CN110359471B - 水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法，抗渗透破坏结构包括一期围堰、二期围堰和管节止水帷幕。一期围堰和二期围堰交替施工且存在有部分重合；一期围堰内和二期围堰内分别设置有一期止水帷幕和二期止水帷幕，一期止水帷幕和二期止水帷幕穿过强透水层到达位于强透水层下方的隔水层。管节止水帷幕可以采用设置在隧道管节下方并与二期止水帷幕连接的管节下止水帷幕，也可采用设置于管节两侧并与二期止水帷幕连接的管节侧止水帷幕。管节止水帷幕避免了管节下方强透水层成为渗透破坏发生的主要通道，实现了强透水砂性土层中水底隧道的安全施工。

Description

水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法

技术领域

本发明属于水底隧道施工技术领域，具体涉及一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法。

背景技术

随着我国国民经济的飞速发展，下穿隧道在城市交通工程中的应用越来越广泛。然而，下穿隧道不可避免地穿越湖底或河底，工程施工难度较大，风险较高。

目前，围堰施工湖底或河底隧道的方法已被广泛使用，该围堰施工方法是指在水中施工围堰挡水，然后在围堰内降水，最后在围堰内开挖基坑并施工隧道。为保证河水正常流动和水面通航，该围堰施工方法通常分为两个阶段进行：第一阶段首先沿隧道长度方向在水底隧道的一端施工一期围堰，待一期围堰内隧道施工完成后，施工部分二期围堰并拆除部分一期围堰恢复已建隧道上方水体流动或通航；第二阶段在水底隧道的另一端完成二期围堰施工，然后在二期围堰内施工其余部分水底隧道。该围堰施工方法中二期围堰不可避免地与已建隧道管节相交，导致该部分围堰体和围堰内止水帷幕无法穿越已建隧道管节插入水底深处，当隧道底部为弱透水的黏性土时，该围堰施工方法可以利用黏性土层使二期围堰形成封闭的止水结构，从而使一期围堰拆除回水不致在二期围堰内形成涌水事故。然而，当隧道管节底部为强透水砂性土层时，二期围堰止水结构在隧道管节下缺失，较小的水头差即可出现渗透破坏和透水事故，严重威胁施工安全和工程质量。以安徽沿淮及淮河以北地区为例，强透水砂性土层分布广泛，并可通过局部透水层与上部水体进行水利联系或本身为含承压水层，给城市隧道建设带来较大的技术难题，近几年因强透水砂性土层造成的渗透破坏已出现多次。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法，以至少解决目前强透水砂性土层中交替围堰施工容易发生涌水事故等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构，所述抗渗透破坏结构包括：

一期围堰，所述一期围堰包括与隧道走向一致的一期侧面纵向围堰和垂直于隧道走向的一期端部横向围堰，所述一期侧面纵向围堰和所述一期端部横向围堰连接形成U型结构。

二期围堰，所述二期围堰包括与隧道走向一致的二期侧面纵向围堰和垂直于隧道走向的二期端部横向围堰，所述二期侧面纵向围堰和所述二期端部横向围堰连接形成U型结构。

所述一期围堰和所述二期围堰在隧道长度方向上有部分重合。

所述一期围堰内设置有一期止水帷幕，所述二期围堰内设置有二期止水帷幕，所述一期止水帷幕和所述二期止水帷幕穿过水底强透水层到达位于强透水层下方的隔水层。

管节止水帷幕，所述管节止水帷幕与所述二期止水帷幕连接在一起形成封闭性止水帷幕；所述管节止水帷幕为隧道管节下止水帷幕或管节侧止水帷幕，所述隧道管节下止水帷幕设置在与二期端部横向围堰连接的隧道管节的下方；所述隧道管节下止水帷幕穿过强透水层到达位于强透水层下方的隔水层；所述二期止水帷幕与隧道管节下止水帷幕连接在一起形成封闭性止水帷幕。

在如上所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构中，作为优选方案，所述一期围堰和二期围堰均为双层钢板桩结构，内外两层钢板桩分别打入水底，内外两层钢板桩之间连接有用于拉结固定的钢拉杆，内外两层钢板桩内侧铺设有防渗土工膜；铺设有防渗土工膜的内外两层钢板桩之间填充有砂土；一期止水帷幕设置在一期围堰厚度的中间位置处，二期止水帷幕设置在二期围堰厚度的中间位置处；优选地，一期围堰和二期围堰的钢板桩均采用拉森钢板桩。

在如上所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构中，作为优选方案，与二期端部横向围堰相接的隧道管节外壁上设置有两组相互平行的混凝土卡槽，所述混凝土卡槽凸出于所述隧道管节的外侧壁和上表面，两组相互平行的混凝土卡槽之间的距离与二期端部横向围堰的厚度值一致，二期端部横向围堰与隧道管节相交的两排钢板桩分别设置于两组相互平行的混凝土卡槽内，从而实现与隧道管节紧密连接。

在如上所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构中，作为优选方案，所述隧道管节下止水帷幕为相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩；优选地，在隧道管节下止水帷幕的两侧设置有多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩沿隧道纵向自隧道管节下止水帷幕向两侧延伸，且多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩的打设深度随延伸距离的增加而依次递减。

