CN105003270B - 适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,在水域范围之外且是在拟建隧道轴线的两端各施工一个工作竖井;在拟建隧道结构外的两侧外壁及底部顶进多根钢管,在钢管内敷设第一冻结管,并在钢管内填充混凝土;在拟建隧道结构顶板上水下铺设多个槽型钢模板,对槽型钢模板进行水下浇筑混凝土,回填土至原河床标高;向位于最外侧的槽型钢模板的侧壁施工第二冻结管;启动冷冻系统对周边土体进行冻结;挖除拟建隧道范围内的土体完成拟建隧道施工。克服了盾构法、矿山法和全断面管幕法在超浅覆土条件下无法实施的缺点;与沉管法和围堰明挖法相比,具有水下基坑开挖深度浅,不需浮运和沉放,具有对通航和防洪和影响小的优势。

Description

适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于地下工程技术领域,涉及一种适用于超浅覆土条件下采用水下处理与暗挖法相结合的修建水下隧道的施工方法。
背景技术
[0002] 水下隧道常用的施工方法有盾构法、矿山法、沉管法和围堰明挖法四种。盾构法隧道为了保证施工安全和满足抗浮需要,一般情况下上覆土厚度不小于1.0D (D为隧道外径),各别工程也有在0.7D左右的覆土厚度下成功穿越水域的成功实例。矿山法对于水下隧道,根据地质条件不同所需的覆盖层厚度不同,但一般不小于1.5D。沉管法隧道所需覆盖层厚度较小,甚至可以不需要覆盖层,但是施工期间水下开挖和管段浮运、沉放对通航有一定影响。围堰明挖法对覆土厚度无特殊要求,但施工期间占用水域面积较大,在对通航或防洪有要求的河道,无法实施。另外,管幕法也可实现水下隧道的施工,但受到最顶层管幕施工所需最小覆土厚度限制,隧道顶板以上覆土至少需要4m。
[0003] 也就是说现有技术中:盾构法和矿山法施工需要较大的覆土厚度,沉管法和围堰明挖法对覆土厚度要求不大,但是如果有通航或防洪要求时,可能不具备实施条件;管幕法所需覆土厚度也不能小于4m。当建设环境有特殊限制,需要在超浅覆土 (如最小覆土厚度小于4m时)条件下暗挖施工水下隧道,则既有技术无法实施。
发明内容
[0004] 针对背景技术中存在的技术问题,本发明的目的在于提出一种对通航和防洪影响较小,且能够在超浅覆土水下暗挖施工的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法。
[0005] 为达到上述目的,本发明设计的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,包括以下步骤:
[0006] I)在水域范围之外且是在拟建隧道轴线的两端各施工一个工作竖井;
[0007] 2)在其中一工作竖井内利用顶管机沿拟建隧道走向在拟建隧道结构外的两侧外壁及底部顶进多根钢管,在另一工作井中接收被顶进的多根所述钢管;
[0008] 3)在每根所述钢管内敷设第一冻结管,并在每根钢管内填充混凝土 ;
[0009] 4)将拟建隧道结构顶板以上且是在河床范围内的土体进行水下挖除,沿拟建隧道走向在拟建隧道结构顶板上水下铺设多个槽型钢模板,且相邻的槽型钢模板的侧壁密封连接;
[0010] 5)水下向每个槽型钢模板的凹槽内浇筑混凝土,混凝土达到强度后回填土至原河床标尚;
[0011] 6)从每个工作竖井中向位于最外侧的槽型钢模板的侧壁沿拟建隧道走向施工多根相互平行的第二冻结管;
[0012] 7)启动冷冻系统,通过第一冻结管和第二冻结管内的低温盐水循环对周边土体进行冻结;由此,不仅在拟建隧道轮廓外形成由冻土帷幕,并且冻土帷幕还可与拟建隧道顶部的槽型钢模板形成防水体系;同时还形成了由填充在钢管槽型钢模板内的混凝土组成的抵抗外侧水土压力的受力体系;
[0013] 8)从每个工作竖井开始向拟建隧道中部逐步挖除拟建隧道范围内的土体,并在拟建隧道轮廓外四周施做网喷混凝土;
[0014] 9)在网喷混凝土内侧施工隔离层和喷膜防水层,然后绑扎钢筋,浇筑拟建隧道的衬砌混凝土,直至拟建隧道贯通;
[0015] 10)关闭冷冻系统。
[0016] 优选的,步骤2)中,多根钢管形成“U”形管幕。
[0017] 优选的,所述钢管的直径d的范围为:d彡1.0米。
[0018] 优选的,步骤3)中,所述第一冻结管靠近所述钢管的内壁,且是远离拟建隧道的轴线的一侧。
[0019] 优选的,步骤4)中,每个所述槽型钢模板的高度不得超过原河床底。
