CN110284511A - 超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法 - Google Patents

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CN110284511A CN201910540289.9A CN201910540289A CN110284511A CN 110284511 A CN110284511 A CN 110284511A CN 201910540289 A CN201910540289 A CN 201910540289A CN 110284511 A CN110284511 A CN 110284511A
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Abstract

本发明公开了一种超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，整个施工过程，始终有4～5个仓体在同时进行施工，能够及时解决超长湖底围堰的施工效率问题，充分减少冗余的人员配置及物料配送，使施工步骤安排更合理，节约成本。本发明有利于填补国内水中围堰超长基坑开挖施工方法的空白，显著提高基坑边坡开挖的施工进度，保障了工程安全要求。

Description

超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法
技术领域
本发明属于海底/湖底隧道施工技术领域，特别是超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，交通工程的建设日益凸显出其重要性与迫切性。但紧张的地表面积、脆弱的生态环境及施工进度与经费等限制因素，导致水下隧道工程的建设不可避免。当前海底或湖底隧道的修建方法主要有盾构法、沉管法、矿山法及围堰明挖法，其中围堰明挖法适用性强，具有多种基坑开挖方法、围护结构形式，受隧道断面形式影响较小等优点，在海底隧道施工中得到广泛的应用。
海底或湖底隧道围堰明挖法主要分为一次围堰明挖与分仓分段围堰明挖两类方法，一次围堰明挖法是在隧址区布置一次性整体围堰进行基坑明挖施工，但该方法对于通航及海域生态影响较大，大多局限于工期短、规模小、围护结构简单的施工工程。对于超长湖底隧道围堰明挖施工而言，往往其面临一系列潜在的不确定性问题，如围堰与基坑斜坡的渗透变形，基坑开挖的突水、涌水，基坑降水导致的地层不均匀沉降，以及由此诱发的围堰-基坑围护整体稳定性等问题，而且还具有围堰基坑范围广、基坑规模大、施工时间长、施工工序和施工工艺流程复杂等特点，因此，在实际施工过程中往往采用分段分仓围堰明挖方法。
现有技术中，例如专利号为CN201810578980.1的专利提供了一种海底隧道分仓施工的回筑围堰及施工方法，该方法采用单仓施工的方式，即单仓完成所有的施工工序(抽水、防渗墙施工、开挖、主体结构施工、回填、土石围堰等)，前一个仓完全修建后，再进行下一个仓的施工。又例如专利号为CN201810578915.9的专利提供了一种跨海海底市政隧道围堰明挖施工方法，采用测量放样、打设防撞保护桩、海床清理、围堰堰体施工、抽排围堰内海水、隧道明挖施工、围堰拆除及拔桩的步骤完成。上述这两种施工方式仍专注于单仓施工方法，即单仓完成所有的施工工序(基坑降排水、防渗墙施工、基坑边坡开挖、主体结构施工、土方回填、回筑围堰等)后，再进行下一仓的施工，仍然会造成大量施工材料、人员及时间浪费，造成施工周期严重延长，拖慢了整个工程项目的工期。因此，现有技术对于超长湖底隧道围堰明挖施工，如何安排施工工序，设计土方挖运，合理选择围堰长度、合理选择施工工艺流程、细化施工步序等问题的研究仍存在不足，此外超长湖底隧道围堰明挖施工的施工进度、材料耗费及施工安全也是一个亟需解决的技术问题。
发明内容
针对以上现有技术的不足，为了进一步显著提升整个工程的施工效率，本发明提供了一种超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，该方法能够有效地提升施工效率、加快施工进度、节省施工物料，同时保证了围堰基坑工程的整体稳定性。具体通过以下技术实现。
超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，包括以下步骤：
