CN104863597A - 一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，在拟建地下空间侧墙顶部，沿地下空间纵向布置基坑或导洞，在基坑或导洞内一次形成一道位于拟建地下空间顶板上方的刚度可控的临时横向受力结构，并与基坑或导洞内的桩连接形成临时横向顶盖-桩承载体系，在横向顶盖-桩承载体系的保护下，可顺作或逆作单跨或多跨、单层或多层地下空间结构。本发明可以在浅埋暗挖大型地下空间建造中，有效控制地面沉降、减小建构筑物变形、降低施工风险、缩短建设周期、节省工程造价。
Description
技术领域
本发明涉及地下建筑工程技术领域，具体地讲是一种适用于浅埋暗挖大型地下空间的施工方法-横向洞盖法。
背景技术
目前广泛采用的修建浅埋暗挖大型地下空间的施工方法主要思路是将拟建地下空间横向分隔成若干小断面或导洞，在纵向超前支护结构的保护下，利用时空效应分步或跳槽开挖纵向洞室，及时施作横向临时支护结构或顶部横向承载结构，而后重复上述步骤至可将单独的横向临时支护结构或顶部横向承载结构连为整体，形成地下空间全断面临时横向支护体系或顶部横向承载体系，最后拆除部分临时横向支护体系施工横向承载结构或在顶部横向承载体系的保护下施工剩余横向承载结构。
中国专利CN1055214A说明书中公开了一种修建大型地下空间的方法，其主要思路是在强度较弱的纵向超前支护保护下，通过时空效应开挖多个纵向暗挖小导洞并施工横向临时支护结构形成若干稳定洞室，而后在洞室内施工部分顶拱及其支撑结构，重复上述步骤直至可将各部分顶拱及其支撑结构相连形成顶部横向承载体系，在顶部横向承载体系的保护下顺作或逆作地下空间剩余部分。其缺点在于，其一：纵向超前支护沿纵向长度较短、刚度较弱，施工时需及时跟进横向临时支护；其二，由小导洞到形成完整顶部横向承载体系的过程中，受力转换次数多，施工工艺复杂，施工引起的地表沉降较大；其三，导洞数量较多，易产生群洞效应；中国专利CN101338678A说明书中公开了一种一次扣拱暗挖逆作施工方法，其主要思路是在强度较弱的纵向超前支护保护下，通过时空效应开挖较少的纵向暗挖大导洞并施工横向临时支护结构形成若干稳定洞室，而后在洞室内施工自成体系的顶拱及其支撑结构，重复上述步骤直至可将单独的顶拱及其支撑结构相连形成完整横向承载体系，在横向承载体系的保护下顺作或逆作地下空间剩余部分。其缺点在于，与CN1055214A相比，虽然有效的减少了导洞数量及受力转换次数，但其仍然不可避免由导洞到形成完整横向承载体系过程中的纵向暗挖施工，且由于其纵向暗挖导洞面积较大，施工风险较大，同时施工引起的地表沉降较大。
中国专利CN103485790A说明书中公开了一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，其主要思路是通过地下结构两端设置的施工竖井沿地下结构纵环向一次形成有较大刚度的管幕-加固土组合受力临时支护体系，在其保护下开挖地下结构。其缺点在于，其一：常规浅埋暗挖大型地下空间纵向长度远大于横向长度，由于管幕沿拟建结构纵向布置，管幕长度较大，对施工精度要求高；其二：管幕内部空间开挖时仍需及时进行较强的横向临时支护以支撑管幕结构；其三：管幕沿拟建结构全断面布置，长管幕数量多，且施工作业面少，施工效率低。
中国专利CN103321659A说明书中公开了一种大直径管幕支护下暗挖施工超浅埋大断面地铁车站结构及施工方法，其主要思路是通过在地铁车站两端的明挖工作井沿车站顶部纵向全长形成有较大刚度的平顶临时支护结构-管幕，管幕间相互咬合并通过螺栓连接具有一定横向刚度，而后在管幕的保护下施工横向顶板-桩承载体系，最后逆作车站剩余部分。其缺点在于，其一，与CN103485790A相比，虽然有效的减少了管幕数量，但由于管幕长度仍然较大，对施工精度要求高，无法开辟更多的施工作业面，施工效率较低；其二，管幕承载能力受管幕间咬合节点控制，对管幕施工精度、咬合节点工艺、咬合节点强度要求极高；其三，受控于管幕间咬合节点强度，本方法中地下空间结构仅可采用逆作法实施。
发明内容
