CN112228118B - 地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地铁车站建筑领域，尤其涉及一种地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法，包括在导洞(8)变形处的导洞(8)内架设“口”字形钢框架；在所述导洞(8)变形处，且沿导洞(8)轴向断面间距3～5m的拱部和侧壁上，径向打设注浆管(4)，并通过注浆管(4)对周围土体进行注浆加固；在所述导洞(8)变形处底板的边桩施工部位向地层径向打孔，在孔内设置深孔注浆管(5)，并在深孔注浆管(5)内注浆加固；与所述导洞(8)变形处的相邻导洞之间的扣拱部位及正洞隧道拱部上方施做超前管棚支护，完成所述导洞(8)变形部位的加固。本发明能够及时消除导洞坍塌等各种风险隐患，工时短，成本低，安装拆卸方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种地铁车站建筑领域，尤其涉及地铁暗挖导洞施工方法。
背景技术
我国城市轨道交通工程建设近年来飞速发展。越来越多的地铁车站修建在繁华城区中，受地面交通及周边环境等因素制约，明挖车站越发难以实施。暗挖车站因其不阻断交通、少拆迁或不拆迁，对周边环境影响小，已经成为在繁华城区特别是北京地区的一种常见的车站施工形式。地铁暗挖车站一般埋深较浅，而断面跨度与高度较大，暗挖法施工风险较大，一般采用多导洞施工，常见的如柱洞法、扣大拱、洞桩法(PBA)等。
暗挖地铁车站施工过程中也存在施工步序多,结构力学转换复杂,会对地层造成频繁扰动等问题。多导洞施工时存对导洞四周围岩的扰动叠加后有明显的群洞效应，容易造成暗挖车站周边地层和环境风险发生大变形。为确保暗挖车站施工安全，一般要求对车站所处区域进行降水施工，消除车站开挖过程中地下水的影响，提高围岩自身强度和承载力，同时确保暗挖法开挖面的地层稳定和施工安全。降水施工会引起地层及周边环境的变形，同时降水周期不足或效果不佳也都会对暗挖施工产生较多不利影响，加剧暗挖车站自身结构、地层围岩及周边环境变形。
随着城市地铁线路不断增多，新建线路的车站埋深也越来越大，暗挖车站降水和施工难度也越来越大。同时为避免因超采地下水造成的城市大规模沉陷，地下水开采被严格限制，这也制约了暗挖车站降水实施，甚至不得在采取少降水或者不降水的条件下进行暗挖施工。这种新形势给暗挖车站施工带来了极大的挑战，特别是在导洞开挖阶段，极易在导洞格栅节点位置发生大变形，成为地铁暗挖车站施工比较大的风险隐患。以往的施工方法无法有效解决这个难题，故急需一种导洞大变形的控制方法，使得在暗挖车站发生大变形时可以进行及时有效的处置，及时消除风险隐患。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种能够在暗挖车站导洞发生大变形时，进行有效的处置，及时消除风险隐患的一种地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法，包括如下步骤：
步骤1：在导洞变形处的导洞内架设“口”字形钢框架；
步骤2：在所述导洞变形处，且沿导洞轴向断面间距3～5m的拱部和侧壁上，径向打设注浆管，并通过注浆管对周围土体进行注浆加固，提高土体抗压抗剪强度；
步骤3：在所述导洞变形处底板的边桩施工部位向地层径向打孔，在孔内设置深孔注浆管，并在深孔注浆管内注浆加固；
步骤4：与所述导洞变形处的相邻导洞之间的扣拱部位及正洞隧道拱部上方施做超前管棚支护，完成所述导洞变形部位的加固。
所述的导洞是在车站上半断面的地层中，分左、右开挖桩柱的至少两个作业导洞，为整体支护体系梁柱支撑提供必要的施工空间。导洞的变形处即为在施工中发生变形的导洞部分；当为两条以上的导洞时，多为相邻导洞间侧壁发生变形；
进一步的，所述的步骤1具体为：
