CN110439590A - 隧道施工方法 - Google Patents

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CN110439590A CN201910721687.0A CN201910721687A CN110439590A CN 110439590 A CN110439590 A CN 110439590A CN 201910721687 A CN201910721687 A CN 201910721687A CN 110439590 A CN110439590 A CN 110439590A
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丁正全
李秀东
冯现大
王庆祝
陈健
王华伟
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China Railway 14th Bureau Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种隧道施工方法,包括:确定待修建隧道的位置信息,以得出用于修建隧道的第一预定修建区域;获取位于第一预定修建区域处的设施的位置信息;判定各个设施是否对待修建的隧道产生位置干涉或判定各个设施是否存在安全隐患,以对相应的设施进行拆除、改迁或防护加固;对第一预定修建区域的地基进行加固处理;在第一预定修建区域的相对两端挖设工作井,第一预定修建区域的一端的工作井作为始发井,第一预定修建区域的另一端的工作井作为接收井;由始发井和接收井同时向第一预定修建区域的中部开挖土方直至贯通以形成隧道。本发明的隧道施工方法解决了现有技术中的隧道施工容易造成隧道上方地面沉降大的问题。

Description

隧道施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域,具体而言,涉及一种隧道施工方法。
背景技术
传统的隧道一般在较为偏僻的地方施工,穿过山岭打隧道,但近些年由于城市的发展,地铁和地下道路的需求也越来越多,而在城市当中修建地铁和地下道路不仅要减小对周围环境的影响,同时对隧道上方的地基沉降有严格的要求。
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隧道施工方法,以解决现有技术中的隧道施工容易造成隧道上方地面沉降大的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种隧道施工方法,包括:确定待修建隧道的位置信息,以得出用于修建隧道的第一预定修建区域;获取位于第一预定修建区域处的设施的位置信息;其中,设施包括:建筑物、管道、电缆、轨道以及信号传输线中的至少一个;根据第一预定修建区域以及设施的位置信息判定各个设施是否对待修建的隧道产生位置干涉或判定各个设施是否存在安全隐患,以对相应的设施进行拆除、改迁或防护加固;对第一预定修建区域的地基进行加固处理;在第一预定修建区域的相对两端挖设工作井,第一预定修建区域的一端的工作井作为始发井,第一预定修建区域的另一端的工作井作为接收井;由始发井和接收井同时向第一预定修建区域的中部开挖土方直至贯通以形成隧道;其中,开挖过程中边开挖边支护。
进一步地,对第一预定修建区域的地基采用地基注浆加固处理。
进一步地,对轨道进行扣轨加固处理。
进一步地,工作井挖设方法包括:确定待修建的工作井的位置信息,以获取用于修建工作井的第二预定修建区域;对第二预定修建区域的地基进行防护处理;将工作井按从上到下的方向分为多层工作井段,并对多层工作井段依次进行施工,每一层工作井段在进行施工时采用先支护后开挖的方式施工,直至完成所有的工作井段的开挖和支护;完成对整个工作井的开挖和支护后对工作井的基底和侧墙进行防水处理,并在工作井的基底处设置集水坑以进行排水。
进一步地,隧道施工方法还包括管棚结构施工,管棚结构包括多个管棚,多个管棚之间间隔地设置,管棚结构设置在第一预定修建区域的上方,管棚结构施工方法包括:根据待修建的隧道的位置信息,确定管棚结构的位置信息,管棚结构应能够全面覆盖待修建的隧道;根据管棚结构的位置信息确定各个管棚的位置信息,相邻的各个管棚之间的间隔距离相同;确定各个管棚的位置信息后,将各个管棚依次吊装至相应的管棚的位置进行施工,直至完成全部的管棚施工。
