一种紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构的制作方法

1.本实用新型公开涉及城市隧道工程设计及施工技术领域，尤其涉及一种紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构。


背景技术：

2.城市隧道一般并行于城市主干道下方，主干道两侧可能存在地铁车站及高层建筑。在市区交通繁忙路段修建城市隧道通常有明挖法、盖挖法、暗挖法、半铺盖法等施工方法。
3.城市隧道一般开挖跨度大，如单向三车道城市隧道跨度一般不小于15m，若采用暗挖法施工城市隧道需设拱形顶板，这样导致覆土厚度小，临近顶板的土层其性质一般较差，需考虑管棚及超前注浆等支护措施，费用较高且风险大，一般不采用。
4.明挖法施工工序简单、施工空间宽敞、挖土及出土效率高，但需长期占用道路，而有些城市隧道基坑所在道路不具备封路及交通绕行条件，导致明挖法具有一定的局限性。
5.盖挖法虽然占用道路时间比明挖法较短，但基坑仍需全断面占路，同明挖法类似也具有局限性。
6.半铺盖法基坑可以分幅围挡，单次只占半幅道路，交通疏解压力比明挖法及盖挖法小，但是临时铺盖板一般位于地面附近，铺盖板上方无法回迁管线，主体结构施工完成后方可覆土回填、回迁管线、破除临时铺盖板，交通疏解次数及临时工程破除量较多。
7.由此可见，传统的设计施工方法存在较多的弊端和局限性。
8.解决上述传统设计施工方案存在的弊端和局限具有技术创新难度，解决以上问题的意义在于，需要提出一种既能减少交通疏解和管线迁改压力，又能提高出土效率和缩短工期的城市隧道结构及施工方法。


技术实现要素：

9.为克服相关技术中存在的问题，本实用新型公开实施例提供了一种紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构。以解决城市繁忙路段紧邻地铁基坑施工期间的交通疏解压力大、管线恢复速度慢、基坑出土效率低、施工风险高、施工工期长等诸多问题。所述技术方案如下：
10.该紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构设置有：止浆板、预注浆管、跟踪注浆管，止浆板、预注浆管、跟踪注浆管位于紧邻地铁桥墩及承台四周，单排设置预注浆管，双排设置跟踪注浆管；
11.咬合桩顶部设置第二冠梁及半圆桩，第二冠梁与顶板刚性连接；半圆桩顶部设置第一冠梁，第一冠梁在基坑内侧设置对接第一钢支撑的预埋钢板，第一冠梁顶部设置挡土墙，挡土墙高出地面。
12.在一个实施例中，所述第一钢支撑为h型钢支撑，第一钢支撑与半圆桩通过预埋钢板通过h型钢围檩相连；
13.所述第一钢支撑的下侧设置有第二钢支撑，第二钢支撑为钢管支撑，与咬合桩通过双拼工字钢围檩相连，第二钢支撑采用轴力伺服系统。
14.在一个实施例中，所述顶板的下端设置有降水井，所述降水井采用梅花形布设，避开临时桩柱兼抗拔桩、第二钢支撑的位置，降水井在底板部位设置止水环。
15.在一个实施例中，所述临时桩柱兼抗拔桩设置在顶纵梁下方，底板以上为临时桩柱部分，底板以下为抗拔桩部分，临时桩柱在隧道主体结构施工完成后割除，抗拔桩采取桩侧、桩端复式后注浆，抗拔桩顶部主受力筋锚入底板。
16.在一个实施例中，顶板在立柱部位设置l形挡土墙，顶板在立柱部位设置顶纵梁，靠近后期施工顶板部位设置竖向施工缝，在施工缝部位设置水平方向钢筋接驳器。
17.在一个实施例中，顶板预留下料孔、出土孔的孔洞，孔洞四周设企口，企口旁设梁，隧道主体结构施工完成后封闭预留孔洞；顶板上方设置堆土池，顶板两端设置腋角，在腋角附近的侧墙设置倾斜的水平施工缝，在水平施工缝部位设置竖向钢筋接驳器。
18.在一个实施例中，底板及中板在临时桩柱处设置后浇孔洞，后浇孔洞四周设企口，企口旁设梁，隧道主体结构施工完成后封堵后浇孔洞。
19.在一个实施例中，所述顶板两端与桩顶的第二冠梁刚性连接，顶板在与立柱连接部位及立柱中间部位埋设应力监测点。
