CN113931638A - 超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道结构及施工方法 - Google Patents

超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道结构及施工方法，包括既有建构筑物底板，从上至下包括筏板、防水层和保护层，在暗挖隧道两侧区域，施工注浆加固地层；在暗挖隧道区域施工封闭初期支护结构，由上半初期支护侧墙和下半初期支护侧墙及底板构成，上半初期支护侧墙顶部与防水层和保护层之间还留存有既有建构筑物底板的素混凝土垫层，素混凝土垫层密贴防水层和保护层下面；在封闭初期支护结构内，密贴防水层和保护层下面设置新防水层；并施工侧墙防水层、底板防水及保护层，密贴侧墙防水层、底板防水及保护层、及顶部新防水层，施工封闭的二衬结构。本发明不破坏既有底板的结构和防水，取消暗挖初支顶板，增加了通道的高度。

Description

超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道结构及施工方法
技术领域
本发明属于地下工程暗挖技术领域，是一种矿山法安全下穿既有建构筑物的结构与方法。具体是超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道结构及施工方法。
背景技术
现有暗挖隧道下穿建构筑物按照彼此之间的竖向距离可以分为近距离下穿和密贴下穿两种类型，如图1和2所示。其中近距离下穿方案是指暗挖隧道初支与建构筑物底板之间存在竖向距离(H)，且该距离小于等于暗挖隧道毛跨度(L)；密贴下穿方案H为0，但暗挖通道二衬和既有建构筑物底板之间仍然存在初支顶板(厚度一般为250～350mm)。当H大于暗挖L时，会给隧道功能带来较大不利影响，也不经济，往往不值得推荐。近距离下穿方案需要超前加固土体，带来投资和工期的增加，且施工和使用期间结构之间传力路径不清晰。密贴下穿方案更有利于节省投资，控制风险。因此目前密贴下穿方案越来越受到欢迎。
密贴下穿方案也存在不足：暗挖隧道初支顶板的存在会挤压通道高度，影响其永久使用功能。暗挖隧道初支顶板的作用大致可以概括为两部分：第一部分为挡土；第二部分为与隧道初支其他部分一起形成封闭框架结构，保证受力稳定。密贴下穿情况下第一部分功能可以被既有建构筑物底板代替，第二部分功能可以通过隧道初支侧墙在既有底板里面植筋或者打设胀栓解决(详见图3)。但是这种方案会对既有结构带来不利影响，并破坏其防水。
针对密贴下穿方案的不足，有必要改进下穿暗挖隧道工法，亟需发明一种可以取消暗挖初支顶板的技术，在不破坏既有底板结构或者防水的前提下，加大通道高度，减小通道纵向线型在下穿节点处的突变和过渡长度，更好保证其永久使用功能并节省投资。
发明内容
本发明提供超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道结构及施工方法，其目的在于取消密贴下穿方案中暗挖隧道初支顶板，并在不破坏既有底板结构或者防水的前提下，加大通道高度，减小通道纵向线型在下穿节点处的突变和过渡长度，更好保证其永久使用功能并节省投资。
本发明的技术方案如下：
一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道的施工方法，包括既有建构筑物底板，所述既有建构筑物底板1从上至下依次包括筏板11、防水层和保护层12、素混凝土垫层13，在所述素混凝土垫层下按如下步骤施工：
(1)在暗挖隧道2两侧区域，施工超前小导管21，并注浆加固两侧区域地层；
(2)预留核心土开挖隧道上半断面Ⅱ，施工上半初期支护侧墙3，在脚部打设锁脚锚管32，拱部保留所述筏板下素混凝土垫层13，并在其下及时沿隧道纵向间隔架设多条横向设置的工字钢4；所述工字钢与所述素混凝土垫层密贴，及时形成对所述素混凝土垫层的支撑，减小既有底板变形，需要对工字钢与初期支护的侧墙格栅钢架31连接节点做如下处理：
①采用L角钢42对侧墙格栅钢架31进行封端；在素混凝土垫层13下部设置侧墙格栅钢架；
