CN114151106A - 一种穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法及隧道 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于地裂缝段的隧道开挖方法及隧道，包括确定地铁运营底标高A、底层盾构管片填充标高C与盾构穿越底标高B；根据盾构穿越底标高B控制盾构直接穿越地裂缝段，形成盾构隧道Ⅰ，盾构隧道Ⅰ设防盾构管片，所述盾构管片分为a段盾构隧道管片通缝拼装与b段盾构隧道管片错缝拼装；盾构隧道Ⅰ内前N环通过径向小导管加固；完成底层盾构管片填充标高C的施工，向盾构隧道Ⅰ底部盾构管片上施工填充层，在填充层上设置移动支撑装置，支撑盾构隧道Ⅰ内的拱部盾构管片；对盾构隧道Ⅰ内设防的盾构管片进行拆除、开挖和支护，形成隧道初期支护并闭合成环；根据地铁运营底标高A进行隧道二次衬砌混凝土的施工，完成地裂缝段隧道的开挖施工。

Description

一种穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法及隧道

技术领域

本发明属于隧道建设领域，具体涉及一种穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法及隧道。

背景技术

随着我国经济的高速发展，城市化进程不断加快，现代化建设持续提速，交通拥堵问题成为城市生活的巨大痛点，修建地铁成为缓解城市交通压力的一个重要突破口。对于西北地区黄土地层地铁隧道而言，穿越地裂缝段一直是一个突出问题。考虑到地裂缝活动的复杂性、不确定性，目前一般按500mm变形量进行扩大断面设防。穿地裂缝段的地铁隧道基本采用浅埋暗挖法，一般通过增设竖井后进行暗挖施工，暗挖完成后盾构空推经过。该方法需采用CRD法分部开挖，机械化水平低。此外，盾构过暗挖段需进行接收、空推和二次始发，需增加两处端头加固，同时盾构在车站的始发、接收受制于暗挖段不能及时提供空推条件，需要长时间的围挡，施工复杂性强，工序转换多，成本高，对地面交通影响较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，本发明提供一种穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，解决现有技术存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，包括：

步骤一，确定地铁运营底标高A、底层盾构管片填充标高C与盾构穿越底标高B；

步骤二，根据盾构穿越底标高B控制盾构直接穿越地裂缝段，形成盾构隧道Ⅰ，盾构隧道Ⅰ设防盾构管片，所述盾构管片分为a段盾构隧道管片通缝拼装与b段盾构隧道管片错缝拼装；

所述a段盾构隧道管片设防长度为：

a＝max{L1,L2}

其中，L1为需要全部覆盖需设防的地裂缝段长度，单位：m；L2为整列地铁列车的调坡长度，单位：m；

所述b段盾构隧道管片设防长度为：

b＝L3-a

其中，L3为地铁两车站之间的盾构区间长度，单位：m；

步骤三，盾构隧道Ⅰ内前N环通过径向小导管加固；

步骤四，完成底层盾构管片填充标高C的施工，向盾构隧道Ⅰ底部盾构管片上施工填充层，在填充层上设置移动支撑装置，支撑盾构隧道Ⅰ内的拱部盾构管片)；

步骤五，对盾构隧道Ⅰ内设防的盾构管片进行拆除、开挖和支护，形成隧道初期支护并闭合成环；

步骤六，根据地铁运营底标高A进行隧道二次衬砌混凝土的施工，完成地裂缝段隧道的开挖施工。

所述步骤一中，地铁运营底标高A根据实际列车运行的竖曲线情况确定；

所述底层盾构管片填充标高C：

C＝A-h1

其中，h1为扩挖结构的隧道二衬砌混凝土厚度，单位：m；

所述盾构穿越底标高B：

B＝C-h2-h3

其中，h2为底部盾构管片上填充层的最大高度，单位：m；

h3为盾构管片的厚度，单位：m。

所述步骤三中，盾构隧道Ⅰ内前N环通过径向小导管加固，

其中，L5为斜向小导管纵向加固范围长度，单位：m；w为每环盾构管片的宽度，单位：m；

所述径向小导管加固的拱部加固范围为120°～150°，沿盾构隧道Ⅰ的纵向加固长度为前N环管片，其中径向小导管的径向加固范围L4为3m～4m，间距为50cm～70cm。

