CN111911168B - 浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法及永久支护体系 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法及永久支护体系，属于隧道工程建设技术领域。浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法包括施工准备、顶管作业、钢筋混凝土浇筑作业、止水防水作业、隧道开挖和导水防水作业。本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，通过将管幕体系结构保留在隧道结构中，使管幕体系结构形成支护和永久的一体化设计和施工结构，大幅减少临时支护、钢管切割、立柱焊接、绑扎钢筋网等施工作业，减少施工工作量和施工周期，同时通过设置导水防水机构，将意外渗入的地下水排放出隧道，避免渗水现象的产生。

Description

浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法及永久支护体系
技术领域
本发明属于隧道工程建设技术领域，更具体地说，是涉及一种浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法及永久支护体系。
背景技术
随着城市化进程的加速，在城区道路或重要建筑物下兴建大型地下结构越来越多，如城市地下隧道、地铁车站、地下停车场等等。目前，在既有道路或建筑物下面建造城市地下隧道、城市地铁车站、地下停车场等工程，主要采用浅埋暗挖法。对于沉降控制严格的浅埋大跨暗挖隧道多采用管幕施工法和新管幕施工法。
管幕施工方法采用中、小口径管幕施工方法在拟建的地下空间四周或拱部顶入管幕钢管，钢管之间采用锁口连接，形成封闭或半封闭帷幕结构，并在钢管幕支护下进行初支及二衬的施工，具有地层扰动小、工程造价低、施工周期短等特点。但是初支及二衬通长设置，并未减少工作量，工作量较大。
新管幕工法通过将大直径钢管顶入土体，并在管间进行钢管切割、管间清土、止水板焊接、立柱焊接、绑扎钢筋网等作业，最终形成一个整体结构，但施工过程中钢材切割焊接工作量大，管内作业强度高，且环境相对密封，可能存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，旨在解决现有浅埋暗挖法存在的工作量大、临时支护多的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，包括：
施工准备；
顶管作业，将各钢管沿隧道延伸方向顶入至土体内，以形成初级管幕体系结构；相邻的所述钢管之间具有锁口结构；
钢筋混凝土浇筑作业，向所述钢管内进行钢筋混凝土浇筑作业；
止水防水作业，向所述锁口结构内灌注防水材料；
隧道开挖；
导水防水作业，获取并安装导水防水机构，以将从所述锁口结构中渗出的水分收集并导出。
进一步地，所述钢管包括钢管主体以及至少两个固设于所述钢管主体外周的钢板，所述钢板沿所述钢管的轴向延伸设置，所述钢管的所述钢板与所述相邻所述钢管的所述钢板组成锁口结构。
进一步地，各所述钢管中具有四个钢板，四个钢板两两一组分别位于所述钢管主体的两侧，同组的两个所述钢板平行且间隔设置。
进一步地，所述隧道开挖包括：沿隧道的延伸方向开挖预设距离后，建造用于支撑所述初级管幕体系结构的肋梁，相邻所述肋梁之间的上部建造拱墙结构，相邻所述肋梁之间的下部建造混凝土连接结构。
进一步地，所述导水防水机构包括若干接水槽、若干导水管以及汇水管；
所述接水槽与所述锁口结构一一对应，所述接水槽沿隧道延伸方向设置并位于所述锁口结构的下部，用于承接自所述锁口结构中漏出的水分；
所述导水管与所述接水槽一一对应，所述导水管连通对应的接水槽和所述汇水管；
所述汇水管用于将水分导出隧道外或排放至拱脚排水沟中。
进一步地，所述汇水管的外形结构与隧道内壁相适配，所述汇水管安装于所述隧道内壁的下侧。
进一步地，所述防水材料为止水砂浆。