L角钢42与侧墙格栅钢架主筋311T型焊接；
②工字钢4两端与L角钢42之间通过竖置的附加钢板43连接；
工字钢与附加钢板顶面、附加钢板与L角钢顶面均对齐密贴所述素混凝土垫层，附加钢板底部超过工字钢底部，附加钢板与L角钢三面围焊连接、工字钢与附加钢板三面围焊连接一起；
③在工字钢下部单面焊接连接多条水平间距不大于500mm的纵向连接筋41，将各条工字钢底部一体连接；
(3)开挖隧道下半断面Ⅳ；施工下半初期支护侧墙及底板5，构成暗挖隧道整体封闭初期支护；
(4)在初期支护内铺设底板防水及保护层10后，施工隧道二衬底板6；
(5)在初期支护内施工侧墙防水和二衬底板上的二衬侧墙7至二衬顶板下施工缝位置，待二衬侧墙达到设计强度后，满堂脚手架不拆，顶紧二衬侧墙，根据监测情况，分段拆除拱顶工字型钢4和初期支护内的筏板下的素混凝土垫层13，每段拆除长度不得大于7m；
(6)在筏板下的所述防水层和保护层12下铺设新防水层，并施工二衬顶板8与所述筏板下的所述新防水层密贴，所述二衬顶板8与二衬侧墙7、二衬底板6一体连接构成整体二衬结构，在二衬结构背后注浆，最终施工完成本发明的暗挖隧道结构。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道的施工方法，其特征在于，所述L角钢42与侧墙格栅钢架主筋311T型焊接时，焊缝高度不宜小于6mm，和0.6d(d为格栅钢架主筋的直径)中的大值；所述附加钢板与L角钢三面围焊连接、工字钢与附加钢板三面围焊连接时，其角焊缝焊脚尺寸不得小于1.5t1/2,且不得大于t-(1～2mm)(t为焊接连接的钢板厚度的较小值，“-”为减号)；
一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，包括既有建构筑物底板，所述底板从上至下包括筏板11、防水层和保护层12，在暗挖隧道两侧区域，设置注浆加固地层；在暗挖隧道区域设置封闭初期支护结构，由暗挖隧道的上半初期支护侧墙3及下半初期支护侧墙及底板5构成，所述上半初期支护侧墙3顶部与所述防水层和保护层12之间还留存有既有建构筑物底板1的素混凝土垫层13，所述素混凝土垫层13密贴所述防水层和保护层12下面；在所述封闭初期支护结构内，密贴所述防水层和保护层12下面设置新防水层；在所述封闭初期支护结构内设置侧墙防水层及底板防水及保护层10，密贴所述侧墙防水层及底板防水及保护层10、及顶部所述新防水层，设置封闭的二衬结构，包括二衬顶板8、二衬侧墙7和二衬底板6，所述二衬顶板8夹着防水层和保护层12及新防水层密贴所述筏板；在所述二衬结构背后设置注浆层，构成所述暗挖隧道。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，其特征在于，所述的上半初期支护侧墙3，在脚部打设锁脚锚管32。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，其特征在于，所述上半初期支护侧墙3及下半初期支护侧墙里设有侧墙格栅钢架31。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，其特征在于，在所述二衬顶板8、二衬侧墙7和二衬底板6之间的施工缝9均设置在二衬侧墙7上。
发明效果
本发明超密贴暗挖下穿既有建构筑物底板方案，安全性上与密贴暗挖下穿相当，不破坏既有底板的结构和防水，通过取消暗挖初支顶板，增加了通道的高度，改善通道使用功能，并降低工程造价。
附图说明：
图1为现有技术的近距离下穿方案结构示意图，
图2为现有技术的密贴下穿方案示结构意图，
图3为现有技术的密贴下穿方案及初支通过胀栓与既有底板连接示意图，
图4为本发明步序1注浆加固地层示意图，
图5为本发明步序2开挖上半断面Ⅱ，施工上半初期支护侧墙3结构示意图，
图6为本发明施工工字钢与既有底板以及侧墙格栅连接结构示意图，
图7为本发明步序3开挖下半断面Ⅳ，施工下半初期支护侧墙及底板5结构示意图，
图8为本发明步序4铺设防水层，施工二衬底板6结构示意图，
图9为本发明步序5铺设防水层，施工二衬侧墙7结构示意图，
