CN100464055C - 利用pba法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，1.对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测；2.布置地面降水井和洞内水平井；3.利用竖井横通道施作主体拱部超前大管棚，并预注浆加固地层；4.进行小导洞边跨扣拱施工和主体扣顶大弧施工；5.开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；6.分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土；7.分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水层、混凝土。本发明的优点是：可保证施工安全、质量和工期，并可节省费用、提高工效。
Description
技术领域：
本发明属于一种建筑施工方法，特别涉及一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法。
背景技术：
目前国内大跨隧道的施工技术水平，适合选用的施工方法主要有明挖法和浅埋暗挖法。其中浅埋暗挖法又包括双侧壁导坑法和在大跨地铁车站采用过的“PBA”法。但是，这些方法对于周边环境复杂、地下管线密集、地质条件差、地下水丰富，并且断面跨度大的施工环境，均存在不同的缺陷和局限性。
1、明挖法对于地面交通繁多、地下管线繁多的工况，施工时必须进行管线改移和交通疏解，因此施工所受干扰大，工期长；另外，在进行管线临时改移及占地费用高，经济性差。
2、采用的浅埋暗挖双侧壁导坑法，对于隧道地质条件差、周边环境复杂、涉及影响地下管线繁多的施工环境，对结构上方管线及周边环境安全控制极为不利，施工风险大，从理论上分析难以保证安全。
而PBA法由于其适用范围较广，适用于地层、地质条件很差、跨度大、地面沉降要求严格的隧道开挖，并且可减小地面沉降、拆除临时支护工作量相对较小，简化了施工工艺、工效较高，从而应用在大跨地铁车站的施工中，但是还没有应用在大跨度隧道的施工。
发明内容：
本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，该施工方法可保证施工安全、质量和工期，并可节省费用、提高工效。
本发明的技术方案是：一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于：依照下列步骤进行：
(1)对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测；
(2)布置地面降水井和洞内水平井；
(3)利用竖井横通道(管棚操作室)施作主体拱部超前大管棚，并预注浆加固地层；
(4)施工小导洞并预埋连接钢筋；
(5)架设小导洞格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；
(6)对导洞内初支背后灌注混凝土回填混凝土；
(7)开挖左、右侧拱部，架设主拱格栅，并与预埋连接钢筋连接；
(8)开挖左侧下导洞和右侧下导洞，施作中隔墙和下部临时支撑；
(9)开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；
(10)分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土；
(11)分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水层、混凝土。
上述大管棚的施作采用无缝钢管分段打设的方法，每段之间纵向搭接。
上述大管棚的施工采用钻孔静压顶入法施工，设备选用HXY-500M地质钻机。
上述大跨度隧道结构上方地层空洞的检测采用探地雷达检测GPR技术。
上述小导洞格栅与预埋钢筋采用搭接焊连接，主拱格栅与连接钢筋采用搭接焊连接，使之与小导洞格栅连接成整体。
本发明具有如下的优点和积极效果：
(1)突破了以往“PBA”法仅局限用于多跨多层地下车站及停车场浅埋暗挖工程项目中，解决了“PBA”法应用于浅埋暗挖单跨超大断面隧道中综合性技术难题。
(2)采用探地雷达检测(GPR)技术进行大跨段隧道结构上方地层空洞的检测，解决了在地层条件差，周边环境复杂，受施工干扰大的情况下，进行浅埋暗挖大跨隧道施工前，如何进行地层空洞检测的难题；
(3)采用地面井点+洞内水平井降水的处理措施，有效地解决了“PBA”法在富水区域进行大跨隧道浅埋暗挖施工时地下水处理的难题。
