CN105370288A - 浅埋大跨隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅埋大跨隧道施工方法，其方法步骤如下：1)、利用隧道浅埋的特点，自地面施做竖向桩，将桩底置于拟建隧道拱底以下且稳定的持力层，即在隧道暗挖施工前，沿拟建隧道周边及地中,超前留置了竖向支撑桩；2)、暗挖施工中通过分部开挖，将初期支护结构横向支撑与预置竖向支撑桩连接；3)、在不拆除初支竖向临时支撑的情况下，完成二衬浇筑工序；待二次衬砌形成强度后再将结构内部竖向临时支撑切除，完成结构施工。本发明可以解决避免二衬浇筑期间施工安全风险、控制被交道路地面沉降等技术问题。

Description

浅埋大跨隧道施工方法

技术领域

本发明属于下穿道路浅埋大跨隧道施工方法。

背景技术

有限的地面资源以及通行效率难以满足交叉路口快速通行的需求，以地下隧道(或人行地下通道)与地面道路形成立交是避免干扰、缓解拥堵的工程方案之一。

置于城市环境的下穿隧道(或通道)通常具有如下特点：

①浅埋。城市环境条件下，地面与地下空间资源的有限，均要求下穿隧道以尽可能浅埋的竖向位置敷设。对于下穿隧道而言，更浅的竖向埋深可以在相同的坡度下，缩短隧道长度，有利于减少两端敞口爬坡段对地面空间的占用及避免对相邻路口的影响；对于人行地下通道而言，更浅的竖向埋深可以减小两端爬坡段提升高度，降低通行难度与体力消耗，并便于梯道或坡道的地面布设。某些情况下，地铁及部分地下大型管线的位置，也限制了下穿隧道在更深的地层布置。

②大跨。为充分利用地下空间及适应交通需求的未来增长，下穿隧道通常为大跨结构。以单向双车道为例，建筑限界全宽即可达0.75+0.25+2×3.5+0.25+0.75＝9.0m。当采用暗挖法施工时，需采用设置临时竖向支撑的分部开挖。

③地层条件差。浅表地层受人类活动影响大，通常由人工填土等地层构成，自稳能力差，且受反复扰动及管线渗漏等影响，可能存在空洞、富水夹层等不利于暗挖施工安全的条件，易引发坍塌事故。

④交通繁忙。被穿道路通常为交通繁忙的主要道路，城市交通环境的脆弱迫使下穿隧道施工方法的选择必须考虑并受限于交通状况。

下穿隧道施工方法主要有：明挖法(包括盖挖法、铺盖法等)及浅埋暗挖法。另外矩形盾构顶管工艺已在国内成功应用，但工程实例尚少。

明挖法，自地面向下开挖基坑，在基坑内进行结构施工，然后回填恢复地面。明挖法简单易行，施工作业面宽敞、施工速度较快、质量易保障。在埋深浅、地面交通量小、管线数量少、周边环境要求不高的地段应用，是最为经济、可靠的施工方法。

以明挖法修建下穿隧道的建设条件在城市交通、管线、环境的多重压力下已难具备，逐渐发展演变成对被穿道路交通及周边环境影响较小、占用场地周期较短的盖挖法及铺盖法。

盖挖法是在地面施做钻孔灌注桩或连续墙等围护结构、止水帷幕及中间桩后，开挖浅基坑，架设临时覆盖结构或浇筑永久结构顶板，而后即回填至路面以恢复被交道路通行。在临时或永久顶板的保护下分层开挖及加设横撑(或打设锚索等)，直至隧道设计底板高程。依据由下而上或由上而下的主体结构施工顺序可分为顺做、逆做或半逆做法。盖挖法较明挖法占用地面道路时间大为缩短，适用于需尽快恢复道路交通的路段。

装配式铺盖法简称铺盖法，即以工厂化、标准化、装配式盖板或定型构件(如军用梁等)铺设临时路面，维持交通顺畅，借助标准化、装配式纵横连接构件形成基坑支护与临时支撑体系，进行基坑开挖与管线保护的施工方法。铺盖法具有施工周期较短、标准化构件可重复利用、大规模应用时工程造价较低、对周围环境影响小的特点。

浅埋暗挖法是在近地表进行隧道暗挖施工的一种方法。该工法采用复合式衬砌结构，即初期支护由喷射混凝土、锚杆(管)、钢筋网、刚拱架组成，二次衬砌为钢筋混凝土结构，初、二衬之间设置夹层防水板。开挖方法包括预留核心土的正台阶法，单侧壁导洞、中隔墙法(也称CD法、CRD法)、双侧壁导洞法(或称眼镜工法)等分部开挖工法。通常需辅以大管棚注浆、小导管注浆等超前地层加固的辅助措施，施工中应用监控量测、信息反馈等手段，结合变位反分析的计算方法优化设计，提出“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的18字方针，突出时空效应对防塌的重要作用，具有拆迁占地少、对被交道路交通干扰小、方便灵活的特点，目前广泛应用于软弱地层条件下的地下工程施工。

道路下穿隧道或人行地下通道工程，采用明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法等工法施工，均有大量的成功案例，但在工程实践中也暴露出各自的局限与不足。

