一種淺埋隧道分段施工方法與流程

2023-05-13 04:21:21

本發明涉及建築施工的技術領域，尤其涉及一種淺埋隧道分段施工方法。

背景技術：

目前國內城市地下隧道結構建造的主要方法有明挖法、淺埋暗挖法和盾構法，但是這三種方法在實際使用過程中又受到周邊環境不同程度的制約。

(1)明挖法在城市地面交通繁忙、周邊建築物眾多及地下管線繁多的情況下修建地下空間結構，必須進行交通疏導甚至中斷交通，必要的時候還需要進行管線的改移。此外，明挖法施工過程中地面建構築物的拆遷工作量大，產生的噪音、震動等也會對鄰近的居民的生活和工作造成嚴重的幹擾。在遇到江河，這種方法不適用。

(2)淺埋暗挖法靈活多變，對地面建、構築物及地下管線影響不大，拆遷佔地少、不擾民等優點。目前的大斷面地下空間結構的施作採用較為廣泛的CRD法(交叉中隔牆法)、PBA法(洞柱樁法)、雙側壁導洞法(眼鏡工法)，將大斷面開挖轉化為小面積開挖。這幾種工法存在工序繁雜，施工空間狹小，對地層擾動次數多，廢棄工程量大，施工速度緩慢等缺點。

(3)盾構法施工具有施工速度快，不拆遷地面建築物和地下管線，施工期間噪音小、震動小、不影響地面交通等優點。但是盾構法存在著隨地層變化而產生不適應、斷面固定等缺點。尤其是地鐵工程建設中盾構法修建的區間隧道與車站施工在工期、組織上的矛盾、盾構機頻繁調頭拆裝等，也無法充分發揮盾構法快速施工的優勢。

尤其當修建短距離過江淺埋隧道的時候，埋深比較淺，隧道又不長，不適合用盾構法施工。另外，在水底下施工，用暗挖法也是不適合的，怕透水，非常危險。而且為了保證通航，只能採取分段施工。

因此，尋找一個適合短距離過江的淺埋隧道分段施工方法，具有現實意義。

技術實現要素：

基於以上現有技術的不足，本發明所解決的技術問題在於提供一種淺埋隧道分段施工方法，該方法技術可行、經濟合理、工藝簡單、操作簡便、施工安全。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案來實現：本發明提供一種淺埋隧道分段施工方法，包括以下步驟：

一：隧道前半段施工，從河道一邊至河道中央構築支護結構和止水帷幕形成第一圍堰，抽水後進行隧道前半段施工，單邊通航；

二：待其施工完後，按要求回填隧道間及隧道與支護樁間的中粗砂或砂性土至隧道頂板面，拆除支撐體系，隨後對隧道結構頂面上進行回填和硬化河床，恢復另一邊通航。

三：隧道中心島施工，於第一圍堰河道內側面安裝鋼封門及插打鋼板樁，然後修整第一圍堰河道內側面兩側形成島頭，構成中心島；

四：隧道後半段施工，利用中心島及河道另一邊構築支護結構和止水帷幕形成第二圍堰，抽水後進行隧道後半段施工，施工完畢後拆除支撐體系和清除中心島圍護結構，隨後對隧道結構頂面上進行回填和硬化河床，恢復全線通航。

具體的，所述構築圍堰的方法具體包括：

一：在圍堰施工之前，將圍堰處河床清除乾淨，圍堰自上遊開始至下遊合攏，圍堰材料優選黏性土或砂夾黏土，填出水面之後進行夯實；

二：圍堰施工時分次填築，並在圍堰頂部堆土預壓，待上次圍堰穩定後，將上次圍堰頂預壓土作為本次圍堰施工的材料，並重新在本次圍堰頂堆土預壓，重複以上施工步驟，直到完成最後一次圍堰填築；

三：待邊坡穩定後進行修坡，修整後的坡比為1:1，坡腳設置片石坡腳，坡面堆疊粘土包壓坡，移除坡頂預壓土。

具體的，所述中心島的施工方法具體包括：

一：保留隧道前半段施工時的部分支護結構；

二：插打鋼板樁，在鋼板樁與保留的支護樁之間回填粘性土；

三：構築第一圍堰隧道頂部鋼封門，將鋼封門作為中心島組成部分；

四：向第一圍堰中注水至內外水位基本一致，然後根據鋼板樁修整第一圍堰河道中心兩側形成島頭，同時清除第一圍堰多餘的填土，切割拆除部分鑽孔支護樁，與鋼封門一起構成中心島。

