CN109797717A - 一种河道上穿即有地铁隧道的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种河道上穿既有地铁隧道的施工方法，包括在既有地铁隧道上方一侧开挖顶进工作坑并浇筑水平钢筋混凝土滑板,在滑板上预制钢筋混凝土U型槽，在U型槽的底面上放置压载配重，压载配重的重量与U型槽的自重之和等于挖掘顶进工作坑的土体重量，用以对开挖顶进工作坑土体的卸载量进行弥补；将U型槽顶进至即有地铁隧道上方现场，在顶进U型槽过程中，一边顶进U型槽一边开挖其前方土体,顶进过程分段顶进，在U型槽顶进至即有地铁隧道上方现场后，对顶进工作坑回填。本发明对地铁隧道结构变形扰动较小，具有施工效率高，安全风险小，施工成本低，易于操作和施工的特点。
Description
技术领域
本发明涉及工程施工技术领域，尤其是涉及一种河道上穿既有地铁隧道的施工方法。
背景技术
随着地铁建设的飞速发展，城市地下纵横交错的地铁网络，让线路交叉或穿越施工避无可避，地铁盾构穿越既有线路或车站，顶管穿越地铁高架线路、大型矩形断面穿越地铁隧道等等屡见不鲜。
有时为了城市的整体规划，需要改变原有河道，而新建的河道又要穿过地铁隧道。
其施工方法多为下列几种:（1）暗挖顶进技术：
暗挖顶进工艺，也就是在地下开挖，并利用顶进设备前进的方式，这种技术要求有足够的埋深才能保证施工效果和安全。
将该段河道改为暗涵结构，采用暗挖顶进技术上穿地铁隧道。理论上可以有效控制地铁隧道变形，但如果原状地面距地铁隧道顶端较近，则限制了暗涵断面尺寸，不仅无法保证河道景观要求，而且无法满足河道排涝要求。
（2）加固隧道后明挖河道 ：
采用高压旋喷ＭＪＳ工法可以进行水平、倾斜以及垂直方向的大深度地基改良，对地铁隧道上方及周边进行加固，但是由于河道成型后，如果底部距离隧道顶端较近，即使ＭＪＳ工法对土体扰动较小，但钻孔、注浆以及浆液硬化对地铁隧道产生的影响不可控。
上述两种方法存在施工周期长,对外界环境干扰大,施工风险较高，无法满足设计要求等问题。
如何使地地铁隧道结构变形能控制在设计范围内，即保障对地铁隧道干扰小，又能保证安全的前提下让河道顺利上穿地铁，成为技术人员需要解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种河道上穿既有地铁隧道的施工方法，该方法对地铁隧道结构变形扰动较小，安全可靠。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明一种河道上穿既有地铁隧道的施工方法，包括步骤：
1)在既有地铁隧道上方一侧开挖顶进工作坑，顶进工作坑按照河道设计断面尺寸挖掘；
2)在顶进工作坑内浇筑水平钢筋混凝土滑板；
3)在滑板上预制钢筋混凝土U型槽，待其达到混凝土设计强度后，在U型槽的底面上放置压载配重，所述压载配重的重量与U型槽的自重之和等于挖掘顶进工作坑的土体重量，用以对开挖顶进工作坑土体的卸载量进行弥补；U型槽后方设置纵向顶铁，U型槽和顶铁之间设有顶镐；
4)将U型槽顶进至即有地铁隧道上方现场，在顶进U型槽过程中，一边顶进U型槽一边开挖其前方土体；顶进过程分段顶进，每顶进一次测量一次顶进方向，每次开挖尺寸不大于0.4m，并根据顶进的偏差情况及时进行纠偏；
5)在U型槽顶进至即有地铁隧道上方现场后，对顶进工作坑回填。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，所述U型槽的受顶面预埋承压钢板。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，所述滑板上涂覆2-3mm厚的润滑层。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，所述润滑层为机油和滑石粉的混合物，机油与滑石粉的重量比为3:7。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，所述U型槽的前端设有船头坡，所述船头坡的坡比1:10。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，所述船头坡的长1m，高0.1m。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，所述纵向顶铁沿其横向方向间隔连接横梁。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，相邻所述横梁之间的间距为2-4米。