进一步地,管棚施工方法包括:先将螺旋钻具从管棚的一端穿入直至螺旋钻具的钻头从管棚的另一端穿出;将带有螺旋钻具的管棚吊装至相应的管棚的位置后,通过旋转螺旋钻具同时对管棚进行顶进以将管棚打入相应的管棚的位置内;在将管棚打入相应的管棚的位置后,拔出螺旋钻具,并封闭管棚两端的孔口;管棚两端的孔口封闭后,向管棚内注浆。
进一步地,隧道施工方法还包括:管幕结构施工方法,管幕结构包括多组钢管,管幕结构施工方法包括:根据第一预定修建区域的位置确定每组钢管的位置,每组钢管的位置包括:始发井内的打入位置和接收井内的穿出位置;将每组钢管从始发井内相应的打入位置打入直至从相应的接收井的穿出位置穿出;在管幕结构的钢管全部施工完成后,从始发井和接收井同时向第一预定修建区域的中部进行开挖。
进一步地,管棚结构设置在管幕结构的上方,每个管棚的底部距离与其最近的钢管的顶部之间的距离为20cm至50cm。
进一步地,多组钢管相互平行地设置,多组钢管环绕第一预定修建区域设置以围成环形结构,每组钢管包括多节钢管,多节钢管沿隧道的延伸方向依次连接。
进一步地,管幕结构施工方法还包括:对钢管进行切割,以使每个钢管形成两个相对的缺口,缺口沿钢管的轴线延伸;在相邻的两个钢管之间焊接连接板,以将相邻的两个钢管之间的缺口连接,以使管幕结构形成密封的连接空间;在连接空间内扎设钢筋,并向连接空间内浇筑混凝土。
进一步地,隧道施工方法还包括:对明挖路段进行施工,明挖路段用于将隧道的两端分别与地表上的路面进行连接,明挖路段施工包括:在明挖路段区域施工围护结构,并浇筑冠梁;在冠梁达到预定强度后对明挖路段进行掏槽施工;在掏槽施工时,将槽分为多层槽段进行施工,每一层槽段在开挖完成后架设支撑以进行防护;掏槽结束后对明挖路段的基底和侧墙做防水处理并随基底进行混凝土浇筑,混凝土浇筑完成后回填土方。
应用本发明的技术方案的隧道施工方法,主要应用在铁路或大型建筑物下方的隧道施工,进行隧道施工时,首先调查和记录获取隧道上方以及周围50米以内的建筑设施和设备信息,具体在评估时,需要根据位置信息和判断设施位置是否与带修建的隧道位置产生干涉,对于隧道影响到的管道、电缆、轨道以及信号传输线进行改路,对隧道上方建筑物进行加固,对轨道进行加固防护,以保证设施不受隧道施工中造成的路基沉降影响,在预规划的隧道的两端位置处,各挖设一个工作井,根据地形条件和施工方便选一个为始发井,另一个为接收井,施工时同时从两端的工作井向隧道的中间进行开挖,保证施工的进度,在挖设隧道过程中,边挖边进行防护,以防止地基沉降,直至隧道贯通,通过上述的施工方法解决了隧道上方地基容易沉降的问题。
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隧道的实施例的剖视图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
10、隧道;20、始发井;30、接收井;40、明挖段路。
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。
本发明提供了一种隧道施工方法,请参考图1,该隧道施工方法包括:获取位于待修建隧道10区域处的设施的位置信息,其中,设施包括:建筑物、管道、电缆、轨道以及信号传输线中的至少一个;评估所获取的设施的位置信息对待修建的隧道10的影响以及待修建的隧道10对设施的影响,根据评估结果对相应的设施进行拆除、改迁或防护加固;对待修建的隧道10的上方地基进行加固处理;在待修建的隧道10的两端位置处分别挖设工作井,一个作为始发井20,另一个作为接收井30;从始发井20和接收井30同时向隧道10的中间开挖土方直至贯通以形成预设隧道10,开挖过程中边开挖边支护。
本发明的隧道施工方法,主要应用在铁路或大型建筑物下方的隧道施工,进行隧道施工时,首先调查和记录获取隧道上方以及周围50米以内的建筑设施和设备信息,具体在评估时,需要根据位置信息和判断设施位置是否与带修建的隧道位置产生干涉,对于隧道影响到的管道、电缆、轨道以及信号传输线进行改路,对隧道上方建筑物进行加固,对轨道进行加固防护,以保证设施不受隧道施工中造成的路基沉降影响,在预规划的隧道的两端位置处,各挖设一个工作井,根据地形条件和施工方便选一个为始发井20,另一个为接收井30,施工时同时从两端的工作井向隧道的中间进行开挖,保证施工的进度,在挖设隧道过程中,边挖边进行防护,以防止地基沉降,直至隧道贯通,通过上述的施工方法解决了隧道上方地基容易沉降的问题。