(1)城市交通环境的日益复杂，在确保通行、不断道施工的背景下，大大限制了明(盖)挖法等破路施工工法的应用范围。

在城市环境下，各主要道路呈现拥堵渐成常态，通行保障压力巨大。急需改造的拥堵路段，同时也是无可绕避的重要节点，破路开挖的改建工程所需付出的社会成本难以估量。某些特定通勤路线，即使有限范围与周期内的断路施工亦成为难以接受的组织方案。

(2)浅埋暗挖法的工艺特性，不可避免地发生以地表沉降为主要表现的环境影响，在某些状态下易引发坍塌等重大事故。

以浅埋暗挖法施工浅埋、大跨隧道时，由于施工分部多、工序复杂、对地层扰动大的工艺特点，加之周边地层稳定性差及管线渗漏等客观环境，开挖土体将引起自洞室临空面向地层深处一定范围内地层应力场发生调整，施工引起的地层变形将波及至地表，形成以隧道开挖轴线为中心的沉降槽，过大的地面沉降、开裂和地层变位将直接危及地面被交道路的正常使用，轻则造成路面损毁、影响行车平顺，重则引发坍塌等安全事故。

相关研究表明，隧道开挖对周围土体的扰动是引发地表沉降的首要原因，支护结构随地层的整体变位是地表沉降的重要组成，地下水位变化、支护结构的自身变形、施工方法与过程控制、结构形式与覆跨比等亦是影响沉降的因素。控制隧道支护结构随被扰动地层的整体变位是控制沉降的关键。

浅埋大跨隧道开挖，除超前注浆加固以稳定地层外，分部开挖、及时封闭是重要的保障措施。初期支护需承担施工期间的全部荷载，一般通过设置竖向、横向的多道临时支撑，将洞室开挖范围内土体划分为小块，达到减小开挖跨度、缩短各分部封闭成环的作业周期、控制开挖步长、充分利用土体稳定的时空效应的目的。二次衬砌浇筑前，需分段拆除初期支护形成阶段架设的临时支撑，为钢筋混凝土结构浇筑提供空间，但这一施工阶段正处于初期支护失去竖向临时支撑的减跨作用，而二次衬砌尚未形成可靠强度的危险时刻。初期支护的支撑体系变化或自身强度与刚度的不足，将引起较大的拱顶沉降，而一次拆除临时支撑范围过大等不规范操作，直接导致恶性坍塌事故的发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种浅埋大跨隧道施工方法，以解决避免二衬浇筑期间施工安全风险、控制被交道路地面沉降等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

浅埋大跨隧道施工方法，其方法步骤如下：

1)、利用隧道浅埋的特点，自地面施做竖向桩，将桩底置于拟建隧道拱底以下且稳定的持力层，即在隧道暗挖施工前，沿拟建隧道周边及地中,超前留置了竖向支撑桩；

2)、暗挖施工中通过分部开挖，将初期支护结构横向支撑与预置竖向支撑桩的连接；

3)、在不拆除初支竖向临时支撑的情况下，完成二衬浇筑工序；待二次衬砌形成强度后再将结构内部竖向临时支撑切除，完成结构施工。

如步骤1)所述的施做竖向桩，分段施做竖向支撑桩，桩中埋设型钢，预留与横向拱架、支撑的连接节点，并施做桩顶冠梁以加强支撑桩的纵向联系。

如步骤2)所述的分部开挖，施做包括超前大管棚、小导管注浆的超前地层加固；分部开挖隧道，将横向拱架或横撑与超前预置的竖向支撑桩内型钢连接，控制步长，及时封闭各分部开挖断面。

所述施工方法所形成的隧道结构，采用扁拱直墙的断面形式。

所述施工方法适用于单孔隧道，亦可适用于双孔及多孔，分离式或连拱隧道。

本发明的优点与效果如下：

①将隧道覆土浅不利于沉降控制、风险高的缺点，利用为地面施做超前支撑桩的便利。地面施做的支撑桩可以作为暗挖隧道两侧的围护桩，以消减部分土体侧压力；可以作为初期支护竖向临时支撑，达到减小开挖跨径的目的；同时也可起到超前地层加固的作用。

②由于竖向支撑桩自地面施做，可以超前于隧道开挖，预置于地层当中，有利于后续操作；桩底深于隧道底板以下，选择稳固地层作为持力层，可以抵抗隧道开挖引起的地层扰动，通过与初期支护横向临时支撑的连接，将竖向荷载传递至更深地层，为初期支护的稳定提供可靠支撑，达到控制地面沉降的目的。

③成桩工艺成熟、质量可靠，可以根据地层情况与环境条件，选择适宜的施工工艺且单桩工程量小，施工快速，可以适应不断路的交通保障要求，可以选择一天当中交通量较少(如夜间)时段安排作业。

