CN111485893A - 饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法，其包括以下步骤：S1、利用分仓管将超大断面管幕沿水平方向分成多个仓室；S2、每一所述仓室沿竖直方向分为多个土层；S3、多个所述仓室之间按照一定顺序由上至下开挖多个所述土层，每一所述土层开挖过程中，沿开挖方向，对完成开挖的区域同步安装用于支撑土体的支撑框架，相邻所述土层内的支撑框架一一对接。通过将超大断面管幕通道分隔成多个小断面进行逐个挖掘，在挖掘每个小断面的过程中能够同时避免开挖面坍塌与土体沉降，最终实现整个超大断面管幕通道不会出现开挖面坍塌并减少土体沉降。
Description
技术领域
本发明涉及一种饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法。
背景技术
随着城市化进程不断加快、人口密度日益增长、土地资源利用率趋于饱和，交通拥挤、环境恶化等一系列问题已成为阻碍城市快速发展的重要因素。因此，城市地下空间的开发和利用成为今后重要的研究方向。由于传统明挖法施工时会导致周边交通绕行、市政管线搬迁、绿化景观破坏等问题，已无法满足现代城市对在人口密集、用地紧张的城市中心区域修建地下空间工程的高标准要求。管幕暗挖法作为一种非明挖工法，通过利用小口径顶管机建造大断面地下空间，特别适合于穿越覆土较浅的繁华街道、上跨或下穿构筑物及既有管线、周边建筑等需要保护不适宜明挖和盖挖的区域，在国内外已得到广泛应用。但饱和软土地区因具有地下水位较高、隔水效果较差、地层具有明显流变塑性等特点，在上述地区进行超大断面管幕通道土方开挖时会存在如下问题：1)若为减少土体沉降，开挖无支护长度需设计较短，会导致开挖土方坡度较大，开挖面易坍塌；2)若为避免开挖面坍塌，需减小开挖土方坡度，延长开挖无支护长度，则土体沉降明显，周围环境保护困难。所以，目前国内外尚没有在饱和软土地区进行超大断面管幕通道土方开挖的先例，因此迫切需要提出一种可以解决上述问题的施工方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中在饱和软土地区进行超大断面管幕通道土方开挖时存在开挖面坍塌与土体沉降相矛盾的缺陷，提供一种能够解决上述矛盾的饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法，其特点在于，其包括以下步骤：
S1、利用分仓管将超大断面管幕沿水平方向分成多个仓室；
S2、每一所述仓室沿竖直方向分为多个土层；
S3、多个所述仓室之间按照一定顺序由上至下开挖多个所述土层，每一所述土层开挖过程中，沿开挖方向，对完成开挖的区域同步安装用于支撑土体的支撑框架，相邻所述土层内的支撑框架一一对接。下层土方开挖到预定位置后，局部上方支撑框架暂时悬空失效。此时及时安装固定下方的支撑框架，与上方悬空的支撑框架对接。
较佳地，在步骤S3中，首先开挖位于一侧的所述仓室内的所述土层，开挖掘进距离达到某一设计值后，开挖位于另一侧的所述仓室内的同一层的所述土层，两侧开挖所述土层的速度相同，直至两侧的所述土层全部开挖完成。
较佳地，任一所述仓室两侧的两个相邻所述仓室完成开挖后，在开挖中间的所述仓室的过程中沿开挖方向同步截断拆除两侧的所述分仓管。
较佳地，相邻所述支撑框架之间连接有斜杆和系梁。
较佳地，位于下方的所述土层开挖后，局部上方的所述支撑框架处于悬空状态，对完成开挖的区域安装固定所述支撑框架，与上方悬空的所述支撑框架对接。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：通过将超大断面管幕通道分隔成多个小断面进行逐个挖掘，在挖掘每个小断面的过程中能够同时避免开挖面坍塌与土体沉降，最终实现整个超大断面管幕通道不会出现开挖面坍塌并减少土体沉降。
附图说明
图1为本发明优选实施例中超大断面管幕通道的截面示意图。
图2为本发明优选实施例中超大断面管幕通道中位于上方的土层开挖的示意图。
图3为本发明优选实施例中超大断面管幕通道中位于两侧的仓室同时开挖的示意图。
图4为本发明优选实施例中超大断面管幕通道中位于下方的土层开挖的示意图。
图5为本发明优选实施例中超大断面管幕通道中位于中间的仓室开挖的示意图。
图6为本发明优选实施例中超大断面管幕通道完成开挖后的结构示意图。
附图标记说明：
仓室 100
分仓管 110
支撑框架 200
斜杆 210
系梁 220
掌子面 300
土体 400
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
为加强对邻近建筑的保护，减少相邻施工的相互影响，保证土方开挖、支撑及结构回筑工作的顺利进行，对上海某地铁车站采用管幕暗挖施工方法。但上海属于饱和软土地区，地质条件较差，地层具有明显的流变塑性，在上述地区进行超大断面管幕通道土方开挖时，会存在以下问题：1)若开挖无支护长度设计较短，开挖土方坡度大，开挖面易坍塌；2)若减小开挖土方坡度，增加开挖无支护长度，则土体变形较大。因此，目前国内外尚没有在饱和软土地区进行超大断面管幕通道土方开挖的先例，急需开展相关研究。上述地铁车站管幕段长度为100m，埋深5.4m，构筑开挖断面21.99m(宽)×7.2m(高)。土方开挖具体施工方法包括以下步骤：
