CN113417648A - 一种地下工程多跨多层隧道开挖方法 - Google Patents

一种地下工程多跨多层隧道开挖方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种地下工程多跨多层隧道开挖方法，包括如下施工步骤：S1，开挖各跨连接处底层下导洞，并在下导洞内施工底纵梁基础结构；S2，分别开挖与下导洞相对应的上导洞，并在上导洞内施工顶纵梁结构；S3，依次施工各跨之间连接顶纵梁结构与底纵梁基础结构的结构柱；S4，在各跨顶层结构柱之间的拱部结构下方施工拱板结构；S5，分别开挖最左侧结构柱处以及最右侧结构柱处的多层边跨隧道结构；S6，施工各跨结构柱之间的剩余结构。本发明所述的开挖方法利用小导洞先依次施工各跨之间的竖向传力结构，再施工各跨顶部的竖向承载体系，最后施工边跨结构以及各跨之间剩余结构，有效避免了现有大断面隧道暗挖法开挖过程中的施工风险。

Description

一种地下工程多跨多层隧道开挖方法
技术领域
本发明涉及地下工程领域，具体涉及一种施工安全性高、工期短、地面沉降小的地下工程多跨多层隧道开挖方法。
背景技术
随着城市交通的发展需求，地下空间的开发得以重视，但开发位置大部分位于道路下方，由于交通导改等因素制约，需要采用暗挖法施工。其中，对于不对称多跨多层结构的隧道采用暗挖法施工时，例如采用传统洞柱法、洞桩法需要施作边桩，导致造价会偏高，工期较长；采用分部开挖诸如侧洞法、中洞法，虽然造价相对较低，但是施工过程中容易会导致地面沉降过大，对周边环境比如地下管线等建(构)筑物影响较大，且在地下多层结构施工中，还会因浇筑二衬时，需拆除临时仰拱，导致结构水平方向缺乏支撑，从而增加施工风险。
发明内容
基于现有传统暗挖法施工不对称多跨大断面隧道时，存在局限性强，风险大，造价高的问题，本发明提供了一种利用小导洞先依次施工各跨之间的竖向传力结构，再施工各跨顶部的竖向承载体系，最后施工边跨结构以及各跨之间剩余结构的地下工程多跨多层隧道开挖方法，有效避免了现有大断面隧道暗挖法开挖过程中的施工风险。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种地下工程多跨多层隧道开挖方法，包括如下施工步骤：
S1，开挖各跨连接处底层下导洞，并在下导洞内施工底纵梁基础结构；
S2，分别开挖与下导洞相对应的上导洞，并在上导洞内施工顶纵梁结构；
S3，依次施工各跨之间连接顶纵梁结构与底纵梁基础结构的结构柱；
S4，在各跨顶层结构柱之间的拱部结构下方施工拱板结构；
S5，分别开挖最左侧结构柱处以及最右侧结构柱处的多层边跨隧道结构；
S6，施工各跨结构柱之间的剩余结构。
进一步地，步骤S5具体为：分别施工隧道左侧边跨以及右侧边跨最上层导洞超前支护，由上至下逐层开挖隧道两侧边跨导洞，并逐层施工各层边跨导洞内的初支结构；其次，自下而上依次拆除除最底层导洞初支结构外的各层导洞初支结构的仰拱部分，并在各层导洞内施工二次衬砌结构。
作为其中一种实施方案，步骤S4中，各跨结构柱之间的拱部结构由两个上导洞的拱部初支合并构成。
作为其中一种实施方案，步骤S4中，各跨顶层结构柱之间开挖用于连接两个上导洞的中导洞，所述拱部结构由中导洞以及两个上导洞的拱部初支合并构成。
进一步地，步骤S1、S2中，相应导洞开挖前，需要施工打设导洞超前支护。
进一步地，所述拱部结构与拱板结构之间设有回填层。
进一步地，步骤S6具体为：拆除各导洞二衬结构范围内各跨顶纵梁所在上导洞的初支结构；逐层向下开挖土体，施工各层中板结构以及最底层的底板结构。
进一步地，步骤S6具体为：拆除各导洞二衬结构范围内各跨顶纵梁所在上导洞的初支结构以及各跨结构柱之间中导洞的初支结构；逐层向下开挖土体，施工各层中板结构以及最底层的底板结构。
作为优选，施工各层边跨导洞的二次衬砌结构过程中，可在隧道侧墙上架设临时支撑。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、本发明所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法中，通过在各跨连接处底层开挖下导洞，并在下导洞内施工底纵梁基础结构；在各跨连接处顶层开挖上导洞，并在上导洞内施工顶纵梁结构，并依次施工各跨之间连接顶纵梁结构与底纵梁基础结构的结构柱，优先建立各跨顶层与底层之间的竖向传力结构，以确保后续开挖步序的安全性；同时，所述竖向传力结构的设置，可以有效减少各跨顶部的竖向承载体系、边跨结构以及各跨之间剩余结构开挖施工过程中，所导致的地面沉降问题。
