一种浅埋隧道分段施工方法与流程

本发明涉及建筑施工的技术领域，尤其涉及一种浅埋隧道分段施工方法。

背景技术：

目前国内城市地下隧道结构建造的主要方法有明挖法、浅埋暗挖法和盾构法，但是这三种方法在实际使用过程中又受到周边环境不同程度的制约。

(1)明挖法在城市地面交通繁忙、周边建筑物众多及地下管线繁多的情况下修建地下空间结构，必须进行交通疏导甚至中断交通，必要的时候还需要进行管线的改移。此外，明挖法施工过程中地面建构筑物的拆迁工作量大，产生的噪音、震动等也会对邻近的居民的生活和工作造成严重的干扰。在遇到江河，这种方法不适用。

(2)浅埋暗挖法灵活多变，对地面建、构筑物及地下管线影响不大，拆迁占地少、不扰民等优点。目前的大断面地下空间结构的施作采用较为广泛的CRD法(交叉中隔墙法)、PBA法(洞柱桩法)、双侧壁导洞法(眼镜工法)，将大断面开挖转化为小面积开挖。这几种工法存在工序繁杂，施工空间狭小，对地层扰动次数多，废弃工程量大，施工速度缓慢等缺点。

(3)盾构法施工具有施工速度快，不拆迁地面建筑物和地下管线，施工期间噪音小、震动小、不影响地面交通等优点。但是盾构法存在着随地层变化而产生不适应、断面固定等缺点。尤其是地铁工程建设中盾构法修建的区间隧道与车站施工在工期、组织上的矛盾、盾构机频繁调头拆装等，也无法充分发挥盾构法快速施工的优势。

尤其当修建短距离过江浅埋隧道的时候，埋深比较浅，隧道又不长，不适合用盾构法施工。另外，在水底下施工，用暗挖法也是不适合的，怕透水，非常危险。而且为了保证通航，只能采取分段施工。

因此，寻找一个适合短距离过江的浅埋隧道分段施工方法，具有现实意义。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种浅埋隧道分段施工方法，该方法技术可行、经济合理、工艺简单、操作简便、施工安全。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种浅埋隧道分段施工方法，包括以下步骤：

一：隧道前半段施工，从河道一边至河道中央构筑支护结构和止水帷幕形成第一围堰，抽水后进行隧道前半段施工，单边通航；

二：待其施工完后，按要求回填隧道间及隧道与支护桩间的中粗砂或砂性土至隧道顶板面，拆除支撑体系，随后对隧道结构顶面上进行回填和硬化河床，恢复另一边通航。

三：隧道中心岛施工，于第一围堰河道内侧面安装钢封门及插打钢板桩，然后修整第一围堰河道内侧面两侧形成岛头，构成中心岛；

四：隧道后半段施工，利用中心岛及河道另一边构筑支护结构和止水帷幕形成第二围堰，抽水后进行隧道后半段施工，施工完毕后拆除支撑体系和清除中心岛围护结构，随后对隧道结构顶面上进行回填和硬化河床，恢复全线通航。

具体的，所述构筑围堰的方法具体包括：

一：在围堰施工之前，将围堰处河床清除干净，围堰自上游开始至下游合拢，围堰材料优选黏性土或砂夹黏土，填出水面之后进行夯实；

二：围堰施工时分次填筑，并在围堰顶部堆土预压，待上次围堰稳定后，将上次围堰顶预压土作为本次围堰施工的材料，并重新在本次围堰顶堆土预压，重复以上施工步骤，直到完成最后一次围堰填筑；

三：待边坡稳定后进行修坡，修整后的坡比为1:1，坡脚设置片石坡脚，坡面堆叠粘土包压坡，移除坡顶预压土。

具体的，所述中心岛的施工方法具体包括：

一：保留隧道前半段施工时的部分支护结构；

二：插打钢板桩，在钢板桩与保留的支护桩之间回填粘性土；

三：构筑第一围堰隧道顶部钢封门，将钢封门作为中心岛组成部分；

四：向第一围堰中注水至内外水位基本一致，然后根据钢板桩修整第一围堰河道中心两侧形成岛头，同时清除第一围堰多余的填土，切割拆除部分钻孔支护桩，与钢封门一起构成中心岛。

