CN114182755A - 一种含铁砂配重层的明挖隧道及其施工方法 - Google Patents

一种含铁砂配重层的明挖隧道及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含铁砂配重层的明挖隧道，包括隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面；隧道侧墙位于隧道底板的左右两侧，隧道底板的上端面铺设铁砂配重层，铁砂配重层的上端面施工隧道内部路面。本发明还涉及一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，包括如下步骤：a.施工隧道底板、隧道侧墙；b.施工铁砂配重层，分层摊铺，分层压实；c.施工隧道内部路面，含道路路面基层和路面面层。本发明施工简便，能显著提高隧道主体结构自重，抗浮效果明显，用于有抗浮需求但无法施工隧道抗拔桩的部位，属于建筑施工领域。

Description

一种含铁砂配重层的明挖隧道及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种含铁砂配重层的明挖隧道及其施工方法，用于有抗浮需求但无法施工隧道抗拔桩的部位。
背景技术
对于地下结构工程，地下水位较高时，需要进行结构抗浮设计，尤其是地下交通隧道工程，对线路、标高和结构内净空要求比较严格，如果设计不能满足结构抗浮要求，可能引起部分地段结构上浮、底板开裂、结构分节错位，影响行车安全，严重者甚至会引起隧道结构大面积破坏，隧道内相关配套设施破坏等严重事故。
目前地下结构工程中常用的永久抗浮措施有顶板压载法、底板压载法、抗浮墙趾法、抗拔桩法、锚杆加固法。对于周围存在既有建筑物或规划建筑物的明挖隧道，采用底板压载法抗浮最为简便。
底板压载法是在满足线路标高和结构内净空的前提下，通过在结构底板以上、线路标高以下加载的方式增大结构自重，抵抗水浮力。底板压载法通常是采用混凝土压载，即加大混凝土底板厚度，从而加大了结构底板埋深，适用于所需抗浮力较小的情况。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种施工简便、抗浮效果显著的含铁砂配重层的明挖隧道及其施工方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含铁砂配重层的明挖隧道，包括隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面；隧道侧墙位于隧道底板的左右两侧，隧道底板的上端面铺设铁砂配重层，铁砂配重层的上端面施工隧道内部路面。
作为一种优选，铁砂配重层覆盖整个隧道底板的上端面；铁砂配重层用于隧道配重，不参与隧道结构受力。
作为一种优选，一种含铁砂配重层的明挖隧道，分为设置隧道顶板的闭口段和不设隧道顶板的开口段。
作为一种优选，铁砂配重层中，铁砂粒径为0.25-4mm，表观密度为6.8-7.2吨/立方米，堆积密度为4.8-5.2吨/立方米。
作为一种优选，铁砂配重层的厚度经计算确定，满足隧道主体结构自重为最大水浮力的1.10倍；对于闭口段，隧道主体结构自重含隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面、隧道顶板的自重，对于开口段，隧道主体结构自重含隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面的自重。
一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，包括如下步骤：a.施工隧道底板、隧道侧墙；b.施工铁砂配重层，分层摊铺，分层压实；c.施工隧道内部路面，含道路路面基层和路面面层。
作为一种优选，步骤b中，每层铁砂虚铺厚度为25-30cm，每层压实后的厚度为20-25cm，压实系数不小于0.94。
作为一种优选，步骤b中，每分层均通过如下步骤处理：分层填筑、推土机摊平、平地机整平、压路机碾压、压实度检测。
作为一种优选，首次摊铺铁砂前，取样进行击实试验，确定最大干密度和最佳含水量，用于控制铁砂配重层的密实度；末次分层操作碾压完成后，排出渗透到隧道底板的水分，充分晾晒铁砂配重层，保证铁砂配重层充分干燥后方能施工隧道内部路面。
作为一种优选，分层操作时，每次压路机碾压前，进行洒水操作，使铁砂达到压实所需的最佳含水量；分层操作时，碾压包括静碾压和振动夯实，先静碾压，后振动夯实，静碾压和振动夯实不小于3遍，直至最终振动夯实2遍的相对沉降量小于2mm，否则继续碾压。
本发明的原理是：
现有的明挖隧道抗浮措施最常用的是抗拔桩法，但可能因为地质情况特殊、明挖隧道下方存在既有建筑物或规划建筑物等情况，如隧道正下方存在已建的隧道，无法施工抗拔桩。本发明采用在明挖隧道结构底板以上、线路标高以下施工铁砂配重层的方式增加隧道自重，抵抗水浮力，施工工艺简单可控，成本低、工期短，有效保证明挖隧道底板的稳定和安全。铁砂施工不添加任何胶凝剂及添加剂，仅靠碾压压实提高隧道结构自重。
本发明具有如下优点：
1.施工简便，能显著提高隧道主体结构自重，抗浮效果明显，用于有抗浮需求但无法施工隧道抗拔桩的部位。
