CN109356195A - 一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法及系统，包括如下步骤：对既有隧道进行地层体系加固，制作箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制箱涵，切除箱涵顶进方向的基坑围护桩，用明挖法挖除箱涵顶进范围内的土体，同时顶进箱涵，依次顶进多节箱涵，对顶进的相邻箱涵间进行后浇带施工，所述顶进箱涵时，在箱涵顶进方向的两侧对称设置有千斤顶，两千斤顶对称顶进箱涵，两千斤顶的推力通过推力控制装置修正；不仅可以较少对运营地铁的影响，而且便于箱涵顶进，解决了因基坑开挖造成在运营地铁结构变形的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及建筑隧道工程施工技术领域，尤其涉及一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法及系统。
背景技术
随着我国地铁建设的快速发展，新旧建筑物在有限的城市空间内的近接使得地下工程环境愈发错综复杂，跨越已建地铁隧道的基坑工程越来越多，包括过街隧道工程、地下公路工程、建筑物地下室基坑工程等。当新建结构临近地铁隧道时，设计时不仅要考虑新建结构的安全，更要保护既有地铁隧道的正常运营；基坑开挖将引起土体卸载，导致基坑底部土体隆起、墙后土体侧移以及坑外地面沉降等，由于地铁隧道埋深较浅，上覆压力的增加与减小对隧道所处地层存在扰动，会影响甚至改变其下方地铁隧道的应力应变状态，导致隧道产生竖向和水平向位移，同时横截面也会产生收敛变形，严重时将出现隧道管片压裂、接缝渗水等安全隐患。另外，坑底土体加固、地下连续墙或桩基施工以及基坑降水等对土体的扰动，同样也会对隧道安全产生影响。
传统的管幕箱涵顶进法，所成型的是类似隧道的地下开挖，不能实现随挖随顶的操作，使得箱涵顶进过程中容易吃土，而且还需要其他辅助作业，例如掌子面土体加固注浆、隧道内出碴等，不仅增加了基坑开挖成本，而且由于开挖时四面是非固定的，需要进行上下左右的高程调节，增大了人力和物力成本，箱涵顶进过程中的吃土，还造成了上下高程难以调节。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法及系统，不仅可以较少对运营地铁的影响，而且便于箱涵顶进。
本发明提出的一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，包括如下步骤：
对既有隧道进行地层体系加固；
制作箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制箱涵；
切除箱涵顶进方向的基坑围护桩；
用明挖法挖除箱涵顶进范围内的土体，同时顶进箱涵；
依次顶进多节箱涵；
对顶进的相邻箱涵间进行后浇带施工。
进一步地，所述顶进箱涵时，在箱涵顶进方向的两侧对称设置有千斤顶，两千斤顶对称顶进箱涵，两千斤顶的推力通过推力控制装置修正。
进一步地，所述控制装置包括用于检测箱涵顶进方向进行检测的全站仪和用于导向涵顶进的导向桩，导向桩设置于箱涵顶进方向两侧。
进一步地，所述制作箱涵顶进基坑之前，对既有隧道通过管幕和抗拔桩进行地层体系加固，所述制作箱涵顶进基坑，基坑顶面与管幕顶部标高在同一平面，包括以下步骤：
在管幕顶进的始发井和接收井中铺设级配碎石，形成两相对的顶进基坑；
在级配碎石上铺设地锚梁；
在地锚梁上依次铺设滑板层和润滑隔离层。
进一步地，在两相对的顶进基坑中同时预制第一节箱涵，从两相对的顶进基坑中同时对称顶进第一节箱涵。
进一步地，在两相对的顶进基坑中同时预制箱涵，从两相对的顶进基坑中同时对称顶进箱涵。
进一步地，所述切除第箱涵顶进方向的基坑围护桩之前，检测箱涵的主体结构强度，待箱涵的主体结构强度达到设定值后，切除箱涵顶进方向的基坑围护桩。
进一步地，一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进系统，包括加固模块、预制模块、切除模块、明挖顶进模块和后浇带模块；
所述加固模块，用于对既有隧道进行地层体系加固；
所述预制模块，制作箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制节箱涵；
切除模块，切除箱涵顶进方向的基坑围护桩；
所述明挖顶进模块，明挖箱涵顶进范围内的土体，同时顶进箱涵；
所述后浇带模块，对顶进的相邻箱涵间进行后浇带施工。
进一步地，所述明挖顶进模块包括用于修正千斤顶推力的推力控制系统，推力控制系统包括监测系统、处理系统和千斤顶控制系统，处理系统分别与监测系统、千斤顶控制系统连接，
监测系统与全站仪连接，千斤顶控制系统与千斤顶连接以控制千斤顶的推力。
