CN110486062B - 一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法 - Google Patents

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    • E21D13/00Large underground chambers; Methods or apparatus for making them

Abstract

本发明公开了一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法,通过利用机械暗挖的形式,在软土地区或既有建(构)筑物下方首先利用顶管掘进形成多个超小净距的矩形顶管,然后在顶管保护下施作围护桩、止水帷幕、钢管柱及桩基础、顶板及顶梁等支承结构,通过受力转换将多个顶管内间断设置的顶板连接为整体多跨顶板,在顶板的保护下向下逆作或顺作多层多跨大型地下结构物。本发明解决了在软土地区不能采用暗挖施工方法修建多层多跨地下结构物(如地铁车站)的难题,并解决了在较好的土层中采用传统的暗挖法下穿既有建(构)筑物时变形控制困难、施工风险及难度大、施工效率低等问题。

Description

一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法
技术领域
本发明涉及地下建筑工程或隧道工程技术领域,具体是在软土地区或既有建(构)筑物下方修建地下结构(如地铁车站)的暗挖施工方法,尤其涉及一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法。
背景技术
目前,随着城市轨道交通的建设,地铁周边环境越来越复杂,有时需要下穿重要道路或下穿既有建(构)筑物。若采用明挖法施工,对道路交通影响很大或管线改移困难,或既有建(构)筑物不能拆迁、代价过高。为了避免对道路地面交通的影响、避免改移管线,或者为了避免拆迁地面房屋,地铁车站或区间在局部地段不得不采用暗挖法施工。
但是在软土地区土质软弱,地下水位高,采用暗挖法修建多层多跨地下结构物(如地铁车站)一直是个难题。传统的修建多层多跨地下工程的暗挖施工方法有洞桩法、中洞法、拱盖法等,采用人工开挖或爆破开挖,这些方法主要适用于较好的土层及岩层中,在软土地区不能采用这些暗挖方法修建多层多跨地下结构。
顶管法、盾构法作为采用机械施工的暗挖法,受制于机械设备性能和结构受力特点,在软土地区一般用于修建单层结构,没有修建多层多跨地下结构的成熟技术和实例。中国专利CN201610200240.5公开了一种矩形及类矩形断面地下工程机械分部暗挖建造方法,将多层多跨地下永久结构分为若干部分采用矩形顶管分别顶进,但各分块的永久结构之间无法实现钢筋连接,难以满足结构受力及防水要求。
另外,采用传统的暗挖法在较好的土层中下穿建(构)筑物时地面沉降大,对地面建(构)筑物保护困难,施工风险及施工难度很大,其中常用的洞桩法的导洞过小、施工效率低、工期长。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法,具有施工安全、风险低、控制地层变形好、施工效率高等优点。
为实现上述目的,本发明技术方案如下:
一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法,具体包括以下步骤:
1)在地下结构物(如地铁车站)两端或既有地上建(构)筑物两侧施工明挖围护结构及主体结构,设置后座墙、临时支撑,并进行端头井水平向注浆加固;
2)从一侧明挖主体内始发,按照先中间、后两边的顺序施作超小净距的矩形顶管,顶管内部预埋临时钢柱的连接钢板,顶管之间在顶部及底部进行锁扣连接,锁扣处插入冻结管进行冻结止水,顶管之间的土体进行注浆加固;
3)在两边的顶管内施作围护桩、冠梁,围护桩外侧施作旋喷桩止水帷幕;