隧道开工前将影响该工程的建筑物进行拆迁。调查施工范围内的各种管线,将影响施工的各种管线迁改至施工场地以外。工作井施工:工作井施工与铁路加固施工同步进行,两座工作井根据拆迁情况尽可能同步施工,先完成给排水迁改工作井,以便尽快进行给排水迁改顶管的施工。工作井施工顺序为工作井原地面处理或土方开挖、工作井围护桩(钻孔灌注桩及钢板桩)施工、工作井基坑开挖及支护、工作井主体钢筋混凝土施工。施工时应合理安排施工时间,尽量铁路加固及工作井同步完成,以便进行管棚施工、钢管顶进施工等后续工序。
对待修建的隧道10上方的地基采用地基注浆加固处理。对设施内的轨道进行扣轨加固处理。
本实施例中在施工隧道时,先要对隧道10上方的地基采用地基注浆加固处理,对铁轨线路加固及建构筑物保护施工:为了保证挖设隧道期间隧道上方的安全,施工前须对受影响线路采取路基注浆加固、扣轨加固对邻近建构筑物进行保护措施。施工组织时先进行路基注浆加固施工,再进行扣轨加固施工,顶管施工完成后,根据主体结构逐段完成时间逐步拆除线路扣轨恢复线路。
扣轨加固开始至完成时间,根据铁路以及交通部门封锁线路情况确定,扣轨完成约6个月后,根据主体结构逐段完成时间逐步拆除线路扣轨恢复线路,扣轨完成约11个月后主体全部完成,拆除所有的扣轨,恢复所有线路。
工作井施工包括:对待修建的工作井处预定范围内的地面进行防护处理;对工作井从上到下分为多层进行施工,在每一层进行施工时采用先支护后开挖的方式施工,直至达到设计要求深度;挖设至设计深度后对工作井的基底和侧墙进行防水处理,并在工作井的基底处设置集水坑以进行排水。
本实施例中的隧道工作井的施工方法包括:施工准备步骤:将隧道基坑按深度方向从上到下依次分为多层基层,从上到下依次对多层基层进行施工;基坑地面施工步骤:环绕基坑的周边浇筑冠梁和支撑梁;第一层基层施工步骤:对位于基坑的最上面的第一层基层开挖土石方同时进行钢结构支撑;在第一层基层的土石方开挖完毕后对第一层基层的基坑侧面安装支撑架并向第一层基层的侧面施加预应力;第二层施工步骤:对基坑的第二层基层进行钢结构支撑和开挖;在开挖土石方同时采用桩间网喷混凝土自上而下对边坡进行加固;对位于第二层基层以下的各层基层施工步骤均按照第二层基层的施工步骤实施,直到施工至基坑的最底层基层;检查基坑的基底标高,以判断标高是否符合预设标高;如基底标高符合要求,则对基底浇筑垫层混凝土;如基底标高不符合要求,则对基坑继续开挖或回填施工,直至基底标高符合要求;基底施工步骤:对基底施工防水层;对基底扎设钢筋和模板以对基坑的基底进行混凝土浇筑。
隧道基坑施工方法还包括:在基坑的基底底部设置集水坑,在集水坑内安装抽水设备,在基坑的周边布设排水系统,抽水设备用于将位于基坑内的水抽送至排水系统,以通过排水系统将水运走。
分多次对基坑的每一层基层进行网喷混凝土,且相邻的两次网喷混凝土作业应留一段时间间隔以便检查混凝土的厚度和表面平整度。
在对钢结构支撑进行施工时先将钢结构支撑在地面进行拼装,再将拼装好的钢结构支撑整体吊装放入基坑内进行安装。
钢结构支撑包括:安装三角形钢板托架;将钢围檩和钢支撑均放置到位,并将钢板托架与钢围檩连接;将钢支撑与钢围檩进行连接。
在钢围檩与基坑的围护桩之间的缝隙内浇灌细石混凝土并捣实,以使围护桩受力均匀;在细石混凝土强度达到设计强度的80%以后,对基坑的侧面施加预应力。
对边坡进行加固施工方法还包括:向边坡坡面打入多个锚杆,多个锚杆呈梅花形布置,相邻的锚杆之间竖向间距为1.2m,纵向间距为1.8m。
边坡坡面加挂多个钢筋网片,相邻的两个钢筋网片的横向搭接长度和纵向搭接长度均大于150mm。
对边坡坡面刷一层水泥砂浆后在加挂钢筋网片,将锚杆与钢筋网片焊接连接。
向边坡坡面打入锚杆的施工方法包括:钢筋下料,找准预设的锚杆孔位以打设锚杆,打设锚杆之后铺挂钢筋网片,对坡面喷射水泥砂浆。
本发明在具体的基坑开挖时,采用分层开挖,分步挖土的方式,开挖之前对地面进行复测,根据隧道埋深不同每一层基层深度为3m至4m,开挖过程中及时挂钢筋网和进行网喷混凝土以护壁。
本申请支护结构采用钻孔灌注桩+桩间网喷混凝土+钢管(第一层为钢筋混凝土)支撑支护体系;钻孔桩围护段基坑第一道采用800×800mm钢筋混凝土支撑,水平间距6m,其余支撑选用Φ609mm壁厚16mm的钢支撑,水平间距3m。基坑平面内一般采用对撑,端部和角部采用斜撑。
桩顶冠梁及第一层钢筋混凝土支撑施工:
明挖基坑围护桩桩顶设置冠梁,截面尺寸为1000×1000mm。第一层钢筋混凝土支撑支撑在冠梁上,截面尺寸为800×800mm。钻孔灌注桩施工完成后,开挖冠梁及第一层筋混凝土支撑上层土体至设计底面标高,凿除桩顶浮浆,绑扎钢筋,支模浇筑混凝土。
