CN112727466A - 一种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法。本发明在盾构隧道掘进完成后,在设计风井位置首先采用高压旋喷桩对风井施工范围土体进行加固止水,再分节段将预制风井结构吊装就位,在风井结构内部进行开挖,风井结构利用自重逐步下沉,直至挖掘到已施工完成的盾构隧道结构上方。在盾构和风井结构连接位置进行可靠加固止水后,在风井结构内在盾构隧道结构顶部进行开孔,开孔的管片采用钢管片,再通过钢套管将盾构隧道钢管片与风井结构焊接连接,完成风井结构的施工。本发明能够风井深基坑支护结构施工,实现隧道风井安全、快速、经济、环保的施工目的,适用于城市盾构隧道工程的施工。

Description

一种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法
技术领域
本发明属于城市盾构隧道工程领域,具体涉及一种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法。
背景技术
随着我国城市建设的快速发展,各大城市地下空间开发的强度不断增加,盾构法隧道的应用也越来越普遍,同时盾构隧道的直径不断加大,隧道埋深也越来越深,由于地下隧道是一个相对密闭的空间,作为地铁或城市道路时,对隧道的通风排烟要求非常高,间隔一定距离就需要设置出地面的风井结构。风井一般设置在隧道区间的中间位置,这些位置一般都是盾构隧道埋深最深的位置。目前风井结构一般采用明挖顺做法进行施工,为保证盾构机可以通过,风井基坑通常设置较大,基坑深度也很深。深基坑施工需要设置大量的临时支护结构,施工工期长,还会造成大量的建筑材料的浪费,同时由于基坑深度的增加大大提高了施工风险。以往由于盾构单次掘进的里程有限,风井深基坑可以作为盾构隧道的中间工作井,施工工期和材料的浪费问题上不突出。但是,目前盾构隧道单次掘进的里程已远远大于设置风井间距的限制,因此急需发明一种无需设置支护结构的,采用预制拼装式方式施工的盾构隧道风井结构,实现盾构隧道风井快速、安全、低影响的施工。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题,提供一种盾构隧道风井结构,实现取消风井深基坑支护结构的设置减少建设材料的浪费,通过减小基坑开挖深度控制基坑开挖对环境的影响以及减小基坑开挖的风险。
本发明所采用的技术方案是:
一种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其步骤如下:
S1:在需要设置风井结构的盾构隧道施工完成后,对需要设置风井的地面进行场地平整;所述盾构隧道在需要设置风井的位置采用钢管片;
S2:将用于拼装成风井结构的预制管节运输至施工场地,且所有预制管节按下沉安装顺接进行编号;其中第一节预制管节为钢管节,其下端设置刃口并在刃口处预埋注浆孔,其余管节为预制混凝土管节;
S3:待需要设置风井的地面场地平整完毕后,将风井结构的第一节预制管节垂直吊装就位,钢管节刃口顶于地面上;然后对预制管节内的土体进行开挖,利用预制管节的自重或者配合外部加载控制预制管节随着土体开挖逐渐下沉;
S4:当预制管节下沉至仅有端部露出地面时,停止土体开挖,吊装下一节预制混凝土管节,预制混凝土管节吊装就位后将其与已插入土体的预制管节顶端进行连接并做防水密封处理,连接完成后继续开挖预制管节内的土体,使已拼接的所有预制管节继续整体下沉;
S5:不断循环上述S4操作,使预制管节逐节拼接后下沉,直至钢管节的底部下沉到盾构隧道的钢管片结构上方;
S6:当钢管节下沉到盾构隧道的钢管片结构上方时,利用预留的注浆孔在钢管节底部进行注浆加固防水;
S7:钢管节底部完成注浆加固防水后,破除盾构隧道顶板的钢管片,使风井结构与盾构隧道贯通;
S8:待钢管片破除后,将连接钢管吊装下沉至风井结构与盾构隧道的连接部位,并将其分别与盾构隧道的钢管片和钢管节进行焊接,利用连接钢管保持钢管片和钢管节连接处的固定密封;
S9:最后通过预埋的注浆孔进行二次注浆,将连接钢管和钢管片外的空隙填充密实防止漏水,完成盾构隧道风井结构的施工。