在如上所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构中，作为优选方案，所述隧道管节下止水帷幕的上部开设有连接槽，所述连接槽的内部设置有连接钢筋，所述连接钢筋与所述隧道管节内的钢筋骨架连接；连接槽内的混凝土与隧道管节的混凝土同步浇筑。

本发明还提供一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

步骤S1，施工一期围堰，并在一期围堰内降水后开挖基坑。

步骤S2，在一期围堰内的基坑下方施工隧道管节下止水帷幕，在基坑内进行管节施工。

步骤S3，施工二期端部横向围堰，保留一期围堰和二期围堰的重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰。

步骤S4，施工二期围堰，拆除一期端部横向围堰，在二期围堰内开挖基坑，并进行管节施工。

步骤S5，拆除二期围堰，完成隧道施工。

在如上所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S201，在基坑下方施工隧道管节下止水帷幕。

步骤S202，在隧道管节下止水帷幕两侧的基坑内间隔设置多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，从隧道管节下止水帷幕向两侧隧道轴线方向上水泥土搅拌桩或高压旋喷桩的深度递减。

步骤S203，进行隧道管节施工；在隧道管节下止水帷幕的上部开设连接槽，在连接槽内绑扎连接钢筋；绑扎隧道管节钢筋骨架，将连接槽内连接钢筋与隧道管节内的钢筋骨架连接；同步浇筑连接槽内混凝土与隧道管节混凝土，从而形成隧道管节下封闭的止水接头。

优选地，所述步骤S201中的隧道管节下止水帷幕为相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩。

在如上所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S3具体包括如下步骤：

步骤S301，在隧道管节下止水帷幕所在的平面内施工二期端部横向围堰，使二期端部横向围堰在隧道管节两侧和顶部的钢板桩均安装在隧道管节上相对应的混凝土卡槽内，然后用素混凝土将钢板桩与混凝土卡槽连接在一起。

步骤S302，在隧道管节两侧的二期端部横向围堰钢板桩内侧铺设防渗土工膜，然后采用砂土填充围堰并压实，在隧道管节顶部的二期端部横向围堰内填充回填材料。

步骤S303，在隧道管节两侧二期端部横向围堰的围堰体厚度内施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩作为二期止水帷幕，水泥土搅拌桩或高压旋喷桩自二期端部横向围堰的顶部向下穿过水底强透水层至强透水层下方的隔水层，并在水平方向与隧道管节下止水帷幕连接在一起。

步骤S304，对一期围堰内施工的隧道管节上方进行回填，完成一期围堰内隧道管节的施工。

步骤S305，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰。

优选地，所述步骤S304中的隧道管节上方回填材料为素混凝土。

本发明还提供一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的另一种施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

步骤一，施工一期围堰，并在一期围堰内降水。

步骤二，施工管节侧止水帷幕和基坑围护结构，然后开挖基坑并进行管节施工。

步骤三，施工二期端部横向围堰，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰。

步骤四，施工二期围堰，拆除一期端部横向围堰，在二期围堰内开挖基坑，并进行管节施工。

步骤五，拆除二期围堰，完成隧道施工。

在如上所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法中，作为优选方案，所述步骤二具体操作方法如下：

首先，在一期围堰内沿待开挖基坑的长度方向两侧施工管节侧止水帷幕；然后在管节侧止水帷幕内施工基坑围护结构；最后，开挖基坑后进行管节施工；优选地，所述管节侧止水帷幕为相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩；再优选地，所述基坑围护结构为灌注桩。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法，通过在隧道管节以下或两侧设置隧道管节止水帷幕，将隧道管节下止水帷幕或管节侧止水帷幕与二期端部横向围堰内止水帷幕连接在一起，从而避免了管节下方强透水层成为渗透破坏发生的主要通道。在与二期端部横向围堰相接的隧道管节外设置混凝土卡槽，从而实现管节与二期端部横向围堰紧密连接，避免二期端部横向围堰与管节接头发生渗流。本发明的管节侧止水帷幕先于基坑围护结构灌注桩施工，这样的施工顺序可以将管节侧止水帷幕和灌注桩紧密连接在一起。本发明中完全封闭的止水结构实现了强透水砂性土层中水底隧道的安全施工和经济合理。

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。

其中：

图1为本发明实施例1的围堰及隧道管节分布示意图；

图2为本发明实施例2的围堰及隧道管节分布示意图；

图3为本发明实施例1的二期端部横向围堰及隧道管节下止水帷幕与隧道管节连接处剖面图；

图4为本发明实施例中混凝土卡槽结构示意图；

图5为本发明实施例3的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工流程图；

图6为本发明实施例4的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工流程图；

图7为图2中的A-A截面图；

图8为本发明实施例1的隧道管节下止水帷幕与隧道管节连接示意图；

图9为本发明实施例1的二期止水帷幕与隧道管节下止水帷幕连接及基坑围护结构俯视图；

图10为本发明实施例1中基坑下水泥土搅拌桩或高压旋喷桩分布图；

图11为本发明实施例的拉森钢板桩连接示意图；

图12为本发明实施例的钢板桩安装在隧道管节上部混凝土卡槽内的侧视剖面图；

图13为本发明实施例的钢板桩安装在隧道管节两侧混凝土卡槽内的俯视剖面图。

图中：11、一期侧面纵向围堰；12、一期端部横向围堰；21、二期侧面纵向围堰；22、二期端部横向围堰；3、一期止水帷幕；4、二期止水帷幕；51、隧道管节下止水帷幕；52、管节侧止水帷幕；53、连接止水帷幕；6、隧道管节；61、混凝土卡槽；7、强透水层；8、隔水层；9、基坑围护结构；13、钢板桩；15、连接钢筋。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

