专利名称：一次扣拱暗挖逆作施工方法
技术领域：
本发明涉及一种地下工程施工技术领域，尤其是大型地下建筑工程暗挖施工技术。
背景技术：
地下工程隧道施工过程、施工环境复杂，安全隐患多，历来都是工程施工的重点和难 点。为了避免对地上交通、地下管线的影响，目前地下工程隧道施工大多采用暗挖法，传 统的暗挖法有"侧洞法"、"中洞法"、"眼睛法"和"PBA工法"等，这些工法都存在着 一定的缺陷和限制；"侧洞法"、"中洞法"、"眼睛法"的缺点是开挖分部数多，围岩 重复扰动，结构受力转换比较多；而"PBA工法"的主要思路是利用小导洞和桩技术形成地 下框架结构支撑体系，然后在支撑保护下开挖结构层，其缺点是中洞开挖存在初期支护间 的受力转换，施工风险比较大；中洞开挖受力转换的一瞬间，顶纵梁上部防水板保护措施不 易施做，容易因局部受集中力被破坏；另外"PBA工法"开挖导洞比较小，导洞内施工比较 困难，特别是洞内进行钻孔灌注桩施工的泥浆排泄比较困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全、快捷、节省投资的暗挖施工方法，避免传统暗挖工法的 诸多缺点，要解决传统地下工程暗挖法导洞偏小施工困难，且开挖分部数目多，围岩重复扰 动，结构受力转换比较多等技术问题。
本发明的技术方案
一种一次扣拱暗挖逆作施工方法，采用暗挖法利用地下结构外的施工竖井和横向通道运 送开挖的土体，在地下形成单跨多层框架结构体系，其特征在于步骤如下
步骤l，在地下结构设计空间对应的顶部土体及底部土体中，分别开挖一对上导洞和下 导洞，每对导洞为一跨，然后进行洞壁的初期支护；
步骤2，敷设下导洞底部防水层，在防水层上浇注下层框架结构底板；
步骤3，沿地下结构侧墙外侧长向，从上导洞底部至下导洞底部垂直向下跳孔开挖桩 孔，在各桩孔内灌注混凝土边桩；
步骤4，敷设上导洞拱顶防水层，然后一次浇注拱顶永久结构；
步骤5，在拱顶永久结构、边桩及下层框架结构底板形成的周边构件的保护下，凿除两 侧边桩内边线之间上导洞底部的初期支护，向下开挖各跨中土体至设计的上层框架底面处，
在拱顶永久结构与上层框架底面之间逆向浇筑上层框架结构侧墙和中楼板；
步骤6，开挖下导洞顶部初期支护与中楼板之间的剩余部分土体，凿除下导洞顶部初期 支护，浇筑下层框架结构侧墙，最终形成单跨多层地下框架结构体系。
本发明第二种技术方案为 一种一次扣拱暗挖逆作施工方法，采用暗挖法利用地下结构 外的施工竖井和横向通道运送开挖的土体，在地下形成多跨多层框架结构体系，其特征在于 步骤如下
步骤l，在多跨多层地下结构设计空间奇数跨对应的顶部土体及底部土体中，分别开挖 不少于一对上导洞和下导洞，每对导洞为一跨，然后进行洞壁的初期支护；
步骤2，敷设奇数跨下导洞底部防水层，在防水层上浇注奇数跨下层框架结构底板和底 纵梁；
步骤3，在边跨上导洞内框架结构边墙外侧，沿长向、从上导洞底部至下导洞底部垂直 向下跳孔开挖桩孔，在各桩孔内灌注混凝土边桩；在上导洞内、靠近偶数跨一侧中间立柱位 置，从上导洞底部至下导洞垂直向下开挖孔洞，在孔洞内灌注中间立柱； 步骤4，敷设上导洞拱顶防水层，然后一次浇注奇数跨拱顶永久结构； 步骤5，采用暗挖法开挖两个奇数跨上导洞之间偶数跨的土体，形成偶数跨上导洞，并 施作偶数跨上导洞拱顶初期支护；
步骤6，敷设偶数跨上导洞拱顶防水层， 一次施作偶数跨拱顶永久结构； 步骤7，在拱顶永久结构、边桩及下层框架结构底板形成的周边构件的保护下，凿除两 侧边桩内边线之间上导洞底部的初期支护，向下开挖各跨中土体至设计的上层框架底面处， 在拱顶永久结构与上层框架底面之间逆向浇筑上层框架结构侧墙和中楼板；
步骤8，开挖下导洞顶部初期支护与中楼板之间的剩余部分土体，凿除下导洞顶部初期 支护，浇筑下层框架结构侧墙，并封闭偶数跨结构底板，最终形成多跨多层地下框架结构体 系。
