CN108589737A - 一种城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法 - Google Patents

一种城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法。其施工方法步骤如下：先进行地下连续墙施工，预埋测斜管，施作水泥搅拌桩、减沉桩；然后，开挖土体，依次施作四道支撑，然后开挖土体至大基坑底后，按设计放坡开挖至小基坑底、浇筑素砼垫层；接着，依次浇筑轨交区间结构底板、侧墙，两侧回填，浇筑快速路框架底板；再拆除第四道支撑，向上浇筑隧道框架侧墙、换撑；拆除第三道支撑，浇筑快速路隧道框架顶板；向上依次拆除第二道支撑、第一道支撑，然后拆除换撑；最后割除格构柱，施作隧道框架顶板附加防水层，覆土回填，恢复城市主干道路面。本发明提供了一种在淤泥质软土中修建地下快速路隧道与轨交区间的行之有效的解决途径。

Description

一种城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法
技术领域
本发明涉及地下工程施工领域，具体涉及一种城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法。
背景技术
沿海城市有许多区域属于软土地层，随着城市现代化，在已有高档商务区和高档住宅区的城市主干道的上部不宜新建高架快速路，只好修建地下快速路。这样在城市主干道下部土层强度较好的情况下，地下快速路与轨交区间工序一般为先施作围护结构，开挖基坑，然后从下到上依次浇筑轨交区间结构、地下快速路隧道框架结构，此时不需要任何预加固与减沉措施，见图1。但若工程施工区域处于淤泥质软土条件下，地下快速路隧道的下沉非常明显，轨交(轨道交通)区间结构在淤泥质软土中也是不稳定的，此时若无任何预加固和减沉措施，工程可行性是不满足的，因此需要在上述施工步骤中增加一些必要可行的工序才能满足工程的可操作性。
发明内容
本发明针对城市主干道下淤泥质软土中地下快速路隧道与地铁盾构区间合建存在问题，并提供一种城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其步骤如下：
1)平整场地，沿待建区域两侧施工地下连续墙作为围护结构，且施工过程下放钢筋笼时，把测斜管绑扎在钢筋笼上，预埋至地下连续墙中，用于监测围护结构的水平位移；
2)用三轴水泥搅拌桩进行地基加固，其中地下快速路隧道底板以上的淤泥质土进行弱加固，而隧道底板以下的淤泥质土进行强加固；
3)在待放坡开挖的轨交区间基坑底部施作减沉桩兼立柱桩，同时施作上部立柱；在轨交区间基坑两侧的地下快速路隧道底板下方施作减沉桩；
4)从场地顶部开始向下开挖土体至基坑第一道支撑的设计位置底部，浇筑冠梁和第一道砼支撑；继续向下开挖土体至第二道支撑的设计位置底部，然后设置第二道钢支撑并对其施加预应力；继续向下开挖土体至第三道支撑的设计位置底部，设置第三道钢支撑并对其施加预应力；继续向下开挖土体至地下快速路的基坑设计位置底部，设置第四道砼支撑并对其施加预应力；其中第一道支撑位于城市主干道路面位置，第二道支撑位于城市主干道路面和地下快速路框架的顶部之间，第三道支撑位于地下快速路框架的顶部和底部之间，第四道支撑位于地下快速路框架的底部位置；且四道支撑均水平支顶于两侧的地下连续墙之间；
5)按设计坡率继续向下放坡开挖至轨交区间基坑底，然后在轨交区间基坑底浇筑素砼垫层，素砼垫层上施作防水措施；
6)在轨交区间基坑中，从下往上依次浇筑轨交区间结构底板和侧墙，侧墙施作防水措施，然后对侧墙两侧的基坑进行回填；再浇筑地下快速路隧道框架底板，框架底板施作防水措施；且地下快速路隧道框架底板与轨交区间结构的侧墙浇筑成一体，同时作为轨交区间结构的顶板；
7)待地下快速路隧道框架底板达到设计强度后拆除第四道砼支撑，，然后从下往上浇筑隧道框架侧墙至第三道支撑底部；待隧道框架侧墙达到设计强度后在两侧侧墙之间加设一道横撑实现换撑；隧道框架侧墙施作防水措施；
8)待地下快速路隧道框架侧墙达到设计强度后，拆除第三道钢支撑，浇筑隧道框架顶板和剩余的侧墙；隧道框架结构顶板施作防水措施；
9)待地下快速路隧道框架顶板达到设计强度后，向上依次拆除第二道钢支撑、第一道砼支撑，最后拆除换撑；
