阵列式矩形隧道结构及形成地下空间互联互通的施工方法与流程

本发明涉及地下工程，尤其涉及一种阵列式矩形隧道结构及形成地下空间互联互通的施工方法。

背景技术：

1、随着我国城市地下空间开发利用规模逐渐扩大，大力发展地下空间是有效缓解城市土地资源紧张、“大城市病”等问题的重要手段。未来，地下商业街、地下车库、地下娱乐场所、地下酒店、地下方舱医院等大量地下空间亟待建设。而且，上述地下空间与既有或新建地下室之间的互通，如两块商业地块之间互通、住宅小区与商业广场之间互通、地铁车站与商业广场之间互通、两相邻地铁车站之间互通等等都亟需开发。相邻地块互通后，可通过地铁、住宅小区直接为商业广场引入大量客流量，有效推动经济发展，也将推动行业发展。

2、为了能够大面积的、成网成片的联通既有或新建地下空间，使得既有或新建地下空间的功能得到较大作用的发挥或者延展，这对联通隧道的断面尺寸提出了要求，即需要按原地下空间断面扩展连通，断面面积通常超过100平方米，否则使用功能受到限制。

3、还有，当两相邻地下空间联通隧道建设时，会遇到许多工程节点，如下穿城市主干道路、下穿河道、下穿铁路、上跨地铁线路、穿越高架桥、穿越老城区、遇征地拆迁困难地段、地下管线复杂等情况，这些工程节点施工对地面变形控制、管线保护、既有结构物保护等方面要求严格，地质条件复杂，施工风险和难度都较大。现有技术中可采用矿山法、箱涵顶进法、机械法矩形顶推暗挖技术施工。

4、其中，矿山法施工通过地层加固（如冷冻法、注浆法等）的辅助措施来降低施工风险，受众多因素影响，加固效果难以控制，工期不可控。此外，矿山法暗挖工序也较复杂，质量难以保证，需要熟练工人作业，人员暴露在外存在较大的安全隐患。

5、箱涵顶进法施工，由于现场浇筑箱涵结构所需工作井场地较大，对于繁华城区而言，土地资源紧张，难以满足现场浇筑施工的要求，而且所需工期较长。此外，施工过程中掌子面敞开掘进对地层的扰动较大，特别是近距离穿越管线、铁路、地铁线路等对变形控制要求非常严格的地段，沉降不可控；遇不良地质时，人工挖土作业安全风险加倍。

6、而机械法矩形顶管暗挖技术具有无需人工暴露作业，机械化程度高、安全性好，预制结构一次成型、施工速度快，地层适应能力强，对地层扰动小、沉降可控，所需工作井场地小，无需封闭交通、无需迁改管线、对城市环境影响小，可平行顶进或上下重叠顶进施工等优点，逐渐成为繁华城区浅层地下空间施工的优选方法之一。

7、综上，在城市中存在很多既有的“孤立”地下空间，使得对地下空间资源的利用存在很大局限性。因此，如何利用既有或新建地下结构，在保证地下空间原有功能的前提下将两相邻地块之间的地下空间实现互联互通是目前面临的问题。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提供了一种结构简单，方便扩展，可靠性高，能保证地下空间原有功能前提下实现相邻地块之间互通的阵列式矩形隧道结构及形成地下空间互联互通的施工方法。

2、本发明的技术方案为：阵列式矩形隧道结构，包括至少两列隧道组，每列隧道组包括至少两层隧道，每列隧道组中的上层为矩形管节a，下层为矩形管节b，

3、所述矩形管节b的顶部设有若干导轨，所述导轨与矩形管节b中的预埋件连接，所述导轨用于矩形管节a顶进实施过程中的导向；

4、每段隧道包括依次连接的若干矩形管节，所述矩形管节为预制成型的钢筋混凝土结构，

5、所述矩形管节上预留若干注浆孔，通过所述注浆孔向矩形管节外压注减阻泥浆或固化浆液。

6、采用阵列式矩形隧道结构形成地下空间互联互通的施工方法，包括以下步骤：

7、s1、工作井施工：

8、采用明挖法在拟建阵列式隧道的两端施作基坑作为始发井和接收井，基坑开挖至设计标高后，施作基坑底板和内衬墙结构，做好每个拟建隧道的洞口结构，同时对洞门外土体进行加固处理；

9、s2、矩形隧道施工：

10、采用机械法矩形顶管暗挖施工技术，相同层按照从中间向两侧的原则依次顶进，或从左往右或从右往左的原则逐个依次顶进，不同层按照从下往上的原则进行顶进；依次顶进完成所有隧道，形成阵列式布置的顶管隧道；

