软土地区多层地下空间的暗挖施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，包括以下步骤：步骤一、水平静压钢管构筑形成地下一层的门型管幕；步骤二、在所述管幕内分段进行地下一层的土方开挖及顶板结构的浇筑，并形成由顶板、侧墙和下一层板封闭围合的地下一层钢筋砼现浇结构；步骤三、待所述地下一层结构达到设计强度后，在地下一层内施工待开挖若干层的基坑围护结构；步骤四、继续向下开挖至坑底；步骤五、逐层回筑并完成整个多层地下空间的结构施工。本发明解决了开挖深度较深时常规管幕法侧向钢管承载能力不足的问题，实现了软土地区在限制开挖条件下实施多层地下空间的发明目的。
【专利说明】软土地区多层地下空间的暗挖施工方法【技术领域】
[0001]本发明涉及地下工程施工【技术领域】，尤其涉及一种软土地区多层地下空间的暗挖施工方法。
【背景技术】
[0002]地下空间的合理开发是科学利用城市地下空间资源、适应城市现代化与可持续发展建设的重要体现。由于规划滞后和施工手段的限制，造成诸如城市道路、景观绿地等区域下的地下资源不能充分利用，客观上造成公共资源的浪费。
[0003]受地质条件和施工工艺的限制，国内外软土地区城市中心区域大多采用明挖法施工进行地下空间的开发，但常规明挖法实施地下空间势必对交通、管线、商业形成影响，甚至造成不可复原的破坏。因此，非开挖技术已成为地下空间施工方法的一种重要思路。然而，软土地区典型的非开挖技术，如顶管、盾构等由于断面尺寸限制多用于地下通道或越江隧道等工程，不能满足城市地下空间大断面开挖的要求；而管幕结合暗挖技术，即在管幕的保护下采用暗挖技术实施地下空间，该方法由于侧向管幕水平钢管以及钢管间连接构件承载能力的限制，一般仅适用于埋深较浅的地下空间工程，多为地下一层。
[0004]本 申请人:采用新的技术突破传统思路，采用管幕法与盖挖加层技术相结合的方法，首次提出一种软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，解决开挖深度较深时管幕法侧向钢管承载能力不足的问题，实现了软土地区在限制开挖条件下实施多层地下空间的发明目的。
【发明内容】
[0005]有鉴于现有技术的上述不足，本发明是提出一种解决开挖深度较深时管幕法侧向钢管承载能力不足的问题，实现了软土地区在限制开挖条件下能顺利构筑多层地下空间的发明目的软土地区多层地下空间的暗挖施工方法。
`[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一、水平静压钢管形成地下一层的门型管幕；
[0008]步骤二、在所述管幕内分段进行土方开挖及顶板结构浇筑，所述管幕内地下一层结构施工具体如下:
[0009]2.1、在所述管幕内沿管幕钢管纵向向前完成纵向第一施工段的第一块土方开挖，所述第一块土方称为纵向第一横向第一施工段；
[0010]2.2、在所述纵向第一横向第一施工段平台处静压钢管桩作为第一立柱桩；
[0011]2.3、以所述第一立柱桩为支承，在已开挖露出的上方管幕内侧喷射混凝土形成顶板结构，所述第一立柱桩和所述顶板结构连接共同作为管幕及其上方土体的竖向支承；
[0012]2.4、待所述纵向第一横向第一施工段的顶板结构达到设计强度后，完成纵向第一横向第二施工段即第二块土方的开挖，所述纵向第一横向第二施工段与所述纵向第一横向第一施工段并排相通；
[0013]2.5、在所述纵向第一横向第二施工段平台处静压钢管桩作为第二立柱桩；
[0014]2.6、以所述第二立柱桩为支承，继续完成步骤2.3所述顶板结构向纵向第一横向第二施工段已开挖露出的上方管幕内侧延伸浇筑；
[0015]2.7、依次循环进行步骤2.4-2.6，实施完成所述纵向第一施工段的全部土方开挖和顶板结构浇筑，再对开挖露出的管幕两侧壁及地下一层底板(即下一层板)进行混凝土层浇筑，形成由顶板、侧墙和地下一层底板封闭围合的地下一层钢筋砼现浇结构，在地下一层底板中预留基坑土方出土孔；
[0016]2.8、依次循环进行步骤2.1-2.7实施完成其他纵向施工段的土方开挖、以及顶板、侧墙和地下一层底板的构筑，直至实现地下一层全部土方的开挖、以及顶板、侧墙和地下一层底板的构筑；
