CN113236261B - 一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法 - Google Patents

一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于隧道的掘进方法技术领域，具体涉及一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，根据洞室埋深分为浅埋段和深埋段：(1)浅埋段采用的开挖方法为双侧壁导坑法：上断面采用双侧壁导坑法开挖支护后形成左右导洞交错施工，并保留中岩柱及中隔墙临时支撑，中下断面在中岩柱和中隔壁临时支撑的安全支撑条件下进行开挖；(2)深埋段采用的开挖方法为分部台阶法：上断面分三步开挖支护后形成初支，中下断面在临时支撑的掩护下进行开挖；浅埋段和深埋段均采用悬臂掘进机开挖，中下断面开挖时，左右两侧错开落底，对上断面的拱脚处的临空面位置进行初喷支护。本发明解决了复杂地质条件下，地下车站洞室暗挖施工成洞困难，易发生坍塌事故、地表沉降的问题。

Description

一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法
技术领域
本发明属于隧道的掘进方法技术领域，具体涉及一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法。
背景技术
随着城市交通及现代化建设的快速发展，城市轨道交通已成为城市建设中的一项重要交通工具。城市轨道交通面临的环境复杂多变，地质条件呈现多样化，各类交通线路、地下管线错综相交，选择合适的施工工法在大断面隧道施工中尤为重要。双侧壁导坑法是隧道施工的一种方法，在各地下车站的施工过程中被广泛运用，其施工过程工序衔接紧扣，各导坑施工顺序分明，双侧壁导坑施工工法除主体支护外增加了临时支撑措施，临时支撑措施随着主体支护一同施工，提高了开挖支护过程中的支护强度，有利于围岩稳定性的维持。
对于地下车站洞室的开挖，往往面临着暗挖断面大、下穿既有建筑物、穿越的地层主要为砂质泥岩和砂岩、建筑物的基础底部距离车站开挖轮廓线最小垂直距离小等综合因素复杂的地质条件，造成暗挖施工成洞困难，而且如果采用常规的双侧壁导坑法开挖，易发生坍塌事故、地表沉降等。
发明内容
本发明意在提供一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，以解决复杂地质条件下，地下车站洞室暗挖施工成洞困难，易发生坍塌事故、地表沉降的问题。
为了达到上述目的，本发明的方案为：一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，根据洞室埋深分为浅埋段和深埋段：
(1)浅埋段采用的开挖方法为双侧壁导坑法：上断面采用双侧壁导坑法开挖支护后形成左右导洞交错施工，并保留中岩柱及中隔墙临时支撑，中下断面在中岩柱和中隔壁临时支撑的安全支撑条件下进行开挖；
(2)深埋段采用的开挖方法为分部台阶法：上断面分三步开挖支护后形成初支，中下断面在临时支撑的掩护下进行开挖；
浅埋段和深埋段均采用悬臂掘进机开挖，中下断面开挖时，左右两侧错开落底，对上断面的拱脚处的临空面位置进行初期支护。
本方案的工作原理及有益效果在于：在浅埋段，中岩柱及中隔墙临时支撑对于其上方的既有建筑物的基础，能够起到支撑作用，避免该部位后可能引起房屋不均匀沉降形成较大安全隐患。而对于深埋段，沉降风险降低，则采用分部台阶法能够提升开挖的同时，避免临时支撑拆除时的风险，更利于地下车站洞室暗挖施工成洞。悬臂掘进机开挖为非爆破开挖，对围岩扰动小，再加上对中下断面开挖时，左右两侧错开落底，对上断面拱脚处的临空面位置进行初喷支护，加强拱脚处的保护，防止拱脚处泥岩遇水软化，能够极大降低开挖坍塌的风险。
可选地，采用的双侧壁导坑法为：
(1)开挖上台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距5～10m；
(2)开挖中台阶左、右侧导洞，并施作初期支护；
(3)开挖下台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距5～10m；
(4)开挖上台阶中部导洞，并施作初期支护，上台阶开挖后拆除竖向支撑，拆除长度每次不大于6m；
(5)开挖中台阶中部导洞，并施作初期支护；
(6)开挖下台阶中部导洞，并施作初期支护；
(7)开挖仰拱，布置排水设施，铺设防水层。
本方法中，中下断面开挖的核心原则是“先边墙交错落底、后拆除中隔壁竖向临时支撑并开挖中部核心土”，改方法是优化后的双侧壁导坑法，防地表建筑物沉降效果更好。
