CN109488314A - 管幕施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管幕施工方法，该管幕施工方法应用于经过车站的地下隧道施工，其特征在于，管幕施工方法包括：在地面进行渗透注浆；设定隧道的起始位置和终点位置，并在起始位置和终点位置处各挖设一个工作井，其中起始位置的工作井作为始发井，终点位置的工作井作为接收井；将多节钢管从始发井打入预设的隧道路线直至从接收井穿出；按照从下到上的顺序将管幕结构的全部钢管依次打入；按照从上到下的顺序对管幕结构上的多个钢管进行切割和支护；对管幕结构围起来的土方进行开挖，开挖时由始发井和接收井同时向隧道的中间进行开挖，直至整条隧道贯通。本发明的管幕施工方法解决了现有技术中的隧道管幕施工造成地面轨道沉降大的问题。

Description

管幕施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种管幕施工方法。

背景技术

传统的隧道在施工过程和施工完成后对于地上施工的路基沉降的要求精度不是很高，而随着铁路和公路的扩张，一些隧道的施工其上方是现有的建筑，一旦下方隧道开挖必然造成一定程度的沉降现象，时间越长沉降越明显，对隧道施工上方的建筑造成破坏，甚至倒塌，十分危险。

例如，现有的某火车站，由于处于市中心，路上交通拥堵，急需开设新的道路以分散车流，某市政规划建两条地下车道以穿过火车站，这样不仅能缓解了现有的道路拥堵，同时还解决了之前公路需要绕开火车站造成路程加长的问题。但是，在隧道施工中需要两条公路需要穿过火车站下方，其在开挖过程中对于现有的路面沉降具有极为严苛的要求，路基最大沉降为10mm，故，该隧道施工工艺中如何控制地面沉降将成为本工程成败关键，而现有技术中的隧道管幕施工方法无法保证路上地面的沉降要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种管幕施工方法，以解决现有技术中的隧道管幕施工造成地面轨道沉降大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种管幕施工方法，应用于经过车站的地下隧道施工，管幕施工方法包括：在地面进行渗透注浆；设定隧道的起始位置和终点位置，并在起始位置和终点位置处各挖设一个工作井，其中起始位置的工作井作为始发井，终点位置的工作井作为接收井；将多节钢管从始发井打入预设的隧道路线直至从接收井穿出；按照从下到上的顺序将管幕结构的全部钢管依次打入；按照从上到下的顺序对管幕结构上的多个钢管进行切割和支护；对管幕结构围起来的土方进行开挖，开挖时由始发井和接收井同时向隧道的中间进行开挖，直至整条隧道贯通。

进一步地，在隧道的两端挖设完工作井后，在管幕结构的上方设置一排管棚，管棚由始发井打入并从接收井穿出。

进一步地，在始发井和接收井内各建造一个横断面为施工工作面，在接收井的施工工作面上预设管幕结构的穿出口；其中，管幕结构包括多个钢管，接收井的施工工作面上预设多个穿出口，多个穿出口与多个钢管一一对应地设置。

进一步地，穿出口处设置预埋钢管，预埋钢管的直径大于管幕结构的钢管的直径。

进一步地，多个钢管之间的间距范围为150mm至200mm。

进一步地，将管幕结构上的钢管在竖直方向上从上到下分为三层依次进行施工；在对每一层上的钢管进行施工时，先从中间的钢管进行施工然后向位于其两侧的钢管同时进行施工。

进一步地，对管幕结构的钢管施工的方法包括：将钢管沿长度方向分为多段钢管段；对钢管与相邻的钢管相对的邻接部位进行切割，对钢管段的一侧切割完毕后再对该钢管段的另一侧进行切割。

进一步地，在对钢管段的一侧切割完毕后，管幕施工方法还包括：对位于钢管段内的土方进行开挖；在对钢管段内的土方挖完后，对钢管段进行支护；对钢管段进行支护完成后，在对钢管段的另一侧进行切割。

进一步地，在施工时，对相邻两个钢管的相邻钢管段同时进行施工，在相邻的两个钢管段均完成切割后，采用连接板焊接在两个钢管段相对的切割口处，以将相邻的两个钢管段连通起来并形成密封空间。