冠梁及支撑钢筋提前加工、现场绑扎并按设计要求及施工需要安装预埋件,模板采用组合钢模板;现场浇筑混凝土自落高度大于2m时,使用串筒、溜槽等浇筑,防止混凝土离析。
基坑开挖支护方法:
(1)基坑开挖原则
基坑开挖按照“分层分段开挖、随挖随撑、支撑与开挖结合”的原则;采取竖向分层,接力开挖,及时架设钢支撑,减少基坑无支撑区域及暴露时间。
基坑防、排水:冠梁施工完成后,及时施作基坑周边排水沟,拦截地面水,防止地表水流入基坑;坑底设集水坑,汇集雨水抽出后排入市政排水系统;开挖过程中及时对围护结构渗漏水进行封堵或引排;雨季施工时,准备充足的防洪应急抢险物资。
桩间网喷混凝土自上而下,随挖随喷。试验室负责优选喷射混凝土的配合比与现场控制,施工前先进行试喷,试喷合格后再投入喷射施工,并按规定喷射大板,制作检验试件。
两次喷混凝土作业应留一定的时间间隔,为使施工搭接方便,每层下部30cm暂不喷射,并做45°的斜面形状。每次喷混凝土完毕后,及时检查厚度和找平,若厚度不够或平整度不满足时需进行补喷达到要求,禁止将回弹料做为喷射料使用。
(2)基坑开挖支撑体系施工
基坑内支撑安装紧随土方开挖作业进行,及时按照设计要求预加轴力,并根据监测数据复加轴力或采取加强措施;按照“先撑后挖”的原则,确保支撑安装的及时性和有效性。施工场地狭小,钢支撑管段在场外加工,施工时运抵现场拼接。基坑宽度较小,支撑较短,采用地面拼接后整体吊装的方式安装,吊装作业通过基坑行走式龙门吊或汽车吊完成。基坑角部的钢筋混凝土支撑现浇完成。
钢支撑施工工艺及技术要点如下:
①钢支撑架设施工工艺流程
支撑编号→对号运到现场→焊接法兰盘→安装三角形钢板托架→钢围檩就位→钢支撑就位校正→施加预应力→紧固钢楔→拆除液压千斤顶→钢支撑与围檩连接。
②钢支撑架设施工工艺
安装钢支撑前首先在围护结构上安装固定钢围檩的三角支撑架,然后安装围檩和钢管支撑的托盘,并在托盘上放钢管支撑的十字线。钢围檩与围护桩之间的空隙灌注细石混凝土并捣实,使围护桩受力均匀,并且在细石混凝土强度达到设计强度的80%以后,才允许施加钢支撑的预应力。钢支撑安装紧跟基坑开挖进度,随挖随撑,钢管分节由吊车下放至基坑内,就地拼装,由汽车吊起吊就位。安装钢管时控制好轴线位置,防止钢管安装不到位。每根管撑均在一端设置活络头千斤顶支座和承力牛腿,安装就位后,用吊车吊住钢管支撑中部,抵抗因钢管支撑自重生产的挠度,然后用工程千斤顶和液压泵对支撑施加预应力,然后在预留的管端与围檩间的间隙处加钢楔楔紧,最后放松并移走千斤顶。
③钢支撑体系安装的施工要点
基坑竖向分层开挖,并遵循先支撑、后开挖的原则,支撑安装与土方施工紧密结合,在土方挖到设计标高的区段内,及时安装并施加预应力,使其及时发挥支撑作用;钢管横撑根据设计长度分节,同时配备部分长度不同的短节钢管,以适应基坑断面的变化。管节间用法兰、高强螺栓栓接,同时每根横撑两端分别配活动端和固定端。
钢管对称确保两端同步,与钢围檩正交,斜撑要确保剪力块角度与斜置角度一致,钢管横撑安装后及时施加预应力,组合千斤顶预加力做到对称同步,并分级加载,为确保对称加载,可通过同一个液压泵站外接T形阀门,分别接至组合千斤顶,所有支撑连接处,均垫紧贴密,直接承压钢板要铣平,螺栓连接时做到紧固,防止钢管支撑偏心受压。专人检查钢管支撑楔子,一有松动,及时进行重新加荷打楔子。
钢管支撑、钢围檩为钢构件,要确保焊缝质量。端头斜撑处钢围檩及支撑头,严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装,保证支撑为轴心受力。
基坑开挖注意事项:
(1)因基坑内空间受限,作业机械较多,设专人指挥、调度车辆及机械,确保施工安全。
(2)合理安排施工顺序,使基坑开挖、支护支撑及结构施工有序衔接,避免因工序平行作业引起窝工、互相干扰等现象,提高施工效率及安全性。
隧道施工方法还包括管棚施工,管棚施工包括:确定每个管棚的位置,并根据施工的先后顺序对每个管棚的位置进行标号;按照标号顺序依次吊装管棚,并沿管棚的长度方向向管棚内穿入螺旋钻具;旋转螺旋钻具进行施工,同时对管棚进行顶进操作;完成管棚的顶进工作后,拔出螺旋钻具,并封闭管棚两端的孔口;对已封闭孔口的管棚进行封孔注浆。
本实施例中。在工作井、线路加固施工完成后需在2m顶管上部30cm位置施工管棚。管棚施工时,优先进行给排水改迁顶管上部的管棚施工。
本实施例中的管棚施工方法,管棚施工方法用于形成上述的管棚结构,管棚施工方法包括:吊装已加工好的管道,并沿管道的长度方向向管道内穿入螺旋钻具;旋转螺旋钻具进行施工,同时对管道进行顶进操作;完成管道的顶进工作后,拔出螺旋钻具,并封闭管道的孔口;将螺旋钻具移位,以对下一根管道进行施工;在管道打通后,对管道进行封孔注浆。