进一步的，所述施工完毕后拆除支撑体系和清除中心岛围护结构的步骤包括：

一：无水切割冠梁、腰梁、支撑梁等；

二：水下切割在水域中的钻孔支护桩，围堰钢封门、侧柱、枕梁等。

进一步的，所述分段施工方法还包括：河堤挡墙结构施工，清除中心岛围护结构，恢复全面通航。

进一步的，所述隧道施工具体包括：车行隧道主体及人行隧道，施工时依次进行隧道基坑支护、土方开挖和隧道结构施工。

进一步的，所述构筑围堰的方法还包括：将填土倒在已出水面的堰头上，再顺坡送入水中。

进一步的，所述构筑围堰的方法还包括：围堰顶面填土高度比湖面最高水位高出0.5m。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

本发明采用了一种围堰筑岛法施工，将水中隧道施工变为陆地基坑支护开挖施工，则可以大大降低浅埋过江隧道的施工技术难度，减少施工安全风险，降低施工造价。由于水系通常都有通航要求，不能进行一次性围堰断流，故只能采用分段围堰、分次施工工艺。即分段围堰筑岛、分段基坑支护、分段开挖基坑土方、分段施工坑内隧道结构、分段开放河道通航，段与段之间采用中心岛进行施工连接。本发明具有技术可行、经济合理、工艺简单、操作简便、施工安全的优点，符合现代工程技术的发展方向，因而具有较大的推广前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明优选实施例的浅埋隧道分段施工方法的流程图。

图2是本发明优选实施例的隧道施工总平面图。

图3是本发明优选实施例的隧道施工剖面图。

图4是本发明优选实施例的第一围堰施工平面示意图。

图5是本发明优选实施例的中心岛施工平面示意图。

图6是本发明优选实施例的第二围堰施工平面示意图。

图7是本发明优选实施例的围堰施工流程示意图。

图8是本发明优选实施例的钢封门断面示意图。

图9是本发明优选实施例的钢封门横梁平面示意图。

图10是本发明优选实施例的钢封门枕梁平面示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

实施例

一、实施例工程简介

本发明的实施例位于港前路(石化南路～开发大道)，港前路工程南海神庙段从庙头村附近穿过，线路南侧是黄埔电厂，北面是著名的南海神庙。南海神庙原是南海岸边的一座祭祀南海神的庙宇。年深日久，珠江携带的泥沙沉积导致海岸线南移，神庙离海岸线有了一段距离，现状是神庙附近的海湾退化成一个湖(属于珠江水系)，湖泊长约400米，宽约200米，湖泊总面积约8万平方米。南海神庙位于伸入湖中的半岛上。菠萝湖通过一狭长的水道(庙头涌)与南边浩瀚的南海相连，湖边有码头，游船可来往于湖与海之间。

根据黄浦区“一岛一庙一街一中心”景观建设规划，通过对南海神庙景区周边旅游资源的整合，打造以南海神庙为核心的国家4A旅游景区。

为了减轻港前路(石化南路～开发大道)工程对周边景观的影响，在南海神庙段设置一座下穿隧道，如图2、3所示，隧道起于K3+239，穿过湖底，止于K3+814，全长575m，隧道结构分开口段和闭口段，两端为开口段，1～3节、13～15节段长度分别为120m和95m，中间下沉较深、穿过湖底段为闭口段，4～12节段长360m，对应的起止桩号为K3+359.62～719.62。隧道划分为16个节段，除1a、1b、2、15节段长分别为18、32、30、15m外，其余3～14节段长均为40m，其中1a、1b、2、3、13～15节段为开口节段，4～12节段为闭口节段。

隧道最大纵坡为4.9％，竖曲线最大半径1500m。隧道埋深从2.377～14.88不等，最大开挖深度约15.0m，泵房处最大开挖深度约为17.8m，节段间设置永久性沉降缝，沉降缝设计宽度为30mm，采用止水带与Ω型钢板相结合的止水方式，并用防水材料填充。

在南海神庙车行隧道穿过湖底段南侧还设置一座人行地下通道，通道由主通道及梯道组成。

二、施工工艺选择

1、由于隧道处于水下，隧道不长，埋深较浅(从2.377～14.88不等)，显然不宜采用盾构法或矿山法施工。

2、采用围堰筑岛法施工，将水中隧道施工变为陆地基坑支护开挖施工，则可以大大降低浅埋过江隧道的施工技术难度，减少施工安全风险，降低施工造价。

3、由于珠江水系有通航要求，不能进行一次性围堰断流，故只能采用分段围堰、分次施工工艺。即分段围堰筑岛、分段基坑支护、分段开挖基坑土方、分段施工坑内隧道结构、分段开放河道通航，段与段之间采用中心岛进行施工连接。

