专利名称：一种地下工程暗挖施工方法及地下车站的制作方法
技术领域：
本发明涉及隧道及地下工程设计与施工技术领域，具体涉及一种用于埋深浅、围岩软弱条件下的地下工程暗挖施工方法及地下车站。
背景技术：
随着我国社会经济的快速持续发展，国内许多大中城市都已开始了大规模的地铁建设和地下空间开发。对于地下工程施工，通常采用明挖法，然而市中心区商业、企业、金融、民居等楼宇密集、交通繁忙、地价昂贵、加之密集的地下管线及地下构筑物的制约，使部分工程难以采用明挖施工，因此，国内地铁建设中，暗挖地铁工程的比例呈增长趋势。由于地质条件不同，暗挖地铁工程的结构形式和所采用的施工方法差异较大，因此我国地下空间建设中的结构形式和暗挖工法也呈现出多样性的特点。目前国内应用较多的暗挖工法包括中洞法、PBA工法、洞桩法、双侧壁导坑法，CRD法等，这些方法的共同特点是开挖过程超前支护短或刚度不足，需要掌子面有一定的自稳能力，如果掌子面自稳能力不足，需要对掌子面地层进行加固，即增加工期，又增加造价，同时施工质量也很难保证，常发生坍塌事故。因此目前常用暗挖施工方法在南方围岩特别软弱地区很少采用。同时这些方法施工过程需要先开挖土体再支护，因此即使采取各种辅助措施，仍然存在地面沉降大、安全风险高、难于满足上部管线及重要建筑物变形等问题，对于降水困难地区甚至无法暗挖施工。同时现有暗挖工法的作业空间狭窄，不适合采用机械施工，施工过程依赖操作工人经验成分大，因此施工过程常有人员伤亡及突发事故发生。由上可知，有必要提供一种地下工程暗挖施工方法及地下车站，其可应用于任何软弱地层，尤其在埋深浅、跨度大、地下水位高的软弱地层内可以很好地控制沉降，且具有施工过程安全度高、机械化程度 高的优点。
发明内容
本发明的发明目的在于提供了一种可应用于任何软弱地层，尤其在埋深浅、跨度大、地下水位高的软弱地层内可以很好地控制沉降，且具有施工过程安全度高、机械化程度高的地下工程暗挖施工方法及地下车站。根据本发明的一个方面，提供了一种用于埋深浅、围岩软弱条件下的地下工程暗挖施工方法，包括:在地下工程外侧的工作坑内沿所述地下工程结构的顶部及两侧边的外围纵向顶进若干均匀排列、相互咬合且外围焊接翼板的钢管；顶进过程中及时挖除钢管内及相邻钢管翼板所包范围内的土体，并采用连接件将相邻钢管横向连接；封闭钢管两端及相邻钢管翼板所包范围的两端，并向钢管及相邻钢管翼板所包范围内浇灌混凝土，使相互咬合的钢管形成整体受力的板墙，即超前模筑初期支护；分步开挖地下工程内部主体结构中梁、柱对应部位土体，并在土体开挖后及时施做主体结构的梁、柱结构；以及随土体开挖的同时施做主体结构各层板、墙结构。其中，所述分步开挖地下工程内部主体结构中梁、柱对应部位土体，并在土体开挖后及时施做主体结构的梁、柱结构；以及随土体开挖的同时施做主体结构各层板、墙结构，具体包括:在主体结构一根底梁的部位先纵向开挖第一下导洞，并在第一下导洞内施作底梁下防水板和底纵梁；在第一下导洞上方且与所述底梁对应的顶纵梁部位纵向开挖第一小基坑，并在第一小基坑内施作顶纵梁顶防水板及顶纵梁；以及在第一下导洞和第一小基坑之间开挖第一下导洞上方中柱处的孔洞；并在所述孔洞内施作连接所述底纵梁和所述顶纵梁的第一立柱；按同样顺序施做主体结构中其他一组或多组底纵梁、立柱、顶纵梁结构；待主体结构中的多组底纵梁、立柱、顶纵梁施工完毕后，纵向分段开挖站厅层中板以上土体，并施做中纵梁、中板的钢筋混凝土结构；待中纵梁、中板达到设计强度的80%后，开挖中跨土体至所述地下工程底部，施做中跨底板防水层及浇筑中跨底板混凝土；待中跨底板混凝土达到设计强度80%后，纵向分段开挖边跨土体至所述地下工程底部，每段长度不大于边跨跨度，施做边跨底板防水层及浇筑边跨底板混凝土。