一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法
【专利摘要】本发明公开了一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，其步骤是：A、在地下结构两端无敏感建筑区域设置两个竖向工作井；B、通过竖向工作井先向地下主体结构四周顶入大小直径组合钢管形成管幕；C、通过注浆或者冷冻的方式加固钢管之间土体，形成水密性地下空间；D、在组合管幕的保护下，进行地下主体结构浅埋暗挖施工，管幕与支护结构形成大刚度的纵环向组合受力体系；E、在组合支护体系达到一定强度后，拆除内部临时支撑，施作地下主体结构。本发明的创新点在于将管幕与支护结构进行组合，形成大刚度共同受力体系，可以严格控制沉降，有效地控制地下水的流失，保证施工及运营安全，特别适用于超浅埋超大断面饱和软土隧道下穿敏感建筑。
【专利说明】一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法
【技术领域】
[0001]本发明属于地下结构施工领域，具体涉及一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法(PSSE)，它适用于饱和富水软土地层的浅埋大断面地下结构下穿敏感建筑的工程。
【背景技术】
[0002]随着中国城市化进程的加速，在城区道路或重要建筑物下兴建大型地下结构越来越多，如城市地下隧道、地铁车站、地下停车场等等。目前，在既有道路或建筑物下面建造城市地下隧道、城市地铁车站、地下停车场等工程，主要有明挖法、盾构法和浅埋暗挖法。明挖法不仅破坏了环境，而且对原有路面进行了开挖，阻碍了交通的畅通，影响了建筑物安全，对城市生产生活干扰较大。对于浅埋大断面、短距离的隧道而言，采用盾构法施工显然是不经济的，也是不可行。当地质条件较差，埋置深度较浅，上部有敏感建筑时，如果采用一般浅埋暗挖法施工，安全风险较大，地面沉降难以控制，一旦出现施工事故，造成的社会影响显著。因此，如何找到一种适合于饱和富水软土地层的浅埋大断面地下结构下穿敏感建筑的浅埋暗挖方法非常迫切。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是在于针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法(PSSE)，将不同刚度的钢管与地下支护结构进行组合，形成大刚度环纵向共同受力体系，可以严格控制沉降，保证施工及运营安全，特别适用于超浅埋超大断面饱和软土隧道下穿敏感建筑，也适用于下穿城市既有道路或重要建筑物的浅埋大断面隧道、复杂地质条件下城市地铁车站等工程。该法可有效地控制地下水的流失，减少开挖时对邻近土体的扰动并相应减少周围土体的变形，达到开挖时严格控制沉降，不影响地面活动，并维持上部建(构)筑物、道路与管线的正常使用功能。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施:
本发明涉及一种浅埋大断面地下结构新型暗挖施工法，包括在地下结构两端形成两个竖向工作井，然后在地下主体结构周边形成管幕，并通过注浆或者冷冻加固钢管之间土体，形成水密性地下空间，在管幕的保护下，边开挖边支撑，依次形成第一层组合支护体系及第二层地下主体结构。
[0005]本发明解决了城市地形受限制、地质条件较差区域大断面地下结构下穿敏感建筑的浅埋暗挖施工，具有广阔的工程应用前景和市场推广价值。
[0006]一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，包括以下步骤:
步骤1，在地下主体结构两端形成两个竖向工作井；
步骤2、在两个竖向工作井之间待施工的地下主体结构的周边形成管幕，先向地下主体结构四周受力不利位置顶入大直径钢管作为基准管，然后在基准管之间按照顺序间隔顶进小直径钢管；
步骤3、通过注浆或者冷冻方法加固大直径钢管和小直径钢管之间土体，形成水密性地下空间；
步骤4、在大直径钢管和小直径钢管组合的管幕的保护下，边开挖土体边施工初次支护结构，初次支护结构由环向钢拱架支撑和喷射混凝土构成，环向钢拱架支撑与管幕钢管之间连接方式为焊接，环向钢拱架支撑的环内通过内部临时支撑进行加强和固定；