如图1至10所示，具体来说，本工程隧道分为两段法施工，具体包括三个施工阶段，第一阶段为1-7节隧道施工，第二阶段为中心岛施工，第三阶段为8-15节隧道施工。水中的7、8节隧道施工是关键，中心岛位于7、8节隧道的防水搭接位置，中心岛的钢封门设置在第7节的隧道顶板上。隧道之间的防水采用中间预埋橡胶止水带，外侧贴止水钢板等常规做法。第7节隧道是闭口段，位于河道底，有车行隧道和人行通道，基坑支护的跨度比常规车行隧道要宽，基坑支护在两个阴角布置了两组平行、长度不一的斜三角砼对撑，且在中间位置设置了与基坑支护桩垂直方向的一小排支护桩，作为斜砼三角对撑的对顶。设计中心岛时，保留中间部分的支护桩，插打钢板桩，加设钢板桩支撑梁，内回填土，支护桩两边安装钢封门，通过钢封门横梁、枕梁、侧柱，与土围堰形成中心岛，这样第7节就可以恢复部分河道的通行，而第8节隧道结构从水下作业转变为陆上作业，提高了施工安全。

三、施工工艺流程

1、隧道施工第一阶段：第1～7节段施工。

(1)如图4所示，施工围堰1，与电厂西路形成闭合稳定的围堰区域，河道位于围堰1的东面。

(2)施工隧道1～7节段、人行通道侧前半段及8节段处横向基坑支护桩及止水桩，形成支护结构和止水帷幕，抽干围堰中水后进行隧道土方开挖和隧道结构施工。

(3)施工车行隧道1～7节段及人行通道西岸前半段结构。利用沽水期优化施工车行隧道6、7节段及人行通道西岸前半段结构，待其施工完后，首先恢复电厂西路即防洪大堤的功能，并施工7节段j端和人行通道前端的C30砼支撑，按要求回填隧道间及隧道与支护桩间的中粗砂或砂性土至隧道顶板面，拆除支撑体系，随后对车行隧道6～7节段及人行通道西岸前半段结构顶面上进行回填和硬化河床，恢复至开挖前河床标高。

(4)1～5节段继续施工，直至完工，同时进行第二阶段中心岛施工转换。

2、隧道施工第二阶段：中心岛施工，如图5所示。

(1)施工钢封门支撑面和钢板桩支撑横梁。

(2)安装中心岛钢封门及插打钢板桩，在钢板桩与支护桩之间回填粘性土。

(3)向围堰1中注水至内外水位基本一致，然后，根据钢板桩修整围堰1(第一围堰),形成围堰2、围堰3的岛头，同时，清除围堰1多余的填土，水下切割钻孔支护桩，形成中心岛，转入第三阶段施工。

3、隧道施工第三阶段：第8～15节段施工。

(1)隧道8～9节段、人行通道侧后半段及基坑支护桩及止水桩施工，形成支护结构和止水帷幕，抽干围堰中水后进行隧道土方开挖。

(2)施工车行隧道8～9节段及人行通道西岸后半段结构。

(3)10～15节段继续施工。

(4)待其施工完后，按要求回填隧道间及隧道与支护桩间的中粗砂或砂性土至隧道顶板面，拆除支撑体系，拆除第7节钢封门和8-9节支护结构，随后对车行隧道8～9节段及人行通道西岸后半段结构顶面上进行回填和硬化河床，恢复至开挖前河床标高，全线恢复防洪大堤的功能。

四：操作要点

1、围堰施工，如图6所示：

(1)在围堰施工之前，必须将围堰处地下河床的树根、石块、杂物等清除干净，围堰从自上游开始至下游合拢，围堰材料宜用黏性土及砂夹黏土，填出水面之后应进行夯实。

(2)围堰施工应分次填筑，并在围堰顶部堆土预压，然后在一定时间段后对现有围堰进行围堰测量观察，待上次围堰稳定一定时间段后，将上次围堰顶预压土作为本次围堰施工的材料，并重新在本次围堰顶堆土预压，重复以上施工步骤，直到完成最后一次围堰填筑，推土预压待边坡稳定后，作为围堰进行修坡，修整后的坡比为1:1，坡脚设置片石坡脚，坡面堆叠粘土包压坡，移除坡顶预压土。