2、本发明所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法中，通过在各跨连接处底层开挖下导洞，并在下导洞内施工底纵梁基础结构，再施工边跨结构，有效解决了因地基承载力不足无法采用洞柱法、洞桩法施工的问题。
3、本发明所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法中，通过先施工边跨结构，再施工各跨结构柱之间的剩余结构，以利用各跨结构柱之间未开挖土体平衡其它开挖步序施工过程中的水土压力，可以进一步降低开挖风险。
4、本发明所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，尤其适用于地下工程三跨及三跨以上、单层或多层、对称或不对称隧道的开挖过程中，较传统暗挖工法，具有工程造价低、工期短、施工风险小，对周边环境影响小的特点，极具推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1、图3为本发明实施例1所述地下工程多跨多层隧道开挖方法中，三跨双层隧道施工结构示意图。
图2为本发明实施例2所述地下工程多跨多层隧道开挖方法中，三跨双层隧道施工结构示意图。
图4为本发明实施例1、实施例2所述开挖方法拟建三跨双层隧道竣工结构示意图。
标号说明：1、下导洞；2、上导洞；3、结构柱；4、底纵梁基础结构；5、顶纵梁结构；6、中导洞；7、拱板结构；8a、隧道边跨第一层初支超；8b、隧道边跨第二层初支；8c、隧道边跨第三层初支；9a、隧道边跨第一层二衬结构；9b、隧道边跨第二层二衬结构；9c、隧道边跨第三层二衬结构；10a、中板结构；10b、底板结构；12、回填层；13、中纵梁。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：如图1、3所示，一种地下工程多跨多层隧道开挖方法，包括如下施工步骤：
S1，施工各跨连接处底层导洞超强支护，开挖底层下导洞1，并在下导洞1内分别施工底纵梁基础结构4；
S2，施工各跨连接处顶层导洞超强支护，开挖与下导洞1相对应的上导洞2，并在上导洞2内分别施工顶纵梁结构5；
其中，下导洞1、上导洞2的施工先后顺序以及水平向、竖向相邻导洞开挖间距，可根据地层特点以及隧道工程特点确定。
S3，采用人工挖孔或机械成孔的方法，依次施工各跨之间连接顶纵梁结构5与底纵梁基础结构4的结构柱3；
S4，在各跨顶层结构柱3之间的拱部结构下方施工拱板结构7，并在不对称隧道中回填各跨拱板结构7与隧道拱部之间的间隙；
S5，分别开挖最左侧结构柱3处以及最右侧结构柱3处的多层边跨隧道结构；
S6，施工各跨结构柱3之间的剩余结构。
本实施例1的步骤S4中，各跨结构柱3之间的拱部结构由两个上导洞2的拱部初支合并构成。
具体地，本实施例以开挖三跨双层隧道为例，其中：隧道左侧边跨以及右侧边跨可分别施工三个边跨导洞(如图1、2所示)或两个边跨导洞(图3所示)，本实施例以施工三个边跨导洞为例：
步骤S5具体为：分别施工隧道左侧边跨以及右侧边跨最上层导洞超前支护，并逐层开挖隧道两侧边跨导洞；依次逐层施工隧道边跨第一层初支8a、隧道边跨第二层初支8b、隧道边跨第三层初支8c；自下而上逐层拆除左侧及右侧隧道边跨第二层初支8b、隧道边跨第一层初支8a的临时仰拱部分，并自下而上逐层施工隧道边跨第三层二衬结构9c、隧道边跨第二层二衬结构9b、隧道边跨第一层二衬结构9a，可根据需要，在隧道边跨第三层二衬结构9c侧墙施工缝下方已浇筑墙体上，架设临时支撑11。
步骤S6具体为：拆除边跨导洞二衬结构范围内各跨顶纵梁5所在上导洞2的初支结构以及各跨拱板结构7范围内的上导洞2的初支结构；逐层向下开挖土体，施工各层中板结构10a、中纵梁13以及最底层的底板结构10b；最后根据施工进度及结构受力适时拆除临时支撑11。