作为优选,在进行风井结构的下沉施工前,需进行场地勘探,探明风井开挖范围内的地质情况、地下管线和地下水情况。
进一步的,当完成场地勘探后,需设计验算风井内土体开挖阶段基坑底稳定性,当土体条件不满足基坑坑底抗隆起稳定性时,需要在土体开挖前,根据土质条件对开挖范围的土体进行加固止水,加固完成后再将第一节预制管节吊装就位准备土体开挖;当土体条件满足基坑坑底抗隆起稳定性时,无需进行加固止水,直接将第一节预制管节吊装就位准备土体开挖。
作为优选,所述钢管节下端刃口的刃角设置为60度。
作为优选,所述钢管节中,注浆孔的注浆口位于管节内表面,出浆口位于管节底部的刃口面。
作为优选,所述风井结构的相邻两节预制管节之间通过企口拼接,且企口处采用螺栓进行连接固定,拼接缝中设置遇水膨胀止水的密封圈进行防水。
作为优选,在预制管节下沉过程中,需对预制管节下沉的平整性进行实时监测,通过开挖土体的多少来控制预制管节不同方位的下沉量,确保预制管节整体水平下沉。
进一步的,预制管节不均匀下沉量控制在预制管节长边方向长度的1%,预制管节的倾斜率控制在已下沉管节长度的0.5%。
作为优选,在预制管节下沉过程中,将预制管节内的土体均匀地逐层挖除使预制管节在自重作用下逐渐下沉;当自重不能克服预制管节与土体之间的摩阻力时,通过在预制管节上方进行外部加载的方式实现预制管节的下沉。
作为优选,当一节预制管节下沉至顶端距离地面0.5m时,停止土体开挖,吊装下一节预制混凝土管节。
本发明的有益效果是:采用本发明所述的盾构隧道风井结构形式,可以取消常规的风机深基坑开挖所需的临时维护结构,减少建设材料的浪费,通过减小基坑开挖深度控制基坑开挖对环境的影响以及减小基坑开挖的风险。采用预制拼装风井结构形式,结合盾构隧道施工方法,大大提高了地下结构施工的预制装配率,减少施工现场现浇混凝土的施工,改善施工环境条件。
本发明所述的一种盾构隧道风井结构形式,具有无需设施风井深基坑支护结构,不影响盾构隧道掘进施工工期,不额外占用施工作业空间,方便施工,综合效率高、社会成本低等优点,对实现盾构隧道风井快速、安全、环境低影响的施工,保证工程建设进度、节约社会成本具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图。
图中,1为地面,2为预制混凝土管节,3为钢管节,4为预留注浆孔,5为盾构隧道(在设置风井位置为钢管片,其余为钢筋混凝土管片),6为连接钢管,7为地基加固体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下,均可进行相应组合。
在本发明的一个较佳实施例中,提供了一种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其目的是避免施工现场现浇混凝土,改为采用预制拼装的形式实现盾构隧道的风井结构施工。
如图1所示,该风井结构是由多段预制管节拼装而成的,预制管节可根据风井的断面尺寸、风井深度,设计确定预制风井管节2结构配筋及结构厚度,并预先在工厂中加工生产,然后转运至现场进行拼装施工。各预制管节的管径一致,但是首段预制管节由于需要承担向下钻进的作用,因此第一节预制管节需采用钢管节3,其下端设置刃口并在刃口处预埋注浆孔4,其余管节则采用预制混凝土管节2即可。钢管节3下端刃口的刃角可以设置为60度,注浆孔4的注浆口位于管节内表面,出浆口位于管节底部的刃口面。另外,盾构隧道5在需要设置风井的位置应当采用钢管片,以便于后续与钢管节3之间的连接。但需要注意的是,盾构隧道5仅需要在设置风井位置为钢管片3,其余依然可采用钢筋混凝土管片。
该风井结构中相邻预制管节之间可以通过设置企口进行拼接,且企口位置可以预留匹配的螺栓孔,当两节预制管节拼接后,可以向螺栓孔中拧入螺栓进行固定连接,使其连接为一体。由此,这种做法下,该风井结构无需现场浇筑混凝土,可以大大提高地下结构施工的预制装配率,加快施工进度。
下面对此种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法的具体步骤进行详细描述,其步骤如下:
S1:需要设置风井结构的盾构隧道5施工完成后,即可对需要设置风井的地面进行场地平整。
