CN109183848B - 一种隧道设计和建设方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道设计和建设方法，本方法的隧道侧墙兼顾作为支护结构，取代了临时支护结构，隧道顶板分阶段实施，第一阶段实施的部分兼顾作为基坑第一道支撑，取代了第一道支撑，隧道中墙兼顾作为支撑临时立柱，取代了临时立柱，地梁兼顾作为基坑最下层支撑，取代了基坑最下层支撑，隧道取消了传统明挖隧道的底板，在隧道侧墙受力需要时设置地梁。采用本方法建设而成的隧道结构体系由常规隧道的单箱单室或双室(单箱多室)封闭式箱形结构，变为门架式结构，结构受力体系不同于传统方法建成的隧道，和传统隧道建设方法相比，大量节省了临时支护结构的材料用量和施工工期。

Description

一种隧道设计和建设方法

技术领域

本发明属于隧道工程建设领域，具体涉及一种隧道设计和建设方法。

背景技术

隧道工程建设方法主要分为明挖法和暗挖法，本发明提出的方法，属于明挖法的范畴。隧道采用明挖法的建设过程，一般要经过施工支护结构，开挖基坑，浇筑隧道结构，回填等过程。支护结构可以是支护桩，或者地下连续墙，根据施工安全需要还可能要在开挖过程中设置内支撑或锚杆(索)等支护结构，开挖基坑至坑底以后，浇筑垫层和施工底板防水层,在中间建设的过程中可能会经过拆除部分内支撑和换撑等工序，隧道顶板浇筑完成后，经过剩余防水层施工，回填、拆除剩余内支撑等施工工序，最终隧道完工，支护桩和地下连续墙等基坑支护结构失去作用。传统的设计和建设方法目前在国内大规模应用，存在明显的缺点：(1)传统方法基坑支护结构耗用了大量的钢筋混凝土材料，但只起临时用途，隧道完工后即失效，无法回收和利用，造成大量的资源浪费；(2)传统方法工序较多，施工周期较长。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种隧道设计和建设方法，以减少施工工序，缩短施工周期，节约钢筋混凝土材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种隧道设计和建设方法，包括：

S1、隧道侧墙的设计和建设

按照隧道侧墙在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对隧道侧墙进行设计，以满足其作为临时支护结构的各项要求，并满足永久结构的各项要求，如耐久性要求、裂缝控制要求等，然后采用地下连续墙的施工方式进行隧道侧墙的建设；

S2、隧道顶板第一阶段的设计和建设

按照隧道顶板在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对隧道顶板进行设计，以满足其作为临时支护结构的各项要求，并满足永久结构的各项要求，如耐久性要求、裂缝控制要求等。利用步骤S1所建设的隧道侧墙所形成的支挡能力，开挖基坑至隧道顶板的设计标准高度后，然后在两隧道侧墙之间间隔施工建设隧道顶板梁，以隧道顶板梁作为基坑的第一道内支撑，继续开挖基坑土方至基坑底部；其中，隧道顶板梁作为隧道顶板的一部分；

S3、隧道顶板第二阶段的设计和建设

根据隧道顶板全部完成后的受力状况进行隧道顶板第二阶段设计和建设，并利用步骤S2所预留的衔接条件，浇筑隧道顶板剩余的部分，形成完整的隧道顶板。

在所述步骤S1中还包括：

中隔墙的设计和建设

按照中隔墙在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对中隔墙进行设计，以满足其作为临时支护结构的各项要求，并满足永久结构的各项要求，如耐久性要求、沉降控制要求等，然后采用地下连续墙的施工方式进行中隔墙的建设，中隔墙建设在两隧道侧墙之间且平行相对。

止水帷幕设置于隧道起点和终点附近路面标准高度和地下水位标准高度接近时的位置，与隧道侧墙垂直相交，且与隧道侧墙共同形成一个四周封闭的止水帷幕。

在步骤S2和S3之间还包括：

地梁的设计和建设

按照地梁在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对地梁进行设计，以满足其作为临时支护结构的各项要求，并满足永久结构的各项要求，当开挖基坑土方至基坑底部时，则进行地梁的建设，地梁支顶于两隧道侧墙之间，并与隧道侧墙垂直。在步骤S2和S3之间还包括：