進一步的，所述施工完畢後拆除支撐體系和清除中心島圍護結構的步驟包括：

一：無水切割冠梁、腰梁、支撐梁等；

二：水下切割在水域中的鑽孔支護樁，圍堰鋼封門、側柱、枕梁等。

進一步的，所述分段施工方法還包括：河堤擋牆結構施工，清除中心島圍護結構，恢復全面通航。

進一步的，所述隧道施工具體包括：車行隧道主體及人行隧道，施工時依次進行隧道基坑支護、土方開挖和隧道結構施工。

進一步的，所述構築圍堰的方法還包括：將填土倒在已出水面的堰頭上，再順坡送入水中。

進一步的，所述構築圍堰的方法還包括：圍堰頂面填土高度比湖面最高水位高出0.5m。

與現有技術相比，本發明的技術方案具有如下有益效果：

本發明採用了一種圍堰築島法施工，將水中隧道施工變為陸地基坑支護開挖施工，則可以大大降低淺埋過江隧道的施工技術難度，減少施工安全風險，降低施工造價。由於水系通常都有通航要求，不能進行一次性圍堰斷流，故只能採用分段圍堰、分次施工工藝。即分段圍堰築島、分段基坑支護、分段開挖基坑土方、分段施工坑內隧道結構、分段開放河道通航，段與段之間採用中心島進行施工連接。本發明具有技術可行、經濟合理、工藝簡單、操作簡便、施工安全的優點，符合現代工程技術的發展方向，因而具有較大的推廣前景。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下結合優選實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發明優選實施例的淺埋隧道分段施工方法的流程圖。

圖2是本發明優選實施例的隧道施工總平面圖。

圖3是本發明優選實施例的隧道施工剖面圖。

圖4是本發明優選實施例的第一圍堰施工平面示意圖。

圖5是本發明優選實施例的中心島施工平面示意圖。

圖6是本發明優選實施例的第二圍堰施工平面示意圖。

圖7是本發明優選實施例的圍堰施工流程示意圖。

圖8是本發明優選實施例的鋼封門斷面示意圖。

圖9是本發明優選實施例的鋼封門橫梁平面示意圖。

圖10是本發明優選實施例的鋼封門枕梁平面示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式，其作為本說明書的一部分，通過實施例來說明本發明的原理，本發明的其他方面、特徵及其優點通過該詳細說明將會變得一目了然。在所參照的附圖中，不同的圖中相同或相似的部件使用相同的附圖標號來表示。

實施例

一、實施例工程簡介

本發明的實施例位於港前路(石化南路～開發大道)，港前路工程南海神廟段從廟頭村附近穿過，線路南側是黃埔電廠，北面是著名的南海神廟。南海神廟原是南海岸邊的一座祭祀南海神的廟宇。年深日久，珠江攜帶的泥沙沉積導致海岸線南移，神廟離海岸線有了一段距離，現狀是神廟附近的海灣退化成一個湖(屬於珠江水系)，湖泊長約400米，寬約200米，湖泊總面積約8萬平方米。南海神廟位於伸入湖中的半島上。菠蘿湖通過一狹長的水道(廟頭湧)與南邊浩瀚的南海相連，湖邊有碼頭，遊船可來往於湖與海之間。

根據黃浦區「一島一廟一街一中心」景觀建設規劃，通過對南海神廟景區周邊旅遊資源的整合，打造以南海神廟為核心的國家4A旅遊景區。

為了減輕港前路(石化南路～開發大道)工程對周邊景觀的影響，在南海神廟段設置一座下穿隧道，如圖2、3所示，隧道起於K3+239，穿過湖底，止於K3+814，全長575m，隧道結構分開口段和閉口段，兩端為開口段，1～3節、13～15節段長度分別為120m和95m，中間下沉較深、穿過湖底段為閉口段，4～12節段長360m，對應的起止樁號為K3+359.62～719.62。隧道劃分為16個節段，除1a、1b、2、15節段長分別為18、32、30、15m外，其餘3～14節段長均為40m，其中1a、1b、2、3、13～15節段為開口節段，4～12節段為閉口節段。

隧道最大縱坡為4.9％，豎曲線最大半徑1500m。隧道埋深從2.377～14.88不等，最大開挖深度約15.0m，泵房處最大開挖深度約為17.8m，節段間設置永久性沉降縫，沉降縫設計寬度為30mm，採用止水帶與Ω型鋼板相結合的止水方式，並用防水材料填充。