上述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其中，所述U型槽为多节预制并分节顶进，多节所述U型槽采用中继间法顶进就位。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
本发明将顶进和明挖两种技术方案融合，采用明挖衡重式顶进方法，按河道断面预制钢筋混凝土U型槽，对开挖土体的卸载采用压载配重进行弥补，利用顶进设备和挖掘机配合，随挖随顶。该方法确保了既有地铁的运输安全，为河道或者明挖施工上穿地下既有线路提供了技术保障，具有施工效率高，安全风险小，施工成本低，易于操作和施工的特点。
附图说明
图1是本发明的施工状态平面图；
图2是本发明的U型槽及压载配重结构示意图。
图中，1、地铁隧道； 2、顶进工作坑；3、U型槽；4、压载配重；5、顶铁；6、顶镐；7、横梁；8、第一节U型槽；9、第二节U型槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示，实施例为一种河道上穿既有地铁隧道的施工方法，包括步骤：
1)在既有地铁隧道1上方一侧开挖顶进工作坑2，顶进工作坑2按照河道设计断面尺寸挖掘；本实施例中因河道断面较大，预制U型槽3不适合运输和 吊装，因此在现场预制较为可行。
2)在顶进工作坑2内浇筑水平钢筋混凝土滑板(图中未画出)；滑板上涂覆2-3mm厚的润滑层，本实施例中的滑板上涂覆3mm厚的润滑层，润滑层为机油和滑石粉的混合物，机油与滑石粉的重量比为为3:7。
3)在滑板上预制钢筋混凝土U型槽3，待其达到混凝土设计强度后，在U型槽3的底面上放置压载配重4，压载配重4的重量与U型槽3的自重之和等于挖掘顶进工作坑2 的土体重量，用以对开挖顶进工作坑2土体的卸载量进行弥补，保证既有地铁结构周边土体保持应力平衡，本实施例中的压载配重4选用钢锭，根据断面形式还可设计定制异形块。
U型槽3后方设置纵向顶铁5，U型槽3和顶铁5之间设有顶镐6；本实施例中纵向顶铁5沿其横向方向间隔连接横梁7，设置横梁7是为防止顶铁5过长失稳，每隔2-4米设一条横向的横梁7，本实施例优选相邻横梁7之间的间距为4米，用以提高纵向顶铁5的横向稳定性。顶进过程中，如发现顶镐6的顶柱有弯曲、起拱等变形时，要立即停止顶进操作，进行必要的调整。
U型槽3的受顶面预埋承压钢板（图中未画出），用以提高U型槽3受顶面上的受力，防止顶进过程中损坏U型槽3。
本实施例中为了防止U型槽3顶进时扎头，在U型槽3的前端设有船头坡，以便顶进时将高出U型槽3底面的土压入U型槽3下方，船头坡的坡比1:10，本实施例的船头坡优选长1m，高0.1m。
4）将U型槽3顶进至即有地铁隧道1上方现场，在顶进U型槽3过程中，一边顶进U型槽3一边开挖其前方土体，严禁超挖；顶进过程分段顶进，每顶进一次测量一次顶进方向，每次开挖尺寸不大于0.4m，并根据顶进的偏差情况及时进行纠偏。
5）在U型槽3顶进至即有地铁隧道1上方现场后，对顶进工作坑2回填。
根据实际工况，如果U型槽3尺寸较大， U型槽3可以分节预制并分节顶进，当需要多节U型槽3时，采用中继间法继续顶进就位。在顶进前应计算顶进U型槽3所允许的最大顶力以及顶进U型槽3的顶程，在顶进过程中要严格控制顶力和顶程。
作为河道的U型槽3在顶进时，必须克服结构与土壤之间的摩擦阻力，这些阻力即为顶进施工时所需的顶力。顶力是根据结构形式、顶进长度、土质、地下水情况及施工方法等因素确定。本发明的顶进施工中，U型槽3顶部无覆土，顶进时的阻力主要来自U型槽3本身、永久压载配重4及土体。
顶进工作需24小时连续工作，如由于特殊情况迫使U型槽3暂停顶进时，也应间断顶进，防止U型槽3阻力大增。
本发明在既有地铁隧道上方新建河道的过程中，采用增设压载配重4的U型槽3方式来控制地铁隧道1的上浮变形，用压载配重4与U型槽3的自重弥补开挖掉土体的重量，使顶进到既有地铁隧道1上方的U型槽3和地铁之间的土体不发生卸载作用，从而有效控制地铁隧道1的变形量，最大限度地降低施工对既有地铁隧道运营所产生的影响。
推进过程中，当U型槽3前端上翘量不大时，可将U型槽3前开挖面挖到与U型槽3底面平或稍作超挖。如“抬头”量较大，则多超挖一些，在顶进中逐步调整。
当U型槽3的前端“扎头”时，采用吃土顶进或增加U型槽3后端平衡压载配重4的办法解决。
本发明的实施例是在既有地铁隧道的上方需新建一河道，为了控制施工引起地铁隧道1上方土体的卸载而使地铁隧道1结构发生的变形控制在2.5m，河道采用混凝土预制的U型槽3明挖衡重方式顶进施工。
本实施例中钢筋预制混凝土U型槽3的底板厚1.2m，侧墙厚1m，内净宽23m，全宽25m，节长20m。需要上穿40m的地铁隧道1，经过计算，40m的河道除去U型槽3自身重量，还需要压载5762t。
混凝土U型槽3：G=V*ρ2=3869.9t；顶力计算得P=65661.1KN，换算约为6566.1t。