隧道路基的设计和建设

当开挖基坑土方至基坑底部时，在地梁施工前进行隧道路基的建设，隧道路基设计为一层具备疏水功能的疏水层，并在疏水层中每隔设定的距离设置盲沟，以将水排向隧道边沟。

当完成隧道顶板第二阶段的建设后，对隧道侧墙增设内衬墙，或采用装饰板材遮挡；对隧道侧墙和/或隧道顶板进行增强防水或耐久性处理。

所述隧道顶板梁采用钢筋混凝土板或梁，该钢筋混凝土板或梁采用预制的方式或者采用现浇的方式。

所述地梁采用钢筋混凝土板或梁，该钢筋混凝土板或梁采用预制的方式或者采用现浇的方式。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本隧道设计和建设方法的隧道侧墙兼顾作为支护结构，取代了临时支护结构，隧道顶板分阶段实施，兼顾作为基坑第一道支撑，取代了第一道支撑，隧道中墙兼顾作为支撑临时立柱，取代了临时立柱，地梁兼顾作为基坑最下层支撑，取代了基坑最下层支撑，隧道取消了传统明挖隧道的底板，仅在隧道侧墙受力需要时设置地梁。上述设计和建设方法相对常规设计和建设方法而言，节省了建筑材料和工期，同时隧道结构体系由常规隧道的单箱单室或双室(单箱多室)闭合箱型结构，变为门架式结构，同时因隧道侧墙和中隔墙为连续墙基础，竖向承载力极高，因此也顺带解决了常规明挖法隧道的沉降问题。

附图说明

图1为施工隧道侧墙和中隔墙的示意图；

图2为开挖基坑至隧道顶板的设计标准高度的示意图；

图3为隧道顶板第一阶段施工后示意图；

图4为图3中A方向的示意图；

图5为图4中B-B方向的剖面示意图；

图6为开挖基坑至坑底施工地梁的示意图；

图7为施工隧道路基并完成隧道顶板的第二阶段部分的示意图；

图8是隧道纵断面示意图；

图中：1、隧道顶板；2、隧道侧墙；3、中隔墙；4、隧道路基；5、盲沟；6、地梁；7、止水帷幕；8、排水沟；11、隧道顶板梁；12、连接钢筋；13、接缝；100、基坑；200、地面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例1：

如图1-8所示，本实施例所施工建设的隧道为双孔隧道，具体的设计和建设方法包括如下步骤：

S10、隧道侧墙2和中隔墙3的设计和建设

按照隧道侧墙2在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况作为隧道侧墙2的设计要求，采用常规的地下连续墙的施工方式进行隧道侧墙2的建设。

由此可知，本方法所施工建设的隧道侧墙既考虑了施工期间作为临时结构的状况，又要考虑了完工后作为永久结构的受力状况，取最不利结果，各项指标既满足临时支护结构的要求，又满足作为永久结构的要求，如耐久性要求、裂缝控制要求等，如此，当完成隧道侧墙2的实施，隧道侧墙2兼顾作为基坑100的临时支护结构，常规基坑的临时支护结构被取代并不用实施。

常规的隧道侧墙和基坑支护结构是两种分离的结构，隧道侧墙为永久结构，基坑支护结构为临时结构，实施时先施工支护结构，开挖至坑底后再施工隧道侧墙，隧道完成后基坑支护结构废弃，工期长且浪费资源，而本方法将隧道侧墙2和基坑支护结构合并设计，并符合工况受力要求，如此，隧道侧墙2既在施工期间作为临时支护结构，又在施工结束后成为隧道永久结，节约了资源和工期。

在建设隧道侧墙2的同时可以同步建设中隔墙3，中隔墙3按照其在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况作为中隔墙3的设计要求，以满足临时支护结构和永久结构的各项指标要求，如耐久性要求、裂缝控制要求等，采用地下连续墙的施工方式进行中隔墙3的建设，中隔墙3建设在两隧道侧墙2之间且平行相对。中隔墙3在隧道路面以下部分和隧道路面以上部分，可以根据需要设为墙+墙或桩+墙合。中隔墙3既是隧道永久结构的一部分，又在基坑100施工期间兼顾作为内支撑临时立柱，常规基坑100的临时立柱被取代并不用实施(常规的方法，当基坑内支撑跨度较大，需要设置临时立柱时，本方法则代临时立柱)，如隧道不需要中隔墙则不实施中隔墙，比如单孔隧道则可以不设置。