S2:将用于拼装成风井结构的预制管节运输至施工场地,且所有预制管节按下沉安装顺接进行编号。如前所述,第一节预制管节为钢管节3,编号为1其余管节均为预制混凝土管节2,依次编号为2,3,…,n,n为风井结构总计需要的预制管节数量。
为了保证土体开挖以及基坑坑底抗隆起稳定性,在进行风井结构的下沉施工前,需进行场地勘探,探明风井开挖范围内的地质情况、地下管线和地下水等情况。当完成场地勘探后,需设计验算风井内土体开挖阶段基坑底稳定性,如果土体条件不满足基坑坑底抗隆起稳定性时,需要在土体开挖前,根据土质条件对开挖范围的土体进行加固止水,形成地基加固体7,加固完成后再进行后续S3步骤;当土体条件满足基坑坑底抗隆起稳定性时,无需进行加固止水,直接可以进行后续S3步骤。
如需对土体进行加固,则需要根据风井开挖范围内的地质情况、地下管线、地下水等情况,制定风井开挖范围土体加固的范围和方案。具体的加固方案可采用现有技术,例如在设计风井位置首先采用高压旋喷桩对风井施工范围土体进行加固止水,不再赘述。
S3:待需要设置风井的地面场地平整完毕后,将风井结构的第一节预制管节即钢管节3垂直吊装就位,钢管节3刃口顶于地面上。然后对第一节预制管节内的土体进行开挖,利用预制管节的自重使预制管节随着土体开挖逐渐下沉。
下沉过程中对预制管节的平整性进行实时监测,通过开挖土体的多少来控制预制管节的下沉量,确保预制管节整体水平下沉,即下沉过程中不会发生严重倾斜。在本实施例中,预制管节不均匀下沉量尽量控制在预制管节长边方向长度的1%,预制管节的倾斜率尽量控制在已下沉管节长度的0.5%。
S4:当预制管节下沉至仅有端部露出地面时(本实施例中可以预制管节下沉至顶端距离地面0.5m为准),停止土体开挖,吊装下一节预制管节即预制混凝土管节2,预制混凝土管节2吊装就位后将其与已插入土体的预制管节顶端进行连接并做防水密封处理,连接完成后继续开挖预制管节内的土体,使已拼接的所有预制管节继续整体下沉。
S5:不断循环上述S4操作,使预制管节逐节拼接后下沉,直至钢管节3的底部下沉到盾构隧道5的钢管片结构上方。
需注意的是,虽然上述风井结构的相邻两节预制管节之间通过企口拼接,但仅仅依靠企口拼接的话,该位置的牢固性和防水密封性能一般无法达到标准,因此企口处需要采用拧入螺栓的方式进行连接固定,而且拼接缝中需要设置遇水膨胀止水的密封圈进行防水。
S6:当钢管节3下沉到盾构隧道5的钢管片结构上方时,即可利用预留的注浆孔4在钢管节3底部进行第一次注浆加固防水,保证此处的防水密封性能,防止地下水进入盾构隧道5中。
S7:待钢管节3底部完成第一次注浆加固防水后,可以利用工具破除盾构隧道5顶板处的钢管片,使风井结构与盾构隧道5贯通。
S8:待钢管片破除后,将一条连接钢管6吊装下沉至风井结构与盾构隧道5的连接部位。连接钢管6的外径与钢管节3的内径基本一致,其保持部分伸入盾构隧道5,部分位于钢管节3中的状态。然后将连接钢管6分别与盾构隧道5的钢管片和钢管节3进行焊接,利用连接钢管6保持钢管片和钢管节3连接处的固定密封。
S9:最后通过预埋的注浆孔4进行二次注浆,将连接钢管6和钢管片外的空隙填充密实防止漏水,完成盾构隧道风井结构的施工。
需注意的是,在各预制管节下沉过程中,为了保证下沉的均匀性,预制管节内的土体应当尽量均匀地逐层挖除,使预制管节在自重作用下逐渐均匀下沉。但是当预制管节的自重不能克服预制管节与土体之间的摩阻力时,则需要通过在预制管节上方进行外部加载的方式实现预制管节的下沉。
由此可见,本发明提供了一种新型的城市盾构隧道风井施工方法,通过采用预制拼装风井结构形式,以顺做沉井的方式开挖,将预制风井结构兼做土体支护结构,从而节省了风井深基坑支护结构施工的时间和成本,实现隧道风井安全、快速、经济、环保的施工目的。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,步骤如下:
S1:在需要设置风井结构的盾构隧道(5)施工完成后,对需要设置风井的地面进行场地平整;所述盾构隧道(5)在需要设置风井的位置采用钢管片;
S2:将用于拼装成风井结构的预制管节运输至施工场地,且所有预制管节按下沉安装顺接进行编号;其中第一节预制管节为钢管节(3),其下端设置刃口并在刃口处预埋注浆孔(4),其余管节为预制混凝土管节(2);