10)割除格构柱，在隧道框架顶板上施作防水层，覆土回填，恢复城市主干道路面。
作为优选，步骤2)中，所述的三轴水泥搅拌桩尺寸为φ850@600，其中弱加固区水泥掺量为7～9％；强加固区水泥掺量为15～20％。
作为优选，步骤2)中，三轴水泥搅拌桩的施工参数如下：水灰比为1.2～2.0，钻机钻进搅拌速度为0.3～0.8m/min，提升搅拌速度在1.0～1.5m/min，采用跳打方式施工。
作为优选，步骤4)中，所述的冠梁尺寸为1000mm×1000mm，第一道砼支撑和第四道砼支撑尺寸为800mm×900mm。
作为优选，步骤4)中，所述的第二道钢支撑和第三道钢支撑的管径Φ609 mm，壁厚t＝16mm。
作为优选，步骤5)中，素砼垫层上施作防水措施具体为：素砼垫层上用外贴遇水膨胀橡胶条止水，遇水膨胀的橡胶条上部再用橡胶密封垫进行防水。
作为优选，步骤6)中，侧墙施作防水措施具体为：侧墙上用外贴遇水膨胀橡胶条止水，遇水膨胀的橡胶条旁侧再用橡胶密封垫进行防水；框架底板施作防水措施具体为：框架底板用防水卷材止水。
作为优选，步骤7)中，隧道框架侧墙施作防水措施具体为：隧道框架侧墙采用外包防水卷材止水。
作为优选，步骤8)中，隧道框架结构顶板施作防水措施具体为：在隧道框架结构顶板外包防水卷材，同时再涂抹防水涂料。
作为优选，步骤6)中，轨交区间结构底板的宽度大于轨交区间最外围两侧的侧墙间距，以减小轨交结构底板上部附加荷载强度以及上部结构沉降变形。
本发明在原有隧道工程施工工序的基础上，增加一些特殊的预加固与减沉措施等，另外对传统的地下结构构造上也作了局部优化设计调整，由此提供了一种在淤泥质软土中修建地下快速路隧道与轨交区间的行之有效的解决途径。
附图说明
图1为城市主干道下地下快速路隧道与轨交区间合建模式示意图；
图2为局部优化设计后城市主干道下地下快速路隧道与轨交区间合建模式示意图；
图3为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况1：地下连续墙施工(预埋测斜管)、水泥搅拌桩加固、减沉桩(含立柱桩)施作示意图；
图4为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况2：开挖土体至基坑第一道支撑底，浇筑冠梁和第一道砼支撑示意图；
图5为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况3：开挖土体至第二道支撑底，设置第二道钢支撑并施加预应力示意图；
图6为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况4：开挖土体至第三道支撑底，设置第三道钢支撑并施加预应力示意图；
图7为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况5：开挖土体至第四道支撑底，设置第四道砼支撑并施加预应力示意图；
图8为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况6：开挖土体至大基坑底，然后按设计放坡开挖至小基坑底、浇筑素砼垫层示意图；
图9为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况7：从下往上依次浇筑轨交区间结构底板、侧墙，两侧回填，浇筑地下快速路框架底板示意图；
图10为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况8：拆除第四道支撑，向上浇筑隧道框架侧墙、换撑示意图；
图11为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况9：拆除第三道支撑，浇筑地下快速路隧道框架顶板示意图；
图12为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况10：向上依次拆除第二道支撑、第一道支撑，然后拆除换撑示意图；
图13为地下快速路隧道与轨交区间合建施工工况11：割除格构柱，施作隧道框架顶板附加防水层，覆土回填，恢复城市主干道路面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。
