明挖隧道小夹角下穿施工的加固结构及施工方法与流程

1.本技术涉及施工技术领域，更具体地说，涉及明挖隧道小夹角下穿施工的加固结构及施工方法。


背景技术：

2.在以明挖法进行下穿隧道施工时，当需要在地下穿越地表设施，时，需要对地表设施进行加固。以采用明挖隧道下穿既有铁路或公路站场为例，为了确保安全以及不中断铁路运营，需要对铁路股道或地表公里架空加固后方可进行施工，常规的做法是通过“支撑桩 便梁”进行加固，即在明挖隧道横向范围以外设置便梁的支撑桩，用一跨便梁跨越明挖隧道。目前，通用的便梁型号有d12、d16、d20及d24四种，对应的跨度分别为12.06m，16.08m，20.10m及24.12m。对于常规的三车道市政或者公路隧道而言，其横断面宽度约为15m量级，计划开挖的隧道纵向与便梁的纵向之间存在一个不大于90
°
的夹角，当这个夹角等于或接近90
°
(垂直或者大夹角)时，便梁接近垂直于计划开挖的隧道，即便梁的跨度可以采用接近计划开挖的隧道宽度，在几何学角度上是最小跨度，采用一跨d20或者d24便梁即可跨越明挖隧道横向断面，但是在这个夹角远小于90
°
(小夹角)下穿的条件下，便梁的纵向轴线与计划开挖的隧道纵向轴线倾斜相交，所需要的便梁跨度远大于计划开挖隧道横向断面的宽度，便梁的加固跨度增大，而且夹角越小，跨度越大。当跨度增大至超过常规最长便梁(如d24便梁)的最大跨度时，将无法采用单根常规便梁一次跨越明挖隧道横向断面，导致加固体系的失效，造成无法施工的局面。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术缺陷之一，本技术实施例中提供了一种明挖隧道小夹角下穿施工的加固结构及施工方法，采用这种施工方法可以保证明挖隧道小夹角下穿施工的加固体系的建设以及后续的施工质量。
4.根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种明挖隧道小夹角下穿施工的加固结构，其包括：至少一组支撑桩组，每一组支撑桩组包括至少三根支撑桩，支撑桩的底端插入明挖基坑的坑底，所述支撑桩包括位于两侧的边列桩及位于边列桩中间的中列桩，每一组中的边列桩及中列桩排列在同一条直线上；至少两根便梁，所述便梁搭设在相邻的支撑桩顶部。
5.根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种明挖隧道小夹角下穿施工的施工方法，包括：
6.加固步骤，即在施工区地表设施下架设如上所述的加固结构的步骤，其中待施工区地表设施设置在所述便梁上；
7.浇筑施工步骤，在施工区放坡开挖明挖基坑并进行隧道框架浇筑施工的步骤，其中所述边列桩位于所述隧道框架的两侧，中列桩自上而下穿过所述隧道框架；
8.拆除步骤，即在所述隧道框架达到结构设计的强度要求后，拆除所述加固结构的
步骤；
9.破桩步骤，拆除所述加固结构后，所述支撑桩不再承载便梁的情况下，对所述中列桩进行截断破除的步骤。
10.采用本技术实施例中提供的加固结构，及本技术实施例中提供的加固方法，通过设置中列桩并在两根或以上的便梁连续架设延长跨度，以及在后期进行破除的形式，解决了在小夹角下穿，现有便梁跨度不能满足一跨通过时的既有铁路加固难题，实现了明挖隧道小夹角下穿既有铁路站场条件下的加固系统的布设，保证了在这种工况下隧道施工的顺利进行。
附图说明
11.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
12.图1为本技术实施例提供的小夹角条件下加固结构架设平面图；
13.图2为本技术实施例提供的小夹角条件下加固结构架设立面图；
14.图3为本技术实施例提供的施工方法的流程示意图；
15.图4为本技术实施例提供的破桩处理示意图；
16.图5为本技术实施例提供的包括防水步骤的施工方法的流程示意图；
17.图6为本技术实施例提供的隧道顶板的防水处理步骤完成后的结构剖面图；
18.图7为本技术实施例提供的隧道底板的防水处理步骤完成后的结构剖面图；
19.图8为图4的a部放大图。
20.附图标记：
21.1-支撑桩；11-边列桩；12中列桩；13-钢筋；14-暗梁；
22.2-便梁；
23.3-隧道框架；31-隧道顶板；32-隧道底板；33-桩孔；
24.41-顶板防水卷材；42-沥青胶；43-细石混凝土；44-金属箍；45-止水法兰；46-双面丁基胶粘带；47-底板防水卷材；48-桩基防水卷材；
25.5-铁路轨道；
