CN104532849B - 一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法 - Google Patents

一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法 Download PDF

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靳晓光
李亚勇
孙志岗
侯晓鹤
张瑞
谢继安
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重庆大学
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/02Foundation pits

Abstract

本发明涉及一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法,根据基坑尺寸确定基坑的基坑轮廓线(1)并确定基坑划分区域与地铁隧道的相对位置关系,该方法将基坑划分为五个区域:基坑I(4),基坑Ⅱ(8),基坑Ⅲ(14),基坑Ⅳ(16)和基坑Ⅴ(17)。这样在基坑开挖之前预先在隧道周围形成混凝土保护壳,最大限度降低基坑开挖对运营隧道的影响。本发明的目的在于克服上述不足和缺陷,解决目前运营地铁上方基坑开挖的问题,提出一种运营地铁上方基坑开挖及隧道保护方法,达到上方基坑开挖之前将运营地铁隧道封闭起来,进而达到基坑开挖对运营地铁隧道“0”扰动的效果。

Description

_种运营地铁隧道上方基坑开挖方法
技术领域
[0001 ]本发明专利涉及一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法。
背景技术
[0002]随着我国城市的快速发展,城市交通越来越拥堵,这严重制约了城市的发展。地铁作为一种公共交通方式在城市交通中起到的作用越来越重要,地铁工程作为国家城市的生命线工程,在后继工程施工中应加强对已有地铁的保护。此外,在城市发展中,为了充分利用城市土地资源,不可避免的要在地铁保护范围内进行基坑的开挖。例如,天津西站交通枢纽西青道下沉隧道工程上跨域天津地铁I号线区间既有箱体工程;上海东西通道跨越地铁二号线工程;杭州铁路东站西广场地下室的2层超大空间开发项目以及重庆地铁旁基坑的开挖就不可避免的会对运营地铁造成影响。由此可见,随着城市地下空间开挖的快速发展和轨道交通网络化的完善,已建地铁隧道和新建工程之间的冲突日益突出。基坑开挖引起地铁上方卸荷,造成运营地铁有不同程度的差异变形,这严重影响了列车运营安全,极大的影响人民生命财产安全以及社会稳定。这就要求隧道上方基坑开挖中最大限度的减小对运营地铁的影响,保障运营地铁的稳定性。目前已有方法处理周期长、费用消耗大、保护效果不佳。随着城市化的快速推进,研究运营地铁上方基坑开挖方法成为工程师们广泛关注的热点和难点问题之一。
[0003]本发明专利之前运营地铁隧道上方基坑开挖广泛采用SMff工法、分段开挖、及时堆载回压等施工措施。目前采用的SMff工法可以限制隧道侧向变形,然而基坑开挖对隧道的影响更主要体现在竖向变形。SMW配合分段开挖这种开挖方法虽然可以在一定程度上减小基坑开挖对运营地铁的影响,且能在一定程度上减小运营地铁的差异沉降。然而这种基坑开挖方法和保护措施只能在运营地铁上方明挖完成后浇筑底板,这种方法使隧道周围土体暴露于大气中,降低了隧道的可靠性,且基坑开挖过程中雨水可能对运营隧道的侵蚀,打破了运营隧道的安全可靠的运营环境。采用及时堆载回压措施虽然可以纠正隧道的变形,然而运营隧道更注重的是列车运营线路的稳定性,这种反复加载的方式对隧道的受力与稳定不利。
[0004]随着城市化进程的加快,城市运营地铁与基坑开挖之间的冲突日益突出。国家及人民对安全的要求越来越高;无限制的增大保护结构既不经济又不环保,效果不佳。因此,急需一种能在基坑开挖之前封闭隧道的开挖方法,使得基坑开挖对运营地铁隧道“O”扰动。
发明内容