进一步地，在两个钢管段的中间连通的空间内沿钢管的长度方向间隔地设置多个钢管支柱，以对连接板进行支撑；在中间连通的空间内绑扎钢筋；在封闭空间内浇筑混凝土形成主体结构。

应用本发明的技术方案的管幕施工方法应用在对上方是火车站的隧道施工中，在施工时首先对地面进行渗透注浆，以确保隧道开挖过程中地面不会造成局部沉降或塌方的问题，预设隧道的路线并在隧道两端设置一个始发井和一个接收井，以便两端同时进行施工，加快隧道施工建设。环形结构的管幕能够将隧道有效的包围起来，从而解决了隧道管幕施工造成地面轨道沉降大的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的管幕施工方法的实施例的管幕结构分层示意图；

图2示出了本发明的管幕施工方法的实施例的管幕结构施工后的示意图；

图3示出了本发明的管幕施工方法的实施例中两个相邻钢管之间的连接示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、钢管；20、连接板；30、钢管支柱；40、管棚。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种管幕施工方法，应用于经过车站的地下隧道施工，请参考图1至图3，管幕施工方法包括：在地面进行渗透注浆；设定隧道的起始位置和终点位置，并在起始位置和终点位置处各挖设一个工作井，其中起始位置的工作井作为始发井，终点位置的工作井作为接收井；将多节钢管10从始发井打入预设的隧道路线直至从接收井穿出；按照从下到上的顺序将管幕结构的全部钢管10依次打入；按照从上到下的顺序对管幕结构上的多个钢管10进行切割和支护；对管幕结构围起来的土方进行开挖，开挖时由始发井和接收井同时向隧道的中间进行开挖，直至整条隧道贯通。

本发明中的管幕施工方法应用在对上方是火车站的隧道施工中，在施工时首先对地面进行渗透注浆，以确保隧道开挖过程中地面不会造成局部沉降或塌方的问题，预设隧道的路线并在隧道两端设置一个始发井和一个接收井，以便两端同时进行施工，加快隧道施工建设。环形结构的管幕能够将隧道有效的包围起来，从而解决了隧道管幕施工造成地面轨道沉降大的问题。

在隧道的两端挖设完工作井后，在管幕结构的上方设置一排管棚40，管棚40由始发井打入并从接收井穿出。

在始发井和接收井内各建造一个横断面为施工工作面，在接收井的施工工作面上预设管幕结构的穿出口；其中，管幕结构包括多个钢管10，接收井的施工工作面上预设多个穿出口，多个穿出口与多个钢管10一一对应地设置。

穿出口处设置预埋钢管，预埋钢管的直径大于管幕结构的钢管10的直径。

多个钢管10之间的间距范围为150mm至200mm。

将管幕结构上的钢管10在竖直方向上从上到下分为三层依次进行施工；在对每一层上的钢管10进行施工时，先从中间的钢管10进行施工然后向位于其两侧的钢管10同时进行施工。

对管幕结构的钢管施工的方法包括：将钢管10沿长度方向分为多段钢管段；对钢管10与相邻的钢管10相对的邻接部位进行切割，对钢管段的一侧切割完毕后再对该钢管段的另一侧进行切割。

在对钢管段的一侧切割完毕后，管幕施工方法还包括：对位于钢管段内的土方进行开挖；在对钢管段内的土方挖完后，对钢管段进行支护；对钢管段进行支护完成后，在对钢管段的另一侧进行切割。

在施工时，对相邻两个钢管10的相邻钢管段同时进行施工，在相邻的两个钢管段均完成切割后，采用连接板20焊接在两个钢管段相对的切割口处，以将相邻的两个钢管段连通起来并形成密封空间。

在两个钢管段的中间连通的空间内沿钢管10的长度方向间隔地设置多个钢管支柱30，以对连接板20进行支撑；在中间连通的空间内绑扎钢筋；在封闭空间内浇筑混凝土形成主体结构。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的管幕结构施工方法采用顶管机，下穿铁路并敷设钢管，沿隧道结构线形成一圈钢管幕，然后在钢管内分段分区切割钢管，横向浇筑钢筋砼衬砌，在隧道开挖前形成稳定的钢筋砼结构，最后开挖中间土体，形成隧道。