如上述两个技术方案中步骤l中所述，导洞的开挖方法为全断面法、台阶法、中隔壁 法或双侧壁导坑法；开挖的辅助施工措施为喷锚支护、超前大管棚、超前小导管注浆加固 或锁角锚杆。
如上述两个技术方案中步骤2和步骤4所述，边桩与下层框架结构底板及拱顶永久结构的 连接节点的处理方式为将边桩的钢筋直接锚入下层框架结构底板及拱顶永久结构内，使三者 形成有效稳定的受力体系或在边桩底设桩底拉梁、在边桩顶设桩顶冠梁，下层框架结构底板 和拱顶永久结构的连接节点处通过短肢侧墙形成单向沟槽，边桩底拉梁、顶冠梁嵌入其中，使三者形成有效稳定的受力体系，后者桩底拉梁与下层框架结构底板、桩顶冠梁与拱顶永久 结构完全分开，整个结构体外包防水层封闭。
如第二种技术方案中步骤3所述，中间立柱为钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱，地下结构 的长向中间立柱之间通过柱底纵梁连接。
上述上导洞及偶数跨上导洞为拱形导洞或平顶导洞。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果
本发明克服了传统暗挖方法施工导洞偏小、且开挖分部数目多、围岩重复扰动、结构受 力转换比较多等的缺点，解决了地下暗挖施工工作面小、施工对地面扰动较大、地面沉降 大、施工过程中容易塌方等技术问题；由于采用了较少数目大导洞， 一次形成底板和拱顶永 久结构，并通过桩顶冠梁、边桩和桩底拉梁形成框架支护体系来承受施工期间边跨竖向承载 力和基坑开挖的侧向土压力，并采用暗挖逆作的施工方法，具有施工风险小，施工场地大， 施工速度快的优点，具体如下
A. 与以往暗挖工法相比，本发明施工分部相对较少，在形成顶拱后，采用逆作法施 工，施工作业面大，施工速度快，施工安全有保证。
B. 本施工方法奇数跨拱顶、底板及偶数跨拱部永久结构均为一次形成，避免了PBA工法 存在的初期支护多次凿除及受力转换问题。
C. 奇数跨顶部、底板永久结构形成后，再施工偶数跨拱顶初期支护，施工风险小。
D. 边跨支护桩设置单独的桩底拉梁、桩顶冠梁，拉梁、冠梁均与其它结构既独立又与 其它结构形成有机整体，在保证施工期间边跨竖向承载力、基坑开挖的侧向土压力的同时， 有力保证了整个结构防水的完整性。
E. 能有效控制施工引起的地面沉降，减少对周边道路及临近建筑物的影响。 本发明可广泛应用于各种单跨或多跨、单层或多层、拱顶或平顶地下框架结构体系施工。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 图1是本发明实施例l的步骤l的示意图； 图2是本发明实施例1的步骤2的示意图； 图3是本发明实施例1的步骤3的示意图； 图4是本发明实施例1的步骤4的示意图5是本发明实施例1的步骤5的示意图6是本发明实施例1的步骤6的示意图； 图7是本发明实施例2的步骤1的示意图8是本发明实施例2的步骤2的示意图； 图9是本发明实施例2的步骤3的示意图； 图10是本发明实施例2的步骤4的示意图11是本发明实施例2的步骤5的示意图12是本发明实施例2的步骤6的示意图； 图13是本发明实施例2的步骤7的示意图； 图14是本发明实施例2的步骤8的示意图。
附图标记l一上导洞、2 —下导洞、3 —桩底拉梁、4一下层框架结构底板、5 —下导洞 底部防水层、6 —边桩、7 —冠梁、8 —拱顶永久结构、9一中楼板、IO —剩余部分土体、ll一 上导洞底部初期支护、12 —上层框架结构侧墙、13 —下导洞顶部初期支护、14一回填素砼、 15 —下层框架结构侧墙、16 —底纵梁、17 —中间立柱、18 —偶数跨上导洞、19一偶数跨结构 底板、20-偶数跨上导洞拱顶初期支护、21-偶数跨拱顶永久结构。
具体实施例方式
实施例l，参见图1 图6，本实施例为单跨两层拱顶框架结构体系，其施工方法的步骤 如下
