专利名称：岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法
技术领域：
本发明属于隧道及地下工程设计与施工技术领域，特别是涉及一种采用双初支分层法修建浅埋暗挖大断面单拱地铁车站或隧道等大型地下结构的施工方法。
背景技术：
随着我国社会经济的发展，国内许多大中城市都已经开始了大规模的地铁建设和地下空间开发。由于地质条件不同，地铁车站的结构形式和所采用的施工方法差异较大，从而造成了我国地下空间建设中结构形式和工法多样性的特点。 在城市人口密集区，为了满足地下空间如地铁车站的使用功能，为乘客提供宽敞明亮的地下空间，车站更倾向于采用大跨度、高边墙的单拱大跨式结构形式，且修建时可以充分发挥围岩的自承能力，从而加快施工工期，降低工程造价。在以岩质地层为主的重庆、青岛、大连等城市地铁建设中，一大批结构形式各异的大跨车站及隧道已经建成或正在建设。与山岭大跨隧道及其他大型岩石地下工程相比，岩质地层中大跨度地铁车站及隧道建设面临着以下特殊问题需要采取针对性的技术措施加以解决(I)地铁车站及隧道埋深有限，地层大都为上软下硬，节理裂隙发育，拱部围岩自稳能力差，要求采取有效的工程措施，以保证围岩稳定和施工安全。(2)地铁车站一般位于城市繁华地区，周边建筑物密集，地下管线密布，施工对周边环境的影响控制要求较高。(3)大断面隧道因其跨度大，形状偏于扁平，在施工过程中表现出独有的力学特点。首先，隧道在开挖过程中应力集中程度大，拱脚处容易形成塑性区，要求围岩具有较高的地基承载力；其次，埋深较浅，开挖后拱顶围岩中的松弛范围可能发展到地表，拱顶在施工过程中易产生坍塌。(4)车站结构形式多样，施工工序多，施工过程中围岩和支护结构受到多次扰动而出现复杂应力转换过程，要求结构形式宜简单，所以需要采用一种合理施工方法，以简化施工工序，保证施工质量及安全。(5)岩体的强度和承载力远大于土体，因此，在施工方案选择时，应在保证安全的前提下，兼顾施工效率和经济效益，尽量采用快速高效措施的施工方法。对于大断面大跨度地铁车站或隧道，目前国内适合选用的施工方法主要有明挖法和浅埋暗挖法。其中明挖法施工的缺点是对城市地面交通及周边建筑物影响较大，车站范围内地下管线需拆迁，且需要较大的施工场地。常用的几种浅埋暗挖法主要有侧洞法、中洞法、PBA法等。其中，侧洞法为两个侧导洞先进行施工，且要求同步，然后施作中导洞，该工法的缺点是分块多，工序多，对地层扰动最大；中洞法为中导洞先进行施工，建立起梁、柱支撑体系，然后施作侧导洞，该工法的缺点也是分块较多，而且中导洞形成后侧导洞开挖易形成不平衡推力，且多次扰动地层，但先建立起的梁柱体系对地面沉降起一定控制作用；PBA法是利用小导洞施作桩梁形成主要传力结构，在拱部保护下进行内坑开挖，该工法克服了工序转换多的缺点，地面沉降控制较好，但为了形成拱盖，除了必须施作中柱及上下导洞夕卜，还要施作围护边桩、成桩导洞以及导洞内初支背后回填，因此增加了不必要的工程量，另外，该工法还有施工环境较恶劣的缺点。另外，在岩石地层中修建暗挖大断面地铁车站或隧道，各工法还有一定的适应性，PBA法施工时在小导洞内施作挖孔桩难度较大，需要爆破作业方可成孔，而传统的中洞法和侧洞法下层爆破时上层的支撑很难保留。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种工艺简单，操作方便，可保证施工安全、质量和工期，并可提高工效、节省工程造价的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法。为了达到上述目的，本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法包括按顺序进行的下列步骤I)首先在待开挖的大型地下结构的一侧进行斜井的施工，斜井洞身采用暗挖台阶法施工，口部采用明挖法施工；
