专利名称：利用pba法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法
技术领域：
本发明属于一种建筑施工方法，特别涉及一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法。
背景技术：
目前国内大跨隧道的施工技术水平，适合选用的施工方法主要有明挖法和 浅埋暗挖法。其中浅埋暗挖法又包括双侧壁导坑法和在大跨地铁车站采用过的"PBA"法。但是，这些方法对于周边环境复杂、地下管线密集、地质条件差、地下水丰富，并且断面跨度大的施工环境，均存在不同的缺陷和局限性。1、 明挖法对于地面交通繁多、地下管线繁多的工况，施工时必须进行管线改移和交通疏解，因此施工所受干扰大，工期长；另外，在进行管线临时改移 及占地费用高，经济性差。2、 采用的浅埋暗挖双侧壁导坑法，对于隧道地质条件差、周边环境复杂、 涉及影响地下管线繁多的施工环境，对结构上方管线及周边环境安全控制极为 不利，施工风险大，从理论上分析难以保证安全。而PBA法由于其适用范围较广，适用于地层、地质条件很差、跨度大、地 面沉降要求严格的隧道开挖，并且可减小地面沉降、拆除临时支护工作量相对 较小，简化了施工工艺、工效较高，从而应用在大跨地铁车站的施工中，但是 还没有应用在大跨度隧道的施工。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种利用PBA 法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，该施工方法可保证施工安全、质量 和工期，并可节省费用、提高工效。本发明的技术方案是 一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工 方法，其特征在于依照下列步骤进行(1) 对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测；(2) 布置地面降水井和洞内水平井；(3) 利用竖井横通道(管棚操作室)施作主体拱部超前大管棚，并预注浆 加固地层；(4) 施工小导洞并预埋连接钢筋；(5) 架设小导洞格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；(6) 对导洞内初支背后灌注混凝土回填混凝土；(7) 开挖左、右侧拱部，架设主拱格栅，并与预埋连接钢筋连接；(8) 开挖左侧下导洞和右侧下导洞，施作中隔墙和下部临时支撑；(9) 开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；(10)分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土； (11)分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水 层、混凝土。上述大管棚的施作采用无缝钢管分段打设的方法，每段之间纵向搭接。 上述大管棚的施工采用钻孔静压顶入法施工，设备选用HXY-500M地质钻机。 上述大跨度隧道结构上方地层空洞的检测采用探地雷达检测GPR技术。 上述小导洞格栅与预埋钢筋采用搭接焊连接，主拱格栅与连接钢筋采用搭 接焊连接，使之与小导洞格栅连接成整体。 本发明具有如下的优点和积极效果(1) 突破了以往"PBA"法仅局限用于多跨多层地下车站及停车场浅埋暗 挖工程项目中，解决了 "PBA"法应用于浅埋暗挖单跨超大断面隧道中综合性技 术难题。(2) 采用探地雷达检测(GPR)技术进行大跨段隧道结构上方地层空洞的 检测，解决了在地层条件差，周边环境复杂，受施工干扰大的情况下，进行浅 埋暗挖大跨隧道施工前，如何进行地层空洞检测的难题；(3) 采用地面井点+洞内水平井降水的处理措施，有效地解决了 "PBA"法 在富水区域进行大跨隧道浅埋暗挖施工时地下水处理的难题。(4) 采用钻孔静压顶入，并在主体结构中部增设管棚操作室办法，解决了 施工操作空间受限，上部管线密集，对管棚施工精度、沉降要求极高的情况下， 进行长大管棚施作的技术性难题；(5) 格栅钢架连接施工方法后，解决了大跨隧道"PBA"工法扣拱施工安 全性差，两次扣拱连接精度不高的技术性难题；(6) 选用合理的临时支护拆除、换撑方法及二衬砼支撑体系，确保了大跨 隧道二衬施工临时支护拆除过程中结构的安全，保证了超大断面砼结构的施工质量o
图l是本发明的施工流程图。图2是降水井施工工艺流程图。图3是主体拱部大管棚设置示意图。图4是管棚分段施工平面示意图。图5是管棚施工流程图。图6是扣拱施工示意图。其中，图6—l是施工小导洞并预埋连接钢筋示意 图；图6-2是小导洞内扣拱示意图；图6-3是回填导洞内混凝土示意图；图6-4 是开挖左侧拱部(1号导洞)并架设拱部格栅示意图；图6-5开挖右侧拱部(2 号导洞)并架设拱部格栅示意图；图6-6是开挖左侧下导洞(3号导洞)，施作 下部临时支撑示意图；图6-7是开挖右侧拱部(4号导洞)，施作下部临时支撑 示意图。