在南海神廟車行隧道穿過湖底段南側還設置一座人行地下通道，通道由主通道及梯道組成。

二、施工工藝選擇

1、由於隧道處於水下，隧道不長，埋深較淺(從2.377～14.88不等)，顯然不宜採用盾構法或礦山法施工。

2、採用圍堰築島法施工，將水中隧道施工變為陸地基坑支護開挖施工，則可以大大降低淺埋過江隧道的施工技術難度，減少施工安全風險，降低施工造價。

3、由於珠江水系有通航要求，不能進行一次性圍堰斷流，故只能採用分段圍堰、分次施工工藝。即分段圍堰築島、分段基坑支護、分段開挖基坑土方、分段施工坑內隧道結構、分段開放河道通航，段與段之間採用中心島進行施工連接。

如圖1至10所示，具體來說，本工程隧道分為兩段法施工，具體包括三個施工階段，第一階段為1-7節隧道施工，第二階段為中心島施工，第三階段為8-15節隧道施工。水中的7、8節隧道施工是關鍵，中心島位於7、8節隧道的防水搭接位置，中心島的鋼封門設置在第7節的隧道頂板上。隧道之間的防水採用中間預埋橡膠止水帶，外側貼止水鋼板等常規做法。第7節隧道是閉口段，位於河道底，有車行隧道和人行通道，基坑支護的跨度比常規車行隧道要寬，基坑支護在兩個陰角布置了兩組平行、長度不一的斜三角砼對撐，且在中間位置設置了與基坑支護樁垂直方向的一小排支護樁，作為斜砼三角對撐的對頂。設計中心島時，保留中間部分的支護樁，插打鋼板樁，加設鋼板樁支撐梁，內回填土，支護樁兩邊安裝鋼封門，通過鋼封門橫梁、枕梁、側柱，與土圍堰形成中心島，這樣第7節就可以恢復部分河道的通行，而第8節隧道結構從水下作業轉變為陸上作業，提高了施工安全。

三、施工工藝流程

1、隧道施工第一階段：第1～7節段施工。

(1)如圖4所示，施工圍堰1，與電廠西路形成閉合穩定的圍堰區域，河道位於圍堰1的東面。

(2)施工隧道1～7節段、人行通道側前半段及8節段處橫向基坑支護樁及止水樁，形成支護結構和止水帷幕，抽乾圍堰中水後進行隧道土方開挖和隧道結構施工。

(3)施工車行隧道1～7節段及人行通道西岸前半段結構。利用沽水期優化施工車行隧道6、7節段及人行通道西岸前半段結構，待其施工完後，首先恢復電廠西路即防洪大堤的功能，並施工7節段j端和人行通道前端的C30砼支撐，按要求回填隧道間及隧道與支護樁間的中粗砂或砂性土至隧道頂板面，拆除支撐體系，隨後對車行隧道6～7節段及人行通道西岸前半段結構頂面上進行回填和硬化河床，恢復至開挖前河床標高。

(4)1～5節段繼續施工，直至完工，同時進行第二階段中心島施工轉換。

2、隧道施工第二階段：中心島施工，如圖5所示。

(1)施工鋼封門支撐面和鋼板樁支撐橫梁。

(2)安裝中心島鋼封門及插打鋼板樁，在鋼板樁與支護樁之間回填粘性土。

(3)向圍堰1中注水至內外水位基本一致，然後，根據鋼板樁修整圍堰1(第一圍堰),形成圍堰2、圍堰3的島頭，同時，清除圍堰1多餘的填土，水下切割鑽孔支護樁，形成中心島，轉入第三階段施工。

3、隧道施工第三階段：第8～15節段施工。

(1)隧道8～9節段、人行通道側後半段及基坑支護樁及止水樁施工，形成支護結構和止水帷幕，抽乾圍堰中水後進行隧道土方開挖。

(2)施工車行隧道8～9節段及人行通道西岸後半段結構。

(3)10～15節段繼續施工。

(4)待其施工完後，按要求回填隧道間及隧道與支護樁間的中粗砂或砂性土至隧道頂板面，拆除支撐體系，拆除第7節鋼封門和8-9節支護結構，隨後對車行隧道8～9節段及人行通道西岸後半段結構頂面上進行回填和硬化河床，恢復至開挖前河床標高，全線恢復防洪大堤的功能。

四：操作要點

1、圍堰施工，如圖6所示：

(1)在圍堰施工之前，必須將圍堰處地下河床的樹根、石塊、雜物等清除乾淨，圍堰從自上遊開始至下遊合攏，圍堰材料宜用黏性土及砂夾黏土，填出水面之後應進行夯實。

(2)圍堰施工應分次填築，並在圍堰頂部堆土預壓，然後在一定時間段後對現有圍堰進行圍堰測量觀察，待上次圍堰穩定一定時間段後，將上次圍堰頂預壓土作為本次圍堰施工的材料，並重新在本次圍堰頂堆土預壓，重複以上施工步驟，直到完成最後一次圍堰填築，推土預壓待邊坡穩定後，作為圍堰進行修坡，修整後的坡比為1:1，坡腳設置片石坡腳，坡面堆疊粘土包壓坡，移除坡頂預壓土。