在所述导洞变形处的两侧壁，且沿导洞轴线方向依次对称且垂直导洞底板设置钢框架竖撑梁，钢框架横梁沿导洞轴向水平支撑设置在钢框架竖撑梁上，所述的钢框架横梁和钢框架竖撑梁与所述导洞两侧壁墙面紧密贴合，且相互垂直设置，确保能可靠受力；再根据所述导洞断面宽度水平设置钢框架对撑梁，且钢框架对撑梁垂直固定在所述对称的钢框架竖撑梁上，所述的钢框架竖撑梁及钢框架对撑梁组成了“口”字形钢框架，所述的钢框架横梁将所述“口”字形钢框架导洞内的变形处支撑形成一个受力整体；所述“口”字形钢框架的设置间距为2～5米。
进一步的，所述的钢框架对撑梁包括第一对撑梁和第二对撑梁，所述的第一对撑梁设置在离所述导洞的底板顶面1.5～2米处，保证留有足够的运输和作业空间；所述的第二对撑梁紧密贴合在所述导洞的底板顶面，所述的钢框架竖撑梁及第一对撑梁和第二对撑梁组成了“口”字形钢框架。
进一步的，所述的步骤2中径向打设的注浆管为5～7根，注浆管均匀分布在导洞变形处的拱部和侧壁上，注浆管长度为1～2米，在通过注浆管注浆时的径向注浆断面间距为1～3m，注浆压力为0.5～1Mpa。
进一步的，所述的步骤3中径向打孔位置及孔间距与边桩桩位及桩间距相同，所述深孔注浆管内注浆压力为0.3～0.5Mpa，同时限制单孔注浆量不大于3立方米。
进一步的，所述的步骤4具体为：
步骤41：在所述导洞施工横通道的拱部和扣拱拱部内侧壁的轮廓线外15～20cm处标定大管棚布设孔位点，孔位点中心距为15～30cm，凿出导向孔位，开孔直径大于管棚钢管直径1～2cm，开孔方向与导洞轴线平行，预定外插角为1～1.5°，开孔深度为25～35cm，开孔深度大于导洞的初支结构厚度，形成定位孔，确保钻具钻进方向准确；导洞的初支结构是指在初期开挖导洞时进行的前期施工的横通道和导洞的初期支护结构。
步骤42：根据步骤41中所述的定位孔钻孔并在钻孔内压入棚管，钻孔的深度按照导洞变形处的具***置在孔内用管棚钻机继续按预定外插角钻进，管棚机钻头钻进的过程中将管棚逐节连接起来同步跟进，直至管棚长度完全覆盖导洞变形处的全部区域；
步骤43：向棚管(7)内及棚管(7)周围的土体进行注浆，进入地层的注浆浆液使得地层被挤密、加固，浆液与地层结合在所述导洞(8)变形处的相邻导洞之间的扣拱部位及正洞隧道拱部上方形成了岩体，该岩体即为超前大管棚加固体(6)。
进一步的，在所述的步骤42中，在钻孔的钻进过程中，通过注浆泵将钻进液压入管棚钢管与周围地层之间的间隙，可以有效的降低钢管与地层的摩擦，且能保持孔道畅通，控制钻进时的扭矩，所述的钻进液是由钠基膨润土、润滑剂和水制备而成，其中膨润土的质量份为35～55份，固体润滑剂的质量份为10～15份，再掺入水调和搅拌，使得搅拌后的液体粘度为18～22s，制得所述的钻进液。
进一步的，所述的步骤43中棚管(7)内的注浆加固长度为10～50米。
进一步的，所述的棚管(7)采用DN108钢管。
进一步的，所述的步骤43中是沿管棚的长度方向从里向外后退式注浆，注浆压力为1.0～2.0Mpa，同时方便根据变形导洞的长度和位置连续或间断注浆。
本发明的有益效果是：本发明能够有效简单的解决在暗挖车站的导洞施工处理中，导洞变形的问题，及时消除导洞坍塌等各种风险隐患，本发明采用简单的结构，低廉的成本，在导洞内支设“口”字形整体钢框架，对至少两个变形导洞之间的扣拱部位及变形导洞的正洞隧道拱部上方施做超前管棚支护，该支护过程结合径向注浆和大管棚措施，工时短，安装拆卸方便，有效的降低了后续扣拱施工对地层的扰动影响，防止发生进一步的变形。
附图说明
图1是本发明步骤1中所述“口”字形钢框架结构示意图；
图2是本发明图1的横截面结构示意图；
图3是本发明步骤2中所述注浆管的设置结构示意图；
图4是本发明步骤3中所述深孔注浆管的设置结构示意图；
图5是本发明步骤4中所述管棚加固体的设置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：如图1至图5所示，一种地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法，包括如下步骤：