[0005]本发明专利的目的在于提供一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0006]步骤一,首先在地平线(I)下根据基坑尺寸确定基坑的基坑轮廓线(2)并确定基坑划分区域与运营地铁隧道的相对位置关系,该方法将基坑划分为五个区域:基坑1(4),基坑Π(8),基坑ΠΚ14),基坑IV(16)和基坑V(17),所述基坑1(4),基坑ΙΠ(14)和基坑Π(8)自左向右依次位于地平线(I)下方,所述基坑1(4)的下方具有基坑IV(16),基坑Π (8)的下方具有基坑V(17),基坑ΙΠ(14)的下方为运营地铁隧道(3);
[0007] 所述基坑I (4)的左侧具有基坑I部分维护结构(5),基坑Π (8)的右侧具有基坑Π维护结构(9),基坑ΠΚ14)和运营地铁隧道(3)中间过渡部位为顶管混凝土(13),该顶管混凝土(13)浇筑于顶管(12)内部,所述基坑IV(16)的左侧具有基坑IV维护结构(18),下部为基坑IV底板混凝土(20),基坑V (17)的右侧具有基坑V维护结构(I9),下部为基坑V底板混凝土 (21),所述运营地铁隧道(3)的左侧和基坑IV(16)的结合部位具有左侧地下连续墙
[7],右侧与基坑V (17)的结合部位具有右侧地下连续墙(11),该左侧地下连续墙(7)上部设置有左侧地下连续墙导向槽(6),该右侧地下连续墙(11)的上部设置有右侧地下连续墙导向槽(10);
[0008]步骤二,利用反铲挖掘机进行基坑1(4)开挖,反铲挖掘机施工工程中采用逆作法施做基坑I部分维护结构(5),之后利用挖槽机挖出左侧地下连续墙(7)位置处土体,在挖槽之前首先制作保护基槽上口的左侧地下连续墙导向槽(6),采用泥浆护壁方法进行施工,按左侧地下连续墙(7)设计的墙宽与墙深分段挖槽,放置钢筋骨架,用导管灌注混凝土形成钢筋混凝土墙,为使得左侧地下连续墙(7)与顶管混凝土(13)后期连接成整体,左侧地下连续墙(7)中钢筋应伸出地下连续墙200〜300mm;
[0009]步骤三,基坑1(4)开挖完成后,采用反铲挖掘机进行基坑Π (8)的开挖,反铲挖掘机施工工程中采用逆作法施做基坑Π维护结构(9),待基坑Π (8)挖到运营地铁隧道(3)上方3m位置处,利用挖槽机挖出右侧地下连续墙(11)位置处土体,在挖槽之前首先制作保护基槽上口的右侧地下连续墙导向槽(10),采用泥浆护壁方法进行施工,按右侧地下连续墙(11)设计的墙宽与墙深分段挖槽,放置钢筋骨架,用导管灌注混凝土形成右侧地下连续墙(11),为使得右侧地下连续墙(11)与顶管混凝土(13)后期连接成整体,右侧地下连续墙(11)中钢筋应伸出地下连续墙200〜300mm ;
[0010]步骤四,待左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)施做完毕后,在基坑1(4)内靠近基坑111(14) 一侧设置顶进设备,借助顶进设备的顶力克服管道与周围土壤的摩擦力,将第一节顶管(12)顶入土层,第一节管子顶入后,再下第二节管子继续顶进,在顶管全部顶入后,挖出顶管内土体,在左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)上方设置模板,随后在顶管(12)、左侧地下连续墙(7)及右侧地下连续墙(11)内现场浇筑混凝土,使顶管混凝土
(13)与左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)连接成整体,待一个断面顶管及混凝土施工完毕后,在距离该断面5m处进行下一个断面顶管的施工,如此循环进行运营隧道上方顶管的顶进工作;
[0011]步骤五,在运营地铁隧道(3)上方顶管(12)及顶管混凝土(13)均施工完毕后,进行基坑m(14)的开挖:基坑m(14)在开挖中采用跳挖法进行开挖,所述基坑m(14)包括第一基坑部(23),第二基坑部(24),第三基坑部(25),第四基坑部(26)和第五基坑部(27),所述第四基坑部(26)位于第一基坑部(23)和第二基坑部(24)之间,第五基坑部(27)位于第二基坑部(24)和第三基坑部(25)之间;
[0012]步骤六,基坑m(14)开挖完成且底板混凝土(15)封底完成之后,运营隧道周围形成混凝土保护圈,随后进行基坑IV(16)与基坑V(17)的开挖,基坑IV(16)与基坑V(17)采用流水施工,利用反铲挖掘机开挖至底坑底部设计标高,开挖过程中采用逆作法施做基坑IV维护结构(18)以及基坑V维护结构(19),当基坑开挖到设计标高后,清除坑底浮土,对场地进行平整后,立即浇筑基坑IV底板混凝土 (20)及基坑V底板混凝土 (21)。