4)在中部的顶管内施作钢护筒、桩基础、钢管混凝土柱;
5)在顶管内设置脚手架,在中部顶管顶部铺设防水层,施作顶纵梁及顶板,预留钢筋及防水接头;在两边顶管内的冠梁上方施作素混凝土墙,施作部分主体侧墙及顶板;顶板支承在素混凝土墙及脚手架上,预留钢筋及防水接头,侧墙外部空间回填处理;
6)在顶管待拆除的侧墙内侧设置临时钢柱,先分段拆除中间跨顶板范围内的顶管侧墙,铺设防水、浇筑中间跨顶板,再分段拆除边跨顶板范围内的顶管侧墙,铺设防水、浇筑边跨顶板,再对顶板背后进行注浆填充,通过受力转换将多个顶管内间断设置的顶板连接为整体的多跨顶板结构,为进行多层结构施工创造条件;
7)待顶板混凝土达到设计强度后,拆除临时钢柱及顶管底板;在基坑内进行疏干降水,在顶板的保护下采用机械分层向下开挖至中板底,分段施作地模,浇筑中板结构;铺设侧墙防水层,浇筑地下一层侧墙;
8)待地下一层侧墙混凝土达到设计强度后,采用机械分层向下开挖地下二层(必要时架设支撑),浇筑地下二层楼板及侧墙、防水;待上一层侧墙混凝土达到设计强度后,依次向下开挖地下三层、四层及以下层,浇筑相应楼层楼板、侧墙及防水;直至底板底高程,施作垫层、防水层、浇筑底板结构,施作最底层侧墙及防水,完成主体结构。
进一步,在步骤1)中,还可采用大尺寸顶管暗挖施工形成所述顶管的始发洞室及接收洞室。
进一步,在步骤7)-8)中,地下一层及以下结构还可采用顺作法施工,边开挖边架设支撑、再从底板向上施做剩余结构。
进一步,在步骤1)-2)中,还可采用盾构机械施工完成矩形管结构。
进一步,在步骤3)中,还可采用咬合桩作为围护桩兼止水帷幕。
本发明通过利用机械暗挖的形式,在软土地区或既有建(构)筑物下方首先利用顶管掘进形成多个超小净距的矩形顶管,然后在顶管保护下施作围护桩、钢管柱及桩基础、顶板及顶梁等支承结构,通过受力转换将多个顶管内间断设置的顶板连接为整体的多跨顶板结构,之后在顶板的保护下向下逆作或顺作多层多跨大型地下结构物。
利用顶管掘进形成多个超小净距的矩形顶管,无须进行传统暗挖法的人工开挖;顶管之间在顶、底部进行锁扣连接,导洞之间无须进行洞桩法的初支扣拱;顶管尺寸满足出入口施工要求,能最大限度发挥顶管的作用,无须专门定制。
本发明包括以下有益效果:
1)利用顶管机械辅助形成顶板及支承结构,解决了在软土中暗挖修建多层多跨地下结构物(如地铁车站)的难题,机械化程度高,施工风险及难度小、施工效率高。
2)应用于软土地区下穿重要道路或路口时,能避免影响地面交通、避免管线改移。
3)应用于下穿既有地上建(构)筑物时,能有效防止坍塌、有效控制建(构)筑物变形,避免拆除建(构)筑物。
4)顶管作为临时结构,比一般顶管造价低。且顶管尺寸满足地铁出入口施工要求,还可用于地铁出入口通道施工,从而降低工程造价。
本发明解决了在软土地区不能采用暗挖施工方法修建多层多跨地下结构物(如地铁车站)的难题,并解决了在较好的土层中采用传统的暗挖法下穿既有建(构)筑物时变形控制困难、施工风险及难度大、施工效率低等问题。
附图说明
图1为本发明中步骤1的结构示意图;
图2为本发明中步骤2的结构示意图;
图3为本发明中步骤3的结构示意图;
图4为本发明中步骤4的结构示意图;
图5为本发明中步骤5的结构示意图;
图6为本发明中步骤6的结构示意图;
图7为本发明中步骤7的结构示意图;
图8为本发明中步骤8的结构示意图;
图9为步骤2中的锁扣的安装示意图。
图中:1-围护结构;2-主体结构;3-顶管机;4-后座墙;5-临时支撑;6-端头井加固;7-顶管;8-锁扣;9-注浆加固;10-止水帷幕;11-围护桩;12-冠梁;13-钢护筒;14-桩基础;15-钢管混凝土柱;16-顶纵梁;17-顶板;18-素混凝土墙;19-回填混凝土;20-脚手架;21-临时钢柱;22-中板;23-地下一层侧墙;24-底板;25-地下二层侧墙。
具体实施方式
为清楚地说明本发明的设计思想,下面结合示例对本发明进行说明。
