一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道及其施工方法与流程

1.本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道及其施工方法，是一种采用明挖法施工的双孔隧道排水技术方案。


背景技术：

2.当城市地下道路或公路隧道采用明挖法施工时，通常采用双孔矩形横断面的闭合框架结构。结构内轮廓断面的几何尺寸在满足建筑限界的基础上，尚需为路面结构、路侧防撞护栏或缘石、排水沟、电缆沟、装饰面层及隧道内通风、照明、消防、电气、监控、交通工程等设备设施的安装与运营维护留有必需的空间，并在满足各基本功能需求的前提下，尽量压缩横断面的宽度、高度以降低隧道工程造价。其中排水沟的断面尺寸与布局，直接影响到隧道断面横向、竖向的内轮廓大小。为有利于路面排水、保障行车安全，隧道内路面设置有横坡(图1)。单幅路采用单向横坡4-2时，一般由行车方向的左侧坡向右侧，即在顺行车方向上左侧为高、右侧为低。在路面横坡的低点，即右侧设有排水沟3。自上下行、双向行车的全断面观察，则路面横向中央为高、两侧为低，道路两侧布设有排水沟3。隧道内冲洗废水和消防废水等顺路面横坡汇集至排水沟3内，再沿沟内底纵向顺流至位于隧道竖向低点的集水池，最终由排水泵排至洞外。路侧排水沟3一般采用带有盖板的钢筋混凝土暗沟形式，其盖板开有泄水孔，以便于路面水流进入沟内。同时，当需要疏通排水沟时，掀开盖板进行清淤、疏通等检修维护作业。
3.路面宽度范围内，包括行车道宽度及路侧宽度，该路侧宽度按城市道路规范称为“路缘带宽度”、按公路规范称为“侧向宽度”。为避免路侧排水沟及其盖板侵入行车道范围内而影响行车安全或舒适，排水沟及其盖板应布设于路侧宽度内，即其宽度不得超过路侧宽度。根据规范规定，路侧宽度按设计行车速度的不同而异。路侧排水沟须具有满足排水能力的断面面积，当其内轮廓宽度受限于路侧宽度时，增加深度是必要的。路侧排水沟3的全高包括：盖板厚度、排水沟内净高及其作为单一构件的底板厚度。盖板顶面与路面4-1平齐，排水沟底面置于隧道主体结构底板6-2顶面。也即，排水沟的全高控制了路面4-1至隧道主体结构底板6-2顶面的高度。由此，主体结构底板顶板高程受控于路侧排水沟的深度，而结构底板底面高程又决定了明挖法基坑开挖的深度8。
4.梳理以上隧道竖向设计的逻辑链可知：隧道内需设置排水沟，排水沟断面面积需满足排水能力，在宽度受限的条件下采用增加排水沟深度的方案到达所需排水沟截面面积，排水沟的内部深度或称沟结构高度决定了主体结构底板竖向位置，进而影响了隧道基坑开挖深度与工程量。由于路侧排水沟3宽度有限，在上下行双向行车的全断面的横向宽度范围来看，仅属于局部宽度范围，但由于该局部宽度的深度需求控制了，通常情况下是增加了，横断面全宽范围内的深度，这是不经济、不合理的。
5.其不经济体现在：由于路侧排水沟3深度的增加，
⑴
加大了主体结构底板6-2埋深，加大了基坑深度8，增加了基坑土方开挖量，增加了围护结构7外露高度；
⑵
拉大了路面结构层4-1顶面与主体结构底板6-2顶面之间的距离，增加了路基回填层5工程量；
⑶
加高了隧道
主体结构侧墙6-1的高度，增加了相应的钢筋混凝土结构工程量。其不合理体现在：
⑴
由于基坑深度8的增加，提高了明挖基坑工程的施工风险；
⑵
由于隧道主体结构侧墙6-1高度的增加，加大了结构所承受的荷载。
6.总之，受路侧排水沟这一局部构件深度需求影响甚至控制，导致主体结构全断面竖向加深，是不经济、不合理的。特别是对于具有显著带状构筑物特征的隧道工程而言，横断面设计中的微小优化，在乘以隧道长度后都具有显著的改善效益。


技术实现要素：

7.本发明提出一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道及施工方法，其目的在于解决隧道主体结构底板竖向位置受控于路侧排水沟的技术问题，实现优化隧道横断面布置。
8.本发明的技术方案是这样实现的：
9.一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.(1)以放坡开挖、或在直立式围护结构支挡下开挖土方，至结构底板6-2底面高程；
11.(2)继续向下开挖基坑中部、对应于设置在隧道横断面中部的中央排水沟范围内的土方，直至在结构底板6-2底面以下的中央排水沟底部高程；施做整平层、防水层；