(3)土袋采用聚乙烯编织袋，内填优质粘土，粘土块应捣碎，其颗粒不得大于5cm，避免因土体空隙较大不密实，粘土装填量应控制在编织袋最大容量的1/2～2/3，袋口采用细绳捆扎牢固，施工时土袋平放，上下左右相错缝咬合，以增强围堰的整体性。

(4)填土应将土倒在已出水面的堰头上，再顺坡送入水中，以免发生离析。

(5)围堰顶面填土高度应比湖面20年一遇水位6.92m高出0.5m，以防洪水造成损失。

2、中心岛施工

中心岛一部分由原有支护结构组成，一部分由钢封门组成，钢封门结构如图7、8、9所示。

中心岛施工步骤包括：

(1)保留第一阶段第7节段的部分支护结构(钻孔灌注桩和旋喷桩)。

(2)插打钢板桩，在钢板桩与保留的支护桩之间回填粘性土。

(3)7节段围堰钢封门施工。钢封门共有2道：①隧道主车道顶钢封门，21.34x5.15x0.012m；②隧道人行通道顶钢封门：7.27x7.26x0.012m。

表1车行隧道钢封门构件数量表

表2人行通道钢封门构件数量表

钢封门的施工流程：钢封门横梁、角板施工→浇筑隧道顶板→枕梁钢筋、模板安装→侧柱钢筋、模板安装、预埋螺栓→钢封门预埋螺栓→钢封门安装→浇筑枕梁、侧柱混凝土。

(4)向围堰1中注水至内外水位基本一致，然后，根据钢板桩修整围堰1,形成围堰2、围堰3的岛头，同时，清除围堰1多余的填土，水下切割钻孔支护桩，形成中心岛，并转入第三阶段施工。

3、隧道支护结构拆除

(1)隧道完成8～15节段的支护结构与隧道结构，并施工河堤挡墙结构后，清除第二阶段围堰多余的填土，采用切割方式拆除8、9节段水域部分钻孔支护桩。切割方式分为两种：一、无水切割：包括冠梁、腰梁、支撑梁等；二、水下切割：在水域中的钻孔支护桩，围堰钢封门、侧柱、枕梁等。先无水切割，后水下切割。

(2)采用绳锯切割工艺拆除。由于8节段、9节段范围一部分(图中0轴～6轴)为拆除后的水域部分，隧道主体结构顶浇筑一道C30砼河床硬化层，水域范围有通航要求，河床上不能堆杂物。所以，8、9节段的支护结构需要使用切割方式切除并吊运，需要切割的支撑梁共6道；横梁1道；钢封门2道；支护桩96根。切割拆除顺序：1轴～6轴(包括砼稳定杆)→钢封门→0轴(横梁)→支护桩(包含冠梁：D轴→C轴→B轴→A轴)。

(3)支撑梁采用水上绳锯切割方式，先在梁底进行脚手架搭设，在进行部位分段切割，严格按照工艺顺序进行施工。

钢封门采用水下氧气割除。车行隧道钢封门尺寸为：21.34×5.15米，分2块切除。人行通道钢封门尺寸为：7.26×7.27米，分一块切除。

支护桩则需要采用水下切割方式，首先将围堰两侧的泥土清至河床底，然后在支护桩底部预钻φ50的工艺孔，每条支护桩上部预钻一个φ200的吊装孔，逐根切除支护桩后，由70T的浮吊船进行起吊运离。

4、恢复航道通行。

上述实施例揭示的浅埋隧道分段施工方法，采用了一种围堰筑岛法施工，将水中隧道施工变为陆地基坑支护开挖施工，则可以大大降低浅埋过江隧道的施工技术难度，减少施工安全风险，降低施工造价。由于水系通常都有通航要求，不能进行一次性围堰断流，故只能采用分段围堰、分次施工工艺。即分段围堰筑岛、分段基坑支护、分段开挖基坑土方、分段施工坑内隧道结构、分段开放河道通航，段与段之间采用中心岛进行施工连接。本发明具有技术可行、经济合理、工艺简单、操作简便、施工安全的优点，符合现代工程技术的发展方向，因而具有较大的推广前景。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。