(4)采用钻孔静压顶入，并在主体结构中部增设管棚操作室办法，解决了施工操作空间受限，上部管线密集，对管棚施工精度、沉降要求极高的情况下，进行长大管棚施作的技术性难题；
(5)格栅钢架连接施工方法后，解决了大跨隧道“PBA”工法扣拱施工安全性差，两次扣拱连接精度不高的技术性难题；
(6)选用合理的临时支护拆除、换撑方法及二衬砼支撑体系，确保了大跨隧道二衬施工临时支护拆除过程中结构的安全，保证了超大断面砼结构的施工质量。
附图说明：
图1是本发明的施工流程图。
图2是降水井施工工艺流程图。
图3是主体拱部大管棚设置示意图。
图4是管棚分段施工平面示意图。
图5是管棚施工流程图。
图6是扣拱施工示意图。其中，图6—1是施工小导洞并预埋连接钢筋示意图；图6-2是小导洞内扣拱示意图；图6-3是回填导洞内混凝土示意图；图6-4是开挖左侧拱部(1号导洞)并架设拱部格栅示意图；图6-5开挖右侧拱部(2号导洞)并架设拱部格栅示意图；图6-6是开挖左侧下导洞(3号导洞)，施作下部临时支撑示意图；图6-7是开挖右侧拱部(4号导洞)，施作下部临时支撑示意图。
具体实施方式：
苏黄区间超大断面隧道为北京地铁四、十号线联络线岔线段，由单孔双线过渡为单孔三线，设计采用拱顶直墙型断面。同时大跨段隧道根据线路走向又分成三种不同尺寸的断面：断面E，里程K2+240.3～K2+262.5，长22.2m，跨度15.076m，高度9.3m；断面E’，里程K2+262.5～K2+282.3，长19.8m，跨度15.937m，高9.855m；断面F，里程K2+282.3～K2+296.3，长14.0m，跨度17.5m，高度10.5m。其施工方法依照下列步骤进行：(如图1所示)
1、对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测：
本次探测工作采用了目前国内外先进的高分辨率美国产SIR-2型探地雷达检测***。该探地雷达配置中心频率100MHz天线，可靠探测深度在6m左右，能满足本工程需求。
取顺隧道主体结构中心及隧道外结构线外侧5m方向布置3条测线，根据接收天线所接收并由仪器记录下来反射波的情况进行数据处理。
2、布置地面降水井和洞内水平井：
根据地质详勘资料表明，苏黄区间大跨段在开挖深度范围内主要受台地潜水、层间潜水的影响。台地潜水主要分布在结构顶板上方0.8～3.60m的范围内，并且顶板上方覆盖较厚的粉质粘土层，富水的粉质粘土经施工扰动后极易液化，成流泥状，隧道开挖过程种易出现坍塌、掉块现象，加之隧道开挖扰动及地下水流失容易加剧地表沉降，增大了施工风险。根据“PBA”工法特点，并结合水文、地质情况，施工中采用了地面井点+洞内水平井降水的处理措施，保证施工过程的安全。
(1)布置地面降水井。降水井顺线路方向，沿隧道两侧布置，间距6～8m，共布降水井20眼，采用φ400/50mm无砂水泥管，井管缠80目尼龙纱网，管外填φ20～40mm滤料至地面以下1.5m处。施工采用反循环和冲击钻钻机成孔，孔径600mm，采用高扬程潜水泵进行抽、排水。如图2所示：
具体施工过程如下：
A、定井位
根据降水井位图、地下管线分布图及坐标控制点施放降水井井位。为保证安全，定井位后应物探结合人工洛阳铲探明井位处有无地下管线、地下障碍物。
B、人工探孔
挖孔直径1000mm，每挖进800mm，做一次护壁，模板居中支撑，四周所留孔缝均匀，保证10cm厚度。每上、下两层护壁必须搭接50mm—100mm。对挖孔中遇到的可疑地物，不许直接破坏，经现场管理人员批准后方可继续施工。
C、挖坑垒砌泥浆池
为保证钻进过程水流循环及保存钻孔出渣，在现场用加气块围泥浆池，并在泥浆池内铺设塑料布，防止浆液外露，外部用土支撑，施工完毕后将所剩残渣除清场外。
D、钻机就位、调整
钻机就位时需调整钻机的平整度和钻塔的垂直度，对位后用机台木垫实，保证钻机安放平稳。
E、钻孔
在钻孔过程中应保证孔内泥浆液面在钢护桶之上。在地层条件允许的情况下，尽量使用地层自造泥浆成孔，若钻孔通过易塌孔的流砂层或泥浆漏失严重的地层时，可采用人工造浆护壁钻进，泥浆比重调至1.1～1.3。
F、下管
下管前应检查井管是否已按要求包缠尼龙网；无砂水泥管接口处要用塑料布包严，钢管上下段焊接时要保证垂直度并焊接严实。井管必须确保在井孔居中。
G、填滤料
填料必须从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，洗井后若发现滤料下沉应及时补充滤料，填料高度按设计要求填至地面下3m。
H、洗井
采用压风机洗井，若井内沉没比不够时应注入清水。
(2)布置洞内水平井。
