CN113803073A - 富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法。包括步骤1：施工既有地下车站两侧的地面竖井；步骤2：从两侧地面竖井内侧进行双向水平冻结并在既有地下车站内形成封闭的连通的冻结壁结构；步骤3：在冻结壁结构的保护下进行矿山法隧道开挖施工，破除既有地下车站内的地连墙和抗拔桩或临时立柱，施工初期支护，并将截断的地连墙、抗拔桩或临时立柱上下与初期支护连接，施作二次衬砌；步骤4：通过注浆管注入水泥浆强制解冻，混凝土回填地面竖井及初期支护和二次衬砌；步骤5：盾构机掘进施工，拼装管片形成隧道。本发明可解决富水砂层中盾构掘进中遇到的地下障碍物难以清除的难题，从而提高了盾构掘进的可通过性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法。
背景技术
随着城市轨道交通工程建设的迅猛发展，线网规划在不断的更新，导致部分车站在前期建设过程中，未预留后期线路的工程建设条件，其直接制约新建工程的建设方案。
原标准地下车站在建设期间，未考虑后期新建线路，因此其遗留在地下的各类地下构筑物，如围护桩或地连墙、抗拔桩或临时立柱等，仅满足自身受力计算要求，当新建线路的隧道在下穿既有地下车站时，需要将隧道建设范围内的各类地下构筑物纳入考虑范围。
一般情况下，既有地下车站的各类地下构筑物主要为钢筋混凝土结构，当地下构筑物中的钢筋直径较小，不含槽钢、H型钢等尺寸大的钢材时，盾构机可通过优化刀盘配置直接切削通过。当地下构筑物中的钢筋直径较大，或含槽钢、H型钢等尺寸大的钢材时，则需采取人工破除方案。
当既有地下车站地处稳定性较好、地下水不丰富的地层时，可通过采取必要的超前预加固等措施，人工开挖破除各类地下构筑物；当既有地下车站地处富水砂层时，砂层稳定性低，且在地下水作用下易造成涌水涌砂，普通的超前预加固措施难以保障工程安全和人员安全。
如专利CN201710607908.2，提供了一种地铁隧道穿越地铁车站地下连续墙的施工方法，该方法虽然可通过地下障碍物，但是存在以下问题：1、需要盾构开仓，存在一定风险；2、不适用于既有车站下部存在抗拔桩的情况。
因此需要发明一种有效的清障工法，保障工程安全和人员安全。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法。
本发明采用的技术方案是：一种富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：施工既有地下车站两侧的地面竖井；
步骤2：从两侧地面竖井内侧进行双向水平冻结并在既有地下车站内形成封闭的连通的冻结壁结构；
步骤3：在冻结壁结构的保护下进行矿山法隧道开挖施工，破除既有地下车站内的地连墙和抗拔桩或临时立柱，施工初期支护，并将截断的地连墙、抗拔桩或临时立柱上下与初期支护连接，施作二次衬砌；
步骤4：通过注浆管注入水泥浆强制解冻，混凝土回填地面竖井及初期支护和二次衬砌；
步骤5：盾构机掘进施工，拼装管片形成隧道。
其中，所述矿山法隧道包括初期支护、二次衬砌。
所述地面竖井内设有多道内支撑结构。
所述管片为拼装的钢管片或易于切割的混凝土管片。
上述步骤1中，后续开洞及盾构机通过区域设置玻璃纤维筋。
所述冻结壁结构的壁厚度不小于2.5m。
上述步骤3中，初期支护采用早强喷射混凝土及型钢支护，喷射混凝土厚度为200～450mm，强度为C35，抗渗等级为P10，型钢钢拱架采用工字钢I22b，型钢之间采用角钢、钢板连接，钢材型号均为Q235b级钢，型钢钢拱架采用多块拼接而成，拼接方式采用螺栓连接。
二次衬砌采用模筑钢筋混凝土，厚度为200～450mm，混凝土强度为C35，抗渗等级为P12。
回填期间应分仓回填，确保回填密实，混凝土28天抗压强度为3～5MPa，抗折强度≥1.5MPa，渗透系数K≤1×10-7cm/s。
本发明可有效保护既有运营车站，减小结构受力变形和内力，并确保新建隧道顺利通过未预留隧道穿越条件的既有运营车站，从而对盾构线路的选择提供了更大余地。
本发明可解决富水砂层中盾构掘进中遇到的地下障碍物难以清除的难题，从而提高了盾构掘进的可通过性。
本发明通过在既有车站两侧设置地面竖井，可确保长距离冻结效果，相比单侧设置竖井可提高水平冻结效率。