本发明提供的一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法及系统的优点在于：本发明结构中提供的一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法及系统，将明挖与箱涵顶进结合，不仅最大限度的减小土体开挖暴露时间，维持运营地铁区间安全，而且减少了箱涵顶进的顶进力的需求，节省了能源，箱涵通过管幕调整上下高程，管幕的稳定固定，使得箱涵在顶进过程中的上下高程得到精确定位；千斤顶通过控制系统修正，提高了箱涵在顶进过程中水平方向调节的精确定位；箱涵在顶进之前均进行主体结构强度的检测，当主体结构强度达到设定值后，对相应的箱涵进行顶进工作，通过对主体结构强度的检测，确保每个箱涵在顶进时均达到一定的结构强度，保证了箱涵的顶进质量和后期应用质量；基坑顶面与管幕顶部标高在同一平面，保证了箱涵在顶进的过程中以管幕固定上下高程的精度。在既有加固体系的基础上进行箱涵顶进时，可以通过将明挖的方式与箱涵顶进结合，不仅使得箱涵顶进更加方便，而且通过随挖随顶的方式，避免运营地铁因基坑开挖造成的长时间暴露于空气中的现象。
附图说明
图1为本发明一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法的步骤示意图；
图2为本发明一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法的箱涵对称顶进步骤示意图；
图3为本发明一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法的制作箱涵顶进基坑的制作步骤示意图；
图4为本发明一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法的既有隧道的地层加固体系结构示意图；
图5为本发明一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法的各管幕间连接结构示意图；
图6为本发明种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法的制作箱涵顶进基坑的结构组成示意图；
图7为本发明种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法的箱涵顶进结构示意图；
图8为本发明一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进系统的系统示意图；
其中，1、既有隧道，2、基坑围护桩，3、抗拔桩，4、管幕，5、工字钢，6、槽钢，7、第一节箱涵，8、第二节箱涵，9、千斤顶，10、传力装置，11、中继间千斤顶，12、后浇带模块，13、加固模块，14、预制模块，15、切除模块，16、明挖顶进模块。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
参照图1、4、7，本发明提出的一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，包括如下步骤：
S1：对既有隧道1进行地层体系加固；
对既有隧道1通过管幕4和抗拔桩3进行地层体系加固，通过管幕4和抗拔桩3对既有隧道1进行加固，抗拔桩3与管幕4之间刚性连接，构成一体化结构，增加了抗拔桩3与管幕4的连接强度，进而提高了对既有隧道1的加固强度。
如图5所示，相邻管幕4间通过槽钢6和工字钢5形成锁扣连接；避免管幕4在顶进过程和后期运用过程的发生偏移的现象，提高了管幕4后期运动过程的稳定性。管幕4与抗拔桩3之间通过L型钢板焊接，不仅提高了管幕4与抗拔桩3的连接强度，而且避免了传统整体焊接造成的焊条浪费现象。
S2：制作箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制箱涵；
通过在基坑中铺设级配碎石，并在级配碎石上依次铺设地锚梁滑板层和润滑隔离层，实现基坑顶面与管幕4顶部标高在同一平面，便于箱涵以管幕4为高程调节进行顶进。
S3：切除箱涵顶进方向的基坑围护桩；
S4：用明挖法挖除箱涵顶进范围内的土体，同时顶进箱涵；
顶进箱涵时，根据随挖随顶的原则，保证箱涵在顶进过程中不吃土，进而确保箱涵顶进过程中的上下高程的稳定精度。
S5：依次顶进多节箱涵；
箱涵之间通过中继间千斤顶11连接，依次顶进箱涵。
S6：对顶进的相邻箱涵间进行后浇带施工。
顶进完成后，移出中继间千斤顶11，并对相邻箱涵进行施工连接，后浇带施工的方式，避免了箱涵的开裂现象，提高了箱涵的质量。
上述箱涵顶进过程中，制作基坑可以以制作地层体系加固时的管幕4的基坑作为用于箱涵顶进的基坑，不仅节省基坑开挖的成本，而且节省了对管幕4的基坑的后续处理。由于管幕4的基坑是处于既有隧道1两侧相对位置的，因此箱涵可以通过以下方式进行相对两侧顶进，加快了顶进速度。