(3)土袋採用聚乙烯編織袋，內填優質粘土，粘土塊應搗碎，其顆粒不得大於5cm，避免因土體空隙較大不密實，粘土裝填量應控制在編織袋最大容量的1/2～2/3，袋口採用細繩綑紮牢固，施工時土袋平放，上下左右相錯縫咬合，以增強圍堰的整體性。

(4)填土應將土倒在已出水面的堰頭上，再順坡送入水中，以免發生離析。

(5)圍堰頂面填土高度應比湖面20年一遇水位6.92m高出0.5m，以防洪水造成損失。

2、中心島施工

中心島一部分由原有支護結構組成，一部分由鋼封門組成，鋼封門結構如圖7、8、9所示。

中心島施工步驟包括：

(1)保留第一階段第7節段的部分支護結構(鑽孔灌注樁和旋噴樁)。

(2)插打鋼板樁，在鋼板樁與保留的支護樁之間回填粘性土。

(3)7節段圍堰鋼封門施工。鋼封門共有2道：①隧道主車道頂鋼封門，21.34x5.15x0.012m；②隧道人行通道頂鋼封門：7.27x7.26x0.012m。

表1車行隧道鋼封門構件數量表

表2人行通道鋼封門構件數量表

鋼封門的施工流程：鋼封門橫梁、角板施工→澆築隧道頂板→枕梁鋼筋、模板安裝→側柱鋼筋、模板安裝、預埋螺栓→鋼封門預埋螺栓→鋼封門安裝→澆築枕梁、側柱混凝土。

(4)向圍堰1中注水至內外水位基本一致，然後，根據鋼板樁修整圍堰1,形成圍堰2、圍堰3的島頭，同時，清除圍堰1多餘的填土，水下切割鑽孔支護樁，形成中心島，並轉入第三階段施工。

3、隧道支護結構拆除

(1)隧道完成8～15節段的支護結構與隧道結構，並施工河堤擋牆結構後，清除第二階段圍堰多餘的填土，採用切割方式拆除8、9節段水域部分鑽孔支護樁。切割方式分為兩種：一、無水切割：包括冠梁、腰梁、支撐梁等；二、水下切割：在水域中的鑽孔支護樁，圍堰鋼封門、側柱、枕梁等。先無水切割，後水下切割。

(2)採用繩鋸切割工藝拆除。由於8節段、9節段範圍一部分(圖中0軸～6軸)為拆除後的水域部分，隧道主體結構頂澆築一道C30砼河床硬化層，水域範圍有通航要求，河床上不能堆雜物。所以，8、9節段的支護結構需要使用切割方式切除並吊運，需要切割的支撐梁共6道；橫梁1道；鋼封門2道；支護樁96根。切割拆除順序：1軸～6軸(包括砼穩定杆)→鋼封門→0軸(橫梁)→支護樁(包含冠梁：D軸→C軸→B軸→A軸)。

(3)支撐梁採用水上繩鋸切割方式，先在梁底進行腳手架搭設，在進行部位分段切割，嚴格按照工藝順序進行施工。

鋼封門採用水下氧氣割除。車行隧道鋼封門尺寸為：21.34×5.15米，分2塊切除。人行通道鋼封門尺寸為：7.26×7.27米，分一塊切除。

支護樁則需要採用水下切割方式，首先將圍堰兩側的泥土清至河床底，然後在支護樁底部預鑽φ50的工藝孔，每條支護樁上部預鑽一個φ200的吊裝孔，逐根切除支護樁後，由70T的浮吊船進行起吊運離。

4、恢復航道通行。

上述實施例揭示的淺埋隧道分段施工方法，採用了一種圍堰築島法施工，將水中隧道施工變為陸地基坑支護開挖施工，則可以大大降低淺埋過江隧道的施工技術難度，減少施工安全風險，降低施工造價。由於水系通常都有通航要求，不能進行一次性圍堰斷流，故只能採用分段圍堰、分次施工工藝。即分段圍堰築島、分段基坑支護、分段開挖基坑土方、分段施工坑內隧道結構、分段開放河道通航，段與段之間採用中心島進行施工連接。本發明具有技術可行、經濟合理、工藝簡單、操作簡便、施工安全的優點，符合現代工程技術的發展方向，因而具有較大的推廣前景。

以上所述是本發明的優選實施方式而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和變動，這些改進和變動也視為本發明的保護範圍。