CN110273435B - 一种城市明挖隧道的施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市明挖隧道的施工工法，属于隧道施工工法领域，其技术方案要点是包括：S1:支护桩施工，包括测量定桩位、埋设护筒、钻机对位、钻机成孔、下导管、钢筋笼制作及安装和混凝土灌注；S2:冠梁施工，包括测放样基线、土方开挖、凿桩头、垫层施工、钢筋制作及安装、模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护；S3:隧道基坑开挖，包括基础施工定位方样和基坑的开挖及加固；S4:隧道主体结构及素混凝土压顶支墩施工，包括模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护；S5:微膨胀混凝土压顶块施工，包括基面清理、模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护，本发明的优点在于施工流程简便快捷，施工效率高。

Description

一种城市明挖隧道的施工工法

技术领域

本发明涉及隧道施工工法，特别涉及一种城市明挖隧道的施工工法。

背景技术

随着城市化水平的不断提高，城市空间拥挤、交通拥堵、环境恶化、资源匮乏等问题愈演愈烈。向地下要空间已经成为增加城市功能、改善城市环境的必要手段，成为城市经济发展与环境、资源协调可持续科学发展的重要内容，也成为提高城市总体防灾能力的重要途径。为了改善交通环境，我国采取了各种措施，经实践证明，城市隧道工程是解决城市用地紧张、交通拥挤的有效办法之一。

公告号为CN104747211B的中国专利公开了一种隧道施工用抗浮装置及钢模衬砌台车和抗浮施工方法，包括抗浮桩、升降缸和限位机构，抗浮桩下端经升降缸连接钢模衬砌台车的门架，抗浮桩上部沿轴向设有多个限位孔，限位机构包括限位安装体和限位销，其中限位安装体安装在钢模衬砌台车的模板，且限位安装体上设有限位安装通孔，限位销贯穿限位销安装孔并与抗浮桩上的限位孔配合

在这些城市隧道施工中，绝大多数隧道埋深浅，采用明挖法施工，而很多城市的地下水位比较高，水位也不稳定，目前隧道抗浮的常见措施就是利用抗浮桩加固隧道，但是灌注抗浮桩的方法工艺复杂、施工效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市明挖隧道的施工工法，其优点在于施工流程简便快捷，施工效率高。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种城市明挖隧道的施工工法，

S1：支护桩施工，包括测量定桩位、埋设护筒、钻机对位、钻机成孔、下导管、钢筋笼制作及安装和混凝土灌注；

S2：冠梁施工，包括测放样基线、土方开挖、凿桩头、垫层施工、钢筋制作及安装、模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护；

S3：隧道基坑开挖，包括基础施工定位方样和基坑的开挖及加固

S4：隧道主体结构及素混凝土压顶支墩施工，包括模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护；

S5：微膨胀混凝土压顶块施工，包括基面清理、模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护。

通过采用上述技术方案，通过向明挖隧道基坑内侧加宽支护排桩顶冠梁，使冠梁部分位于隧道结构正上方，取消常规的抗浮桩，在隧道主体结构施工结束后，在隧道直角顶板与其上方冠梁间空隙采用微膨胀混凝土压顶块填充密实；隧道折角顶板与其上方冠梁间空隙采用素混凝土支墩和微膨胀混凝土压顶块填充密实，利用土体对支护排桩向下的摩擦力，通过填充混凝土克服隧道结构上浮，不需要灌注抗浮桩，素混凝土支墩和微膨胀混凝土压顶块的施工工序简单，方便快捷，提高施工效率。

进一步的，在S1中的下导管步骤中，导管入场后，使用前应做一次压水密封试验，经检验合格后方能使用导管间采用丝扣连接，按钻孔终孔孔深，下入适当数量的导管，确保导管离孔底30-50cm，导管下入后应立即进行二次清孔。

通过采用上述技术方案，通过在桩孔中设置若干导管，使用的时候将混凝土通过导管加注到桩孔中，同时通过多个导管同时进行灌浆的操作，提高施工效率。

进一步的，在S1中的混凝土灌注步骤中，首灌混凝土保证一次埋管大于1m以上，混凝土灌注过程中应上下提动导管，以使混凝土密实，后续灌注控制导管埋深2-6m，最后混凝土超灌至设计桩顶标以上1.0m处。