26.101-加固步骤；102-隧道底板防水处理步骤；103-浇筑施工步骤；104-拆除步骤；105-破桩步骤；106-隧道顶板防水处理步骤。
具体实施方式
27.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.在实现本技术的过程中，发明人发现在隧道施工工程中，由于某些因素的限制不能采用暗挖法、只能使用明挖法进行施工，明挖法施工是挖掘露天基坑后在基坑内浇筑隧道框架，若待施工的隧道需要穿越的地方原有地表设施，则需要对地表设施进行加固后再进行施工。目前常用的加固结构为“支撑桩 便梁”的结构，即在两根支撑桩顶部搭设便梁，
地表设施位于便梁上，在施工期间由支撑桩及便梁对地表设施提供支撑。计划开挖的隧道纵向轴线与便梁的纵向轴线之间存在一个不大于90
°
的夹角，当这个夹角等于或接近90
°
(垂直或者大夹角)时，采用一跨便梁即可跨越明挖隧道横向断面，但是在这个夹角远小于90
°
(小夹角)下穿的条件下，由于斜交的存在，便梁的加固跨度增大，而且夹角越小，跨度越大。当跨度增大至超过现有技术中便梁的最大跨度时，将无法采用常规的便梁一次跨越明挖隧道横向断面，导致加固体系的失效，造成无法施工的局面。
29.针对上述问题，本技术实施例中提供了一种明挖隧道小夹角下穿施工的加固结构，并以应用在明挖隧道下穿铁路站场的场景为例对其进行详细的说明，请参考附图。
30.图1为本技术实施例提供的小夹角条件下加固结构架设平面图；图2为本技术实施例提供的小夹角条件下加固结构架设立面图，如图1及图2所示的明挖隧道小夹角下穿施工的加固结构，包括至少一组支撑桩组，每一组支撑桩组包括至少三根支撑桩1，支撑桩1的底端插入明挖基坑的坑底，支撑桩1包括位于两侧的边列桩11及位于边列桩中间的中列桩12，每一组中的边列桩11及中列桩12排列在同一条直线上；至少两根便梁2，便梁2搭设在相邻的支撑桩顶部。
31.在图1及图2所示的实施例中，计划建设的隧道框架的纵向中轴线与铁路股道5的纵向中轴线之间较小的夹角远小于90
°
，属于小夹角下穿铁路站场的施工工况。每条铁路股道5的两侧分别设置一组支撑桩组，每组支撑桩组包括两根边列桩11、一根中列桩12及两根便梁2，边列桩11位于两侧，中列桩12位于边列桩中间，每一组中的边列桩11及中列桩12排列在同一条直线上，每根便梁2的其中一端搭接在边列桩11顶部，另一端搭接在中列桩12的顶部。每条铁路股道5两侧的支撑桩组的边列桩11及中列桩12的连线相互平行且平行于该条铁路股道5的纵向中轴线。
32.本技术实施例还提供了小夹角下穿施工工况下的施工方法，图3为本技术实施例提供的施工方法的流程示意图，如图3所示的明挖隧道小夹角下穿施工的施工方法，包括：
33.加固步骤101，即在施工区地表设施下架设如上的加固结构的步骤，其中待施工区地表设施如铁路股道、市政公路等设置在便梁2上；
34.浇筑施工步骤103，在施工区放坡开挖明挖基坑并进行隧道框架3浇筑施工的步骤，在具体施工中，加固结构步骤在先，浇筑施工步骤在后，所以支撑桩1是先行架设，当隧道框架3浇筑施工完成后，还未进行下一施工步骤前，支撑桩1与隧道框架3的位置关系表现为边列桩11位于隧道框架3的两侧，中列桩12自上而下穿过隧道框架3；
35.拆除步骤104，即在隧道框架3达到结构设计的强度要求后，拆除加固结构的步骤；在此步骤中，需要拆除的是边列桩11及便梁2，中列桩12需要等到下一步骤进行处理；
36.破桩步骤105，拆除加固结构后，支撑桩1不在受力的情况下，对中列桩12进行截断破除的步骤。在此步骤中，破除拆解位于隧道框架3架体外的中列桩桩体；剩余桩体留在隧道框架3架体内，称为隧道框架3的一部分。
37.如图2所示，隧道框架3包括隧道顶板31及隧道底板32，在浇筑施工步骤中，在设置有中列桩12的隧道顶板31及隧道底板32处预留桩孔33，浇筑施工步骤完成后，中列桩12的位置为通过桩孔33穿过隧道顶板31及隧道底板32。
38.进一步的，桩孔33的内壁到中列桩12的外壁距离为20～30cm。比如，若桩孔33及中列桩12均为圆柱形，桩孔33平行于水平面的截面直径须大于中列桩12在该平面的截面直径
20～30cm。桩孔33的内壁到中列桩12的外壁之间预留足够的间距可以使得隧道框架3的主体结构不与支撑桩直接相连，避免上部铁路股道上有列车通过时中列桩12产生变形或者振动对隧道框架3的结构混凝土凝固及养护质量产生不利影响。
39.进一步的，在某些具体实施例中，隧道顶板31及隧道底板32上的桩孔33周边设置暗梁14以进行结构加强。图4为本技术实施例提供的破桩处理示意图，图8为图4的a部放大示意图，在图4及图8中可以看到暗梁14的设置位置示意，暗梁14的宽度根据需要进行设置，在大多数工程中采用0.5m～1.5m之间，优选1m宽度。