S1、利用分仓管110将超大断面管幕沿水平方向分成多个仓室100；
S2、每一仓室100沿竖直方向分为多个土层；
S3、多个仓室100之间按照一定顺序由上至下开挖多个土层，每一土层开挖过程中，沿开挖方向，对完成开挖的区域同步安装用于支撑土体400的支撑框架200，相邻土层内的支撑框架200一一对接。
本实施例中，如图1所示，采用四周封闭型管幕及分仓管110将管幕横断面分为三个仓室100，每个仓室100分为上下两层。按照“先开挖边仓、后开挖中仓；先开挖上方土层、后开挖下方土层”的顺序进行开挖。
如图2所示，开挖上方的土层时首先由扒渣机挖掘臂在前方挖土，土方通过扒渣机输送槽输送至后方运输车，然后通过人工对扒渣机挖掘臂难以挖掘的位置进行清理。根据实际地质条件，每个土层可先按45°放坡，当掌子面300自立性良好时，可以在确保安全的前提下，增加放坡角度，宜为60°～75°。开挖单次进尺为2.5m，待扒渣机挖掘到预定位置，扒渣机退出，利用叉车安装支撑框架200，形成间距为2.5m的支撑框架体系。支撑框架200采用700×300H型钢拼接而成，中间设两根500×300H型钢加强。为保证支撑稳定性，支撑框架200间采用斜杆210(200×80槽钢)、系梁220(500×300H型钢)连接。
为了提高挖掘的效率，同时保证超大断面管幕整体稳定性，首先开挖位于一侧的仓室100内的土层，开挖掘进距离达到某一设计值后，开挖位于另一侧的仓室100内的同一层的土层，两侧开挖土层的速度相同，直至两侧的土层全部开挖完成。如图3所示，本实施例中，当一侧的上方的土层开挖掘进距离达到25m时，开始挖掘另一侧的上方的土层。完成两侧的上方的土层挖掘后，开挖两侧的下方的土层。如图4所示，位于下方的土层的挖掘方式与上方的土层挖掘方式类似。下方土层开挖单次进尺为2.5m，待扒渣机开挖到预定位置，局部上方的支撑框架200暂时悬空失效。利用叉车安装固定下方的支撑框架200，与上方悬空的支撑框架200对接。
如图5所示，中仓土方开挖方法与边仓类似，同样遵循“分层开挖、及时支撑”的原则。为避免分仓管110阻碍相邻仓室100内的支撑框架200相互对接，中仓两侧的两个仓室100完成开挖后，在开挖中仓的过程中沿开挖方向同步截断拆除两侧的分仓管110。在其他实施例中，可将超大断面管幕分成四个以上的仓室，开挖仓室的过程中，会保证相邻仓室不会同时挖掘。以四个仓室为例，开挖过程为先挖第一和第三仓室，再挖第二和第四仓室。在挖掘第二仓室时，同步截断拆除两侧的分仓管；在挖掘第四仓室时，同步截断拆除第三仓室与第四仓室之间的分仓管。以此类推。
中仓的开挖单次进尺为2.5m，其中支撑框架200的间距也为2.5m，位于同一截面的6个支撑框架200拼接形成一个整体。
通过将超大断面管幕通道分隔成6个小断面进行逐个挖掘，在挖掘每个小断面的过程中能够同时避免开挖面坍塌与土体沉降，最终实现整个超大断面管幕通道不会出现开挖面坍塌并减少土体沉降。
为方便后续内部结构施工，管幕通道土方全部完成开挖后，沿通道的延伸方向，位于同一截面内的支撑框架200每间隔一组拆除一组。如图6所示，最终，支撑框架200形成间距为5m的支撑体系。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、利用分仓管将超大断面管幕沿水平方向分成多个仓室；
S2、每一所述仓室沿竖直方向分为多个土层；
S3、多个所述仓室之间按照一定顺序由上至下开挖多个所述土层，每一所述土层开挖过程中，沿开挖方向，对完成开挖的区域同步安装用于支撑土体的支撑框架，相邻所述土层内的支撑框架一一对接。
2.如权利要求1所述的饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法，其特征在于，在步骤S3中，首先开挖位于一侧的所述仓室内的所述土层，开挖掘进距离达到某一设计值后，开挖位于另一侧的所述仓室内的同一层的所述土层，两侧开挖所述土层的速度相同，直至两侧的所述土层全部开挖完成。
3.如权利要求1所述的饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法，其特征在于，任一所述仓室两侧的两个相邻所述仓室完成开挖后，在开挖中间的所述仓室的过程中沿开挖方向同步截断拆除两侧的所述分仓管。
4.如权利要求1所述的饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法，其特征在于，相邻所述支撑框架之间连接有斜杆和系梁。
5.如权利要求4所述的饱和软土地区超大断面管幕通道土方开挖施工方法，其特征在于，位于下方的所述土层开挖后，局部上方的所述支撑框架处于悬空状态，对完成开挖的区域安装固定所述支撑框架，与上方悬空的所述支撑框架对接。
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