所述步骤四中，底部盾构管片上填充层的最大高度h2：

r1为盾构管片内轮廓半径，单位：m；r2为隧道二次衬砌混凝土外轮廓半径，单位：m；l为盾构管片标准块内轮廓的弦长单位：m。

所述盾构隧道Ⅰ内设防的盾构管片进行拆除、开挖和支护具体包括如下步骤：

步骤(a)，所述移动支撑装置包括：设于填充层上的台车轨道以及设于台车轨道上的台车，在台车的支撑保护下，对单环盾构管片进行拆除、开挖和支护，单次进尺为1环盾构管片，首先，拆除左侧盾构管片，开挖左侧土体，施做左侧初期支护，打设左侧锁脚锚杆，并进行左侧喷射混凝土临时封闭，其次，采用上述相同的工序拆除右侧盾构管片，开挖右侧土体，施工右侧初期支护，打设右侧锁脚锚杆，并进行右侧喷射混凝土临时封闭。

步骤(b)，台车前移，对拱部盾构管片进行拆除、开挖和支护，单次进尺为1环盾构管片，拆除拱部盾构管片，开挖拱部土体，拆除左侧喷射混凝土临时封闭和右侧喷射混凝土临时封闭，施工拱部初期支护，迅速完成隧道初期支护闭合成环。

重复步骤(a)与步骤(b)，完成前N2环的扩挖施工，为斜向小导管的施工创造工作面，不同地层和埋深条件下，前N2环的纵向范围应大于斜向小导管的长度加1.5m，即

N2＝(L5+1.5)/w

其中，L5为斜向小导管纵向加固范围长度，w取值为1.0m，1.2m或1.5m。

所述前N2环扩挖施工已经创造了工作面，从第N2+1环开始，后续环纵向加固段d采用斜向小导管加固地层，拱部加固范围为150°，所述斜向小导管的长度L5为3m-5m，斜向角度为8°～12°。

所述纵向加固段d的施工步骤重复步骤(a)与步骤(b)。

所述步骤五形成初期支护闭合成环后，施工防水层，后根据地铁运营底标高A进行隧道二次衬砌的施工。

一种穿地裂缝段黄土地铁隧道，包括上述用于地裂缝段的隧道开挖方法形成的穿地裂缝段黄土地铁隧道。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法将传统地裂缝段黄土地铁隧道“增设竖井暗挖+盾构空推”改进为“先盾后扩”，该方法无需竖井辅助，将减少对城市地面交通的影响。

(Ⅱ)本发明的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法可实现盾构直接穿地裂缝段，确保了盾构施工的连续性，同时由于减少了竖井、盾构空推所需的端头加固等相关工序，相应地降低了施工成本。此外，该方法可考虑采用分段平行作业，缩短了施工工期。

(Ⅲ)本发明的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法通过提前确定施工和营运标高，保留利用了底层盾构管片，与传统浅埋暗挖相比，施工时减少了工序扰动，且能迅速闭合成环，有利于地层沉降控制。

附图说明

图1是本发明的隧道形成断面图；

图2是本发明的盾构管片拼装及底层加固图；

图3是本发明的纵向底层加固及扩挖步序图；

图4是本发明隧道开挖完成后的结构断面图。

图中各个标号的含义为：

1-盾构管片，2-隧道初期支护，3-混凝土，4-防水层，5-隧道二次衬砌，6-台车，7-径向小导管，8-台车轨道，1-1-左侧盾构管片，1-2-右侧盾构管片，1-3-底部盾构管片，1-4-拱部盾构管片，2-1-左侧初期支护，2-2-右侧初期支护，2-3-拱部初期支护，9-1-左侧土体，9-2-右侧土体，9-3-拱部土体，10-1-左侧锁脚锚杆，10-2-右侧锁脚锚杆，11-1-左侧喷射混凝土临时封闭，11-2-右侧喷射混凝土临时封闭，12-斜向小导管。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本文中所提及到的方向性术语，如“断面”、“纵向”均与说明书附图中纸面上的具体方向或附图中所示空间的相应方向一致。