[0017]步骤三、待所述地下一层的结构达到设计强度后，在地下一层内施工待开挖若干层的基坑围护结构；
[0018]步骤四、继续向下开挖至坑底，开挖过程根据开挖深度架设支撑；
[0019]步骤五、待基坑开挖完成后，逐层回筑并完成整个多层地下空间的结构施工。
[0020]较佳的，所述管幕的钢管之间为锁口连接，在所述锁口内注入止水浆液。
[0021]较佳的，所述步骤二在进行顶板结构混凝土喷射前在开挖露出的管幕内侧顶部顶面采用混凝土喷射填充钢管之间的凹槽，然后找平，悬挂浇筑一层用作所述顶板结构基面的防水卷材。
[0022]较佳的，所述第一立柱桩或第二立柱桩为多排纵向布置的钢管立柱桩。
[0023]较佳的，所述步骤2.4的纵向第一横向第二施工段的土方开挖为由所述纵向第一横向第一施工段的横向延伸开挖土方
[0024]较佳的，所述纵向第一横向第一施工段的土方开挖为纵向土方开挖，所述纵向第一横向第二施工段由所述纵向第一横向第一施工段继续沿横向向前放坡开挖。
[0025]本发明的软土地区多层地下空间的暗挖施工方法的有益效果如下:
[0026]I)有效解决开挖深度较深时管幕法侧向钢管承载能力不足的问题，实现了软土地区在限制开挖条件下实施多层地下空间的发明目的。
[0027]2)除管幕工作井外不占用地面施工场地，城市交通、管线等微影响。
[0028]3)地下空间断面形式不受限制，适用范围广。
[0029]4)地下空间开挖规模不受限制，适用范围广。
[0030]5)本发明采用在地下一层结构中采用分段开挖、构筑结构顶板，同时利用静压钢管立柱桩的施工工艺，创造性的使得相应立柱桩与顶板结构形成巧妙配合，作为管幕的竖向支承，极大地降低了地面的变形量，具有施工过程地面变形小、不沉降、不影响地面绿化，对城市绿地零破坏的特点；本发明采用非封闭式的门型管幕，开挖断面及纵向长度均不受限制，适应范围广，可根据功能要求完成层数不限、任意面积的地下空间开发。
[0031]6)本发明的地下空间施工方法为现挖现浇工艺，适用于构筑各种结构类型的地下空间。
[0032]7)除构筑管幕时所需的小型工作井外不占用任何地面施工场地，更无需设置其他大型工作井。[0033]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为实施例一软土地区多层地下空间的暗挖施工方法流程图。
[0035]图2为图1中的步骤S2的具体施工步骤流程图。
[0036]图3为完成施工步骤SI时所构筑的丨]型管眷不意图。
[0037]图4为完成施工步骤S2.2时的地下空间示意图。
[0038]图5为完成施工步骤S2.3时的地下空间示意图。
[0039]图6为完成施工步骤S2.7循环步骤时的地下空间示意图。
[0040]图7为完成施工步骤S2.7时的地下空间示意图。
[0041]图8为完成施工步骤S3时的地下空间示意图。
[0042]图9为完成施工步骤S4时的地下空间示意图。
[0043]图10为完成施工步骤S5时的地下空间示意图。
[0044]图11为本实施例门型管幕的钢管锁口连接结构示意图。
[0045]图12为本实施例门型管幕顶面局部结构放大示意图。
【具体实施方式】
[0046]如图1和图2所示，本实施例的一种软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，应用在构筑一处如图10所示的地下两层结构的地下空间，包括以下步骤:
[0047]步骤S1、采用水平静压钢管构筑形成如图3所示的地下一层的门型管幕I。补充说明，本实施例的门型管幕仅覆盖地下一层区域，此外，水平静压钢管构筑门型管幕的工法已为本领域一般技术人员所熟知，采用小口径顶管机推进钢管并利用钢管间锁口进行搭接，形成帷幕，最后形成门型管幕，故本实施例对构筑门型管幕具体方法不再进一步赘述。
[0048]步骤S2、再结合附图4-附图7所示，在管幕I内分段进行土方开挖及顶板结构浇筑，管幕I内地下一层结构6施工如图2所示，具体如下:
[0049]S2.1、在管幕I内侧角部，如图4所示管幕内侧的左上角的顶部顶面和侧壁的连接处，沿所述角部的管幕钢管纵向向前完成纵向第一施工段的第一块土方开挖，所述第一块土方称为纵向第一横向第一施工段2 ;当然了，在本发明的其他实施例中也可以从右上角处或选择其他位置开挖。
