淺埋大跨隧道施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于下穿道路淺埋大跨隧道施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有限的地面資源以及通行效率難以滿足交叉路口快速通行的需求，以地下隧道(或人行地下通道)與地面道路形成立交是避免干擾、緩解擁堵的工程方案之一。
[0003]置于城市環(huán)境的下穿隧道(或通道)通常具有如下特點(diǎn):
[0004]①淺埋。城市環(huán)境條件下，地面與地下空間資源的有限，均要求下穿隧道以盡可能淺埋的豎向位置敷設(shè)。對(duì)于下穿隧道而言，更淺的豎向埋深可以在相同的坡度下，縮短隧道長度，有利于減少兩端敞口爬坡段對(duì)地面空間的占用及避免對(duì)相鄰路口的影響；對(duì)于人行地下通道而言，更淺的豎向埋深可以減小兩端爬坡段提升高度，降低通行難度與體力消耗，并便于梯道或坡道的地面布設(shè)。某些情況下，地鐵及部分地下大型管線的位置，也限制了下穿隧道在更深的地層布置。
[0005]②大跨。為充分利用地下空間及適應(yīng)交通需求的未來增長，下穿隧道通常為大跨結(jié)構(gòu)。以單向雙車道為例，建筑限界全寬即可達(dá)0.75+0.25+2X3.5+0.25+0.75 = 9.0m。當(dāng)采用暗挖法施工時(shí)，需采用設(shè)置臨時(shí)豎向支撐的分部開挖。
[0006]③地層條件差。淺表地層受人類活動(dòng)影響大，通常由人工填土等地層構(gòu)成，自穩(wěn)能力差，且受反復(fù)擾動(dòng)及管線滲漏等影響，可能存在空洞、富水夾層等不利于暗挖施工安全的條件，易引發(fā)坍塌事故。
[0007]④交通繁忙。被穿道路通常為交通繁忙的主要道路，城市交通環(huán)境的脆弱迫使下穿隧道施工方法的選擇必須考慮并受限于交通狀況。
[0008]下穿隧道施工方法主要有:明挖法(包括蓋挖法、鋪蓋法等)及淺埋暗挖法。另外矩形盾構(gòu)頂管工藝已在國內(nèi)成功應(yīng)用，但工程實(shí)例尚少。
[0009]明挖法，自地面向下開挖基坑，在基坑內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工，然后回填恢復(fù)地面。明挖法簡單易行，施工作業(yè)面寬敞、施工速度較快、質(zhì)量易保障。在埋深淺、地面交通量小、管線數(shù)量少、周邊環(huán)境要求不高的地段應(yīng)用，是最為經(jīng)濟(jì)、可靠的施工方法。
[0010]以明挖法修建下穿隧道的建設(shè)條件在城市交通、管線、環(huán)境的多重壓力下已難具備，逐漸發(fā)展演變成對(duì)被穿道路交通及周邊環(huán)境影響較小、占用場地周期較短的蓋挖法及鋪蓋法。
[0011]蓋挖法是在地面施做鉆孔灌注粧或連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕及中間粧后，開挖淺基坑，架設(shè)臨時(shí)覆蓋結(jié)構(gòu)或澆筑永久結(jié)構(gòu)頂板，而后即回填至路面以恢復(fù)被交道路通行。在臨時(shí)或永久頂板的保護(hù)下分層開挖及加設(shè)橫撐(或打設(shè)錨索等)，直至隧道設(shè)計(jì)底板高程。依據(jù)由下而上或由上而下的主體結(jié)構(gòu)施工順序可分為順做、逆做或半逆做法。蓋挖法較明挖法占用地面道路時(shí)間大為縮短，適用于需盡快恢復(fù)道路交通的路段。
[0012]裝配式鋪蓋法簡稱鋪蓋法，即以工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配式蓋板或定型構(gòu)件(如軍用梁等)鋪設(shè)臨時(shí)路面，維持交通順暢，借助標(biāo)準(zhǔn)化、裝配式縱橫連接構(gòu)件形成基坑支護(hù)與臨時(shí)支撐體系，進(jìn)行基坑開挖與管線保護(hù)的施工方法。鋪蓋法具有施工周期較短、標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件可重復(fù)利用、大規(guī)模應(yīng)用時(shí)工程造價(jià)較低、對(duì)周圍環(huán)境影響小的特點(diǎn)。
[0013]淺埋暗挖法是在近地表進(jìn)行隧道暗挖施工的一種方法。該工法采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，即初期支護(hù)由噴射混凝土、錨桿(管)、鋼筋網(wǎng)、剛拱架組成，二次襯砌為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，初、二襯之間設(shè)置夾層防水板。開挖方法包括預(yù)留核心土的正臺(tái)階法，單側(cè)壁導(dǎo)洞、中隔墻法(也稱⑶法、CRD法)、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法(或稱眼鏡工法)等分部開挖工法。通常需輔以大管棚注漿、小導(dǎo)管注漿等超前地層加固的輔助措施，施工中應(yīng)用監(jiān)控量測、信息反饋等手段，結(jié)合變位反分析的計(jì)算方法優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的18字方針，突出時(shí)空效應(yīng)對(duì)防塌的重要作用，具有拆迀占地少、對(duì)被交道路交通干擾小、方便靈活的特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于軟弱地層條件下的地下工程施工。
