CN114457850A - 明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,包括步骤:地基加固与防护;开挖一号分坑;开挖二号分坑和三号分坑;施工建造第一抗浮板,安装第一支架,开挖中部预留土,并安装下扁壳体和上扁壳体;扁壳体所处区域为非固化区;安装泄水管;施作后灌注体。本发明的有益效果是:通过基坑分坑间隔开挖、预留土体的方式,尽可能地减少了土体开挖后基坑底部的暴露时间,减轻原土体开挖卸载后基坑的上浮。通过在基坑底部设置支架承载水袋压重的方式,该压重承载减少既有地铁上浮,安装与拆卸更为方便,提高了压重施工效率;且支架可分3种类型分别安装,与施工工序相配合。
Description
技术领域
本发明属于隧道抗浮加固技术领域,尤其涉及一种明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法。
背景技术
基于高效利用城市空间及节约使用城市土地资源的需要,城市地铁上方修建交叉地下隧道工程的现象不可避免。出于经济性考虑,地铁上方的隧道工程一般采用明挖施工技术。
地铁与其上方的隧道工程通常由不同的建设主体负责实施,加之地铁与上方隧道建设时序的差异,导致地铁与其上方的隧道工程在设计及施工时未能统筹考虑,从而出现上方隧道土层开挖时下方既有地铁抗浮不足、既有地铁结构存在损坏的风险。
不少学者对单一地下结构工况下的抗浮设计进行了研究,也有学者从上覆土层开挖对地铁隧道的影响进行了分析研究,但较少对交叉工程工况下上覆土层开挖对既有地铁抗浮影响及抗浮处理进行研究。
因此,针对既有地铁上方隧道明挖施工时下方地铁抗浮问题,需要综合考虑解决结构设计及施工技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足,提供一种明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法。
这种明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,包括以下步骤:
步骤1、地基加固与防护;
步骤2、开挖一号分坑:开挖基坑,待基坑开挖至距离基坑底部设定距离时,停止基坑底部两侧的开挖施工,先开挖一号分坑至基坑底部;
步骤3、开挖二号分坑和三号分坑:开挖位于基坑内底部左侧的二号分坑和位于基坑内底部右侧三号分坑至基坑底部,并保留二号分坑和三号分坑的边侧预留土,保留二号分坑和三号分坑之间的中部预留土;
步骤4、施工建造第一抗浮板,安装第一支架,开挖中部预留土,并安装下扁壳体和上扁壳体;扁壳体所处区域为非固化区;
步骤5、安装泄水管:在扁壳体结构预留的孔洞内安装泄水管;
步骤6、施作后灌注体:通过扁壳体中间的灌注孔填充后灌注体;
步骤7、施工建造第二抗浮板并安装第三支架;
步骤8、开挖边侧预留土,施工建造第三抗浮板,并安装第二支架:开挖边侧预留土至基坑底部;于基坑边侧施工第三抗浮板;于第三抗浮板上安装第二支架,并安装用于压重的水袋;
步骤9、抽排水并进行下一施工段作业:在压重过程中,用水泵将泄水管排出基坑下部土体内的孔隙水抽排出基坑;开始下一施工段作业,将多个施工段的相邻结构连为一体。
作为优选,步骤1具体为:在下穿地铁两侧施工建造局部固化区,在下穿地铁上方施工建造全断面固化区;在位于左右两侧的局部固化区之外设定距离处分别施工建造围护桩;在两侧的围护桩顶部施工建造冠梁;在每个下穿地铁左右两侧施工建造抗拔桩,并在抗拔桩顶部建造格构柱;在位于下穿地铁左右两侧的围护桩之间施工建造混凝土支撑。
作为优选,步骤2中待基坑开挖至距离基坑底部3~4m时,停止基坑底部两侧的开挖施工。
作为优选,步骤4具体为:于二号分坑和三号分坑内施工建造第一抗浮板;于第一抗浮板上安装第一支架,并安装用于压重的水袋;开挖出扁壳体所处范围的土体;修整基坑底部的土体线形,与扁壳体的线形配合,然后安装预制的下扁壳体;安装预制的上扁壳体,上扁壳体与下扁壳体形成完整的扁壳体。
作为优选,步骤4、步骤7和步骤8中的第一支架、第二支架和第三支架采用型钢制作,第一支架、第二支架和第三支架上设置用于承载水袋的支架间隔,并将第一支架、第二支架和第三支架与格构柱通过焊接或螺栓连接方式固定。
作为优选,步骤4中扁壳体处于下穿地铁上部;上扁壳体与下扁壳体为分开预制结构,二者结构匹配,共同组成扁壳体。
作为优选,步骤5中泄水管底部距离下穿地铁结构外表面1.5~2.5m;泄水管为钢管结构,用于在水袋压重过程中排出土体内的高压水;步骤5中泄水管在完成泄水作业后,通过泄水管管口注浆加固土体,形成钢管混凝土永久结构。