通过采用上述技术方案，在灌浆的过程或只能，上下提动导管，使混凝土密实，提高成型支护桩的质量。

进一步的，在S2中的垫层施工步骤中，桩头破除至设计桩顶标高，将基底整平并夯实，然后铺设一层水泥砂浆作为底模。

通过采用上述技术方案，通过水泥砂浆做作为底模，水泥砂浆在凝固之前方便找平，同时对于基底起到保护的作用。

进一步的，在S2中的钢筋制作及安装步骤中，钢筋主筋采用机械连接或焊接方式连接，箍筋采用绑扎方式固定，先安装骨架筋，再安装框架筋，最后安装箍筋，在钢筋绑扎前先在底模弹上底层钢筋的定位线，并依据定位线进行钢筋的绑扎；预埋件应与冠梁钢筋同时绑扎。

通过采用上述技术方案，钢筋主要通过绑扎的方式固定连接，施工步骤简单，提高施工效率，并且在进行绑扎之间，设置定位线，并依据定位线进行钢筋的绑扎提高钢筋绑扎精度。

进一步的，在S2中的模板安装步骤中，冠梁侧模采用2.44m×1.22m×1.5cm竹胶板，横向背楞采用6cm×6cm方木，第一道方木设在冠梁底以上20cm处，第二道方木设置在冠梁底以上60cm处，竖向背楞使用φ48mm脚手架管，脚手架管的间距为60cm，两侧模板之间用扣件和对拉螺杆连接，用PVC管套住螺杆，对拉螺栓竖向设置两道，一道位于冠梁底以上20cm，另一道位于冠梁混凝土顶面以上10cm，两侧模板用φ48mm脚手架管斜撑撑住，用水平尺或线锤精确校正模板的垂直度，旋紧对拉螺杆上的螺母，模板由一端向另一端安装，模板的接缝用胶带纸封闭，在浇筑混凝土前，模板应浇水湿润。

通过采用上述技术方案，使用竹胶板围成需要成型冠梁的形状，在施工的时候将混凝土浇筑在模板中，当混凝土冷却成型之后将形成需要的冠梁；在施工的时候，通过脚手架管从左右两侧对两侧的模板进行支撑。

进一步的，在S2中的混凝土浇筑步骤中，混凝土分层浇注分层振捣，每层浇注厚度为30cm；在每层混凝土浇注过程中，随混凝土的灌入及时采用插入式振捣；振捣棒振动时移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍。

通过采用上述技术方案，混凝土使用分层浇筑的方式，有利于混凝土进行散热，防止产生过大的温度应力导致出现裂缝；由于混凝土坍落度较大并且流动性较好，需要进行振捣，使混凝土更急牢固的凝结在一起。

进一步的，在振捣过程中，振动棒与模板间距保持5～10cm的距离，并避免碰撞预埋件，不得直接和间接地通过钢筋施加振动；振捣上层混凝土，振捣棒应插入下层混凝土内5～10cm；每一处振捣完毕后，应徐徐提出振捣棒；混凝土浇注完成后，及时收浆，立即进行养护。冠梁为大体积混凝土，施工期间要加强测温工作，控制混凝土的内部温度与表面温度之差以及表面温度与环境温度之差均不超过20℃。

通过采用上述技术方案，采用分层浇筑的方法，由于混泥土厚度大，面积宽，一次性浇筑不利于施工，而且水化热过大不利于结构形成有效的强度，防止水泥土热集中，导致局部温度过高，严重的时候甚至会导致出现温度裂缝。

进一步的，在S4中的混凝土养护中，采用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液方法进行保湿养护，混凝土浇捣完成12小时内及时进行养护，保湿14天以上。

通过采用上述技术方案，混凝土浇筑后立刻开始使用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液方法，对成型的混凝土进行保湿处理，防止混凝土中的水分蒸发过快形成脱水现象。

