一种抗突涌封底结构及施工方法与流程

本发明属于地下结构工程技术领域，特别涉及一种抗突涌封底结构及施工方法。

背景技术：

随着我国城市建设的快速发展，地下轨道交通系统的建设是解决大中城市交通问题的重要手段，随着地铁工程建设的发展，地铁基坑向深、大的方向发展，地下水对基坑工程的影响成为控制车站工程施工安全的重要问题。

当地面条件受限时，洞桩法是地铁车站施工中应用较多的施工工法，具有对周边环境影响小、安全性高、适应性广等优点，但以传统浅埋暗挖法在结构型式及施工工艺上均以无水作业为前提，在开挖作业前需采取对潜水人工降水，承压水降水减压的措施，大体积降水无疑会造成水资源浪费，若处理不当亦会对周边环境造成影响。随着环保意识增强，城市地下水保护越来越严格，在修建地下工程时，在富水地层且不允许降水的条件下，以降水为前提的传统洞桩法将不再适用。

面对埋深加大对传统设计和施工方法提出的新的挑战，有效控制地下水是深埋地铁工程需解决的首要问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种抗突涌封底结构及施工方法，可避免在暗挖结构施工时对地下水人工降水减压，破坏水资源，又可实现车站施工时无水作业以保证安全施工，可实现暗挖结构施工的超前支护作用，有效抵抗承压水的突涌风险。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗突涌封底结构，包括侧向围护结构(9)、顶纵梁(12)、顶拱二衬结构(14)、中板结构(15)、底板结构(16)；

所述顶纵梁(12)的两侧分别设有上层小导洞(4)；所述顶纵梁(12)之间及顶纵梁(12)与上层小导洞(4)之间通过顶拱二衬结构(14)连接；所述顶拱二衬结构(14)的顶端固定设有顶拱边跨初支一(11)、顶拱边跨初支二(13)；

所述顶拱二衬结构(14)下方依次设有中板结构(15)、底板结构(16)，所述底板结构(16)的底端设有多个大管幕(5)；

所述顶纵梁(12)的底端均设有钢管柱(10)；所述钢管柱(10)的一端与顶纵梁(12)固定连接，另一端依次穿过中板结构(15)、底板结构(16)并固定安装于大管幕(5)；

所述上层小导洞(4)的底端设有围护结构(9)；所述围护结构(9)的两端分别与围护结构(9)、大管幕(5)固定连接；

相邻的所述大管幕(5)之间均设有多个小管幕(6)，每个所述小管幕(6)内均设有冻结管(7)。

作为优选，所述大管幕(5)、小管幕(6)内均填充混凝土。

作为优选，多个所述小管幕(6)之间通过连接螺栓(17)连接。

一种抗突涌封底结构施工方法，包括以下步骤：

在富水地层主体分层开挖施工前，结合地面周边环境及车站主体结构、附属结构形式，施工临时施工竖井(1)以及上层临时通道(2)、下层临时通道(3)；在上层临时通道(2)内打设上层小导洞(4)；在下层临时通道(3)内沿既定轮廓线打设大管幕(5)、小管幕(6)；

在小管幕(6)内敷设冻结管(7)，积极冻结形成冻土帷幕(8)；在冻土帷幕(8)支护下，在小管幕(6)内部开孔打设管幕间连接螺栓(17)，固定连接大管幕(5)，使管幕形成整体拱承载结构，保证拱形封底承载结构整体性；管幕内填充混凝土形成封底结构，增加管幕结构整体刚度和配重，结合管幕间的冻土帷幕(8)，可有效抵抗地基土反力及富水地层中存在的高承压水顶托力，保证结构开挖过程中抗突涌稳定性；

在上层小导洞(4)内沿既定轮廓线施工暗挖侧向围护结构(9)及钢管柱(10)；待开挖到大管幕(5)顶标高处，在大管幕(5)内部人工开孔；在大管幕(5)内浇筑施工垫层，吊装安放侧向围护结构(9)，并及时浇筑混凝土；大管幕(5)作为拱结构支点同时兼做暗挖结构侧向围护结构(9)及钢管柱(10)条形基础，使拱形管幕结构同暗挖结构形成完整受力体系；