可选地，采用的分部台阶法为：
(1)开挖上台阶左、右侧导洞；
(2)开挖上台阶中部导洞，并施作初期支护；
(3)开挖中台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距10～15m；
(4)开挖下台阶左、右侧导洞，并施作初期支护；
(5)开挖中台阶中部导洞；
(6)开挖下台阶中部导洞，并施作初期支护；
(7)开挖仰拱，布置排水设施，铺设防水层。
本方法中，中下断面开挖的核心原则是“先边墙交错落底完成初期支护、后开挖中下部核心土”，更利于成洞并防止坍塌。
可选地，洞室的风道采用三台阶法开挖：
(1)开挖一侧导洞上台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(2)开挖另一侧导洞上台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(3)开挖一侧导洞中台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(4)开挖另一侧导洞中台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(5)开挖一侧导洞下台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(6)开挖另一侧导洞下台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护。
风道开挖断面相较于地下车站洞室的断面较小，采用三台阶法可两侧交错台阶法开挖支护，两侧交错互为支护，保证开挖过程中的安全，各导洞掌子面沿纵向应错开一定距离，避免相互影响。
可选地，初期支护喷射混凝土强度等级为C25，厚度为20cm～40cm，喷射方法为：初喷砼厚度3～5cm，复喷混凝土时分层喷射，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，边墙从拱脚开始向上喷射，一次喷射厚度7～10cm，拱部5～6cm，喷嘴与受喷面保持1.5～2.0米距离，喷射角度为90度。
可选地，双侧壁导坑法和分部台阶法，开挖进尺控制在2.0m以内。开挖施工过程中对围岩扰动小，便于及时支护。
可选地，对上台阶拱脚部位30～50cm以内的区域，采用水磨钻、液压破碎头开挖。避免采用大型设备，防止破坏拱脚处。
可选地，还包括拱脚模板，包括拱板和若干定位杆，拱板的侧边铰接在定位杆的中部，定位杆的一端为尖端，定位杆远离尖端的一端上设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓，拱板远离定位杆的一端上设有耳板，耳板位于拱板朝向螺纹孔的一侧，耳板上开有通孔，螺栓穿过通孔。
定位杆平放，敲击定位杆，将尖端钉入到拱脚临空面中，让拱板与临空面之间形成间隙，旋拧螺栓，将耳板拉紧，螺栓作为拱板的支撑结构，可将拱板固定，在间隙内浇入混凝土即可形成拱脚的初期支护。
可选地，拱板为弹簧钢板。
旋拧螺栓上的螺帽，可调节拱板的弯曲程度，以让拱板形成与拱脚平行的弧面。
可选地，定位杆上靠近螺纹孔处设有钉孔，钉孔内设有固定钉，定位杆的中部设有连接槽，连接槽的开口朝向螺纹孔一侧，拱板背向连接槽的开口拱起。
通过钉孔将固定钉钉入地面，可让定位杆的固定更稳固。而连接槽的设置，便于取下拱板，而且更便于从开口处截断固定杆，让固定杆作为钢筋保留在初期支护中。
附图说明
图1为本发明实施例一中双侧壁导坑法开挖示意图；
图2为本发明实施例一中分部台阶法开挖示意图；
图3为本发明实施例一中拱脚模板的结构示意图；
图4为本发明实施例二中风道三台阶法开挖示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的标记包括：拱板1、耳板2、螺栓3、定位杆4、固定钉5、临时钢拱支架6。
实施例一
本实施例基本如图1、图2所示：一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，根据洞室埋深分为浅埋段和深埋段：
(一)浅埋段采用的开挖方法为双侧壁导坑法：
(1)开挖上台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距5～10m；
(2)开挖中台阶左、右侧导洞，并施作初期支护；
(3)开挖下台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距5～10m；