本实施例1所述的开挖方法通过优先建立各跨顶层与底层之间的竖向传力结构，降低开挖施工过程中的地面沉降；并采用传统暗挖方法先施工边跨结构，利用中跨未开挖部分土体平衡水平方向内力，进一步降低开挖风险，该方法可适用于多跨、多层隧道的开挖过程中。
本实施例1中，拟建三跨双层隧道的结构示意图如图4所示。
实施例2：如图2所示，一种地下工程多跨多层隧道开挖方法，与实施例1的区别在于，所述步骤S4中，各跨顶层结构柱3之间开挖用于连接两个上导洞2的中导洞6，所述拱部结构由中导洞6以及两个上导洞2的拱部初支合并构成。步骤S7中，还需破除各跨结构柱3之间中导洞6的初支结构。
其中，三跨以上隧道暗挖法施工时，各跨结构柱之间拱顶板结构所在中导洞6之间水平向开挖间距，可根据地层特点及工程特点确定；中导洞6开挖前需要施工超前支护。
本发明实施例1、实施例2所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，通过整合传统工法优点，调整工序，完成受力转换，从而达到节约工程造价，降低施工风险的目的。较传统暗挖工法，更适用于不对称、多跨、多层结构隧道，应用范围更广。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，包括如下施工步骤：
S1，开挖各跨连接处底层下导洞(1)，并在下导洞(1)内施工底纵梁基础结构(4)；
S2，分别开挖与下导洞(1)相对应的上导洞(2)，并在上导洞(2)内施工顶纵梁结构(5)；
S3，依次施工各跨之间连接顶纵梁结构(5)与底纵梁基础结构(4)的结构柱(3)；
S4，在各跨顶层结构柱(3)之间的拱部结构下方施工拱板结构(7)；
S5，分别开挖最左侧结构柱(3)处以及最右侧结构柱(3)处的多层边跨隧道结构；
S6，施工各跨结构柱(3)之间的剩余结构。
2.根据权利要求1所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，步骤S5具体为：分别施工隧道左侧边跨以及右侧边跨最上层导洞超前支护，由上至下逐层开挖隧道两侧边跨导洞，并逐层施工各层边跨导洞内的初支结构；其次，自下而上依次拆除除最底层导洞初支结构外的各层导洞初支结构的仰拱部分，并在各层导洞内施工二次衬砌结构。
3.根据权利要求2所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，步骤S4中，各跨结构柱(3)之间的拱部结构由两个上导洞(2)的拱部初支合并构成。
4.根据权利要求2所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，步骤S4中，在各跨顶层结构柱(3)之间开挖用于连接两个上导洞(2)的中导洞(6)，所述拱部结构由中导洞(6)以及两个上导洞(2)的拱部初支合并构成。
5.根据权利要求3或4所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，步骤S1、S2中，相应导洞开挖前，需要施工打设导洞超前支护。
6.根据权利要求5所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，所述拱部结构与拱板结构(7)之间设有回填层(12)。
7.根据权利要求3所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，步骤S6具体为：拆除导洞二衬结构范围内各跨顶纵梁(5)所在上导洞(2)的初支结构；逐层向下开挖土体，施工各层中板结构(10a)以及最底层的底板结构(10b)。
8.根据权利要求4所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，步骤S6具体为：拆除各导洞二衬结构范围内各跨顶纵梁(5)所在上导洞(2)的初支结构以及各跨结构柱(3)之间中导洞(6)的初支结构；逐层向下开挖土体，施工各层中板结构(10a)以及最底层的底板结构(10b)。
9.根据权利要求2所述的地下工程多跨多层隧道开挖方法，其特征在于，施工各层边跨导洞的二次衬砌结构过程中，可在隧道侧墙上架设临时支撑(11)。
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