专利名称：一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，适用于城市道路下大型地下结构的安全、快速施工，减少对地面交通的影响和地下管线的拆改。
背景技术：
目前以地下铁道为主的城市地下工程施工通常采用明挖法、暗挖法、盖挖法和铺盖法等。这些方法技术成熟，但各具特点，都有一定的适用范围和条件。明挖法要求有较大的施工场地，如果地下铁道车站等大型地下结构位于城市道路下，需要长时间占用部分或全部道路，对交通影响大，并需对道路下的地下管线进行拆改。采用盖挖法、铺盖法可以减少占用道路的时间，但在进行盖挖顶板或铺盖结构施工过程中，仍需占用部分或全部道路，并拆改地下管线。暗挖法对地面交通影响最小，但要求埋深大、地质条件好、地下水位低，同时其造价高、安全风险大、施工速度慢。随着我国社会经济的进一步发展，需要在繁华的城市中心区修建大量的大型地下结构，目前主要是地下铁道的地下车站，将来会有地下商业街、地下高速路和防空地下室等。这些区域通常具有交通流量大，地下管线复杂，施工场地狭窄等特点，同时有些城市或地区地质条件差，地下水位高，邻近建筑物沉降变形控制要求严格等，为面对这些不利条件对城市地下工程施工造成的压力，迎接未来大型地下结构建造的挑战，需要进行地下工程施工方法的再创新、再创造。
发明内容
基于上述问题，本发明在消化吸收明挖法、盖挖法、暗挖法思想的基础上，提出了一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其采用明挖法的围护结构(如排桩加止水帷幕、地下连续墙等)挡土挡水；采用盖挖半顺作半逆作的方法进行主体结构施工，并利用先构筑好的中立柱、侧墙、中板和顶板提供开挖空间内的竖向和横向支撑体系；在采用暗挖法开挖出的小导洞内，进行主体结构中立柱条形基础的施工；通过设置大直径管棚承受路面和地层的荷载，并保护地下管线。其目的在于提供一种在城市道路下进行浅埋大型地下结构建造的一种新方法，做到技术合理可行，易于保证主体结构质量，施工安全快速，对地面交通和地下管线影响小。为了实现上述目的，本发明的用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其技术方案如下步骤一在拟建地下结构两侧构筑围护结构(例如，排桩加止水帷幕或地下连续墙等)，围护结构的混凝土灌注到地面，围护结构中的钢筋笼顶端低于地面一定深度，位于如下所述大直径密排管棚底面以下。其中，围护结构的嵌固深度满足整体稳定性及开挖底部渗流稳定性的要求。地下结构两端采用围护桩或暗挖横通道进行封堵，对于地铁车站需预留盾构进出洞条件。步骤二 平行并紧贴所述围护结构一侧开挖一长条形基坑，作为下述大直径密排管棚施工的工作室；该基坑开挖宽度根据场地条件确定，并尽量少占地面道路，以4 6m为宜；基坑的深度满足如下所述大直径密排管棚底面以下O. 5m左右；在所述长条形基坑内，、施作大直径密排管棚，大直径密排管棚的横截面能够抵抗路面和地层荷载的作用，具有足够的强度和刚度；大直径密排管棚两端伸出围护结构两端一定长度，以减少大直径密排管棚跨中的弯矩；大直径密排管棚之间相互咬合，或采取平行于大直径密排管棚的水平深孔注浆措施，防止上部土层水土流失，以利于控制上覆土层的沉降，更好地保护地下管线。步骤三所述大直径密排管棚施作完毕后，回填所述长条形基坑，并恢复路面；在邻近地下结构附近，构筑竖井及横通道，在横通道内通过打设水平孔，疏干拟开挖空间内土层中地下水；通过所述竖井及横通道，开挖小导洞，小导洞的跨度和高度满足人员及小型机具设备作业需要即可，不宜过大，以净空高度和跨度均小于3m为宜；在小导洞内浇筑主体结构中立柱的条形基础，条形基础两侧施工缝处预留足够长度的钢筋，以使其与两侧底板烧筑时能更好的连接，并预留中立柱底部杯形口及节点连接件。