一种箱涵置换管幕施工方法与流程

本发明属于地下隧道施工技术领域，具体地，涉及一种箱涵置换管幕施工方法。

背景技术：

近年来，随着城市化进程的不断推进，地面资源以及可开发空间受到的制约越来越大，因此，开发地下空间已呈必然趋势。在城市地下建设过程中，遇到的问题日趋复杂。例如，穿越繁忙城市道路、既有铁路等各种既有构筑物，尤其是大断面、浅埋深地下通道工程日益增多。由此，对地面环境要求也日益严格。

目前，下穿既有构筑物的隧道施工方法，主要有矩形顶管法、管幕法、管幕-箱涵顶进法。其中，矩形顶管法采用与通道断面尺寸相同的矩形顶管机顶进施工，直到顶管机全部进入接收井、以及管节全部安装完毕，最终形成完整的地下通道。该方法由于受制于矩形顶管机，对隧道断面尺寸、形状等适应能力差，且不适宜大断面、浅覆土施工。管幕法是先利用管幕施工形成管幕预支护加固，然后在管幕内边开挖边支撑，逐段构筑内部结构，并逐步拆除管幕内支撑，最终形成完整的地下通道。管幕法由于形成管幕后需要在管幕内人工作业，安全性低，且形成管幕的钢管无法回收利用，施工成本过高。管幕-箱涵顶进法是先利用管幕施工形成管幕预支护加固，然后在管幕内部顶进箱涵，边挖边顶，最终形成完整的地下通道，该工法也需要在管幕内人工作业，安全性低，且由于形成管幕的钢管也无法重复利用，施工成本高。

技术实现要素：

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种箱涵置换管幕施工方法，该施工方法能够有效控制地面沉降、且能够适应大断面浅覆土、不受断面尺寸限制、受环境影响小、设备与材料重复利用率高。此外，该施工方法通过箱涵置换土体，能够避免在既有设施下方的挖掘作业，而在隧道外全机械化作业，从而有效提高了施工作业的安全性能。