[0050]S2.2、在纵向第一横向第一施工段2的平台处向下静压钢管桩作为第一立柱桩3。
[0051]S2.3、以第一立柱桩3为支撑，在已开挖露出的上方管幕内侧喷射混凝土形成顶板结构4 ;如图5所示，第一立柱桩3和顶板结构4连接共同作为上方管幕的竖向支承，第一立柱桩3和顶板结构4用作管幕的竖向支撑，有效防止了开挖出的第一施工段处顶部结构的变形，从而保证了管幕不变形，最终实现地面变形小甚至无变形的目的。
[0052]S2.4、待纵向第一横向第一施工段的顶板结构达到设计强度后,完成纵向第一横向第二施工段(图中未标出)的土方开挖，所述纵向第一横向第二施工段与纵向第一横向第一施工段2并排相通。
[0053]S2.5、在所述纵向第一横向第二施工段平台处静压钢管桩作为第二立柱桩5。[0054]S2.6、以第二立柱桩5为支撑，继续完成步骤S2.3顶板结构4向所述纵向第一横向第二施工段已开挖露出的上方管幕内侧延伸浇筑。
[0055]S2.7、依次循环进行步骤S2.4 — S2.6，实施下一施工段的土方开挖和顶板结构的浇筑，直至如图6所示纵向第一施工段的土方全部开挖完毕和顶板结构浇筑完成；再对开挖露出的管幕两侧壁及地下一层底板进行混凝土层浇筑，形成如图7所示由顶板、侧墙和地下一层底板(即下一层板)封闭围合的地下一层钢筋砼现浇结构，在地下一层底板中预留
基坑土方出土孔。不例性的，本实施例中为纵向第一施工段分为两段施工-纵向第一横
向第一施工段和纵向第一横向第二施工段，故在完成步骤S2.6后，即实现了地下一层的纵向第一施工段土方的全部开挖、以及完成顶板、侧墙和地下一层底板全部结构的浇筑，直接进入步骤S2.8。当然了，在本发明的其他实施例中在地下一层结构中可以根据施工需要设置多个施工段，如在断面较宽或其他需要分成更多施工段的地下一层结构中，可根据上述内容依次循环进行步骤S2.4-S2.6，直至所述管幕内侧顶部位于纵向第一施工段的土方完全开挖和其内部结构全部构筑完毕即可，此处不再赘述。
[0056]S2.8、依次循环进行步骤S2.1 — S2.7实施完成其他纵向施工段的土方开挖，以及顶板、侧墙和地下一层底板(即下一层板)的构筑，逐一完成每段纵向施工段的构筑，直至实现地下一层全部土方的开挖，以及顶板、侧墙和地下一层底板的构筑。
[0057]步骤S3、待地下一层结构6达到设计强度后，在地下一层结构6内施工待开挖若干层的基坑围护结构14 (如图8所示)。
[0058]步骤S4、继续向下开挖至地下二层9坑底，开挖过程根据开挖深度架设支撑，示例性的，本实施例仅为两层结构，故仅开挖至地下二层9坑底，在其他实施例中若是其他的多层结构，则继续向下开挖至最下层的坑底形成基坑。
[0059]步骤S5、待基坑开挖完成后，逐层回筑并完成整个多层地下空间的结构施工。
[0060]至此，完成如图10所示的两层结构的地下空间的施工。
[0061]本实施例采用管幕法与盖挖加层技术相结合的方法，首次提出一种软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，即首先采用管幕结合暗挖技术实施地下一层结构，然后在已完成的地下一层结构内采用盖挖加层技术继续向下实施地下空间，成功解决了开挖深度较深时管幕法侧向钢管承载能力不足的问题，实现了软土地区在限制开挖条件下多层地下空间。
[0062]作为本实施例的进一步实施方式，如图11所示，管幕I的钢管之间为锁口连接，在锁口 11内注入止水浆液(图中未示出)，示例性的，在始发井内通过小口径顶管机分节顶进钢管，各单管间依靠钢管侧面锁口相连并形成一体的管排，在锁口相接处预先涂布润滑止水浆液，此浆液最初可起到减小单管顶进摩擦阻力的作用，在顶进结束后会遇水固结封闭单管之间的渗水路径。如图12所示，所述步骤S2在构筑顶板结构前，先在开挖露出的管幕内侧顶部顶面采用混凝土喷射填充钢管之间的凹槽，然后找平，悬挂浇筑上一层用作顶板结构4基面的防水卷材12。如附图4-8所示，第一立柱桩3或第二立柱桩5分别为多排纵向布置的钢管立柱桩(包括单排设置)，示例性的，本实施例中，第一立柱桩3为两排纵向布置的钢管立柱桩，第二立柱桩5为三排纵向布置的钢管立柱桩，当然了，在其他实施例中可以根据实际情况进行调整设置(包括单排设置)。