2.施工工艺简单可控，成本低、工期短，有效保证明挖隧道底板的稳定和安全。
3.采用钢厂出来的钢碴为原材料，含泥量适中，避免含泥量高会导致铁砂间隙增大，进而导致压实度不良。
4.分层厚度适中。分层厚度过大压实效果不好，分层厚度过小会导致压实遍数增加。
5.采用振动夯实法，因铁砂无塑性、透水性强、内摩擦系数较大，压实后承载力强，但铁砂无粘结力，易松散，需要用振动法才能压实。
6.铁砂加水振动，利用振动压路机的激振力，使饱和砂层发生液化，从而互相填补颗粒之间的空隙，使空隙减少而达到密实效果。
7.相比于传统的底板压载法，本发明采用铁砂配重层对底板进行压载，铁砂的表观密度约为混凝土的2倍，抗浮效果显著，采用铁砂配重层对底板进行压载，抵抗相同的水浮力，铁砂配重层厚度约为混凝土加载厚度的1/2，减小结构底板埋深。
附图说明
图1是本发明施工方法的流程图。
图2是含铁砂配重层的明挖隧道在开口段中的应用断面图。
图3是含铁砂配重层的明挖隧道在闭口段中的应用断面图。
其中，1为隧道底板，2为隧道侧墙，3为隧道顶板，4为铁砂配重层，5为隧道内部路面。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
一种含铁砂配重层的明挖隧道，包括隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面；隧道侧墙位于隧道底板的左右两侧，隧道底板的上端面铺设铁砂配重层，铁砂配重层的上端面施工隧道内部路面。
铁砂配重层覆盖整个隧道底板的上端面；铁砂配重层用于隧道配重，不参与隧道结构受力。
一种含铁砂配重层的明挖隧道，分为设置隧道顶板的闭口段和不设隧道顶板的开口段。
铁砂配重层中，铁砂为大比重配重铁砂，铁砂粒径为0.25-4mm，优选中粗砂，本实施例的原材料是钢厂出来的钢碴、钢削，通过球磨机粉碎研磨后，再经过磁选机的筛选出的铁砂。配重铁砂是配重中的一类铁砂原料，其作用就是配重，例如工程机械的配重、水下管道的配重、体育用品和健身用品配重、船体压重等。铁砂根据密度可分为大比重配重铁砂和小比重配重铁砂，大比重配重铁砂表观密度为6.8-7.2吨/立方米，堆积密度为4.8-5.2吨/立方米；小比重配重铁砂表观密度为6.1-6.5吨/立方米，堆积密度为4.1-4.3吨/立方米，本发明采用的是大比重配重铁砂。
铁砂配重层的厚度经计算确定，因无法施工抗拔桩而采用铁砂配重层时，满足隧道主体结构自重为最大水浮力的1.10倍，确保水位最高时隧道不发生上浮。对于闭口段，隧道主体结构自重含隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面、隧道顶板的自重，对于开口段，隧道主体结构自重含隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面的自重。水浮力采用阿基米德原理进行计算。自重与水浮力的比值为抗浮稳定系数Kwi，《建筑工程抗浮技术标准》JGJ476-2019要求抗浮设计等级为甲级的建筑物，试用期的抗浮稳定系数Kwi应不小于1.10。
一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，包括如下步骤：a.施工隧道底板、隧道侧墙；b.施工铁砂配重层，分层摊铺，分层压实；c.施工隧道内部路面，含道路路面基层和路面面层。具体如下：
步骤a：
施工隧道底板、隧道侧墙、开工段则不设隧道顶板，闭口段则设置隧道顶板，此为本领域的现有技术。
步骤b：
每层铁砂虚铺厚度为25-30cm，具体的虚铺厚度应根据现场试验确定，每层压实后的厚度为20-25cm，压实系数不小于0.94。分层厚度过大压实效果不好，分层厚度过小会导致压实遍数增加。铁砂无塑性、透水性强、内摩擦系数较大，压实后承载力强，但铁砂无粘结力，易松散，需要用振动法才能压实。本实施例中，铁砂水平分层填筑压实，分层厚度和压实参数根据试验确定，严格控制，每10m～20m设一组标高点，每层填筑厚度20cm，最大虚铺厚度不超过30cm。
每分层均通过如下步骤处理：分层填筑、推土机摊平、平地机整平、压路机碾压、压实度检测。
首次摊铺铁砂前，取样进行击实试验，确定最大干密度和最佳含水量，用于控制铁砂配重层的密实度。
首次摊铺铁砂前，对铁砂配重层摊铺部位进行地表清理。铁砂摊铺采用自卸汽车定点卸砂，推土机初平，平地机复平。边角，障碍点人工配合(控制边线标高)的方式，按照试验所给松铺厚度进行摊铺。
末次分层操作碾压完成后，碾压密实度达到0.94后，停止碾压，排出渗透到隧道底板的水分，充分晾晒铁砂配重层，保证铁砂配重层充分干燥，防止铁砂生锈，方能施工隧道内部路面。
分层操作时，每次压路机碾压前，进行洒水操作，使铁砂达到压实所需的最佳含水量，便于碾压。铁砂最佳含水量一般为铁砂质量的8％～12％，具体数值应根据试验确定。