步骤5，在初次支护结构强度达到预定值以上时，分台阶拆除内部临时支撑，施作地下主体结构，地下主体结构断面形状为多段圆弧组成的椭圆形，为钢筋混凝土结构。
[0007]如上所述的步骤2中大直径钢管的直径范围为1.5^3.0m ;小直径钢管的直径范围为 0.6~1.5mο
[0008]如上所述的步骤4中地下主体结构内土体开挖顺序依次为上部土体、中部土体和下部土体；各段初次支护结构在相应部分土体开挖后紧跟施作，每段内部临时支撑两端与大直径钢管焊接，中部与小直径钢管焊接，形成大刚度的纵环向组合受力体系。
[0009]如上所述的步骤4中，内部临时支撑分为横撑和竖撑，采用钢管撑或型钢支撑，横撑和竖撑之间连接方式为焊接或螺栓连接，内部临时支撑与环向钢拱架支撑之间连接方式为焊接。
[0010]如上所述的施作地下主体结构的施作顺序为由下而上。
[0011]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:
1、首次提出将大小直径钢管组合管幕与地下支护结构组成组合受力体系，形成了可控制地表沉降、避免地下水流失的大刚度环纵向受力体系；
2、特别适用于超浅埋超大断面饱和软土隧道下穿敏感建筑，也适用于下穿城市既有道路或重要建筑物的浅埋大断面隧道、`复杂地质条件下城市地铁车站等工程；
3、不影响地面活动，并维持上部建(构)筑物、道路与管线的正常使用功能，在施工过程中可以保证道路畅通，对城市生产生活干扰小。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是竖向工作井结构示意图；
图2是管幕施工平面布置示意图；
图3是管幕施工纵剖面示意图；
图4是管幕施工横剖面示意图；
图5是加固钢管之间土体示意图；
图6是地下主体结构上部土体开挖及支护施工示意图；
图7是地下主体结构中部土体开挖及支护施工示意图；
图8是地下主体结构下部土体开挖及支护施工示意图；
图9是施作地下主体结构示意图。
[0013]其中I 一竖向工作井；2 —大直径钢管；3 —小直径钢管；4 一钢管之间土体；5 —上部土体；6 —初次支护结构；7-内部临时支撑；8 —中部土体；9 一下部土体；10 —地下主体结构。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:根据图1、可知，对于处于饱和软土地层的浅埋大断面地下结构，该法可有效的为地下结构开挖挡土止水，减少开挖时对邻近土体的扰动并相应减少周围土体的变形，达到开挖时严格控制沉降，不影响地面活动，并维持上部建(构)筑物、道路与管线的正常使用功能，其步骤是:
步骤I，在地下主体结构10两端形成两个竖向工作井I。地下主体结构10断面形状为多段圆弧组成的椭圆形，为钢筋混凝土结构，为浅埋暗挖主要永久受力结构。竖向工作井I的作用是为后续顶管及暗挖施工提供条件，施工完成后可以对工作井顶部进行回填或作为使用期间的逃生通道及管线通道。所述步骤一中，竖向工作井I的大小应满足顶管施工及地下主体结构开挖施工的要求，其断面形状一般可为矩形，也可以为圆形或其他形状的多边形。所述步骤一中，竖向工作井I的支护结构与竖向工作井I的尺寸大小有关系，为钢板桩或地下连续墙，优先采用地下连续墙。
[0015]步骤2，然后在两个竖向工作井I之间待施工的地下主体结构10的周边形成管幕。通过地下主体结构10两端竖向工作井1，先向地下主体结构10四周受力不利位置(例如主体结构顶部、底部等)顶入大直径钢管2作为基准管，然后在基准管之间按照顺序间隔顶进小直径钢管3，形成管幕。所述步骤二中，周边大小直径钢管形状一般为圆形，小直径钢管2直径在0.6-1.5m范围内选择，大直径钢管3直径在1.5^3.0m范围内选择，主要应考虑满足下阶段地下主体结构尺寸的大小及上覆荷载的大小。
[0016]步骤3，通过大小直径钢管加固钢管之间土体4，形成水密性地下空间。所述步骤三中，通过大小直径钢管加固钢管之间土体4，可采用注浆或者冷冻方法加固。