(4)开挖上台阶中部导洞，并施作初期支护，上台阶开挖后拆除竖向支撑，拆除长度每次不大于6m；
(5)开挖中台阶中部导洞，并施作初期支护；
(6)开挖下台阶中部导洞，并施作初期支护；
(7)开挖仰拱，布置排水设施，铺设防水层。
双侧壁导坑法开挖支护后形成左右导洞交错施工，并保留中岩柱及中隔墙临时支撑，中下断面在中岩柱和中隔壁临时支撑的安全支撑条件下按“先边墙交错落底、后拆除中隔壁竖向临时支撑并开挖中部核心土”的顺序进行开挖。具体顺序为附图1中的①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→⑨。
(二)深埋段采用的开挖方法为分部台阶法：
(1)开挖上台阶左、右侧导洞；
(2)开挖上台阶中部导洞，并施作初期支护；
(3)开挖中台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距10～15m；
(4)开挖下台阶左、右侧导洞，并施作初期支护；
(5)开挖中台阶中部导洞；
(6)开挖下台阶中部导洞，并施作初期支护；
(7)开挖仰拱，布置排水设施，铺设防水层。
上断面采用双侧壁导坑法分三步开挖支护后形成初支，中下断面在初支的掩护下按“先边墙交错落底完成初期支护、后开挖中下部核心土”的顺序进行开挖。拱墙采用模板台车整体衬砌。具体顺序为附图2中的①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→⑨。
初期支护喷射混凝土强度等级为C25，厚度为32cm，喷射方法为：初喷砼厚度4cm，复喷混凝土时分层喷射，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，边墙从拱脚开始向上喷射，一次喷射厚度8cm，拱部6cm，喷嘴与受喷面保持1.5～2.0米距离，喷射角度为90度。
浅埋段和深埋段均采用悬臂掘进机开挖，开挖进尺控制在2.0m以内，中下断面开挖时，左右两侧错开落底，对上台阶拱脚部位30～50cm以内的区域，采用水磨钻、液压破碎头开挖，对上断面的拱脚处的临空面位置进行初期支护。
上断面的拱脚处的临空面的初期支护，采用拱脚模板，如附图3所示，包括拱板1和若干定位杆4，拱板1的侧边铰接在定位杆4的中部，拱板1为弹簧钢板，定位杆4的一端为尖端，定位杆4远离尖端的一端上设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓3，拱板1远离定位杆4的一端上设有耳板2，耳板2位于拱板1朝向螺纹孔的一侧，耳板2上开有通孔，螺栓3穿过通孔。定位杆4上靠近螺纹孔处设有钉孔，钉孔内设有固定钉5，定位杆4的中部设有连接槽，连接槽的开口朝向螺纹孔一侧，拱板1背向连接槽的开口拱起。
拱脚临空面初期支护前，定位杆4平放，敲击定位杆4，将尖端钉入到拱脚临空面中，通过钉孔将固定钉5钉入地面。然后将拱板1的下侧边卡入到连接槽中，旋拧螺栓3上的螺帽，调节拱板1的弯曲程度，让拱板1形成与拱脚平行的弧面。拱板1与临空面之间形成间隙，螺栓3作为拱板1的支撑结构。在间隙内浇入混凝土即可形成拱脚的初期支护。初期支护完成后，从开口处截断固定杆，让固定杆作为钢筋保留在初期支护中。
实施例二
本实施例与实施例一的区别之处在于：洞室还设有风道，如附图4所示，风道采用三台阶法开挖：
(1)开挖一侧导洞上台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(2)开挖另一侧导洞上台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(3)开挖一侧导洞中台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(4)开挖另一侧导洞中台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(5)开挖一侧导洞下台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
(6)开挖另一侧导洞下台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护。
具体顺序为附图4中的①→②→③→④→⑤→⑥，上台阶2个导坑采用水磨钻开挖，扰动小，每个导洞一次开挖支护不大于2米，台阶开挖过程中，及时施作初期支护并作临时钢拱支架6，各导洞掌子面沿纵向应错开1米以上距离。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，其特征在于：根据洞室埋深分为浅埋段和深埋段：