根据本发明的具体实施例，如图1、图3、图4、图8至图13所示，本实施例提供一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构，该抗渗透破坏结构包括一期围堰、二期围堰和管节止水帷幕。

一期围堰包括与隧道走向一致的一期侧面纵向围堰11和垂直于隧道走向的一期端部横向围堰12，一期侧面纵向围堰11和一期端部横向围堰12连接形成U型结构。

二期围堰包括与隧道走向一致的二期侧面纵向围堰21和垂直于隧道走向的二期端部横向围堰22，二期侧面纵向围堰21和二期端部横向围堰22连接形成U型结构。

一期围堰和二期围堰在水底隧道长度方向上有重合部分，二期围堰在重合部分可直接采用一期围堰而不必重新打设。

一期围堰内设置有一期止水帷幕3，二期围堰内设置有二期止水帷幕4，一期止水帷幕3和二期止水帷幕4穿过水底强透水层7到达位于强透水层7下方的隔水层8。管节止水帷幕与管节上部二期端部横向围堰22及二期止水帷幕4形成封闭性止水帷幕；管节止水帷幕具体为隧道管节下止水帷幕51，隧道管节下止水帷幕51设置在隧道管节6的下方，先于隧道管节6施工；隧道管节下止水帷幕51穿过强透水层7到达位于强透水层7下方的隔水层8；二期止水帷幕4打设时与隧道管节下止水帷幕51在水平方向上连接在一起形成封闭性止水帷幕。如图1所示，在本发明的具体实施例中，为了避免隧道管节下止水帷幕51与二期止水帷幕4搭接连接时连接不够充分，在与二期端部横向围堰22相交的隧道管节6两侧设置有连接止水帷幕53，连接止水帷幕53为多排相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，由于连接止水帷幕53的宽度比较宽，在隧道管节下止水帷幕51与二期止水帷幕4进行连接的时候可以起到可以很好的搭接作用。隧道管节下止水帷幕51为相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩。为了防止因隧道管节6下打设止水帷幕造成隧道管节6与相邻隧道管节出现明显不均匀沉降，在隧道管节下止水帷幕51两侧间隔设置有多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩沿隧道纵向自隧道管节下止水帷幕51向两侧延伸，且多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩的打设深度随延伸距离的增加而依次递减(见图10)，以起到逐渐改变地基刚度的作用，从而保证运营后隧道管节变形较小且沉降均匀。

进一步地，当强透水砂层为含承压水层时，还应在一期围堰和二期围堰内最靠近岸边的管节下设置端部横向止水帷幕，并将其水平延伸至与一期或二期止水帷幕连接。

进一步地，一期围堰和二期围堰均为双层钢板桩13结构，内外两层钢板桩13之间连接有用于拉结固定的钢拉杆，内外两层钢板桩13内侧铺设有防渗土工膜，铺设有防渗土工膜的内外两层钢板桩13之间填充有压实的砂土。

进一步地，在隧道管节6上方的二期端部横向围堰22内设置防渗土工膜并填充素混凝土，以同时起到受力和止水的作用。当围堰转角及一期围堰和二期围堰连接处采用土工膜仍存在渗水可能时，这些部位的围堰体内部可选用素混凝土或黏性土填充。在本发明的实施例中，一期止水帷幕3设置在一期围堰厚度的中间位置，二期止水帷幕4设置在二期围堰厚度的中间位置。此处的围堰厚度指的是围堰双层钢板桩13之间的距离。在本发明的实施例中，钢板桩13采用拉森钢板桩。拉森钢板桩的抗弯刚度较大，使用时容易连接。

进一步地，与二期端部横向围堰22相交的隧道管节6外壁设置有两组相互平行的混凝土卡槽61，混凝土卡槽61凸出于隧道管节6的外侧壁和上表面，与隧道管节6同时浇筑，两组相互平行的混凝土卡槽61之间的距离与二期端部横向围堰22的厚度一致。二期端部横向围堰22在与隧道管节6相交时其两排钢板桩13分别设置于对应的混凝土卡槽61内，实现与隧道管节6紧密连接。在使用时，二期端部横向围堰22与混凝土卡槽61封闭连接，从而避免了在连接接头出现渗水现象。