[0017]步骤4，在大小直径钢管组合管幕的保护下，进行地下主体结构浅埋暗挖施工，边开挖土体边施工初次支护结构6，初次支护结构6由钢拱架支撑和喷射混凝土构成，初次支护结构钢拱架支撑与管幕钢管之间连接方式为焊接。所述步骤四中，地下主体结构内土体开挖顺序依次为上部土体5、中部土体8和下部土体9 ;所述步骤4中，各段初次支护结构6在相应部分土体开挖后紧跟施作，初次支护结构6由按照一定纵向间距布置的环向钢拱架支撑和喷射混凝土构成，每段环向钢拱架支撑两端与大直径钢管焊接，中部与小直径钢管焊接，形成大刚度的纵环向组合受力体系，初级支护结构6的环向钢拱架支撑的环内通过内部临时支撑7进行加强和固定；所述步骤4中，内部临时支撑7分为横撑和竖撑，采用钢管撑或型钢支撑，内部临时支撑7之间连接方式为焊接或螺栓连接，内部临时支撑与初次支护结构6钢拱架支撑之间连接方式为焊接。
[0018]步骤5，在组合支护体系中的初次支护结构6强度达到设计值的70%以上时(即预定值)，分台阶拆除内部临时支撑7，施作地下主体结构10。地下主体结构10断面形状为多段圆弧组成的椭圆形，为钢筋混凝土结构，为浅埋暗挖主要永久受力结构。所述步骤五中，地下主体结构的施作顺序为由下而上。
[0019]本方法在国内某隧道暗挖下穿敏感建筑的应用过程中，由于该建筑地理位置特殊、政治意义重大，隧道施工不能对其造成较大影响。由于暗挖段开挖断面高约19m，宽约20m,开挖断面达345m2，埋深仅5飞m，隧道穿越的地层为淤泥层、淤泥质粘土、粉质粘土等富水软土地层，水压力大，施工难度极大，在国内没有类似隧道建成的先例。该隧道采用管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法(PSSE)施工，满足了该建筑的沉降标准要求，没有对敏感建筑产生较大影响，取得良好社会效益。
【权利要求】
1.一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，在地下主体结构(10 )两端形成两个竖向工作井(I); 步骤2、在两个竖向工作井(I)之间待施工的地下主体结构(10)的周边形成管幕，先向地下主体结构(10)四周受力不利位置顶入大直径钢管(2)作为基准管，然后在基准管之间按照顺序间隔顶进小直径钢管(3)； 步骤3、通过注浆或者冷冻方法加固大直径钢管(2)和小直径钢管(3)之间土体(4)，形成水密性地下空间； 步骤4、在大直径钢管(2)和小直径钢管(3)组合的管幕的保护下，边开挖土体边施工初次支护结构(6)，初次支护结构(6)由环向钢拱架支撑和喷射混凝土构成，环向钢拱架支撑与管幕钢管之间连接方式为焊接，环向钢拱架支撑的环内通过内部临时支撑(7)进行加强和固定； 步骤5，在初次支护结构(6)强度达到预定值以上时，分台阶拆除内部临时支撑(7)，施作地下主体结构(10)，地下主体结构(10)断面形状为多段圆弧组成的椭圆形，为钢筋混凝土结构。
2.根据权利要求1所述的一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，其特征在于，所述的步骤2中大直径钢管(2)的直径范围为1.5~3.0m;小直径钢管(3)的直径范围为0.6^1.5m。
3.根据权利要求1所述的一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，其特征在于，所述的步骤4中地下主体结构 内土体开挖顺序依次为上部土体(5)、中部土体(8)和下部土体(9);各段初次支护结构(6)在相应部分土体开挖后紧跟施作，每段内部临时支撑(7)两端与大直径钢管(2)焊接，中部与小直径钢管(3)焊接，形成大刚度的纵环向组合受力体系。
4.根据权利要求3所述的一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，其特征在于，所述的步骤4中，内部临时支撑(7)分为横撑和竖撑，采用钢管撑或型钢支撑，横撑和竖撑之间连接方式为焊接或螺栓连接，内部临时支撑(7)与环向钢拱架支撑之间连接方式为焊接。
5.根据权利要求1所述的一种管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法，其特征在于，所述的施作地下主体结构(10 )的施作顺序为由下而上。
【文档编号】E21D11/00GK103485790SQ201310472458
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】郭小红, 程勇, 刘继国, 余晶 申请人:中交第二公路勘察设计研究院有限公司