S3:待需要设置风井的地面场地平整完毕后,将风井结构的第一节预制管节垂直吊装就位,钢管节(3)刃口顶于地面上;然后对预制管节内的土体进行开挖,利用预制管节的自重或者配合外部加载控制预制管节随着土体开挖逐渐下沉;
S4:当预制管节下沉至仅有端部露出地面时,停止土体开挖,吊装下一节预制混凝土管节(2),预制混凝土管节(2)吊装就位后将其与已插入土体的预制管节顶端进行连接并做防水密封处理,连接完成后继续开挖预制管节内的土体,使已拼接的所有预制管节继续整体下沉;
S5:不断循环上述S4操作,使预制管节逐节拼接后下沉,直至钢管节(3)的底部下沉到盾构隧道(5)的钢管片结构上方;
S6:当钢管节(3)下沉到盾构隧道(5)的钢管片结构上方时,利用预留的注浆孔(4)在钢管节(3)底部进行注浆加固防水;
S7:钢管节(3)底部完成注浆加固防水后,破除盾构隧道(5)顶板的钢管片,使风井结构与盾构隧道(5)贯通;
S8:待钢管片破除后,将连接钢管(6)吊装下沉至风井结构与盾构隧道(5)的连接部位,并将其分别与盾构隧道(5)的钢管片和钢管节(3)进行焊接,利用连接钢管(6)保持钢管片和钢管节(3)连接处的固定密封;
S9:最后通过预埋的注浆孔(4)进行二次注浆,将连接钢管(6)和钢管片外的空隙填充密实防止漏水,完成盾构隧道风井结构的施工。
2.如权利要求1所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,在进行风井结构的下沉施工前,需进行场地勘探,探明风井开挖范围内的地质情况、地下管线和地下水情况。
3.如权利要求2所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,当完成场地勘探后,需设计验算风井内土体开挖阶段基坑底稳定性,当土体条件不满足基坑坑底抗隆起稳定性时,需要在土体开挖前,根据土质条件对开挖范围的土体进行加固止水,加固完成后再将第一节预制管节吊装就位准备土体开挖;当土体条件满足基坑坑底抗隆起稳定性时,无需进行加固止水,直接将第一节预制管节吊装就位准备土体开挖。
4.如权利要求1所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,所述钢管节(3)下端刃口的刃角设置为60度。
5.如权利要求1所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,所述钢管节(3)中,注浆孔(4)的注浆口位于管节内表面,出浆口位于管节底部的刃口面。
6.如权利要求1所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,所述风井结构的相邻两节预制管节之间通过企口拼接,且企口处采用螺栓进行连接固定,拼接缝中设置遇水膨胀止水的密封圈进行防水。
7.如权利要求1所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,在预制管节下沉过程中,需对预制管节下沉的平整性进行实时监测,通过开挖土体的多少来控制预制管节不同方位的下沉量,确保预制管节整体水平下沉。
8.如权利要求7所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,预制管节不均匀下沉量控制在预制管节长边方向长度的1%,预制管节的倾斜率控制在已下沉管节长度的0.5%。
9.如权利要求1所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,在预制管节下沉过程中,将预制管节内的土体均匀地逐层挖除使预制管节在自重作用下逐渐下沉;当自重不能克服预制管节与土体之间的摩阻力时,通过在预制管节上方进行外部加载的方式实现预制管节的下沉。
10.如权利要求1所述的无支护预制拼装式盾构隧道风井结构施工方法,其特征在于,当一节预制管节下沉至顶端距离地面0.5m时,停止土体开挖,吊装下一节预制混凝土管节(2)。
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