[0020]作为优选方案,每个所述槽型钢模板包括底板,所述底板两端分别连接第一侧板和第二侧板;所述第一侧板和第二侧板上设有多个同轴的通孔;相邻的两个所述槽型钢模板之间通过穿过所述通孔的螺栓进行密封连接。
[0021] 优选的,所述第二侧板的外侧壁上还设有止水条沟槽;相邻的两个所述槽型钢模板之间通过止水条密封防水。
[0022] 优选的,步骤9)中,在施做网喷的混凝土内添加速凝剂和抗冻剂。
[0023] 本发明的有益效果是:本发明采用槽型钢模板并在槽型钢模板内浇筑混凝土,其配合填充混凝土的钢管和冻结管形成的冻土帷幕,组成了封闭的受力结构,同时坚兼顾水作用,确保在水下进行暗挖施工的安全;利用槽型钢模板以及第二冻结管,克服了盾构法、矿山法和全断面管幕法在超浅覆土条件下无法实施的缺点;由于本发明采用的槽型钢模板进行防水和受力,并且利用冻结管形成的环形冻土帷幕和U形冻土帷幕,与沉管法和围堰明挖法(需要深挖至拟建隧道底部以下)相比,本方法具有水下基坑开挖深度浅(只需挖除隧道顶部上方的一部分),不需浮运和沉放,具有对通航和防洪和影响小的优势。
附图说明
[0024]图1是本发明隧道纵剖面示意图
[0025]图2是本发明隧道两侧及底部钢管帷幕施工后横断面图
[0026]图3是本发明隧道顶部覆土置换为混凝土后横断面图
[0027]图4是本发明水底混凝土浇筑模板连接详图
[0028]图5是图1隧道周边防水帷幕形成后的A-A剖面图
[0029]图6是图1隧道周边防水帷幕形成后的B-B剖面图
[0030]图7是本发明隧道初期支护及二次衬砌浇筑后横断面图
[0031]图中:拟建隧道1、工作竖井2、钢管3、第一冻结管4、槽型钢模板5 (底板5.1、第一侧板5.2、第二侧板5.3、通孔5.4、螺栓5.5、止水条沟槽5.6、止水条5.7)、第二冻结管6、环形冻土帷幕7、U形冻土帷幕8、网喷混凝土9、隔离层和喷膜防水层10、衬砌混凝土11。
具体实施方式
[0032] 下面通过图1〜图7以及列举本发明的一些可选实施例的方式,对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述,本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围。
[0033] 如图1所示,本发明设计的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,包括以下步骤:
[0034] I)在水域范围之外的拟建隧道I轴线处各施工一个工作竖井2;工作井2的尺寸需满足后续顶管施工所需的空间;
[0035] 2)在其中一工作竖井2内利用顶管机在拟建隧道I结构的两侧外壁及底部外壁沿隧道走向顶进多根钢管3,所述被顶进的钢管3从另一工作井2中穿出;如图2所示,优选的,多根所述钢管3在拟建隧道I结构的两侧外壁及底部形成“U”形管幕;由于拟建隧道I结构顶板以上覆土厚度H太小,拟建隧道I顶板以上无法进行顶管施工,故仅在拟建隧道I侧壁和底部下形成沿着拟建隧道I纵向贯通的U形管幕;优选的,所述钢管3的直径不小于1.0米;
[0036] 3)如图2所示,在每根所述钢管3内敷设第一冻结管4,并在每根钢管内填充混凝土,一般是用微膨胀混凝土进行填充;优选的,所述第一冻结管4靠近所述钢管3的内壁,且是远离拟建隧道I的轴线的一侧,也就是说第一冻结管4的远离拟建隧道I外壁的,即是靠近泥土的一侧;
[0037] 4)如图3所示,将拟建隧道I结构顶板以上且是在河床范围内的土体进行水下挖除,沿拟建隧道走向在拟建隧道I结构顶板上水下铺设多个连接在一起的槽型钢模板5,且相邻的槽型钢模板5的侧壁密封连接;优选的,每个所述槽型钢模板5的高度不得超过原河床底;
[0038]如图4所示,作为优选方案,每个所述槽型钢模板5包括底板5.1,所述底板5.1两端分别连接第一侧板5.2和第二侧板5.3;所述第一侧板5.2和第二侧板5.3上设有多个同轴的通孔5.4;相邻的两个所述槽型钢模板5之间通过穿过所述通孔5.4的螺栓5.5连接;所述槽型钢模板5第二侧板5.3的外壁上设有止水条沟槽5.6,止水条沟槽5.6内放置止水条5.7,相邻的两个所述槽型钢模板5之间通过止水条5.7密封防水;
[0039] 5)分段向每个槽型钢模板5的凹槽中水下浇筑混凝土,混凝土达到强度后回填土至原河床标高;浇筑的混凝土的高度一般不低于槽型钢模板5的高度;
[0040] 6)从每个工作竖井2中向位于最外侧的槽型钢模板5的侧壁沿拟建隧道走向施工多根相互平行的第二冻结管6;也就是说,从工作竖井2中向最靠近工作竖井2的侧板(第一侧板5.1或第二侧板5.2)施工多根相互平行的第二冻结管6,第二冻结管6从工作竖井2中向河床土体内水平插入,最终到达侧板处(第一侧板5.1或第二侧板5.2);