具体实施例方式苏黄区间超大断面隧道为北京地铁四、十号线联络线岔线段，由单孔双线 过渡为单孔三线，设计采用拱顶直墙型断面。同时大跨段隧道根据线路走向又 分成三种不同尺寸的断面断面E，里程K2+240. 3 K2 + 262. 5，长22. 2m，跨 度15.076m，高度9. 3m;断面E，，里程K2+262. 5 K2+282. 3，长19. 8m，跨度 15. 937m，高9. 855m;断面F，里程K2+282. 3 K2+296. 3，长14. Om，跨度17. 5m， 高度10.5m。其施工方法依照下列步骤进行(如图l所示)1、对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测本次探测工作采用了目前国内外先进的高分辨率美国产SIR-2型探地雷达 检测系统。该探地雷达配置中心频率lOOMHz天线，可靠探测深度在6m左右， 能满足本工程需求。取顺隧道主体结构中心及隧道外结构线外侧5m方向布置3条测线，根据接 收天线所接收并由仪器记录下来反射波的情况进行数据处理。 2、布置地面降水井和洞内水平井根据地质详勘资料表明，苏黄区间大跨段在开挖深度范围内主要受台地潜 水、层间潜水的影响。台地潜水主要分布在结构顶板上方0. 8 3. 60m的范围内， 并且顶板上方覆盖较厚的粉质粘土层，富水的粉质粘土经施工扰动后极易液化， 成流泥状，隧道开挖过程种易出现坍塌、掉块现象，加之隧道开挖扰动及地下 水流失容易加剧地表沉降，增大了施工风险。根据"PBA"工法特点，并结合水文、地质情况，施工中采用了地面井点+洞内水平井降水的处理措施，保证施工 过程的安全。(1)布置地面降水井。降水井顺线路方向，沿隧道两侧布置，间距6 8m， 共布降水井20眼，采用cj)400/50nun无砂水泥管，井管缠80目尼龙纱网，管外 填cb20 40mm滤料至地面以下1.5m处。施工釆用反循环和冲击钻钻机成孔，孔 径600mm，采用高扬程潜水泵进行抽、排水。如图2所示 具体施工过程如下A、 定井位根据降水井位图、地下管线分布图及坐标控制点施放降水井井位。为保证 安全，定井位后应物探结合人工洛阳铲探明井位处有无地下管线、地下障碍物。B、 人工探孔挖孔直径1000mm，每挖进800mm，做一次护壁，模板居中支撑，四周所留 孔缝均匀，保证10cm厚度。每上、下两层护壁必须搭接50mm—100mm。对挖孔 中遇到的可疑地物，不许直接破坏，经现场管理人员批准后方可继续施工。C、 挖坑垒砌泥浆池为保证钻进过程水流循环及保存钻孔出渣，在现场用加气块围泥浆池，并 在泥浆池内铺设塑料布，防止浆液外露，外部用土支撑，施工完毕后将所剩残 渣除清场外。D、 钻机就位、调整钻机就位时需调整钻机的平整度和钻塔的垂直度，对位后用机台木垫实， 保证钻机安放平稳。E、 钻孔在钻孔过程中应保证孔内泥浆液面在钢护桶之上。在地层条件允许的情况 下，尽量使用地层自造泥浆成孔，若钻孔通过易塌孔的流砂层或泥浆漏失严重 的地层时，可采用人工造浆护壁钻进，泥浆比重调至1.1 1.3。F、 下管下管前应检查井管是否已按要求包缠尼龙网；无砂水泥管接口处要用塑料 布包严，钢管上下段焊接时要保证垂直度并焊接严实。井管必须确保在井孔居 中。G、 填滤料填料必须从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，洗井后若发现滤料下沉应及时补充滤料，填料高度按设计要求填至地面下3m。 H、洗井采用压风机洗井，若井内沉没比不够时应注入清水。 (2)布置洞内水平井。从前期竖井横通道开挖情况来看，拱部及掌子面渗水量较大。特别是隧道 拱部位于粘土层中，地面深井降水不能形成降水漏斗，开挖过程中容易形成流 泥，引起大量周边土层流失，容易造成地表超量下沉。经过认真分析研究之后， 决定在大跨段隧道施工之前，利用竖井横通道空间，向大跨隧道方向增设水平 井，对局部滞水提前引流，开挖时起到超前降水的效果。水平井共设置6个，长度30 40米。施工采用HXY-500M地质钻机成孔，孔 径为108mm，然后在孔内安放d)50咖钢花管，钢花管外部并缠裹两层80目滤网， 详见图7-2-4。具体施工过程是施放井位一钻机就位一钻机调平、对位一螺旋成孔一下管一封孔一引水至竖井一排水出竖井外。3、利用竖井横通道施作主体拱部超前大管棚，并预注浆加固地层。 苏黄区间三线大跨段拱部超前大管棚设计采用①159， t=10. Omm， 1=56. Om的无缝钢管1，间距为0.4m，管棚施工完毕后进行注浆，注浆材料采用水泥浆。