同时，为了防止地下水直接侵入隧道，还需要建设止水帷幕7，止水帷幕7设置于隧道起点和终点附近路面标准高度和地下水位标准高度接近时的位置，与隧道侧墙2垂直相交，且与隧道侧墙2共同形成一个四周封闭的止水帷幕7，以在基坑100施工期间和隧道建成后防止地下水直接侵入隧道。

S20、隧道顶板1第一阶段的建设

按照隧道顶板1在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对隧道顶板1进行设计，以满足其作为临时支护结构的各项要求，并满足永久结构的各项要求，如耐久性要求、裂缝控制要求等，利用步骤S1所建设的隧道侧墙2所形成的支挡能力，从地面200开挖基坑100至隧道顶板1的设计标准高度后，然后分阶段实施隧道顶板1，第一阶段实施的隧道顶板梁11按照计算需要的间距布置，和隧道侧墙2连接好后，兼顾作为基坑100支护的第一道支撑，也就是说，现有常规基坑的第一道支撑保护结构被取代并不用实施，而隧道顶板梁11布置间距之间的空间作为基坑开挖土方和后续施工的空间，然后继续开挖基坑土方至基坑100底部；而隧道顶板1剩余部分则在第二阶段隧道接近完工时施工；

S30、地梁6和隧道路基4的建设

当开挖基坑土方至基坑100底部时，先进行隧道路基4的建设，再进行地梁6的建设，地梁6连接两隧道侧墙2之间。同理，按照地梁6在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况作为地梁6的设计要求，以满足其作为临时支护结构和永久结构的各项要求，如耐久性要求、裂缝控制要求等。地梁6作为隧道永久结构，且兼顾作为常规基坑100的最底层支撑，常规基坑100的最底层支撑保护结构被取代并不用实施，如果在施工期间和隧道使用期间经计算分析隧道侧墙2已满足受力要求，无需设置该地梁6，则该地梁6可以取消；如果需要设置地梁6的话，在地梁6建设之前还需要进行隧道路基4的建设，不需要设置地梁6则可以直接进行隧道路基4的建设，隧道路基4设计为一层具备疏水功能的疏水层，在开挖至坑底后采用换填的方式实施，并在疏水层中每隔设定的距离设置盲沟5，以将水排向排水沟8，排除地下渗水和渗入路基的雨水，保持路面干燥，当不需要考虑地下水影响时，可以按照普通路基做法实施。

S40、隧道顶板1第二阶段的建设

由于在隧道顶板1第一阶段建设中，已存有隧道顶板梁11，隧道顶板梁11在基坑100施工期间作为第一道内支撑，施工接近结束，不需要从基坑100上方挖运土方或吊运材料时，利用该隧道顶板梁11预留的连接钢筋12和凿毛处理后的接缝13条件，进行第二阶段施工，将支撑之间的隧道顶板1浇筑补齐，形成最终完整的隧道顶板1。而现有常规的隧道顶板只按永久结构设计，且一次性施工完成。

由此可见，本隧道设计和建设方法是分阶段开挖进行，隧道侧墙2兼顾作为支护结构，取代了临时支护结构，隧道顶板1分阶段实施，兼顾作为基坑100第一道支撑，取代了第一道支撑，隧道中墙3兼顾作为支撑临时立柱，取代了临时立柱，地梁6兼顾作为基坑100最下层支撑，取代了基坑100最下层支撑，隧道取消了传统明挖隧道的底板，仅在隧道侧墙2受力需要时设置地梁6。采用本方法施工建设而成的隧道结构体系由常规隧道的单箱单室或双室(单箱多室)封闭式箱型结构，变为门架式结构，结构受力体系不同于传统方法建成的隧道，同时因隧道侧墙2和中隔墙3为连续墙基础，竖向承载力极高，因此也顺带解决了常规明挖法隧道的沉降问题。