步骤四通过所述竖井及横通道，在大直径密排管棚以下一侧开挖出一定空间，在大直径密排管棚与围护结构搭接的位置内侧构筑内置冠梁，采取措施使该内置冠梁与大直径密排管棚和围护结构牢固连结。步骤五在所述开挖空间内继续向下开挖土方，并对另一侧土体边坡采用支护结构进行加固，防止另一侧土体边坡滑移，并对所述大直径密排管棚起竖向支撑作用；其向下挖土深度到中板底面标高。步骤六在所述开挖空间内，对主体结构中立柱进行放样定位，向下钻孔并构筑中立柱(一般采用钢管混凝土中立柱)，中立柱底部设置在所述中立柱底部杯形口中并通过所述节点连接件构筑成柱底座节点。步骤七构筑所述地下结构的中板及中板与中立柱的节点，中板施工缝处预留足够长度的钢筋，以使其与另一侧中板浇筑时能更好的连接，同时构筑地下结构中板以上一侧的侧墙和顶板，并回填顶板以上空间。步骤八开挖大直径密排管棚以下另一侧土体，并按照上述步骤四至步骤七的同样方法构筑该侧内置冠梁、中立柱、中板、侧墙、顶板及顶板上部回填层，并使两侧中板、两侧顶板均各自浇注连接成一体。
步骤九对称均衡开挖所述中板以下土体，直至底板底面设计深度；步骤十构筑底板、底层侧墙及侧墙与中板之间的逆作接缝。有益效果本发明提出的浅埋大型地下结构建造的棚架法，采用分期围挡进行围护结构及长条形浅基坑开挖，构筑围护结构及大直径管棚以后就可完全恢复路面，在大直径密排管棚的棚架作用及围护结构的保护下进行地下空间开挖，避免了因大面积、长时间占用道路而影响或中断交通，管棚上覆地层内管线也不需要拆改。所开挖的土体被围护结构所封闭，地下水被疏干，无水作业易于土方挖、装、运，开挖面也更稳定。采用主体结构中立柱作为竖向支撑，无需设置临时中立柱；先做好的中板和顶板作为横向支撑，刚度大，可更好保证围护结构及地层横向稳定性。地下主体结构采用半逆作半顺作法构筑，只有底层侧墙与中板一道逆作施工缝，结构及防水质量易于保证。在围护结构封闭区域内降水，对周围环境影响小。土方开挖和结构施工空间大，可减少各工序之间的相互干扰，施工速度快。本发明技术合理，可操作性强，施工安全、快速，质量易于控制，可减少对交通的影响和地下管线的拆改，综合效益显著，具有重要工程应用价值和发展前景。
图I为本发明浅埋大型地下结构棚架法施工的结构图。图疒图15为本发明浅埋大型地下结构棚架法各施工步序图。其中，图2为钻孔成桩(墙)，构筑围护结构；图3为开挖长条形基坑，并施作大直径密排管棚；图4为开挖小导洞并烧筑主体结构中立柱条形基础；图5为在管棚以下一侧开挖出一定空间，构筑内置冠梁；图6为在开挖空间内继续向下开挖土方至中板底面标高，并对另一侧土体边坡进行适当支护加固；图7为在开挖空间内向下钻孔构筑中立柱，并构筑柱底座节点；图8为构筑中板及中板与中立柱的节点；图9为构筑侧墙和顶板，并回填顶板以上空间；图10为开挖另一侧土体，并构筑内置冠梁；图11为继续向下开挖土体至中板底面标高，并构筑中立柱；图12为构筑另一侧中板及中板与中立柱节点；图13为构筑另一侧侧墙和顶板，并将顶板以上空间回填；图14为对称均衡开挖中板以下土体，直至底板底面设计深度，构筑底板；图15为构筑底层侧墙及侧墙与中板之间的逆作接缝。图中，I、路面，2、地下管线，3、围护结构，4、长条形基坑，5、大直径密排管棚，6、小 导洞,7、条形基础，8、内置冠梁，9、支护结构，10、中立柱，11、中板，12、侧墙，13、顶板，14、底板。
具体实施例方式如图1-15所示，本发明的一个城市道路下浅埋双层两柱三跨地铁车站实施例，采用本发明的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法作，其主体结构由现浇钢筋混凝土底板14、中板11、侧墙12及钢管混凝土中立柱10组成(其结构组成如图I所示)，其结构顶覆土厚度5. 5m,开挖断面尺寸为19. 7mX22. 5m,围护结构3采用地下连续墙，并结合附图，对本发明的施工步序作进一步具体说明。