进一步的，在S5中的混凝土养护中，外侧模采用1.5cm厚的竹胶板。横竖向背楞、斜撑均采用方木，模板由一端向另一端安装，模板的接缝用胶带纸封闭，在浇筑混凝土前，模板应浇水湿润。

通过采用上述技术方案，一方面因为模板会吸收混凝土的水分，容易使混凝土短时内板结，不密实，拆模后出现麻面，防止模板吸收混凝土里的水分造成混凝土的成型质量及强度的降低；另一方面由于混凝土是一种亲水性材料，接触面浇湿了，模板容易与新浇筑的混凝土结合。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过素混凝土支墩和微膨胀混凝土对隧道进行加固，利用土体对支护排桩向下的摩擦力，通过填充混凝土克服隧道结构上浮，不需要灌注抗浮桩，素混凝土支墩和微膨胀混凝土压顶块的施工工序简单，方便快捷，提高施工效率；

2.在冠梁施工的时候，采用分层浇筑的方式进行成型，有利于混凝土进行散热，防止产生过大的温度应力导致出现裂缝；

3.使用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液方法，对成型的混凝土进行保湿处理，防止混凝土中的水分蒸发过快形成脱水现象。

附图说明

图1是城市明挖隧道的施工工法的流程图；

图2是直角处压顶梁的结构示意图；

图3是折角处压顶梁的结构示意图；

图4是冠梁模板安装示意图；

图5是微膨胀混凝土压块安装示意图。

图中，1、支护桩；11、冠梁；12、喷混层；2、主体结构侧墙；21、折板；3、素混凝土压顶支墩；4、微膨胀混凝土压块；5、竹胶板；51、方木；52、脚手架管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种城市明挖隧道的施工工法，如图1所示，包括：

S1：支护桩1施工：

1、测量定桩位：采用全站仪和钢尺放样出桩位。

2、埋设护筒：根据测量放线桩位中心，护筒内径应比桩径稍大，约20-30cm，开挖桩顶洞口埋设护筒。护筒平面位置的偏差不得大于5cm，护筒倾斜度的偏差不得大于1％。

3、钻机对位：依中心点在机台木上架好两钢轨，并使两钢轨到桩中心点的距离相等。用吊车将钻机吊起，缓缓下放到钢轨道上，用长铁水平尺将平台校正水平，使天车、转盘中心，护筒中心在同一铅垂线上。其偏差不得大于2cm。

4、钻机成孔：护壁浆采用成品浓泥浆或黄泥自造泥，浆钻进过程中应仔细丈量钻具，并定期检测泥浆性能，不合要求时，随时改正，应经常注意土层变化。

5、下导管、二次清孔：导管入场后，使用前应做一次压水密封试验，经检验合格后方能使用。导管间采用丝扣连接，按钻孔终孔孔深，下入适当数量的导管，确保导管离孔底30-50cm，以利于球胆及混凝土的涌出。导管下入后应立即进行二次清孔，沉渣厚度等指标满足要求后下钢筋笼。

6、钢筋笼制作及安装：钢筋笼按设计图纸及规范要求制作。在钢筋笼的外侧设置混凝土垫块以达到设计所规定的保护层厚度的要求。钢筋笼安装入孔时应保持垂直状态，对准孔位慢慢下放，避免碰撞孔壁。

7、混凝土灌注：首灌混凝土保证一次埋管大于1m以上，混凝土灌注过程中应上下提动导管，以使混凝土密实，后续灌注控制导管埋深2-6m，最后混凝土超灌至设计桩顶标以上1.0m处。

