CN109056810A - 既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造及其施工方法 - Google Patents

既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造及其施工方法 Download PDF

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Abstract

针对缓解城市交通压力不可避免地需对既有建(构)筑物进行拆迁，与拆迁建(构)筑物产权者的正常生产生活之间所存在的矛盾，本发明提供一种既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造及其施工方法。该横向扩挖构造的施作采用在建(构)筑物下方对地下主体结构的局部进行横向扩挖的方式，在满足明挖法或盖挖法地下主体结构建设的前提下，能够尽量减少对既有建(构)筑物的拆迁。

Description

既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造及其 施工方法
技术领域
本发明属于地下结构施工技术领域。具体地，涉及一种在既有建(构)筑物下方，对明挖法或盖挖法施工的地下主体结构，进行横向扩挖施作的构造，还涉及该横向扩挖构造的施工方法。
背景技术
地下主体结构，尤其是城市地铁车站的施工方法主要有明挖法、盖挖法、暗挖法三种。其中，对于明挖法和盖挖法，由于其建设周期短、建设费用低、施工风险小、使用功能好等特点，是最常用的工法。
但随着国内城市地铁线网加密，许多城市建设密集区的地铁车站建设，采用明挖法和盖挖法施工工法，不可避免地涉及到地面建筑物的拆迁及地下构筑物的改迁。地铁建设的总工期往往有限，而由征地拆迁、管线改迁等导致的工期延误、巨额赔偿及其引发的一系列社会矛盾成为地铁建设过程中一个重要的制约因素。部分房屋甚至无法进行拆迁，导致耗费了大量的社会资源。
一方面是城市日益增长的交通压力缓解需求，另一方面是地铁车站修建范围内建(构)筑物产权者的正常生产生活需求。因此，如何合理地解决以上两种需求之间的关系，对于地铁建设是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于：针对缓解城市交通压力不可避免地需对既有建(构)筑物进行拆迁，与拆迁建(构)筑物产权者的正常生产生活之间所存在的矛盾，提供一种既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造及其施工方法。该横向扩挖构造的施作采用在建(构)筑物下方对地下主体结构的局部进行横向扩挖的方式，在满足明挖法或盖挖法地下主体结构建设的前提下，能够尽量减少对既有建(构)筑物的拆迁。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造，包括横向扩挖段主体结构顶板、侧墙及底板，三者形成与地下主体结构连通的空间，且所形成空间向地下主体结构横向延伸。在既有建(构)筑物下方进行横向扩挖，可以不再对建(构)筑物进行拆迁，大大缓解拆迁造成的工期延误、拆迁赔偿。
作为优选方案，横向扩挖段主体结构侧墙与底板一体浇筑，横向扩挖段主体结构顶板与侧墙及底板分两次浇筑。有利于地层扩挖后的混凝土浇筑施工。
作为优选方案，横向扩挖段主体结构顶板搭接在地下主体结构上。使横向扩挖段与地下主体结构连接稳固。
作为优选方案，横向扩挖段主体结构侧墙上端设置有斜撑结构，斜撑结构顶端支撑在横向扩挖段主体结构顶板底部。对横向扩挖主体结构的稳定性具有积极影响。
作为优选方案，横向扩挖段主体结构顶板、侧墙及底板均设置有防水层。防止地下水渗漏对主体结构的运维产生影响。
上述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的施工方法，包括如下步骤：
步骤1.在基坑开挖期间，实施横向扩挖段的地层加固措施，横向扩挖段的顶部超前支护措施，以及既有建筑基础的注浆加固措施；
步骤2.地下主体结构完成后，实施横向扩挖段的地层扩挖施工；横向扩挖段地层开挖分若干台阶进行，沿深度方向由上至下开挖各台阶；先实施最上层的①号台阶的地层扩挖，以及横向扩挖段主体结构顶板的浇筑施工；
步骤3.横向扩挖段主体结构顶板达到设计强度后，再实施横向扩挖段其余台阶的地层扩挖，以及横向扩挖段主体结构侧墙和底板的浇筑施工。
作为优选方案，步骤1中，横向扩挖段的地层加固措施采用地层注浆加固工艺，横向扩挖段的顶部超前支护措施采用双排大管棚支护工艺及拱顶预埋注浆管工艺。
作为优选方案，步骤2中，横向扩挖段①号台阶的地层扩挖包括如下步骤：