步骤l参见图l，在施工竖井内施作超前管棚及第一组超前小导管，注浆加固地层，根据 上层框架和下层框架的设计标高，在地下结构设计空间对应的顶部土体及底部土体中，沿地 下工程的纵向、先采用暗挖法施作下导洞2，然后采用暗挖法施作上导洞l，为地下工程施工 提供暗挖施作的工作面；
步骤2参见图2，敷设下导洞底部防水层5，在防水层上浇注下层框架结构底板4，在下层 框架结构底板4上浇注桩底拉梁3。为保证框架结构底板4与侧墙结构之间的防水完整性，桩 底拉梁3与下层框架结构底板4完全分开；
步骤3参见图3，沿地下结构侧墙外侧长向，从上导洞1底部至下导洞2底部垂直向下跳孔 开挖桩孔(桩孔沿地下结构侧墙外侧长向间隔分布)，在各桩孔内施作边桩6，待边桩混凝 土达到设计强度后，在各边桩6的桩顶之间浇注冠梁7。边桩6、桩顶冠梁7及桩底拉梁3形成 基坑支护体系，同时也是施工阶段承受竖向荷载的体系；边桩与洞壁初期支护之间有回填素 砼14;
步骤4参见图4，在上导洞1拱顶敷设防水层5，然后一次浇注拱顶永久结构8。拱顶永久结构8与洞壁初期支护之间有回填素砼14;
步骤5参见图5，在拱顶永久结构8、边桩6、框架结构底板4形成的周边构件的保护下， 凿除两侧边桩内边线之间上导洞底部初期支护ll，向下开挖跨中土体至设计的上层框架底面 处，在拱顶永久结构8与上层框架底面之间逆向浇筑上层框架结构侧墙12和中楼板9;
步骤6参见图6，开挖下导洞顶部初期支护13与中楼板9之间的剩余部分土体10，凿除下 导洞顶部初期支护13，浇筑下层框架结构侧墙15，最终形成单跨双层拱顶框架结构体系。
实施例2，参见图7 图14，本实施例为五跨两层拱顶框架结构体系，上导洞l和下导洞 2为两对或两对以上，两对导洞之间为中间跨的距离，中间跨即偶数跨。其施工方法的步骤 如下
步骤1参见图7，在施工竖井内施作超前管棚及第一组超前小导管，注浆加固地层，根据 上层框架和下层框架的设计标高，先采用暗挖法在下层框架奇数跨开挖三个下导洞2，然后 采用暗挖法在上层框架奇数跨开挖三个上导洞l ，为地下工程施工提供暗挖施作的工作面。 每对导洞为一跨；
步骤2参见图8，在下导洞2内敷设防水层5、在防水层上浇注下层框架结构底板4及底纵 梁16，并在边跨下导洞内的框架结构底板4上浇注边桩桩底拉梁3，为了保证框架结构底板与 侧墙结构之间的防水完整性，桩底拉梁3与框架结构底板4完全分开；
步骤3参见图9，在边跨上导洞l内框架结构边墙外侧，沿长向、从上导洞l底部至下导洞 2底部垂直向下跳孔开挖桩孔，在各桩孔内施作边桩6，待边桩6混凝土达到设计强度后，在 各边桩的桩顶之间浇注边桩冠梁7;在上导洞1内、靠近偶数跨一侧中间立柱17位置，从上导 洞1底部至下导洞2垂直向下开挖孔洞，在孔洞内灌注中间立柱17，上述中间立柱17可根据受 力需要，采用钢管混凝土柱或采用钢筋混凝土柱，地下结构的长向中间立柱之间通过柱底纵 梁16连接，柱底纵梁16与下层框架结构底板4浇注为一体。边桩6、桩顶冠梁7、和桩底拉梁 3形成基坑支护体系，同时与中间立柱l7形成施工阶段承受竖向荷载的框架体系；
步骤4参见图10，在上导洞1拱顶敷设防水层5，然后一次浇注拱顶永久结构8;
步骤5参见图11，奇数跨拱顶永久结构8形成后，在偶数跨的顶拱处沿纵向采用暗挖法形 成偶数跨上导洞18，并施做偶数跨上导洞拱顶初期支护20;
步骤6参见图12，在偶数跨上导洞拱顶初期支护20的保护下，在偶数跨上导洞18拱顶敷 设防水层、 一次施作偶数跨上导洞拱顶永久结构21;
步骤7参见图13，在奇数跨拱顶永久结构8及偶数跨拱顶永久结构21、边桩6及部分框架 结构底板4等周边构件的保护下逆作施工依次向下开挖基坑并逆向浇注上层框架结构侧墙12和中楼板9;
步骤8参见图14，在中楼板9的保护下，开挖剩余部分土体，凿除下导洞顶部初期支护 13 (即初期衬砌)，浇注下层框架结构侧墙15，并封闭偶数跨结构底板19，最终形成五跨双 层拱顶框架结构体系。