20.本实用新型具有交通疏解压力小、管线恢复速度快、基坑出土效率高、施工风险低、施工工期短、隧道空间大等优点，可用于紧邻地铁的繁忙道路下方隧道结构设计及施工。本实用新型公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
21.1、与全明挖、全盖挖施工方案相比，本实用新型先施工一期半幅顶板后施工二期半幅顶板，基坑围挡及占用道路横向宽度是上述方案的0.5倍，不会出现全明挖、全盖挖方案可能导致的封路、绕行等问题，一期半幅盖挖顶板上方可更加快速地恢复道路、回迁管线，可极大地减少交通疏解及管线迁改压力；
22.2、与全盖挖施工方案相比，本实用新型钢筋混凝土桩柱将永久盖板施工阶段的受力状态由单跨转为双跨，半盖挖方案围护桩桩顶承载力可以比全盖挖方案减少很多，故本实用新型围护桩的直径比全盖挖方案减少0.2～0.3m，围护桩的含钢量比全盖挖方案减少20～30kg/m3，工程投资更少；
23.3、与半铺盖施工方案相比，本实用新型顶板为永临结合结构，顶板上方有足够的管线恢复空间，管线恢复空间是半铺盖方案的2倍，可以快速回迁管线，不会出现半铺盖方案中临时盖板无法回迁管线、临时盖板破除需再次围挡及疏解、永久顶板最后施作导致回迁管线滞后等问题；
24.4、本实用新型临时立柱为钢筋混凝土桩柱，即钻孔灌注桩，其抗压及抗弯承载力是相同尺寸空心钢管柱及相近尺寸格构柱的3～4倍以上，可以使顶板承担更大的覆土厚度，同时适用于顶板一半回填覆土、一半不回填覆土的偏压受力工况，临时立柱一次施工到位，与格构柱、钢管柱等临时立柱相比减少了插入格构柱、钢管柱环节，工序更加简化；
25.5、本实用新型在既有地铁桩基及承台四周埋深预注浆管，预注浆至基坑围护桩底，在地铁桩基及承台周边可以形成闭合止水帷幕，避免基坑施工引起的地铁桩基周边土体失水及桩基沉降；
26.6、本实用新型跟踪注浆可以多次、分段进行，根据监测数据判定是否启动跟踪注
浆，有利于节约工程投资；
27.7、本实用新型钢支撑采用轴力伺服系统，可以通过主动变形控制技术保护紧邻地铁等周边建(构)筑物。
28.当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
29.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
30.图1是本实用新型提供的紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构施工流程图。
31.图2是本实用新型提供的紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构剖视图。
32.图3是本实用新型提供的一期半幅顶板基坑开挖期间横剖面图。
33.图4是本实用新型提供的一期半幅顶板基坑回填期间横剖面图。
34.图5是本实用新型提供的二期半幅顶板基坑开挖期间横剖面图。
35.图6是本实用新型提供的基坑开挖完成回筑结构期间横剖面图。
36.图7是本实用新型提供的隧道主体结构施工完成期间横剖面图。
37.图8是本实用新型提供的在地铁桩基承台周边预埋注浆管平面图；
38.其中，a、正面图；b、侧面图；c、剖面图。
39.图9是本实用新型提供的在地铁区间、车站及垂直电梯的监测点布置剖面图；
40.其中，a、正面图；b、侧面图；c、垂直电梯结构图。
41.图10是本实用新型提供的底板、中板在临时桩柱处预留孔洞及封孔做法示意图。
42.图11是本实用新型提供的承台桩基竖向位移云图。
43.图12是本实用新型提供的承台桩基侧向位移云图。
44.图13是本实用新型提供的桥面桥墩竖向位移云图。
45.图14是本实用新型提供的桥面桥墩侧向位移云图。
46.附图标记：
47.1、止浆板；2、预注浆管；3、跟踪注浆管；4、咬合桩；5、半圆桩；6、钢板桩；7、临时桩柱兼抗拔桩；8、降水井；9、第一冠梁；10、第二冠梁；11、第一钢支撑；12、顶板；13、l形挡土墙；14、第二钢支撑；15、底板；16、第一侧墙；17、中板；18、第二侧墙；19、顶纵梁；20、后浇孔洞；21、挡土墙。
具体实施方式
48.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