2)首先在待开挖的大型地下结构的掌子面上两个拱部侧导坑拱圈外侧边缘部位施做一排由交替设置的多个小导管和多个大管棚构成的超前支护；3)采用台阶法对拱部侧导坑上台阶I和下台阶II进行开挖，开挖完成后在拱部侧导坑的拱顶内表面上及时施做一层拱部初期支护，同时在拱部侧导坑的内侧边缘设置临时支撑，并在每个台阶处设置锁脚锚杆以拱部固定初期支护和临时支撑；4)在拱部中导坑拱圈外侧边缘部位施做一排由交替设置的多个小导管和多个大管棚构成的超前支护；5)采用台阶法对拱部中导坑上台阶III进行开挖，开挖完成后在拱部中导坑的拱顶内表面上及时施做一层拱部初期支护；6)在大型地下结构的两个拱脚部位分别设置2根向外侧斜下方倾斜的压浆钢管并从上往下注浆，以加固拱脚部位的地基；7)在大型地下结构的两个拱脚部位分别沿大型地下结构的长度方向设置一条钢筋混凝土结构的拱脚纵梁；8)待监控量测显示拱部初期支护及围岩变形稳定时，跳段拆除临时支撑，然后在拱部初期支护的内表面上施作一层拱部二次初支结构，并将拱部二次初支结构的底脚设于拱脚纵梁之上，之后对拱部初期支护和拱部二次初支结构之间的空间进行初支背后注浆；9)对拱部中导坑下台阶IV进行开挖；10)对位于拱部中导坑及两个拱部侧导坑下方的地基分三层开挖。第一层开挖先两边后中间首先对称开挖位于两侧的第一道边槽，然后采用非爆破施工扩挖出边槽与侧墙中间部分，并在扩挖出的边槽外侧及时施做呈竖直状态的侧墙初期支护，然后在侧墙初期支护外侧打设预应力锚索及砂浆锚杆，再开挖位于两个第一道边槽之间的第一道中槽；11)第二、三层采用先中间后两边的方式。依次开挖位于第一道中槽下方的第二道中槽、位于第一道边槽下方的第二道边槽、位于第二道中槽下方的第三道中槽以及位于第二道边槽下方的第三道边槽，并及时施做相应的侧墙初期支护以及打设预应力锚索和砂浆锚杆;12)在第三道边槽和第三道中槽的下方铺设一层混凝土垫层，混凝土垫层的两端分别与两个侧墙初期支护的下端相连，然后在混凝土垫层和侧墙初期支护的内表面上铺设一层仰拱及侧墙防水层，之后在仰拱防水层的上表面中部沿大型地下结构的长度方向浇筑混凝土而形成底纵梁，在仰拱防水层的上表面浇筑一层混凝土而形成仰拱二衬，并在侧墙防水层的表面浇筑一层混凝土而形成侧墙二衬；13)然后在底纵梁上浇筑混凝土而形成中柱，在中柱上浇筑混凝土而形成中纵梁，在中纵梁两侧浇筑混凝土而形成中板；14)在拱部二次初支结构的内表面上铺设一层拱部防水层，然后在拱部防水层表面上浇筑一层混凝土而形成拱部二衬；15)在第三道中槽内施做站台板结构，最后在第三道边槽和第三道中槽底部回填混凝土即可完成整个大型地下结构的施工过程。 所述的拱部初期支护的厚度为350_，由网构格栅钢架与喷射混凝土构筑而成，格栅钢架间距500mm。所述的拱部二次初支结构的厚度为200_，由型钢钢架与喷射混凝土构筑而成，型钢间距500mm。所述的临时支撑由型钢钢架与喷射混凝土构筑而成。所述的压浆钢管的直径为60mm，长度为5. 0m。所述的拱脚纵梁由多段组成，每段尺寸为900-1200mm宽XlOOOmm长。所述的斜井的坡度为12% 14%。本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法是将超前小导管、大管棚、型钢支撑等多项技术以及PBA法、侧洞法、CRD法、台阶法等多项暗挖技术结合在一起，不仅能够较好地控制结构变形和地层沉降，而且具有工艺简单、施工组织方便、施工效率高、节省工程造价等优点。
图I为本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法施工中施工通道斜井示意图；图2为本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法施工中拱部支护及土石方施工示意图；图3为本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法施工中拱部二次支护及土石方施工示意图；图4为本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法施工中下部第一层边槽支护及土石方施工示意图；图5为本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法施工中下部支护及土石方施工示意图；图6为本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法施工中大跨度地铁车站施工示意图；图7为本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法施工中分层土方施工及主体结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法进行详细说明。