S1、在水中安装2个横向围堰和2个纵向围堰并合围形成封闭式的仓段，即第一仓；所用的横向围堰和纵向围堰为双层钢板桩围堰结构；抽干第一仓内的地表水，设置止水帷幕和降水井进行基坑降排水；在第一仓围堰整体结构达到稳定后，与第一仓相邻的第二仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S2、当基坑降排水达到施工安全要求后，对淤泥层地面进行硬化加固处理，然后在第一仓内进行基坑土体开挖；基坑土体开挖的支护结构结合现场水文地质工程地质条件，选择放坡法、放坡法-垂直支护法或垂直支护法其中一种；同时，第二仓开始进行基坑降排水；在第二仓围堰整体结构达到稳定后，与第二仓相邻的第三仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S3、第一仓的基坑土体开挖完毕后，进行隧道主体结构的安装；同时，第二仓开始进行基坑土体开挖，拆除第一仓和第二仓之间的横向围堰的一部分，使第一仓与第二仓之间的基坑土体开挖保持贯通；同时，第三仓开始进行基坑降排水；在第三仓围堰整体结构达到稳定后，与第三仓相邻的第四仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S4、第一仓的隧道主体结构安装完毕后，并完成基坑土方回填后，第一仓和第二仓之间重新安装二次横向围堰，二次横向围堰为土石方围堰；然后拆除第一仓的剩余1个横向围堰和2个纵向围堰，拆除的围堰材料用于后续仓体安装，即完成第一仓施工；同时，第二仓开始进行隧道主体结构安装，第三仓开始进行基坑土体开挖；第四仓开始进行基坑降排水；在第四仓围堰整体结构达到稳定后，与第四仓相邻的第五仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S5、按照步骤S1～S5的滚动流水施工的方式，继续进行第二仓、第三仓、第四仓、第五仓以及后续仓体的施工，最终完成超长湖底隧道的围堰明挖整体施工。
上述施工方法，将每个仓的施工分为围堰施工、仓内基坑降排水、基坑土体开挖和支护、主体结构施工、土方回填这几个阶段，通过充分利用每个施工阶段的时间间隙，能够同时依次开始若干个仓体的同步施工。其设计原理具体为，首先，用横向围堰和纵向围堰组成第一仓并完成降排水，同时第二仓开始建设，横向围堰和纵向围堰为双层钢板桩围堰结构；然后，第一仓开始基坑土体开挖，第二仓同步开始基坑降排水，第三坑同步开始建设；其次，第一仓开始隧道主体结构安装，拆除第一仓和第二仓之间的横向围堰，第二仓同步进行基坑土体开挖，第三仓同步开始基坑降排水，第四仓同步开始建设；然后，第一仓隧道主体结构完成开始土方回填，第二仓同步开始隧道主体结构安装，第三仓同步开始基坑土体开挖，第四仓同步开始基坑降排水，第五仓开始建设。以此类推，最终第一仓完成全部施工后，所拆除的双层钢板桩可以继续用于后续的仓体建设，且整个施工过程，始终有4～5个仓体在同时进行施工。这样的施工方式及时解决了超长海底围堰的施工效率问题，充分减少冗余的人员配置及物料配送，使施工步骤安排更加合理，劳动力得以最大化利用，在缩短工期的同时节约了成本。
上述方法中，以工程地质勘察资料为依据，考虑到工程的不同地段、结构型式、施工方法、使用条件及载荷特性等因素，选用最合理的结构型式。主体结构的工程材料应考虑到结构类型、受力条件、使用要求和所处环境等因素，选用钢筋混凝土结构，必要时可采用钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、金属结构等。主体结构安装完毕后，拆除两仓之间的的横向围堰，进行下一仓的基坑土体开挖和围护结构施工工作，以保证施工的连续性。
优选地，双层钢板桩围堰结构的安装方法具体为：选用的长15m，宽6m的双层拉森IVw型钢板桩；双层钢板桩安装完成后，其顶端高出湖面2～3m，其底端位于湖底以下10m；双层钢板桩的2个钢板之间用拉杆连接并充填压实素黏土。
优选地，降水井在基坑土体开挖前3～5天开始进行基坑降排水，且在超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工的整个过程中保持基坑地下水位至少低于开挖面1m。
优选地，止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩，三轴水泥搅拌桩的桩底切穿砂质或粉质含水层并进入黏土隔水层不小于1.5m，止水帷幕设置在边坡坡顶外侧1.0m，形成封闭的防渗体系。
优选地，步骤S2中，基坑土体开挖同时采取机械开挖与人工开挖相，边坡坡度不大于1:2，相邻土体开挖土方高差不大于3.0m，边坡坡间平台宽2.5m，坡面布设金属网与泄水孔，喷射C20砼；基坑土体开挖的支护方法的选择为：当土层为粉土层或粉质黏土层时选择放坡法，当土层为黏土层或典型的二元结构地层时选择放坡法-垂直支护法，当土层为淤泥质黏土层或淤泥层时选择垂直支护法。