如上述两个实施例中步骤l所述，导洞的开挖方法为全断面法、台阶法、中隔壁法或 双侧壁导坑法；开挖的辅助施工措施为喷锚支护、超前大管棚、超前小导管注浆加固或锁 角锚杆。
上述两个实施例中所述，边桩6与下层框架结构底板4及拱顶永久结构8的连接节点，有 两种处理方式， 一种是将边桩6的钢筋直接锚入下层框架结构底板4及拱顶永久结构8内，使 三者形成有效稳定的受力体系；第二种是在边桩6底设桩底拉梁3、在边桩6顶设桩顶冠梁7， 下层框架结构底板4和拱顶永久结构8的连接节点处通过短肢侧墙形成单向沟槽，边桩底拉梁 3、顶冠梁7嵌入其中，使三者形成有效稳定的受力体系，这种处理方式能使桩底拉梁3与下 层框架结构底板4、桩顶冠梁7与拱顶永久结构8完全分开，整个结构体外包防水层封闭，防 水效果好。
上述上导洞1及偶数跨上导洞20为拱形导洞或平顶导洞。
以上是本发明典型实施例，本发明的实施不限于此，可以根据地下建筑功能要求，修建 单跨或多跨、单层或多层、拱顶或平顶地下框架结构体系。
权利要求
1.一种一次扣拱暗挖逆作施工方法，采用暗挖法利用地下结构外的施工竖井和横向通道运送开挖的土体，在地下形成单跨多层框架结构体系，其特征在于步骤如下步骤1，在地下结构设计空间对应的顶部土体及底部土体中，分别开挖一对上导洞(1)和下导洞(2)，每对导洞为一跨，然后进行洞壁的初期支护；步骤2，敷设下导洞底部防水层(5)，在防水层上浇注下层框架结构底板(4)；步骤3，沿地下结构侧墙外侧长向，从上导洞(1)底部至下导洞(2)底部垂直向下跳孔开挖桩孔，在各桩孔内灌注混凝土边桩(6)；步骤4，敷设上导洞拱顶防水层，然后一次浇注拱顶永久结构(8)；步骤5，在拱顶永久结构(8)、边桩(6)及下层框架结构底板(4)形成的周边构件的保护下，凿除两侧边桩内边线之间上导洞底部的初期支护(11)，向下开挖各跨中土体至设计的上层框架底面处，在拱顶永久结构(8)与上层框架底面之间逆向浇筑上层框架结构侧墙(12)和中楼板(9)；步骤6，开挖下导洞顶部初期支护(13)与中楼板(9)之间的剩余部分土体(10)，凿除下导洞顶部初期支护(13)，浇筑下层框架结构侧墙(15)，最终形成单跨多层地下框架结构体系。
2.根据权利要求l所述的一次扣拱暗挖逆作施工方法，其特征为如 上述步骤l中所述，导洞的开挖方法为全断面法、台阶法、中隔壁法或双侧壁导坑法；开 挖的辅助施工措施为喷锚支护、超前大管棚、超前小导管注浆加固或锁角锚杆。
3.根据权利要求l所述的一次扣拱暗挖逆作施工方法，其特征为如 权利要求1中步骤2和步骤4所述，边桩(6)与下层框架结构底板(4)及拱顶永久结构(8) 的连接节点的处理方式为将边桩(6)的钢筋直接锚入下层框架结构底板(4)及拱顶永久结 构(8)内，使三者形成有效稳定的受力体系或在边桩(6)底设桩底拉梁(3)、在边桩 (6)顶设桩顶冠梁(7)，下层框架结构底板(4)和拱顶永久结构(8)的连接节点处通过短肢侧墙形成单向沟槽，边桩底拉梁(3)、顶冠梁(7)嵌入其中，使三者形成有效稳定的 受力体系，后者桩底拉梁(3)与下层框架结构底板(4)、桩顶冠梁(7)与拱顶永久结 构(8)完全分开，整个结构体外包防水层封闭。
4.根据权利l所述的一次扣拱暗挖逆作施工方法，其特征为上述上 导洞(1)为拱形导洞或平顶导洞。