12.(3)绑扎底板结构钢筋及浇筑底板混凝土6-2，同步形成位于中墙6-3下的空腔-即中央排水沟3-1；继续浇筑侧墙6-1、中墙6-3、顶板钢筋混凝土，至形成完整的双孔闭合框架结构1；
13.(4)而后施做内部结构的路基回填层5、路面结构层4-1，形成路面横坡4-2；其间同步施做敞口或具有泄水孔的路侧集水沟3-2及连接路侧集水沟与中央排水沟的泄水管3-3；路侧集水沟在中墙6-3两侧的路基回填层；泄水管穿过结构底板6-2；路侧集水沟为路面横坡4-2最低处。
14.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，包括明挖法施工隧道的双孔闭合框架1及框架内设置的排水沟、路面结构层4-1、路基回填层5、路面横坡4-2，所述双孔闭合框架包括主体结构侧墙6-1、主体结构底板6-2、主体结构中墙6-3及顶板；其中，
15.所述的排水沟为中央排水沟3-1，其设置在所述主体结构底板6-2底面以下、邻近主体结构中墙6-3底部；单幅路的路面横坡方向4-2由行车方向的右侧坡向左侧，即在顺行车方向左侧为低、右侧为高，双向行车路面横向中央为低、两侧为高；在路面横坡低点的位置即与所述主体结构中墙6-3交接处设置敞口或具有泄水孔的路侧集水沟3-2，并位于主体结构底板6-2顶面上；所述路侧集水沟与所述中央排水沟之间设置向下的泄水管3-3连接，所述泄水管穿过结构底板6-2。
16.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，隧道结构为单中墙的双孔闭合框架，所述中央排水沟3-1设置为双腔对称设置在所述主体结构中墙6-3的底部两侧，并对应各腔室在所述主体结构中墙6-3的两侧分别设置路侧集水沟3-2、所述泄水管3-3连接。
17.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，隧道结构为双中墙的三孔闭合框架，所述中央排水沟3-1设置为单腔，并位于所述双中墙底部，并在所述主体结构中墙6-3的两侧分别设置路侧集水沟3-2、泄水管3-3连接，。
18.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，所述中央排水沟与主体结构底板6-2为混凝土浇筑的一体连接结构；或为与主体结构底板6-2分离的独立的单一构件，并采用上下叠落的竖向布置方式。
19.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，所述中央排水沟设置于隧道横断面中央。
20.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，所述中央排水沟3-1内底壁沿纵向由高向低坡面设置并连接位于低点的集水池，最终由排水泵站排至洞外。
21.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，隧道内水流顺路面横坡方向4-2汇集至所述路侧集水沟3-2内，经由所述泄水管3-3汇入所述中央排水沟3-1内，再沿纵向流至位于低点的集水池，最终由排水泵站排至洞外。
22.本发明的特征之一：隧道排水沟3-1置于主体结构底板6-2以下，该排水沟可以与主体结构底板6-2结合，成为受力结构的组成部分，由结构围合而成的中空内腔作为排水沟使用；也可以作为单一构件，与主体结构底板6-2分离，采用上下叠落的竖向布置方式。在路面横坡低点的位置设置半圆形、敞口的路侧集水沟3-2，路侧集水沟与中央排水沟之间设置竖向泄水管3-3连通。
23.本发明的特征之二：隧道排水沟3-1置于隧道横断面中央，即明挖法施工的双孔闭合框架中墙6-3附近。单幅路的路面横坡方向4-2由行车方向的右侧坡向左侧，即在顺行车方向左侧为低、右侧为高。在道路横坡的低点，即左侧设置中央排水沟3-1。自上下行、双向行车的全断面观察，则路面横向中央为低、两侧为高，道路中央布设有中央排水沟3-1。该排水沟可以根据双孔闭合框架结构中墙的结构形式，设计为单腔或双腔排水沟。
24.为保障中墙6-3顺直、受力连续，使经由中墙的结构荷载可靠地传导至地基，当隧道结构采用单中墙的双孔闭合框架时(图2)，可将排水沟设为双腔，位于单中墙的两侧，分别汇集左右洞室路面废水；当隧道结构采用双中墙的三孔闭合框架时(图3)，可将排水沟合并为单腔，位于双中墙之间。