地铁运营底标高A为：扩挖后形成的隧道二次衬砌5的底标高，扩挖结构在纵断面上，底部与两侧的b段盾构隧道通过竖曲线相顺接；

盾构穿越底标高B：是为了充分利用盾构隧道Ⅰ结构，保留底部管片作为扩挖结构初期支护的一部分而有意在盾构先行穿越时采用的标高。

实施例1：

一种穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，包括：

步骤一，确定地铁运营底标高A、底层盾构管片填充标高C与盾构穿越底标高B；

步骤二，根据盾构穿越底标高B控制盾构直接穿越地裂缝段，形成盾构隧道Ⅰ，盾构隧道Ⅰ设防盾构管片1，所述盾构管片1分为a段盾构管片通缝拼装与b段盾构管片错缝拼装；

步骤三，盾构隧道Ⅰ内前N环通过径向小导管加固；

步骤四，完成底层盾构管片填充标高C的施工，向盾构隧道Ⅰ底部盾构管片上填充层3，在填充层3上设置移动支撑装置，支撑盾构隧道Ⅰ内的拱部盾构管片1-4；

步骤五，对盾构隧道Ⅰ内设防的盾构管片1进行拆除、开挖和支护，形成隧道初期支护2并闭合成环。

步骤六，根据地铁运营底标高A进行隧道二次衬砌5的施工，完成地裂缝段隧道的开挖施工。

本实施例中，将结合西安地铁拟穿越某条地裂缝情况进行具体说明。西安地铁盾构隧道Ⅰ外直径6.2m，内直径5.5m，盾构管片1厚度h3为0.35m。该处地裂缝段盾构隧道埋深为15m，地层情况以黄土和古土壤为主。该段两车站之间的盾构区间长度L3为1319m，地铁列车采用8节A型车厢。

所述步骤一中设计图纸确定的某断面实际地铁运营底标高A为396.6m，扩挖结构的隧道二衬砌混凝土5厚度h1为0.45m，则底层盾构管片填充标高C＝A-h1＝396.6-0.45＝396.15m。

盾构管片1内轮廓半径r1为2.75m，隧道二次衬砌混凝土5仰拱部位外轮廓半径r2为6.4m，盾构管片标准块内轮廓的弦l为3.05564m，则底部盾构管片1-3上填充层3的最大高度h2为：

盾构管片1厚度h3为0.35m，则该断面盾构穿越时的底标高B＝C-h2-h3＝396.15-0.35-0.278＝395.522m，本实施例中填充层3为混凝土。

所述步骤二中：a段盾构隧道管片的长度除了需要全部覆盖需设防的地裂缝段长度L1外(根据实际地质情况确定)，还需满足整列地铁列车的调坡长度L2按照地铁列车调坡长度加上30m～40m富余量确定，a段盾构隧道管片长度中点在空间上与地裂缝设防段中点相重合。

考虑到后期扩挖拆除的便利性，a段盾构管片采用通缝拼装，综合盾构隧道埋深和地层情况，各环管片宽度w采用1.0m～1.5m；考虑到常用的盾构管片类型，当埋深大于等于20m，且地层情况较好时w取1.5m，地层情况不良时w取1.2m；埋深小于20m时w取1.0m；b段盾构隧道管片与常规的地铁盾构隧道一样，采用通缝拼装，管片环宽采用常用的类型1.5m；当埋深大于等于20m时，径向小导管7长度采用4m，埋深小于20m时长度取3m。此外，若地层情况较好布设间距取70cm，地层情况差时取50cm。

本实施例中，需要全部覆盖需设防的地裂缝段长度L1为60m，根据《城市公共交通分类标准》A型车单节车厢长度22m，整列地铁列车的调坡长度L2为176m，考虑30m～40m富余量，因此，整列地铁列车的调坡长度L2取值为200m，则a段盾构隧道管片设防长度a取为200m，b段盾构隧道管片长度为b＝L3-a＝1319-200＝1119m。该处隧道埋深15m(小于20m)，则a段盾构隧道管片采用环宽1.0m的管片，b段盾构隧道管片采用常规环宽1.5m的管片。

