部槽(4)之间通过连接钢板螺栓连接或焊接相互通过刚接连接形成整体；
步骤四，在完成的导洞(2)内，进行支护桩(3)的施工；
步骤五，在导洞(2)内，支护桩(3)上部进行顶部纵梁(5)的施工；破除导洞上部结构，进行顶部主要钢筋混凝土结构(6)的施工，使得支护桩(3)、顶部纵梁(5)、顶部主要钢筋混凝土结构(6)形成整体结构；
步骤六，在顶部主要钢筋混凝土结构(6)的保护下，采用浅埋暗挖法开挖相邻两导洞之间上部土体(7)，拆除上部支护结构(8)；为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩(3)之间设置临时水平支撑(9)和临时竖向支撑(10)；
步骤七，拆除下部支护结构(11)，进行相邻两导洞(2)之间下部土体(12)的开挖，为保证整体结构的稳定性，根据需要可在支护桩(3)之间设置临时水平支撑(13)；
步骤八，开挖至结构底部后，分段拆临时支撑(9)、(10)、(13)，依次施作底部主要钢筋混凝土结构(14)、在导洞(2)的内壁施作边墙，形成地下空间结构的整体结构；对多层结构，也可采用逆作法，在开挖至结构中间层后，施作中间层主要钢筋混凝土结构，在导洞的内壁施作中间层边墙，形成地下空间中间层以上的结构。
2.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述步骤二中，施工竖井(1)至少为一个，分别设置在拟建造地下空间结构的一端、两端或两端及中间。
3.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述步骤二中，导洞(2)可采用浅埋暗挖法施工，也可采用盾构法、顶管法等机械式掘进施工。
4.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述步骤三、步骤四，可根据工期及施工组织安排，两者顺序可以相互调整，也可同时进行施工。
5.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述步骤六、步骤七中，导洞之间土体(7)、(12)的开挖可采用机械开挖，也可采用人工开挖。
6.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述步骤四中，顶部槽(4)的施工不采用大管棚超前方法，而采用小导管注浆、架设钢格栅、喷射混凝土工艺进行施工。
7.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述主要混凝土结构的水平跨度范围为8～25米。
8.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述导洞(2)的断面尺寸大小，为了减小对周围土体的扰动，达到有效控制地表沉降，其尺寸不宜过大，可根据工程地质与水文地质条件决定的成桩工艺，考虑导洞的大小。导洞(2)采用暗挖法施工时宽度宜在5.0米以内，高度宜在6.0米以内；采用盾构法施工时盾构隧道直径宜在4～6米。
9.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述支护桩(3)的施工方法目前的成桩工艺均可选用，但应结合工程所处的工程地质和水文地质条件决定。
10.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述顶部槽(4)的宽度宜在3～5米，高度宜在1.8～4.0米。
11.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述临时水平支撑(9)、临时竖向支撑(10)和临时水平支撑(13)为工字钢、槽钢或其它型钢组合支撑。
12.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述顶部槽(4)之间采用焊接或螺栓连接。
13.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：顶部主要钢筋混凝土结构(14)和底部主要钢筋混凝土结构(14)可以为平面形状，也可以为弧形等其它形状。
14.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述主要钢筋混凝土结构，均可采用预应力混凝土结构。
15.根据权利要求1所述的洞槽桩复合建造大型地下空间结构的施工方法，其特征在于：所述方法可用于建造单层单跨、单层多跨、多层单跨、多层多跨等多种形式的大型地下空间结构。
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