为此，根据本发明提出了一种箱涵置换管幕施工方法，包括以下步骤：

步骤一：在预建通道两侧分别构筑用于放置顶进设备的始发井，以及用于接收管幕及所述管幕内土体的接收井；

步骤二：在所述始发井内安装管幕机顶进装置和管幕机，通过所述管幕机顶进装置依次顶进所述管幕机，并依次连续顶进管节以形成所需制式的所述管幕；

步骤三：安装箱涵顶进装置；

步骤四：构筑箱涵，并将首节箱涵与所述管幕端面连接；

步骤五：启动所述箱涵顶进装置依次顶进所述箱涵，以依次顶出所述管节，拆卸被顶出的所述管节并出土；

步骤六：重复步骤四和步骤五，直至拆除全部所述管节，形成通道；

其中，在所述管幕机及所述管节外侧的与土体接触的一侧或两侧设置减摩板，所述管幕机带动所述减摩板同步向前顶进。

在一个优选的实施例中，在所述预建通道的纵向上相邻的所述管节之间采用法兰螺栓形成连接，在横向上相邻的所述管节之间采用锁扣形成连接。

在一个优选的实施例中，所述管幕在横向上形成为“口”字型管幕或“门”字型管幕，且在所述箱涵带动所述管幕顶进过程中保持管幕内土体不动。

在一个优选的实施例中，所述管幕在横向上形成为全断面管幕或其他制式的管幕。

在一个优选的实施例中，所述箱涵的构筑方式采用现浇、现场拼装或整体吊装的方式来构筑。

在一个优选的实施例中，所述箱涵的端面及外缘设置成能够与所述管幕的端面及外缘相适应连接。

在一个优选的实施例中，在步骤三中，先拆除所述管幕机顶进装置，再将所述箱涵顶进装置安装在所述始发井内。

在一个优选的实施例中，将所述箱涵顶进装置安装在所述接收井内，并在顶进所述管幕机的同时构筑所述箱涵。

在一个优选的实施例中，在预建通道两侧设置有挡土装置。

在一个优选的实施例中，所述管幕机和所述箱涵在顶进过程中均采用测量纠偏系统进行远程监控管理。

与现有技术相比，本发明的优点之处在于：

本发明提供的箱涵置换管幕施工方法能够有效控制地面沉降、适用于穿越既有构筑物。该施工方法通过小型矩形管幕机顶进形成“口”字型管幕，“口”字型管幕对前方土体起超前支护作用，从而在施工过程中，使箱涵推进对土体的扰动很小，对地面构筑物及周边环境影响小。同时，通过设置在管幕外的防背土减摩板将土体与管幕、箱涵隔离，其具有很强的防背土能力，安全性能高。该施工方法通过箱涵置换土体，避免了在既有设施下方的挖掘作业，从而在隧道外全机械化作业，有效提高了施工作业的安全性能，且置换出的渣土未经渣土改良，弃渣无污染。此外，矩形管幕机设备成本较低，且可适应各种不同断面尺寸，矩形管节可回收，重复利用率高。该施工方法适应性广，固有施工设备不受隧道断面尺寸限制，断面适应性强，特别适应特大隧道断面施工，不受覆土深度影响，可适应超浅覆土施工。该施工方法针对浅覆土施工，不会引起地面沉降，工程质量好，且箱涵所需顶推力相对较小，易于工程质量控制。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的箱涵置换管幕施工方法形成的通道的纵向剖视图。

图2显示了始发井和接收井的纵向剖视图。

图3显示了挡土装置的设置位置。

图4显示了安装在始发井内的管幕机顶进装置和管幕机。

图5和图6显示了管幕机进行顶进施工而形成管幕的施工过程。

图7是管幕的在一个实施例中的沿图6中a-a断面的剖视图。

图8是管幕的在另一个实施例中的沿图6中a-a断面剖视图。

图9是管幕的在另外一个实施例中的沿图6中a-a断面剖视图。

图10至图12显示了箱涵置换管幕以形成通道的施工过程。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行详细地介绍。

在本申请中，需要说明的是，为方便讨论，将图1中的水平方向称为纵向方向(即预建通道的延伸方向)，将垂直于图1的纸面的方向称为横向方向(即朝向或远离预建通道的方向)。

图1示意性地显示了根据本发明的箱涵置换管幕施工方法形成的通道100的纵向剖视图。根据本发明的箱涵置换管幕施工方法，其根据工程场地的实际需求，需要在既有建筑物101的下方构筑通道100。首先，在预建通道的两端分别构筑始发井110和接收井120。如图2所示，始发井110和接收井120分别构筑在预建通道的两端，且均为竖直井。始发井110用于作为顶进设备的工作场所，接收井120用于接收管幕104(见图6)以及管幕104内的土体102。

根据本发明，在预建通道两端均构建有挡土装置130。如图3所示，挡土装置130分别设置在始发井110和接收井120内的处于预建通道的始发侧与接收侧。在顶进设备顶进过程中，挡土装置130能够有效防止土体发生坍塌，从而提高了施工的安全性能。

实际施工过程中，在构建好挡土装置130后，在始发井110内安装管幕机顶进装置140。如图4所示，管幕机顶进装置140安装在始发井110的底部。管幕机顶进装置140安装完毕后，在管幕机顶进装置140上安装管幕机150。在一个实施例中，管幕机150采用矩形管幕机。在顶进施工前，对管幕机150进行调试以使其具备顺利掘进的条件。

在顶进施工时，启动管幕机顶进装置140和管幕机150。图5和图6显示了管幕机150进行顶进施工而形成管幕104的施工过程。如图5和图6所示，管幕机150在管幕机顶进装置140的作用下采用由下而上的原则依次顶进管幕机150，并依次连续顶进管节160以形成所需制式的管幕104。在一个实施例中，管节160采用钢管节。管幕制式根据现场实际工况决定，在图7所示实施例中，管幕104优选在横向上形成为“口”字型管幕，其能够起到超前预支护作用，从而在施工过程中，减小管幕机150的推进对土体的扰动，且对地面构筑物及周边环境影响小。

根据本发明，在管幕机150及管节160外侧的与土体接触的一侧或两侧设置减摩板170。施工过程中，管幕机150带动减摩板170同步向前顶进。减摩板170设置在管幕104外，能够将管幕104与土体102隔离，其具有很强的防背土能力，所需主顶力较小，且安全性能高。

在本实施例中，在预建通道的纵向上相邻的管节160之间采用法兰螺栓形成连接，在横向上相邻的管节160之间采用锁扣形成连接。在一个实施例中，管幕机150在顶进过程中，采用测量纠偏系统。管幕机150在测量纠偏系统的作用下能够全自动地采集、传输与处理测量的三维数据，从而实现远程监控管理。由此，实现了施工测量的自动化、智能化、可视化。根据本发明，通过采用小型管幕机150顶进以形成大型管幕来拟合大断面隧道外缘，从而使其不受施工隧道断面尺寸的限制，且能够适应各种矩形断面。

