一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法，其步驟是：A、在地下結(jié)構(gòu)兩端無(wú)敏感建筑區(qū)域設(shè)置兩個(gè)豎向工作井；B、通過(guò)豎向工作井先向地下主體結(jié)構(gòu)四周頂入大小直徑組合鋼管形成管幕；C、通過(guò)注漿或者冷凍的方式加固鋼管之間土體，形成水密性地下空間；D、在組合管幕的保護(hù)下，進(jìn)行地下主體結(jié)構(gòu)淺埋暗挖施工，管幕與支護(hù)結(jié)構(gòu)形成大剛度的縱環(huán)向組合受力體系；E、在組合支護(hù)體系達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除內(nèi)部臨時(shí)支撐，施作地下主體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于將管幕與支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，形成大剛度共同受力體系，可以嚴(yán)格控制沉降，有效地控制地下水的流失，保證施工及運(yùn)營(yíng)安全，特別適用于超淺埋超大斷面飽和軟土隧道下穿敏感建筑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地下結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域，具體涉及一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法(PSSE)，它適用于飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結(jié)構(gòu)下穿敏感建筑的工程。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加速，在城區(qū)道路或重要建筑物下興建大型地下結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，如城市地下隧道、地鐵車(chē)站、地下停車(chē)場(chǎng)等等。目前，在既有道路或建筑物下面建造城市地下隧道、城市地鐵車(chē)站、地下停車(chē)場(chǎng)等工程，主要有明挖法、盾構(gòu)法和淺埋暗挖法。明挖法不僅破壞了環(huán)境，而且對(duì)原有路面進(jìn)行了開(kāi)挖，阻礙了交通的暢通，影響了建筑物安全，對(duì)城市生產(chǎn)生活干擾較大。對(duì)于淺埋大斷面、短距離的隧道而言，采用盾構(gòu)法施工顯然是不經(jīng)濟(jì)的，也是不可行。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差，埋置深度較淺，上部有敏感建筑時(shí)，如果采用一般淺埋暗挖法施工，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，地面沉降難以控制，一旦出現(xiàn)施工事故，造成的社會(huì)影響顯著。因此，如何找到一種適合于飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結(jié)構(gòu)下穿敏感建筑的淺埋暗挖方法非常迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供了一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法(PSSE)，將不同剛度的鋼管與地下支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，形成大剛度環(huán)縱向共同受力體系，可以嚴(yán)格控制沉降，保證施工及運(yùn)營(yíng)安全，特別適用于超淺埋超大斷面飽和軟土隧道下穿敏感建筑，也適用于下穿城市既有道路或重要建筑物的淺埋大斷面隧道、復(fù)雜地質(zhì)條件下城市地鐵車(chē)站等工程。該法可有效地控制地下水的流失，減少開(kāi)挖時(shí)對(duì)鄰近土體的擾動(dòng)并相應(yīng)減少周?chē)馏w的變形，達(dá)到開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)格控制沉降，不影響地面活動(dòng)，并維持上部建(構(gòu))筑物、道路與管線的正常使用功能。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施:
本發(fā)明涉及一種淺埋大斷面地下結(jié)構(gòu)新型暗挖施工法，包括在地下結(jié)構(gòu)兩端形成兩個(gè)豎向工作井，然后在地下主體結(jié)構(gòu)周邊形成管幕，并通過(guò)注漿或者冷凍加固鋼管之間土體，形成水密性地下空間，在管幕的保護(hù)下，邊開(kāi)挖邊支撐，依次形成第一層組合支護(hù)體系及第二層地下主體結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明解決了城市地形受限制、地質(zhì)條件較差區(qū)域大斷面地下結(jié)構(gòu)下穿敏感建筑的淺埋暗挖施工，具有廣闊的工程應(yīng)用前景和市場(chǎng)推廣價(jià)值。
[0006]一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法，包括以下步驟:
步驟1，在地下主體結(jié)構(gòu)兩端形成兩個(gè)豎向工作井；
步驟2、在兩個(gè)豎向工作井之間待施工的地下主體結(jié)構(gòu)的周邊形成管幕，先向地下主體結(jié)構(gòu)四周受力不利位置頂入大直徑鋼管作為基準(zhǔn)管，然后在基準(zhǔn)管之間按照順序間隔頂進(jìn)小直徑鋼管；
步驟3、通過(guò)注漿或者冷凍方法加固大直徑鋼管和小直徑鋼管之間土體，形成水密性地下空間；
步驟4、在大直徑鋼管和小直徑鋼管組合的管幕的保護(hù)下，邊開(kāi)挖土體邊施工初次支護(hù)結(jié)構(gòu)，初次支護(hù)結(jié)構(gòu)由環(huán)向鋼拱架支撐和噴射混凝土構(gòu)成，環(huán)向鋼拱架支撐與管幕鋼管之間連接方式為焊接，環(huán)向鋼拱架支撐的環(huán)內(nèi)通過(guò)內(nèi)部臨時(shí)支撐進(jìn)行加強(qiáng)和固定；
步驟5，在初次支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定值以上時(shí)，分臺(tái)階拆除內(nèi)部臨時(shí)支撐，施作地下主體結(jié)構(gòu)，地下主體結(jié)構(gòu)斷面形狀為多段圓弧組成的橢圓形，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
[0007]如上所述的步驟2中大直徑鋼管的直徑范圍為1.5^3.0m ;小直徑鋼管的直徑范圍為 0.6~1.5mο
[0008]如上所述的步驟4中地下主體結(jié)構(gòu)內(nèi)土體開(kāi)挖順序依次為上部土體、中部土體和下部土體；各段初次支護(hù)結(jié)構(gòu)在相應(yīng)部分土體開(kāi)挖后緊跟施作，每段內(nèi)部臨時(shí)支撐兩端與大直徑鋼管焊接，中部與小直徑鋼管焊接，形成大剛度的縱環(huán)向組合受力體系。
[0009]如上所述的步驟4中，內(nèi)部臨時(shí)支撐分為橫撐和豎撐，采用鋼管撐或型鋼支撐，橫撐和豎撐之間連接方式為焊接或螺栓連接，內(nèi)部臨時(shí)支撐與環(huán)向鋼拱架支撐之間連接方式為焊接。
[0010]如上所述的施作地下主體結(jié)構(gòu)的施作順序?yàn)橛上露稀?br> [0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
1、首次提出將大小直徑鋼管組合管幕與地下支護(hù)結(jié)構(gòu)組成組合受力體系，形成了可控制地表沉降、避免地下水流失的大剛度環(huán)縱向受力體系；
2、特別適用于超淺埋超大斷面飽和軟土隧道下穿敏感建筑，也適用于下穿城市既有道路或重要建筑物的淺埋大斷面隧道、`復(fù)雜地質(zhì)條件下城市地鐵車(chē)站等工程；
3、不影響地面活動(dòng)，并維持上部建(構(gòu))筑物、道路與管線的正常使用功能，在施工過(guò)程中可以保證道路暢通，對(duì)城市生產(chǎn)生活干擾小。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是豎向工作井結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是管幕施工平面布置示意圖；
圖3是管幕施工縱剖面示意圖；
圖4是管幕施工橫剖面示意圖；
圖5是加固鋼管之間土體示意圖；
圖6是地下主體結(jié)構(gòu)上部土體開(kāi)挖及支護(hù)施工示意圖；
圖7是地下主體結(jié)構(gòu)中部土體開(kāi)挖及支護(hù)施工示意圖；
圖8是地下主體結(jié)構(gòu)下部土體開(kāi)挖及支護(hù)施工示意圖；