本发明的目的是提供一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，在浅埋暗挖大型地下空间的建造中，有效控制地面沉降、减小建筑购物变形、降低施工风险、缩短建设周期、节省工程造价。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，在与拟建地下空间侧墙顶部，沿地下空间纵向布置基坑或导洞，在基坑或导洞内一次形成一道位于拟建地下空间顶板上方的刚度可控的临时横向受力结构，并与基坑或导洞内的桩连接形成临时横向顶盖-桩承载体系，在横向顶盖-桩承载体系的保护下，可顺作或逆作单跨或多跨、单层或多层地下空间结构。
第一种施工的具体步骤如下：
(1)在拟建地下空间侧墙上方，沿地下空间纵向开挖两个导洞(1)，并进行洞壁的初期支护；
(2)在导洞(1)内沿地下空间横向施工小间距横梁形成顶盖(2)；
(3)在导洞(1)内向下方打设桩(3)，并将顶盖(2)与桩(3)钢筋连接，浇筑为一体，形成一道纵梁(4)；
(4)回填导洞(1)外侧空间，开挖导洞(5)，并进行洞壁初期支护；
(5)在导洞(5)内向下方施工桩柱(6)；
(6)在导洞(5)内敷设防水层，预留防水接口，浇筑天梁(7)；
(7)根据需要加设水平横向钢支撑(8)，开挖剩余土体；
(8)敷设防水层，顺作拟建地下空间结构各部构件。
第二种施工的具体步骤如下：
(1)在拟建地下空间侧墙上方，沿地下空间纵向开挖两个导洞(1)，并进行洞壁的初期支护；
(2)在导洞(1)内沿地下空间横向施工小间距横梁形成顶盖(2)；
(3)在导洞(1)内向下方打设桩(3)，并将顶盖(2)与桩(3)钢筋连接，浇筑为一体，形成一道纵梁(4)，纵梁(4)需预留拟建地下空间顶板结构的搭接凹槽；
(4)开挖导洞(5)，并进行洞壁初期支护；
(5)在导洞(5)内向下方施工桩柱(6)；
(6)在导洞(5)内敷设防水层，预留防水接口，浇筑天梁(7)；
(7)开挖顶部剩余土体，敷设防水层，浇筑拟建结构剩余顶板(8)；
(8)逐层开挖剩余土体，敷设防水层，逆作拟建结构各部构件。
导洞(1)为平顶直墙断面或拱形断面，施工方法采用全断面法或台阶法；如工程中具备明挖条件，导洞(1)也可采用明挖基坑代替。
顶盖(2)采用非开挖技术(如顶管法、水平钻机等)方法实施；如地下水位较高且不具备降水条件，顶盖(2)也可采取水平咬合桩或管幕等具有止水能力且竖向承载能力可控的施工工艺。
其中横梁截面为圆形或矩形；横梁尺寸、纵向间距根据地质、上部荷载以及横断面开挖步序的最不利工况计算确定。
开挖顶盖(2)下方土体时，根据横梁间距的不同，对其进行防止梁间土掉落的土层改良或网喷支护。
桩柱(6)在拟建地下空间范围内为钢管柱，在拟建地下空间地梁以下为混凝土桩，桩柱(6)的布置应根据拟建地下空间柱网确定。
当根据拟建地下空间柱网布置桩柱(6)不能满足顶盖(2)对于竖向承载力需求时，可沿拟建地下空间纵向柱网间隔布置临时桩(9)。
导洞(5)是根据拟建地下空间跨数及其横向柱网确定的，当拟建地下结构为n跨时，在其承载柱处分别设置(n-1)个导洞(5)，即当拟建地下结构为单跨时，可不设导洞(5)。
与现有技术方案相比，本发明具有以下优点：
1.本发明在纵向导洞或基坑内施工横向顶盖，顶盖跨度小、工作面多，对施工精度要求相对较低，施工进度快；
2.本发明中横向顶盖为刚度较大的横向受力临时结构，施工节点简单、传力清晰、受力合理、安全可靠，可有效控制施工引起的地面沉降，减少对周边建构筑物的影响；
3.在顶盖的保护下，开挖桩柱导洞无需采取较强的支护措施，且引起的地表沉降较小。而在顶盖及桩柱施工完成后，纵向开挖顶盖下方土体时亦无需采取较强的临时支护措施，施工作业空间大，施工进度快；
4.本发明中天梁采用柱桩及临时桩支撑，可不开挖下导洞，施工风险低，施工进度快；
5.采用本发明修建的地下空间结构，断面形式为平顶直墙，空间利用率高；
6.本发明施工工艺灵活，在顶盖施工完成后，地下空间结构即可顺作也可逆作。
总之，本发明是一种全新的针对浅埋暗挖大型地下空间的可有效控制地面沉降、减小建筑购物变形、降低施工风险、缩短建设周期、节省工程造价的施工方法，广泛适用于各种单跨或多跨、单层或多层的浅埋暗挖地下空间结构的施工。
附图说明
图1-1是本发明的地下空间结构顺作施工步骤一示意图。
图1-2是本发明的地下空间结构顺作施工步骤二示意图。