优选地，垂直支护法具体为：采用两道支撑结构进行围护：第一道采用钢筋混凝土的结构，混凝土强度等级为C30，钢筋混凝土的支撑处设置2根临时支撑柱，临时支撑柱为钢格构柱，临时支撑柱在穿越基坑底板范围内需设置止水片；第二道采用型号为Φ609的钢管，钢管之间采用槽钢连系梁连接。
优选地，步骤S3中，拆除第一仓和第二仓之间的横向围堰的一部分的方法具体为：第一仓和第二仓之间的横向围堰的两端各保留不低于7m的围堰。其目的在于，防止第一仓和第二仓未拆除的双层钢板桩围堰结构失稳，同时为下一阶段重新安装土石方围堰结构预留位置。
优选地，步骤S4中，基坑土方回填的方法具体为：采用灰土、黏土或粉土均匀回填，并分层夯实。回填土中不得含有石块、碎石，回填的黏土与粉土可采用之前基坑开挖的黏土。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、能够及时解决超长海底围堰的施工效率问题，充分减少冗余的人员配置及物料配送，使施工步骤安排更合理，节约成本。
2、本发明有利于填补国内水中围堰超长基坑开挖施工方法的空白，显著提高基坑边坡开挖的施工进度，保障了工程安全要求。
附图说明
图1为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法的流程图；
图2为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法的第一仓的平面图；
图3为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法的第一仓、第二仓的平面图；
图4为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法的第一仓、第二仓、第三仓的平面图；
图5为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法的第一仓、第二仓、第三仓、第四仓的平面图；
图6为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法中，采用放坡法的基坑支护结构的剖面图；
图7为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法中，采用垂直支护法的基坑支护结构的横剖面图；
图8为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法中，采用放坡法-垂直支护法的基坑支护结构的横剖面图；
图9为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法中，双层钢板桩围堰结构的剖面图；
图10为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法中，双层钢板桩围堰的平面图；
图11为实施例1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法中，，二次横向围堰的横剖面图；
图中标号为：1、横向围堰；2、纵向围堰；3、第一仓；4、止水帷幕；5、降水井；6、第二仓；7、压实素黏土；8、第三仓；9、隧道主体结构；10、边坡；11、坡间平台；12、坡面；13、第四仓；14、二次横向围堰。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1～11所示，本实施例提供了超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，包括以下步骤：
S1、在水中安装2个横向围堰(1)和2个纵向围堰(2)并合围形成封闭式的仓段，即第一仓(3)；所用的横向围堰(1)和纵向围堰(2)为双层钢板桩围堰结构；抽干第一仓(3)内的地表水，设置止水帷幕(4)和降水井(5)在基坑土体开挖前3～5天进行基坑降排水，且在超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工的整个过程中保持基坑地下水位至少低于开挖面1m；止水帷幕(4)采用三轴水泥搅拌桩，三轴水泥搅拌桩的桩底切穿砂质或粉质含水层并进入黏土隔水层不小于1.5m，止水帷幕(4)设置在边坡坡顶外侧1.0m，形成封闭的防渗体系；在第一仓(3)围堰整体结构达到稳定后，与第一仓(3)相邻的第二仓(6)的1个横向围堰(1)和2个纵向围堰(2)开始安装；
双层钢板桩围堰结构的安装方法具体为：选用的长15m，宽6m的双层拉森IVw型钢板桩；双层钢板桩安装完成后，其顶端高出湖面3m，其底端位于湖底以下10m；双层钢板桩的2个钢板之间用拉杆连接并充填压实素黏土(7)。