49.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本实用新型所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
50.除非另有定义，本实用新型所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实用新型中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本实用新型所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
51.一种紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构包括以下内容：止浆板1、预注浆管2、跟踪注浆管3，止浆板1、预注浆管2、跟踪注浆管3位于紧邻地铁桥墩及承台四周，单排设置预注浆管，双排设置跟踪注浆管。
52.咬合桩顶部设置第二冠梁10及半圆桩5，第二冠梁10与顶板12刚性连接；半圆桩5顶部设置第一冠梁9，第一冠梁9在基坑内侧设置对接第一钢支撑11的预埋钢板，第一冠梁9顶部设置挡土墙21，挡土墙21高出地面。
53.第一钢支撑11为h型钢支撑，与半圆桩5通过预埋钢板相连，与钢板桩6通过h型钢围檩相连；第二钢支撑14为钢管支撑，与咬合桩通过双拼工字钢围檩相连，第二钢支撑采用轴力伺服系统。
54.降水井8采用梅花形布设，避开临时桩柱兼抗拔桩7、第二钢支撑14的位置，降水井在底板部位设置止水环；
55.临时桩柱兼抗拔桩7设置在顶纵梁19下方，底板以上为临时桩柱部分，底板以下为抗拔桩部分，临时桩柱在隧道主体结构施工完成后割除，抗拔桩采取桩侧、桩端复式后注浆，抗拔桩顶部主受力筋锚入底板；
56.先期施工顶板12在立柱部位设置l形挡土墙13，高出地面，兼作恢复道路防撞墙；
57.先期施工顶板12在立柱部位设置顶纵梁，靠近后期施工顶板12部位设置竖向施工缝，在施工缝部位设置水平方向钢筋接驳器；
58.后期施工顶板12预留下料孔、出土孔等孔洞，孔洞四周设企口，企口旁设梁，隧道主体结构施工完成后封闭预留孔洞；
59.后期施工顶板上方设置堆土池；顶板两端设置腋角，在腋角附近的侧墙设置倾斜的水平施工缝，在水平施工缝部位设置竖向钢筋接驳器；
60.底板15及中板17在临时桩柱处设置后浇孔洞20，后浇孔洞20四周设企口，企口旁设梁，隧道主体结构施工完成后封堵后浇孔洞20；
61.对三倍基坑深度范围内的既有地铁等建(构)筑物周边埋设止浆板1、预注浆管2及跟踪注浆管3，预注浆管深度不小于城市隧道围护桩深度，跟踪注浆管深度不小于城市隧道基坑深度。
62.顶板12两端与桩顶的第二冠梁10刚性连接，顶板在与立柱连接部位及立柱中间部位埋设应力监测点。
63.立柱为钢筋混凝土临时桩柱7，并兼作抗拔桩，其顶部设置钢筋混凝土顶纵梁，底板及中板在临时桩柱处设置后浇孔洞20，隧道主体结构施工完成后割除临时桩柱、封堵后浇孔洞20，临时桩柱兼抗拔桩7采取桩侧、桩端复式后注浆工艺。
64.隧道为双层单跨结构，两层均可作为地下道路，也可一层作为地下道路、另一层作为地下商业街。
65.对咬合桩4、半圆桩5、临时桩柱兼抗拔桩7、顶板12、第一钢支撑11、第二钢支撑14、地表沉降、地下水位、周边地铁等建(构)筑物、地下管线等进行监控量测，其中对地铁高架桥及轨道进行24小时全自动监测。
66.盖挖顶板横向分半幅施工，先期施工盖挖顶板基坑的围护结构为半圆桩5、钢板桩6，内支撑为h型第一钢支撑11，该顶板在立柱部位设l形挡土墙13，其上方回迁管线、覆土回填、恢复交通，l形挡土墙13兼作恢复道路防撞墙。
67.紧邻地铁一侧的咬合桩采用全套管全回旋工艺施工，远离地铁一侧的咬合桩4采用旋挖钻施工。
68.第二钢支撑14采用轴力伺服系统，通过主动变形控制技术保护紧邻地铁等建(构)筑物。
69.实施例1：
70.紧邻地铁的半盖挖顺作城市隧道结构的施工包括以下步骤：
71.(1)进行交通疏解、管线迁改、场地整平；