[0013]步骤五中所述的跳挖法包括以下步骤:首先按照第一基坑部(23),第二基坑部
(24)和第三基坑部(25)的顺序开挖,开挖完成后,开挖第四基坑部(26)和第五基坑部(27),当基坑ΙΠ(14)开挖完成后清理坑底浮土并对土体进行一定的夯实后立即在第四基坑部
(26)和第五基坑部(27)浇筑底板混凝土(15),底板混凝土(15)与两侧顶管混凝土(13)、左侧地下连续墙(7)及右侧地下连续墙(11)浇筑成一体。
[0014] 有益效果:
[0015]随着城市的快速发展,城市空间越来越紧张,城市建设过程中不可避免的会遇到运营地铁隧道上方修建基坑的情况。传统方法中,运营隧道上方要保留大量未扰动土体,本发明方法通过预先施做隧道保护层的方法,基坑可以开挖至隧道顶面上方I〜2m位置,最大限度利用地下空间。
[0016]本发明方法有效避免隧道周围土体暴露于大气环境中,且有效防止雨水、地下水等对运营地铁周围土体的浸泡及侵蚀作用,使得运营地铁周围土体处于原始未扰动状态,大大提高地铁隧道运营期间的安全可靠性。
[0017]以往隧道上方基坑开挖通常采用及时堆载回压措施来纠正隧道的变形,虽说这种方法最终使得隧道处于平衡状态,然而基坑开挖和堆载回压使得隧道反复变形,这种反复加卸载引起的变形经常会导致隧道维护结构开裂,降低运营地铁隧道的耐久性。通过本发明方法,基坑开挖之前在隧道周围形成一个保护罩,最大限度降低基坑开挖引起的隧道变形,且避免了后期堆载回压导致的隧道反复变形,使得隧道维护结构始终处于正常使用范围之内。
[0018]此外,目前常用的方法虽说可以限制基坑开挖引起的运营隧道变形,然而这些方法所采用的保护结构并没有作为基坑的一部分,这就导致极大地材料浪费和经济负担。采用本发明方法,保护结构即可以确保运营地铁隧道的安全,后期又能作为基坑的维护结构,这就极大节约了材料,降低业主的经济负担。
[0019]总体而言,本发明的目的在于克服上述不足和缺陷,解决目前运营地铁上方基坑开挖的问题,提出一种运营地铁上方基坑开挖及保护方法,达到上方基坑开挖之前将运营地铁隧道封闭起来,达到基坑开挖对运营地铁隧道“O”扰动的效果。
附图说明
[0020]图1为本发明运营地铁上方基坑开挖支护方法示意图。
[0021 ]图2为本发明运营地铁上方基坑m开挖方法的俯视图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
[0023]如图所示:一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0024]步骤一,根据基坑尺寸确定基坑的基坑轮廓线(2)并确定基坑划分区域与地铁隧道的相对位置关系,该方法将基坑划分为五个区域:基坑1(4),基坑Π (8),基坑ΠΚ14),基坑IV(16)和基坑V (17),所述基坑I (4),基坑ΙΠ (14)和基坑Π (8)自左向右依次位于地平线(I)下方,所述基坑1(4)的下方具有基坑IV(16),基坑Π(8)的下方具有基坑¥(17),基坑111
(14)的下方为运营地铁隧道(3);
[0025] 所述基坑I (4)的左侧具有基坑I部分维护结构(5),基坑Π (8)的右侧具有基坑Π维护结构(9),基坑ΠΚ14)和运营地铁隧道(3)中间过渡部位为顶管混凝土(13),该顶管混凝土(13)浇筑于顶管(12)内部,所述基坑IV(16)的左侧具有基坑IV维护结构(18),下部为基坑IV底板混凝土(20),基坑V (17)的右侧具有基坑V维护结构(I9),下部为基坑V底板混凝土 (21),所述运营地铁隧道(3)的左侧和基坑IV(16)的结合部位具有左侧地下连续墙
(7),右侧与基坑V (17)的结合部位具有右侧地下连续墙(11),该左侧地下连续墙(7)上部开设有左侧地下连续墙导向槽(6),该右侧地下连续墙(11)的上部开设有有右侧地下连续墙导向槽(10);
[0026]步骤二,采用反铲挖掘机进行基坑1(4)开挖,反铲挖掘机施工工程中采用逆作法施做基坑I部分维护结构(5),之后利用挖槽机挖出左侧地下连续墙(7)位置处土体,在挖槽之前首先制作保护基槽上口的左侧地下连续墙导向槽(6),采用泥浆护壁方法进行施工,按左侧地下连续墙(7)设计的墙宽与墙深分段挖槽,放置钢筋骨架,用导管灌注混凝土形成钢筋混凝土墙,为使得左侧地下连续墙(7)与顶管混凝土(13)后期连接成整体,左侧地下连续墙(7)中钢筋应伸出地下连续墙200〜300mm;