如图1所示，为一种城市主干道下地下快速路隧道与轨交区间合建模式示意图，地下快速路隧道与轨交区间一并同步施工。该结构适用于在城市主干道下部土层强度较好的情况下，地下快速路与轨交区间工序一般为先施作围护结构，开挖基坑，然后从下到上依次浇筑轨交区间结构、地下快速路隧道框架结构，此时不需要任何预加固与减沉措施。但假如该工程下部土层强度较差，则必须采取一些必要可行的超前预加固措施与优化设计。
本实施例中的工程项目中，地下快速路位于城市主干道下方，且地下快速路下方还需同步一体化施工轨交地铁，工程土质为沿海地区淤泥质软土。因此需要采用特殊的施工方法。本实施例中借鉴山岭隧道中超前支护的原理，在原有工程施工工序的基础上增加一些必要的预加固与减沉措施等，另在两种地下结构构造上也作了一些局部优化设计调整，寻找一种在淤泥质软土中修建地下快速路隧道与轨交区间的行之有效的解决途径。
如图2所示，为局部优化设计后的城市主干道下地下快速路隧道与轨交区间合建模式示意图。该结构中，作为局部优化设计的一方面，将地下快速路隧道框架底板与轨交区间结构的顶板合二为一，一体浇筑。地下快速路隧道框架结构与轨交区间结构一般设计为分离结构，是独立的个体，这样不利于控制差异不均匀沉降。公路隧道框架结构与轨交结构合为一体，更有利于变形协调，共同分担上部荷载，犹如筏型基础(最常见为河中行人竹筏)整体稳定性更强，再加上两种结构底板下均布设减沉桩，更有利于控制沉降。两种结构共建在保证安全的情况下，还可节约工期与工程造价。
而随着公路隧道框架结构与轨交结构需要合建，其施工工序也要做相应调整，因为基坑开挖，越往下开挖施工风险越大，尤其在淤泥质软土“坑中坑”(即在地下快速路隧道框架底板处，也即设计大基坑底处继续向下开挖至小基坑底轨交结构底板处)施工存在一定的风险，本发明作了以下的设计施工考虑：
(1)大基坑(即地下快速路隧道框架的基坑)底淤泥质软土水泥搅拌桩加固比上部土体要强，地下快速路隧道框架底板以下的淤泥质土进行强加固，不仅能够保证浇筑施工轨交区间结构时的稳定性，还能保证轨交后期运营时的稳定性；
(2)在强加固淤泥质软土中从设计大基坑底处继续向下开挖，采用放坡开挖至小基坑(即轨交结构的基坑)底轨交结构底板处，放坡开挖也可以一定程度上减小“坑中坑”施工风险；
(3)为控制地下快速路隧道结构和轨交结构的沉降变形，施作减沉桩和立柱桩(兼作减沉桩)。
作为局部优化设计的另一方面，该结构还对轨交区间结构的底板面积进行扩展。该做法的原因如下：为减小轨交结构底板上部附加荷载，以及上部结构沉降变形，扩大轨交结构底板面积(宽度)，更有利于应力扩散，进而减小沉降。
p＝F/A (1)
p＝ks (2)
公式中：F为上部覆土、地下快速路隧道结构以及轨交区间结构总荷载传至轨交结构底板的荷载(KN)；A为轨交结构底板面积；p为荷载强度(KPa)；K为基床系数；s为与p对应的沉降(mm)。
从公式(1)、(2)中可见，A↑增加，则P↓，在基床系数恒定的情况下，s ↓降低。
公式中：ψ为沉降经验系数；p0为作用于轨交区间结构底板的附加应力；Δp 为轨交区间结构底板及较硬土层顶上下平均附加应力；Z分别为轨交区间结构底板处至较硬土层顶的距离；为轨交区间结构底板处至较硬土层的平均附加应力系数；E为强加固的淤泥质软土压缩模量，可通过取样室内试验获取。
从公式(3)中可见，Δp↓、p0↓减小，则s↓降低。
下面结合附图详述图2中结构的设计施工方法。依次如图3～13所示，本实施例中，城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其步骤如下：
1)平整场地，场地土层分布由上向下依次为3～5m杂填土、20～30m淤泥质软土，再下方为较硬的土层。然后，沿待建区域两侧施工地下连续墙作为围护结构，且施工过程下放钢筋笼时，把测斜管绑扎在钢筋笼上，预埋至地下连续墙中，用于监测围护结构的水平位移。申请人经研究发现，基于桩—土共同作用、协调变形的原理，只需在围护结构地下连续墙内预埋测斜管，不需在基坑围护结构外旁边另埋设土体侧向位移量测测斜管，可以反映基坑围护结构水平变形情况，由此大大简化了量测工序。