作为本实施例的一种优选方案，所述步骤三中，盾构隧道Ⅰ内前N环通过径向小导管7加固，a段每环盾构管片的宽度w为1.0m，则采用长度3m的斜向小导管12加固，前N环纵向长度

即6环管片。

本实施例中，该处埋深15m(小于20m)，因此采用的径向小导管7长度为3m，黄土和古土壤情况相对较好，径向小导管按照70cm的间距进行布设。

作为本实施例的一种优选方案，所述盾构隧道Ⅰ内设防的盾构管片1进行拆除、开挖和支护具体包括如下步骤：

步骤(a)，在台车(6)的支撑保护下，对单环盾构管片1进行拆除、开挖和支护，单次进尺为1环盾构管片1，首先，拆除左侧盾构管片1-1，开挖左侧土体9-1，施做左侧初期支护2-1，打设左侧锁脚锚杆10-1，并进行左侧喷射混凝土临时封闭11-1，其次，采用上述相同的工序拆除右侧盾构管片1-2，开挖右侧土体9-2，施工右侧初期支护2-2，打设右侧锁脚锚杆10-2，并进行右侧喷射混凝土临时封闭11-2。

步骤(b)，台车6前移，对拱部盾构管片1-4进行拆除、开挖和支护，单次进尺为1环盾构管片1，拆除拱部盾构管1-4，开挖拱部土体9-3，拆除左侧喷射混凝土临时封闭11-1和右侧喷射混凝土临时封闭11-2，施工拱部初期支护2-3，迅速完成隧道初期支护2闭合成环。

重复步骤(a)与步骤(b)，完成前N2环的扩挖施工

本实施例中采用的斜向小导管12的长度为3m，a段盾构隧道管片环宽1m，则前N2环N2＝(L5+1.5)/w＝4.5m，即4.5环，按照5环取整。

所述前5环扩挖施工已经创造了工作面，从第6环开始，后续环纵向加固段d采用斜向小导管12加固地层，拱部加固范围为150°，其中斜向小导管12的长度为3-5m，斜向角度为8°～12°，

具体根据地层情况确定，当a段通缝拼装的管片环宽1.5m时，L5取5m，管片环宽1.2m时L5取4m，环宽1m时取3m。若地层条件较好，斜向角度取8°，地层情况差时取12°。

所述纵向加固段d的施工步骤重复步骤(a)与步骤(b)。

所述步骤五形成初期支护闭合成环后，施工防水层4，后根据地铁运营底标高A进行隧道二次衬砌5的施工。

实施例2：

一种采用实施例1地裂缝段的隧道开挖方法形成的穿地裂缝段黄土地铁隧道。

Claims (10)

1.一种穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，包括：

步骤一，确定地铁运营底标高A、底层盾构管片填充标高C与盾构穿越底标高B；

步骤二，根据盾构穿越底标高B控制盾构直接穿越地裂缝段，形成盾构隧道Ⅰ，盾构隧道Ⅰ设防盾构管片(1)，所述盾构管片(1)分为a段盾构隧道管片通缝拼装与b段盾构隧道管片错缝拼装；

所述a段盾构隧道管片设防长度为：

a＝max{L1,L2}

其中，L1为需要全部覆盖需设防的地裂缝段长度，单位：m；L2为整列地铁列车的调坡长度，单位：m；

所述b段盾构隧道管片设防长度为：

b＝L3-a

其中，L3为地铁两车站之间的盾构区间长度，单位：m；

步骤三，盾构隧道Ⅰ内前N环通过径向小导管(7)加固；

步骤四，完成底层盾构管片填充至标高C的施工，向盾构隧道Ⅰ底部盾构管片(1-3)上施工填充层(3)，在填充层(3)上设置移动支撑装置，支撑盾构隧道Ⅰ内的拱部盾构管片(1-4)；