顶管施工前首先从地面开挖两个工作井，一个为始发井，一个为接收井。然后管节从始发井安放，通过千斤顶的顶推机械顶进，推动管节从始发井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后从接收井的预留口穿出，形成管道。

本工程车行通道管幕采用Φ2m钢管，上下排中间各3根采用壁厚30mm，其余壁厚20mm。车行通道顶、底板处共布置14根钢管，左右侧墙各布置3根钢管，间距150～200mm。隧道在两无柱雨棚基础间穿过，管幕距基础间最小净距为1.35m。采用土压平衡盾构机施工。

工序1：在顶管施工前，从地面完成第一次注浆。注浆方式为地面渗透注浆，注浆材料采用超细水泥浆，水灰比1：1，注浆孔采用梅花形布置，间距1.5m，注浆扩散半径0.8m，注浆压力0.2～0.5Mpa。

工序2：修建始发、接收工作井，并完成工作井主体结构。在工作井内打设一排管棚，距离2m直径钢管净距不小于200mm。在工作井内以拟建结构的横断面为施工工作面，沿着结构横断面的轮廓线平行于轴线方向，依次分段顶进直径2m的钢管，各管段之间采用焊接进行连接。钢管顶进的顺序为先下后上，钢管顶进次序为：土压式顶管机A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、A10、A9，敞开式顶管机A20、A1、A2、A8、A7、A6；A5、A4、A3。

工序3：所有钢管顶进完成形成管排后，进行相邻钢管的邻接部位切割并用钢板将相邻钢管横向焊接。为保证安全，轨下段每次切割4m至5m，非轨下段每次切割8m至9m，并按间距1.2m布置支撑柱，并与横向钢板焊接，形成一个4m至9m的廊道。

工序4：在廊道内进行结构钢筋绑扎与混凝土浇筑，依次循环，最终形成永久的主体结构。为减少施工循环，轨下段主体结构每次浇筑段长为4m，非轨下段为8m。

工序5：在已形成的结构内进行土方开挖，开挖完成后进行补强注浆。

工序6：切割侧向拱肋，内部结构装修后即可铺设路面，隧道完工。

主体管幕段施工需要顶进20根钢管，在主体钢管顶进前，先施工1根试验管，作为给排水改移管道，以便掌握顶管机性能及各项参数。钢管均由东侧始发井向西侧接收井顶进。钢管净距为15m至20cm。钢管顶进的顺序为先下后上，间隔交替进行，钢管顶进次序为：土压式顶管机A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、A10、A9，敞开式顶管机A20、A1、A2、A8、A7、A6；A5、A4、A3。

管幕结构钢管的切割、支护及主体结构施工按照纵向分段、水平分层施工。通道主体结构为C40自密实钢筋混凝土，抗渗等级P8。

(1)水平分层：水平方向分为两层，上下两层的分界线为A9、A18与A10、A19钢管交界处。

(2)纵向分段：车行通道管幕结构长102.5m，其中轨下区域长52m，非轨下区域长50.5m；南线车行通道管幕结构长105m，其中轨下区域为50m，非轨下区域管幕长55m；为保证安全，纵向上钢管结构切割、支护须分段进行，其中轨下区域每段4m～5m，非轨下区域每段8m～9m。

(3)主体结构施工与钢管切割、支护的协调

管幕结构钢管切割、支护、主体结构施工按照分层、分段施工。每层纵向上分成若干流水段，从中间至两侧同时施工。

钢管切割、支护与主体结构施工应交替进行，在每两段内形成流水，即钢管完成切割、支护后，应立刻进行该段主体结构浇筑，同时进行下一流水段切割支护，但不得对第三段钢管切割，以此循环。

竖向上，待第一层主体结构浇筑完成并达到设计强度后，方可进行第二层钢管的切割、支护。

切割准备即为切割前人、机、料准备以及技术准备。第几层第几段切割即为该结构段内管间切割。第几层第几段结构施工即为该结构段内管廊形成后，进行钢筋绑扎、混凝土浇筑施工。

