一种适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法与流程

1.本发明属于盾构隧道施工技术领域，具体涉及一种适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法。


背景技术：

2.近年来，随着国家发展战略及基础设施建设的持续推进，以及高铁路网、高速公路路网、城市道路路网结构的进一步完善，盾构隧道技术已成为我国重大交通等基础设施建设中不可或缺的关键技术。
3.然而，由于受到地下空间的限制，大型起重机械设备进入盾构施工空间和开展相关作业的难度较大，同时盾构隧道成型管片拆除作业非常困难，且安全系数较低，因此，在盾构穿越风井后，实施风井原位试验管片反挖施工，其具有以下风险：
4.1)、深埋隧道与区间风井间封堵困难，其主要的原因是管片拆除过程中，易发生渗漏水，严重情况有突发涌水的可能；
5.2)、管片拆除过程中易引发隧道变形，其主要的原因是管片拆除后，管片纵向的紧密排列状态被打破，装配式结构出现放松趋势，易连带引发隧道整体变形；
6.3)、管片结构整体性易受到破坏，其主要的原因是拆除过程中，易引发隧道沉降、上浮和左右移动变形，造成管片结构失稳破坏；
7.4)、影响周边地层稳定，其主要的原因是拆除过程中导致管片位移变形，管片沉降，极易引发周围土体松动、变形、塌陷。
8.因此，随着盾构隧道建设量的不断增多，而管片拆除作业的效果会直接影响盾构隧道施工质量，因此在区间风井的狭小空间内如何安全、高效地拆除管片，成为亟待研究解决的问题。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法。
10.为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法，其包括以下步骤：
11.s1、隧道拱顶的土体去除
12.开挖土体至隧道拱顶2
±
0.5m位置时，进行保护性开挖，直至位于左右两个洞口之间的隧道拱顶的同步注浆体暴露，其中位于两个洞口之间形成多个洞圈环，每个洞圈环有多个弧形管片组装而成，且形成在洞口处的为洞口圈环；
13.s2、洞门封堵
14.a)分别自洞口圈环处开挖，凿除拱顶同步注浆包裹体，同步焊接洞门封板与洞口环背覆钢板，进行凿除部分封堵；b)逐步挖除洞口圈环的两侧土体，凿除洞圈环处两侧同步注浆包裹体，并同步焊接洞门封板与洞口环背覆钢板，同时还在洞口圈环所在的管片上逐
次增设临时支撑；c)直至洞口圈环处管片两侧土体挖除至素砼顶面，凿除两端洞口圈环处素砼及同步注浆包裹体，同步焊接钢板完成洞门的全部封堵；
15.s3、管片拆除
16.先破除位于两个洞口圈环之间中部洞圈环的顶部管片，然后沿着洞圈环管片的圆弧面依次向两侧洞口圈环拆除管片，直至两个洞口圈环之间上半圆管片均拆除后，接着逐步拆除下半圆管片，直至井内洞圈环的管片拆除完成；
17.s4、施工洞圈环梁与井内结构。
18.优选地，在s2的b)中，临时支撑包括分别设置在洞口圈环所对应管片外侧和内侧的外撑架和内撑架。通过内外支撑，避免反挖施工中，造成管片纵向的紧密排列状态被打破，防止隧道整体变形，同时也降低隧道沉降、上浮和左右移动变形，造成管片结构失稳破坏的概率。
19.根据本发明的一个具体实施和优选方面，外撑架包括位于隧道拱顶两侧的多根外撑杆，其中所述外撑杆沿着垂直于所述洞口圈环中心线方向水平支撑在所述洞口圈环处所述管片与所述风井内壁之间，且自所述隧道拱顶向底部上下依次间隔分布。这样一来，通过边挖出，边支撑的模式，以降低隧道沉降、上浮和左右移动变形概率。
20.优选地，位于两侧多根外撑杆关于隧道拱顶对称设置，或者位于两侧多根外撑杆上下间隔并错位分布。在此，通过外撑杆布局，其主要的作用，不仅能够降低隧道沉降、上浮和左右移动变形概率，而且在洞口封堵中有效的定位，同时在管片拆除中还能够起到避免管片纵向的紧密排列状态被打破。