作为优选,步骤6中后灌注体为混凝土或小粒径的废弃石料。
作为优选,步骤7具体为:于扁壳体结构顶部施工第二抗浮板;第二抗浮板的顶部标高与第一抗浮板一致;于第二抗浮板上安装第三支架,并安装用于压重的水袋;第一抗浮板、第二抗浮板和第三抗浮板组成抗浮板;第二抗浮板的顶部标高与整块抗浮板一致。
明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系,根据上述方法得到的。
本发明的有益效果是:
通过基坑分坑间隔开挖、预留土体的方式,尽可能地减少了土体开挖后基坑底部的暴露时间,减轻原土体开挖卸载后基坑的上浮。通过在基坑底部设置支架承载水袋压重的方式,该压重承载减少既有地铁上浮,安装与拆卸更为方便,提高了压重施工效率;且支架可分3种类型分别安装,与施工工序相配合;
巧妙地利用扁壳体结构来进行土体压重,仅既有地铁上部采用扁壳体结构与灌注料,形成承载能力高、刚度大的承重结构,进一步抵抗既有隧道的上浮力,利于对既有地铁的防护。扁壳体结构分两部分工厂预制,便于现场安装。利用混凝土或小粒径的废弃石料填充扁壳体,进一步提高压重能力,抵抗既有隧道的上浮。设置泄水管,在土体压重过程中可排出部分高压水,辅助土体压密。
附图说明
图1为基坑支护开挖示意图;
图2为基坑抗浮加固示意图;
图3为图1中基坑分区开挖示意图;
图4为扁壳体结构示意图;
图5为第一支架结构示意图;
图6为第二支架结构示意图;
图7为第三支架结构示意图;
图8为第一支架与第二支架安装示意图;
图9为抗浮板结构示意图;
图10为本发明明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工流程图。
附图标记说明:基坑1、全断面固化区2、下穿地铁3、局部固化区4、围护桩5、冠梁6、抗拔桩7、格构柱8、混凝土支撑9、一号分坑10、二号分坑11、三号分坑12、中部预留土13、边侧预留土14、抗浮板15、第一支架16、第二支架17、第三支架18、横架19、中部竖架20、边侧竖架21、水袋22、扁壳体23、上扁壳体24、下扁壳体25、泄水管26、灌注孔27、后灌注体28、非固化区29、第一抗浮板30、第二抗浮板31、第三抗浮板32。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出,对于本技术领域的普通人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
作为一种实施例,如图1至图10所示,明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,包括以下步骤:
步骤1、地基加固与防护:在下穿地铁3两侧施工建造局部固化区4,在下穿地铁3上方施工建造全断面固化区2;在位于左右两侧的局部固化区4之外设定距离处分别施工建造围护桩5;在两侧的围护桩5顶部施工建造冠梁6;在每个下穿地铁3左右两侧施工建造抗拔桩7,并在抗拔桩7顶部建造格构柱8;在位于下穿地铁3左右两侧的围护桩5之间施工建造混凝土支撑9;
步骤2、开挖一号分坑10:开挖基坑1,待基坑1开挖至距离基坑1底部设定距离时,停止基坑1底部两侧的开挖施工,先开挖一号分坑10至基坑1底部;待基坑1开挖至距离基坑1底部3~4m时,停止基坑1底部两侧的开挖施工。
步骤3、开挖二号分坑11和三号分坑12:开挖位于基坑1内底部左侧的二号分坑11和位于基坑1内底部右侧三号分坑12至基坑1底部,并保留二号分坑11和三号分坑12的边侧预留土14,保留二号分坑11和三号分坑12之间的中部预留土13;
步骤4、施工建造第一抗浮板30,安装第一支架16,开挖中部预留土13,并安装下扁壳体25和上扁壳体24;扁壳体23所处区域为非固化区29:于二号分坑11和三号分坑12内施工建造第一抗浮板30;于第一抗浮板30上安装第一支架16,并安装用于压重的水袋22;开挖出扁壳体23所处范围的土体;修整基坑1底部的土体线形,与扁壳体23的线形配合,然后安装预制的下扁壳体25;安装预制的上扁壳体24,上扁壳体24与下扁壳体25形成完整的扁壳体23;扁壳体23处于下穿地铁3上部;上扁壳体24与下扁壳体25为分开预制结构,二者结构匹配,共同组成扁壳体23;
步骤5、安装泄水管26:在扁壳体23结构预留的孔洞内安装泄水管26;泄水管26底部距离下穿地铁3结构外表面1.5~2.5m;泄水管26为钢管结构,用于在水袋22压重过程中排出土体内的高压水;步骤5中泄水管26在完成泄水作业后,通过泄水管26管口注浆加固土体,形成钢管混凝土永久结构;