（1）浅埋段采用的开挖方法为双侧壁导坑法：上断面采用双侧壁导坑法开挖支护后形成左右导洞交错施工，并保留中岩柱及中隔墙临时支撑，中下断面在中岩柱和中隔壁临时支撑的安全支撑条件下进行开挖；
（2）深埋段采用的开挖方法为分部台阶法：上断面分三步开挖支护后形成初支，中下断面在临时支撑的掩护下进行开挖；
浅埋段和深埋段均采用悬臂掘进机开挖，中下断面开挖时，左右两侧错开落底，对上断面的拱脚处的临空面位置进行初喷支护；
采用的双侧壁导坑法为：
（1）开挖上台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距5～10m；
（2）开挖中台阶左、右侧导洞，并施作初期支护；
（3）开挖下台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距5～10m；
（4）开挖上台阶中部导洞，并施作初期支护，上台阶开挖后拆除竖向支撑，拆除长度每次不大于6m；
（5）开挖中台阶中部导洞，并施作初期支护；
（6）开挖下台阶中部导洞，并施作初期支护；
（7）开挖仰拱，布置排水设施，铺设防水层；
采用的分部台阶法为：
（1）开挖上台阶左、右侧导洞；
（2）开挖上台阶中部导洞，并施作初期支护；
（3）开挖中台阶左、右侧导洞，并施作初期支护，左、右侧导洞施工间距10～15m；
（4）开挖下台阶左、右侧导洞，并施作初期支护；
（5）开挖中台阶中部导洞；
（6）开挖下台阶中部导洞，并施作初期支护；
（7）开挖仰拱，布置排水设施，铺设防水层；
洞室的风道采用三台阶法开挖：
（1）开挖一侧导洞上台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
（2）开挖另一侧导洞上台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
（3）开挖一侧导洞中台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
（4）开挖另一侧导洞中台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
（5）开挖一侧导洞下台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护；
（6）开挖另一侧导洞下台阶岩体，设锁脚锚杆并施作初期支护。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，其特征在于：初期支护喷射混凝土强度等级为C25，厚度为20cm～40cm，喷射方法为：初喷砼厚度3～5cm，复喷混凝土时分层喷射，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，边墙从拱脚开始向上喷射，一次喷射厚度7～10cm，拱部5～6cm，喷嘴与受喷面保持1.5～2.0米距离，喷射角度为90度。
3.根据权利要求2所述的一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，其特征在于：双侧壁导坑法和分部台阶法，开挖进尺控制在2.0m以内。
4.根据权利要求3所述的一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，其特征在于：对上台阶拱脚部位30～50cm以内的区域，采用水磨钻、液压破碎头开挖。
5.根据权利要求4所述的一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，其特征在于：还包括拱脚模板，包括拱板和若干定位杆，拱板的侧边铰接在定位杆的中部，定位杆的一端为尖端，定位杆远离尖端的一端上设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓，拱板远离定位杆的一端上设有耳板，耳板位于拱板朝向螺纹孔的一侧，耳板上开有通孔，螺栓穿过通孔。
6.根据权利要求5所述的一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，其特征在于：拱板为弹簧钢板。
7.根据权利要求6所述的一种浅埋地下车站大断面洞室开挖方法，其特征在于：定位杆上靠近螺纹孔处设有钉孔，钉孔内设有固定钉，定位杆的中部设有连接槽，连接槽的开口朝向螺纹孔一侧，拱板背向连接槽的开口拱起。
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