步骤五，对盾构隧道Ⅰ内设防的盾构管片(1)进行拆除、开挖和支护，形成隧道初期支护(2)并闭合成环；

步骤六，根据地铁运营底标高A进行隧道二次衬砌混凝土(5)的施工，完成地裂缝段隧道的开挖施工。

2.如权利要求1所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，

所述步骤一中，地铁运营底标高A根据实际列车运行的竖曲线情况确定；

所述底层盾构管片填充标高C：

C＝A-h1

其中，h1为扩挖结构的隧道二衬砌混凝土(5)厚度，单位：m；

所述盾构穿越底标高B：

B＝C-h2-h3

其中，h2为底部盾构管片(1-3)上填充层(3)的最大高度，单位：m；h3为盾构管片(1)的厚度，单位：m。

3.如权利要求1所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，

所述步骤三中，盾构隧道Ⅰ内前N环通过径向小导管(7)加固，

其中，L5为斜向小导管(12)纵向加固范围长度，单位：m；w为每环盾构管片的宽度，单位：m；

所述径向小导管(7)加固的拱部加固范围为120°～150°，沿盾构隧道Ⅰ的纵向加固长度为前N环管片，其中径向小导管(7)的径向加固范围L4为3m～4m，间距为50cm～70cm。

4.如权利要求1所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，

所述步骤四中，底部盾构管片(1-3)上填充层(3)的最大高度h2：

r1为盾构管片(1)内轮廓半径，单位：m；r2为隧道二次衬砌混凝土(5)仰拱部位外轮廓半径，单位：m；l为盾构管片(1)标准块内轮廓的弦长，单位：m。

5.如权利要求1所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，所述盾构隧道Ⅰ内设防的盾构管片(1)进行拆除、开挖和支护具体包括如下步骤：

步骤(a)，所述移动支撑装置包括：设于填充层(3)上的台车轨道(8)以及设于台车轨道(8)上的台车(6)，在台车(6)的支撑保护下，对单环盾构管片(1)进行拆除、开挖和支护，单次进尺为1环盾构管片(1)，首先，拆除左侧盾构管片(1-1)，开挖左侧土体(9-1)，施做左侧初期支护(2-1)，打设左侧锁脚锚杆(10-1)，并进行左侧喷射混凝土临时封闭(11-1)，其次，采用上述相同的工序拆除右侧盾构管片(1-2)，开挖右侧土体(9-2)，施工右侧初期支护(2-2)，打设右侧锁脚锚杆(10-2)，并进行右侧喷射混凝土临时封闭(11-2)。

步骤(b)，台车(6)前移，对拱部盾构管片(1-4)进行拆除、开挖和支护，单次进尺为1环盾构管片(1)，拆除拱部盾构管片(1-4)，开挖拱部土体(9-3)，拆除左侧喷射混凝土临时封闭(11-1)和右侧喷射混凝土临时封闭(11-2)，施工拱部初期支护(2-3)，迅速完成隧道初期支护(2)闭合成环。

6.如权利要求5所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，

重复步骤(a)与步骤(b)，完成前N2环的扩挖施工，为斜向小导管(12)的施工创造工作面，不同地层和埋深条件下，前N2环的纵向范围应大于斜向小导管(12)的长度加1.5m，即

N2＝(L5+1.5)/w

其中，L5为斜向小导管(12)纵向加固范围长度，w取值为1.0m，1.2m或1.5m。

7.如权利要求6所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，所述前N2环扩挖施工已经创造了工作面，从第N2+1环开始，后续环纵向加固段d采用斜向小导管(12)加固地层，拱部加固范围为150°，所述斜向小导管(12)的长度L5为3m-5m，斜向角度为8°～12°。

8.如权利要求7所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，所述纵向加固段d的施工步骤重复步骤(a)与步骤(b)。

9.如权利要求7所述的穿地裂缝段黄土地铁隧道开挖方法，其特征在于，所述步骤五形成初期支护闭合成环后，施工防水层(4)，后根据地铁运营底标高A进行隧道二次衬砌(5)的施工。

10.一种穿地裂缝段黄土地铁隧道，其特征在于，包括如权利要求1-9任一权利要求所述的用于地裂缝段的隧道开挖方法形成的穿地裂缝段黄土地铁隧道。

Images