主体纵向范围内，单个工作井工区，管间切割最长同时完成长度不得超过两个结构段，如框架图中，第一层第1段切割完成后可同时进行第一层第2段切割和第一层第1段结构施工，若第一层第2段切割完成后，第一层第1段结构尚未完成，此时不得进行下个结构段的管间切割，必须等第一层第1段结构完成后，方可进行下个结构段的管间切割。

主体第一层与第二层结构交叉施工时，上下两层纵向同一个结构段内钢管不得同时进行切割。第二层第2段内进行管间切割时，第一层第2段结构必须已经完成。

主体结构按照设计分段进行施工，即轨下主体结构每段4米，非轨下每段8米。

在廊道内进行结构钢筋混凝土施工，依次循环，最终形成主体的永久结构。在已形成的结构内进行土方开挖,切割侧向拱肋，内部装修后即可铺设路面，通道完工。

管间切割支护施工方法包括：

(1)管间切割支护顺序

钢管顶进完成后，进行相邻钢管间切割支护，钢管准备切割前，必须确认以下事宜：

①顶进完成的钢管已进行充分壁后注浆，加固管间土体。

②地面沉降达到稳定值，沉降监测点趋于稳定状态。

所有钢管顶进完成具备切割条件后，进行相邻钢管的邻接部位切割和焊接工作。为保证安全，就单个结构段来说，分二次进行切割支护，第一次切割长度为1400mm，用钢板将相邻钢管横向焊接，并按间距1.2m布置双支撑柱。支撑柱为D114mm壁厚4.5mm钢管(转角段为D121mm壁厚6.5mm钢管)。支撑柱内填充C25微膨胀细石混凝土，两端设160*160*10mm垫板(转角段为180×180×15mm)。第二次切割长度为1000mm。切割时先切割钢管纵向，后沿垂直方向切割。

主体管间支护纵向间距为1200mm，每组钢管支护由两个支护钢管组成，通道四角处钢管间支护每组由三个支护钢管组成。

(2)管间切割支护具体工艺及要求

管间切割支护具体工艺及要求如下：

钢管切割采用等离子切割，钢管第一次切割在本结构段内由里向外依次跳做。每次切割严格按照规定尺寸切割。切割时先沿主体纵向方向切割，然后再沿垂直方向切割。

钢管切割先由钢管一侧切割，另一侧暂不切割。一侧切割完成，钢板拆除后在一侧进行管间挖土。管间挖土时防水钢板、固定钢板挖土面暂保留部分土体不挖。待一侧管间挖土完成后进行另一侧钢管切割。另一侧钢管切割完成后，挖土修边，但防水钢板、固定钢板安装部位不得超挖。

钢管切割完成后，管间贯通部位要及时焊接连接钢板，减少土体暴露时间。钢管切割分为两次，钢板设置依次分两次进行。

管间土体开挖完成后立即进行支护，安装防水钢板、固定钢板。安装防水钢板与固定钢板时，对超挖部分采用砂浆充填，保证钢板与土体密贴。安装支护过程中，必须用千斤顶(50吨、2台)做临时支撑，直至防水钢板、固定钢板焊接、支护钢管安装完毕。

采用千斤顶做临时支撑后，严格按照图纸要求进行焊接。钢板与钢管交接处、支护钢管与钢板交接处、固定钢板与钢管交接处等必须满焊。焊接时要严格保证焊接质量，不得出现夹渣、咬边等等质量缺陷。

本结构段内管间第一次切割完成后，安排进行第二次切割，第二次切割要求与上述相同，另需控制好一次切割与二次切割钢管连接处焊缝质量，焊缝高度要求为7mm。

部分支护钢管与固定钢板不是垂直设置，两者成一定夹角，现场安装时采用角规检查角度，提前加工，以便使用。

(3)钢管切割及支护注意事项

①钢管切割注意事项

临近洞口处钢管二次切割时，必须等旁边洞口二次切割钢管支护完毕后，方可进行。钢管切割、焊接时保证管内正常通风，保持空气清新。钢管切割时加强监控量测，信息施工，保证施工质量安全。