21.进一步的，多根外撑杆中包括顶部撑杆、底部撑杆和中部撑杆，且顶部撑杆和中部撑杆所形成的长度自上而下逐步变小，中部撑杆和底部撑杆所形成的长度自中而下逐步变大，其中顶部撑杆的长度大于底部撑杆的长度，且所述底部撑杆处于隧道下半圆与素砼顶面之间。在此，外撑杆的位置也十分重要，太多不方便施工，不宜太上，也不宜太下。
22.本例中，中部撑杆有一根且沿着洞口圈环的径向延伸，顶部撑杆的长度大于底部撑杆的长度，顶部撑杆至洞口圈环顶面之间的距离为洞口圈环半径的3/5～7/10，底部撑杆处于隧道下半圆与素砼顶面之间，且底部撑杆至洞口圈环顶面之间的距离为洞口圈环半径的1.2～1.4倍。这样一来，能够准确的实施侧部土体去除时，实施外撑杆的布局的架设，使得其在特点的位置达到避免隧道沉降、上浮和左右移动变形概率，同时也便于管片的拆除。
23.优选地，内撑架包括位于已凿除同步注浆包裹体的所述洞口圈环内的多根内撑杆，其中撑杆平行或/和相交的设置。
24.本例中，管片加设临时支撑包括管片两侧采用工字钢焊接进行拉紧处理(形成外撑架)和管片内部做横纵型钢支撑(形成内撑架)。
25.根据本发明的又一个具体实施和优选方面，在s3的管片拆除时，中部洞圈环的顶部管片采用切割工具和吊装工具拆除，然后将中部洞圈环上部的管片拆除后，自拆除缺口向左或向右依次拆除至洞口圈环，直至位于两个所述洞口圈环之间的上半圆管片全部拆除。最佳的拆除方式，配合临时支撑，才能达到最佳的拆除效果：1、管片拆除过程中不易引发隧道变形；2、管片结构整体性不易受到破坏；3、不会影响周边地层稳定。
26.优选地，位于两个洞口圈环之间的下半圆管片和上半圆管片拆除过程相同。因此，管片拆除作业的效果不会影响盾构隧道施工质量。
27.优选地，在反挖施工前需对管片渗水空隙进行封堵，同时需通过管片底部注浆孔对管片底部土体注浆。开挖前对管片周围土体进行注浆，有效控制管片位移变形和管片沉降，同时增加管片外部土体的止水效果，大大减小了对周围地层的扰动。
28.此外，开挖土体过程中需对洞门进行不间断封堵，同时反挖施工中将风井或/和隧道内的明水抽排。洞门密封效果良好，无渗漏水现象。
29.由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
30.本发明在保证隧道结构连接可靠性的前提下实现管片反挖施工，可有效防止盾构隧道沉降、上浮和左右移动的变形造成管片结构的失稳破坏，保证管片的整体性，稳定周边地层。
附图说明
31.图1为本实施例适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法的主视示意图(处于同步注浆体暴露)；
32.图2为图1中自洞口圈环处的剖视示意图；
33.图3为本实施例适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法的主视示意图(自洞口圈环处开挖时)
34.图4为图3中自洞口圈环处的剖视示意图；
35.图5为本实施例适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法的主视示意图(挖除洞口圈环的两侧土体时)
36.图6为图5中自洞口圈环处的剖视示意图；
37.图7为本实施例适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法的主视示意图(挖除洞口圈环的两侧土体至下半圆管片时)
38.图8为图7中自洞口圈环处的剖视示意图；
39.图9为本实施例适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法的主视示意图(两侧土体挖除至素砼顶面时)
40.图10为图9中自洞口圈环处的剖视示意图；