进一步地，隧道管节下止水帷幕51的上部设有连接槽，根据隧道管节下止水帷幕51的厚度，可以设置1～3条连接槽；在本发明的实施例中，共设置有三条相互平行的连接槽，设置多条连接槽可以起到多层密封作用，层层密封实现更佳止水效果。如图8所示，连接钢筋15设置在连接槽内，且与管节内的钢筋骨架连接；同步浇筑连接槽内混凝土与隧道管节6混凝土，从而形成隧道管节6下封闭的止水接头。

实施例2

如图2、图4、图7、图11至图13所示，本实施例提供一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构，该抗渗透破坏结构包括一期围堰、二期围堰和管节止水帷幕。

一期围堰包括与隧道走向一致的一期侧面纵向围堰11和垂直于隧道走向的一期端部横向围堰12，一期侧面纵向围堰11和一期端部横向围堰12连接形成U型结构。

二期围堰包括与隧道走向一致的二期侧面纵向围堰21和垂直于隧道走向的二期端部横向围堰22，二期侧面纵向围堰21和二期端部横向围堰22连接形成U型结构。

一期围堰和二期围堰在水底隧道长度方向上有重合部分，二期围堰在重合部分可直接采用一期围堰而不必重新打设。

一期围堰内设置有一期止水帷幕3，二期围堰内设置有二期止水帷幕4，一期止水帷幕3和二期止水帷幕4穿过水底强透水层7到达强透水层7下方的隔水层8。

管节止水帷幕与管节上部二期端部横向围堰22及二期止水帷幕4形成封闭性止水帷幕；管节止水帷幕具体为管节侧止水帷幕52，管节侧止水帷幕52沿一期围堰内基坑两侧连续设置，多排相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩形成管节侧止水帷幕52，在后续施工二期端部横向围堰22的时候，管节侧止水帷幕52与二期止水帷幕4搭接连接。工程中可根据降水量大小确定是否在二期围堰内设置管节侧止水帷幕52，当二期围堰内沿基坑两侧连续设置管节侧止水帷幕52时，可减少工程降水量。

进一步地，一期围堰和二期围堰均为双层钢板桩13结构，使用钢拉杆将内外两层钢板桩13拉结固定，内外两层钢板桩13内侧铺设防渗土工膜后采用砂土回填并压实。优选地，在隧道管节6上方的二期端部横向围堰22内设置防渗土工膜并填充素混凝土。当围堰转角及一期围堰和二期围堰连接处采用土工膜仍存在渗水可能时，这些部位的围堰体内部可选用素混凝土或黏性土填充。在本发明的实施例中，一期止水帷幕3设置在一期围堰厚度的中间位置，二期止水帷幕4设置在二期围堰厚度的中间位置。此处的围堰厚度指的是围堰双层钢板桩13之间的距离。在本发明的实施例中，钢板桩13采用拉森钢板桩。拉森钢板桩的抗弯刚度较大，使用时容易连接。

进一步地，与二期端部横向围堰22相交的隧道管节6外壁设置有两组相互平行的混凝土卡槽61，混凝土卡槽61凸出于隧道管节6的外侧壁和上表面，与隧道管节6同时浇筑，两组相互平行的混凝土卡槽61之间的距离与二期端部横向围堰22的厚度一致。二期端部横向围堰22在与隧道管节6相交时其两排钢板桩13分别设置于对应的混凝土卡槽61内，实现与隧道管节6紧密连接。在使用时，二期端部横向围堰22与混凝土卡槽61封闭连接，从而避免了在连接接头出现渗水现象。

实施例3

如图5所示，本实施例提供一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：

步骤S1，施工一期围堰，并在一期围堰内降水后开挖基坑；该步骤具体包括如下步骤：

步骤S101，沿隧道线路方向，从一侧岸边向水中部施工一期围堰。具体为施工两排钢板桩13并用钢拉杆拉结固定，钢板桩13内侧挂防渗土工膜，一期围堰的堰心填充砂土，围堰迎水面和背水面均底部回填碎石土，在碎石土上部设土工格栅并采用砂袋护坡。

步骤S102，在一期围堰的围堰体厚度中间位置施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，多个水泥土搅拌桩或高压旋喷桩相互咬合形成与一期围堰走向一致的一期止水帷幕3，一期止水帷幕3自围堰体的上表面穿过水底强透水层7至强透水层7下方的隔水层8。

步骤S103，进行一期围堰内部降水，在基坑两侧施工基坑围护结构9后开挖基坑。该步骤具体操作方法如下：首先，进行一期围堰内部降水；其次，在二期端部横向围堰22位置待开挖基坑两侧壁外围施工多排相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩作为连接止水帷幕53，然后在待开挖基坑两侧壁外围施工基坑围护结构9，在本实施例中，基坑围护结构9为混凝土灌注桩；最后，开挖基坑并设置基坑内支撑或锚杆。连接止水帷幕53厚度宜采用灌注桩直径的3～5倍，长度不宜小于二期端部横向围堰22厚度的2倍，并对称于二期端部横向围堰22设置。在同时设置连接止水帷幕53与灌注桩的位置，应将灌注桩施工于连接止水帷幕53厚度的中部。连接止水帷幕53先于灌注桩施工，这是由于连接止水帷幕53采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，在施工时，搅拌机的钻头钻进土体，在钻进搅拌的过程中从钻头内向四周喷射水泥浆，从而使水泥浆与土充分混合形成咬合桩体作为连接止水帷幕53；而灌注桩是先在土体内成孔，将钢筋笼放进桩孔内，再向桩孔内灌注混凝土。灌注桩的结构强度比较大，若先施工灌注桩再施工连接止水帷幕53，为避免搅拌机钻头打在灌注桩上而导致设备或桩体损坏，施工时会因为施工人员的操作因素使钻头与灌注桩之间存在稍远的距离，从而使连接止水帷幕53与灌注桩之间留有间隙而成为可能的渗流通道。然而，止水帷幕强度比较低，先施工连接止水帷幕53再施工灌注桩，灌注桩桩孔可以直接设置于连接止水帷幕53的内部，从而避免渗流通道的出现。

