CN107725064A - 隧道中隔墙结构及利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道中隔墙结构及利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其中隧道初期支护(4)的一侧贴合且固定在隧道围岩上,另一侧附有二次衬砌;第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)平行竖立布置在隧道内,其上下两端分别与隧道初期支护(4)相连;横隔墙(3)与第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)交叉横向布置在隧道内,其左右两端分别与隧道初期支护(4)相连接。本发明与传统中隔墙法相比,中隔墙的受力合理,不易发生整体失稳破坏,不会发生连接破坏;能够对拱顶形成足够的支撑作用,从而有效控制拱顶沉降。且简化了整个中隔墙施工工序,节省了大量人力物力及时间,并加快了施工进度,降低了整体施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程施工技术领域,特别是涉及一种隧道中隔墙结构及利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法。
背景技术
中隔墙法是指开挖过程中利用中隔墙的临时支撑作用,将断面分割为多个小的掌子面分别掘进,该法能够减少对地层的扰动,主要适用于地层较差和不稳定岩体且地面沉降要求严格的地下工程施工。
中隔墙法是20世纪80年代以来,随着城市地下工程修建的增多,尤其是非掘进机方法运用于软弱、松散地层中浅埋暗挖的隧道工程后,在原正台阶法基础上发展起来的一种工法,它更有效地解决了将大、中跨的洞室开挖转变为中小跨的洞室开挖的问题。几十年来,中隔墙法已被成功运用于众多隧道的修建过程中,是劳动者的智慧与自然实践相结合的优良典范。
双侧壁导坑法是一种典型的中隔墙法,常用于大断面洞室开挖,如图1所示,可以看出,传统双侧壁导坑法中的中隔墙都由弯曲的钢支撑构成,具有一定的曲率。在松散、破碎围岩中这样做有两点好处:1.与已开挖部分岩体的初期支护形成环形结构,有利于传递垂直压力,从而控制拱顶沉降。2.抵抗未开挖岩体的侧向土压力,从而保证中隔墙的稳定。然而,在整体性较好的围岩中,不仅上述两点优势不能发挥,还会带来一系列问题:
首先,弯曲形状的钢支撑受力包括轴力、剪力和弯矩,不仅型钢段整体易失稳,螺栓连接处也很容易由于复杂的受力情况而发生破坏。弯曲中隔墙竖向受力能力差,对拱顶的支撑作用不足,在拱顶处不易稳定且不能有效控制拱顶沉降。
其次,弯曲中隔墙中钢支撑的制作和安装复杂耗时,且有可能因为测量误差引起连接困难。
再次,弯曲钢支撑在后期拆除时非常不便。
发明内容
本发明的目的是针对传统双侧壁导坑法中的弯曲中隔墙存在的上述问题,提供一种隧道中隔墙结构及利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,解决了传统双侧壁导坑法中中隔墙受力不合理,在拱顶处不易稳定且对拱顶的支撑作用不足等问题,本发明能够增强大断面隧道施工围岩的稳定性,满足快速、安全施工要求,并且能够降低施工成本。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
本发明提供一种隧道中隔墙结构,其包括:
第一直立中隔墙、第二直立中隔墙和横隔墙和隧道初期支护;
隧道初期支护的一侧贴合且固定在隧道围岩上,隧道初期支护的另一侧附有二次衬砌;第一直立中隔墙、第二直立中隔墙平行竖立布置在隧道内,其上下两端分别与隧道初期支护相连;横隔墙与第一直立中隔墙、第二直立中隔墙交叉横向布置在隧道内,其左右两端分别与隧道初期支护相连接。
更优选地,所述第一直立中隔墙和第二直立中隔墙分别位于隧道横断面跨度的三等分点位置。
更优选地,所述第一直立中隔墙、第二直立中隔墙、横隔墙和隧道初期支护,分别由钢支撑和喷射在钢支撑外部的混凝土构成。
更优选地,所述钢支撑由多个钢架单元连接而成,相邻钢架单元间固定连接。
更优选地,所述每个钢架单元由型钢和/或钢板焊接而成。
本发明还提供一种利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其包括:
首先,按照待挖隧道的位置将隧道导坑划为:左侧导坑上台阶、左侧导坑下台阶、右侧导坑上台阶、右侧导坑下台阶、中导坑上台阶和中导坑下台阶,共六部分导坑;
然后按照如下步骤对隧道进行分步开挖:
步骤①开挖左侧导坑上台阶;
步骤②施工左侧导坑上台阶位置处的隧道初期支护、第一直立中隔墙及横隔墙;
步骤③开挖左侧导坑下台阶;
步骤④施工左侧导坑下台阶位置处的隧道初期支护及第一直立中隔墙;
步骤⑤开挖右侧导坑上台阶;