[0014]道路下穿隧道或人行地下通道工程，采用明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法等工法施工，均有大量的成功案例，但在工程實(shí)踐中也暴露出各自的局限與不足。
[0015](1)城市交通環(huán)境的日益復(fù)雜，在確保通行、不斷道施工的背景下，大大限制了明(蓋)挖法等破路施工工法的應(yīng)用范圍。
[0016]在城市環(huán)境下，各主要道路呈現(xiàn)擁堵漸成常態(tài)，通行保障壓力巨大。急需改造的擁堵路段，同時(shí)也是無可繞避的重要節(jié)點(diǎn)，破路開挖的改建工程所需付出的社會(huì)成本難以估量。某些特定通勤路線，即使有限范圍與周期內(nèi)的斷路施工亦成為難以接受的組織方案。
[0017](2)淺埋暗挖法的工藝特性，不可避免地發(fā)生以地表沉降為主要表現(xiàn)的環(huán)境影響，在某些狀態(tài)下易引發(fā)坍塌等重大事故。
[0018]以淺埋暗挖法施工淺埋、大跨隧道時(shí)，由于施工分部多、工序復(fù)雜、對(duì)地層擾動(dòng)大的工藝特點(diǎn)，加之周邊地層穩(wěn)定性差及管線滲漏等客觀環(huán)境，開挖土體將引起自洞室臨空面向地層深處一定范圍內(nèi)地層應(yīng)力場發(fā)生調(diào)整，施工引起的地層變形將波及至地表，形成以隧道開挖軸線為中心的沉降槽，過大的地面沉降、開裂和地層變位將直接危及地面被交道路的正常使用，輕則造成路面損毀、影響行車平順，重則引發(fā)坍塌等安全事故。
[0019]相關(guān)研究表明，隧道開挖對(duì)周圍土體的擾動(dòng)是引發(fā)地表沉降的首要原因，支護(hù)結(jié)構(gòu)隨地層的整體變位是地表沉降的重要組成，地下水位變化、支護(hù)結(jié)構(gòu)的自身變形、施工方法與過程控制、結(jié)構(gòu)形式與覆跨比等亦是影響沉降的因素?？刂扑淼乐ёo(hù)結(jié)構(gòu)隨被擾動(dòng)地層的整體變位是控制沉降的關(guān)鍵。
[0020]淺埋大跨隧道開挖，除超前注漿加固以穩(wěn)定地層外，分部開挖、及時(shí)封閉是重要的保障措施。初期支護(hù)需承擔(dān)施工期間的全部荷載，一般通過設(shè)置豎向、橫向的多道臨時(shí)支撐，將洞室開挖范圍內(nèi)土體劃分為小塊，達(dá)到減小開挖跨度、縮短各分部封閉成環(huán)的作業(yè)周期、控制開挖步長、充分利用土體穩(wěn)定的時(shí)空效應(yīng)的目的。二次襯砌澆筑前，需分段拆除初期支護(hù)形成階段架設(shè)的臨時(shí)支撐，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆筑提供空間，但這一施工階段正處于初期支護(hù)失去豎向臨時(shí)支撐的減跨作用，而二次襯砌尚未形成可靠強(qiáng)度的危險(xiǎn)時(shí)刻。初期支護(hù)的支撐體系變化或自身強(qiáng)度與剛度的不足，將引起較大的拱頂沉降，而一次拆除臨時(shí)支撐范圍過大等不規(guī)范操作，直接導(dǎo)致惡性坍塌事故的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是提供一種淺埋大跨隧道施工方法，以解決避免二襯澆筑期間施工安全風(fēng)險(xiǎn)、控制被交道路地面沉降等技術(shù)問題。
[0022]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0023]淺埋大跨隧道施工方法，其方法步驟如下:
[0024]1)、利用隧道淺埋的特點(diǎn)，自地面施做豎向粧，將粧底置于擬建隧道拱底以下且穩(wěn)定的持力層，即在隧道暗挖施工前，沿?cái)M建隧道周邊及地中，超前留置了豎向支撐粧；
[0025]2)、暗挖施工中通過分部開挖，將初期支護(hù)結(jié)構(gòu)橫向支撐與預(yù)置豎向支撐粧的連接;
[0026]3)、在不拆除初支豎向臨時(shí)支撐的情況下，完成二襯澆筑工序；待二次襯砌形成強(qiáng)度后再將結(jié)構(gòu)內(nèi)部豎向臨時(shí)支撐切除，完成結(jié)構(gòu)施工。
[0027]如步驟1)所述的施做豎向粧，分段施做豎向支撐粧，粧中埋設(shè)型鋼，預(yù)留與橫向拱架、支撐的連接節(jié)點(diǎn)，并施做粧頂冠梁以加強(qiáng)支撐粧的縱向聯(lián)系。
[0028]如步驟2)所述的分部開挖，施做包括超前大管棚、小導(dǎo)管注漿的超前地層加固；分部開挖隧道，將橫向拱架或橫撐與超前預(yù)置的豎