S2、当基坑降排水达到施工安全要求后，对淤泥层地面进行硬化加固处理，然后在第一仓(3)内进行基坑土体开挖；基坑土体开挖的支护结构结合现场水文地质工程地质条件，选择放坡法、放坡法-垂直支护法或垂直支护法其中一种；同时，第二仓(6)开始进行基坑降排水；在第二仓(6)围堰整体结构达到稳定后，与第二仓(6)相邻的第三仓(8)的1个横向围堰(1)和2个纵向围堰(2)开始安装；
S3、第一仓(3)的基坑土体开挖完毕后，进行隧道主体结构(9)的安装；同时，第二仓(6)开始进行基坑土体开挖；基坑土体开挖同时采取机械开挖与人工开挖相，边坡(10)坡度不大于1:2，相邻土体开挖土方高差不大于3.0m，边坡(10)的坡间平台(11)宽2.5m，坡面布设金属网与泄水孔，喷射C20砼；基坑土体开挖的支护方法的选择为：当土层为粉土层或粉质黏土层时选择放坡法，当土层为黏土层或典型的二元结构地层时选择放坡法-垂直支护法，当土层为淤泥质黏土层或淤泥层时选择垂直支护法；垂直支护法具体为：采用两道支撑结构进行围护：第一道采用钢筋混凝土的结构，混凝土强度等级为C30，钢筋混凝土的支撑处设置2根临时支撑柱，临时支撑柱为钢格构柱，临时支撑柱在穿越基坑底板范围内需设置止水片；第二道采用型号为Φ609的钢管，钢管之间采用槽钢连系梁连接；拆除第一仓(3)和第二仓(6)之间的横向围堰(1)的一部分，第一仓(3)和第二仓(6)之间的横向围堰(1)的两端各保留不低于7m的围堰，使第一仓(3)与第二仓(6)之间的基坑土体开挖保持贯通；同时，第三仓(8)开始进行基坑降排水；在第三仓(8)围堰整体结构达到稳定后，与第三仓(8)相邻的第四仓(13)的1个横向围堰(1)和2个纵向围堰(2)开始安装；
S4、第一仓(3)的隧道主体结构(9)安装完毕后，并完成基坑土方回填后，第一仓(3)和第二仓(6)之间重新安装二次横向围堰(14)，二次横向围堰(14)为土石方围堰；基坑土方回填的方法具体为：采用灰土、黏土或粉土均匀回填，并分层夯实；然后拆除第一仓(3)的剩余1个横向围堰(1)和2个纵向围堰(2)，拆除的围堰材料用于后续仓体安装，即完成第一仓(3)施工；同时，第二仓(6)开始进行隧道主体结构(9)安装，第三仓(8)开始进行基坑土体开挖；第四仓(13)开始进行基坑降排水；在第四仓(13)围堰整体结构达到稳定后，与第四仓(13)相邻的第五仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S5、按照步骤S1～S5的滚动流水施工的方式，继续进行第二仓(6)、第三仓(8)、第四仓(13)、第五仓以及后续仓体的施工，最终完成超长湖底隧道的围堰明挖整体施工。
上述施工方法，将每个仓的施工分为围堰施工、仓内基坑降排水、基坑土体开挖和支护、主体结构施工、土方回填这几个阶段，通过充分利用每个施工阶段的时间间隙，能够同时依次开始若干个仓体的同步施工。其设计原理具体为，首先，用横向围堰和纵向围堰组成第一仓并完成降排水，同时第二仓开始建设，横向围堰和纵向围堰为双层钢板桩围堰结构；然后，第一仓开始基坑土体开挖，第二仓同步开始基坑降排水，第三坑同步开始建设；其次，第一仓开始隧道主体结构安装，拆除第一仓和第二仓之间的横向围堰，第二仓同步进行基坑土体开挖，第三仓同步开始基坑降排水，第四仓同步开始建设；然后，第一仓隧道主体结构完成开始土方回填，第二仓同步开始隧道主体结构安装，第三仓同步开始基坑土体开挖，第四仓同步开始基坑降排水，第五仓开始建设。以此类推，最终第一仓完成全部施工后，所拆除的双层钢板桩可以继续用于后续的仓体建设，且整个施工过程，始终有4～5个仓体在同时进行施工。这样的施工方式及时解决了超长海底围堰的施工效率问题，充分减少冗余的人员配置及物料配送，使施工步骤安排更加合理，劳动力得以最大化利用，在缩短工期的同时节约了成本。
上述方法中，以工程地质勘察资料为依据，考虑到工程的不同地段、结构型式、施工方法、使用条件及载荷特性等因素，选用最合理的结构型式。主体结构的工程材料应考虑到结构类型、受力条件、使用要求和所处环境等因素，选用钢筋混凝土结构，必要时可采用钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、金属结构等。主体结构安装完毕后，拆除两仓之间的的横向围堰，进行下一仓的基坑土体开挖和围护结构施工工作，以保证施工的连续性。

Claims (8)