步骤1：在导洞8变形处的导洞8内架设“口”字形钢框架；
在所述导洞8变形处的两侧壁，且沿导洞轴线方向依次对称且垂直导洞底板设置钢框架竖撑梁2，钢框架横梁1沿导洞轴向水平支撑设置在钢框架竖撑梁2上，所述的钢框架横梁1和钢框架竖撑梁2与所述导洞8两侧壁墙面紧密贴合，且相互垂直设置，确保能可靠受力；再根据所述导洞8断面宽度水平设置钢框架对撑梁3，且钢框架对撑梁3垂直固定在所述对称的钢框架竖撑梁2上，所述的钢框架竖撑梁2及钢框架对撑梁3组成了“口”字形钢框架，所述的钢框架横梁1将所述“口”字形钢框架导洞8内的变形处支撑形成一个受力整体；所述的“口”字形钢框架的设置间距为2～5米。
步骤2：在所述导洞8变形处，且沿导洞8轴向断面间距3～5m的拱部和侧壁上，径向打设注浆管4，并通过注浆管4对周围土体进行注浆加固；
所述的步骤2中径向打设的注浆管4为5～7根，注浆管4均匀分布在导洞8变形处的拱部和侧壁上，注浆管4长度为1～2米，在通过注浆管4注浆时的径向注浆断面间距为1～3m，注浆压力为0.5～1Mpa。
步骤3：在所述导洞8变形处底板的边桩施工部位向地层径向打孔，在孔内设置深孔注浆管5，并在深孔注浆管5内注浆加固；
所述的步骤3中径向打孔位置及孔间距与边桩桩位及桩间距相同，所述深孔注浆管5内注浆压力为0.3～0.5Mpa，同时限制单孔注浆量不大于3立方米。
步骤4：与所述导洞8变形处的相邻导洞之间的扣拱部位及正洞隧道拱部上方施做超前管棚支护，完成所述导洞8变形部位的加固。
所述的步骤4具体为：
步骤41：在所述导洞8施工横通道的拱部和扣拱拱部内侧壁的轮廓线外15～20cm处标定大管棚布设孔位点，孔位点中心距为15～30cm，凿出导向孔位，开孔直径大于管棚钢管直径1～2cm，开孔方向与导洞轴线平行，预定外插角为1～1.5°，开孔深度为25～35cm，开孔深度大于导洞8的初支结构厚度，形成定位孔，确保钻具钻进方向准确；
步骤42：根据步骤41中所述的定位孔钻孔并在钻孔内压入棚管7，钻孔的深度按照导洞8变形处的具***置在孔内用管棚钻机继续按预定外插角钻进，管棚机钻头钻进的过程中将管棚逐节连接起来同步跟进，直至管棚长度完全覆盖导洞8变形处的全部区域，所述的管棚通过丝扣连接的方式逐节连接；
步骤43：向棚管7内及棚管7周围的土体进行注浆，进入地层的注浆浆液使得地层被挤密、加固，浆液与地层结合在所述导洞8变形处的相邻导洞之间的扣拱部位及正洞隧道拱部上方形成了岩体，该岩体即为超前大管棚加固体6；所述的棚管7内的注浆加固长度为10～50米，主要根据需要加固导洞8变形处的长度和位置确定，一般10米以上，超过50m时效果欠佳；所述的棚管7采用DN108钢管。
一般导洞变形都处在导洞的侧壁上，当为两条以上的导洞时，多为相邻导洞间侧壁发生变形，本方法利用导洞的初支结构及以最低的人力和成本消耗，将变形导洞进行支护，有效的降低了后续扣拱施工对地层的扰动影响，防止导洞发生进一步的变形。
实施例2：与实施例1相同，不同的是：步骤1具体为：所述的钢框架对撑梁3包括第一对撑梁31和第二对撑梁32，所述的第一对撑梁31设置在离所述导洞8的底板顶面1.5～2米处，保证留有足够的运输和作业空间；所述的第二对撑梁32紧密贴合在所述导洞8的底板顶面，所述的钢框架竖撑梁2及第一对撑梁31和第二对撑梁32组成了“口”字形钢框架。
实施例3：与实施例1相同，不同的是：在所述的步骤42中，在钻孔的钻进过程中，通过注浆泵将钻进液压入管棚钢管与周围地层之间的间隙，可以有效的降低钢管与地层的摩擦，且能保持孔道畅通，控制钻进时的扭矩，所述的钻进液是由钠基膨润土、润滑剂和水制备而成，其中膨润土的质量份为35～55份，固体润滑剂的质量份为10～15份，再掺入水调和搅拌，使得搅拌后的液体粘度为18～22s，制得所述的钻进液。