本发明提供的大型地下结构拱部为大跨单拱形式，下部为直边墙单柱形式，并以大跨度地铁车站为例进行说明。如图I-图7所示，本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法包括按顺序进行的下列步骤
I)首先在待开挖的大型地下结构的一侧进行斜井27的施工，利用斜井27作为施工横通道，通过斜井27开马头门施工地下结构主体，并以斜井27作为后续施工的运输和进料通道，为实现大型机械化作业提供前提，斜井的坡度一般为12% 14%，斜井27洞身采用暗挖台阶法施工，口部采用明挖法施工；2)在待开挖的大型地下结构的掌子面上两个拱部侧导坑25拱圈外侧边缘部位施做一排由交替设置的多个小导管I和多个大管棚2构成的超前支护；3)采用台阶法对拱部侧导坑25上台阶I和下台阶II进行开挖，上下台阶错开距离5-10m，施工中采用弱爆破，并应严格控制进尺和爆破震速，开挖完成后在拱部侧导坑25的拱顶内表面上及时施做一层拱部初期支护3，拱部初期支护3的厚度为350mm，由网构格栅钢架与喷射混凝土构筑而成，格栅钢架间距500mm，同时在拱部侧导坑25的内侧边缘设置由型钢钢架与喷射混凝土构筑而成临时支撑4，可根据地层情况设置若干个横向临时支撑4，并在每个台阶处设置锁脚锚杆5以拱部固定初期支护3和临时支撑4 ；4)在拱部中导坑26拱圈外侧边缘部位施做一排由交替设置的多个小导管I和多个大管棚2构成的超前支护；5)采用台阶法对拱部中导坑26上台阶III进行开挖，在此过程中预留核心岩柱分步施工，并与拱部侧导坑25上台阶I和下台阶II错开距离15-20m，上部宜采用非爆破方法开挖，开挖完成后在拱部中导坑26的拱顶内表面上及时施做一层拱部初期支护3 ；6)在大型地下结构的两个拱脚部位分别设置2根向外侧斜下方倾斜的压浆钢管6并从上往下注浆，压浆钢管6的直径为60_，长度为5. Om,以加固拱脚部位的地基；7)在大型地下结构的两个拱脚部位分别沿大型地下结构的长度方向设置一条钢筋混凝土结构的拱脚纵梁7，拱脚纵梁7由多段组成，每段尺寸为900-1200mm宽XlOOOmm长;8)待监控量测显示拱部初期支护3及围岩变形稳定时，跳段拆除临时支撑4，拆除步距控制在2榀拱架间距之内，然后在拱部初期支护3的内表面上施作一层拱部二次初支结构8，以进行加强，拱部二次初支结构8的厚度为200_，由型钢钢架与喷射混凝土构筑而成，型钢间距500mm，并将拱部二次初支结构8的底脚设于拱脚纵梁7之上，之后对拱部初期支护3和拱部二次初支结构8之间的空间9进行初支背后注浆；9)对拱部中导坑26下台阶IV进行开挖，通常采用传统的爆破方式；10)对位于拱部中导坑26及两个拱部侧导坑25下方的地基分三层开挖。第一层开挖先两边后中间首先对称开挖位于两侧的第一道边槽Vl，然后采用非爆破施工扩挖出边槽与侧墙中间部分V2，并在扩挖出的边槽V2的外侧及时施做呈竖直状态的侧墙初期支护10，然后在侧墙初期支护10外侧打设预应力锚索11及砂浆锚杆12。边槽V I底部略深于边槽V2，作为排水通道，以免开挖后地下水浸泡边墙，软化围岩。然后再开挖位于两个第一道边槽Vl之间的第一道中槽VI ；11)第二、三层采用先中间后两边的方式。