步骤(1).开挖Ⅰ号导洞，Ⅰ号导洞位于第一台阶纵向的两端，且Ⅰ号导洞成对布置；
步骤(2).开挖Ⅱ号导洞，Ⅱ号导洞位于成对Ⅰ号导洞之间；
步骤(3).施作Ⅱ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(4).拆除Ⅰ、Ⅱ号导洞间的中壁，施作Ⅰ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(5).开挖Ⅲ号导洞，Ⅲ号导洞位于①号台阶纵向的中间；
步骤(6).开挖Ⅳ号导洞，Ⅳ号导洞位于Ⅲ号导洞纵向的两侧；
步骤(7).施作Ⅳ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(8).拆除Ⅲ、Ⅳ号导洞间的中壁，施作Ⅲ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号导洞形成全部①号台阶；步骤(1)-(4)按顺序施作，步骤(5)-(8)按顺序施作，步骤(1)-(4)与步骤(5)-(8)无先后顺序。
作为优选方案，步骤3中，横向扩挖段其余台阶的地层扩挖包括如下步骤：
步骤(9).沿横向扩挖段纵向的两端和中部，分三个工作面沿纵向拉槽开挖②号台阶；
步骤(10).当②号台阶进尺大于4.5m后，开挖③号台阶；
步骤(11).当③号台阶进尺大于4.5m后，开挖④号台阶；以此类推，直至扩挖完成横向扩挖段全部地层；
步骤(9)-(11)按顺序施作，步骤(9)-(11)在步骤(4)或(8)之后施作。
作为优选方案，①号台阶的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号导洞在开挖完成后，施作初期支护；②号台阶及②号下方台阶在开挖完成后，施作锚杆挡墙支护体系；地下主体结构完成后，横向扩挖段地层扩挖施工前，先在横向扩挖段架设梁柱及倒撑体系；横向扩挖段主体结构完成后，再对临时架设的梁柱及倒撑体系进行破除。
综上所述，由于采用了上述技术方案，相比于现有技术，本发明的有益效果是：在基本不影响地下主体结构功能的前提下，大大降低了明(盖)挖车站建设的房屋拆迁费用。结合了传统盖挖法、导坑法、台阶法的优点，采取综合超前支护措施、优化施工步骤、增加施工操作面等方式。有利于分部分项同时作业，实现快速高效施工，且地面建筑物最大沉降可控。尤其为后续城市建筑密集区建设地铁车站提供了新方法，灵活运用横向扩挖工法在地铁车站设计与施工的发展中。在既有建(构)筑物下方，对明(盖)挖地铁车站横向扩挖的施工方法的应用，可以不再对建(构)筑物进行拆迁。大大缓解拆迁造成的工期延误、拆迁赔偿等，可有效解决了地面场地狭小与地铁功能需求的矛盾，具有很高的技术效益、经济效益、社会效益。
附图说明
图1为既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的标准横剖面结构示意图。
图2为横向扩挖构造的超前支护措施标准横剖面结构示意图。
图3-图14为横向扩挖构造的施工步骤图。
图中示出部位及构件所对应的标记：A-地下主体结构及基坑围护桩，A1-基坑围护桩，A2-明挖或盖挖地下主体结构，A3-梁柱，A4-倒撑；B-横向扩挖段主体结构，B1-顶板防水层及主体结构，B2-侧墙、底板防水层及主体结构；C-横向扩挖支护体系，C1-双排大管棚，C2-初期支护钢架，C3-自钻式锚杆，C4-型钢钢架，C5-注浆锚杆，C6-钢腰梁，C7-锁脚锚杆；D-既有建(构)筑物。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例公开了一种既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造，如图1所示，包括横向扩挖段主体结构顶板、侧墙及底板，三者形成与地下主体结构连通的空间，且所形成空间向地下主体结构横向延伸。本实施例以地铁车站施工为例，所要解决的技术问题是提供一种在既有建(构)筑物下方对明(盖)挖地铁车站横向扩挖的施工方法，可不再对地面建(构)筑物拆迁。
具体地，如图1所示，横向扩挖段主体结构侧墙与底板一体浇筑，横向扩挖段主体结构顶板与侧墙及底板分两次浇筑。横向扩挖段主体结构顶板搭接在地下主体结构上。横向扩挖段主体结构侧墙上端设置有斜撑结构，斜撑结构顶端支撑在横向扩挖段主体结构顶板底部。横向扩挖段主体结构顶板、侧墙及底板均设置有防水层。
上述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的施工方法，如图3-图14所示，包括如下步骤：