②钢板设置注意事项

管间土体开挖完成后立即进行支护，安装连接钢板。外侧连接钢板作为结构防水的第一道防线，钢板与钢管之间的焊缝、钢板第一、二次设置间的焊缝质量须满足设计强度要求。连接钢板尺寸应根据现场钢管切割后具体尺寸设置，但必须确保钢板的设置达到设计要求。连接钢板安装部位，超挖量不得大于5mm，对超挖部分采用砂浆充填，保证钢板与土体密贴。钢管切割时，对割除下来钢板要轻放，不可随意从高处落下，以免损伤钢管其他部位。

③钢板支护设置注意事项

连接钢板安装过程中，必须用千斤顶做临时支撑，直至连接钢板焊接、安装完毕。钢管支护在主体结构施工前起支撑稳定管内空间作用，因此钢管支护设置应牢固，并垂直设置。焊接时要严格保证焊接质量，不得出现夹渣、咬边等质量缺陷。部分支护钢管与固定钢板不是垂直设置，两者成一定夹角，现场安装时采用角规检查角度，提前加工，以便使用。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管幕施工方法，应用于经过车站的地下隧道施工，其特征在于，所述管幕施工方法包括：

在地面进行渗透注浆；

设定隧道的起始位置和终点位置，并在起始位置和终点位置处各挖设一个工作井，其中起始位置的所述工作井作为始发井，终点位置的所述工作井作为接收井；

将多节钢管(10)从所述始发井打入预设的隧道路线直至从所述接收井穿出；

按照从下到上的顺序将管幕结构的全部钢管(10)依次打入；

按照从上到下的顺序对所述管幕结构上的多个钢管(10)进行切割和支护；

对管幕结构围起来的土方进行开挖，开挖时由始发井和接收井同时向所述隧道的中间进行开挖，直至整条隧道贯通。

2.根据权利要求1所述的管幕施工方法，其特征在于，在隧道的两端挖设完工作井后，在管幕结构的上方设置一排管棚(40)，所述管棚(40)由始发井打入并从接收井穿出。

3.根据权利要求1所述的管幕施工方法，其特征在于，在所述始发井和所述接收井内各建造一个横断面为施工工作面，在所述接收井的施工工作面上预设所述管幕结构的穿出口；

其中，所述管幕结构包括多个钢管(10)，所述接收井的施工工作面上预设多个穿出口，多个所述穿出口与多个所述钢管(10)一一对应地设置。

4.根据权利要求3所述的管幕施工方法，其特征在于，所述穿出口处设置预埋钢管，所述预埋钢管的直径大于所述管幕结构的钢管(10)的直径。

5.根据权利要求3所述的管幕施工方法，其特征在于，多个所述钢管(10)之间的间距范围为150mm至200mm。

6.根据权利要求1所述的管幕施工方法，其特征在于，将所述管幕结构上的钢管(10)在竖直方向上从上到下分为三层依次进行施工；在对每一层上的所述钢管(10)进行施工时，先从中间的钢管(10)进行施工然后向位于其两侧的钢管(10)同时进行施工。

7.根据权利要求6所述的管幕施工方法，其特征在于，对管幕结构的钢管施工的方法包括：

将所述钢管(10)沿长度方向分为多段钢管段；

对所述钢管(10)与相邻的钢管(10)相对的邻接部位进行切割，对所述钢管段的一侧切割完毕后再对该钢管段的另一侧进行切割。

8.根据权利要求7所述的管幕施工方法，其特征在于，在对所述钢管段的一侧切割完毕后，所述管幕施工方法还包括：

对位于所述钢管段内的土方进行开挖；

在对所述钢管段内的土方挖完后，对所述钢管段进行支护；

对所述钢管段进行支护完成后，在对所述钢管段的另一侧进行切割。

9.根据权利要求8所述的管幕施工方法，其特征在于，在施工时，对相邻两个钢管(10)的相邻所述钢管段同时进行施工，在相邻的两个所述钢管段均完成切割后，采用连接板(20)焊接在两个所述钢管段相对的切割口处，以将相邻的两个所述钢管段连通起来并形成密封空间。

10.根据权利要求9所述的管幕施工方法，其特征在于，在两个所述钢管段的中间连通的空间内沿所述钢管(10)的长度方向间隔地设置多个钢管支柱(30)，以对连接板(20)进行支撑；

在中间连通的空间内绑扎钢筋；

在封闭空间内浇筑混凝土形成主体结构。