对管棚结构的管道进行注浆的方法包括:从注浆口内注入浆料直至浆料从透气孔内流出;封闭透气孔,以预设的压力向管道内补注浆料,使浆料从管体上的回浆孔向外溢出,以填充到管体外侧的空间内。
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:
本工程管棚加固采用螺旋出土无水管棚施工方法,其工作原理是在管棚钢管顶端安装机头或钻头,底部安装螺旋钻杆,钻杆与机头连接。螺旋出土顶管钻机提供动力,通过钻头的钻压和扭矩切削土层,并将砂土屑由螺旋钻杆排到工作坑。
待铺设的管棚钢管在螺旋钻杆之外,由顶推油缸向前顶进,在顶进的同时进行切削和输送,将管棚钢管逐段向前铺设。
顶管管棚施工时,按设计角度将钢管在工作井土层推进至设计长度,按设计位置顶进多根钢管,形成一定空间,最大限度控制地面沉降,保障管幕施工的安全、顺利进行。
管棚施工参数:
(1)施工管棚钢管为:Φ180*8mm热轧无缝钢管(Q235A)施工钢管长度12米/根。
(2)2m顶管上侧200mm施工管棚,相邻钢管间距300mm。
(3)钢管管棚钢管施工末端偏差控制在±150mm以内。
(4)注浆采用P.O42.5硅酸盐水泥,水灰比为1:1.2;通过管口注浆孔注入水泥浆液填充钢管内空间,提高钢管的刚度。
(5)注浆标准控制:
注浆压力0.5MPa并稳定10min以上(满足理论计算注浆量)可终止注浆。
管棚施工步骤:
(1)为提供管棚施工空间,设计始发井,始发井尺寸为纵向16m×横向23.2m×深约16.5m。工作井四侧采用Φ1.0m钻孔桩防护。工作坑开挖后,施作背墙作为顶管反力墙,后背墙厚度为1.0米。
(2)钢管加工:钢管端面加工成坡口,满足焊接要求,采用焊接连接。
(3)吊装加工好的钢管,按钢管长度穿入螺旋钻具和安装导向测量纠偏装置;对准设计点位,启动液压动力泵站,顶入钢管1米,复测各项设计参数。
(4)启动液压动力泵站,旋转钻具出土和钢管顶进,钢管12米/节。
(5)钢管顶进过程中,随时观测导向装置,发现偏转及时采取纠偏措施。
(6)完成钢管顶进后,拔出螺旋钻杆,封闭孔口(钢管顶进完成后,整体效果通过测量数据进行评价,同步进行质量检测记录)。
(7)移位,施工下一根。
(8)管棚封孔注浆。
①工程管幕钢管内采用水泥单浆液填充,水泥浆水灰比为1:1.2。
②钢管在入口处焊接钢板进行管口封闭,封闭板上预留1个注浆孔和1个透气孔;透气孔在钢管上部,连接1米高度观察管。
③从注浆孔注入水泥浆液,流至钢管末端,钢管填充满后浆液从注浆孔和透气管中流出;关闭透气管阀门,进行一定压力条件下的补注浆,使浆液从钢管孔溢出,填充钢管外侧土体;注浆泵压力表必须可靠灵敏,注浆压力0.2~0.5MPa,保证管内充盈和浆液饱满。
④一次注浆完毕后,可根据需要在24小时后进行管内二次补浆。
隧道施工方法还包括:管幕结构施工,在管棚施工完成后进行管幕结构施工,管幕结构施工包括:确定管幕结构每个钢管的位置,钢管的位置包括:始发井20内的打入位置和接收井30内的穿出位置;按照从下到上的顺序将管幕结构的钢管依次全部打入,每个钢管从始发井的打入位置打入直至从接收井的穿出位置穿出;待管幕结构的钢管全部打入后,从始发井20和接收井30同时向隧道10的中间挖设土方直至贯通。管棚设置在管幕结构的上方,管棚与管幕结构的顶部之间的距离为20cm-50cm。幕结构包括多组钢管,多组钢管相互平行地设置,多组钢管环绕预设的隧道10设置,每组钢管包括多节钢管,多节钢管沿隧道10的延伸方向依次连接。
本实施例中的隧道设置在火车站下方,以用于解决火车站周围的交通拥堵问题,但该隧道在设计初便遇到很大的难题,由于隧道设计在火车站下方,因此对于地基沉降要求极为严格,而通常情况下,隧道建的越深地面沉降越小,但是该隧道的功能是用于普通汽车的行驶,考虑到普通汽车在行驶时爬坡吃力的问题,应尽量的减小隧道底端与地面之间的高度差,所以隧道应设计的越靠近地面越好。
对于上述遇到的难题,申请人提供了一种极为创新的隧道施工方法,将传统施工中隧道上方临时支护的管幕结构变为永久结构,并对管幕结构进行改进,具体施工过程为:将现有技术中只在隧道上方架设管幕结构变为围绕隧道的一圈施工管幕结构,变为一个密封的环形结构,以将隧道包围起来,此外,将管幕结构中的各个钢管侧面进行切割并焊接成一个整体,从而形成一个密封的环形空间,向环形空间内浇筑混凝土形成永久结构。