本发明的另一个目的是提供一种浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系，包括管幕体系结构以及导水防水机构，所述管幕体系结构包括若干沿隧道轮廓间隔设置的钢管以及若干设置于相邻的所述钢管之间的锁口结构，所述钢管内设有钢筋混凝土结构，所述锁口结构内设有防水材料；
所述导水防水机构包括若干接水槽、若干导水管以及汇水管；
所述接水槽与所述锁口结构一一对应；所述接水槽沿隧道延伸方向设置并位于所述锁口结构的下部，用于承接自所述锁口结构中漏出的水分；
所述导水管与所述接水槽一一对应，所述导水管连通对应的接水槽和所述汇水管；
所述汇水管用于将水分导出隧道外或排放至拱脚排水沟中。
进一步地，所述汇水管的外形结构与隧道内壁相适配，所述汇水管安装于所述隧道内壁的下侧。
进一步地，所述管幕体系结构还包括若干沿隧道延伸方向间隔的设置肋梁、若干拱墙结构以及若干混凝土连接结构；所述肋梁位于隧道内并位于所述钢管内侧，用于支撑所述钢管；两相邻所述肋梁之间连接有一个所述拱墙结构和一个所述混凝土连接结构，所述拱墙结构位于所述混凝土连接结构的上部，所述混凝土连接结构位于隧道底部。
本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的有益效果在于，与现有技术相比，通过将管幕体系结构保留在隧道结构中，使管幕体系结构形成支护和永久的一体化设计和施工结构，大幅减少临时支护、钢管切割、立柱焊接、绑扎钢筋网等施工作业，减少施工工作量和施工周期，同时通过设置导水防水机构，将意外渗入的地下水排放出隧道，避免渗水现象的产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1为本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法中前期形成的初级管幕体系结构的示意图；
图3为本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法中隧道开挖的纵断面施工示意图；
图4为本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法中隧道开挖后的最终纵断面示意图；
图5为本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法中防水导水机构的示意图；
图6为图5中A处的放大图。
图中：1、隧道；2、锁口结构；3、钢管；4、未开挖土体；5、肋梁；6、拱墙结构；7、钢板；8、汇水管；9、导水管；10、接水槽。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1至图6，现对本发明提供的一种浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法进行说明。图1示出了本发明的一个实施例提供的一种浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的实现流程，其过程详述如下：
在步骤S100中，进行施工准备操作，施工准备主要包括确定隧道外轮廓线、钢管选型、确定钢管间距、获取钢管主体、给钢管主体预制锁口子结构等操作，施工准备同现有的管幕施工方法中的施工准备步骤相同，在此不再赘述。
在步骤S200中，进行顶管作业操作，顶管作业包括将各钢管3沿隧道延伸方向(即隧道纵向)顶入至土体内，最终各钢管3围绕着隧道外轮廓线形成封闭或半封闭的初级管幕体系结构，相邻的钢管3之间具有锁口结构2。此时由于钢管3内没有充注混凝土，锁口结构2中没有灌注防水材料，所以此时各钢管3还只是初级管幕体系结构。顶管作业同现有的管幕施工方法中的顶管作业步骤相同，在此不再赘述。
在步骤S300中，进行钢筋混凝土浇筑作业操作，向钢管3内进行钢筋混凝土浇筑操作。钢筋混凝土浇筑作业同现有的管幕施工方法中的作业步骤相同，在此不再赘述。
在步骤S400中，进行止水防水作业操作，向锁口结构2内灌注防水材料。这样锁口结构2和钢管就形成隧道结构中第一道防水体系，此时初级管幕体系结构实际上已经变成了常规的管幕体系结构，具备一定支撑强度和防水性能。