2)围护结构施工完成后，采用850@600三轴水泥搅拌桩(不低于P42.5普硅水泥)进行地基加固，搅拌桩弱加固区水泥掺量为7～9％，经试验该掺量使得水泥土加固体的14天无侧限强度qu不小于0.2Mpa，28天无侧限抗压强度qu不小于0.3Mpa；强加固区水泥掺量为15～20％，经试验该掺量使得水泥土加固体 28天无侧限抗压强度qu不小于0.8～1.0Mpa。三轴水泥搅拌桩施工控制参数如下：水灰比1.2～2.0，钻机钻进搅拌速度为0.3～0.8m/min，提升搅拌速度在1.0～1.5 m/min，采用跳打方式施工。
3)在待放坡开挖的轨交区间基坑底部施作两排减沉桩，减沉桩顶部与上部立柱相接，因这两排减沉桩实际上兼做立柱桩。另外，在轨交区间基坑两侧的地下快速路隧道底板下方还需各施作一排减沉桩。减沉桩桩长为10～15m，立柱桩长度为25～40m。
4)从场地顶部开始向下开挖土体至基坑第一道支撑的设计位置底部，浇筑冠梁和第一道砼支撑；继续向下开挖土体至第二道支撑的设计位置底部，然后设置第二道钢支撑并对其施加预应力；继续向下开挖土体至第三道支撑的设计位置底部，设置第三道钢支撑并对其施加预应力；继续向下开挖土体至地下快速路的基坑设计位置底部，设置第四道砼支撑并对其施加预应力；其中第一道支撑位于城市主干道路面位置，第二道支撑位于城市主干道路面和地下快速路框架的顶部之间的中部高度，第三道支撑位于地下快速路框架的顶部和底部之间的中部高度，第四道支撑位于地下快速路框架的底部位置；且四道支撑均水平支顶于两侧的地下连续墙之间。冠梁尺寸为1000mm×1000mm，第一道砼支撑和第四道砼支撑尺寸为800mm×900mm。第二道钢支撑和第三道钢支撑的管径Φ609mm，壁厚t＝16mm。
5)按设计坡率继续向下放坡开挖至轨交区间基坑底，然后在轨交区间基坑底浇筑素砼垫层，素砼垫层上施作防水措施，即素砼垫层上用外贴遇水膨胀橡胶条止水，遇水膨胀的橡胶条上部再用橡胶密封垫进行防水。
6)在轨交区间基坑中，从下往上依次浇筑轨交区间结构底板和侧墙，且施工过程中，轨交区间结构底板的宽度大于轨交区间最外围两侧的侧墙间距，以减小轨交结构底板上部附加荷载强度以及上部结构沉降变形。侧墙施作防水措施，即侧墙上用外贴遇水膨胀橡胶条止水，遇水膨胀的橡胶条旁侧再用橡胶密封垫进行防水。然后对侧墙两侧的基坑进行回填；再浇筑地下快速路隧道框架底板，框架底板施作防水措施，即框架底板用防水卷材止水。地下快速路隧道框架底板与轨交区间结构的侧墙浇筑成一体，同时作为轨交区间结构的顶板。
7)待地下快速路隧道框架底板达到设计强度后拆除第四道砼支撑，然后从下往上浇筑隧道框架侧墙至第三道支撑底部；待隧道框架侧墙达到设计强度后在两侧侧墙之间加设一道横撑实现换撑；隧道框架侧墙施作防水措施，即隧道框架侧墙采用外包防水卷材止水。
8)待地下快速路隧道框架侧墙达到设计强度后，拆除第三道钢支撑，浇筑隧道框架顶板和剩余的侧墙；隧道框架结构顶板施作防水措施，即在隧道框架结构顶板外包防水卷材，同时再涂抹防水涂料。
9)待地下快速路隧道框架顶板达到设计强度后，向上依次拆除第二道钢支撑、第一道砼支撑，最后拆除换撑；
10)割除格构柱(轨交区间底板上方的立柱)，在隧道框架顶板上施作防水层，覆土回填，恢复城市主干道路面。
在上述施工中，防水措施也是必要的优化工序之一，因为覆土内的水直接下渗浸蚀地下快速路隧道结构顶板和侧墙。因此在隧道结构顶板和侧墙以及底板做好外包防水卷材，另顶板最好再用防水涂料，防止砼结构中的钢筋锈蚀，影响结构力学性能；上部水长期会通过隧道侧墙与围护结构之间的缝隙继续往下下渗，轨交区间结构侧墙和底板属防水的加强部位，借鉴盾构隧道管片中常用的橡胶密封垫以及遇水膨胀橡胶条，在轨交区间结构侧墙和底板处用橡胶密封垫以及外贴遇水膨胀橡胶条防水。
通过上述特殊的预加固与减沉措施等，以及对结构构造上所作的局部优化设计调整，本发明能够在淤泥质软土中安全、经济、快速地实现地下快速路隧道与轨交区间合建。

Claims (10)

1.一种城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤如下：
1)平整场地，沿待建区域两侧施工地下连续墙作为围护结构，且施工过程下放钢筋笼时，把测斜管绑扎在钢筋笼上，预埋至地下连续墙中，用于监测围护结构的水平位移；
2)用三轴水泥搅拌桩进行地基加固，其中地下快速路隧道底板以上的淤泥质土进行弱加固，而隧道底板以下的淤泥质土进行强加固；