S2、冠梁11施工：

1、放样基线：测量员按原支护桩1图坐标重新测量放线，再根据冠梁11尺寸用白灰标明挖土位置。

2、土方开挖：采用放坡形式开挖冠梁11基坑土方，从外侧向中心开挖，支护桩1边土体采用人工清理，保护桩体不受破坏。

3、凿桩头：基坑开挖完毕后，凿除桩头松散混凝土，保证桩头质量。破除桩头过程中保护钢筋、下部桩身不受损坏。灌注桩顶须修理平整，清理干净。

4、垫层施工：桩头破除至设计桩顶标高，将基底整平并夯实，然后铺设一层水泥砂浆作为底模。

5、钢筋制作、安装：钢筋主筋采用机械连接或焊接方式连接，箍筋采用常规绑扎，钢筋严格按设计图纸进行加工；先安装骨架筋，再安装框架筋，最后安装箍筋。施工中必须确保钢筋定位准确，在钢筋绑扎前先在底模弹上底层钢筋的定位线，并依据定位线进行钢筋的绑扎；预埋件应与冠梁11钢筋同时绑扎。

6、模板安装：如图4所示，冠梁11侧模采用2.44m×1.22m×1.5cm竹胶板5，安装方向为2.44m为横向，1.22m为纵向。横向背楞采用6cm×6cm方木51，第一道设在冠梁11底以上20cm处，第二道设置在冠梁11底以上60cm处。竖向背楞使用φ48mm脚手架管52，间距60cm。两侧模板之间用扣件和对拉螺杆连接，用PVC管套住螺杆，对拉螺栓竖向设置两道，一道位于冠梁11底以上20cm，另一道位于冠梁11混凝土顶面以上10cm。两侧模板用φ48mm脚手架管52斜撑撑住，用水平尺或线锤精确校正模板的垂直度，旋紧对拉螺杆上的螺母。模板由一端向另一端安装，模板的接缝用胶带纸封闭，在浇筑混凝土前，模板应浇水湿润。

7、混凝土浇筑：采用溜槽入模，溜槽无法施工时采用泵车泵送入模；混凝土分层浇注分层振捣，每层浇注厚度为30cm；在每层混凝土浇注过程中，随混凝土的灌入及时采用插入式振捣；振捣棒振动时移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍。振捣过程中，振动棒与模板间距保持5～10cm的距离，并避免碰撞预埋件，不得直接和间接地通过钢筋施加振动；振捣上层混凝土，振捣棒应插入下层混凝土内5～10cm；每一处振捣完毕后，应徐徐提出振捣棒；混凝土浇注完成后，及时收浆，立即进行养护。冠梁11为大体积混凝土，施工期间进行测温工作，控制混凝土的内部温度与表面温度之差以及表面温度与环境温度之差均不超过20℃。

8、混凝土养护：如气温低于0℃以下时采用上层塑料薄膜+下层土工布，当混凝土与外界温差大于20℃，拆模后的混凝土表面，应及时覆盖，使其缓慢冷却，并延长养护时间。

S3、隧道基坑开挖：

1、基础施工定位方样：先进行基础的定位放样工作，将设计图纸上的基础位置准确的标记在施工现场，在放线画出基坑的轮廓线。

2、基坑的开挖及加固：根据设计文件和地址水文资料，结合现场实际情况，决定开挖支护方案和隧道的防排水措施。

(1)无支护加固坑壁的基坑，对于地下水低于基底，并且渗透量小，不影响基坑稳定，基础埋深浅，施工工期短，并且挖基坑不会影响周围结构的前提下，采用无支护加固坑壁的基坑。

(2)用挡板支护坑壁的基坑，木制挡板坑壁的土质情况，挡板实用紧密铺设或间隔布置，坑壁支护木材采用质量好的针叶木材制成。挡板和坑壁的空隙应用原土填实，使挡板与土壁严密接触。

(3)钢结构挡板支护坑壁的基坑，坑壁挡板可采用钢筋混凝土预制板，钢筋混凝土预制板可以提前预制，不用在施工现场浇筑钢筋混凝土预制板，。其制成结构采用钢筋混凝水平闭合框架，具有较高整体刚度和稳定性。

S4、隧道主体结构及素混凝土压顶支墩3施工：

折板21拱处C40素混凝土压顶支墩3同主体结构同时浇筑，主体结构混凝土采用C40混凝土，主体结构立模板时考虑压顶支墩。

1、模板安装：模板周边应平直合缝，缝隙超过2mm应刨边，确保接缝严密平整，在模板接头处应设置搁栅，防止漏浆。

2、混凝土浇筑：混凝土浇筑过程中振捣必须专人负责，振捣要均匀充分，保证混凝土不离析使气泡基本排出，但也不得过振。

3、混凝土养护：采用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液等方法进行保湿养护，混凝土浇捣完成12小时内及时进行养护，保湿14天以上。