待底板达到设计强度的80%后，纵向开挖下一段边跨土体至所述地下工程底部，施做边跨底板防水层及浇筑边跨底板混凝土。优选地，所述地 下工程的主体结构包括两组底纵梁、立柱、顶纵梁结构，所述其他一组底纵梁、立柱、顶纵梁分别在开挖第二下导洞、第二小基坑和第二孔洞后施作；其中，第二下导洞内的底纵梁与第二小基坑内的顶纵梁之间的立柱为第二立柱；在第一小基坑和第二小基坑内分别施做完成顶纵梁后，将第一小基坑和第二小基坑之间的土体挖除以使第一小基坑和第二小基坑连通，并施作中跨顶板。其中，第一下导洞和第二下导洞通过格栅和喷射混凝土进行支护，以及第一小基坑和第二小基坑的侧墙及底板均采用格栅和喷射混凝土进行支护。其中，所述每根钢管上均设有预留孔，所述利用连接件将相邻钢管横向连接具体为:在所述一根钢管内将所述连接件从该钢管的预留孔穿出，并穿入相邻钢管的预留孔，并在所述连接件的两端安装加强螺栓，其中，所述连接件为短钢筋或锚栓。进一步地，在所述开挖中跨土体至所述地下工程底部过程中，在挖除一部分中跨土体后，在所述中板下方架设用于支撑所述中板的临时牛腿支撑，所述临时牛腿支撑固定于所述超前模筑初期支护的钢管上。优选地，所述钢管两端及相邻钢管翼板所包范围的两端利用封堵板进行封闭；以及向钢管及相邻钢管翼板所包范围内浇灌混凝土具体为:在钢管及相邻钢管翼板所包范围的一端插入混凝土浇灌管，另一端插入排气管，并由所述浇灌管向钢管及相邻钢管翼板所包范围内浇灌混凝土。
根据本发明的另一方面，还提供了一种地下车站，包括顶板、底板和站厅层的两侧墙，所述顶板、站厅层的两侧墙和底板围成所述地下车站的主支架，所述地下车站还包括钢管支护架、中板、第一钢管立柱和第二钢管立柱，其中，所述顶板上设有第一顶纵梁和第二顶纵梁，所述底板设有第一底纵梁和第二底纵梁，第一钢管立柱设置于第一顶纵梁和第一底纵梁之间；第二钢管立柱设置于第二顶纵梁和第二底纵梁之间；站厅层的两侧墙上分别设有中纵梁，中板设置于两侧墙的中纵梁之间；所述钢管支护架设置于所述主支架的外围。进一步地，所述钢管支护架与主支架之间还设有防水层。其中，所述钢管支护架由若干间距相等、相互咬合且外围焊接翼板的钢管构成，所述相邻钢管翼板所包范围构成封闭空间，所述钢管及相邻钢管翼板所包范围内内灌注混凝土。由上可知，本发明中的施工方法在土体开挖之前，首先进行超前模筑初期支护。由于超前模筑初期支护对整个暗挖施工工作面进行支撑，对土体本身强度无要求且开挖过程对地面影响小，即使处于埋深浅、跨度大、地下水位高等恶劣条件的软弱地层中，采用本发明的暗挖施工方法依然能够顺利施工并很好的控制地面沉降。因此本发明具有地面沉降小、施工过程安全度高、机械化程度高的优点。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。图1示出了本发明中地下工程暗挖施工方法的步骤流程图；图2示出了本发明中相互咬合的钢管的截面图；图3示出了底纵梁、第一立柱、顶纵梁施工完成后结构示意图；图4不出了中跨顶板施工完毕后的结构不意图；图5示出了中跨底板施工完毕后的结构示意图；图6示出了边跨底板混凝土浇筑完毕后的结构示意图；图7示出了地下车站的结构示意图；图8示出了钢管支护架中相互咬合的钢管的截面图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。图1示出了本发明中地下工程暗挖施工方法的步骤流程图，如图1所示，包括以下步骤:
SlOl:在地下工程外侧的工作坑内沿地下工程结构的顶部及两侧边外围纵向顶进若干均匀排列、相互咬合且外围焊接翼板的钢管，相邻钢管之间的翼板使相邻钢管之间的空间实现封闭。图2示出了本发明中相互咬合的钢管的截面图。如图2所示，本发明中钢管I的左右两侧分别焊接有两块翼板11，两块翼板11关于钢管横向轴线对称且两者之间的距离小于钢管的直径，左右两侧的翼板11关于钢管纵向轴线对称。同时，钢管I的一侧、两块翼板11之间还焊接有槽钢12、另一侧的两块翼板11之间还焊接有” T”型咬合件13。槽钢12底部中间开有缺口，” T”型咬合件13的上端宽度大于槽钢12的缺口的宽度。当一根钢管I顶进后，另一根钢管的”T”型咬合件13通过已顶进钢管的槽钢12的缺口穿入槽钢12内后顶进，从而实现相邻钢管之间的咬合。。相邻钢管之间的翼板11相互搭接，从而使相邻钢管之间的空间封闭。本发明中，钢管I采用顶进法施工，钢管I顶进施工时要控制好方向，不得偏转。优选地，本发明中相邻钢管I之间平行顶进且间距相等，其间距的长度由施工要求确定。本实施例中使用的钢管直径为0.8 1.0m。S102:顶进过程中及时挖除钢管内及相邻钢管翼 板11所包范围内的土体，并利用连接件将相邻钢管横向连接。本发明实施例中的每个钢管I上均开有若干预留孔(图中未示出)。利用连接件14将相邻钢管横向连接具体为:在一根钢管内将连接件14由该钢管的预留孔穿出，并穿入相邻钢管的预留孔，并在连接件的两端安装加强螺栓，从而将相邻的两根钢管连接。本发明实施例中，连接件14为短钢筋或锚栓。S103:封闭钢管两端及相邻钢管翼板11所包范围的两端，并向钢管及相邻钢管翼板11所包范围内浇筑混凝土，使相互咬合的钢管形成整体受力的板墙，即形成超前模筑初期支护。相邻钢管I依次连接后，利用封堵板封闭钢管及相邻钢管翼板11所包范围的两端。待钢管及相邻钢管翼板11所包范围封闭后，在一端插入混凝土浇灌管，另一端插入排气管，并由浇灌管向钢管及相邻钢管翼板11所包范围内浇灌混凝土，使独立的钢管形成整体受力的板墙，即超前模筑初期支护。S104:待超前模筑初期支护达到设计强度后，分步开挖地下工程内部的主体结构中梁、柱对应部位的土体，并在土体开挖后及时施做主体结构中的梁、柱结构，以形成对初期支护的支撑；以及随土体开挖的同时施作主体结构的各层板、墙结构，完成地下工程暗挖施工。其中，分步开挖地下工程内部的主体结构中梁、柱对应部位的土体，并在土体开挖后及时施做主体结构中的梁、柱结构，以形成对初期支护的支撑；以及随土体开挖的同时施作主体结构的各层板、墙结构，包括如下具体步骤:第一步，在主体结构的一根底纵梁对应的部位纵向开挖第一下导洞2，之后在底纵梁上部且与所述底梁对应的顶纵梁部位纵向开挖第一小基坑3，以及在第一下导洞2和第一小基坑3之间开挖第一下导洞2上方中柱处的第一孔洞。在所述开挖的第一下导洞2内施作底纵梁下防水板4和底纵梁5，在第一孔洞内施作第一立柱6，以及在所述第一小基坑3内施作顶纵梁顶防水板及顶纵梁7。图3示出了底纵梁、第一立柱、顶纵梁施工完成后结构示意图。