25.隧道内冲洗废水和消防废水等顺路面横坡方向4-2汇集至路侧集水沟3-2内，经由泄水管3-3汇入中央排水沟3-1内，再沿纵向流至位于低点的集水池，最终由排水泵站排至洞外。
26.本发明的技术特点：
27.现有技术方案中，排水沟3置于主体结构底板6-2顶面以上，排水沟的深度影响、控制了主体结构底板6-2的竖向位置，即排水沟与结构底板间形成“强关联”关系。
28.本发明技术解决方案中，将中央排水沟3-1置于主体结构底板6-2底面以下，解除了中央排水沟3-1与结构底板6-2间形成“强关联”关系，避免了排水沟作为局部构件影响、控制全断面竖向位置的弊端。排水沟在底板以下的所需挖深，在主体结构基坑内进一步下挖而成，使得局部构件所需挖深，在基坑横断面上也同样体现为局部下挖，而非横断面全宽范围内的加深。
29.中央排水沟3-1置于主体结构底板6-2底面以下，不论是作为主体受力结构的一部分或是单一构件，其与路面结构层4-1之间均以主体结构底板6-2相隔，故其宽度不再受路侧宽度限制，即使排水沟位于行车道宽度范围以下时，亦不会影响行车安全或舒适。排水沟的宽度可根据中央分隔带的宽度、便于泄水管和检查井的布设需求而确定，因而排水沟的
有效排水截面面积更易满足。
30.若设置于结构底板以下的排水沟，仍与现有技术方案位置相同，布置于双幅道路横断面的两侧，虽然也可以达到设有排水沟的位置局部加深、结构底板高程整体提升的效果，可以减小基坑开挖的土方量。但是，由于局部加深位置处于基坑开挖横向宽度的两侧、邻近围护结构，难以有效发挥减小基坑开挖深度的作用。同时，由于该局部加深的范围与为围护结构提供侧向抗力的被动土压力区重合，即围护结构被动土压力区的原状土体因局部加深而被挖除了，增加了围护结构的外露高度，使得围护结构的受力不尽合理。
31.为此，本发明方案提出，改变现有技术方案中通常采用的路面横坡方向4-2，即改变路面低点在横断面上的分布位置，将现有技术方案中设置于两侧的路侧排水沟改为位于中墙附近的中央排水沟，使得因设置于底板以下的排水沟而必要的局部加深远离围护结构，尽可能保留了临近围护结构被动土压力区的原状土，减小围护结构外露高度，有利于改善围护结构的受力状况，降低围护结构工程量。
32.本发明的有益效果
33.本发明提出的排水沟设置于结构底板底面以下，改变道路横坡方向、调整路面低点位置，使得现有技术方案中两侧布置的排水沟改为集中于双孔结构中墙以下布置的技术方案，可以避免排水沟深度这一局部空间需求对于结构底板竖向位置的控制，整体提高结构底板高程，从而减小工程量及降低工程风险。由于隧道结构底板竖向高程的整体提升，可以减小基坑开挖深度、减小基坑开挖土方量、改善围护结构受力条件；可以减小主体结构侧墙高度；可以减小路面基层回填工程量。
附图说明
34.图1为现有技术双孔矩形横断面的闭合框架结构及排水沟整体结构示意图，
35.图2为本发明实施例一单中墙结构中央排水沟整体结构示意图，
36.图3为本发明实施例二双中墙结构中央排水沟整体结构示意图，
37.图4为现有技术方案与本发明基坑开挖深度对比示意图，
38.附图编号说明：
39.双孔闭合框架结构1，路侧电缆沟及其盖板2，路侧排水沟3，中央排水沟3-1，路侧集水沟3-2，(连接路侧集水沟与中央排水沟的)泄水管3-3，路面结构层4-1，路面横坡(方向)4-2，路基回填层5，(主体结构)侧墙6-1，(主体)结构底板6-2，(主体结构)中墙6-3，围护结构7，(基坑开挖深度)基坑深度8，基坑局部开挖深度8-1，现有技术方案基坑底开挖线9，方案(b)或方案(c)基坑底开挖线10-1，
具体实施方式
40.为了更加清楚的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
41.本发明的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道的施工方法，包括以下步骤：
42.(1)以放坡开挖、或在直立式围护结构7支挡下开挖土方，至结构底板6-2底面高程；参见图2-3所示，
43.(2)继续向下开挖基坑中部、对应于设置在隧道横断面中部的中央排水沟范围内
的土方，直至在结构底板6-2底面以下的中央排水沟的底部高程；施做整平层、防水层；
44.(3)绑扎底板结构钢筋及浇筑底板混凝土6-2，同步形成位于中墙6-3下、结构底板6-2底面以下的空腔-即中央排水沟3-1；继续浇筑侧墙6-1、中墙6-3、顶板钢筋混凝土，至形成完整的双孔闭合框架结构1；