施工边桩冠梁，架立上层小导洞(4)内主拱的顶拱边跨初支一(11)；回填上层小导洞(4)的上部空间；抽出中桩内的护壁泥浆，人工安装钢管柱定位器，并按照设计分节吊装、安装钢管柱以及钢管柱内的钢筋笼；钢管柱与钢护筒之间采用粗砂回填密实；施工顶纵梁(12)，并预留主拱二衬的钢筋接头，铺设防水层；

开挖主拱土体，施做顶拱边跨初支二(13)；逐段拆除上层小导洞(4)边墙，铺设防水层，立模浇筑顶拱二衬结构(14)；

继续向下开挖土层到负一层中板底标高，平整地模，铺设防水层、浇筑负一层中板、中梁和中板结构(15)，站厅层封闭成环；预留与下层侧墙接驳钢筋；

向下开挖土层到底板标高，铺设垫层、防水层，浇筑侧墙和底板结构(16)；施工车站内部结构，车站主体土建施工完成。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明实现富水地层暗挖法施工时无水作业条件，可避免施工时对地下水人工降水减压破坏水资源，又可规避开挖工程中面临的承压水突涌的施工风险，保证施工安全。

避免在暗挖结构施工时对地下水人工降水减压，破坏水资源，又可实现车站施工时无水作业，保证安全施工，同时，还可以实现暗挖结构施工的超前支护作用，有效抵抗承压水的突涌风险，具有较强的工程可实施性和推广价值。

附图说明

图1-7为本发明的施工步骤示意图；

图8为本发明结构的横剖面示意图；

图9为本发明的管幕连接形式示意图；

图10为本发明的施工流程图。

图中1-临时施工竖井，2-上层临时通道，3-下层临时通道，4-上层小导洞，5-大管幕，6-小管幕，7-冻结管，8-冻土帷幕，9-侧向围护结构，10-钢管柱，11-顶拱边跨初支一，12-顶纵梁，13-顶拱边跨初支二，14-顶拱二衬结构，15-中板结构，16-底板结构，17-连接螺栓。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

一种抗突涌封底结构，包括侧向围护结构(9)、顶纵梁(12)、顶拱二衬结构(14)、中板结构(15)、底板结构(16)；

顶纵梁(12)的两侧分别设有上层小导洞(4)；顶纵梁(12)之间及顶纵梁(12)与上层小导洞(4)之间通过顶拱二衬结构(14)连接；顶拱二衬结构(14)的顶端固定设有顶拱边跨初支一(11)、顶拱边跨初支二(13)；

顶拱二衬结构(14)下方依次设有中板结构(15)、底板结构(16)，底板结构(16)的底端设有多个大管幕(5)；

顶纵梁(12)的底端均设有钢管柱(10)；钢管柱(10)的一端与顶纵梁(12)固定连接，另一端依次穿过中板结构(15)、底板结构(16)并固定安装于大管幕(5)；

上层小导洞(4)的底端设有围护结构(9)；围护结构(9)的两端分别与围护结构(9)、大管幕(5)固定连接；

相邻的大管幕(5)之间均设有多个小管幕(6)，每个小管幕(6)内均设有冻结管(7)。

本实施例中，大管幕(5)、小管幕(6)内均填充混凝土。

本实施例中，多个所述小管幕(6)之间通过连接螺栓(17)连接。

一种抗突涌封底结构施工方法，包括以下步骤：

参见附图1所示：在富水地层主体分层开挖施工前，结合地面周边环境及车站主体结构、附属结构形式，施工临时施工竖井(1)以及上层临时通道(2)、下层临时通道(3)；在上层临时通道(2)内打设上层小导洞(4)；在下层临时通道(3)内沿既定轮廓线打设大管幕(5)、小管幕(6)；