具体地，上述的隧道顶板梁11和地梁6均是采用钢筋混凝土板或梁，该钢筋混凝土板或梁采用预制的方式或者采用现浇的方式。

同时也可以视情况对隧道侧墙增2设内衬墙，或采用装饰板材遮挡、可以考虑增强防水效果或耐久性效果，对隧道侧墙2或隧道顶板1采用超高性能混凝土替代常规的普通混凝土，或增加添加剂、或将隧道顶板1做成拱形结构等。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种隧道设计和建设方法，其特征在于，包括：

S1、隧道侧墙的设计和建设

按照隧道侧墙在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对隧道侧墙进行设计，以满足其作为临时支护结构的要求，并满足永久结构的要求，然后采用地下连续墙的施工方式进行隧道侧墙的建设；

S2、隧道顶板第一阶段的设计和建设

按照隧道顶板在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对隧道顶板进行设计，以满足其作为临时支护结构的要求，并满足永久结构的要求，利用步骤S1所建设的隧道侧墙所形成的支挡能力，开挖基坑至隧道顶板的设计标准高度后，然后在两隧道侧墙之间间隔施工建设隧道顶板梁，以隧道顶板梁作为基坑的第一道内支撑，继续开挖基坑土方至基坑底部；其中，隧道顶板梁作为隧道顶板的一部分，并在隧道顶板梁中预留有第二阶段建设的衔接条件；

S3、隧道顶板第二阶段的设计和建设

根据隧道顶板全部完成后的受力状况进行隧道顶板第二阶段设计和建设，并利用步骤S2所预留的衔接条件，浇筑隧道顶板剩余的部分，形成完整的隧道顶板；

中隔墙的建设

按照中隔墙在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对中隔墙进行设计，以满足其作为临时支护结构的要求，并满足永久结构的要求，然后采用地下连续墙的施工方式进行中隔墙的建设，中隔墙建设在两隧道侧墙之间且平行相对；

还需要建设止水帷幕，止水帷幕设置于隧道起点和终点附近路面标准高度和地下水位标准高度接近时的位置，与隧道侧墙垂直相交，且与隧道侧墙共同形成一个四周封闭的止水帷幕；

在步骤S2和S3之间还包括：

地梁的建设

按照地梁在隧道建设过程中作为临时支护结构和建成后作为永久结构两种工况的受力情况进行计算分析，根据计算分析结果，取最不利工况对地梁进行设计以满足其作为临时支护结构的要求，并满足永久结构的要求，当开挖基坑土方至基坑底部时，进行地梁的建设，地梁支顶于两隧道侧墙之间，并与隧道侧墙垂直。

2.如权利要求1所述的隧道设计和建设方法，其特征在于，在地梁施工前需进行隧道路基的建设，隧道路基的路面需要设计一层具备疏水功能的疏水层，并在疏水层中每隔设定的距离设计盲沟，以将水排向隧道边沟，该疏水层和盲沟在开挖至基坑底部，地梁建设前采用换填的方式建设。

3.如权利要求1所述的隧道设计和建设方法，其特征在于，当完成步骤S3隧道顶板第二阶段的建设后，对隧道侧墙增设内衬墙，或采用装饰板材遮挡；对隧道侧墙和/或隧道顶板进行增强防水或耐久性处理。

4.如权利要求1所述的隧道设计和建设方法，其特征在于，在步骤S2中，所述隧道顶板梁采用钢筋混凝土板或梁，该钢筋混凝土板或梁采用预制的方式或者采用现浇的方式建设。

5.如权利要求3所述的隧道设计和建设方法，其特征在于，所述地梁采用钢筋混凝土板或梁，该钢筋混凝土板或梁采用预制的方式或者采用现浇的方式建设。

6.如权利要求1所述的隧道设计和建设方法，其特征在于，所述在隧道顶板梁中预留有第二阶段建设的衔接条件为：在所述隧道顶板梁中预留有连接钢筋、错缝台阶以及对隧道顶板梁衔接面进行凿毛处理。