实施例4：与实施例1相同，不同的是：所述的步骤43中是沿管棚7的长度方向从里向外后退式注浆，注浆压力为1.0～2.0Mpa，同时根据变形导洞8的长度和位置连续或间断注浆。
实施例5：与实施例1相同，不同的是：
在步骤1中所述的“口”字形钢框架的设置间距为2米；
在所述的步骤2中径向打设的注浆管4为5根，注浆管4均匀分布在导洞8变形处的拱部和侧壁上，注浆管4长度为1米，在通过注浆管4注浆时的径向注浆断面间距为1m，注浆压力为0.5Mpa。
所述步骤41中在所述导洞8施工横通道的拱部和扣拱拱部内侧壁的轮廓线外15cm处标定大管棚布设孔位点，孔位点中心距为15cm，凿出导向孔位，开孔直径大于管棚钢管直径1cm，开孔方向与导洞轴线平行，预定外插角为1°，开孔深度为35cm，开孔深度大于导洞8的初支结构厚度，形成定位孔，确保钻具钻进方向准确；
所述步骤43中棚管7内的注浆加固长度为10米。
实施例6：与实施例1相同，不同的是：
在步骤1中所述的“口”字形钢框架的设置间距为3.5米；
在所述的步骤2中径向打设的注浆管4为6根，注浆管4均匀分布在导洞8变形处的拱部和侧壁上，注浆管4长度为1.5米，在通过注浆管4注浆时的径向注浆断面间距为2m，注浆压力为0.8Mpa。
所述步骤41中在所述导洞8施工横通道的拱部和扣拱拱部内侧壁的轮廓线外17cm处标定大管棚布设孔位点，孔位点中心距为23cm，凿出导向孔位，开孔直径大于管棚钢管直径1.5cm，开孔方向与导洞轴线平行，预定外插角为1.2°，开孔深度为30cm，开孔深度大于导洞8的初支结构厚度，形成定位孔，确保钻具钻进方向准确；
所述步骤43中棚管7内的注浆加固长度为35米。
实施例7：与实施例1相同，不同的是：
在步骤1中所述的“口”字形钢框架的设置间距为5米；
在所述的步骤2中径向打设的注浆管4为7根，注浆管4均匀分布在导洞8变形处的拱部和侧壁上，注浆管4长度为2米，在通过注浆管4注浆时的径向注浆断面间距为3m，注浆压力为1Mpa。
所述步骤41中在所述导洞8施工横通道的拱部和扣拱拱部内侧壁的轮廓线外20cm处标定大管棚布设孔位点，孔位点中心距为30cm，凿出导向孔位，开孔直径大于管棚钢管直径2cm，开孔方向与导洞轴线平行，预定外插角为1.5°，开孔深度为35cm，开孔深度大于导洞8的初支结构厚度，形成定位孔，确保钻具钻进方向准确；
所述步骤43中棚管7内的注浆加固长度为50米。
实施例8：与实施例3相同，不同的是所述的钻进液是由钠基膨润土、润滑剂和水制备而成，其中膨润土的质量份为35份，固体润滑剂的质量份为10份，再掺入水调和搅拌，使得搅拌后的液体粘度为18s，制得所述的钻进液。
实施例9：与实施例3相同，不同的是所述的钻进液是由钠基膨润土、润滑剂和水制备而成，其中膨润土的质量份为45份，固体润滑剂的质量份为13份，再掺入水调和搅拌，使得搅拌后的液体粘度为20s，制得所述的钻进液。
实施例10：与实施例3相同，不同的是所述的钻进液是由钠基膨润土、润滑剂和水制备而成，其中膨润土的质量份为55份，固体润滑剂的质量份为15份，再掺入水调和搅拌，使得搅拌后的液体粘度为22s，制得所述的钻进液。
实施例11：与实施例4相同，所述的步骤43中是沿管棚7的长度方向从里向外后退式注浆，注浆压力为1.0Mpa，同时根据变形导洞8的长度和位置连续或间断注浆。
实施例12：与实施例4相同，所述的步骤43中是沿管棚7的长度方向从里向外后退式注浆，注浆压力为1.5Mpa，同时根据变形导洞8的长度和位置连续或间断注浆。