41.图11为本实施例适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法的主视示意图(中部洞圈环的顶部管片时)
42.图12为图11中沿圆弧面依次向两侧洞口圈环拆除管片时示意图；
43.图13为图11中上半圆管片均拆除后的示意图；
44.图14为图11中井内洞圈环的管片拆除后的示意图；
45.图15为本实施例适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法的主视示意图(施工洞圈环梁时)
46.图16为图15中完成施工洞圈环梁与井内结构的主视示意图；
47.图17为图16中自洞口圈环处局部剖视示意图；
48.图18为图17中局部结构剖视示意图；
49.其中：f、风井；s、隧道；1、隧道拱顶；2、同步注浆体；3a、洞口圈环；3b、洞圈环；；30a、管片；4、临时支撑；4a、顶部撑杆；4b、中部撑杆；4c、底部撑杆；m、素砼顶面；5、l形钢筋；6、侧墙；7、环形钢筋；8、环端覆钢板。
具体实施方式
50.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
51.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
54.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
56.结合图1至图16所示，本实施例的适用于风井原位试验管片反挖拆除的施工方法，其包括以下步骤：
57.s1、隧道拱顶的土体去除
58.开挖土体至隧道拱顶2
±
0.1m位置时，进行保护性开挖，直至位于左右两个洞口之间的隧道拱顶1的同步注浆体2暴露，其中位于两个洞口之间形成多个洞圈环3b，每个洞圈环3b有多个弧形管片组装而成，且形成在洞口处的为洞口圈环3a；
59.s2、洞门封堵
60.a)分别自洞口圈环3a处开挖，凿除拱顶同步注浆2包裹体，同步焊接洞门封板与洞口环背覆钢板，进行凿除部分封堵；b)逐步挖除洞口圈环3a的两侧土体，凿除洞圈环处两侧同步注浆包裹体，并同步焊接洞门封板与洞口环背覆钢板，同时还在洞口圈环所在的管片
上逐次增设临时支撑4；c)直至洞口圈环处管片两侧土体挖除至素砼顶面，凿除两端洞口圈环处素砼及同步注浆包裹体，同步焊接钢板完成洞门的全部封堵；
61.s3、管片拆除
62.先破除位于两个洞口圈环之间中部洞圈环的顶部管片，然后沿着洞圈环管片的圆弧面依次向两侧洞口圈环拆除管片，直至两个洞口圈环之间上半圆管片均拆除后，接着逐步拆除下半圆管片，直至井内洞圈环的管片拆除完成；
63.s4、施工洞圈环梁与井内结构。
64.为了方便实施，在反挖施工前，需对管片渗水空隙进行封堵，加强风井和风道内明水抽排，同时还需通过管片底部注浆孔对管片底部土体注浆。
65.具体的，临时支撑4包括分别设置在洞口圈环所对应管片外侧和内侧的外撑架和内撑架。通过内外支撑，避免反挖施工中，造成管片纵向的紧密排列状态被打破，防止隧道整体变形，同时也降低隧道沉降、上浮和左右移动变形，造成管片结构失稳破坏的概率。
66.外撑架包括位于隧道拱顶两侧的多根外撑杆，其中外撑杆沿着垂直于所述洞口圈环中心线方向水平支撑在洞口圈环3a处管片与风井内壁之间，且自隧道拱顶1向底部上下依次间隔分布。这样一来，通过边挖出，边支撑的模式，以降低隧道沉降、上浮和左右移动变形概率。
67.本例中，位于两侧多根外撑杆关于隧道拱顶对称设置。在此，通过外撑杆布局，其主要的作用，不仅能够降低隧道沉降、上浮和左右移动变形概率，而且在洞口封堵中有效的定位，同时在管片拆除中还能够起到避免管片纵向的紧密排列状态被打破。