步骤6、施作后灌注体28:通过扁壳体23中间的灌注孔27填充后灌注体28;
步骤7、施工建造第二抗浮板31并安装第三支架18:于扁壳体23结构顶部施工第二抗浮板31;第二抗浮板31的顶部标高与第一抗浮板30一致;于第二抗浮板31上安装第三支架18,并安装用于压重的水袋22;第一抗浮板30、第二抗浮板31和第三抗浮板32组成抗浮板15;第二抗浮板31的顶部标高与整块抗浮板15一致;泄水管26底部距离下穿地铁3结构外表面1.5~2.5m;泄水管26为钢管结构,用于在水袋22压重过程中排出土体内的高压水;步骤5中泄水管26在完成泄水作业后,通过泄水管26管口注浆加固土体,形成钢管混凝土永久结构;
步骤8、开挖边侧预留土14,施工建造第三抗浮板32,并安装第二支架17:开挖边侧预留土14至基坑1底部;于基坑1边侧施工第三抗浮板32;于第三抗浮板32上安装第二支架17,并安装用于压重的水袋22;
步骤9、抽排水并进行下一施工段作业:在压重过程中,用水泵将泄水管26排出基坑1下部土体内的孔隙水抽排出基坑1;开始下一施工段作业,将多个施工段的相邻结构连为一体。
步骤4、步骤7和步骤8中的第一支架16、第二支架17和第三支架18采用型钢制作,第一支架16、第二支架17和第三支架18上设置用于承载水袋22的支架间隔,并将第一支架16、第二支架17和第三支架18与格构柱8通过焊接或螺栓连接方式固定。
根据上述方法得到的明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系,下穿地铁3上方设有全断面固化区2,下穿地铁3两侧均设有局部固化区4;位于左右两侧的局部固化区4之外设定距离处分别设有围护桩5,围护桩5顶部设有冠梁6;位于每根下穿地铁3两侧的局部固化区4中均设有抗拔桩7,抗拔桩7向下延伸至下穿地铁3下方;每根抗拔桩7顶部设有格构柱8;位于下穿地铁3左右两侧的围护桩5之间设有混凝土支撑9,格构柱8嵌入混凝土支撑9内部,混凝土支撑9两端分别与下穿地铁3左右两侧的围护桩5顶部的冠梁6衔接;
在下穿地铁3上部土层中设有一号分坑10、二号分坑11和三号分坑12;二号分坑11和三号分坑12靠外侧端均为边侧预留土14,二号分坑11和三号分坑12之间为中部预留土13;在二号分坑11和三号分坑12内设有第一抗浮板30;边侧预留土14深度延伸至基坑1底部;
扁壳体23位于下穿地铁3上部,扁壳体23所处区域为非固化区29;
第一抗浮板30上设有第一支架16,第一支架16上设置水袋22;扁壳体23所处范围的土体为移除中部预留土13后的土体;扁壳体23包括下扁壳体25和上扁壳体24,下扁壳体25位于下部,上扁壳体24位于上部;扁壳体23上预留有多个孔洞,孔洞内设有泄水管26;扁壳体23顶部还设有灌注孔27,扁壳体23内填充有后灌注体28;扁壳体23顶部设有第二抗浮板31;第二抗浮板31上设有第三支架18,第三支架18上设有水袋22;
第三支架18包括横架19、中部竖架20和边侧竖架21,横架19两侧连接竖直的边侧竖架21,横架19底部设有多根边侧竖架21;第三抗浮板32设于基坑1边侧预留土14移除后的位置;第三抗浮板32上设有第二支架17,第二支架17上设有水袋22;第一支架16、第二支架17和第三支架18与格构柱8固定连接;第一抗浮板30、第二抗浮板31和第三抗浮板32组成抗浮板15;
基坑1底部的土体线形与扁壳体23的线形配合;上扁壳体24和下扁壳体25均为预制的;泄水管26为钢管结构;灌注孔27用于向扁壳体23内填充后灌注体28;
一号分坑10位于基坑1底部中央,二号分坑11位于基坑1底部左侧,三号分坑12位于基坑1底部右侧;
一号分坑10位于基坑1底部中央,二号分坑11位于基坑1底部左侧,三号分坑12位于基坑1底部右侧。
Claims (10)
1.一种明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、地基加固与防护;
步骤2、开挖一号分坑(10):开挖基坑(1),待基坑(1)开挖至距离基坑(1)底部设定距离时,停止基坑(1)底部两侧的开挖施工,先开挖一号分坑(10)至基坑(1)底部;
步骤3、开挖二号分坑(11)和三号分坑(12):开挖位于基坑(1)内底部左侧的二号分坑(11)和位于基坑(1)内底部右侧三号分坑(12)至基坑(1)底部,并保留二号分坑(11)和三号分坑(12)的边侧预留土(14),保留二号分坑(11)和三号分坑(12)之间的中部预留土(13);
步骤4、施工建造第一抗浮板(30),安装第一支架(16),开挖中部预留土(13),并安装下扁壳体(25)和上扁壳体(24);扁壳体(23)所处区域为非固化区(29);