在步骤S500中，进行隧道开挖操作。内部土体开挖可根据周围土质条件及施工要求，有多种开挖方法可以选择，如采用全断面、台阶法及预留核心土法等方式进行隧道开挖。在管幕体系结构的支撑下进行土体开挖，隧道开挖同现有的管幕施工方法中的隧道开挖操作步骤相同，在此不再赘述。
在步骤S600中，进行导水防水作业操作。导水防水作业包括获取导水防水机构，并安装导水防水机构，导水防水机构可以是预制好的，其可以安装在隧道1内或者安装在管幕体系结构的间隙中。由于锁口结构2可能会产生意外渗入的地下水，为避免渗水现象的产生，特地在管幕体系结构或者初级管幕体系结构的内圈设置导水防水机构，导水防水机构能够将从锁口结构2中渗出的水分收集并导出隧道外或排放至拱脚排水沟中。导水防水机构实际上也就是隧道结构中的第二道防水体系。
在本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法中，支护和永久结构为一体化设计和施工结构，支护和永久结构两者作为一个整体共同受力，共同变形，受力性能更优，本方法基本摒弃了现有的管幕施工方法中的初支及二衬的等施工，管幕体系结构作为永久结构而保留在隧道结构中，管幕体系结构也无需进行拆除，同时也摒弃了现有的新管幕施工方法中的钢管切割、立柱焊接、绑扎钢筋网等作业，整个施工方法中较少的使用钢筋混净土结构。同时因为管幕体系结构作为永久结构保留在隧道结构中，特地设置了导水防水机构作为第二道防水体系以形成更好的防水结构。
从上述实施例可知，本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，通过将管幕体系结构保留在隧道结构中，使管幕体系结构形成支护和永久的一体化设计和施工结构，大幅减少临时支护、钢管切割、立柱焊接、绑扎钢筋网等施工作业，减少施工工作量和施工周期，同时通过设置导水防水机构，将意外渗入的地下水排放出隧道，避免渗水现象的产生。
请参见图5和图6，作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，钢管3包括钢管主体以及至少两个固设于钢管主体外周的钢板7，钢板7也沿钢管(主体)的轴向延伸设置，其中，一个钢管3的钢板与相邻的钢管的钢板7组成锁口结构2，实际上这个锁口结构2是由相邻的两个钢管3的钢管主体以及一上一下的至少两个钢板7围合形成，锁口结构2的上下边界分别是至少一个钢板7，左右边界分别是两个钢管主体(的部分结构)，后续向锁口结构2中灌注防水材料。这样，上述结构能够在相邻钢管3顶进时，增大钢板7叠合长度，这样不仅能够起到一定的顶进导向作用，同时简化了钢管3间锁口结构2的复杂形式，保证了管间填充物的饱和程度，提高了止水效果。
请参见图5和图6，作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，一个钢管3中具有四个钢板7。四个钢板7两两一组分成两组，每组分别位于钢管主体的两侧，同组的两个钢板7平行且间隔设置。一个钢板7会与相邻的另一个钢管3的一个钢板7贴合相连设置，这样锁口结构2的上下边界分别是两层钢板7相连而成，这样更容易使锁口结构2形成封闭结构，也是锁口结构2的上下边界更牢固、结实。
请参见图3和图4，作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，在步骤S500中，隧道开挖包括：S520沿隧道1的延伸方向(纵向方向)开挖预设距离后，建造用于支撑初级管幕体系结构的肋梁5，当然，肋梁5位于初级管幕体系结构的下部，而且肋梁5也位于隧道内轮廓线的外部或位于隧道内但靠近隧道外轮廓。相邻肋梁5之间的上部建造拱墙结构6，相邻肋梁5之间的下部建造混凝土连接结构，重复以上操作直至隧道贯通。这样相邻的肋梁5之间就通过拱墙结构6和混凝土连接结构连接起来，形成了受力闭环，以更好的支撑管幕体系结构，同时外侧钢管幕刚度大，为隧道内部开挖提供一个相对安全的施工环境，在一定程度上能够保证施工人员及机械的安全，同时可使用施工机械进行全断面的开挖，大大提高了工作效率，缩短工期。
作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，肋梁5间距的大小决定了肋梁5承担纵向上部土压力的范围，肋梁5采用矩形型钢混凝土结构，型钢配置时可适当靠近受拉侧，在保证承载力及刚度满足设计要求的前提下，减少钢材用量，节省成本。可选地，肋梁5采用工字钢作为钢骨，可以省去指定断面钢管部分的切割。