依次开挖位于第一道中槽VI下方的第二道中槽VII、位于第一道边槽V下方的第二道边槽VIII、位于第二道中槽VII下方的第三道中槽IX以及位于第二道边槽VIII下方的第三道边槽X，并及时施做相应的侧墙初期支护10以及打设预应力锚索11和砂浆锚杆12 ；12)在第三道边槽X和第三道中槽IX的 下方铺设一层混凝土垫层13，混凝土垫层13的两端分别与两个侧墙初期支护10的下端相连，然后在混凝土垫层13和侧墙初期支护10的内表面上铺设一层仰拱及侧墙防水层14，之后在仰拱防水层14的上表面中部沿大型地下结构的长度方向浇筑混凝土而形成底纵梁15，在仰拱防水层14的上表面浇筑一层混凝土而形成仰拱二衬16，并在侧墙防水层14的表面浇筑一层混凝土而形成侧墙二衬18 ；13)然后在底纵梁15上浇筑混凝土而形成中柱19，在中柱19上浇筑混凝土而形成中纵梁20，在中纵梁20两侧浇筑混凝土而形成中板21 ；14)在拱部二次初支结构8的内表面上铺设一层拱部防水层14，然后在拱部防水层14表面上浇筑一层混凝土而形成拱部二衬22 ；15)在第三道中槽IX内施做站台板结构23，最后在第三道边槽X和第三道中槽IX底部回填混凝土 24即可完成整个大型地下结构的施工过程。本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法适用于岩石地层浅埋暗挖大断面地铁车站或隧道等地下空间的开挖，采取爆破开挖时应选取合适的爆破方式，如光面爆破等，同时控制进尺长度。下部第一层对称拉边槽V施工，再拉中槽VI施工，以确保拱脚围岩及拱脚纵梁稳定，第二、三层大台阶拉中槽VII、IX施工，然后对称拉边槽VIII、X施工，以加快施工速度，提高施工效率。拉边槽V、VIII、X施工时，应在距侧墙1. 5m的区域采用光面爆破或非爆破法施工，以减少对拱脚的损伤。施做拱脚纵梁前，应认真做好拱脚围岩加固，确保地基承载力满足要求，并加强拱脚纵梁的沉降监测。
权利要求
1.一种岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法，所述的大型地下结构拱部为大跨单拱形式，下部为直边墙单柱形式，其特征在于所述的方法包括按顺序进行的下列步骤 1)首先在待开挖的大型地下结构的一侧进行斜井(27)的施工，斜井(27)洞身采用暗挖台阶法施工，口部采用明挖法施工； 2)在待开挖的大型地下结构的掌子面上两个拱部侧导坑(25)拱圈外侧边缘部位施做一排由交替设置的多个小导管(I)和多个大管棚(2)构成的超前支护； 3)采用台阶法对拱部侧导坑(25)上台阶I和下台阶II进行开挖，开挖完成后在拱部侧导坑(25)的拱顶内表面上及时施做一层拱部初期支护(3)，同时在拱部侧导坑(25)的内侧边缘设置临时支撑(4)，并在每个台阶处设置锁脚锚杆(5)以拱部固定初期支护(3)和临时支撑⑷； 4)在拱部中导坑(26)拱圈外侧边缘部位施做一排由交替设置的多个小导管(I)和多个大管棚(2)构成的超前支护； 5)采用台阶法对拱部中导坑(26)上台阶III进行开挖，开挖完成后在拱部中导坑(26)的拱顶内表面上及时施做一层拱部初期支护(3)； 6)在大型地下结构的两个拱脚部位分别设置2根向外侧斜下方倾斜的压浆钢管(6)并从上往下注浆，以加固拱脚部位的地基； 7)在大型地下结构的两个拱脚部位分别沿大型地下结构的长度方向设置一条钢筋混凝土结构的拱脚纵梁(7)； 8)待监控量测显示拱部初期支护(3)及围岩变形稳定时，跳段拆除临时支撑(4)，然后在拱部初期支护(3)的内表面上施作一层拱部二次初支结构(8)，并将拱部二次初支结构(8)的底脚设于拱脚纵梁(7)之上，之后对拱部初期支护(3)和拱部二次初支结构(8)之间的空间(9)进行初支背后注浆； 9)对拱部中导坑(26)下台阶IV进行开挖； 10)对位于拱部中导坑(26)及两个拱部侧导坑(25)下方的地基分三层开挖，第一层开挖先两边后中间首先对称开挖位于两侧的第一道边槽VI，然后采用非爆破施工扩挖出边槽与侧墙中间部分V 2，并在扩挖出的边槽V2的外侧及时施做呈竖直状态的侧墙初期支护(10)，然后在侧墙初期支护(10)外侧打设预应力锚索(11)及砂浆锚杆(12)，边槽V I底部略深于边槽V2，作为排水通道，以免开挖后地下水浸泡边墙，软化围岩，然后再开挖位于两个第一道边槽V I之间的第一道中槽VI ； 11)第二、三层采用先中间后两边的方式。