步骤1.在车站基坑开挖期间，随开挖实施横向扩挖段的地层加固措施，横向扩挖段的顶部超前支护措施，以及既有建筑基础的注浆加固措施；
步骤2.车站地下主体结构完成后，实施横向扩挖段的地层扩挖施工；参照图2，横向扩挖段地层开挖分五个台阶进行，沿深度方向由上至下开挖各台阶；先实施最上层的①号台阶的地层扩挖，以及横向扩挖段主体结构顶板的浇筑施工；
步骤3.横向扩挖段主体结构顶板达到设计强度后，再实施横向扩挖段其余台阶的地层扩挖，以及横向扩挖段主体结构侧墙和底板的浇筑施工。
同时，本实施例优化了施工步骤，增加施工操作面，具体地：
步骤1中，参照图3，横向扩挖段的地层加固措施采用地层注浆加固工艺，横向扩挖段的顶部超前支护措施采用顶部双排大管棚支护工艺及拱顶预埋注浆管工艺。
步骤2中，参照图8，①号台阶采用导坑法分步分序法沿车站横向开挖，第一序(Ⅰ、Ⅱ号导洞)完成后进行第二序施工(Ⅲ、Ⅳ号导洞)，每序采用导坑法施工。具体地，横向扩挖段①号台阶的地层扩挖包括如下步骤：
步骤(1).参照图4、图5，先施工①号台阶，破除①号台阶车站围护桩，开挖Ⅰ号导洞，Ⅰ号导洞位于第一台阶纵向的两端，且Ⅰ号导洞成对布置；
步骤(2).参照图6、图7，完成Ⅰ号导洞施工后开挖Ⅱ号导洞，Ⅱ号导洞位于成对Ⅰ号导洞之间；
步骤(3).参照图6、图8，拆除Ⅰ、Ⅱ号导洞间的初期支护钢架，施作Ⅱ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(4).拆除Ⅰ、Ⅱ号导洞间的中壁，施作Ⅰ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
①号台阶范围内扩挖主体结构顶板全部完成后，开始②-⑤台阶开挖。
步骤(5).开挖Ⅲ号导洞，Ⅲ号导洞位于①号台阶纵向的中间；
步骤(6).参照图6、参照图8，完成Ⅲ号导洞施工后开挖Ⅳ号导洞，Ⅳ号导洞位于Ⅲ号导洞纵向的两侧；
步骤(7).施作Ⅳ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(8).参照图6、参照图8，拆除Ⅲ、Ⅳ号导洞间的中壁，施作Ⅲ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号导洞形成全部①号台阶；步骤(1)-(4)按顺序施作，步骤(5)-(8)按顺序施作，步骤(1)-(4)与步骤(5)-(8)无先后顺序，即可同时开挖Ⅲ号导洞。
步骤3中，开挖主要从扩挖段中部和两端头共三个工作面拉槽切入，然后沿车站纵向开挖。具体地，横向扩挖段其余台阶的地层扩挖包括如下步骤：
步骤(9).参照图9、图10，①号台阶全部顶板达到设计强度后，破除②号台阶车站围护桩，拆除钢管倒撑，沿横向扩挖段纵向的两端和中部，分三个工作面沿纵向拉槽开挖②号台阶；
步骤(10).参照图11、图12，当②号台阶进尺大于4.5m后，开挖③号台阶；
步骤(11).参照图11、图12，当③号台阶进尺大于4.5m后，开挖④号台阶；当④号台阶进尺大于4.5m后，开挖⑤号台阶；最后扩挖完成横向扩挖段全部地层，需注意每个台阶之间的开挖进尺不小于4.5m；
步骤(9)-(11)按顺序施作，步骤(9)-(11)在步骤(4)或(8)之后施作。参照图13、14，地层扩挖完成后，顶板以下的纵向进尺达到分段长度后浇筑底板及侧墙，一个浇筑段长度为15-24m。开挖和浇筑采用多工作面跳仓方式，确保浇筑分两次完成。扩挖部分主体结构全部完成后，凿除临时梁柱，形成最终扩挖结构。
此外，如图2所示，本实施例采用了一些辅助性施工措施，以保证结构整体受力和整体稳定。具体地，①号台阶的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号导洞在开挖完成后，施作初期支护。导洞初期支护由3.5m长R32S自钻式锚管、C25早强混凝土、钢筋网、I18临时型钢、纵向连接筋组成，并采用锁脚锚杆加固墙角，锁脚锚杆采用3m长R32S自钻式锚管。②-⑤号台阶在开挖完成后，均施作锚杆挡墙支护体系，锚杆挡墙以型钢钢架、注浆锚杆、钢腰梁对开挖掌子面形成支护体系，具体地，锚杆挡墙由C25早强混凝土、钢筋网、I18临时型钢、纵向连接筋、注浆锚杆、双拼I28b型钢腰梁组成。参照图3，明(盖)挖车站地下主体结构完成后，横向扩挖段地层扩挖施工前，需先在横向扩挖段架设临时梁柱及钢管倒撑体系，横向扩挖段主体结构完成后，再对临时架设的梁柱及倒撑体系进行破除。还包括对既有建筑物的基础进行注浆加固，需在明挖基坑开挖期间实施完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造，其特征在于：包括横向扩挖段主体结构顶板、侧墙及底板，三者形成与地下主体结构连通的空间，且所形成空间向地下主体结构横向延伸。