步骤⑥施工右侧导坑上台阶位置处的隧道初期支护、第二直立中隔墙及横隔墙;
步骤⑦开挖右侧导坑下台阶;
步骤⑧施工右侧导坑下台阶位置处的隧道初期支护及第二直立中隔墙;
步骤⑨开挖中导坑上台阶;
步骤10施工中导坑上台阶位置处的隧道初期支护及横隔墙;
步骤开挖中导坑下台阶;
步骤施工中导坑下台阶位置处的隧道初期支护;
步骤隧道底部的仰拱二衬施作及仰拱回填;
步骤拆除第一直立中隔墙、第二直立中隔墙及横隔墙;拆除过程中,每拆除一段隔墙随后就衬砌一段拱部二次衬砌,衬砌完该段,再拆除下一段;
步骤铺设排水管及防水层,整体浇筑拱部及墙部的二次衬砌;
更优选地,沿隧道纵向对隧道进行分布开挖过程中,按照如下原则进行:
左侧导坑上台阶与右侧导坑上台阶的掌子面错开距离不应小于设定的步距阈值;
左侧导坑上台阶与左侧导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值;
右侧导坑上台阶与右侧导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值;
中间导坑上台阶与中间导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值。
更优选地,施工每一部分导坑中的隧道初期支护、第一直立中隔墙、第二直立中隔墙或横隔墙时,按照如下施工流程进行:
先在该部分导坑内侧初喷设定厚度的混凝土,再架设该部分导坑位置处的隧道初期支护、第一直立中隔墙、第二直立中隔墙或横隔墙的钢支撑,然后在钢支撑上以及已经初喷混凝土的该部分导坑内侧复喷混凝土直至设计厚度。
更优选地,所述设定的步距阈值为15m。
更优选地,所述设定的纵向间隔阈值为5m。
由上述本发明的技术方案可以看出,与传统中隔墙法相比,本发明具有如下技术效果:
本发明通过使用直立中隔墙代替传统的弯曲中隔墙,使得该中隔墙的受力合理,这样该中隔墙不易发生整体失稳破坏,且不会发生连接破坏。其次,直立中隔墙能够对拱顶形成足够的支撑作用,从而有效控制拱顶沉降。
由于中隔墙采用直立中隔墙,无需对型钢进行压弯处理,且直立钢支撑的制作、运输、安装和拆除较传统的中隔墙要方便很多,因此简化了整个中隔墙施工工序,节省了大量人力物力及时间,并加快了施工进度,降低了整体施工成本。
附图说明
图1为传统双侧壁导坑法中的中隔墙结构示意图;
图2为本发明中的隧道中隔墙结构示意图;
图3为本发明中的利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法的施工工序示意图。
附图中:
第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2、横隔墙3、隧道初期支护4、二次衬砌5。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种隧道中隔墙结构,其结构示意图如图2所示,其包括:
第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2、横隔墙3和隧道初期支护4。
其中第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2、横隔墙3和隧道初期支护4,均由钢支撑和喷射在钢支撑外部的混凝土构成。
隧道初期支护4的一侧贴合且固定在隧道围岩上,隧道初期支护4的另一侧附有二次衬砌5;第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2平行竖立布置在隧道内,其上下两端分别与隧道初期支护4相连;横隔墙3与第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2交叉横向布置在隧道内,其左右两端分别与隧道初期支护4相连接。
第一直立中隔墙1和第二直立中隔墙2分别位于隧道断面跨度的三等分点位置,使导坑横断面约为整个隧道横断面宽度的三分之一。此时,第一直立中隔墙1和第二直立中隔墙2对围岩变形有较好的约束作用,同时能够保障机械化作业空间从而便利施工。
第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2、横隔墙3和隧道初期支护4的钢支撑均由多个钢架单元连接而成,各钢架单元间以螺栓连接并焊接。每个钢架单元在隧道外预制,由型钢和/或钢板焊接而成。
上述第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2、横隔墙3和隧道初期支护4将整个隧道的导坑分割成如下几部分:左侧导坑上台阶DK1、左侧导坑下台阶DK2、右侧导坑上台阶DK3、右侧导坑下台阶DK4、中导坑上台阶DK5及中导坑下台阶DK6。