待主体结构中的一根底纵梁、第一立柱6、顶纵梁7施工完成后，按同样顺序施做一组或多组梁、柱结构。优选地，本发明中的主体结构包括两组梁、柱结构。其中，另一组梁、柱结构通过开挖第二下导洞、第二小基坑及第二下导洞上方中柱处的第二孔洞以分别施作底纵梁、顶纵梁7和第二立柱。本发明实施例中，第一下导洞2和第二下导洞利用台阶法纵向分段开挖，且开挖后的第一下导洞2和第二下导洞通过格栅和喷射混凝土进行初期支护。优选地，第一下导洞2和第二下导洞的初支格栅上预留节点板，便于后续导洞间封底格栅连接。第一小基坑和第二小基坑的侧墙及底板采用格栅和喷射混凝土进行初期支护，且格栅顶部与超前模筑初期支护的钢管焊接。进一步地，挖除第一小基坑3和第二小基坑之间的土体，并在第一小基坑3的顶纵梁顶纵梁75和第二小基坑内的顶纵梁顶纵梁7之间灌注钢筋混凝土，使两个顶纵梁7连接以形成中跨顶板8。图4不出了中跨顶板施工完毕后的结构不意图。第二步:纵向分段开挖站厅层中板以上土体，并施做中纵梁9、中板10的钢筋混凝土结构。 第三步:待中纵梁9、中板10达到设计强度的80%后，开挖中跨土体至地下工程底部，施做中跨底板防水层及浇筑中跨底板混凝土 11。图5示出了中跨底板施工完毕后的结构示意图。优选地，在所述开挖中跨土体至所述地下工程底部过程中，在挖除一部分中跨土体后，在中板下方架设用于支撑中板的临时牛腿支撑12，以提高施工的安全性。其中，临时牛腿支撑固定于超前模筑初期支护的钢管上。第四步:待中跨底板混凝土达到设计强度80%后，纵向分段开挖边跨土体至地下工程底部，且每段边跨土体的长度不大于边跨跨度，待边跨土体开挖至地下工程底部后施做边跨底板防水层及浇筑边跨底板混凝土。本发明实施例中，每段边跨底板混凝土的设计强度达到80%后，即可开挖下一段边跨土体并施做边跨底板防水层及浇筑边跨底板混凝土 13。图6示出了边跨底板混凝土浇筑完毕后的结构示意图。第五步:施作站厅层剩余侧墙及顶板防水层，浇筑侧墙与顶板剩余结构。S105:待主体结构达到设计强度后，地下工程施工完毕。由上述方案可知，本发明中的施工方法在土体开挖之前，首先进行超前模筑初期支护。超前模筑初期支护为在相互咬合的钢管内及钢管之间的缝隙灌注混凝土形成的整体受力的板墙。由于本发明中的超前模筑初期支护对整个暗挖施工工作面进行支撑，对土体本身强度无要求且开挖过程对地面影响小，即使处于埋深浅、跨度大、地下水位高等恶劣条件的软弱地层中，采用本发明的暗挖施工方法依然能够顺利施工并很好的控制地面沉降。因此本发明具有地面沉降小、施工过程安全度高、机械化程度高的优点。根据本发明的另一方面，还提供了一种地下车站。图7示出了地下车站的结构示意图。如图7所示，地下车站包括钢管支护架701、顶板702、中板703、底板704、第一钢管立柱705、第二钢管立柱706和站厅层的两侧墙707，其中，钢管支护架701包括相互咬合的钢管801。图8示出了钢管支护架中相互咬合的钢管的截面图。如图8所示，钢管801的左右两侧分别焊接有两块翼板802，两块翼板802关于钢管横向轴线对称且两者之间的距离小于钢管的直径，左右两侧的翼板802关于钢管纵向轴线对称。相邻钢管801之间的翼板802相互搭接，使相邻钢管之间的空间封闭。同时，钢管801的一侧、两块翼板802之间还焊接有槽钢803、另一侧的两块翼板802之间还焊接有“T”型咬合件804。“T”型咬合件804的上端宽度大于槽钢803的缺口的览度。