在本实施方式的描述中,术语“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为特定指示或暗示相对重要性。
实施例
本实施例以具体步骤对本发明中的施工方法进行展开说明,参见图1-图8,本实施例的一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法,包括以下步骤:
步骤1,在地下结构物(如地铁车站)两端或既有地上建(构)筑物两侧,施工明挖围护结构1及主体结构2,作为顶管始发井和接收井。顶板预留出土孔,楼板下方设置临时支撑5,楼板上设置顶管的基座及后座墙4,并采用水平向注浆进行端头井加固6,保证顶管始发和接收安全。
步骤2,从一侧明挖主体内始发,通过顶管机3按照先中间、后两边的顺序施作超小净距的矩形顶管7,顶管内净空尺寸采用6mX4.5m(能兼做出入口通道施工)。顶管7内部预埋后期临时钢柱21的连接钢板,顶管7之间在顶部及底部进行锁扣8连接,锁扣处涂刷止水润滑剂并插入冻结管进行冻结止水,防止上方水土体进入作业空间,锁扣还起到顶管的导向定位作用。顶管7之间的土体进行注浆加固9,避免顶管发生侧移。
步骤3,在两边顶管7内采用小型机械施作围护桩11(先在围护桩外侧施作一排旋喷桩止水帷幕10,防止在地下水位以下的导洞内施工围护桩时涌出地下水),围护桩钢筋分节吊装并连接,凿除围护桩11桩顶混凝土后施作冠梁12。该步骤中,还可采用咬合桩替换围护桩和止水帷幕。围护结构既作为挡土挡水结构,又作为后期施作顶板两端的竖向支撑构件。
步骤4,在中间顶管7内采用机械施作桩基础14,并设置钢护筒13,在钢护筒13的保护下分节安装钢管混凝土柱15,柱内填微膨胀混凝土,柱外用细砂回填密实,必要时辅以注浆措施。桩基础及钢管混凝土柱作为后期施作顶板中间的竖向支撑构件。
步骤5,在中间顶管及两边顶管内分别设置脚手架20,在中间顶管顶部铺设防水层,施作顶纵梁16及部分顶板17,预留钢筋及防水接头。在两边顶管内,冠梁12上方施作素混凝土墙18,施作部分主体侧墙及顶板17。顶板17外挑部分支承在素混凝土墙18上,顶板17下方保留脚手架20作为临时支撑,顶板17预留钢筋及防水接头,侧墙外部空间进行回填混凝土19处理(下部填土夯实,上部灌注素混凝土)。在中部顶管内预留的钢筋设置在顶板的两侧,在两边顶管内预留的钢筋设置在顶板面对中部顶管的侧部,为进行多跨顶板的整体连接做好基础。
步骤6,在顶管待拆除的侧墙内侧设置临时钢柱21(与步骤2中先期预埋的钢板焊接,钢柱处顶板防水进行特殊处理:铺设防水卷材后,涂刷橡化沥青防水涂料,将防水卷材与钢柱接缝处进行密封过渡),作为顶管拆除侧墙的受力转换构件。为有利于顶板受力,先采用机械分段破除中间跨顶板范围内的顶管侧墙,铺设防水层、浇筑中间跨顶板,再分段破除边跨顶板范围内的顶管侧墙,铺设防水层、浇筑边跨顶板,中间跨顶板及边跨顶板的浇筑范围参见图6,浇筑工序完成后再对顶板背后进行注浆填充,实现将多个顶管内间断设置的顶板连接为整体的多跨顶板,为进行多层结构施工创造条件。
步骤7,待顶板混凝土达到设计强度后,拆除临时钢柱、脚手架及顶管底板,形成顶板、围护桩及钢管柱的整体结构承受上部覆土荷载。在基坑内进行疏干降水,在顶板的保护下采用机械分层向下开挖至中板底,分段施作地模,浇筑中板22结构。铺设侧墙防水层,浇筑地下一层侧墙23。
步骤8,待地下一层侧墙混凝土达到设计强度后,采用机械分层向下开挖(必要时架设支撑)至底板底高程。施作垫层、防水层、浇筑底板24结构,施作侧墙防水层、地下二层侧墙25,完成主体结构。
需要重点指出,本实施例中采用四个超小净距的顶管,通过在顶管的保护下施作围护桩、钢管柱及桩基础、顶板及顶梁等支承结构,通过受力转换将多个顶管内间断设置的顶板连接为整体多跨顶板结构,在整体顶板结构的保护下向下逆作或者顺作多层结构,有效解决了在软土地区不能采用暗挖施工方法修建多层多跨地下结构物(如地铁车站)的难题,同时通过该方法也解决了在较好土层中暗挖法下穿既有建(构)筑物时变形控制困难、施工风险及难度大、施工效率低等问题。