图10为本发明步序6铺设防水层，施工二衬顶板8结构示意图。
附图编号说明：
既有建构筑物底板1、筏板11、防水层和保护层12、素混凝土垫层13、暗挖隧道2、超前小导管21、上半初期支护侧墙3、侧墙格栅钢架31、侧墙格栅钢架主筋311、锁脚锚管32、工字钢4、纵向连接筋41、L角钢42、附加钢板43、锚筋44、贴焊钢筋45、下半初期支护侧墙及底板5、二衬底板6、二衬侧墙7、二衬顶板8、施工缝9、防水保护层10(本发明隧道防水保护层材料为C20细石混凝土)、(现有技术)胀栓与拱架连接101。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。
参见图4-10所示，一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道的施工方法，包括既有建构筑物底板，所述既有建构筑物底板1从上至下依次包括筏板11、防水层和保护层12、素混凝土垫层13，在所述素混凝土垫层下按如下步骤施工：
(1)参见图4所示，在暗挖隧道2两侧区域，施工超前小导管21，并注浆加固两侧区域地层；
(2)参见图5所示，预留核心土开挖隧道上半断面Ⅱ，施工上半初期支护侧墙3，在脚部打设锁脚锚管32，拱部保留所述筏板下素混凝土垫层13，并在素混凝土垫层13下及时沿隧道纵向间隔架设多条横向设置的工字钢4；所述工字钢与所述素混凝土垫层密贴，为及时形成对所述素混凝土垫层的支撑，减小既有底板变形，需要对工字钢与初期支护内的侧墙格栅钢架31连接节点做如下处理：参见图6所示，
①采用L角钢42对侧墙格栅钢架31进行封端；在素混凝土垫层13下部设置侧墙格栅钢架；工字钢横向设置在两侧的侧墙格栅钢架之间；L角钢42与侧墙格栅钢架主筋311T型焊接连接；
②工字钢4两端与L角钢42之间通过竖置的附加钢板43连接；
工字钢与附加钢板顶面、附加钢板与L角钢顶面均对齐并密贴所述素混凝土垫层，附加钢板底部超过工字钢底部，附加钢板与L角钢三面围焊连接、工字钢与附加钢板三面围焊连接一起；
③在工字钢下部单面焊接连接多条水平间距不大于500mm的纵向连接筋41，将各条工字钢底部一体连接；
(3)参见图7所示，开挖隧道下半断面Ⅳ；施工下半初期支护侧墙及底板5，构成暗挖隧道整体封闭初期支护；
(4)参见图8所示，在初期支护内铺设底板防水及保护层10后，施工隧道二衬底板6；
(5)参见图9所示，在初期支护内施工侧墙防水和二衬底板上的二衬侧墙7至二衬顶板下施工缝位置，待二衬侧墙达到设计强度后，满堂脚手架不拆，顶紧二衬侧墙，根据监测情况，分段拆除拱顶工字型钢4和初期支护内的筏板下的素混凝土垫层13，每段拆除长度不得大于7m；
(6)参见图10所示，在筏板下的所述防水层和保护层12下铺设新防水层，并施工二衬顶板8与所述筏板下的所述新防水层密贴，所述二衬顶板8与二衬侧墙7、二衬底板6一体连接构成整体二衬结构，在二衬结构背后注浆，最终施工完成本发明的暗挖隧道结构。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道的施工方法，所述L角钢42与侧墙格栅钢架主筋311T型焊接时，焊缝高度不宜小于6mm，和0.6d(d为格栅钢架主筋的直径)中的大值；所述附加钢板与L角钢三面围焊连接、工字钢与附加钢板三面围焊连接时，其角焊缝焊脚尺寸不得小于1.5t1/2,且不得大于t-(1～2mm)(t为焊接连接的钢板厚度的较小值，“-”为减号)；
参见图10所示，本发明的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，包括既有建构筑物底板，所述既有建构筑物底板从上至下包括筏板11、防水层和保护层12，在暗挖隧道两侧区域，设置注浆加固地层；在暗挖隧道区域设置封闭初期支护结构，由暗挖隧道的上半初期支护侧墙3、和下半初期支护侧墙及底板5构成，所述上半初期支护侧墙3顶部与所述防水层和保护层12之间还留存有既有建构筑物底板1的素混凝土垫层13，所述素混凝土垫层13密贴所述防水层和保护层12下面；在所述封闭初期支护结构内，密贴所述防水层和保护层12下面设置新防水层；在所述封闭初期支护结构内设置侧墙防水层及底板防水及保护层10，密贴所述侧墙防水层、底板防水及保护层10、及顶部所述新防水层，设置封闭的二衬结构，包括二衬顶板8、二衬侧墙7和二衬底板6，所述二衬顶板8夹着防水层和保护层12及新防水层双层防水密贴所述筏板；在所述二衬结构背后设置注浆层，构成所述暗挖隧道。