步骤S2，在一期围堰内的基坑下方施工隧道管节下止水帷幕51，在基坑内进行管节施工；该步骤具体包括如下步骤：

步骤S201，如图9所示，在基坑下方施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，多个相互咬合的桩体形成隧道管节下止水帷幕51；连接止水帷幕53设置在二期端部横向围堰22和隧道管节下止水帷幕51相交的平面位置，选用3～5倍灌注桩直径且将灌注桩设置于连接止水帷幕53的中间部位，从而保证隧道管节下止水帷幕51和二期止水帷幕4施工时，搅拌机钻头不需要特别靠近灌注桩就能将隧道管节下止水帷幕51和二期止水帷幕4通过连接止水帷幕53连接在一起从而形成封闭的止水帷幕。

步骤S202，如图10所示，在隧道管节下止水帷幕51两侧的基坑内沿隧道轴线方向上间隔设置多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，从隧道管节下止水帷幕51向两侧隧道轴线方向上水泥土搅拌桩或高压旋喷桩的深度递减。

步骤S203，如图8和图9所示，进行隧道管节6施工，并在隧道管节下止水帷幕51的上部设连接槽，在连接槽内绑扎连接钢筋15；绑扎隧道管节6钢筋骨架，将连接钢筋15与隧道管节6钢筋骨架机械连接或焊接连接在一起；绑扎混凝土卡槽61的钢筋并与隧道管节6的钢筋骨架机械连接或焊接连接在一起，混凝土卡槽61设置于灌注桩间隔缝隙的对应位置；浇筑连接槽内混凝土、隧道管节6混凝土，以及卡槽的混凝土；形成的接头可大大降低透水砂层内从止水帷幕与隧道管节6之间界面的渗水量，二期端部横向围堰22的钢板桩13也能够直接与隧道管节6相连，从而形成隧道管节6四周封闭的止水接头。

步骤S3，施工二期端部横向围堰22，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰11；该步骤具体包括如下步骤：

步骤S301，在隧道管节下止水帷幕51所在的平面内施工二期端部横向围堰22，将二期端部横向围堰22在隧道管节6两侧和顶部的两排钢板桩13用钢拉杆拉结固定并设置于隧道管节6相对应的混凝土卡槽61内，使用素混凝土将钢板桩13与混凝土卡槽61之间的缝隙填实，如图12和图13所示，具体操作方法为：将钢板桩13依次插入混凝土卡槽61内，相邻两个钢板桩13之间相互咬合，使多个钢板桩13连接形成一个整体(见图11)。由于钢板桩13为U型结构，在填充钢板桩13与混凝土卡槽61之间的间隙时，将混凝土卡槽61的侧面用木板或钢板封闭，然后在钢板桩13的槽内自上向下灌入素混凝土并振捣填实。将钢板桩13与混凝土卡槽61连接在一起，可以避免二期端部横向围堰22与隧道管节6的接头出现渗流，提高结构的抗渗透性和稳定性。

步骤S302，在隧道管节6两侧的二期端部横向围堰22内设置防渗土工膜，然后采用砂土填充围堰并压实；在隧道管节6上方的二期端部横向围堰22内设置防渗土工膜并填充素混凝土，以同时起到受力和止水的作用。如图12所示为本发明实施例的钢板桩13设置于隧道管节6上部混凝土卡槽61内的侧视剖面图，图中混凝土卡槽61内的钢筋与隧道管节6的钢筋通过机械连接或焊接连接在一起，并同步浇筑隧道管节6和混凝土卡槽61的混凝土。如图13所示为本发明实施例的钢板桩13安装在隧道管节6两侧混凝土卡槽61内的俯视剖面图，图中混凝土卡槽61和隧道管节6内的钢筋结构未示。

步骤S303，在隧道管节6两侧的二期端部横向围堰22的围堰体厚度内施工二期止水帷幕4，二期止水帷幕4自二期端部横向围堰22的上表面向下穿过水底强透水层7至强透水层7下方的隔水层8，并在水平方向与隧道管节下止水帷幕51通过连接止水帷幕53实现连接。优选地，二期止水帷幕4采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩。