本实施例的棚架法施工步序为第一步采用在地面路面I分期围挡的方式，在拟建地下结构两侧构筑地下连续墙维护结构3，地下连续墙的混凝土可灌注到地面，地下连续墙的钢筋笼顶端低于地面一定深度，位于如下所述大直径密排管棚5底面以下(如图2所示)。第二步平行并紧贴所述地下连续墙维护结构3 —侧开挖一长条形基坑4，以该长条形基坑4为工作室，施作大直径密排管棚5，大直径密排管棚5两端伸出地下连续墙两端一定长度，大直径密排管棚5之间采取平行于大直径密排管棚5的水平深孔注浆措施(如图3所示)。第三步所述大直径密排管棚5施作完毕后，回填所述长条形基坑4，并恢复路面1，在邻近地下结构附近空地内构筑竖井及横通道，在横通道内通过打设水平孔，疏干拟开挖空间内土层中地下水；通过所述竖井及横通道，开挖小导洞6，在小导洞6内浇筑主体结构中立柱的条形基础7，条形基础7两侧施工缝处预留足够长度的钢筋，并预留中立柱底部杯形口及节点连接件(如图4所示)。第四步通过所述竖井及横通道，在大直径密排管棚5以下一侧开挖出一定空间，在大直径密排管棚5与地下连续墙搭接的位置内侧构筑内置冠梁8 (如图5所示)。第五步在第四步开挖空间内继续向下开挖土方，并对另一侧土体边坡采用支护结构9进行适当支护加固，向下挖土深度到中板11底面标高(如图6所示)。
第六步在第五步开挖空间内，对主体结构中立柱10进行放样定位，向下钻孔并构筑钢管混凝土中立柱10，并构筑柱底座节点(如图7所示)。第七步构筑所述地下结构的中板11及中板11与中立柱10的节点，中板11施工缝处预留足够长度的钢筋，以使其与另一侧中板11浇筑时能更好的连接(如图8所示)。第八步构筑所述地下结构的侧墙12和顶板13，回填顶板13以上的空间(如图9所示)。第九步通过所述竖井及横通道，在大直径密排管棚5以下另一侧开挖出一定空间，在大直径密排管棚5与地下连续墙搭接的位置内侧构筑内置冠梁8 (如图10所示)。第十步在第八步开挖空间内继续向下开挖土方，向下挖土深度到中板11底面标高，向下钻孔并构筑钢管混凝土中立柱10，并构筑柱底座节点(如图11所示)。
第H^一步构筑所述地下结构的中板11及中板11与中立柱10的节点(如图12所示)。第十二步构筑所述地下结构的侧墙11和顶板13，回填顶板13以上的空间，并使两侧中板11、两侧顶板13均各自浇注连接成一体(如图13所示)。第十三步开挖中板11下的地下空间，向下挖土深度到底板底面标高，构筑所述地下结构的底板14 (如图14所示)。第十四步构筑所述地下结构的侧墙12及侧墙12与中板11逆作接缝(如图15所示)。第十五步完成本次作业段的施工，进行下一个循环。以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
1.一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于具体施工步骤为 步骤一在拟建地下结构两侧构筑围护结构(3)，围护结构(3)的混凝土灌注到地面，围护结构(3)中的钢筋笼顶端低于地面一定深度； 步骤二 平行并紧贴所述围护结构(3) —侧开挖一长条形基坑(4)，作为下述大直径密排管棚(5)施工的工作室；在所述长条形基坑(4)内，施作大直径密排管棚(5)，大直径密排管棚(5)两端伸出围护结构(3)两端一定长度； 步骤三所述大直径密排管棚(5)施作完毕后，回填所述长条形基坑(4)，并恢复路面(I);在邻近地下结构附近，构筑竖井及横通道，在横通道内通过打设水平孔，疏干拟开挖空间内土层中地下水；通过所述竖井及横通道，开挖小导洞(6)，在小导洞(6)内浇筑主体结构中立柱的条形基础(7)，条形基础(7)两侧施工缝处预留足够长度的钢筋，以使其与两侧底板(14)浇筑时能更好的连接，并预留中立柱底部杯形口及节点连接件； 步骤四通过所述竖井及横通道，在大直径密排管棚(5)以下一侧开挖出一定空间，在大直径密排管棚(5)与围护结构(3)搭接的位置内侧构筑内置冠梁(8)； 