S5、微膨胀混凝土压顶块施工：

顶板防水层施工结束后或混凝土压顶支墩施工结束后，施工C35微膨胀混凝土压顶块。

1、基面清理：对压顶块基层表面进行吹扫干净，并洒水湿润。

2、模板安装：如图5所示，外侧模采用1.5cm厚的竹胶板5。横竖向背楞、斜撑均采用方木51。模板由一端向另一端安装，模板的接缝用胶带纸封闭，在浇筑混凝土前，模板应浇水湿润。

3、混凝土浇筑：混凝土浇筑过程中振捣必须专人负责，振捣要均匀充分，保证混凝土不离析，使气泡基本排出，但也不得过振。

4、混凝土养护：采用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液等方法进行保湿养护，混凝土浇捣完成12小时内及时进行养护，养护14天以上。

经济效益分析：

以隧道一个长度为60m仓段使用的抗拔桩技术与抗浮压顶梁技术进行经济效益对比：

由于抗浮压顶梁主要是利用隧道既有围护结构的支护桩1及冠梁11作为主要的抗浮构造物，经济效益优势突出。此外，从施工周期的角度进行分析，由于取消了抗拔桩的施工时间，隧道整体工期可以提前5％以上。降低了隧道投资造价，降低了隧道投资造价，并且施工工艺简单。这种方法与抗拔桩相比，压顶梁施工方法，使用水泥浆资源使用量小，减少建筑物来接的产生，减少对于周边环境的污染。

如图2所示，压顶梁构造：包括支护桩1、主体结构侧墙2和冠梁11。支护桩1竖直布置，主体结构侧墙2位于支护桩1的一侧，并且两者之间设置有喷混层12，使两者连接更加紧密。冠梁11固定连接在支护桩1的顶部。

如图2所示，这种结构应用于隧道直角处的时候，主体结构侧墙2上设置有折板21，冠梁11与主体结构侧墙2顶面之间的空隙中设置有微膨胀混凝土压块4，微膨胀混凝土压块4使用C35混凝土制成，利用土体对支护桩1向下的摩擦力，通过填充混凝土克服隧道结构上浮。

如图3所示，当这种应用于隧道折角处的时候，冠梁11与主体结构侧墙2顶面之间的空隙中上使用素混凝土压顶支墩3和微膨胀混凝土压块4填补空隙。微膨胀混凝土压块4呈矩形设置，素混凝土压顶支墩3呈三角形设置，微膨胀混凝土压块4位于素混凝土压顶支墩3的正上方。微膨胀混凝土压块4同样使用C35混凝土制成，素混凝土压顶支墩3使用C40混凝土制成。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种城市明挖隧道的施工工法，其特征在于：包括：

S1: 支护桩(1)施工，包括测量定桩位、埋设护筒、钻机对位、钻机成孔、下导管、钢筋笼制作及安装和混凝土灌注；

S2: 冠梁(11)施工，包括测放样基线、土方开挖、凿桩头、垫层施工、钢筋制作及安装、模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护；

S3:隧道基坑开挖，包括基础施工定位方样和基坑的开挖及加固；

S4: 隧道主体结构及素混凝土压顶支墩(3)施工，包括模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护；

S5: 微膨胀混凝土压顶块施工，包括基面清理、模板安装、混凝土浇筑和混凝土养护；

经过步骤S1-S5，形成的压顶梁结构为：包括支护桩(1)、主体结构侧墙(2)和冠梁(11)，支护桩(1)竖直设置，主体结构侧墙(2)位于支护桩(1)的一侧，并且两者之间设置有喷混层(12)，冠梁(11)固定连接在支护桩(1)的顶部；