参见附图2所示：在小管幕(6)内敷设冻结管(7)，积极冻结形成冻土帷幕(8)；在冻土帷幕(8)支护下，在小管幕(6)内部开孔打设管幕间连接螺栓(17)，固定连接大管幕(5)，使管幕形成整体拱承载结构，保证拱形封底承载结构整体性；管幕内填充混凝土形成封底结构，增加管幕结构整体刚度和配重，结合管幕间的冻土帷幕(8)，可有效抵抗地基土反力及富水地层中存在的高承压水顶托力，保证结构开挖过程中抗突涌稳定性；

参见附图3所示：在上层小导洞(4)内沿既定轮廓线施工暗挖侧向围护结构(9)及钢管柱(10)；待开挖到大管幕(5)顶标高处，在大管幕(5)内部人工开孔；在大管幕(5)内浇筑施工垫层，吊装安放侧向围护结构(9)，并及时浇筑混凝土；大管幕(5)作为拱结构支点同时兼做暗挖结构侧向围护结构(9)及钢管柱(10)条形基础，使拱形管幕结构同暗挖结构形成完整受力体系；

参见附图4所示：施工边桩冠梁，架立上层小导洞(4)内主拱的顶拱边跨初支一(11)；回填上层小导洞(4)的上部空间；抽出中桩内的护壁泥浆，人工安装钢管柱定位器，并按照设计分节吊装、安装钢管柱以及钢管柱内的钢筋笼；钢管柱与钢护筒之间采用粗砂回填密实；施工顶纵梁(12)，并预留主拱二衬的钢筋接头，铺设防水层；

参见附图5所示：开挖主拱土体，施做顶拱边跨初支二(13)；逐段拆除上层小导洞(4)边墙，铺设防水层，立模浇筑顶拱二衬结构(14)；

参见附图6所示：继续向下开挖土层到负一层中板底标高，平整地模，铺设防水层、浇筑负一层中板、中梁和中板结构(15)，站厅层封闭成环；预留与下层侧墙接驳钢筋；

参见附图7所示：向下开挖土层到底板标高，铺设垫层、防水层，浇筑侧墙和底板结构(16)；施工车站内部结构，车站主体土建施工完成。

本实施例中，在地面可用施工场地开挖临时施工竖井及横通道，在上层横通道内打设车站小导洞，在下层横通道内打设拱形管幕(按内径不同分为大管幕小管幕)结构，在管幕内敷设冻结管形成与管幕结构配合使用的冻土帷幕。

本实施例中，本方法适用于富水地层深埋暗挖车站的修建，在富水地层中暗挖车站修建过程中，可避免地下结构施工对地面交通及管线的影响，同时避免传统暗挖法车站埋深较大带来的地下水处理问题。

本实施例中，大管幕(5)、小管幕(6)与冻土帷幕(8)形成拱形结构可抵抗地基土反力及水浮力，同隔水层及暗挖结构侧向围护结构(9)形成封闭止水帷幕，保证无水作业施工条件。

本实施例中，无需地面人工降水，通过在管幕中布置冻结管(7)，施工中对管幕周边富水土层积极冷冻形成冻土帷幕(8)，与暗挖结构侧向围护结构(9)形成封闭止水帷幕。

本实施例中，上层小导洞(4)用于施工车站侧向围护结构(9)、钢管柱(10)等结构；当上层小导洞(4)位于水位线以下且不能降水施工时，根据实际工程采用注浆或冷冻止水措施。

本实施例中，小管幕(6)主要布置在拱结构跨中位置，起连接及传力作用，且直径满足施工人员作业空间要求；大管幕(5)作为拱结构受力支点，同时兼做暗挖结构竖向受力构件基础，可保证拱形管幕结构同暗挖主体结构形成完整的结构受力体系，保证结构安全，其直径需满足地基承载力及施工人员作业空间要求。

本实施例中，大管幕(5)作为竖向受力构件基础，当地基承载力不满足要求时，预留注浆孔，对地基进行注浆加固，提高地基承载力。

本实施例中，大管幕(5)作为拱结构支点又兼做侧向围护结构(9)条形基础及钢管柱(10)下条形基础，保证结构体系完整性，同时实现了水下作业机械化开挖。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。应当注意，为了清楚的进行表述，本发明的说明中省略了部分与本发明的保护范围无直接明显的关联但本领域技术人员已知的部件和处理的表述。