实际U型槽3自重+设计总配重=3869.9+5761.9=9630.8t。
计算总顶力＜实际总重量，总顶力P取9630.8t。
顶镐6布置：
最大顶力为Pmax=9630.8t。
根据公式N*X*P1≥P，公式中N代表顶镐个数，X系数一般取0.6，P1顶镐设计顶力，P代表最大顶力值。
N*X*P1≥P，式中：X=0.6，P1=500，单节P=4815t，计算得出N≈16.1个，顶进时共设置18台顶镐6。
顶进的实施是整个工作的关键环节，因此开顶前进行试顶，试顶顶力一般约为顶进U型槽3自重的0.4～0.8倍，但开始起动时不应突然增到此数值，而应使顶镐6同步逐渐加压，每次升到一定压力后稳定几分钟，并对设备、滑板和顶进的U型槽3进行检查，如一切正常，方可再次加压。
本发明的工作过程如下：
图1为第一U型槽8和第二U型槽9顶进到地铁隧道1上方后的平面示意图，本实施例的工况为两条平行的地铁隧道1，在具体施工设计中，选用两节U型槽3对接方式进行上穿既有地铁隧道1。
在既有地铁隧道1上方一侧开挖顶进工作坑2并浇筑滑板，滑板上预制第一U型槽8， 第一U型槽8的底面上放置压载配重4， 第一U型槽8后方设置纵向顶铁5，第一U型槽8和顶铁5之间设有顶镐6；通过顶镐6将第一节U型槽8顶进至远离顶进工作坑2的地铁隧道1上方现场，再在滑板上预制第二节U型槽9，待其达到混凝土设计强度后，在第二U型槽9的底面上放置压载配重4，再采用中继间法继续顶进就位，将第二U型槽9顶进至靠近顶进工作坑2的地铁隧道1上方现场，并使第二U型槽9与第一U型槽8对接，即完成河道（采用混凝土预制的U型槽3）上穿既有地铁隧道1的施工。
按照同样的步骤，采用中继间法还可以对多节U型槽3进行顶进作业，当多节U型槽3顶进到位后，在相邻两个U型槽3之间做结构缝处的防水结构并浇筑混凝土，从而完成河道上穿既有地铁隧道1的施工作业。
本发明能有效地保证既有地铁隧道的安全，降低施工对既有地铁隧道运营的影响，尤其适用于运营比较繁忙或者对轨道结构变形要求比较高的地段，安全可靠、建设周期短。
本具体实施方式的实施例为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于,包括步骤：
1)在既有地铁隧道上方一侧开挖顶进工作坑，顶进工作坑按照河道设计断面尺寸挖掘；
2)在顶进工作坑内浇筑水平钢筋混凝土滑板；
3)在滑板上预制钢筋混凝土U型槽，待其达到混凝土设计强度后，在U型槽的底面上放置压载配重，所述压载配重的重量与U型槽的自重之和等于挖掘顶进工作坑的土体重量，用以对开挖顶进工作坑土体的卸载量进行弥补；U型槽后方设置纵向顶铁，U型槽和顶铁之间设有顶镐；
4)将U型槽顶进至即有地铁隧道上方现场，在顶进U型槽过程中，一边顶进U型槽一边开挖其前方土体，顶进过程分段顶进，每顶进一次测量一次顶进方向，每次开挖尺寸不大于0.4m，并根据顶进的偏差情况及时进行纠偏；
5)在U型槽顶进至即有地铁隧道上方现场后，对顶进工作坑回填。
2.根据权利要求1所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，所述U型槽的受顶面预埋承压钢板。
3.根据权利要求1所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，所述滑板上涂覆2-3mm厚的润滑层。
4.根据权利要求3所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，所述润滑层为机油和滑石粉的混合物，所述机油与滑石粉的重量比为3:7。
5.根据权利要求1所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，所述U型槽的前端设有船头坡，所述船头坡的坡比1:10。
6.根据权利要求5所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，所述船头坡的长1m，高0.1m。
7.根据权利要求1所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，所述顶铁沿其横向方向间隔连接横梁。
8.根据权利要求7所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，相邻所述横梁之间的间距为2-4米。
9.根据权利要求1所述的河道上穿既有地铁隧道的施工方法，其特征在于，所述U型槽为多节预制并分节顶进，多节所述U型槽采用中继间法顶进就位。
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