如图2、4、7所示，其箱涵相对顶进的步骤如下：
S11：制作两相对的箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制第一节箱涵7；
以S1中管幕4顶进的始发井和接收井为基础，制作两相对的顶进基坑，保证基坑顶面与管幕4顶部标高在同一平面，在两相对的顶进基坑中同时预制第一节箱涵7，从两相对的顶进基坑中同时对称顶进第一节箱涵7，由于管幕4与抗拔桩3垂直固定，而抗拔桩3垂直插入土层中，因此箱涵在顶进过程中，以管幕4为基准进行顶进，上下的高程通过可以管幕4固定，不仅减少使用上下高程调节装置，节省成本和耗材，而且由于管幕4的稳定性，提高了箱涵推进过程中上下高程的精度。
S12：切除第一节箱涵7顶进方向的基坑围护桩2；
切除第一节箱涵7顶进方向的基坑围护桩2之前，检测第一节箱涵7的主体结构强度，待第一节箱涵7的主体结构强度达到设定值后，切除第一节箱涵7顶进方向的基坑围护桩2。
S13：用明挖法挖除第一节箱涵7顶进范围内的土体，同时顶进第一节箱涵7；
先挖除第一节箱涵7顶进范围内的土体，再同时顶进第一节箱涵7，随挖随顶的原则，保证第一节箱涵7在顶进过程中不吃土，进而保证第一节箱涵7顶进过程中的上下高程的稳定精度。
在两相对的顶进基坑中同时预制第一节箱涵7，从两相对的顶进基坑中同时对称顶进第一节箱涵7。
S14：预制并顶进第二节箱涵8，第二节箱涵8与第一节箱涵7连接。
从两相对的顶进基坑顶进的第一节箱涵7顶进剩余1m时，停止顶进第一节箱涵7，在两相对的顶进基坑中同时预制第二节箱涵8，检测第二节箱涵8的主体结构强度，待第二节箱涵8的主体结构强度达到设定值后，第二节箱涵8与第一节箱涵7之间通过中继间千斤顶11连接，然后挖除第一节箱涵7前方1米土体，中继间千斤顶11发力，将第一节箱涵7剩余1m顶进，第二节箱涵8通过千斤顶9与后背墙传力装置10发力，将第二节箱涵往前顶进1米，此时完成第一节箱涵7的顶进，进而操作同第一节箱涵7的顶进第二节箱涵8，切除相对两侧第二节箱涵8顶进方向的基坑围护桩2，开挖相对两侧第二节箱涵8顶进范围内的土体，从两相对的顶进基坑中同时对称顶进第二节箱涵8。循环以上箱涵顶进，实现多节箱涵的顶进，在每个箱涵的连接处均设置有中继间千斤顶11。
以上挖除箱涵顶进前方土体时，采用相应的挖土设备将需要挖除的土体进行明挖，同时箱涵随土体的挖除而顶进，实现明挖与箱涵顶进的结合，无需其他辅助作业，最大限度的减小土体开挖暴露时间，维持运营地铁区间安全，同时在已加固的地铁隧道上进行相应的基坑施工，箱涵底部的管幕水平，而箱涵预制的基坑处理后与管幕顶部齐平，箱涵在顶推全过程保持竖直高程不变。箱涵顶进不仅提高了稳定性，而且便于高程调节。
S15：多节相对箱涵顶进完成后，对顶进后相邻箱涵间进行后浇带施工。
两侧对称顶进多节箱涵，两相对的第一节箱涵7之间距离为1m时，停止顶进，进行后浇带施工，将两相对的箱涵连接。后浇带施工可以防止箱涵混凝土因温度变化拉裂，在箱涵混凝土顶进后，温度变化所造成的混凝土伸缩应力完成后，对箱涵混凝土进行连接施工，避免先将两侧箱涵连接施工因温度变化造成开裂现象，使得箱涵质量差。本发明采用后浇带，避免了箱涵的开裂现象，提高了箱涵的质量。
进一步地，所述顶进箱涵时，在箱涵顶进方向的两侧对称设置有千斤顶9，两千斤顶9对称顶进箱涵，两千斤顶9的推力通过推力控制装置修正。
所述控制装置包括用于检测箱涵顶进方向进行检测的全站仪、用于导向涵顶进的导向桩和推力控制系统，导向桩设置于箱涵顶进方向两侧。
全站仪对箱涵顶进的全过程进行检测，监测系统实时采集全站仪上检测的箱涵顶进参数，并将箱涵顶进参数输送到处理系统进行处理，通过与设定值进行比较，当箱涵顶进参数处于设定值时，千斤顶控制系统控制千斤顶9继续保持顶进，当箱涵顶进参数不处于设定值时，千斤顶控制系统控制相应千斤顶9的顶出力，以实现箱涵顶进的左右调节。即当监测系统检测箱涵顶进向左偏移，千斤顶控制系统控制左边的千斤顶9增大顶出力，当监测系统检测箱涵顶进正常后，千斤顶控制系统控制左边的千斤顶9的顶出力按设定值进行顶进。最终实现箱涵顶进的对称顶进操作。
如图3、6所示，进一步地，所述制作箱涵顶进基坑，包括以下步骤：
S21：在管幕4顶进的始发井和接收井中铺设级配碎石，形成两相对的顶进基坑；
级配碎石中添加3%的水泥。采用水泥稳定级配碎石具有良好的板体性，其水稳性和抗冻性均比采用石灰稳定级配碎石强。本发明采用3%的水泥稳定级配碎石，提高了级配碎石铺设的稳定性。
S22：在级配碎石上铺设地锚梁；
地锚梁固定于级配碎石上。
S23：在地锚梁上依次铺设滑板层和润滑隔离层。
铺设滑板层提高基坑的稳定性，润滑隔离层铺设于滑板层与箱涵之间，降低了箱涵的推进阻力。本发明采用的润滑隔离层为3mm石蜡油和3mm滑石粉组成。