11、s3、隧道外土体加固：

12、每段顶管隧道施工完成后，通过注浆孔向矩形管节外压注固化浆液，使得顶管隧道外部以及顶管隧道之间的土体固化，形成顶管隧道外的防水层；

13、s4、顶管隧道内部横向连通施工：

14、待所有矩形隧道施工完成并注浆置换加固后，根据工程使用功能，全部凿除或者局部凿除相邻矩形管节间的侧墙，同时施作纵梁和立柱结构，形成内部联通的地下空间结构；

15、s5、拆除临时结构：

16、包括用于顶管机始发与接收时用的钢支撑平台结构和顶管隧道内侧墙被破除时结构受力转换用的临时钢支撑结构；

17、s6、与既有或新建地下室结构联通：

18、临时结构拆除完成，再与工作井端头的既有或新建地下结构接驳，形成互联互通的地下空间。

19、步骤s2中，隧道施工之前，施作管棚或管幕作为超前支护。

20、步骤s2中，还包括：

21、（1）每段顶管隧道顶进前，做好工作井内受力支撑的结构转换，凿除当前拟顶管隧道洞门范围内的围护结构，做好顶管洞门结构；

22、（2）上层顶管隧道顶进前，先在下层已完成的顶管隧道内搭设临时钢支撑，后在始发井和接收井内分别施作上层顶管隧道始发及接收施工用的临时钢平台结构；

23、（3）每段顶管隧道顶进过程中，做好注浆减阻和姿态控制措施；通过所述注浆孔向管节外压注减阻泥浆；

24、（4）每段顶管正常接收后，顶管机从接收井吊出并转场至始发井，进行下一段顶管隧道施工；或者顶管机在接收井内转移至拟顶隧道洞口处，往始发井方向顶进下一段。

25、步骤s2中，在矩形管节预制时预留预应力孔道，当每段顶管隧道完成后，采用预应力张拉技术在矩形管节内穿入预应力钢束，后进行张拉、锚固、灌浆、封锚，最后在井内顶管隧道的两端施工锁口梁，将顶管隧道连成整体受力结构，同时提高防水效果；

26、其中，位于每一层中间的顶管隧道，仅在其顶板和底板穿入预应力钢束，位于最外侧的顶管隧道除顶板和底板外，还在最外侧的侧墙内穿入预应力钢束。

27、步骤s4中，

28、（1）在顶管隧道的侧墙被破除之前，先在其内部施作临时钢支撑结构；

29、（2）当前相邻侧顶管隧道被打通形成稳定的互通结构后，拆除临时钢支撑结构，待下一段相邻侧顶管隧道的侧墙破除施工，直至所有相邻侧顶管隧道的侧墙全部或局部被破除，并及时转换梁柱结构后拆临时支撑，最后形成稳定的互联互通的地下空间结构；

30、（3）不同层顶管隧道的侧墙破除及内部结构转换施工，按照从上往下的原则进行施工，同一层横向按照从左往右或从右往左的原则，纵向从始发井往接收井方向进行施工；

31、（4）侧墙破除优先采用先水钻后绳锯切割方法。

32、步骤s5中，

33、（1）同一层顶管隧道的内部转换结构均达到设计要求后，临时支撑按照先支先拆、后支后拆的原则，从始发井往接收井方向或反方向拆除；

34、（2）不同层先拆除上层隧道内部的临时钢支撑结构，后拆除工作井内用于上层顶管隧道始发与接收施工用的临时钢平台，再进行下层顶管隧道的内部结构施工，和直至下层顶管隧道内所有临时结构全部拆除，最终形成完整的阵列式顶管隧道，再通过与两端头既有或新建地下结构接驳形成互联互通的地下空间结构。

35、根据工程特点及工期需要，在选择2条顶管隧道同步施工时，同步施工的2条隧道需间隔开，同时协调好临时钢结构的搭设与拆除。

36、根据工程特点及施工条件限制，当地面无条件施工接收井时，选择将顶管机顶进至接收端设计位置后，在顶管隧道内进行原地弃壳，拆除顶管机内所有部件并从已顶通的隧道运至始发井后吊出，顶管机的钢结构壳体保留在隧道内做为初支结构，在壳体内施工二衬及防水结构，并与已顶进的顶管隧道结构浇筑成整体；被拆除的顶管部件仅需加工顶管机壳体后恢复成一台完整的顶管机，用于后续顶管隧道施工。

37、根据工程需要，顶管隧道群可全部或者局部与既有或者新建地下结构接驳，实现两相邻地块之间的互联互通。

38、根据工程特点及施工条件限制，当地面无条件施工始发井和接收井时，在拟建顶管隧道的两端与既有地下室联通的位置施工横通道，在横通道内进行顶管机始发与接收，或者与既有地下室联通的位置满足顶管始发与接收要求；

39、始发与接收用的横通道需有一端联通明挖工作井，满足顶管设备及施工的吊装、运输；

40、在横通道内始发，通过采用顶拉方式将始发端与接收端连接提供顶进力。

41、顶管通道施工完成后，再侧向破除横通道与既有或新建地下结构接驳，实现两相邻地块之间的互联互通。

42、本发明首先，在工作中采用预制钢筋混凝土管节顶进形成多层多列的顶管隧道，再在顶管隧道内施作临时支撑、破除侧墙、现浇内部结构，使阵列式的顶管隧道结构间能安全、便捷地实现互联互通。其次，通过两端头与既有或新建地下结构的接驳，最终实现两相邻地块之间能互联互通的地下大空间，将既有或新建地下空间的功能得到较大作用的发挥或者延展。

43、本发明的方法环境友好，在施工手段上有效解决了机械代替人工作业、施工安全等问题。在环境适应性上解决了繁华城区土地资源紧张、工作面受限等问题，提出弃壳接收或者在横通道内始发与接收的方案。创新性地实现了在复杂城市环境中两相邻地块之间地下空间的互联互通，具有结构简单、速度快、安全性高、综合成本低的特点。不仅可实现新建地下空间的互联互通，还可实现与既有地下空间的互联互通，将原地下空间断面扩展连通，使其使用功能不受限制，为充分利用城市地下空间资源打下良好基础。