分层操作时，碾压包括静碾压和振动夯实，先静碾压，后振动夯实，静碾压和振动夯实不小于3遍，直至最终振动夯实2遍的相对沉降量小于2mm，否则继续碾压。铁砂加水振动，利用振动压路机的激振力，使饱和砂层发生液化，从而互相填补颗粒之间的空隙，使空隙减少而达到密实效果。根据试验选定的碾压遍数和行走速度分场次进行碾压，压实度不小于94％。每工作1台班末端要留出3～5m左右不碾压，在下段施工时重新整平碾压成型，使之接缝平顺致密。碾压时，先静压2～3遍，后振动夯实，振动夯实时先慢后快、由弱至强，碾压时直线段路基由两边向中间进退式碾压，曲线地段先内侧后外侧，确保铁砂配重层与隧道内部路面横坡一致。横向接头重叠0.4～0.5m，前后相邻两区段间纵向重叠0.8～1.0m，压路机的碾压行驶速度不得超过4km/h，做到无漏压、无死角，确保铁砂配重层碾压均匀、过渡平顺。当碾压6～8遍后压实度仍不达标时，在试验确定的最佳量的基础上增加1％～2％，继续碾压，仍不满足压实度指标时翻动压实度不合格的铁砂配重层继续碾压，直至压实度达标。下一层摊铺时适当降低松铺系数保证压实。应按设计横坡自中向两边设置横坡，每层碾压前应检查松铺厚度、平整度、边线、中线，合格方可碾压。
最后一次分层碾压完成后，排出渗透到隧道底板的水分，充分晾晒铁砂配重层，保证铁砂配重层充分干燥后方能施工隧道内部路面。
步骤c：
施工隧道内部路面时，采用自密实混凝土，将混凝土泵送到指定区域，严禁混凝土罐车碾压铁砂配重层，防止混凝土罐车影响铁砂配重层密实度和平整度。
由此完成一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工，铁砂配重层设置在隧道底板和隧道内部路面之间，用于隧道结构配重，抵抗水浮力。地下水位较高时，明挖隧道需要进行抗浮或抗拔设计，但受环境限制无法施工抗拔桩或抗拔锚杆时，在隧道底板结构层上方施工铁砂配重层可以抵抗水浮力。本发明施工简便，能显著提高隧道主体结构自重，抗浮效果明显。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含铁砂配重层的明挖隧道，其特征在于：包括隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面；隧道侧墙位于隧道底板的左右两侧，隧道底板的上端面铺设铁砂配重层，铁砂配重层的上端面施工隧道内部路面。
2.按照权利要求1所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道，其特征在于：铁砂配重层覆盖整个隧道底板的上端面；铁砂配重层用于隧道配重，不参与隧道结构受力。
3.按照权利要求1所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道，其特征在于：分为设置隧道顶板的闭口段和不设隧道顶板的开口段。
4.按照权利要求1所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道，其特征在于：铁砂配重层中，铁砂粒径为0.25-4mm，表观密度为6.8-7.2吨/立方米，堆积密度为4.8-5.2吨/立方米。
5.按照权利要求3所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道，其特征在于：铁砂配重层的厚度经计算确定，满足隧道主体结构自重为最大水浮力的1.10倍；对于闭口段，隧道主体结构自重含隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面、隧道顶板的自重，对于开口段，隧道主体结构自重含隧道底板、隧道侧墙、铁砂配重层、隧道内部路面的自重。
6.按照权利要求1-5中任一项所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.施工隧道底板、隧道侧墙；
b.施工铁砂配重层，分层摊铺，分层压实；
c.施工隧道内部路面，含道路路面基层和路面面层。
7.按照权利要求6所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，其特征在于：步骤b中，每层铁砂虚铺厚度为25-30cm，每层压实后的厚度为20-25cm，压实系数不小于0.94。
8.按照权利要求6所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，其特征在于：步骤b中，每分层均通过如下步骤处理：分层填筑、推土机摊平、平地机整平、压路机碾压、压实度检测。
9.按照权利要求8所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，其特征在于：首次摊铺铁砂前，取样进行击实试验，确定最大干密度和最佳含水量，用于控制铁砂配重层的密实度；末次分层操作碾压完成后，排出渗透到隧道底板的水分，充分晾晒铁砂配重层，保证铁砂配重层充分干燥后方能施工隧道内部路面。
10.按照权利要求8所述的一种含铁砂配重层的明挖隧道的施工方法，其特征在于：分层操作时，每次压路机碾压前，进行洒水操作，使铁砂达到压实所需的最佳含水量；分层操作时，碾压包括静碾压和振动夯实，先静碾压，后振动夯实，静碾压和振动夯实不小于3遍，直至最终振动夯实2遍的相对沉降量小于2mm，否则继续碾压。
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