进一步地，每个钢管801上还开有若干预留孔(图中未示出)。相邻钢管之间通过在预留孔内穿入连接件805实现横向连接，其中，连接件805的两端安装加强螺栓。本发明实施例中，连接件805为短钢筋或锚栓。顶板702、站厅层的两侧墙707和底板704围成地下车站的主支架；顶板702设有第一顶纵梁708和第二顶纵梁709，底板704设有第一底纵梁710和第二底纵梁711，第一钢管立柱705设置于第一顶纵梁708和第一底纵梁710之间；第二钢管立柱706设置于第二顶纵梁709和第二底纵梁711之间；站厅层的两侧墙707上分别设有中纵梁712，中板703设置于两侧墙707的中纵梁712之间。钢管支护架701设置于主支架的外围，用于为地下车站暗挖施工时提供支护。进一步地，钢管支护架701与主支架之间设有防水层(图中未显示)。其中，所述防水层包括顶板702与钢管支护架701之间的顶板702防水层、底板704下侧的底板704防水层及站厅层两侧墙7 07与钢管支护架701之间的侧墙防水层。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种地下工程暗挖施工方法，包括: 在地下工程外侧的工作坑内沿所述地下工程结构的顶部及两侧边的外围纵向顶进若干均匀排列、相互咬合且外围焊接翼板的钢管； 顶进过程中及时挖除钢管内及相邻钢管翼板所包范围内的土体，并采用连接件将相邻钢管横向连接； 封闭钢管两端及相邻钢管翼板所包范围的两端，并向钢管及相邻钢管翼板所包范围内浇灌混凝土，使相互咬合的钢管形成整体受力的板墙，即超前模筑初期支护； 分步开挖地下工程内部主体结构中梁、柱对应部位土体，并在土体开挖后及时施做主体结构的梁、柱结构，形成对初期支护的支撑；以及随土体开挖的同时施做主体结构各层板、墙结构。
2.根据权利要求1所述的施工方法,其中,所述分步开挖地下工程内部主体结构中梁、柱对应部位土体,并在土体开挖后及时施做主体结构的梁、柱结构；以及随土体开挖的同时施做主体结构各层板、墙结构，具体包括: 在主体结构一根底梁的部位先纵向开挖第一下导洞，并在第一下导洞内施作底梁下防水板和底纵梁； 在第一下导洞上方且与所述底梁对应的顶纵梁部位纵向开挖第一小基坑，并在第一小基坑内施作顶纵梁顶防水板及顶纵梁；以及 在第一下导洞和第一小基坑之间开挖第一下导洞上方中柱处的孔洞；并在所述孔洞内施作连接所述底纵梁和所述顶纵梁的第一立柱； 按同样顺序施做主体结构中其他一组或多组底纵梁、立柱、顶纵梁结构； 待主体结构中的多组底纵梁、立柱、顶纵梁施工完毕后，纵向分段开挖站厅层中板以上土体，并施做中纵梁、中板的钢筋混凝土结构； 待中纵梁、中板达到设计强度的80%后，开挖中跨土体至所述地下工程底部，施做中跨底板防水层及浇筑中跨底板混凝土； 待中跨底板混凝土达到设计强度80%后，纵向分段开挖边跨土体至所述地下工程底部，每段长度不大于边跨跨度，施做边跨底板防水层及浇筑边跨底板混凝土。待底板达到设计强度的80%后，纵向开挖下一段边跨土体至所述地下工程底部，施做边跨底板防水层及浇筑边跨底板混凝土。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其中，所述地下工程的主体结构包括两组底纵梁、立柱、顶纵梁结构，所述其他一组底纵梁、立柱、顶纵梁分别在开挖第二下导洞、第二小基坑和第二孔洞后施作；其中， 第二下导洞内的底纵梁与第二小基坑内的顶纵梁之间的立柱为第二立柱； 在第一小基坑和第二小基坑内分别施做完成顶纵梁后，将第一小基坑和第二小基坑之间的土体挖除以使第一小基坑和第二小基坑连通，并施作中跨顶板。