[0063]作为本实施例的进一步实施方式，如图4和图5所示，所述步骤S2.4的纵向第一横向第二施工段的土方开挖方式为由纵向第一横向第一施工段2横向延伸开挖土方。具体的，纵向第一横向第一施工段2的土方开挖为纵向土方开挖，所述纵向第一横向第二施工段由纵向第一横向第一施工段2继续沿横向向前放坡开挖。不例性的，纵向第一横向第一施工段2与管幕侧壁对立的一侧面设置为斜坡面13，所述纵向第一横向第二施工段由纵向第一横向第一施工段2的斜坡面13横向向前放坡开挖施工，进一步提高的施工效率，减低了开挖难度。
[0064]本实施例在步骤SI的施工过程中不使用工程泥浆，对绿化的生长环境零影响，除管幕工作井外不占用地面施工场地，对城市绿地零破坏，尤其适合应用在软土地区大面积绿化下的各种地下空间的构筑。
[0065]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、水平静压钢管形成地下一层的门型管幕； 步骤二、在所述管幕内分段进行土方开挖及顶板结构浇筑，所述管幕内地下一层结构施工具体如下: 2.1、在所述管幕内沿管幕钢管纵向向前完成纵向第一施工段的第一块土方开挖，所述第一块土方称为纵向第一横向第一施工段； 2.2、在所述纵向第一横向第一施工段平台处静压钢管桩作为第一立柱桩； 2.3、以所述第一立柱桩为支承，在已开挖露出的上方管幕内侧喷射混凝土形成顶板结构，所述第一立柱桩和所述顶板结构连接共同作为管幕及其上方土体的竖向支承； 2.4、待所述纵向第一横向第一施工段的顶板结构达到设计强度后,完成纵向第一横向第二施工段即第二块土方的开挖，所述纵向第一横向第二施工段与所述纵向第一横向第一施工段并排相通； 2.5、在所述纵向第一横向第二施工段平台处静压钢管桩作为第二立柱桩； 2.6、以所述第二立柱桩为支承，继续完成步骤2.3所述顶板结构向纵向第一横向第二施工段已开挖露出的上方管幕内侧延伸浇筑； 2.7、依次循环进行步骤2.4-2.6，实施完成所述纵向第一施工段的全部土方开挖和顶板结构浇筑，再对开挖露出的管幕两侧壁及地下一层底板进行混凝土层浇筑，形成由顶板、侧墙和地下一层底板封闭围合的地下一层钢筋砼现浇结构，在地下一层底板中预留基坑土方出土孑L ； 2.8、依次循环进行步骤2.1-2.7实施完成其他纵向施工段的土方开挖、以及顶板、侧墙与地下一层底板的构筑，直至实现地下一层全部土方的开挖、以及顶板、侧墙与地下一层底板的构筑； 步骤三、待所述地下一层的结构达到设计强度后，在地下一层内施工待开挖若干层的基坑围护结构； 步骤四、继续向下开挖至坑底，开挖过程根据开挖深度架设支撑； 步骤五、待基坑开挖完成后，逐层回筑并完成整个多层地下空间的结构施工。
2.如权利要求1所述的软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，其特征在于，所述管幕的钢管之间为锁口连接，在所述锁口内注入止水浆液。
3.如权利要求1所述的软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，其特征在于，所述步骤二在进行顶板结构混凝土喷射前在开挖露出的管幕内侧顶部顶面采用混凝土喷射填充钢管之间的凹槽，然后找平，悬挂浇筑一层用作所述顶板结构基面的防水卷材。
4.如权利要求1所述的软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，其特征在于，所述第一立柱桩或第二立柱桩为多排纵向布置的钢管立柱桩。
5.如权利要求1所述的软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，其特征在于，所述步骤2.4的纵向第一横向第二施工段的土方开挖为由所述纵向第一横向第一施工段的横向延伸开挖土方。
6.如权利要求5所述的软土地区多层地下空间的暗挖施工方法，其特征在于，所述纵向第一横向第一施工段的土方开挖为纵向土方开挖，所述纵向第一横向第二施工段由所述纵向第一横向第一施工段继续沿横向向前放坡开挖。
【文档编号】E21D11/10GK103775110SQ201410028143
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】张中杰, 陈加核, 徐正良, 邵雪莹 申请人:上海市城市建设设计研究总院