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，所述的上半初期支护侧墙3，在脚部打设锁脚锚管32。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，所述上半初期支护侧墙3及下半初期支护侧墙里设有侧墙格栅钢架31。
所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，在所述二衬顶板8、二衬侧墙7和二衬底板6之间的施工缝9均设置在二衬侧墙7上。
本发明超密贴暗挖下穿方法原理是：在隧道开挖时用工字钢代替传统初支顶板，对既有底板形成及时支撑并与隧道初支其它部分形成封闭框架结构，保证受力稳定；在施做二衬时，进行受力转换，拆除拱部工字钢，让二衬顶板直接与既有底板密贴，从而加大了通道高度。
实施例
试验施工某工程3#和4#通道竖井及暗挖结构和防水工程，其中的4#通道在体育场底板下的暗挖段长约23米，因为通道净高受限，二衬顶板与体育场底板之间不允许设置初支顶板，采用本发明技术施工，目前隧道施工已试验完毕。监测显示各项指标均在要求范围内。
下面以台阶法施工暗挖通道为实施例(其余暗挖工法可以参照执行)，简述具体步序和关键节点做法如下(其它施工细节同上述的具体实施方式不再赘述)：参见图4-10所示；
(1)在暗挖隧道2两侧区域，施工超前小导管，并注浆加固地层；参见图4，
(2)预留核心土，开挖上半断面Ⅱ，施工上半初期支护侧墙3，脚部打设锁脚锚管，拱部保留原筏板下垫层，在其下及时架设工字钢；参见图5，
为了保证工字钢与既有底板垫层密贴，及时形成支撑，减小既有底板变形，需要对工字钢与侧墙格栅钢架连接节点做如下处理：
①采用L角钢对侧墙格栅钢架进行封端,在素混凝土垫层13下部设置侧墙格栅钢架；L角钢与侧墙格栅钢架主筋T型焊接，焊缝高度不宜小于6mm，且不宜小于0.6d(d为格栅钢架主筋的直径)。
②工字钢两端与L角钢之间通过附加钢板连接,工字钢与附加钢板顶面、附加钢板与L角钢顶面均对齐，其余三个侧面围焊连接。其角焊缝焊脚尺寸不得小于1.5t1/2,且不得大于t-1～2mm(t为连接钢板厚度的较小值)。
③在工字钢下部单面设置水平间距500mm的纵向连接筋，将各条工字钢底部一体连接。
(3)开挖下半断面Ⅳ,施工下半初期支护侧墙及底板5，构成暗挖隧道整体封闭初期支护；
(4)铺设防水层，施工二衬底板结构6,
(5)铺设防水层，施工二衬侧墙7至二衬顶板下施工缝，待侧墙达到设计强度后，满堂脚手架不拆，顶紧侧墙，根据监测情况，分段拆除初期支护内的拱顶工字型钢和原筏板垫层(每段拆除长度不得大于7m)，
(6)铺设防水层，施工二衬顶板8，形成二衬结构，二衬背后注浆，最终构成本发明的暗挖隧道结构见图10，包括二衬顶板8与既有底板密贴，并与下面侧墙和底板形成封闭隧道结构。

Claims (6)

1.一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道的施工方法，包括既有建构筑物底板，所述既有建构筑物底板(1)从上至下依次包括筏板(11)、防水层和保护层(12)、素混凝土垫层(13)，在所述素混凝土垫层下按如下步骤施工：
(1)在暗挖隧道(2)两侧区域，施工超前小导管(21)，并注浆加固两侧区域地层；
(2)预留核心土开挖隧道上半断面(Ⅱ)，施工上半初期支护侧墙(3)，在脚部打设锁脚锚管(32)，拱部保留所述筏板下素混凝土垫层(13)，并在其下及时沿隧道纵向间隔架设多条横向设置的工字钢(4)；所述工字钢与所述素混凝土垫层密贴，及时形成对所述素混凝土垫层的支撑，减小既有底板变形，需要对工字钢与初期支护的侧墙格栅钢架(31)连接节点做如下处理：