图1-3是本发明的地下空间结构顺作施工步骤三示意图。
图1-4是本发明的地下空间结构顺作施工步骤四示意图。
图1-5是本发明的地下空间结构顺作施工步骤五示意图。
图1-6是本发明的地下空间结构顺作施工步骤六示意图。
图1-7是本发明的地下空间结构顺作施工步骤七示意图。
图1-8是本发明的地下空间结构顺作施工步骤八示意图。
图2-1是本发明的地下空间结构逆作施工步骤一示意图。
图2-2是本发明的地下空间结构逆作施工步骤二示意图。
图2-3是本发明的地下空间结构逆作施工步骤三示意图。
图2-4是本发明的地下空间结构逆作施工步骤四示意图。
图2-5是本发明的地下空间结构逆作施工步骤五示意图。
图2-6是本发明的地下空间结构逆作施工步骤六示意图。
图2-7是本发明的地下空间结构逆作施工步骤七示意图。
图2-8是本发明的地下空间结构逆作施工步骤八示意图。
具体实施方式
本发明所述一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其施工步骤如下：
在与拟建地下空间侧墙顶部，沿地下空间纵向布置基坑或导洞，通过非开挖技术(如顶管法、水平钻机等)方法，一次形成一道位于拟建地下空间顶板上方的刚度可控的临时横向受力结构，并与基坑或导洞内的桩连接形成临时横向顶盖-桩承载体系，在横向顶盖-桩承载体系的保护下，在可顺作或逆作单跨或多跨、单层或多层地下空间结构。
本发明第一种施工步骤如下：
(1)在拟建地下空间两侧，沿地下空间纵向开挖两个导洞(a)，并进行洞壁的初期支护；参见图1-1。
(2)在导洞(1)内沿地下空间横向施工小间距横梁形成顶盖(2)；参见图1-2。
(3)在导洞(1)内向下方打设桩(3)，并将顶盖(2)与桩(3)钢筋连接，浇筑为一体，形成一道纵梁(4)；参见图1-3。
(4)回填导洞(1)，开挖导洞(5)，并进行洞壁初期支护；参见图1-4。
(5)在导洞(5)内向下方施工桩柱(6)；参见图1-5。
(6)在导洞(5)内敷设防水层，预留防水接口，浇筑天梁(7)；参见图1-6。
(7)根据需要加设水平横向钢支撑(8)，开挖剩余土体；参见图1-7。
(8)敷设防水层，顺作拟建地下空间结构各部构件。参见图1-8。
本发明第二种施工步骤如下：
(1)在拟建地下空间两侧，沿地下空间纵向开挖两个导洞(1)，并进行洞壁的初期支护；参见图2-1。
(2)在导洞(1)内沿地下空间横向施工小间距横梁形成顶盖(2)；参见图2-2。
(3)在导洞(1)内向下方打设桩(3)，并将顶盖(2)与桩(3)钢筋连接，浇筑为一体，形成一道纵梁(4)，纵梁(4)需预留拟建结构顶板搭接凹槽；参见图2-3。
(4)开挖导洞(5)，并进行洞壁初期支护；参见图2-4。
(5)在导洞(5)内向下方施工桩柱(6)；参见图2-5。
(6)在导洞(5)内敷设防水层，预留防水接口，浇筑天梁(7)；参见图2-6。
(7)开挖顶部剩余土体，敷设防水层，浇筑拟建结构剩余顶板(8)；参见图2-7。
(8)逐层开挖剩余土体，敷设防水层，逆作拟建结构各部构件。参见图2-8。
所述导洞(1)可为平顶直墙断面或拱形断面，施工方法可采用全断面法或台阶法；如工程中具备明挖条件，导洞(1)也可采用明挖基坑代替；
所述顶盖(2)可采用非开挖技术(如顶管法、水平钻机等)方法实施，如地下水位较高且不具备降水条件，顶盖也可采取咬合桩、管幕等具有止水能力且竖向承载能力可控的施工工艺；其中横梁截面可为圆形、矩形等；横梁尺寸、纵向间距根据地质、上部荷载、以及横断面开挖步序的最不利工况计算确定；
所述开挖顶盖(2)下方土体时，根据横梁间距的不同，对其进行防止梁间土掉落的土层改良或网喷支护；
所述桩柱(6)在拟建地下空间范围内为钢管柱，在拟建地下空间地梁以下为混凝土桩，桩柱(6)的布置应根据拟建地下空间柱网确定；
当根据拟建地下空间柱网布置桩柱(6)不能满足顶盖(2)对于竖向承载力需求时，可沿拟建地下空间纵向柱网间隔布置临时桩(9)；
导洞(5)是根据拟建地下空间跨数及其横向柱网确定的，当拟建地下结构为单跨时，可不设导洞(5)；当拟建地下结构为n跨时，在其承载柱处分别设置(n-1)个导洞(5)。
Claims (10)