依次开挖位于第一道中槽VI下方的第二道中槽VII、位于第一道边槽V下方的第二道边槽VIII、位于第二道中槽VII下方的第三道中槽IX以及位于第二道边槽VIII下方的第三道边槽X，并及时施做相应的侧墙初期支护(10)以及打设预应力锚索(11)和砂浆锚杆(12)； 12)在第三道边槽X和第三道中槽IX的下方铺设一层混凝土垫层(13)，混凝土垫层(13)的两端分别与两个侧墙初期支护(10)的下端相连，然后在混凝土垫层(13)和侧墙初期支护(10)的内表面上铺设一层仰拱及侧墙防水层(14)，之后在仰拱防水层(14)的上表面中部沿大型地下结构的长度方向浇筑混凝土而形成底纵梁(15)，在仰拱防水层(14)的上表面浇筑一层混凝土而形成仰拱二衬(16)，并在侧墙防水层(14)的表面浇筑一层混凝土而形成侧墙二衬(18)； 13)然后在底纵梁(15)上浇筑混凝土而形成中柱(19)，在中柱(19)上浇筑混凝土而形成中纵梁(20)，在中纵梁(20)两侧浇筑混凝土而形成中板(21)； 14)在拱部二次初支结构(8)的内表面上铺设一层拱部防水层(14)，然后在拱部防水层(14)表面上浇筑一层混凝土而形成拱部二衬(22)； 15)在第三道中槽IX内施做站台板结构(23)，最后在第三道边槽X和第三道中槽IX底部回填混凝土(24)即可完成整个大型地下结构的施工过程。
2.根据权利要求I所述的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法，其特征在于所述的拱部初期支护(3)的厚度为350_，由网构格栅钢架与喷射混凝土构筑而成，格栅钢架间距500mm。
3.根据权利要求I所述的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法，其特征在于所述的拱部二次初支结构(8)的厚度为200mm,由型钢钢架与喷射混凝土构筑而成,型钢间距500mm。
4.根据权利要求I所述的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法，其特征在于所述的临时支撑(4)由型钢钢架与喷射混凝土构筑而成。
5.根据权利要求I所述的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法，其特征在于所述的压浆钢管(6)的直径为60_，长度为5. 0m。
6.根据权利要求I所述的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法，其特征在于所述的拱脚纵梁(7)由多段组成，每段尺寸为900-1200mm宽XlOOOmm长。
7.根据权利要求I所述的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法，其特征在于所述的斜井(27)的坡度为12% 14%。
全文摘要
一种岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法。其主要包括对拱部侧导坑进行开挖、对拱部中导坑上台阶进行开挖、设置拱部双层初期支护、设置压浆钢管、设置拱脚纵梁、对拱部中导坑下台阶进行开挖、对位于拱部中导坑及两个拱部侧导坑下方的地基分三层开挖等步骤。本发明提供的岩质地层双初支分层法修建大型地下结构的方法是将超前小导管、大管棚、型钢支撑等多项技术以及PBA法、侧洞法、CRD法、台阶法等多项暗挖技术结合在一起，不仅能够较好地控制结构变形和地层沉降，而且具有工艺简单、施工组织方便、施工效率高、节省工程造价等优点。
文档编号E21D11/00GK102758632SQ20121025216
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者宋仪, 宋超业, 张先锋, 张美琴, 彭柳松, 徐福东, 朱宝玲, 李国清, 杨超峰, 熊田芳, 王宁, 王蓉蓉, 许俊峰, 韩涛 申请人:中铁隧道勘测设计院有限公司, 中铁隧道集团有限公司