40.进一步的，在某些具体实施例中，隧道顶板31及隧道底板32上的桩孔33周边的隧道框架内，在浇筑时预留钢筋接口。
41.本技术实施例还提供了破除步骤的具体处理方式，图4为本技术实施例提供的破桩处理示意图，如图4所示，在破桩步骤中，截断中列桩12，将位于隧道顶板31之上以及隧道顶板31及隧道底板32之间的中列桩12的桩体进行破除，位于隧道框架3的架体内的桩体部分，以及隧道底板32下表面之下的桩基部分进行保留。在图4中需要破除的中列桩桩体部分以虚线表示，而需要保留的桩体部分以实线表示。
42.进一步的，在某些具体实施例中，在破桩步骤中，对位于隧道顶板31及隧道底板32之中的中列桩12的桩体周边植入钢筋13，与浇筑时预留的钢筋接口进行连接。图8为图4的a部放大示意图，在图8中可以看到植入后的钢筋13的位置示意。
43.进一步的，在桩孔33与保留在隧道框架3架体中的中列桩桩体之间的空隙位置灌注浇筑隧道框架所用的同标号微膨胀混凝土，使隧道顶板31、隧道底板32分别与留在其内的桩体形成一个整体。
44.为了保证后续运营过程中明挖隧道的防水性能，在某些具体实施例中，在上述明挖隧道小夹角下穿施工方法的基础上，还包括对隧道顶板31进行防水处理的隧道顶板防水处理步骤106以及对隧道底板32进行防水处理的隧道底板防水处理步骤102。
45.图5为本技术实施例提供的包括防水步骤的施工方法的流程示意图，如图5所示，隧道顶板防水处理步骤在破桩步骤之后进行，隧道底板防水处理步骤在浇筑施工步骤前进行。
46.本技术实施例还提供了防水步骤具体的处理方式，图6为本技术实施例提供的隧道顶板的防水处理步骤完成后的结构剖面图，如图6所示，在隧道顶板31以上、桩孔33及桩孔33的周边，设置顶板防水卷材41将桩孔33及破桩后留在桩孔33内的部分中列桩12进行覆盖，顶板防水卷材41与隧道顶板31的上表面之间采用沥青胶42填充，顶板防水卷材41的上表面采用细石混凝土43保护。其中顶板防水卷材41采用sbs材料，从其外周边缘到中列桩12的外壁距离不小于2.5m，顶板防水卷材41与隧道顶板31的上表面之间存在间隙，在桩孔上部的间隙比其余部分的间隙高10～15cm，这个间隙采用沥青胶42进行填充。
47.图7为本技术实施例提供的隧道底板的防水处理步骤完成后的结构剖面图，如图7所示，在待浇筑的隧道底板32的下表面，桩孔33的周边设置底板防水卷材47，同时沿着中列桩12向下伸出隧道底板32的桩基部分的外表面设置桩基防水卷材48，桩基防水卷材43与桩基间设置双面丁基胶粘带46以防止透水，桩基防水卷材43的上端弯折，与底板防水卷材47相连接，桩基防水卷材48的下端采用金属箍44箍在中列桩12的桩基上。桩基防水卷材48及底板防水卷材47均采用sbs材料，桩基防水卷材48及底板防水卷材47的连接处采用搭接后
热风焊接的方式固定连接在一起以避免连接处产生透水缝隙。
48.进一步的，金属箍44有两个，上下排列，金属箍间距不小于0.6m。
49.此外，在桩基防水卷材43下端的桩基上，还可以设置止水法兰45。止水法兰外周边缘到中列桩12的桩基外表面的长度不小于1m，厚度不小于5mm。止水法兰的作用在于进一步增加防水性能。
50.与现有技术相比，采用了本发明实施例所提供的技术方案，首先通过在框架结构横向中部位置附近设置中列桩并在后期进行破除的形式，解决了在小夹角下穿，现有便梁跨度不能满足一跨通过时的既有铁路加固难题，实现了明挖隧道小夹角下穿既有铁路站场条件下的加固系统的布设；其次通过对明挖隧道框架结构顶板及底板与桩基相交位置进行的特殊防水处理，保证了后续运营过程明挖隧道的防水性能。
51.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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技术和简化描述，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技术的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
54.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
55.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。