箱涵通过千斤顶9顶进，千斤顶9远离箱涵的一端与传力装置10连接，传力装置10固定于地下连续墙上。保证了千斤顶9对箱涵的持续稳定顶进。
判断箱涵的主体结构强度是否达到相应的设计要求，一般按施工规律推导其强度的变化，理论上7天可以达到设计强度的70％左右，28天可达到设计强度90％以上。可以采用对箱涵主体结构钢筋保护层、结构砼强度进行检测，以判断箱涵的主体结构强度。
如图8所示，一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进系统，其特征在于，包括加固模块13、预制模块14、切除模块15、明挖顶进模块16和后浇带模块12；
所述加固模块13，用于对既有隧道1进行地层体系加固；
所述预制模块14，制作箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制节箱涵；
切除模块15，切除箱涵顶进方向的基坑围护桩2；
所述明挖顶进模块16，明挖箱涵顶进范围内的土体，同时顶进箱涵；
所述后浇带模块12，对顶进的相邻箱涵间进行后浇带施工。
进一步地，所述明挖顶进模块包括用于修正千斤顶9推力的推力控制系统，推力控制系统包括监测系统、处理系统和千斤顶控制系统，处理系统分别与监测系统、千斤顶控制系统连接，
监测系统与全站仪连接，千斤顶控制系统与千斤顶9连接以控制千斤顶9的推力。
通过以上明挖箱涵顶进系统，实现明挖箱涵顶进的有序进行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，其特征在于，包括如下步骤：
对既有隧道进行地层体系加固；
制作箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制箱涵；
切除箱涵顶进方向的基坑围护桩；
用明挖法挖除箱涵顶进范围内的土体，同时顶进箱涵；
依次顶进多节箱涵；
对顶进的相邻箱涵间进行后浇带施工。
2.根据权利要求1所述的跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，其特征在于，所述顶进箱涵时，在箱涵顶进方向的两侧对称设置有千斤顶（9），两千斤顶（9）对称顶进箱涵，两千斤顶（9）的推力通过推力控制装置修正。
3.根据权利要求2所述的跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，其特征在于，所述控制装置包括用于检测箱涵顶进方向进行检测的全站仪和用于导向涵顶进的导向桩，导向桩设置于箱涵顶进方向两侧。
4.根据权利要求1所述的跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，其特征在于，所述制作箱涵顶进基坑之前，对既有隧道（1）通过管幕（4）和抗拔桩（3）进行地层体系加固；
所述制作箱涵顶进基坑，包括以下步骤：
在管幕（4）顶进的始发井和接收井中铺设级配碎石，形成两相对的顶进基坑；
在级配碎石上铺设地锚梁；
在地锚梁上依次铺设滑板层和润滑隔离层。
5.根据权利要求4所述的跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，其特征在于，在两相对的顶进基坑中同时预制箱涵，从两相对的顶进基坑中同时顶进箱涵。
6.根据权利要求1所述的跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进方法，其特征在于，所述切除箱涵顶进方向的基坑围护桩之前，检测箱涵的主体结构强度，待箱涵的主体结构强度达到设定值后，切除箱涵顶进方向的基坑围护桩（2）。
7.一种跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进系统，其特征在于，包括加固模块（13）、预制模块（14）、切除模块（15）、明挖顶进模块（16）和后浇带模块（12）；
加固模块（13），用于对既有隧道（1）进行地层体系加固；
预制模块（14），制作箱涵顶进基坑，并在所述基坑中预制节箱涵；
切除模块（15），切除箱涵顶进方向的基坑围护桩（2）；
明挖顶进模块（16），明挖箱涵顶进范围内的土体，同时顶进箱涵；
后浇带模块（12），对顶进的相邻箱涵间进行后浇带施工。
8.根据权利要求7所述的跨越运营地铁区间的明挖箱涵顶进系统，其特征在于，所述明挖顶进模块包括用于修正千斤顶（9）推力的推力控制系统，推力控制系统包括监测系统、处理系统和千斤顶控制系统，处理系统分别与监测系统、千斤顶控制系统连接，
监测系统与全站仪连接，千斤顶控制系统与千斤顶（9）连接以控制千斤顶（9）的推力。
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