步骤S304，对一期围堰内施工的隧道管节6上方回填素混凝土，完成一期围堰内隧道管节6施工。

步骤S305，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰11。

步骤S4，施工二期围堰，拆除一期端部横向围堰，在二期围堰内开挖基坑，并进行管节施工；该步骤具体包括如下步骤：

步骤S401，沿隧道长度方向进行二期侧面纵向围堰21的施工，使二期侧面纵向围堰21与一期侧面纵向围堰11连接在一起；具体为施工两排钢板桩13并用钢拉杆拉结固定，钢板桩13内侧均挂防渗土工膜防渗水，二期围堰的堰心填充砂土，围堰迎水面和背水面均底部回填碎石土，在碎石土上部设土工格栅并采用砂袋护坡。

步骤S402，在二期侧面纵向围堰21的围堰体厚度内施工二期止水帷幕4，二期止水帷幕4自围堰体的上表面穿过强透水层7至强透水层7下方的隔水层8，并使二期止水帷幕4在水平方向与一期止水帷幕3连接在一起。优选地，二期止水帷幕4采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩。

步骤S403，进行二期围堰内部降水，拆除一期端部横向围堰12。

步骤S404，在二期围堰内待开挖基坑的两侧施工基坑围护结构9并开挖基坑，进行隧道管节6施工。该步骤具体施工方法如下：首先，在待开挖基坑的侧壁施工灌注桩作为基坑围护结构9；其次，设置基坑内支撑或锚杆并进行基坑开挖；然后，沿开挖的基坑进行隧道管节6的施工；最后，待隧道管节6的混凝土达到设计强度后，对二期围堰内施工的隧道管节6上方回填素混凝土。

步骤S5，拆除二期围堰，完成隧道施工。

实施例4

本实施例还提供了另一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：

步骤一，施工一期围堰，并在一期围堰内降水；该步骤详细操作方法如下：首先，沿隧道线路方向，从一侧岸边向水中部施工一期围堰。具体为施工两排钢板桩13并用钢拉杆拉结固定，钢板桩13内侧挂防渗土工膜，一期围堰的堰心填充砂土，围堰迎水面和背水面均底部回填碎石土，在碎石土上部设土工格栅并采用砂袋护坡。然后，在一期围堰的围堰体厚度中间位置施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，多个水泥土搅拌桩或高压旋喷桩相互咬合形成与一期围堰走向一致的一期止水帷幕3，一期止水帷幕3自围堰体的上表面穿过水底强透水层7至强透水层7下方的隔水层8。最后，进行一期围堰内部降水，便于后续隧道施工。

步骤二，施工管节侧止水帷幕52和基坑围护结构9，然后开挖基坑并进行管节施工；该步骤的具体操作方法如下：

首先，在一期围堰内沿待开挖基坑的长度方向两侧施工相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩作为管节侧止水帷幕52，管节侧止水帷幕52沿隧道走向连续设置并穿过强透水层7到达强透水层7下方的隔水层8；然后在管节侧止水帷幕52内施工混凝土灌注桩作为基坑围护结构9；最后，开挖基坑后进行隧道管节6施工，并在与二期端部横向围堰22相交的隧道管节6顶部和侧面浇筑混凝土卡槽61。

步骤三，施工二期端部横向围堰22，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰11；该步骤具体施工方法如下：

首先，施工二期端部横向围堰22，将二期端部横向围堰22在隧道管节6两侧和顶部的两排钢板桩13用钢拉杆拉结固定并设置于隧道管节6相对应的混凝土卡槽61内，使用素混凝土将钢板桩13与混凝土卡槽61之间的缝隙填实。如图12和图13所示，具体操作方法为：将钢板桩13依次插入混凝土卡槽61内，相邻两个钢板桩13之间相互咬合，使多个钢板桩13连接形成一个整体(见图11)。由于钢板桩13为U型结构，在填充钢板桩13与混凝土卡槽61之间的间隙时，将混凝土卡槽61的侧面用木板或钢板封闭，然后在钢板桩13的槽内自上向下灌入素混凝土并振捣填实。将钢板桩13与混凝土卡槽61连接在一起，可以避免二期端部横向围堰22与隧道管节6的接头出现渗流，提高结构的抗渗透性和稳定性。

其次，在隧道管节6两侧的二期端部横向围堰22内设置防渗土工膜，然后采用砂土填充围堰并压实；优选地，在隧道管节6上方的二期端部横向围堰22内设置防渗土工膜并填充素混凝土。如图12所示为本发明实施例的钢板桩13设置于隧道管节6上部混凝土卡槽61内的侧视剖面图，图中混凝土卡槽61内的钢筋与隧道管节6的钢筋通过机械连接或焊接连接在一起，并同步浇筑隧道管节6和混凝土卡槽61的混凝土。如图13所示为本发明实施例的钢板桩13安装在隧道管节6两侧混凝土卡槽61内的俯视剖面图，图中混凝土卡槽61和隧道管节6内的钢筋结构未示。

然后，在隧道管节6两侧的二期端部横向围堰22的围堰体厚度内施工二期止水帷幕4，二期止水帷幕4自二期端部横向围堰22的上表面向下穿过水底强透水层7至强透水层7下方的隔水层8，并在水平方向与管节侧止水帷幕52实现搭接连接。优选地，二期止水帷幕4采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩。