本申请的隧道施工方法,将传统隧道施工中既要对隧道上方进行支护又要浇筑混凝土以固定隧道上方的地基这两部合二为一,减小了隧道与地面之间的高度差,又保证了地基沉降的要求,同时也不需要在对管幕结构进行拆除,加快了施工进度。具体管幕结构施工过程如下:
本发明针对一种全新的管幕结构进行施工,该管幕结构由多个钢管组成环形的结构,在对该环形管幕结构进行施工时,按照空间位置,对组成管幕结构的钢管采用从上到下分层进行施工的方法进行施工,这样最大限度的限制了隧道上方的建筑物的沉降,在对每一层的管幕结构钢管进行施工时,先从位于水平位置中间的钢管进行施工,同时向该钢管的两侧施工,加快了施工进度,同时,在沿隧道的长度方向上,采取从钢管的两端同时向中间进行施工的方法,加快了施工进度,同时有利于将施工中的土方及时进行排出,采用本申请的上述方式对隧道的管幕结构进行施工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。
对每个钢管进行施工时,将钢管沿长度方向分为多段钢管段,并按照施工顺序将各个钢管的多段钢管段分为多组,每一组钢管段均包含至少一段钢管段,在对每一组钢管段施工完成后进行下一组钢管段的施工。每组钢管段包括两段钢管段,每组钢管段施工方法包括:对各个钢管段进行切割;对各个钢管段进行支护;向各个钢管段内浇筑混凝土;其中,在向钢管段内浇筑混凝土时,同时对下一组钢管段进行切割,如此循环施工直至将整个钢管施工完毕。
在对一组钢管段切割完成后,对钢管段的内侧进行开挖,待开挖完毕后再对钢管段进行支护。
对钢管段进行切割的方法包括:从钢管段的内侧向外侧切割;先沿钢管的长度方向切割,再沿钢管的径向方向切割;对钢管段的一侧切割完毕后再对钢管段的另一侧进行切割。
对钢管进行支护施工方法包括:在钢管的内侧设置千斤顶或钢管,以从内向外地对切割后的钢管进行顶撑;利用连接板将相邻的两个钢管的切割位置连接起来,以实现相邻的两个钢管之间相通。
在对钢管进行分段时,根据钢管上方的地面沉降要求进行分段,每个钢管段的长度范围为3m至10m。
在对一层的管幕结构上的钢管均施工完毕后,对管幕结构的主体强度试验,待该层管幕结构的主体强度试验合格后,进行下一层的管幕结构的施工。
管幕结构的主体进行强度试验的方法包括:利用超声波检测器检测混凝土的密实程度是否符合要求;锤击钢管以检测混凝土与钢管之间是否紧密贴合。
对管幕结构最底层施工结束后,对整个环形管幕结构内侧的土方进行开挖,开挖完毕后在最底层的管幕结构上方铺设路面。
本发明的管幕结构在具体实施方式如下:
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。
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。
管幕结构钢管的切割、支护及主体结构施工说明如下:
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,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,即隧道上方有建筑物则主体结构每段4米,隧道上方没有建筑物每段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。
对钢管之间的管间切割支护顺序如下:
(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。
(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,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。
隧道施工方法还包括:对工作井与地上路面之间用于过渡连接的明挖段路40进行施工,明挖段路40施工包括:在明挖段路40施工围护结构,浇筑冠梁;在冠梁达到设计强度后对明挖段路40进行掏槽,掏槽施工时采用边挖边支撑防护的方法;从上到下分多层对明挖段路40进行开挖浇筑,每一层开挖完成后架设支撑,直至达到明挖段路40基底;对明挖段路40的基底进行混凝土浇筑,并回填土方。在对明挖段路40的基底进行混凝土浇筑前对明挖段路40的基底以及侧墙进行防水处理,待明挖段路40的基底的混凝土达到设计强度的70%后对明挖段路40进行土方回填。
本实施例中在对明挖段路40的施工方法包括:对明挖段路面的围护结构施工,包括:
(1)钻孔桩概况
本工程明挖基坑围护结构采用Φ1000mm的钻孔灌注桩,间距为1200mm,围护桩共计585根。
(2)施工方向及机械