当然可以理解，管幕形成为“口”字型管幕是一个优选方案。图8和图9显示了管幕在另外两个实施例中结构。根据实际工程场地需求，如图8和图9所示，管幕制式还可选择形成“门”字型管幕204、全断面管幕304或其它类似制式的管幕。

图10至图12显示了箱涵190置换管幕104以形成通道100的施工过程。根据本发明，管幕104施工完毕后，拆除始发井110内的管幕机顶进装置140，并在始发井110内安装箱涵顶进装置180。之后，在始发井110内的处于预建通道的始发侧构筑箱涵190。箱涵190的构筑方式根据实际工况采用现浇、现场拼装或整体吊装等方式，并将首节箱涵190与管幕104端面连接。之后，启动箱涵顶进装置180并依次顶进箱涵190，箱涵190和管幕在减摩板170的包裹作用下同步推进，从而依次顶出管节160。由此，使得管幕104及管幕104内的土体102从通道100的另一侧顶出。待管幕104顶出一段距离后，拆卸被顶出的管节160，开挖并排出管幕104内的土体102。重复箱涵190的构筑以及顶进箱涵190从而顶出管幕104的施工步骤，直至拆除全部管节160并排出管幕104内的所有土体102，最终形成通道100。

在本实施例中，箱涵190的端面及外缘设置成能够与管幕104的端面及外缘相适应连接，即箱涵190的端面与管幕104的端面相吻合，箱涵190的外缘与管幕104的外缘相吻合。

在一个实施例中，箱涵190在顶进过程中，采用测量纠偏系统。箱涵190在测量纠偏系统的作用下能够全自动地采集、传输与处理测量的三维数据，从而实现远程监控管理。由此，实现了施工测量的自动化、智能化、可视化。

在实际施工中，当管幕制式形成“口”字型管幕104或“门”字型管幕204时。在箱涵190带动管幕顶进的过程中，可以选择保持管幕内土体不动，待全部管幕被顶出之后，再开挖通道内土体。这样，能够使管幕快速顶进，从而减少箱涵190整体顶进时间，提高箱涵190的顶进效率。而当管幕在横向上形成为全断面管幕时，在形成全断面管幕的过程中，管幕内土体已出土完毕。

此外，可以理解，在工期紧迫且箱涵尺寸较大的情况下，可选择将箱涵190构筑在接收井120内，即在管幕104形成之前在接收井120内的接收侧同时构筑箱涵190(即与形成管幕104施工同时进行)。由此，在管幕104形成后，不用拆除始发井110内的管幕机顶进装置140，将首节箱涵190与管幕104端面连接后即可启动箱涵顶进装置180，并依次顶进箱涵190。箱涵190和管幕104在减摩板170的包裹作用下同步推进，从而依次顶出管节160。由此，使得管幕104及管幕104内土体102从通道另一侧顶出。待管幕104顶出一段距离后，拆卸被顶出的管节160，开挖并排出管幕104内的土体102。重复箱涵190的构筑以及顶进箱涵190从而顶出管幕104的施工步骤，直至拆除全部管节160并排出管幕104内的所有土体102，最终形成通道100。

根据本发明的箱涵置换管幕施工方法尤其适用于穿越既有构筑物、适应大断面浅覆土、不受隧道断面尺寸限制、环境影响小、设备与材料重复利用率高的箱涵置换管幕施工方法。

根据本发明的箱涵置换管幕施工方法能够有效控制地面沉降、适用于穿越既有构筑物。该施工方法通过小型矩形管幕机150顶进形成“口”字型管幕，“口”字型管幕对前方土体起超前支护作用，从而在施工过程中，使箱涵190推进对土体的扰动很小，对地面构筑物及周边环境影响小。同时，通过设置在管幕104外的防背土减摩板170将土体102与管幕104、箱涵190隔离，其具有很强的防背土能力，安全性能高。该施工方法通过箱涵190置换土体102，避免了在既有建筑101下方的挖掘作业，从而在隧道外全机械化作业，有效提高了施工作业的安全性能，且置换出的渣土未经渣土改良，弃渣无污染。此外，矩形管幕机设备成本较低，且可适应各种不同断面尺寸，矩形管节可回收，重复利用率高。该施工方法适应性广，固有施工设备不受隧道断面尺寸限制，断面适应性强，特别适应特大隧道断面施工，不受覆土深度影响，可适应超浅覆土施工。该施工方法针对浅覆土施工，不会引起地面沉降，工程质量好，且箱涵190所需的顶推力相对较小，易于工程质量控制。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。