当第一直立中隔墙1和第二直立中隔墙2使用直立的钢支撑时,由于受力方向为钢支撑的轴线方向,直立的钢支撑主要受到轴力的作用,而这种单向的轴力是可以承受的,从而不会发生强度破坏。另一方面又由于隧道围岩整体性较好情况下侧压力系数不大,因此没有足够大的侧向力使直立的钢支撑发生失稳破坏,从而保证整个中隔墙的稳定。
本发明还提供一种利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其利用图2中的结构去支撑,然后按图3中的施工工序图进行施工,具体实施过程如下:
首先,按照待挖隧道的位置将隧道导坑划为:左侧导坑上台阶、左侧导坑下台阶、右侧导坑上台阶、右侧导坑下台阶、中导坑上台阶和中导坑下台阶;
然后按照如下步骤对隧道进行分步开挖:
步骤①开挖左侧导坑上台阶。
步骤②施工左侧导坑上台阶位置处的隧道初期支护、第一直立中隔墙1(无曲率的型钢段)及横隔墙3。
步骤③开挖左侧导坑下台阶。
步骤④施工左侧导坑下台阶位置处的隧道初期支护及第一直立中隔墙1(无曲率的型钢段)。
步骤⑤开挖右侧导坑上台阶。
步骤⑥施工右侧导坑上台阶位置处的隧道初期支护、第二直立中隔墙2(无曲率的型钢段)及横隔墙3。
步骤⑦开挖右侧导坑下台阶。
步骤⑧施工右侧导坑下台阶位置处的隧道初期支护及第二直立中隔墙2(无曲率的型钢段)。
步骤⑨开挖中导坑上台阶。
步骤施工中导坑上台阶位置处的隧道初期支护及横隔墙3。
步骤开挖中导坑下台阶。
步骤施工中导坑下台阶位置处的隧道初期支护,至此该中导坑下台阶的隧道初期支护与左侧导坑上台阶、左侧导坑下台阶、右侧导坑上台阶、右侧导坑下台阶以及中导坑上台阶的隧道初期支护一起形成环向的隧道初期支护。
步骤隧道底部的仰拱二衬施作及仰拱回填。
隧道底部的仰拱二衬须及时施作并回填,以便尽早形成闭合环。二衬采用C30防水钢筋混凝土,回填采用C15片石混凝土。回填层上方施作隧道内路面结构层。
步骤拆除第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2及横隔墙3;并在拆除过程中,每拆除一段则随后衬砌一段拱部二次衬砌。
拆除施工需在围岩和初期支护变形稳定后进行,要加强监控量测以便及时掌握隧道围岩和隧道初期支护变形情况,并根据量测结果调整一次拆除的长度。拆除时隧道顶部的拱部二次衬砌应紧跟,拆一段隔墙随后就衬砌一段拱部二次衬砌,衬砌完该段,再拆除下一段。
步骤铺设排水管及防水层,整体浇筑拱部及墙部的二次衬砌。
在隧道初期支护与二次衬砌之间敷设一层由无纺布与防水板组成的复合防水层,防水板敷设应从隧道边墙下部设置的排水管处至隧道顶部的拱部连续施作,全隧道铺满,施工时要注意保护防水板的完整性。防水板背面每隔一定间距铺设环向排水管,将二衬背后积水排至边墙底部的纵向排水管。拱墙部二次衬砌采用移动式模板台车及泵送砼整体浇筑,施作时在矮边墙的基础上立模浇筑,每模衬砌砼应连续浇筑,一次完成。
上述步骤中涉及到的第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2、横隔墙3和隧道初期支护4的施工工艺为:隧道的每一部分导坑开挖完毕后,先在先在该部分导坑内侧初喷设定厚度的混凝土,再架设该部分导坑位置处的隧道初期支护4、第一直立中隔墙1、第二直立中隔墙2或横隔墙3的钢支撑,然后在钢支撑上以及已经初喷混凝土的该部分导坑内侧复喷混凝土直至设计厚度。
上述步骤中,步骤①~步骤④,可以放到步骤⑤~步骤⑧之后,也就是说先施工右侧导坑,然后再施工左侧导坑。
沿隧道纵向对隧道进行分布开挖过程中,按照如下原则进行:
左侧导坑上台阶与右侧导坑上台阶的掌子面错开距离不应小于设定的步距阈值,如15m;
左侧导坑上台阶与左侧导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值,如5m;
右侧导坑上台阶与右侧导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值,如5m;
中间导坑上台阶与中间导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值,如5m。
由上述本发明的实施例可以看出,本发明采用直立中隔墙代替传统的弯曲中隔墙,使得该中隔墙的受力合理,这样该中隔墙不易发生整体失稳破坏,且不会发生连接破坏。其次,直立中隔墙能够对拱顶形成足够的支撑作用,从而有效控制拱顶沉降。
由于中隔墙采用直立中隔墙,无需对型钢进行压弯处理,且直立钢支撑的制作、运输、安装和拆除较传统的中隔墙要方便很多,因此简化了整个中隔墙施工工序,节省了大量人力物力及时间,并加快了施工进度,降低了整体施工成本。。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内,所做的任何等效变化或润饰,同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (10)
1.一种隧道中隔墙结构,其特征在于,所述隧道中隔墙结构包括:
第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)和横隔墙(3)和隧道初期支护(4);
隧道初期支护(4)的一侧贴合且固定在隧道围岩上,隧道初期支护(4)的另一侧附有二次衬砌;第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)平行竖立布置在隧道内,其上下两端分别与隧道初期支护(4)相连;横隔墙(3)与第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)交叉横向布置在隧道内,其左右两端分别与隧道初期支护(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的隧道中隔墙结构,其特征在于,所述第一直立中隔墙(1)和第二直立中隔墙(2)分别位于隧道横断面跨度的三等分点位置。
3.根据权利要求1或2所述的隧道中隔墙结构,其特征在于,所述第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)、横隔墙(3)和隧道初期支护(4),分别由钢支撑和喷射在钢支撑外部的混凝土构成。
4.根据权利要求3所述的隧道中隔墙结构,其特征在于,所述钢支撑由多个钢架单元连接而成,相邻钢架单元间固定连接。
5.根据权利要求4所述的隧道中隔墙结构,其特征在于,所述每个钢架单元由型钢和/或钢板焊接而成。
6.一种利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其特征在于,所述利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法包括:
首先,按照待挖隧道的位置将隧道导坑划为:左侧导坑上台阶、左侧导坑下台阶、右侧导坑上台阶、右侧导坑下台阶、中导坑上台阶和中导坑下台阶,共六部分导坑;
然后按照如下步骤对隧道进行分步开挖:
步骤①开挖左侧导坑上台阶;
步骤②施工左侧导坑上台阶位置处的隧道初期支护、第一直立中隔墙(1)及横隔墙(3);
步骤③开挖左侧导坑下台阶;
步骤④施工左侧导坑下台阶位置处的隧道初期支护及第一直立中隔墙(1);
步骤⑤开挖右侧导坑上台阶;
步骤⑥施工右侧导坑上台阶位置处的隧道初期支护、第二直立中隔墙(2)及横隔墙(3);
步骤⑦开挖右侧导坑下台阶;
步骤⑧施工右侧导坑下台阶位置处的隧道初期支护及第二直立中隔墙(2);
步骤⑨开挖中导坑上台阶;
步骤10施工中导坑上台阶位置处的隧道初期支护及横隔墙(3);
步骤开挖中导坑下台阶;
步骤施工中导坑下台阶位置处的隧道初期支护;
步骤隧道底部的仰拱二衬施作及仰拱回填;
步骤拆除第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)及横隔墙(3);拆除过程中,每拆除一段隔墙随后就衬砌一段拱部二次衬砌,衬砌完该段,再拆除下一段;
步骤铺设排水管及防水层,整体浇筑拱部及墙部的二次衬砌;
7.根据权利要求6所述的一种利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其特征在于,沿隧道纵向对隧道进行分布开挖过程中,按照如下原则进行:
左侧导坑上台阶与右侧导坑上台阶的掌子面错开距离不应小于设定的步距阈值;
左侧导坑上台阶与左侧导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值;
右侧导坑上台阶与右侧导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值;
中间导坑上台阶与中间导坑下台阶纵向间距不应大于设定的纵向间隔阈值。
8.根据权利要求6或7所述的一种利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其特征在于,施工每一部分导坑中的隧道初期支护(4)、第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)或横隔墙(3)时,按照如下施工流程进行:
先在该部分导坑内侧初喷设定厚度的混凝土,再架设该部分导坑位置处的隧道初期支护(4)、第一直立中隔墙(1)、第二直立中隔墙(2)或横隔墙(3)的钢支撑,然后在钢支撑上以及已经初喷混凝土的该部分导坑内侧复喷混凝土直至设计厚度。
9.根据权利要求7所述的一种利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其特征在于,所述设定的步距阈值为15m。
10.根据权利要求7所述的一种利用中隔墙法实现隧道分步开挖的方法,其特征在于,所述设定的纵向间隔阈值为5m。
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