从前期竖井横通道开挖情况来看，拱部及掌子面渗水量较大。特别是隧道拱部位于粘土层中，地面深井降水不能形成降水漏斗，开挖过程中容易形成流泥，引起大量周边土层流失，容易造成地表超量下沉。经过认真分析研究之后，决定在大跨段隧道施工之前，利用竖井横通道空间，向大跨隧道方向增设水平井，对局部滞水提前引流，开挖时起到超前降水的效果。
水平井共设置6个，长度30～40米。施工采用HXY-500M地质钻机成孔，孔径为108mm，然后在孔内安放φ50mm钢花管，钢花管外部并缠裹两层80目滤网。
具体施工过程是：
施放井位→钻机就位→钻机调平、对位→螺旋成孔→下管→封孔→引水至竖井→排水出竖井外。
3、利用竖井横通道施作主体拱部超前大管棚，并预注浆加固地层。
苏黄区间三线大跨段拱部超前大管棚设计采用Φ159，t＝10.0mm，1＝56.0m的无缝钢管1，间距为0.4m，管棚施工完毕后进行注浆，注浆材料采用水泥浆。如图3所示。
由于56m长管棚一次性打设不利于管棚施工精度控制，加之结构上方管线繁多，也难以保证结构上方管线安全。综合各方因素，我们决定采用将56m长管棚分段打设的方案，管棚之间纵向搭接长度为3m。
首先利用竖井横通道做为第一段管棚操作空间，管棚打设长度为25m；然后在两侧小导洞开挖至K2+279.3处时，把左线小导洞和右线小导洞连通，设置成管棚操作室，第二段和第三段管棚利用操作室空间分别向小里程(E’断面)和大里程(F断面)方向施作和各20米长的大管棚，如图4所示。
管棚的施工工艺采用受操作空间影响较小的钻孔静压顶入法施工，设备选用HXY-500M地质钻机。施工工艺如图5所示。
4、进行扣拱施工，并按照如下工序完成；如图6所示。
①施工小导洞并预埋连接钢筋2；②架设小导洞内格栅3；③对导洞内初支背后灌注混凝土回填4；④开挖左侧拱部(1号导洞)并架设拱部格栅5；⑤开挖右侧拱部(2号导洞)并架设拱部格栅6；6、开挖左侧下导洞(3号导洞)，施作下部临时支撑7；7、开挖右侧拱部(4号导洞)，施作下部临时支撑8。上述小导洞格栅与预埋钢筋采用搭接焊连接，在主体开挖时，将主拱格栅与连接钢筋采用搭接焊连接，使之与小导洞格栅连接成整体
5、开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；
6、分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土；
7、分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水层、混凝土。
Claims (5)
1.一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于：依照下列步骤进行：
(1)对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测；
(2)布置地面降水井和洞内水平井；
(3)利用竖井横通道，即管棚操作室，施作主体拱部超前大管棚，并预注浆加固地层；
(4)施工小导洞并预埋连接钢筋；
(5)架设小导洞格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；
(6)对导洞内初支背后灌注混凝土回填混凝土；
(7)开挖左、右侧拱部，架设主拱格栅，并与预埋连接钢筋连接；
(8)开挖左侧下导洞和右侧下导洞，施作中隔墙和下部临时支撑；
(9)开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；
(10)分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土；
(11)分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水层、混凝土。
2.根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于：上述大管棚的施作采用无缝钢管分段打设的方法，每段之间纵向搭接。
3.根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于：上述大管棚的施工采用钻孔静压顶入法施工，设备选用HXY-500M地质钻机。
4.根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于：上述大跨度隧道结构上方地层空洞的检测采用探地雷达检测GPR技术。
5.根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于：上述小导洞格栅与预埋钢筋采用搭接焊连接，主拱格栅与连接钢筋采用搭接焊连接，使之与小导洞格栅连接成整体。
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