当压顶梁结构应用于隧道直角处的时候，主体结构侧墙(2)上设置有折板(21)，冠梁(11)与主体结构侧墙(2)顶面之间的空隙中设置有微膨胀混凝土压块(4)；

当压顶梁结构应用于隧道折角处的时候，冠梁(11)与主体结构侧墙(2)顶面之间的空隙中上使用素混凝土压顶支墩(3)和微膨胀混凝土压块(4)填补空隙；

在S2中的模板安装步骤中，冠梁(11)侧模采用 2.44m×1.22m×1.5cm 竹胶板(5)，横向背楞采用 6cm×6cm 方木(51)，第一道方木(51)设在冠梁(11)底以上 20cm 处，第二道方木(51)设置在冠梁(11)底以上60cm 处，竖向背楞使用φ 48mm 脚手架管(52)，脚手架管(52)的间距为60cm，两侧模板之间用扣件和对拉螺杆连接，用PVC 管套住螺杆，对拉螺栓竖向设置两道，一道位于冠梁(11)底以上 20cm，另一道位于冠梁(11)混凝土顶面以上 10cm，两侧模板用φ 48mm 脚手架管(52)斜撑撑住，用水平尺或线锤精确校正模板的垂直度，旋紧对拉螺杆上的螺母，模板由一端向另一端安装，模板的接缝用胶带纸封闭，在浇筑混凝土前，模板应浇水湿润；

在S2中的混凝土浇筑步骤中，混凝土分层浇注分层振捣，每层浇注厚度为 30cm；在每层混凝土浇注过程中，随混凝土的灌入及时采用插入式振捣；振捣棒振动时移动间距不超过振动棒作用半径的 1.5 倍；

在振捣过程中，振动棒与模板间距保持 5～10cm 的距离，并避免碰撞预埋件，不得直接和间接地通过钢筋施加振动；振捣上层混凝土，振捣棒应插入下层混凝土内 5～10cm；每一处振捣完毕后，应徐徐提出振捣棒；混凝土浇注完成后，及时收浆，立即进行养护,冠梁(11)为大体积混凝土，施工期间要加强测温工作，控制混凝土的内部温度与表面温度之差以及表面温度与环境温度之差均不超过 20℃。

2.根据权利要求1所述的一种城市明挖隧道的施工工法，其特征在于：在S1中的下导管步骤中，导管入场后，使用前应做一次压水密封试验，经检验合格后方能使用导管间采用丝扣连接，按钻孔终孔孔深，下入适当数量的导管，确保导管离孔底 30－50cm，导管下入后应立即进行二次清孔。

3.根据权利要求1所述的一种城市明挖隧道的施工工法，其特征在于：在S1中的混凝土灌注步骤中，首灌混凝土保证一次埋管大于 1m 以上，混凝土灌注过程中应上下提动导管，以使混凝土密实，后续灌注控制导管埋深 2－6m，最后混凝土超灌至设计桩顶标以上 1.0m处。

4.根据权利要求1所述的一种城市明挖隧道的施工工法，其特征在于：在S2中的垫层施工步骤中，桩头破除至设计桩顶标高，将基底整平并夯实，然后铺设一层水泥砂浆作为底模。

5.根据权利要求1所述的一种城市明挖隧道的施工工法，其特征在于：在S2中的钢筋制作及安装步骤中，钢筋主筋采用机械连接或焊接方式连接，箍筋采用绑扎方式固定，先安装骨架筋，再安装框架筋，最后安装箍筋，在钢筋绑扎前先在底模弹上底层钢筋的定位线，并依据定位线进行钢筋的绑扎；预埋件应与冠梁(11)钢筋同时绑扎。

6.根据权利要求1所述的一种城市明挖隧道的施工工法，其特征在于：在S4中的混凝土养护中，采用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液方法进行保湿养护，混凝土浇捣完成 12小时内及时进行养护，保湿 14 天以上。

7.根据权利要求1所述的一种城市明挖隧道的施工工法，其特征在于：在S5中的混凝土养护中，外侧模采用 1.5cm 厚的竹胶板(5),横竖向背楞、斜撑均采用方木(51)，模板由一端向另一端安装，模板的接缝用胶带纸封闭，在浇筑混凝土前，模板应浇水湿润。

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