2.根据权利要求1所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造，其特征在于：横向扩挖段主体结构侧墙与底板一体浇筑，横向扩挖段主体结构顶板与侧墙及底板分两次浇筑。
3.根据权利要求2所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造，其特征在于：横向扩挖段主体结构顶板搭接在地下主体结构上。
4.根据权利要求2所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造，其特征在于：横向扩挖段主体结构侧墙上端设置有斜撑结构，斜撑结构顶端支撑在横向扩挖段主体结构顶板底部。
5.根据权利要求1所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造，其特征在于：横向扩挖段主体结构顶板、侧墙及底板均设置有防水层。
6.根据权利要求1所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.在基坑开挖期间，实施横向扩挖段的地层加固措施，横向扩挖段的顶部超前支护措施，以及既有建筑基础的注浆加固措施；
步骤2.地下主体结构完成后，实施横向扩挖段的地层扩挖施工；横向扩挖段地层开挖分若干台阶进行，沿深度方向由上至下开挖各台阶；先实施最上层的①号台阶的地层扩挖，以及横向扩挖段主体结构顶板的浇筑施工；
步骤3.横向扩挖段主体结构顶板达到设计强度后，再实施横向扩挖段其余台阶的地层扩挖，以及横向扩挖段主体结构侧墙和底板的浇筑施工。
7.根据权利要求6所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的施工方法，其特征在于：步骤1中，横向扩挖段的地层加固措施采用地层注浆加固工艺，横向扩挖段的顶部超前支护措施采用双排大管棚支护工艺及拱顶预埋注浆管工艺。
8.根据权利要求7所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的施工方法，其特征在于，步骤2中，横向扩挖段①号台阶的地层扩挖包括如下步骤：
步骤(1).开挖Ⅰ号导洞，Ⅰ号导洞位于第一台阶纵向的两端，且Ⅰ号导洞成对布置；
步骤(2).开挖Ⅱ号导洞，Ⅱ号导洞位于成对Ⅰ号导洞之间；
步骤(3).施作Ⅱ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(4).拆除Ⅰ、Ⅱ号导洞间的中壁，施作Ⅰ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(5).开挖Ⅲ号导洞，Ⅲ号导洞位于①号台阶纵向的中间；
步骤(6).开挖Ⅳ号导洞，Ⅳ号导洞位于Ⅲ号导洞纵向的两侧；
步骤(7).施作Ⅳ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
步骤(8).拆除Ⅲ、Ⅳ号导洞间的中壁，施作Ⅲ号导洞的防水层及横向扩挖段主体结构顶板，并预留横向扩挖段的侧墙纵向连接钢筋；
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号导洞形成全部①号台阶；步骤(1)-(4)按顺序施作，步骤(5)-(8)按顺序施作，步骤(1)-(4)与步骤(5)-(8)无先后顺序。
9.根据权利要求8所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的施工方法，其特征在于，步骤3中，横向扩挖段其余台阶的地层扩挖包括如下步骤：
步骤(9).沿横向扩挖段纵向的两端和中部，分三个工作面沿纵向拉槽开挖②号台阶；
步骤(10).当②号台阶进尺大于4.5m后，开挖③号台阶；
步骤(11).当③号台阶进尺大于4.5m后，开挖④号台阶；以此类推，直至扩挖完成横向扩挖段全部地层；
步骤(9)-(11)按顺序施作，步骤(9)-(11)在步骤(4)或(8)之后施作。
10.根据权利要求9所述的既有建筑下方明挖或盖挖地下主体结构的横向扩挖构造的施工方法，其特征在于：①号台阶的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号导洞在开挖完成后，施作初期支护；②号台阶及②号下方台阶在开挖完成后，施作锚杆挡墙支护体系；地下主体结构完成后，横向扩挖段地层扩挖施工前，先在横向扩挖段架设梁柱及倒撑体系；横向扩挖段主体结构完成后，再对临时架设的梁柱及倒撑体系进行破除。
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