实施例13：与实施例4相同，所述的步骤43中是沿管棚7的长度方向从里向外后退式注浆，注浆压力为2.0Mpa，同时根据变形导洞8的长度和位置连续或间断注浆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在导洞（8）变形处的导洞（8）内架设“口”字形钢框架；具体为：在所述导洞（8）变形处的两侧壁，且沿导洞轴线方向依次对称且垂直导洞底板设置钢框架竖撑梁（2），钢框架横梁（1）沿导洞轴向水平支撑设置在钢框架竖撑梁（2）上，所述的钢框架横梁（1）和钢框架竖撑梁（2）与所述导洞（8）两侧壁墙面紧密贴合，且相互垂直设置；再根据所述导洞（8）断面宽度水平设置钢框架对撑梁（3），且钢框架对撑梁（3）垂直固定在所述对称的钢框架竖撑梁（2）上，所述的钢框架竖撑梁（2）及钢框架对撑梁（3）组成了“口”字形钢框架，所述的钢框架横梁（1）将所述“口”字形钢框架在导洞（8）内的变形处支撑形成一个受力整体；所述“口”字形钢框架的设置间距为2～5米；所述的钢框架对撑梁（3）包括第一对撑梁（31）和第二对撑梁（32），所述的第一对撑梁（31）设置在离所述导洞（8）的底板顶面1.5～2米处；所述的第二对撑梁（32）紧密贴合在所述导洞（8）的底板顶面，所述的钢框架竖撑梁（2）及第一对撑梁（31）和第二对撑梁（32）组成了“口”字形钢框架；
步骤2：在所述导洞（8）变形处，且沿导洞（8）轴向断面间距3～5m的拱部和侧壁上，径向打设注浆管（4），并通过注浆管（4）对周围土体进行注浆加固；径向打设的注浆管（4）为5～7根，注浆管（4）均匀分布在导洞（8）变形处的拱部和侧壁上，注浆管（4）长度为1～2米，在通过注浆管（4）注浆时的径向注浆断面间距为1～3m，注浆压力为0.5～1 Mpa；
步骤3：在所述导洞（8）变形处底板的边桩施工部位向地层径向打孔，在孔内设置深孔注浆管（5），并在深孔注浆管（5）内注浆加固；径向打孔位置及孔间距与边桩桩位及桩间距相同，所述深孔注浆管（5）内注浆压力为0.3～0.5Mpa，同时限制单孔注浆量不大于3立方米；
步骤4：与所述导洞（8）变形处的相邻导洞之间的扣拱部位及正洞隧道拱部上方施做超前管棚支护，完成所述导洞（8）变形部位的加固；具体为：
步骤41：在所述导洞（8）施工横通道的拱部和扣拱拱部内侧壁的轮廓线外15～20cm处标定大管棚布设孔位点，孔位点中心距为15～30cm，凿出导向孔位，开孔直径大于管棚钢管直径1～2cm，开孔方向与导洞轴线平行，预定外插角为1～1.5°，开孔深度为25～35cm，开孔深度大于导洞（8）的初支结构厚度，形成定位孔；
步骤42：根据步骤41中所述的定位孔钻孔并在钻孔内压入棚管（7），钻孔的深度按照导洞（8）变形处的具***置在孔内用管棚钻机继续按预定外插角钻进，管棚机钻头钻进的过程中将管棚逐节连接起来同步跟进，直至管棚长度完全覆盖导洞（8）变形处的全部区域；在钻孔的钻进过程中，通过注浆泵将钻进液压入管棚钢管与周围地层之间的间隙；所述的钻进液是由钠基膨润土、润滑剂和水制备而成，其中膨润土的质量份为35～55份，固体润滑剂的质量份为10～15份，再掺入水调和搅拌，使得搅拌后的液体粘度为18～22s，制得所述的钻进液；
步骤43：向棚管（7）内及棚管（7）周围的土体进行注浆，进入地层的注浆浆液使得地层被挤密、加固，浆液与地层结合在所述导洞（8）变形处的相邻导洞之间的扣拱部位及正洞隧道拱部上方形成了岩体，该岩体即为超前大管棚加固体（6）。
2.如权利要求1所述的地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法，其特征在于，所述的步骤43中棚管（7）内的注浆加固长度为10～50米。
3.如权利要求1所述的地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法，其特征在于，所述的棚管（7）采用DN108钢管。
4.如权利要求1-3任一所述的地铁暗挖车站控制导洞变形的施工方法，其特征在于，所述的步骤43中是沿管棚（7）的长度方向从里向外后退式注浆，注浆压力为1.0～2.0Mpa，同时根据变形的导洞（8）的长度和位置连续或间断注浆。
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