④由于采用初支竖向临时支撑不拆除浇筑二衬工艺，避免了初期支护拆撑后跨径陡然增大的受力体系变化，避免施工中的高危时段，降低了工程风险。

⑤隧道结构采用扁拱直墙的断面形式，坦拱形式有利于顶板受力、有利于控制竖向变形、有利于顶部排水；直墙可以与竖向支撑密贴配合。

⑥为保证二次衬砌混凝土浇筑质量，避免自洞内浇筑二衬时容易形成的拱顶空隙，可以利用浅埋的有利条件，在与结构拱顶对应的地面位置开孔或预留浇筑孔，进行二衬浇筑。

⑦由于二次衬砌浇筑时，需保留竖向支撑，将增加模板加工与防水节点施工的复杂性。

附图说明

图1是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之一示意图。

图2是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之二示意图。

图3是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之三示意图。

图4是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之四示意图。

图5是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之五示意图。

图6是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之六示意图。

图7是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之七示意图。

图8是浅埋大跨隧道施工实施例步骤之八示意图。

具体实施方式

本发明的方法与步骤如下：

①利用隧道浅埋的特点，自地面施做竖向桩，将桩底置于拟建隧道拱底以下且稳定的持力层，即在隧道暗挖施工前，沿拟建隧道周边及地中,超前留置了竖向支撑桩。暗挖施工中通过分部开挖，将初期支护结构横向支撑与预置竖向支撑桩的连接，将隧道开挖引起的地层扰动变位传递至更深、更稳固的地层，以控制地表沉降。

②为降低初期支护竖向临时支撑拆除后、二次衬砌钢筋混凝土结构强度形成前的工程风险，采用不拆撑的二衬浇筑工序。

(1)实施步骤与要点

①选择一天当中交通量较小时段(如夜间)，临时占用部分地面道路，分段施做竖向支撑桩，桩中埋设型钢，预留与横向拱架、支撑的连接节点，并施做桩顶冠梁以加强支撑桩的纵向联系。每天施工数量、范围，视交通环境条件而定，当天即可恢复路面及交通通行。循环作业，直至完成全部竖向支撑桩施做，即可开始浅埋暗挖隧道施工。

②施做超前大管棚、小导管注浆等超前地层加固。分部开挖隧道，将横向拱架或横撑与超前预置的竖向支撑桩内型钢连接，控制步长，及时封闭各分部开挖断面。

③在不拆除初支竖向临时支撑的情况下，进行二次衬砌浇筑。待二次衬砌形成强度后再将结构内部竖向临时支撑切除，完成结构施工。

本发明的具体实施例参见图1-8示意图。

参见图1所示。图中所示为单孔隧道，亦可适用于双孔及多孔，分离式或连拱隧道等工程。①采用钻孔、插入、打入等工艺，沿隧道纵向超前置入型钢竖向支撑桩，预留与横向拱架、支撑到的连接节点，并施做桩顶冠梁。

参见图2所示。②施做大管棚注浆超前支护与地层加固。

参见图3所示。③对称开挖上半断面两侧洞室，拱部型钢拱架、底部型钢横撑分别与地中竖向支撑桩连接，形成封闭的初期支护结构。(小导管注浆等超前地层加固措施图中未示，下同)

参见图4所示。④对称开挖两侧洞室，底部型钢仰拱与地中竖向支撑桩连接。

参见图5所示。⑤由上而下开挖中部洞室，连接临时支撑体系，初期支持整体封闭成环。

参见图6所示。⑥在不拆除临时支撑情况下，铺设底板防水层、浇筑底板及部分侧墙二次衬砌钢筋混凝土。

参见图7所示。⑦在不拆除临时竖向支撑情况下，铺设侧墙及拱顶防水层、浇筑剩余侧墙及拱部钢筋混凝土，形成封闭的二次衬砌结构。

参见图8所示。⑧切除结构内临时支撑，施做洞内附属工程。

Claims (5)

1.浅埋大跨隧道施工方法，其方法步骤如下：

1)、利用隧道浅埋的特点，自地面施做竖向桩，将桩底置于拟建隧道拱底以下且稳定的持力层，即在隧道暗挖施工前，沿拟建隧道周边及地中,超前留置了竖向支撑桩；

2)、暗挖施工中通过分部开挖，将初期支护结构横向支撑与预置竖向支撑桩连接；

3)、在不拆除初支竖向临时支撑的情况下，完成二衬浇筑工序；待二次衬砌形成强度后再将结构内部竖向临时支撑切除，完成结构施工。

2.根据权利要求1所述的浅埋大跨隧道施工方法，步骤1)所述的施做竖向桩，分段施做竖向支撑桩，桩中埋设型钢，预留与横向拱架、支撑的连接节点，并施做桩顶冠梁以加强支撑桩的纵向联系。

3.根据权利要求1所述的浅埋大跨隧道施工方法，步骤2)所述的分部开挖，施做包括超前大管棚、小导管注浆的超前地层加固；分部开挖隧道，将横向拱架或横撑与超前预置的竖向支撑桩内型钢连接，控制步长，及时封闭各分部开挖断面。

4.根据权利要求1、2或3所述的浅埋大跨隧道施工方法，所述施工方法所形成的隧道结构，采用扁拱直墙的断面形式。

5.根据权利要求1、2或3所述的浅埋大跨隧道施工方法，所述施工方法适用于单孔隧道，亦可适用于双孔及多孔，分离式或连拱隧道。