68.多根外撑杆中包括顶部撑杆4a、底部撑杆4c和中部撑杆4b，且顶部撑杆4a和中部撑杆4b所形成的长度自上而下逐步变小，中部撑杆4b和底部撑杆4c所形成的长度自中而下逐步变大，其中顶部撑杆的长度大于底部撑杆的长度，且所述底部撑杆处于隧道下半圆与素砼顶面之间。在此，外撑杆的位置也十分重要，太多不方便施工，不宜太上，也不宜太下。
69.本例中，中部撑杆4b有一根且沿着洞口圈环3a的径向延伸，顶部撑杆4a的长度大于底部撑杆的长度，底部撑杆4c处于隧道下半圆与素砼顶面m之间。
70.具体的，洞口圈环的半径为7.7m，顶部撑杆至洞口圈环顶面之间的距离为4.9m，底部撑杆至洞口圈环顶面之间的距离为10m。这样一来，能够准确的实施侧部土体去除时，实施外撑杆的布局的架设，使得其在特点的位置达到避免隧道沉降、上浮和左右移动变形概率，同时也便于管片的拆除。
71.内撑架包括位于已凿除同步注浆包裹体的洞口圈环内的多根内撑杆，其中撑杆平行或/和相交的设置，也就是说，只要内部形成能一定的顶撑即可。
72.本例中，管片加设临时支撑包括管片两侧采用工字钢焊接进行拉紧处理(形成外撑架)和管片内部做横纵型钢支撑(形成内撑架)。
73.结合图17和18所示，施工洞圈环梁与井内结构，其包括洞圈环梁施工过程和井内结构施工过程，其中洞圈环梁施工过程：采用l形钢筋5一端植筋于侧墙6，另一端焊接于洞口环背覆钢板或环端覆钢板8，穿入环形钢筋7，形成钢筋骨架；支模浇筑混凝土形成洞圈环梁，将洞口圈环3a的管片30a与风井结构连成整体。
74.井内结构施工过程：在风井内部支模，从下到上依次绑扎钢筋、浇筑混凝土，形成井内结构。
75.综上，本实施例实施过程如下：
76.1)反挖施工前需对管片渗水空隙进行封堵，加强风井和隧道内明水抽排，同时还需通过管片底部注浆孔对管片底部土体注浆；
77.2)如图1和图2所示，开挖土体至隧道拱顶的2m位置，进行保护性开挖，直至同步注浆体完全暴露；
78.3)如图3和图4所示，在左右端部洞口圈环3处开挖，凿除拱顶同步注浆包裹体，同步焊接洞门封板与洞口环背覆钢板，进行洞门封堵；
79.4)如图5和图6所示，逐步挖除管片两侧土体，凿除两端同步注浆包裹体，同步焊接洞门封板与洞口环背覆钢板，对管片加设临时支撑(管片加设临时支撑包括管片两侧采用工字钢焊接进行拉紧处理和管片内部做横纵型钢支撑)，因此，洞门进行不间断封堵和风井内明水抽排；
80.5)如图7和图8所示，逐步挖除管片两侧土体至下半圆位置，凿除两端同步注浆包裹体，同步焊接洞门封板与洞口环背覆钢板，对管片加设临时支撑(管片加设临时支撑包括管片两侧采用工字钢焊接进行拉紧处理和管片内部做横纵型钢支撑)，也就是说，依次完成顶部撑杆、中部撑杆和底部撑杆的相对连接；
81.6)如图9和图10所示，逐步挖除管片两侧土体至素砼顶面，凿除两端洞圈环处素砼及同步注浆包裹体，同步焊接钢板进行洞门封堵，洞门封堵完成。
82.7)如图11至图14所示，手动破除中间环顶部k块(管片k块采用水钻进行切割，同时运用起重机收紧进行配合，完成切割拆除)，从中间环顶部k块管片块沿圆弧面依次向两侧拆除管片，直至上半圆管片均拆除完毕；
83.8)逐步拆除下半圆管片，直至井内全部管片拆除完成；
84.9)如图15至图18所示施工洞圈环梁与井内结构。
85.综上，本实施例具有以下优点：
86.1、洞门密封效果良好，无渗漏水现象。钢板焊接连接洞门封板与洞口环背覆钢板，在开挖过程中同步焊接封堵，并同步注浆封堵。
87.2、隧道整体结构变形可控。
88.3、保护管片结构整体性。拆除前，对管片外部加设横向工字钢焊接支撑，对管片内部加设横纵型钢焊接支撑，保证整体结构受力稳定。
89.4、维持周边地层稳定。开挖前对管片周围土体进行注浆，有效控制管片位移变形和管片沉降，同时增加管片外部土体的止水效果，大大减小了对周围地层的扰动。
90.以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。