[0041] 7)启动冷冻系统(图中均未示出),通过第一冻结管4和第二冻结管6内的低温盐水循环对周边土体进行冻结;在拟建隧道I结构的两侧外壁及底部外壁设有第一冻结管4管幕以及没有施工槽型钢模板5设有第二冻结管6管幕的部分形成的环形冻土帷幕7如图5所示;在隧道I结构的两侧外壁及底部外壁设有第一冻结管4管幕以及设有施工槽型刚模版5的部分形成的U形冻土帷幕8如图6所示;环形冻土帷幕7和U形冻土帷幕8具有将拟建隧道I周边土体加固的作用,同时冻土帷幕(环形冻土帷幕7和U形冻土帷幕)与拟建隧道I顶部的槽型钢模板5—起形成四周封闭的防水体系,起到止水的作用;同时,由填充在钢管3和槽型钢模板5内的混凝土还形成了抵抗外侧水土压力的受力体系;
[0042] 8)如图7所示,从每个工作竖井2开始向拟建隧道I中部逐步挖除拟建隧道I范围内的土体,并在拟建隧道I轮廓外侧施做初支钢架和网喷混凝土9;优选的,在网喷混凝土内添加速凝剂和抗冻剂;
[0043] 9)在网喷混凝土9内侧施工隔离层和喷膜防水层10,然后绑扎钢筋,浇筑拟建隧道I的衬砌混凝土11,直至拟建隧道I贯通;
[0044] 10)最后,关闭冻结管的冷冻系统。
[0045]多个钢管3并不一定要紧密的排成“U”型,相邻的钢管3之间可以存在一定的间隙,只要满足强度后后续形成冻土帷幕的要求即可。

Claims (8)

1.一种适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,包括以下步骤: 1)在水域范围之外且是在拟建隧道轴线的两端各施工一个工作竖井; 2)在其中一工作竖井内利用顶管机沿拟建隧道走向在拟建隧道结构外的两侧外壁及底部顶进多根钢管,在另一工作井中接收被顶进的多根所述钢管; 3)在每根所述钢管内敷设第一冻结管,并在每根钢管内填充混凝土 ; 4)将拟建隧道结构顶板以上且是在河床范围内的土体进行水下挖除,沿拟建隧道走向在拟建隧道结构顶板上水下铺设多个槽型钢模板,且相邻的槽型钢模板的侧壁密封连接; 5)水下向每个槽型钢模板的凹槽内浇筑混凝土,混凝土达到强度后回填土至原河床标尚; 6)从每个工作竖井中向位于最外侧的槽型钢模板的侧壁沿拟建隧道走向施工多根相互平行的第二冻结管; 7)启动冷冻系统,通过第一冻结管和第二冻结管内的低温盐水循环对周边土体进行冻结; 8)从每个工作竖井开始向拟建隧道中部逐步挖除拟建隧道范围内的土体,并在拟建隧道轮廓外四周施做网喷混凝土 ; 9)在网喷混凝土内侧施工隔离层和喷膜防水层,然后绑扎钢筋,浇筑拟建隧道的衬砌混凝土,完成拟建隧道施工; 10)关闭冷冻系统。
2.根据权利要求1所述的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,其特征在于:步骤2)中,多根钢管形成“U”形管幕。
3.根据权利要求1或2所述的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,其特征在于:所述钢管的直径d的范围为:d彡1.0米。
4.根据权利要求1所述的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,其特征在于:步骤3)中,所述第一冻结管靠近所述钢管的内壁,且是远离拟建隧道的轴线的一侧。
5.根据权利要求1所述的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,其特征在于:步骤4)中,每个所述槽型钢模板的高度不得超过原河床底。
6.根据权利要求1或5所述的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,其特征在于:每个所述槽型钢模板包括底板,所述底板两端分别连接第一侧板和第二侧板;所述第一侧板和第二侧板上设有多个同轴的通孔;相邻的两个所述槽型钢模板之间通过穿过所述通孔的螺栓进行密封连接。
7.根据权利要求6所述的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,其特征在于:所述第二侧板的外侧壁上还设有止水条沟槽;相邻的两个所述槽型钢模板之间通过止水条密封防水。
8.根据权利要求1所述的适用于超浅覆土条件下的水下隧道施工方法,其特征在于:步骤9)中,在施做网喷的混凝土内添加速凝剂和抗冻剂。
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