最后，对一期围堰内施工的隧道管节6上方回填素混凝土，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰11。

步骤四，施工二期围堰，拆除一期端部横向围堰，在二期围堰内开挖基坑，并进行管节施工；该步骤具体施工方法如下：

首先，沿隧道长度方向进行二期侧面纵向围堰21的施工，使二期侧面纵向围堰21与一期侧面纵向围堰11连接在一起；具体为施工两排钢板桩13并用钢拉杆拉结固定，钢板桩13内侧均挂防渗土工膜防止渗水，二期围堰的堰心填充砂土，围堰迎水面和背水面均底部回填碎石土，在碎石土上部设土工格栅并采用砂袋护坡。

其次，在二期侧面纵向围堰21的围堰体厚度内施工二期止水帷幕4，二期止水帷幕4自围堰体的上表面穿过强透水层7至强透水层7下方的隔水层8，并使二期止水帷幕4在水平方向与一期止水帷幕3连接在一起。优选地，二期止水帷幕4采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩。

然后，进行二期围堰内部降水，拆除一期端部横向围堰12。

最后，在二期围堰内待开挖基坑的两侧施工基坑围护结构9并开挖基坑，进行隧道管节6施工。该步骤具体施工方法如下：在待开挖基坑的两侧壁外围施工灌注桩并进行基坑开挖；然后沿开挖的基坑进行隧道管节6的施工；最后对二期围堰内施工的隧道管节6上方回填素混凝土。

步骤五，拆除二期围堰，完成隧道施工。

实施例5

将实施例3中的步骤S103具体操作方法改为：

步骤S103，进行一期围堰内部降水，在基坑两侧施工基坑围护结构9后开挖基坑。该步骤具体操作方法如下：首先，进行一期围堰内部降水；其次，施工隧道管节下止水帷幕51，在待开挖基坑处施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，多个相互咬合的桩体形成隧道管节下止水帷幕51，为了便于后续与二期止水帷幕4连接，在本发明的实施例中，隧道管节下止水帷幕51的长度大于隧道管节6的宽度，使其两端均超过隧道管节6两侧3～5m，从而便于隧道管节下止水帷幕51与二期止水帷幕4相接封闭。然后，在待开挖基坑两侧壁外围施工基坑围护结构9，基坑围护结构9为混凝土灌注桩；最后，开挖基坑并设置基坑内支撑或锚杆。

将步骤S2改为：

步骤S2，在基坑内进行管节施工；

去掉步骤S201。

其他操作步骤与实施例3相同，在此不再赘述。

本实施例中将隧道管节下止水帷幕51的施工放在基坑围护结构9施工之前进行，可以使隧道管节下止水帷幕51的宽度大于隧道管节6宽度，便于后续与二期止水帷幕4搭接连接，这样的施工顺序避免了基坑围护结构9施工后对止水帷幕施工产生干涉影响，从而导致难以形成封闭的止水接头。

实施例6

将实施例5中的步骤S103中隧道管节下止水帷幕51的施工宽度改为隧道管节下止水帷幕51与隧道两侧的一期止水帷幕3连接，后续施工二期止水帷幕4时，只需自二期端部横向围堰22的顶部向下施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，与前述施工的隧道管节下止水帷幕51在竖向搭接连接即可。其余操作步骤与实施例5相同，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构及施工方法，通过在隧道管节6以下或两侧设置隧道管节止水帷幕，将隧道管节下止水帷幕51或管节侧止水帷幕52与二期端部横向围堰22内二期止水帷幕4连接在一起，从而避免了管节下方强透水层7成为渗透破坏发生的主要通道。在与二期端部横向围堰22相接的隧道管节6外设置混凝土卡槽61，从而实现管节与二期端部横向围堰22紧密连接，避免二期端部横向围堰22与管节接头发生渗流。本发明的管节侧止水帷幕52先于基坑围护结构9灌注桩施工，这样的施工顺序可以将管节侧止水帷幕52和灌注桩紧密连接在一起。完全封闭的止水结构实现了强透水砂性土层中水底隧道的安全施工和经济合理。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (7)

1.一种水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构，其特征在于，所述抗渗透破坏结构包括：

一期围堰，所述一期围堰包括与隧道走向一致的一期侧面纵向围堰和垂直于隧道走向的一期端部横向围堰，所述一期侧面纵向围堰和所述一期端部横向围堰连接形成U型结构；

二期围堰，所述二期围堰包括与隧道走向一致的二期侧面纵向围堰和垂直于隧道走向的二期端部横向围堰，所述二期侧面纵向围堰和所述二期端部横向围堰连接形成U型结构；

所述一期围堰和所述二期围堰在隧道长度方向上有部分重合；

所述一期围堰内设置有一期止水帷幕，所述二期围堰内设置有二期止水帷幕，所述一期止水帷幕和所述二期止水帷幕穿过水底强透水层到达位于强透水层下方的隔水层；

管节止水帷幕，所述管节止水帷幕与所述二期止水帷幕连接在一起形成封闭性止水帷幕；所述管节止水帷幕为隧道管节下止水帷幕或管节侧止水帷幕，所述隧道管节下止水帷幕设置在与二期端部横向围堰连接的隧道管节的下方；所述隧道管节下止水帷幕穿过强透水层到达位于强透水层下方的隔水层；所述二期止水帷幕与隧道管节下止水帷幕连接在一起形成封闭性止水帷幕；