根据施工方案和顺序,钻孔灌注桩施工先施工顶管工作井,然后进行其他段落桩基施工,以便尽快完成工作井进行顶管施工。
根据设计提供的水文及地质条件资料,经综合比较分析,根据车站主体钻孔灌注桩的数量、工期要求及每台钻机的工作能力,拟采用4台旋挖钻机施工。
(3)施工方案
钻孔灌注桩采用泥浆护壁、旋挖钻机成孔;施工采用优质泥浆护壁,现场设泥浆材料库房、制浆池、储浆池、循环浆池及废浆池。施工现场设钢筋加工场地,现场加工钢筋笼。综合考虑施工场地条件、周边环境因素、施工进度及经济性,钢筋笼采用25T汽车吊整体吊放入孔。桩身混凝土采用商品混凝土,导管法灌注水下混凝土。
为防止塌孔和保证成孔质量,钻孔桩采用间隔式跳孔钻进施工。钻孔桩施工时加大间隔,隔2作1,钢护筒埋设高出地面20cm以上,防止泥浆流失及地表水进入孔内。
因采用泥浆护壁法成孔,钻孔灌注桩成孔开挖的土方含泥水量大,不宜立即外运;施工现场设碴土临时存放区,成孔开挖的碴土及废浆分离后的碴土通过车辆转运至临时存放区晒晾后,外运至碴土消纳点。
(4)施工方法
钻孔灌注桩采用旋挖钻机进行成孔施工。施工准备工作及护筒安装完成后,旋挖钻机就位进行旋挖成孔,将加工好的钢筋笼采用25t汽车吊安装钢筋笼,钢筋笼安装并固定完毕后,安装导管并浇注水下混凝土。
①测量定位
测量选用全站仪定位,测量基准点用砼浇筑固定或设在固定物上,并安装防护标志,防止重车碾压和重物碰撞产生移位;基准方位安设在视线范围内不产生变形的物体上。
②埋设护筒
本工程钻孔桩采用12mm钢板卷制而成的钢护筒。护筒内径大于设计桩径20cm,即Φ1000mm钻孔灌注桩采用Φ1200mm钢护筒。在护筒埋设前先人工挖探孔至原状土,以保证钻孔范围内无管线;护筒埋设可用加压、振动、锤击等方法;护筒的埋设深度:护筒高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求。
③泥浆制备
在开始钻孔前备有足够数量的优质粘土或膨润土以供调制泥浆。泥浆由水、粘土(或膨润土)和添加剂组成。钻孔泥浆经常试验,对不符合规定的泥浆,及时调整。护筒内的泥浆顶面,始终高出筒外水位至少1.0m。
④钻机就位、旋挖成孔
钻孔前调整机架保持钻杆垂直,位置正确,防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底虚土;开始钻进时,保证钻杆垂直;钻进速度应根据地质变化及时调整;钻进过程中及时清理孔口周围积土;当出现钻杆抖动太大,机架摇晃,钻不进尺等情况时,立即停止钻进检查。
⑤清孔
终孔检查后应立即清孔,不得隔时过久,以致泥浆、钻渣的沉淀增多,造成清孔工作的困难,甚至坍孔。清孔分两部进行,第一次清孔在成孔完毕后立即进行,以防止沉淀过多或泥浆在孔壁形成泥皮。第二次在下放钢筋笼和灌注混凝土导管安装完毕后。
⑥钢筋笼制作与安装
钢筋笼的制作应符合规范标,根据现场实际情况,钢筋笼采用集中下料,现场加工的方法统一制作。
所有钢筋笼的吊装均采用整节吊装的形式,利用钻机塔架或吊车来完成。起吊时,用双吊点,吊点设在钢筋笼加强箍筋处,保证钢筋笼起吊不变形。吊装下放时,应对准孔位轻放、慢放,并且注意观察孔内水位的变化情况,如发现异样,马上停止,检查是否坍孔。为使钢筋笼与孔壁保持设计保护层距离,在钢筋笼的上下端以及中部每隔一定距离与同一横截面上对称设置钢筋保护层垫块。
钢筋笼入孔后,要牢固定位,定位标高应准确,允许误差为±5cm,并使钢筋笼底部处于悬吊状态下灌注水下混凝土。混凝土灌注完毕后,待桩身上部混凝土初凝后,解除钢筋笼的固定措施,以便使钢筋笼随同混凝土收缩,避免粘结力损失。
⑦水下混凝土灌注
采用导管灌注方式。混凝土通过导管连续灌注桩孔内。为方便混凝土灌注,导管顶部放置漏斗。第一次灌注混凝土时,导管事先在地面组装好,经检查合格后吊入桩孔,并在导管底部装隔水塞,导管底距桩孔底不超过500mm。在灌注混凝土过程中,导管应保持埋入混凝土内2m~3m,并严格控制导管拆卸时间,一般不超过15min,混凝土灌注要连续进行。在灌注混凝土的同时,应测量混凝土的上升高度,以便及时提升和拆卸导管。
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 (11)

1.一种隧道施工方法,其特征在于,包括:
确定待修建隧道(10)的位置信息,以得出用于修建所述隧道的第一预定修建区域;
获取位于所述第一预定修建区域处的设施的位置信息;其中,所述设施包括:建筑物、管道、电缆、轨道以及信号传输线中的至少一个;