72.(2)在紧邻地铁结构周边埋设止浆板、预注浆管、跟踪注浆管，预注浆管采用钢花管，跟踪注浆管采用开孔直径为110mm的袖阀管，基坑开挖之前对紧邻地铁桩基承台进行预注浆，注浆管平面布置如图8所示；
73.(3)施工一期半幅顶板基坑咬合桩、钢板桩、临时桩柱兼抗拔桩、降水井、冠梁、钢支撑，如图3所示，基坑深度为20米，基坑宽度为18米，城市隧道距既有地铁线路高架区间承台桩最小净距约9m；咬合桩为荤素咬合桩，桩径1000mm，钢板桩型号为pu400x170，长度为9m，临时桩柱兼抗拔桩桩径1000mm，桩柱与顶板连接节点如图10所示；降水管井井孔直径1.0m，井管直径0.6m，降水井进入坑底并伸入强风化砂岩不小于3.0m，或伸入中、微风化灰岩不少于1.0m，冠梁尺寸为500
×
1000mm，钢支撑为h型钢hw400x400；
74.(4)在咬合桩、立柱、支撑、地表及周边3倍基坑深度范围建(构)筑物、地下管线等位置布设监测点并监测，其中地铁高架区间、车站及垂直电梯监测点布置如图9所示；
75.(5)开挖并施工一期半幅顶板及顶板上l形挡土墙，顶板厚度1200mm，l形挡土墙厚度400mm并设置腋角，一期半幅顶板上方回迁管线、覆土回填、恢复路面交通，拔除钢板桩，如图4所示；
76.(6)施工二期半幅顶板基坑咬合桩、降水井，其中咬合桩为荤素咬合桩，桩径1000mm，降水管井井孔直径1.0m，井管直径0.6m，降水井进入坑底并伸入强风化砂岩不小于3.0m，或伸入中、微风化灰岩不少于1.0m，开挖并施工二期半幅顶板，顶板厚度1200mm，如图5所示；
77.(7)继续降水、监测，逐步开挖并设置第一钢支撑、第二钢支撑，钢支撑直径为609mm，壁厚为16mm，采用主动变形控制技术，根据监测数据判定是否对地铁进行跟踪注浆；
78.(8)开挖至坑底，依次施作底板、负二层侧墙、中板、负一层侧墙，隧道结构跨度16m，底板厚度1300mm，侧墙厚度1200mm，中板厚度600mm，并拆除支撑，底板及中板在临时混凝土桩柱处设置后浇孔洞，后浇孔洞尺寸1200
×
1200，如图6所示；
79.(9)拆除顶底板之间的临时桩柱，封闭后浇孔洞，临时桩柱与中板、底板的连接节点如图10所示，破除近地表的围护结构及挡土墙，二期半幅顶板上方回迁管线、覆土回填、恢复路面交通，如图7所示。
80.实施例2：
81.相比实施例1，实施例2中围护桩采用直径1200mm钻孔灌注桩和旋喷桩止水帷幕。
82.实施例3：
83.相比实施例1，实施例3中临时桩柱兼抗拔桩桩径取为1200mm。
84.实施例4：
85.相比实施例1，实施例4中支撑采用1000
×
1000钢筋混凝土支撑。
86.实施例5：
87.相比实施例1，实施例5中隧道结构跨度20m、顶板厚度1300mm、侧墙厚度1300mm、底板厚度1400mm，中板厚度750mm。
88.基于实施例1，采用修正摩尔～库伦本构关系模拟半盖挖顺作城市隧道基坑开挖对既有地铁线路高架桥梁的影响。咬合桩采用等效墙厚的方式采用板单元模拟，桥桩、轨道结构采用梁单元模拟，承台、桥墩、桥面结构采用实体单元模拟。模型边界取至不小于基坑尺寸的2.5倍处，边界条件采用位移约束。
89.城市隧道基坑开挖完成时，紧邻的地铁线路高架桥梁结构位移的数值模拟计算结果如图11至图14显示。
90.根据有限元计算结果可知，城市隧道基坑临近地铁线路高架桥施工时，既有地铁线路高架桥桥桩承台最大沉降为2.96mm、最大水平位移为2.70mm，桥面最大沉降3.08mm、最大水平变形3.11mm，单轨纵向变形差0.4mm/10m、横向高差0.5mm，满足地铁设施安全控制指标相关规定、运营要求及受力要求。
91.综上所述，本实用新型具有交通疏解压力小、管线恢复速度快、基坑出土效率高、施工风险低、施工工期短、隧道空间大等优点，同时可以确保紧邻的地铁线路高架桥梁结构安全及运营安全，可用于紧邻地铁的繁忙道路下方隧道结构设计及施工。
92.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
93.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。