圖9是施作地下主體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中I 一豎向工作井；2 —大直徑鋼管；3 —小直徑鋼管；4 一鋼管之間土體；5 —上部土體；6 —初次支護(hù)結(jié)構(gòu)；7-內(nèi)部臨時(shí)支撐；8 —中部土體；9 一下部土體；10 —地下主體結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:根據(jù)圖1、可知，對(duì)于處于飽和軟土地層的淺埋大斷面地下結(jié)構(gòu)，該法可有效的為地下結(jié)構(gòu)開(kāi)挖擋土止水，減少開(kāi)挖時(shí)對(duì)鄰近土體的擾動(dòng)并相應(yīng)減少周?chē)馏w的變形，達(dá)到開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)格控制沉降，不影響地面活動(dòng)，并維持上部建(構(gòu))筑物、道路與管線的正常使用功能，其步驟是:
步驟I，在地下主體結(jié)構(gòu)10兩端形成兩個(gè)豎向工作井I。地下主體結(jié)構(gòu)10斷面形狀為多段圓弧組成的橢圓形，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為淺埋暗挖主要永久受力結(jié)構(gòu)。豎向工作井I的作用是為后續(xù)頂管及暗挖施工提供條件，施工完成后可以對(duì)工作井頂部進(jìn)行回填或作為使用期間的逃生通道及管線通道。所述步驟一中，豎向工作井I的大小應(yīng)滿(mǎn)足頂管施工及地下主體結(jié)構(gòu)開(kāi)挖施工的要求，其斷面形狀一般可為矩形，也可以為圓形或其他形狀的多邊形。所述步驟一中，豎向工作井I的支護(hù)結(jié)構(gòu)與豎向工作井I的尺寸大小有關(guān)系，為鋼板樁或地下連續(xù)墻，優(yōu)先采用地下連續(xù)墻。
[0015]步驟2，然后在兩個(gè)豎向工作井I之間待施工的地下主體結(jié)構(gòu)10的周邊形成管幕。通過(guò)地下主體結(jié)構(gòu)10兩端豎向工作井1，先向地下主體結(jié)構(gòu)10四周受力不利位置(例如主體結(jié)構(gòu)頂部、底部等)頂入大直徑鋼管2作為基準(zhǔn)管，然后在基準(zhǔn)管之間按照順序間隔頂進(jìn)小直徑鋼管3，形成管幕。所述步驟二中，周邊大小直徑鋼管形狀一般為圓形，小直徑鋼管2直徑在0.6-1.5m范圍內(nèi)選擇，大直徑鋼管3直徑在1.5^3.0m范圍內(nèi)選擇，主要應(yīng)考慮滿(mǎn)足下階段地下主體結(jié)構(gòu)尺寸的大小及上覆荷載的大小。
[0016]步驟3，通過(guò)大小直徑鋼管加固鋼管之間土體4，形成水密性地下空間。所述步驟三中，通過(guò)大小直徑鋼管加固鋼管之間土體4，可采用注漿或者冷凍方法加固。
[0017]步驟4，在大小直徑鋼管組合管幕的保護(hù)下，進(jìn)行地下主體結(jié)構(gòu)淺埋暗挖施工，邊開(kāi)挖土體邊施工初次支護(hù)結(jié)構(gòu)6，初次支護(hù)結(jié)構(gòu)6由鋼拱架支撐和噴射混凝土構(gòu)成，初次支護(hù)結(jié)構(gòu)鋼拱架支撐與管幕鋼管之間連接方式為焊接。所述步驟四中，地下主體結(jié)構(gòu)內(nèi)土體開(kāi)挖順序依次為上部土體5、中部土體8和下部土體9 ;所述步驟4中，各段初次支護(hù)結(jié)構(gòu)6在相應(yīng)部分土體開(kāi)挖后緊跟施作，初次支護(hù)結(jié)構(gòu)6由按照一定縱向間距布置的環(huán)向鋼拱架支撐和噴射混凝土構(gòu)成，每段環(huán)向鋼拱架支撐兩端與大直徑鋼管焊接，中部與小直徑鋼管焊接，形成大剛度的縱環(huán)向組合受力體系，初級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)6的環(huán)向鋼拱架支撐的環(huán)內(nèi)通過(guò)內(nèi)部臨時(shí)支撐7進(jìn)行加強(qiáng)和固定；所述步驟4中，內(nèi)部臨時(shí)支撐7分為橫撐和豎撐，采用鋼管撐或型鋼支撐，內(nèi)部臨時(shí)支撐7之間連接方式為焊接或螺栓連接，內(nèi)部臨時(shí)支撐與初次支護(hù)結(jié)構(gòu)6鋼拱架支撐之間連接方式為焊接。