步骤五在所述开挖空间内继续向下开挖土方，并对另一侧土体边坡采用支护结构(9 )进行加固，其向下挖土深度到中板(11)底面标高； 步骤六在所述开挖空间内，对主体结构中立柱(10)进行放样定位，向下钻孔并构筑中立柱(10)，中立柱(10)底部设置在所述中立柱底部杯形口中并通过所述节点连接件构筑成柱底座节点； 步骤七构筑所述地下结构的中板(11)及中板(11)与中立柱(10)的节点，中板(11)施工缝处预留足够长度的钢筋，以使其与另一侧中板(11)浇筑时能更好的连接，同时构筑地下结构中板(11)以上一侧的侧墙(12)和顶板(13)，并回填顶板(13)以上空间； 步骤八开挖大直径密排管棚(5)以下另一侧土体，并按照上述步骤四至步骤七的同样方法构筑该侧内置冠梁(8)、中立柱(10)、中板(11)、侧墙(12)、顶板(13)及顶板(13)上部回填层，并使两侧中板(11)、两侧顶板(13)均各自浇注连接成一体； 步骤九对称均衡开挖所述中板(11)以下土体，直至底板(14)底面设计深度； 步骤十构筑底板(14 )、底层侧墙(12)及侧墙(12 )与中板(11)之间的逆作接缝。
2.根据权利要求I所述的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于所述步骤一中，所述围护结构(3)为排桩加止水帷幕或地下连续墙。
3.根据权利要求I所述的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于所述步骤一中，所述钢筋笼顶端低于所述大直径密排管棚(5)底面以下。
4.根据权利要求I所述的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于所述步骤一中，所述地下结构两端采用围护桩或暗挖横通道进行封堵，对于地铁车站需预留盾构进出洞条件。
5.根据权利要求I所述的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于所述步骤二中，所述长条形基坑(4)开挖宽度为4 6m，长条形基坑(4)的深度为所述大直径密排管棚(5)底面以下0. 5m。
6.根据权利要求I所述的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于所述步骤二中，所述大直径密排管棚(5)之间相互咬合，或采取平行于大直径密排管棚(5)的水平深孔注浆措施。
7.根据权利要求I所述的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于所述步骤三中，所述小导洞(6)的净空高度和跨度均小于3m。
8.根据权利要求I所述的一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其特征在于所述步骤六中，所述中立柱(10)为钢管混凝土中立柱。
全文摘要
本发明涉及一种用于浅埋大型地下结构建造的棚架法，其施工原理是采用围护结构挡土挡水，并抵抗侧向变形；通过设置大直径管棚承受路面和地层的荷载，并保护地下管线；在采用暗挖法开挖出的小导洞内，进行主体结构中立柱条形基础的施工；在顶部管棚棚架保护下，采用盖挖半顺作半逆作的方法进行主体结构施工，并利用先构筑好的中立柱、侧墙、中板和顶板提供开挖空间内的竖向和横向支撑体系。本发明的目的在于提供一种在城市道路下进行浅埋大型地下结构建造的一种新方法，技术合理可行，可操作性强，易于保证主体结构质量，施工安全快速，并减少对地面交通的影响和地下管线的拆改，综合效益显著，具有重要工程应用价值和发展前景。
文档编号E21D13/02GK102704957SQ20121014698
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者刘义, 张明聚, 张颖, 杜永骁 申请人:北京工业大学