45.(4)而后施做内部结构的路基回填层5、路面结构层4-1，形成路面横坡4-2并使得路面横向中央为低、两侧为高；其间同步施做敞口或具有泄水孔的路侧集水沟3-2及连接路侧集水沟与中央排水沟的泄水管3-3；路侧集水沟在中墙6-3两侧的路基回填层；泄水管穿过结构底板6-2；路侧集水沟为路面横坡4-2最低处。
46.参见图2-3所示，为本发明的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，包括明挖法施工隧道的双孔闭合框架1及框架内设置的排水沟、路面结构层4-1、路基回填层5、路面横坡4-2，所述双孔闭合框架包括主体结构侧墙6-1、主体结构底板6-2、主体结构中墙6-3及顶板；其中，
47.所述的排水沟为中央排水沟3-1，其设置在所述主体结构底板6-2底面以下、邻近主体结构中墙6-3底部；单幅路的路面横坡方向4-2由行车方向的右侧坡向左侧，即在顺行车方向左侧为低、右侧为高，双向行车横向中央为低、两侧为高；在路面横坡低点的位置即与所述主体结构中墙6-3交接处设置敞口或具有泄水孔的路侧集水沟3-2，并位于主体结构底板6-2顶面上；所述路侧集水沟与所述中央排水沟之间设置向下的泄水管3-3连接，所述泄水管穿过结构底板6-2连接所述中央排水沟。
48.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，隧道结构为单中墙的双孔闭合框架，所述中央排水沟3-1设置为双腔对称设置在所述主体结构中墙6-3的底部两侧，并对应各腔室在所述主体结构中墙6-3的两侧分别设置路侧集水沟3-2、所述泄水管3-3连接。
49.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，隧道结构为双中墙的三孔闭合框架，所述中央排水沟3-1设置为单腔，并位于所述双中墙底部，并在所述主体结构中墙6-3的两侧分别设置路侧集水沟3-2、泄水管3-3连接。
50.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，所述中央排水沟与主体结构底板6-2为混凝土浇筑的一体连接结构；或为与主体结构底板6-2分离的独立的单一构件，并采用上下叠落的竖向布置方式。
51.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，优选，所述中央排水沟设置于隧道横断面中央。
52.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，所述中央排水沟3-1内底壁沿纵向由高向低坡面设置并连接位于低点的集水池，最终由排水泵站排至洞外。
53.所述的一种设有中央排水暗沟的双孔明挖法隧道，其中，隧道内水流顺路面横坡方向4-2汇集至所述路侧集水沟3-2内，经由所述泄水管3-3汇入所述中央排水沟3-1内，再沿纵向流至位于低点的集水池，最终由排水泵站排至洞外。本发明技术方案的排水沟置于结构底板底面以下、中央布置时的基坑底开挖线含局部加深。
54.参见图4所示，通过现有技术方案(a)、可能的方案之一(b)与本发明技术方案(c)的对比，意在说明本发明技术方案的实施效果，
55.方案(a)为现有技术方案，即路侧排水沟位于结构底板顶面以上时的情况，其中8
为基坑深度、9为现有技术方案基坑底开挖线；
56.方案(b)为可能的方案之一，即路侧排水沟位于结构底板底面以下，但是该排水沟位于基坑横断面两侧的情况，其中8为基坑深度、8-1为基坑局部加深、9为现有技术方案基坑底开挖线、10-1该方案(b)基坑底开挖线、4-2为路面横坡方向，此时坡向两侧；
57.方案(c)为本发明方案，即路侧排水沟位于结构底板底面以下，该排水沟位于基坑横断面中央的情况，其中8为基坑深度、9为现有技术方案基坑底开挖线、10-1为本发明方案基坑底开挖线、8-1为局部加深、4-2为路面横坡方向，此时坡向中央。
58.方案(b)与方案(c)采用本发明技术方案的基坑底开挖线(10-1)比现有技术基坑底开挖线(9)的高程有所抬高、基坑开挖深度(8)包括局部加深(8-1)比现有技术基坑开挖深度(8)有所减小。方案(b)与方案(c)的对比，说明了本发明方案调整横坡方向，设置为两侧为高、中央为低的意图及必要性。