作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，肋梁5可以提前预制好，也可以在现场施做。当采用现场施做肋梁5时，肋梁5在设计位置处进行钢筋、型钢及模板架设，并浇筑混凝土，肋梁5用来分担上部管幕体系结构传下的力，保证钢管混凝土与肋梁5均可以满足承载力及稳定性的要求。
请参见图5和图6，作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，导水防水机构包括若干接水槽10、若干导水管9以及汇水管8，接水槽10与锁口结构2一一对应，接水槽10就是类似槽钢结构或盒体结构，其沿隧道延伸方向设置并位于锁口结构2的下部，导水管9与接水槽10一一对应，导水管9连通对应的接水槽10和汇水管8，最终接水槽10中的水会通过导水管9汇流到汇水管8中，然后由汇水管8(通过其他的输送管)导出隧道外或排放至拱脚排水沟中。汇水管8可以安装于隧道1内，也可以浇筑在肋梁5内部，接水槽10位于锁口结构2与肋梁5之间的间隙中。
请参见图5和图6，作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，汇水管8的外形结构与隧道1内壁相适配，如果隧道1内壁(外轮廓)为圆形，那么汇水管8就是沿圆形延伸设置，如果隧道1内壁(外轮廓)为方形，那么汇水管8就是沿方形延伸设置。汇水管8安装于隧道1内，即汇水管8安装固定在隧道1的内壁的下侧(内侧)。导水管9穿过肋梁5以连通接水槽10和汇水管8。
作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法的一个具体实施例，防水材料为止水砂浆。
请参见图2至图6，本发明还提供一种浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系，使用上述实施例中的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法建造而成，包括管幕体系结构以及导水防水机构，管幕体系结构包括若干沿隧道轮廓间隔设置的钢管3以及若干设置于相邻的钢管3之间的锁口结构2，钢管3内设有钢筋混凝土结构，锁口结构2内设有防水材料。
导水防水机构包括若干接水槽10、若干导水管9以及汇水管8，接水槽10与锁口结构2一一对应，接水槽10就是类似槽钢结构或盒体结构，其沿隧道延伸方向设置并位于锁口结构2的下部，导水管9与接水槽10一一对应，导水管9连通对应的接水槽10和汇水管8，最终接水槽10中的水会通过导水管9汇流到汇水管8中，然后由汇水管8(通过其他的输送管)导出隧道外或排放至拱脚排水沟中。汇水管8可以安装于隧道1内，也可以浇筑在肋梁5内部，接水槽10位于锁口结构2与肋梁5之间的间隙中。
本发明实施例提供的浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系，与现有技术相比，通过将管幕体系结构保留在隧道结构中，使管幕体系结构形成支护和永久的一体化设计和施工结构，大幅减少临时支护、钢管切割、立柱焊接、绑扎钢筋网等施工作业，减少施工工作量和施工周期，同时通过设置导水防水机构，将意外渗入的地下水排放出隧道，避免渗水现象的产生。
请参见图5和图6，作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系的一个具体实施例，汇水管8的外形结构与隧道1内壁相适配，如果隧道1内壁(外轮廓)为圆形，那么汇水管8就是沿圆形延伸设置，如果隧道1内壁(外轮廓)为方形，那么汇水管8就是沿方形延伸设置。汇水管8安装于隧道1内，即汇水管8安装固定在隧道1的内壁的下侧(内侧)。导水管9穿过肋梁5以连通接水槽10和汇水管8。
请参见图3和图4，作为本发明提供的浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系的一个具体实施例，管幕体系结构还包括若干沿隧道延伸方向间隔的设置肋梁5、若干拱墙结构6以及若干混凝土连接结构；肋梁5位于隧道内并位于各钢管3内侧，用于支撑钢管3。两相邻肋梁5之间连接有一个拱墙结构6和一个混凝土连接结构，拱墙结构6位于混凝土连接结构的上部，混凝土连接结构位于隧道底部。