[0027]步骤三,基坑1(4)开挖完成后,采用反铲挖掘机进行基坑Π (8)的开挖,反铲挖掘机施工工程中采用逆作法施做基坑Π维护结构(9),待基坑Π (8)挖到运营地铁隧道(3)上方3m位置处,利用挖槽机挖出右侧地下连续墙(11)位置处土体,在挖槽之前首先制作保护基槽上口的右侧地下连续墙导向槽(10),采用泥浆护壁方法进行施工,按右侧地下连续墙
(II)设计的墙宽与墙深分段挖槽,放置钢筋骨架,用导管灌注混凝土形成右侧地下连续墙
(11),为使得右侧地下连续墙(11)与顶管混凝土(13)后期连接成整体,右侧地下连续墙
(11)中钢筋应伸出地下连续墙200〜300mm ;
[0028]步骤四,待左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)施做完毕后,在基坑1(4)内靠近基坑111(14) 一侧设置顶进设备,借助顶进设备的顶力克服管道与周围土壤的摩擦力,将第一节顶管(12)顶入土层,第一节管子顶入后,再下第二节管子继续顶进,在顶管全部顶入后,挖出顶管内土体,在左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)上方设置模板,随后在顶管(12)、左侧地下连续墙(7)及右侧地下连续墙(11)内现场浇筑混凝土,使顶管混凝土
(13)与左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)连接成整体,待一个断面顶管及混凝土施工完毕后,在距离该断面5m处进行下一个断面顶管的施工,如此循环进行运营隧道上方顶管的顶进工作;
[0029]步骤五,在运营地铁隧道(3)上方顶管(12)及顶管混凝土(13)均施工完毕后,进行基坑m(14)的开挖:基坑m(14)在开挖中采用跳挖法进行开挖,所述基坑m(14)包括第一基坑部(23),第二基坑部(24),第三基坑部(25),第四基坑部(26)和第五基坑部(27),所述第四基坑部(26)位于第一基坑部(23)和第二基坑部(24)之间,第五基坑部(27)位于第二基坑部(24)和第三基坑部(25)之间;
[0030]步骤六,基坑m(14)开挖完成且底板混凝土(15)封底完成之后,运营隧道周围形成混凝土保护圈,随后进行基坑IV(16)与基坑V(17)的开挖,基坑IV(16)与基坑V(17)采用流水施工,利用反铲挖掘机开挖至底坑底部设计标高,开挖过程中采用逆作法施做基坑IV维护结构(18)以及基坑V维护结构(19),当基坑开挖到设计标高后,清除坑底浮土,对场地进行平整后,立即浇筑基坑IV底板混凝土 (20)及基坑V底板混凝土 (21)。
[0031]图2所示,步骤5中所述的跳挖法包括以下步骤:首先按照第一基坑部(23),第二基坑部(24)和第三基坑部(25)的顺序开挖,开挖完成后,开挖第四基坑部(26)和第五基坑部
(27),当基坑ΙΠ(14)开挖完成后清理坑底浮土并对土体进行一定的夯实后立即在第四基坑部(26)和第五基坑部(27)浇筑底板混凝土(15),底板混凝土(15)与两侧顶管混凝土(13)、左侧地下连续墙(7)及右侧地下连续墙(11)浇筑成一体。至此,整个基坑的维护结构连接成一体,形成的运营地铁保护圈将运营地铁与基坑隔离开来,极大地减小了基坑施工对运营地铁隧道的干扰。
[0032] 应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一,首先在地平线(I)下根据基坑尺寸确定基坑的基坑轮廓线(2)并确定基坑划分区域与运营地铁隧道的相对位置关系,该方法将基坑划分为五个区域:基坑1(4),基坑Π(8),基坑111(14),基坑1¥(16)和基坑¥(17),所述基坑1(4),基坑111(14)和基坑11(8)自左向右依次位于地平线(I)下方,所述基坑1(4)的下方具有基坑IV(16),基坑Π (8)的下方具有基坑V(17),基坑ΙΠ(14)的下方为运营地铁隧道(3); 所述基坑1(4)的左侧具有基坑I部分维护结构(5),基坑Π (8)的右侧具有基坑Π维护结构(9),基坑ΙΠ(14)和运营地铁隧道(3)中间过渡部位为顶管混凝土(13),该顶管混凝土(13)浇筑于顶管(12)内部,所述基坑IV(16)的左侧具有基坑IV维护结构(18),下部为基坑IV底板混凝土 (20),基坑V(17)的右侧具有基坑V维护结构(19),下部为基坑V底板混凝土 (21),所述运营地铁隧道(3)的左侧和基坑IV(16)的结合部位具有左侧地下连续墙(7),右侧与基坑V (17)的结合部位具有右侧地下连续墙(11),该左侧地下连续墙(7)上部设置有左侧地下连续墙导向槽(6),该右侧地下连续墙(11)的上部设置有右侧地下连续墙导向槽(10); 步骤二,利用反铲挖掘机进行基坑1(4)开挖,反铲挖掘机施工工程中采用逆作法施做基坑I部分维护结构(5),之后利用挖槽机挖出左侧地下连续墙(7)位置处土体,在挖槽之前首先制作保护基槽上口的左侧地下连续墙导向槽(6),采用泥浆护壁方法进行施工,按左侧地下连续墙(7)设计的墙宽与墙深分段挖槽,放置钢筋骨架,用导管灌注混凝土形成钢筋混凝土墙,为使得左侧地下连续墙(7)与顶管混凝土(13)后期连接成整体,左侧地下连续墙(7)中钢筋应伸出地下连续墙200〜300mm ; 步骤三,基坑1(4)开挖完成后,采用反铲挖掘机进行基坑Π (8)的开挖,反铲挖掘机施工工程中采用逆作法施做基坑Π维护结构(9),待基坑Π (8)挖到运营地铁隧道(3)上方3m位置处,利用挖槽机挖出右侧地下连续墙(11)位置处土体,在挖槽之前首先制作保护基槽上口的右侧地下连续墙导向槽(10),采用泥浆护壁方法进行施工,按右侧地下连续墙(11)设计的墙宽与墙深分段挖槽,放置钢筋骨架,用导管灌注混凝土形成右侧地下连续墙(11),为使得右侧地下连续墙(11)与顶管混凝土 (13)后期连接成整体,右侧地下连续墙(11)中钢筋应伸出地下连续墙200〜300mm; 步骤四,待左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)施做完毕后,在基坑1(4)内靠近基坑111(14) 一侧设置顶进设备,借助顶进设备的顶力克服管道与周围土壤的摩擦力,将第一节顶管(12)顶入土层,第一节管子顶入后,再下第二节管子继续顶进,在顶管全部顶入后,挖出顶管内土体,在左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)上方设置模板,随后在顶管(12)、左侧地下连续墙(7)及右侧地下连续墙(11)内现场浇筑混凝土,使顶管混凝土(13)与左侧地下连续墙(7)和右侧地下连续墙(11)连接成整体,待一个断面顶管及混凝土施工完毕后,在距离该断面5m处进行下一个断面顶管的施工,如此循环进行运营隧道上方顶管的顶进工作; 步骤五,在运营地铁隧道(3)上方顶管(12)及顶管混凝土(13)均施工完毕后,进行基坑ΠΚ14)的开挖:基坑ΠΚ14)在开挖中采用跳挖法进行开挖,所述基坑ΙΠ(14)包括第一基坑部(23),第二基坑部(24),第三基坑部(25),第四基坑部(26)和第五基坑部(27),所述第四基坑部(26)位于第一基坑部(23)和第二基坑部(24)之间,第五基坑部(27)位于第二基坑部(24)和第三基坑部(25)之间; 步骤六,基坑ΙΠ(14)开挖完成且底板混凝土(15)封底完成之后,运营隧道周围形成混凝土保护圈,随后进行基坑IV(16)与基坑V(17)的开挖,基坑IV(16)与基坑V(17)采用流水施工,利用反铲挖掘机开挖至底坑底部设计标高,开挖过程中采用逆作法施做基坑IV维护结构(18)以及基坑V维护结构(19),当基坑开挖到设计标高后,清除坑底浮土,对场地进行平整后,立即浇筑基坑IV底板混凝土 (20)及基坑V底板混凝土 (21)。
2.如权利要求1所述的一种运营地铁隧道上方基坑开挖方法,其特征在于,步骤5中所述的跳挖法包括以下步骤:首先按照第一基坑部(23),第二基坑部(24)和第三基坑部(25)的顺序开挖,开挖完成后,开挖第四基坑部(26)和第五基坑部(27),当基坑ΙΠ(14)开挖完成后清理坑底浮土并对土体进行一定的夯实后立即在第四基坑部(26)和第五基坑部(27)浇筑底板混凝土(15),底板混凝土(15)与两侧顶管混凝土(13)、左侧地下连续墙(7)及右侧地下连续墙(I I)浇筑成一体。
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