[0018]步驟5，在組合支護(hù)體系中的初次支護(hù)結(jié)構(gòu)6強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%以上時(shí)(即預(yù)定值)，分臺(tái)階拆除內(nèi)部臨時(shí)支撐7，施作地下主體結(jié)構(gòu)10。地下主體結(jié)構(gòu)10斷面形狀為多段圓弧組成的橢圓形，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為淺埋暗挖主要永久受力結(jié)構(gòu)。所述步驟五中，地下主體結(jié)構(gòu)的施作順序?yàn)橛上露稀?br> [0019]本方法在國(guó)內(nèi)某隧道暗挖下穿敏感建筑的應(yīng)用過(guò)程中，由于該建筑地理位置特殊、政治意義重大，隧道施工不能對(duì)其造成較大影響。由于暗挖段開(kāi)挖斷面高約19m，寬約20m,開(kāi)挖斷面達(dá)345m2，埋深僅5飛m，隧道穿越的地層為淤泥層、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等富水軟土地層，水壓力大，施工難度極大，在國(guó)內(nèi)沒(méi)有類(lèi)似隧道建成的先例。該隧道采用管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法(PSSE)施工，滿(mǎn)足了該建筑的沉降標(biāo)準(zhǔn)要求，沒(méi)有對(duì)敏感建筑產(chǎn)生較大影響，取得良好社會(huì)效益。
【權(quán)利要求】
1.一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，在地下主體結(jié)構(gòu)(10 )兩端形成兩個(gè)豎向工作井(I); 步驟2、在兩個(gè)豎向工作井(I)之間待施工的地下主體結(jié)構(gòu)(10)的周邊形成管幕，先向地下主體結(jié)構(gòu)(10)四周受力不利位置頂入大直徑鋼管(2)作為基準(zhǔn)管，然后在基準(zhǔn)管之間按照順序間隔頂進(jìn)小直徑鋼管(3)； 步驟3、通過(guò)注漿或者冷凍方法加固大直徑鋼管(2)和小直徑鋼管(3)之間土體(4)，形成水密性地下空間； 步驟4、在大直徑鋼管(2)和小直徑鋼管(3)組合的管幕的保護(hù)下，邊開(kāi)挖土體邊施工初次支護(hù)結(jié)構(gòu)(6)，初次支護(hù)結(jié)構(gòu)(6)由環(huán)向鋼拱架支撐和噴射混凝土構(gòu)成，環(huán)向鋼拱架支撐與管幕鋼管之間連接方式為焊接，環(huán)向鋼拱架支撐的環(huán)內(nèi)通過(guò)內(nèi)部臨時(shí)支撐(7)進(jìn)行加強(qiáng)和固定； 步驟5，在初次支護(hù)結(jié)構(gòu)(6)強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定值以上時(shí)，分臺(tái)階拆除內(nèi)部臨時(shí)支撐(7)，施作地下主體結(jié)構(gòu)(10)，地下主體結(jié)構(gòu)(10)斷面形狀為多段圓弧組成的橢圓形，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法，其特征在于，所述的步驟2中大直徑鋼管(2)的直徑范圍為1.5~3.0m;小直徑鋼管(3)的直徑范圍為0.6^1.5m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法，其特征在于，所述的步驟4中地下主體結(jié)構(gòu) 內(nèi)土體開(kāi)挖順序依次為上部土體(5)、中部土體(8)和下部土體(9);各段初次支護(hù)結(jié)構(gòu)(6)在相應(yīng)部分土體開(kāi)挖后緊跟施作，每段內(nèi)部臨時(shí)支撐(7)兩端與大直徑鋼管(2)焊接，中部與小直徑鋼管(3)焊接，形成大剛度的縱環(huán)向組合受力體系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法，其特征在于，所述的步驟4中，內(nèi)部臨時(shí)支撐(7)分為橫撐和豎撐，采用鋼管撐或型鋼支撐，橫撐和豎撐之間連接方式為焊接或螺栓連接，內(nèi)部臨時(shí)支撐(7)與環(huán)向鋼拱架支撐之間連接方式為焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管幕-支護(hù)結(jié)構(gòu)組合體系淺埋暗挖法，其特征在于，所述的施作地下主體結(jié)構(gòu)(10 )的施作順序?yàn)橛上露稀?br> 【文檔編號(hào)】E21D11/00GK103485790SQ201310472458
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】郭小紅, 程勇, 劉繼國(guó), 余晶 申請(qǐng)人:中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司