如图3所示。由于56m长管棚一次性打设不利于管棚施工精度控制，加之结构上方管线 繁多，也难以保证结构上方管线安全。综合各方因素，我们决定采用将56m长 管棚分段打设的方案，管棚之间纵向搭接长度为3m。首先利用竖井横通道做为第一段管棚操作空间，管棚打设长度为25m;然后 在两侧小导洞开挖至K2+279. 3处时，把左线小导洞和右线小导洞连通，设置成 管棚操作室，第二段和第三段管棚利用操作室空间分别向小里程(E'断面)和 大里程(F断面)方向施作和各20米长的大管棚，如图4所示。管棚的施工工艺采用受操作空间影响较小的钻孔静压顶入法施工，设备选 用HXY-500M地质钴机。施工工艺如图5所示。4、进行扣拱施工，并按照如下工序完成；如图6所示。①施工小导洞并预埋连接钢筋2;②架设小导洞内格栅3;③对导洞内初支 背后灌注混凝土回填4;④开挖左侧拱部(1号导洞)并架设拱部格栅5; 开0说明书第6/6页挖右侧拱部(2号导洞)并架设拱部格栅6; 6、开挖左侧下导洞(3号导洞)， 施作下部临时支撑7; 7、开挖右侧拱部(4号导洞)，施作下部临时支撑8。上述小导洞格栅与预埋钢筋采用搭接焊连接，在主体开挖时，将主拱格栅与连接 钢筋采用搭接焊连接，使之与小导洞格栅连接成整体5、 开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；6、 分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土；7、 分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水层、混凝土。
权利要求
1、一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于依照下列步骤进行(1)对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测；(2)布置地面降水井和洞内水平井；(3)利用竖井横通道，即管棚操作室，施作主体拱部超前大管棚，并预注浆加固地层；(4)施工小导洞并预埋连接钢筋；(5)架设小导洞格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；(6)对导洞内初支背后灌注混凝土回填混凝土；(7)开挖左、右侧拱部，架设主拱格栅，并与预埋连接钢筋连接；(8)开挖左侧下导洞和右侧下导洞，施作中隔墙和下部临时支撑；(9)开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；(10)分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土；(11)分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水层、混凝土。
2、 根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方 法，其特征在于上述大管棚的施作采用无缝钢管分段打设的方法，每段之间 纵向搭接。
3、 根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，其特征在于上述大管棚的施工采用钻孔静压顶入法施工，设备选用HXY-500M地质钻机。
4、 根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方 法，其特征在于上述大跨度隧道结构上方地层空洞的检测采用探地雷达检测 GPR技术。
5、 根据权利要求1所述的利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方 法，其特征在于上述小导洞格栅与预埋钢筋采用搭接焊连接，主拱格栅与连接 钢筋采用搭接焊连接，使之与小导洞格栅连接成整体。
全文摘要
一种利用PBA法进行浅埋暗挖隧道超大断面的施工方法，1.对于大跨度隧道结构上方地层空洞进行检测；2.布置地面降水井和洞内水平井；3.利用竖井横通道施作主体拱部超前大管棚，并预注浆加固地层；4.进行小导洞边跨扣拱施工和主体扣顶大弧施工；5.开挖下断面土体施作扩大基础及中隔壁；6.分段拆除底部中隔壁，施工底部垫层、防水层，浇筑钢筋混凝土；7.分段拆除上部中隔壁及小导洞内临时钢支撑、施作边墙及主拱防水层、混凝土。本发明的优点是可保证施工安全、质量和工期，并可节省费用、提高工效。
文档编号E21D9/00GK101225742SQ20071005991
公开日2008年7月23日 申请日期2007年10月17日 优先权日2007年10月17日
发明者安建平, 童顺军, 黄广锴 申请人:中铁十八局集团有限公司