本发明所述富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，适用于在富水砂层中，在未预留隧道穿越条件的运营车站下部新建隧道工程。通过新建地面竖井、水平冻结加固、矿山法破除地连墙和开挖截桩之后回填，最后盾构机通过。提高了富水砂层盾构隧道的适应性，盾构机无需切削地连墙、抗拔桩等钢筋直径大的地下障碍物；可不影响既有车站抗浮，截断的抗拔桩可通过初支连接；提高盾构隧道穿过地下障碍物的可行性，且不需要盾构开仓，具有风险低、线路适应性高等优点。
附图说明
图1为本发明平面图；
图2为本发明断面图；
图3为本发明步骤1施工示意图；
图4为本发明步骤2施工示意图；
图5为本发明步骤3施工示意图；
图6为本发明步骤4施工示意图；
图7为本发明步骤5施工示意图；
图8为本发明地面竖井与内支撑结构平面图；
图9为人工破除地连墙区段矿山法隧道冻结与衬砌断面图；
图10为破桩区段矿山法隧道衬砌与盾构管片断面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图3-10所示，本发明一种富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，包括以下步骤：施工既有地下车站1两侧的地面竖井3，从两侧地面竖井3内侧进行双向水平冻结并在既有地下车站1内形成封闭的连通的冻结壁结构5-2，通过盐水冻结冻结壁结构5-2，形成具有一定强度、止水性能的圆柱形加固土体，人工开挖时在冻结壁结构5-2的保护下，架设初期支护6-1，破除后期盾构掘进范围内的地下障碍物地连墙2-1和抗拔桩或临时立柱2-2，待完全破除地下障碍物后，浇筑二次衬砌6-2，并在二次衬砌6-2四周埋设注浆管以便后期减小冻结壁结构5-2的融沉，待融沉变形稳定后回填混凝土8，盾构机9-1后期直接掘进，盾构机9-1切削混凝土8后拼装管片9-2形成隧道。
如图1-2所示，本发明所述富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法的结构，包括设置于既有地下车站1两侧的地面竖井3，两侧的所述地面竖井3分别向内侧对称开设多个水平钻长冻结孔5-1，两侧的所述水平钻长冻结孔5-1之间设有封闭的相互连通的用于盾构机9-1通过的用于保护人工开挖地下障碍物安全的冻结壁结构5-2；所述冻结壁结构5-2内设有用于安装管片9-2的初期支护6-1和二次衬砌6-2；所述冻结壁结构5-2上设有与冻结壁结构5-2外侧的既有地下车站1内部连通的注浆管7；所述地面竖井3与冻结壁结构5-2内通过注浆管7可注入水泥浆形成混凝土8；所述盾构机9-1切削混凝土8后拼装管片9-2形成隧道。
所述地面竖井3内设有多道内支撑结构4。
所述管片9-2为拼装的钢管片或易于切割的混凝土管片。
该结构中冻结壁结构5-2用于保护人工开挖地下障碍物安全，冻结壁结构5-2封闭且相互连通，用于连通上下行双侧车道的既有地下车站1内；注浆管7设置于冻结壁结构5-2上保证了后续水泥浆注浆。
本发明具体包括以下步骤：
1、施工地面竖井：新建隧道的平面线路确定了清障工法的难易，因此在方案选择之初，应结合各方因素综合考虑，首选安全、经济、快捷的方案。地面竖井3首选既有运营车站1两侧的开阔地区，综合地下管线和地面交通等因素，综合考虑选择位置以便明挖施工。
地面竖井3的围护结构采取地连墙2-1支护，地连墙2-1在盾构穿越范围内应采取玻璃纤维筋，以便后期盾构直接切削，避免人工破除洞门，地面竖井3施工时，逆作法施工，依次开挖、浇筑混凝土支撑。
2、水平冻结：待地面竖井3完工后，在地面竖井3内侧分别进行水平钻孔形成水平钻长冻结孔5-1、冻结，在富水砂层中冻结壁结构5-2的壁厚度不小于2.5m。为保证矿山法开挖安全，经冻结加固后的土体要有良好的密封性及必要的强度。
3、矿山法开挖：(1)、初期支护6-1采用早强喷射混凝土+型钢支护，喷射混凝土厚度为200～450mm，强度为C35，抗渗等级为P10；型钢钢拱架采用工字钢I22b，隧道掘进范围内采用玻璃纤维钢，型钢之间采用角钢、钢板连接，钢材型号均为Q235b级钢；为提高现场施工便利，型钢钢拱架采用多块拼接而成，拼接方式采用螺栓连接。(2)、二次衬砌6-2采用模筑钢筋混凝土，隧道掘进范围内采用玻璃纤维筋，厚度为200～450mm，混凝土强度为C35，抗渗等级为P12。(3)、截断地连墙2-1、抗拔桩或临时立柱2-2，地连墙2-1、抗拔桩或临时立柱2-2在隧道开挖暴露出完整的结构后，采用风镐之类的小型机械凿除桩的混凝土，上下两端各留出拟连接范围内的钢筋，其余切割。抗拔桩或临时立柱2-2破除后，型钢钢拱架在抗拔桩附近密布3～5榀(具体数量应根据抗拔桩直径尺寸来确定)。