这样相邻的肋梁5之间就通过拱墙结构6和混凝土连接结构连接起来，形成了受力闭环，以更好的支撑管幕体系结构，同时外侧钢管幕刚度大，为隧道内部开挖提供一个相对安全的施工环境，在一定程度上能够保证施工人员及机械的安全，同时可使用施工机械进行全断面的开挖，大大提高了工作效率，缩短工期。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，其特征在于，包括：
施工准备；
顶管作业，将各钢管沿隧道延伸方向顶入至土体内，以形成初级管幕体系结构；相邻的所述钢管之间具有锁口结构；所述钢管包括钢管主体以及至少两个固设于所述钢管主体外周的钢板，所述钢板沿所述钢管的轴向延伸设置，所述钢管的所述钢板与所述相邻所述钢管的所述钢板组成锁口结构；
钢筋混凝土浇筑作业，向所述钢管内进行钢筋混凝土浇筑作业；
止水防水作业，向所述锁口结构内灌注防水材料；
隧道开挖，包括沿隧道的延伸方向开挖预设距离后，建造用于支撑所述初级管幕体系结构的肋梁，相邻所述肋梁之间的上部建造拱墙结构，相邻所述肋梁之间的下部建造混凝土连接结构；
导水防水作业，获取并安装导水防水机构，以将从所述锁口结构中渗出的水分收集并导出；所述导水防水机构包括若干接水槽、若干导水管以及汇水管；所述接水槽与所述锁口结构一一对应，所述接水槽沿隧道延伸方向设置并位于所述锁口结构的下部，用于承接自所述锁口结构中漏出的水分；所述导水管与所述接水槽一一对应，所述导水管连通对应的接水槽和所述汇水管；所述汇水管用于将水分导出隧道外或排放至拱脚排水沟中。
2.如权利要求1所述的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，其特征在于，各所述钢管中具有四个钢板，四个钢板两两一组分别位于所述钢管主体的两侧，同组的两个所述钢板平行且间隔设置。
3.如权利要求1所述的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，其特征在于，所述汇水管的外形结构与隧道内壁相适配，所述汇水管安装于所述隧道内壁的下侧。
4.如权利要求1-3任一项所述的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，其特征在于，所述防水材料为止水砂浆。
5.浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系，基于如权利要求1-4任一项所述的浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法，其特征在于，包括管幕体系结构以及导水防水机构，所述管幕体系结构包括若干沿隧道轮廓间隔设置的钢管以及若干设置于相邻的所述钢管之间的锁口结构，所述钢管内设有钢筋混凝土结构，所述锁口结构内设有防水材料；
所述导水防水机构包括若干接水槽、若干导水管以及汇水管；
所述接水槽与所述锁口结构一一对应；所述接水槽沿隧道延伸方向设置并位于所述锁口结构的下部，用于承接自所述锁口结构中漏出的水分；
所述导水管与所述接水槽一一对应，所述导水管连通对应的接水槽和所述汇水管；
所述汇水管用于将水分导出隧道外或排放至拱脚排水沟中。
6.如权利要求5所述的浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系，其特征在于，所述汇水管的外形结构与隧道内壁相适配，所述汇水管安装于所述隧道内壁的下侧。
7.如权利要求5所述的浅埋暗挖大跨度隧道的永久支护体系，其特征在于，所述管幕体系结构还包括若干沿隧道延伸方向间隔设置的肋梁、若干拱墙结构以及若干混凝土连接结构；所述肋梁位于隧道内并位于所述钢管内侧，用于支撑所述钢管；两相邻所述肋梁之间连接有一个所述拱墙结构和一个所述混凝土连接结构，所述拱墙结构位于所述混凝土连接结构的上部，所述混凝土连接结构位于隧道底部。
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