根据所述第一预定修建区域以及所述设施的位置信息判定各个所述设施是否对待修建的所述隧道(10)产生位置干涉或判定各个所述设施是否存在安全隐患,以对相应的设施进行拆除、改迁或防护加固;
对所述第一预定修建区域的地基进行加固处理;
在所述第一预定修建区域的相对两端挖设工作井,所述第一预定修建区域的一端的所述工作井作为始发井(20),所述第一预定修建区域的另一端的所述工作井作为接收井(30);
由所述始发井(20)和所述接收井(30)同时向所述第一预定修建区域的中部开挖土方直至贯通以形成所述隧道(10);其中,开挖过程中边开挖边支护。
2.根据权利要求1所述的隧道施工方法,其特征在于,对所述第一预定修建区域的地基采用地基注浆加固处理。
3.根据权利要求1所述的隧道施工方法,其特征在于,对所述轨道进行扣轨加固处理。
4.根据权利要求1所述的隧道施工方法,其特征在于,所述工作井挖设方法包括:
确定待修建的所述工作井的位置信息,以获取用于修建工作井的第二预定修建区域;
对所述第二预定修建区域的地基进行防护处理;
将所述工作井按从上到下的方向分为多层工作井段,并对多层所述工作井段依次进行施工,每一层工作井段在进行施工时采用先支护后开挖的方式施工,直至完成所有的工作井段的开挖和支护;
完成对整个所述工作井的开挖和支护后对所述工作井的基底和侧墙进行防水处理,并在所述工作井的基底处设置集水坑以进行排水。
5.根据权利要求1所述的隧道施工方法,其特征在于,所述隧道施工方法还包括管棚结构施工,所述管棚结构包括多个管棚,多个所述管棚之间间隔地设置,所述管棚结构设置在所述第一预定修建区域的上方,所述管棚结构施工方法包括:
根据待修建的所述隧道(10)的位置信息,确定所述管棚结构的位置信息,所述管棚结构应能够全面覆盖待修建的所述隧道(10);
根据所述管棚结构的位置信息确定各个所述管棚的位置信息,相邻的各个所述管棚之间的间隔距离相同;
确定各个所述管棚的位置信息后,将各个所述管棚依次吊装至相应的所述管棚的位置进行施工,直至完成全部的管棚施工。
6.根据权利要求5所述的隧道施工方法,其特征在于,所述管棚施工方法包括:
先将螺旋钻具从所述管棚的一端穿入直至所述螺旋钻具的钻头从所述管棚的另一端穿出;
将带有所述螺旋钻具的所述管棚吊装至相应的所述管棚的位置后,通过旋转螺旋钻具同时对所述管棚进行顶进以将所述管棚打入相应的所述管棚的位置内;
在将所述管棚打入相应的所述管棚的位置后,拔出螺旋钻具,并封闭所述管棚两端的孔口;
所述管棚两端的孔口封闭后,向所述管棚内注浆。
7.根据权利要求5所述的隧道施工方法,其特征在于,所述隧道施工方法还包括:管幕结构施工方法,管幕结构包括多组钢管,所述管幕结构施工方法包括:
根据所述第一预定修建区域的位置确定每组所述钢管的位置,每组所述钢管的位置包括:所述始发井内的打入位置和所述接收井内的穿出位置;
将每组所述钢管从所述始发井内相应的所述打入位置打入直至从相应的所述接收井的所述穿出位置穿出;
在所述管幕结构的钢管全部施工完成后,从所述始发井和所述接收井同时向所述第一预定修建区域的中部进行开挖。
8.根据权利要求7所述的隧道施工方法,其特征在于,所述管棚结构设置在所述管幕结构的上方,每个所述管棚的底部距离与其最近的所述钢管的顶部之间的距离为20cm至50cm。
9.根据权利要求7所述的隧道施工方法,其特征在于,多组所述钢管相互平行地设置,多组所述钢管环绕所述第一预定修建区域设置以围成环形结构,每组所述钢管包括多节钢管,多节所述钢管沿所述隧道的延伸方向依次连接。
10.根据权利要求9所述的隧道施工方法,其特征在于,所述管幕结构施工方法还包括:
对所述钢管进行切割,以使每个所述钢管形成两个相对的缺口,所述缺口沿所述钢管的轴线延伸;
在相邻的两个钢管之间焊接连接板,以将相邻的两个钢管之间的所述缺口连接,以使所述管幕结构形成密封的连接空间;
在所述连接空间内扎设钢筋,并向所述连接空间内浇筑混凝土。
11.根据权利要求1所述的隧道施工方法,其特征在于,所述隧道施工方法还包括:对明挖路段进行施工,所述明挖路段用于将所述隧道(10)的两端分别与地表上的路面进行连接,所述明挖路段施工包括:
在所述明挖路段区域施工围护结构,并浇筑冠梁;
在所述冠梁达到预定强度后对所述明挖路段进行掏槽施工;
在掏槽施工时,将槽分为多层槽段进行施工,每一层槽段在开挖完成后架设支撑以进行防护;
掏槽结束后对所述明挖路段的基底和侧墙做防水处理并随所述基底进行混凝土浇筑,混凝土浇筑完成后回填土方。
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