3)在待放坡开挖的轨交区间基坑底部施作减沉桩兼立柱桩，同时施作上部立柱；在轨交区间基坑两侧的地下快速路隧道底板下方施作减沉桩；
4)从场地顶部开始向下开挖土体至基坑第一道支撑的设计位置底部，浇筑冠梁和第一道砼支撑；继续向下开挖土体至第二道支撑的设计位置底部，然后设置第二道钢支撑并对其施加预应力；继续向下开挖土体至第三道支撑的设计位置底部，设置第三道钢支撑并对其施加预应力；继续向下开挖土体至地下快速路的基坑设计位置底部，设置第四道砼支撑并对其施加预应力；其中第一道支撑位于城市主干道路面位置，第二道支撑位于城市主干道路面和地下快速路框架的顶部之间，第三道支撑位于地下快速路框架的顶部和底部之间，第四道支撑位于地下快速路框架的底部位置；且四道支撑均水平支顶于两侧的地下连续墙之间；
5)按设计坡率继续向下放坡开挖至轨交区间基坑底，然后在轨交区间基坑底浇筑素砼垫层，素砼垫层上施作防水措施；
6)在轨交区间基坑中，从下往上依次浇筑轨交区间结构底板和侧墙，侧墙施作防水措施，然后对侧墙两侧的基坑进行回填；再浇筑地下快速路隧道框架底板，框架底板施作防水措施；地下快速路隧道框架底板与轨交区间结构的侧墙浇筑成一体，同时作为轨交区间结构的顶板；
7)待地下快速路隧道框架底板达到设计强度后拆除第四道砼支撑，，然后从下往上浇筑隧道框架侧墙至第三道支撑底部；待隧道框架侧墙达到设计强度后在两侧侧墙之间加设一道横撑实现换撑；隧道框架侧墙施作防水措施；
8)待地下快速路隧道框架侧墙达到设计强度后，拆除第三道钢支撑，浇筑隧道框架顶板和剩余的侧墙；隧道框架结构顶板施作防水措施；
9)待地下快速路隧道框架顶板达到设计强度后，向上依次拆除第二道钢支撑、第一道砼支撑，最后拆除换撑；
10)割除格构柱，在隧道框架顶板上施作防水层，覆土回填，恢复城市主干道路面。
2.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤2)中，所述的三轴水泥搅拌桩尺寸为φ850@600，其中弱加固区水泥掺量为7～9％；强加固区水泥掺量为15～20％。
3.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤2)中，三轴水泥搅拌桩的施工参数如下：水灰比为1.2～2.0，钻机钻进搅拌速度为0.3～0.8m/min，提升搅拌速度在1.0～1.5m/min，采用跳打方式施工。
4.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤4)中，所述的冠梁尺寸为1000mm×1000mm，第一道砼支撑和第四道砼支撑尺寸为800mm×900mm。
5.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤4)中，所述的第二道钢支撑和第三道钢支撑的管径Φ609mm，壁厚t＝16mm。
6.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤5)中，素砼垫层上施作防水措施具体为：素砼垫层上用外贴遇水膨胀橡胶条止水，遇水膨胀的橡胶条上部再用橡胶密封垫进行防水。
7.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤6)中，侧墙施作防水措施具体为：侧墙上用外贴遇水膨胀橡胶条止水，遇水膨胀的橡胶条旁侧再用橡胶密封垫进行防水；框架底板施作防水措施具体为：框架底板用防水卷材止水。
8.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤7)中，隧道框架侧墙施作防水措施具体为：隧道框架侧墙采用外包防水卷材止水。
9.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤8)中，隧道框架结构顶板施作防水措施具体为：在隧道框架结构顶板外包防水卷材，同时再涂抹防水涂料。
10.如权利要求1所述的城市主干道下地下快速路与轨交区间合建的施工方法，其特征在于，步骤6)中，轨交区间结构底板的宽度大于轨交区间最外围两侧的侧墙间距，以减小轨交结构底板上部附加荷载强度以及上部结构沉降变形。
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