步骤5、安装泄水管(26):在扁壳体(23)结构预留的孔洞内安装泄水管(26);
步骤6、施作后灌注体(28):通过扁壳体(23)中间的灌注孔(27)填充后灌注体(28);
步骤7、施工建造第二抗浮板(31)并安装第三支架(18);
步骤8、开挖边侧预留土(14),施工建造第三抗浮板(32),并安装第二支架(17):开挖边侧预留土(14)至基坑(1)底部;于基坑(1)边侧施工第三抗浮板(32);于第三抗浮板(32)上安装第二支架(17),并安装用于压重的水袋(22);
步骤9、抽排水并进行下一施工段作业:在压重过程中,用水泵将泄水管(26)排出基坑(1)下部土体内的孔隙水抽排出基坑(1);开始下一施工段作业,将多个施工段的相邻结构连为一体。
2.根据权利要求1所述明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于,步骤1具体为:在下穿地铁(3)两侧施工建造局部固化区(4),在下穿地铁(3)上方施工建造全断面固化区(2);在位于左右两侧的局部固化区(4)之外设定距离处分别施工建造围护桩(5);在两侧的围护桩(5)顶部施工建造冠梁(6);在每个下穿地铁(3)左右两侧施工建造抗拔桩(7),并在抗拔桩(7)顶部建造格构柱(8);在位于下穿地铁(3)左右两侧的围护桩(5)之间施工建造混凝土支撑(9)。
3.根据权利要求1所述明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于:步骤2中待基坑(1)开挖至距离基坑(1)底部3~4m时,停止基坑(1)底部两侧的开挖施工。
4.根据权利要求1所述明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于,步骤4具体为:于二号分坑(11)和三号分坑(12)内施工建造第一抗浮板(30);于第一抗浮板(30)上安装第一支架(16),并安装用于压重的水袋(22);开挖出扁壳体(23)所处范围的土体;修整基坑(1)底部的土体线形,与扁壳体(23)的线形配合,然后安装预制的下扁壳体(25);安装预制的上扁壳体(24),上扁壳体(24)与下扁壳体(25)形成完整的扁壳体(23)。
5.根据权利要求1所述明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于:步骤4、步骤7和步骤8中的第一支架(16)、第二支架(17)和第三支架(18)采用型钢制作,第一支架(16)、第二支架(17)和第三支架(18)上设置用于承载水袋(22)的支架间隔,并将第一支架(16)、第二支架(17)和第三支架(18)与格构柱(8)通过焊接或螺栓连接方式固定。
6.根据权利要求1所述明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于:步骤4中扁壳体(23)处于下穿地铁(3)上部;上扁壳体(24)与下扁壳体(25)为分开预制结构,二者结构匹配,共同组成扁壳体(23)。
7.根据权利要求1所述明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于:步骤5中泄水管(26)底部距离下穿地铁(3)结构外表面1.5~2.5m;泄水管(26)为钢管结构,用于在水袋(22)压重过程中排出土体内的高压水;步骤5中泄水管(26)在完成泄水作业后,通过泄水管(26)管口注浆加固土体,形成钢管混凝土永久结构。
8.根据权利要求1所述的明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于:步骤6中后灌注体(28)为混凝土或小粒径的废弃石料。
9.根据权利要求1所述的明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系的施工方法,其特征在于,步骤7具体为:于扁壳体(23)结构顶部施工第二抗浮板(31);第二抗浮板(31)的顶部标高与第一抗浮板(30)一致;于第二抗浮板(31)上安装第三支架(18),并安装用于压重的水袋(22);第一抗浮板(30)、第二抗浮板(31)和第三抗浮板(32)组成抗浮板(15);第二抗浮板(31)的顶部标高与整块抗浮板(15)一致。
10.明挖隧道上跨既有地铁交叉段抗浮体系,其特征在于,根据权利要求1至9任一所述的方法得到的。
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