4、回填塑性混凝土：回填期间应分仓回填，确保回填密实；塑性混凝土28天抗压强度宜为3～5MPa，抗折强度≥1.5MPa，渗透系数K≤1×10-7cm/s。
5、盾构掘进：盾构掘进期间，应重点控制盾构掘进参数和注浆参数，减少对地层扰动和地层损失，具体措施如下：
盾构掘进参数；应根据盾构穿越的地层和上覆地层情况，设定盾构的推进参数并进行严格控制，其中主要包括：刀盘和土仓的压力，出土量和掘进速度、螺旋机转速，千斤顶总推力等，以保证开挖掌子面的稳定、尽量减少对地层扰动和开挖过程中的地层损失，其中出土量导致地层损失率应控制在3％以内。在盾构掘进至塑性混凝土时，应降低掘进速度和刀盘扭矩，优化刀盘配置，降低掘进时对既有运营车站的不利影响。
盾尾同步注浆和洞内二次注浆：盾构推进过程中及时同步注浆并适当加大注浆量，及时填充衬砌和地层之间的空隙，在盾构拼装约4环处再以同步注浆层和围岩层为主要填充对象(即突破同步注浆层)，进行二次注浆，以弥补同步注浆的不足，必要时重复二次注浆；同步注浆材料采用水泥、砂、膨润土、粉煤灰、减水剂等混合材料，相关配比根据实验确定，结合地质情况，保证同步注浆效果。二次注浆采用纯水泥浆。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：施工既有地下车站(1)两侧的地面竖井(3)；
步骤2：从两侧地面竖井(3)内侧进行双向水平冻结并在既有地下车站(1)内形成封闭的连通的冻结壁结构(5-2)；
步骤3：在冻结壁结构(5-2)的保护下进行矿山法隧道开挖施工，破除既有地下车站(1)内的地连墙(2-1)和抗拔桩或临时立柱(2-2)，施工初期支护(6-1)，并将截断的地连墙(2-1)、抗拔桩或临时立柱(2-2)上下与初期支护(6-1)连接，施作二次衬砌(6-2)；
步骤4：通过注浆管(7)注入水泥浆强制解冻，混凝土(8)回填地面竖井(3)及初期支护(6-1)和二次衬砌(6-2)；
步骤5：盾构机(9-1)掘进施工，拼装管片(9-2)形成隧道。
2.根据权利要求1所述的富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：所述地面竖井(3)内设有多道内支撑结构(4)。
3.根据权利要求1所述的富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：所述管片(9-2)为拼装的钢管片或易于切割的混凝土管片。
4.根据权利要求1所述的富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：上述步骤1中，后续开洞及盾构机(9-1)通过区域设置玻璃纤维筋。
5.根据权利要求1所述的富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：所述冻结壁结构(5-2)的壁厚度不小于2.5m。
6.根据权利要求1所述的富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：初期支护(6-1)采用早强喷射混凝土及型钢支护，喷射混凝土厚度为200～450mm，强度为C35，抗渗等级为P10，型钢钢拱架采用工字钢I22b，型钢之间采用角钢、钢板连接，钢材型号均为Q235b级钢，型钢钢拱架采用多块拼接而成，拼接方式采用螺栓连接。
7.根据权利要求1所述的富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：二次衬砌(6-2)采用模筑钢筋混凝土，厚度为200～450mm，混凝土强度为C35，抗渗等级为P12。
8.根据权利要求1所述的富水砂层人工清障的隧道结构的施工方法，其特征在于：回填期间应分仓回填，确保回填密实，混凝土28天抗压强度为3～5MPa，抗折强度≥1.5MPa，渗透系数K≤1×10-7cm/s。
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