需要说明的有,除了上述的四个顶管,还可根据现场实际设置多个顶管,构成多跨结构,除了本实施例中的地下二层结构,还可设置三层、四层或者多层,构成多层结构,地下一层及以下结构也可以根据具体情况采用顺作法施工,边开挖边架设支撑、再从底板向上施做主体结构。此外,还可采用大尺寸顶管暗挖施工形成上述顶管的始发洞室及接收洞室,实现全暗挖施工。当然,除了采用顶管机,还可通过盾构机机械施工的形式构成地下的矩形管结构,在矩形管结构内部施作顶板等支承结构,也能实现本发明的技术目的,这里不再赘述。
最后,可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言,在不脱离本发明的原理和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种软土中机械暗挖多层多跨地下工程的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
1)在地下结构物两端或既有地上建筑物两侧施工明挖围护结构及主体结构,设置后座墙、临时支撑,并进行端头井水平向注浆加固;还设置楼板,所述楼板下方设置所述临时支撑,所述楼板上设置顶管的基座及所述后座墙;
2)从一侧明挖主体内始发,按照先中间、后两边的顺序施作超小净距的矩形顶管,顶管内部预埋临时钢柱的连接钢板,顶管之间在顶部及底部进行锁扣连接,锁扣处插入冻结管进行冻结止水,顶管之间的土体进行注浆加固;
3)在两边的顶管内施作围护桩、冠梁,围护桩外侧施作旋喷桩止水帷幕;
4)在中部的顶管内施作钢护筒、桩基础、钢管混凝土柱;其中,所述钢管混凝土柱分节安装到所述钢护筒中;
5)在顶管内设置脚手架,在中部顶管中铺设防水层,施作顶纵梁及顶板,预留钢筋及防水接头;在两边顶管内的冠梁上方施作素混凝土墙,施作部分主体侧墙及顶板;顶板支承在素混凝土墙及脚手架上,预留钢筋及防水接头,侧墙外部空间回填处理;
6)在顶管待拆除的侧墙内侧设置临时钢柱,先分段拆除中间跨顶板范围内的顶管侧墙,铺设防水、浇筑中间跨顶板,再分段拆除边跨顶板范围内的顶管侧墙,铺设防水、浇筑边跨顶板,再对顶板背后进行注浆填充,通过受力转换将多个顶管内间断设置的顶板连接为整体的多跨顶板结构,为进行多层结构施工创造条件;
7)待顶板混凝土达到设计强度后,拆除临时钢柱及顶管底板;在基坑内进行疏干降水,在顶板的保护下采用机械分层向下开挖至中板底,分段施作地模,浇筑中板结构;铺设侧墙防水层,浇筑地下一层侧墙;
8)待地下一层侧墙混凝土达到设计强度后,采用机械分层向下开挖地下二层,浇筑地下二层楼板及侧墙、防水;待上一层侧墙混凝土达到设计强度后,依次向下开挖地下三层、四层及以下层,浇筑相应楼层楼板、侧墙及防水;直至底板底高程,施作垫层、防水层、浇筑底板结构,施作最底层侧墙及防水,完成主体结构。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤1)中,还可采用大尺寸顶管暗挖施工形成所述顶管的始发洞室及接收洞室。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤7)-8)中,地下一层及以下结构还可采用顺作法施工,边开挖边架设支撑、再从底板向上施做剩余结构。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤1)-2)中,还可采用盾构机械施工完成矩形管结构。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤3)中,还可采用咬合桩作为围护桩兼止水帷幕。
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