5. 一种一次扣拱暗挖逆作施工方法，采用暗挖法利用地下结构外的 施工竖井和横向通道运送开挖的土体，在地下形成多跨多层框架结构体系，其特征在于步骤 如下步骤l，在多跨多层地下结构设计空间奇数跨对应的顶部土体及底部土体中，分别开挖 不少于一对上导洞(1)和下导洞(2)，每对导洞为一跨，然后进行洞壁的初期支护；步骤2，敷设奇数跨下导洞底部防水层(5)，在防水层上浇注奇数跨下层框架结构底 板(4)和底纵梁(16);步骤3，在边跨上导洞(1)内框架结构边墙外侧，沿长向、从上导洞(1)底部至下导 洞(2)底部垂直向下跳孔开挖桩孔，在各桩孔内灌注混凝土边桩(6);在上导洞(1)内、 靠近偶数跨一侧中间立柱(17)位置，从上导洞(1)底部至下导洞(2)垂直向下开挖孔 洞，在孔洞内灌注中间立柱(17);步骤4，敷设上导洞拱顶防水层，然后一次浇注奇数跨拱顶永久结构(8);步骤5，采用暗挖法开挖两个奇数跨上导洞之间偶数跨的土体，形成偶数跨上导洞(18) ，并施作偶数跨上导洞拱顶初期支护(20);步骤6，敷设偶数跨上导洞(18)拱顶防水层， 一次施作偶数跨拱顶永久结构(21);步骤7，在拱顶永久结构、边桩(6)及下层框架结构底板(4)形成的周边构件的保护 下，凿除两侧边桩内边线之间上导洞底部的初期支护(11)，向下开挖各跨中土体至设计的 上层框架底面处，在拱顶永久结构(8)与上层框架底面之间逆向浇筑上层框架结构侧墙 (12)和中楼板(9);步骤8，开挖下导洞顶部初期支护(13)与中楼板(9)之间的剩余部分土体(10)， 凿除下导洞顶部初期支护(13)，浇筑下层框架结构侧墙(15)，并封闭偶数跨结构底板(19) ，最终形成多跨多层地下框架结构体系。
6.根据权利要求5所述的一次扣拱暗挖逆作施工方法，其特征为如 上述步骤l中所述，导洞的开挖方法为全断面法、台阶法、中隔壁法或双侧壁导坑法；开 挖的辅助施工措施为喷锚支护、超前大管棚、超前小导管注浆加固或锁角锚杆。
7.根据权利要求5所述的一次扣拱暗挖逆作施工方法，其特征为如 权利要求5中步骤2和步骤4中所述，边桩(6)与下层框架结构底板(4)及拱顶永久结构 (8)的连接节点的处理方式为将边桩(6)的钢筋直接锚入下层框架结构底板(4)及拱顶 永久结构(8)内，使三者形成有效稳定的受力体系或在边桩(6)底设桩底拉梁(3)、在 边桩(6)顶设桩顶冠梁(7)，下层框架结构底板(4)和拱顶永久结构(8)的连接节点处 通过短肢侧墙形成单向沟槽，边桩底拉梁(3)、顶冠梁(7)嵌入其中，使三者形成有效稳 定的受力体系，后者桩底拉梁(3)与下层框架结构底板(4)、桩顶冠梁(7)与拱顶永久 结构(8)完全分开，整个结构体外包防水层封闭。
8.根据权利要求5所述的一次扣拱暗挖逆作施工方法，其特征为如 上述步骤3所述，中间立柱(17)为钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱，地下结构的长向中间立 柱(17)之间通过柱底纵梁(16)连接。
9.根据权利5所述的一次扣拱暗挖逆作施工方法，其特征为上述上 导洞(1)及中跨上导洞(20)为拱形导洞或平顶导洞。
全文摘要
一种一次扣拱暗挖逆作施工方法，其步骤如下在地下结构设计空间对应的顶部主体及底部主体中，分别开挖至少一对上导洞和下导洞，每对导洞为一跨，然后进行洞壁的初期支护；在下导洞底部敷设防水层，在防水层上浇注下层框架结构底板；从上导洞施作边桩及中间立柱；在上导洞拱顶敷设防水层，浇注拱顶永久结构；然后采用暗挖法开挖两个上导洞之间中间跨土体，形成中跨上导洞，并施作中跨上导洞拱顶永久结构；凿除上导洞底部初期支护，向下开挖土体，浇注结构侧墙和中楼板；开挖下导洞顶部初期支护和中楼板之间的剩余部分立体，同时凿除下导洞顶部初期支护，并浇注剩余侧墙结构、封闭偶数跨结构底板。该工法施工风险小，施工场地大，施工速度快，采用较少数目的大导洞，解决了传统暗挖法导洞数量多、导洞较小、施工空间小、结构受力多次转换、围岩重复扰动等技术问题。
文档编号E21D9/01GK101338678SQ20081030403
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者程 李, 李振伟, 李松梅, 臣 王, 王智丰, 罗佳音, 黄美群 申请人:北京城建设计研究总院有限责任公司