4.根据权利要求3所述的施工方法，其中，第一下导洞和第二下导洞通过格栅和喷射混凝土进行支护，以及 第一小基坑和第二小基坑的侧墙及底板均采用格栅和喷射混凝土进行支护。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其中，所述每根钢管上均设有预留孔，所述利用连接件将相邻钢管横向连接具体为:在所述一根钢管内将所述连接件从该钢管的预留孔穿出，并穿入相邻钢管的预留孔，并在所述连接件的两端安装加强螺栓，其中， 所述连接件为短钢筋或锚栓。
6.根据权利要求2所述的施工方法，其中，在所述开挖中跨土体至所述地下工程底部过程中，在挖除一部分中跨土体后，在所述中板下方架设用于支撑所述中板的临时牛腿支撑， 所述临时牛腿支撑固定于所述超前模筑初期支护的钢管上。
7.根据权利要求1所述的施工方法，其中，所述钢管两端及相邻钢管翼板所包范围的两端利用封堵板进行封闭；以及 向钢管及相邻钢管翼板所包范围 内浇灌混凝土具体为: 在钢管及相邻钢管翼板所包范围的一端插入混凝土浇灌管，另一端插入排气管，并由所述浇灌管向钢管及相邻钢管翼板所包范围内浇灌混凝土。
8.—种地下车站，包括顶板、底板和站厅层的两侧墙，所述顶板、站厅层的两侧墙和底板围成所述地下车站的主支架，其特征在于，所述地下车站还包括钢管支护架、中板、第一钢管立柱和第二钢管立柱，其中， 所述顶板上设有第一顶纵梁和第二顶纵梁，所述底板设有第一底纵梁和第二底纵梁，第一钢管立柱设置于第一顶纵梁和第一底纵梁之间；第二钢管立柱设置于第二顶纵梁和第二底纵梁之间； 站厅层的两侧墙上分别设有中纵梁，中板设置于两侧墙的中纵梁之间； 所述钢管支护架设置于所述主支架的外围。
9.根据权利要求8所述的地下车站，其特征在于，所述钢管支护架与主支架之间还设有防水层。
10.根据权利要求8所述的地下车站，其中，所述钢管支护架由若干间距相等、相互咬合且外围焊接翼板的钢管构成，所述相邻钢管翼板所包范围构成封闭空间，所述钢管及相邻钢管翼板所包范围内内灌注混凝土。
全文摘要
本发明公开了一种地下工程暗挖施工方法及地下车站。所述地下工程暗挖施工方法包括在地下工程外侧的工作坑内沿地下工程结构的顶部及两侧边的外围纵向顶进若干均匀排列、相互咬合且外围焊接翼板的钢管；顶进过程中及时挖除钢管内及相邻钢管翼板所包范围内的土体，并采用连接件将相邻钢管横向连接；封闭钢管两端及相邻钢管翼板所包范围的两端，向钢管及相邻钢管翼板所包范围内浇灌混凝土，使相互咬合的钢管形成整体受力的板墙；分步开挖地下工程主体结构中梁、柱对应部位土体，并在土体开挖后施做主体结构的梁、柱结构；以及随土体开挖的同时施做主体结构各层板墙结构。本施工方法能够较好地控制地面沉降、施工过程安全度高、机械化程度高。
文档编号E21D11/10GK103244143SQ20131020154
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月27日 优先权日2013年5月27日
发明者谭富圣, 陈学峰, 石山, 吕刚, 刘建友, 宋月光, 陈达, 马福东, 赵巧兰, 高玉兰, 郭磊, 张矿三, 王婷, 李立, 王聪, 于晨昀 申请人:中铁工程设计咨询集团有限公司