①采用L角钢(42)对侧墙格栅钢架(31)进行封端；在素混凝土垫层(13)下部设置侧墙格栅钢架；
L角钢(42)与侧墙格栅钢架主筋(311)T型焊接；
②工字钢(4)两端与L角钢(42)之间通过竖置的附加钢板(43)连接；
工字钢与附加钢板顶面、附加钢板与L角钢顶面均对齐密贴所述素混凝土垫层，附加钢板底部超过工字钢底部，附加钢板与L角钢三面围焊连接、工字钢与附加钢板三面围焊连接一起；
③在工字钢下部单面焊接连接多条水平间距不大于500mm的纵向连接筋(41)，将各条工字钢底部一体连接；
(3)开挖隧道下半断面Ⅳ；施工下半初期支护侧墙及底板(5)，构成暗挖隧道整体封闭初期支护；
(4)在初期支护内铺设底板防水及保护层(10)后，施工隧道二衬底板(6)；
(5)在初期支护内施工侧墙防水和二衬底板上的二衬侧墙(7)至二衬顶板下施工缝位置，待二衬侧墙达到设计强度后，满堂脚手架不拆，顶紧二衬侧墙，根据监测情况，分段拆除拱顶工字型钢(4)和初期支护内的筏板下的素混凝土垫层(13)，每段拆除长度不得大于7m；
(6)在筏板下的所述防水层和保护层(12)下铺设新防水层，并施工二衬顶板(8)与所述筏板下的所述新防水层密贴，所述二衬顶板(8)与二衬侧墙(7)、二衬底板(6)一体连接构成整体二衬结构，在二衬结构背后注浆，最终施工完成本发明的暗挖隧道结构。
2.如权利要求1所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道的施工方法，其特征在于，所述L角钢(42)与侧墙格栅钢架主筋(311)T型焊接时，焊缝高度不宜小于6mm，和0.6d(d为格栅钢架主筋的直径)中的大值；所述附加钢板与L角钢三面围焊连接、工字钢与附加钢板三面围焊连接时，其角焊缝焊脚尺寸不得小于1.5t1/2,且不得大于t-(1～2mm)(t为焊接连接的钢板厚度的较小值，“-”为减号)。
3.一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，包括既有建构筑物底板，所述既有建构筑物底板从上至下包括筏板(11)、防水层和保护层(12)，其特征在于，在暗挖隧道两侧区域，设置注浆加固地层；在暗挖隧道区域设置封闭初期支护结构，由暗挖隧道的上半初期支护侧墙(3)和下半初期支护侧墙及底板(5)构成，所述上半初期支护侧墙(3)顶部与所述防水层和保护层(12)之间还留存有既有建构筑物底板(1)的素混凝土垫层(13)，所述素混凝土垫层(13)密贴所述防水层和保护层(12)下面；在所述封闭初期支护结构内，密贴所述防水层和保护层(12)下面设置新防水层；在所述封闭初期支护结构内设置侧墙防水层及底板防水及保护层(10)，密贴所述侧墙防水层及底板防水及保护层(10)、及顶部所述新防水层，设置封闭的二衬结构，包括二衬顶板(8)、二衬侧墙(7)和二衬底板(6)，所述二衬顶板(8)夹着防水层和保护层(12)及新防水层密贴所述筏板；在所述二衬结构背后设置注浆层，构成所述暗挖隧道。
4.如权利要求3所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，其特征在于，所述的上半初期支护侧墙(3)，在脚部打设锁脚锚管(32)。
5.如权利要求3所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，其特征在于，所述上半初期支护侧墙(3)及下半初期支护侧墙里设有侧墙格栅钢架(31)。
6.如权利要求3所述的一种超密贴下穿既有建构筑物底板的暗挖隧道，其特征在于，在所述二衬顶板(8)、二衬侧墙(7)和二衬底板(6)之间的施工缝(9)均设置在二衬侧墙(7)上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115387385A (zh) * 2022-10-08 2022-11-25 中建八局轨道交通建设有限公司 一种地下空间工程竖向增层施工方法

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