1.一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，在拟建地下空间侧墙顶部，沿地下空间纵向布置基坑或导洞，在基坑或导洞内一次形成一道位于拟建地下空间顶板上方的刚度可控的临时横向受力结构，并与基坑或导洞内的桩连接形成临时横向顶盖-桩承载体系，在横向顶盖-桩承载体系的保护下，可顺作或逆作单跨或多跨、单层或多层地下空间结构。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，具体施工步骤如下：
(1)在拟建地下空间侧墙上方，沿地下空间纵向开挖两个导洞(1)，并进行洞壁的初期支护；
(2)在导洞(1)内沿地下空间横向施工小间距横梁形成顶盖(2)；
(3)在导洞(1)内向下方打设桩(3)，并将顶盖(2)与桩(3)钢筋连接，浇筑为一体，形成一道纵梁(4)；
(4)回填导洞(1)外侧空间，开挖导洞(5)，并进行洞壁初期支护；
(5)在导洞(5)内向下方施工桩柱(6)；
(6)在导洞(5)内敷设防水层，预留防水接口，浇筑天梁(7)；
(7)根据需要加设水平横向钢支撑(8)，开挖剩余土体；
(8)敷设防水层，顺作拟建地下空间结构各部构件。
3.根据权利要求1所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，具体施工步骤如下：
(1)在拟建地下空间侧墙上方，沿地下空间纵向开挖两个导洞(1)，并进行洞壁的初期支护；
(2)在导洞(1)内沿地下空间横向施工小间距横梁形成顶盖(2)；
(3)在导洞(1)内向下方打设桩(3)，并将顶盖(2)与桩(3)钢筋连接，浇筑为一体，形成一道纵梁(4)，纵梁(4)需预留拟建地下空间顶板结构的搭接凹槽；
(4)开挖导洞(5)，并进行洞壁初期支护；
(5)在导洞(5)内向下方施工桩柱(6)；
(6)在导洞(5)内敷设防水层，预留防水接口，浇筑天梁(7)；
(7)开挖顶部剩余土体，敷设防水层，浇筑拟建结构剩余顶板(8)；
(8)逐层开挖剩余土体，敷设防水层，逆作拟建结构各部构件。
4.根据权利要求2或3所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，导洞(1)为平顶直墙断面或拱形断面，施工方法采用全断面法或台阶法；如工程中具备明挖条件，导洞(1)也可采用明挖基坑代替。
5.根据权利要求2或3所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，顶盖(2)采用非开挖技术(如顶管法、水平钻机等)方法实施；如地下水位较高且不具备降水条件，顶盖(2)也可采取水平咬合桩或管幕等具有止水能力且竖向承载能力可控的施工工艺。
6.根据权利要求2或3所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，其中横梁截面为圆形或矩形；横梁尺寸、纵向间距根据地质、上部荷载以及横断面开挖步序的最不利工况计算确定。
7.根据权利要求6所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，开挖顶盖(2)下方土体时，根据横梁间距的不同，对其进行防止梁间土掉落的土层改良或网喷支护。
8.根据权利要求2或3所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，桩柱(6)在拟建地下空间范围内为钢管柱，在拟建地下空间地梁以下为混凝土桩，桩柱(6)的布置应根据拟建地下空间柱网确定。
9.根据权利要求8所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，当根据拟建地下空间柱网布置桩柱(6)不能满足顶盖(2)对于竖向承载力需求时，可沿拟建地下空间纵向柱网间隔布置临时桩(9)。
10.根据权利要求2或3所述的一种浅埋暗挖大型地下空间施工的横向洞盖法，其特征在于，导洞(5)是根据拟建地下空间跨数及其横向柱网确定的，当拟建地下结构为n跨时，在其承载柱处分别设置(n-1)个导洞(5)，即当拟建地下结构为单跨时，可不设导洞(5)。
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