所述一期围堰和二期围堰均为双层钢板桩结构，内外两层钢板桩分别打入水底，内外两层钢板桩之间连接有用于拉结固定的钢拉杆，内外两层钢板桩内侧铺设有防渗土工膜；铺设有防渗土工膜的内外两层钢板桩之间填充有砂土；

一期止水帷幕设置在一期围堰厚度的中间位置处，二期止水帷幕设置在二期围堰厚度的中间位置处；

一期围堰和二期围堰的钢板桩均采用拉森钢板桩；

与二期端部横向围堰相接的隧道管节外壁上设置有两组相互平行的混凝土卡槽，所述混凝土卡槽凸出于所述隧道管节的外侧壁和上表面，两组相互平行的混凝土卡槽之间的距离与二期端部横向围堰的厚度值一致，二期端部横向围堰与隧道管节相交的两排钢板桩分别设置于两组相互平行的混凝土卡槽内，从而实现与隧道管节紧密连接；

所述隧道管节下止水帷幕为相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩；

在隧道管节下止水帷幕的两侧设置有多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩沿隧道纵向自隧道管节下止水帷幕向两侧延伸，且多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩的打设深度随延伸距离的增加而依次递减。

2.如权利要求1所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构，其特征在于，所述隧道管节下止水帷幕的上部开设有连接槽，所述连接槽的内部设置有连接钢筋，所述连接钢筋与所述隧道管节内的钢筋骨架连接；连接槽内的混凝土与隧道管节的混凝土同步浇筑。

3.一种如权利要求2所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

步骤S1，施工一期围堰，并在一期围堰内降水后开挖基坑；

步骤S2，在一期围堰内的基坑下方施工隧道管节下止水帷幕，在基坑内进行管节施工；

步骤S3，施工二期端部横向围堰，保留一期围堰和二期围堰的重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰；

步骤S4，施工二期围堰，拆除一期端部横向围堰，在二期围堰内开挖基坑，并进行管节施工；

步骤S5，拆除二期围堰，完成隧道施工。

4.如权利要求3所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S201，在基坑下方施工隧道管节下止水帷幕；

步骤S202，在隧道管节下止水帷幕两侧的基坑内间隔设置多排水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，从隧道管节下止水帷幕向两侧隧道轴线方向上水泥土搅拌桩或高压旋喷桩的深度递减；

步骤S203，进行隧道管节施工；在隧道管节下止水帷幕的上部开设连接槽，在连接槽内绑扎连接钢筋；绑扎隧道管节钢筋骨架，将连接槽内连接钢筋与隧道管节内的钢筋骨架连接；同步浇筑连接槽内混凝土与隧道管节混凝土，从而形成隧道管节下封闭的止水接头；

所述步骤S201中的隧道管节下止水帷幕为相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩。

5.如权利要求3所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：

步骤S301，在隧道管节下止水帷幕所在的平面内施工二期端部横向围堰，使二期端部横向围堰在隧道管节两侧和顶部的钢板桩均安装在隧道管节上相对应的混凝土卡槽内，然后用素混凝土将钢板桩与混凝土卡槽连接在一起；

步骤S302，在隧道管节两侧的二期端部横向围堰钢板桩内侧铺设防渗土工膜，然后采用砂土填充围堰并压实，在隧道管节顶部的二期端部横向围堰内填充回填材料；

步骤S303，在隧道管节两侧二期端部横向围堰的围堰体厚度内施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩作为二期止水帷幕，水泥土搅拌桩或高压旋喷桩自二期端部横向围堰的顶部向下穿过水底强透水层至强透水层下方的隔水层，并在水平方向与隧道管节下止水帷幕连接在一起；

步骤S304，对一期围堰内施工的隧道管节上方进行回填，完成一期围堰内隧道管节的施工；

步骤S305，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰；

所述步骤S304中的隧道管节上方回填材料为素混凝土。

6.一种如权利要求1所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

步骤一，施工一期围堰，并在一期围堰内降水；

步骤二，施工管节侧止水帷幕和基坑围护结构，然后开挖基坑并进行管节施工；

步骤三，施工二期端部横向围堰，保留一期围堰和二期围堰重合部分，拆除其余一期侧面纵向围堰；

步骤四，施工二期围堰，拆除一期端部横向围堰，在二期围堰内开挖基坑，并进行管节施工；

步骤五，拆除二期围堰，完成隧道施工。

7.如权利要求6所述的水底隧道强透水砂性土层抗渗透破坏结构的施工方法，其特征在于，所述步骤二具体操作方法如下：

首先，在一期围堰内沿待开挖基坑的长度方向两侧施工管节侧止水帷幕；然后在管节侧止水帷幕内施工基坑围护结构；最后，开挖基坑后进行管节施工；

所述管节侧止水帷幕为相互咬合的水泥土搅拌桩或高压旋喷桩；

所述基坑围护结构为灌注桩。