1.超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在水中安装2个横向围堰和2个纵向围堰并合围形成封闭式的仓段，即第一仓；所用的横向围堰和纵向围堰为双层钢板桩围堰结构；抽干第一仓内的地表水，设置止水帷幕和降水井进行基坑降排水；在第一仓围堰整体结构达到稳定后，与第一仓相邻的第二仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S2、当基坑降排水达到施工安全要求后，对淤泥层地面进行硬化加固处理，然后在第一仓内进行基坑土体开挖；基坑土体开挖的支护结构结合现场水文地质工程地质条件，选择放坡法、放坡法-垂直支护法或垂直支护法其中一种；同时，第二仓开始进行基坑降排水；在第二仓围堰整体结构达到稳定后，与第二仓相邻的第三仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S3、第一仓的基坑土体开挖完毕后，进行隧道主体结构的安装；同时，第二仓开始进行基坑土体开挖，拆除第一仓和第二仓之间的横向围堰的一部分，使第一仓与第二仓之间的基坑土体开挖保持贯通；同时，第三仓开始进行基坑降排水；在第三仓围堰整体结构达到稳定后，与第三仓相邻的第四仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S4、第一仓的隧道主体结构安装完毕后，并完成基坑土方回填后，第一仓和第二仓之间重新安装二次横向围堰，二次横向围堰为土石方围堰；然后拆除第一仓的剩余1个横向围堰和2个纵向围堰，拆除的围堰材料用于后续仓体安装，即完成第一仓施工；同时，第二仓开始进行隧道主体结构安装，第三仓开始进行基坑土体开挖；第四仓开始进行基坑降排水；在第四仓围堰整体结构达到稳定后，与第四仓相邻的第五仓的1个横向围堰和2个纵向围堰开始安装；
S5、按照步骤S1～S5的滚动流水施工的方式，继续进行第二仓、第三仓、第四仓、第五仓以及后续仓体的施工，最终完成超长湖底隧道的围堰明挖整体施工。
2.根据权利要求1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，其特征在于，双层钢板桩围堰结构的安装方法具体为：选用的长15m，宽6m的双层拉森IVw型钢板桩；双层钢板桩安装完成后，其顶端高出湖面2～3m，其底端位于湖底以下10m；双层钢板桩的2个钢板之间用拉杆连接并充填压实素黏土。
3.根据权利要求1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，其特征在于，降水井在基坑土体开挖前3～5天开始进行基坑降排水，且在超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工的整个过程中保持基坑地下水位至少低于开挖面1m。
4.根据权利要求1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，其特征在于，止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩，三轴水泥搅拌桩的桩底切穿砂质或粉质含水层并进入黏土隔水层不小于1.5m，止水帷幕设置在边坡坡顶外侧1.0m，形成封闭的防渗体系。
5.根据权利要求1所述的超长海底围堰多仓滚动式开挖施工方法，其特征在于，步骤S2中，基坑土体开挖同时采取机械开挖与人工开挖相，边坡坡度不大于1:2，相邻开挖土方高差不大于3.0m，边坡坡间平台宽2.5m，坡面布设金属网与泄水孔，喷射C20砼；基坑土体开挖的支护方法的选择为：当土层为粉土层或粉质黏土层时选择放坡法，当土层为黏土层或典型的二元结构地层时选择放坡法-垂直支护法，当土层为淤泥质黏土层或淤泥层时选择垂直支护法。
6.根据权利要求1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，其特征在于，垂直支护法具体为：采用两道支撑结构进行围护：第一道采用钢筋混凝土的结构，混凝土强度等级为C30，钢筋混凝土的支撑处设置2根临时支撑柱，临时支撑柱为钢格构柱，临时支撑柱在穿越基坑底板范围内需设置止水片；第二道采用型号为Φ609的钢管，钢管之间采用槽钢连系梁连接。
7.根据权利要求1所述的超长湖底隧道多仓滚动式的围堰明挖施工方法，其特征在于，步骤S3中，拆除第一仓和第二仓之间的横向围堰的一部分的方法具体为：第一仓和第二仓之间的横向围堰的两端各保留不低于7m的围堰。
8.根据权利要求1所述的超长海底围堰多仓滚动式开挖施工方法，其特征在于，步骤S4中，基坑土方回填的方法具体为：采用灰土、黏土或粉土均匀回填，并分层夯实。
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