无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法技术

本发明专利技术公开一种无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法，该方法在传统盖挖逆作法基础上采用拉森钢板桩作为地下结构施工过程中的主要围护结构，同时不预先施作竖向支撑，采用分部阶梯式开挖的方法对土体进行开挖。部分土体开挖后，在充分发挥土体自承能力的前提下，于开挖空间中对称式施作墙、柱等竖向支撑体系，完成主体结构的施作。其优点在于能够降低工程风险同时能够缩短路面恢复时间。与传统盖挖逆作法比较，该方法极大程度地缩短了从开工到恢复路面工作结束所需的时间，在保证施工安全及工程稳定性的同时减少了工期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进城市地下工程施工的方法。更具体地，涉及一种无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法。适用于软弱地层及城市复杂环境下地下结构的施工。
技术介绍
盖挖逆作法(Cut-Cover and Top-Down Excavation Method)于1951年首先在加拿大多伦多地铁施工中采用，随后在意大利米兰地铁工程中得到广发应用，当时盖挖逆作法又称为“米兰发”。在米兰地铁施工中，其创新性的使用临时盖板、盖板梁以及立柱系统，将开挖扰动造成的荷载传递到地基上，成功保证了基坑开挖的稳定性，同时又确保了路面交通能在短时间内恢复。在城市地下工程施工中，盖挖逆作法具有明挖法及暗挖法所不具有的优势。因此，自米兰地铁后，盖挖逆作法在全世界得到了广发的推广及应用。目前，城市地下工程修建量较多的国家中，以日本的盖挖逆作法施工技术最为成熟。其在施工方法、基坑支撑体系、路面盖板体系等方面都已形成了完整的理论、技术及经验体系，且发展了相应的成套产品。尤其需要注意的是，其成套产品可反复使用。我国的盖挖逆作法兴起与上世纪80年代北京地铁地下车站的修建中。随后，在总结了北京地铁采用的浅埋暗挖技术及国内外盖挖逆作技术经验后，我国采用该技术相继修建了7座地铁车站并总结了相关施工经验。此后，国内众多地铁、岩土方面的专家、学者以这些经验为依据，开展了详细的盖挖逆作法施工技术研究，这些研究包括基坑稳定性、结构受力/变形情况以及土体稳定性问题。传统盖挖逆作法首先在底面未开挖的情况下完成维护结构(如：地下连续墙等)以及必要的竖向支撑结构(如：柱、桩等)，通过将预制的盖板覆盖在挡土结构上的方法快速恢复交通，此后在盖板下方进行土方开挖工作，直至基坑底部的设计标高，在主体开挖完成后按照地面建筑物的常规施工顺序由下而上修建基坑内主要构筑物、进行防水处理等。待上述工序完成后，施作顶板，进行顶板上覆土回填并恢复地下管线。如前所述，盖挖逆作法能够解决快速恢复道路交通的问题。钢板桩作为一种较成熟的土木工程应用材料，自20世纪初开始生产以来，就逐步在欧洲、日本等国家的土木工程施工中得到应用，如：岸壁工程、防坡堤工程、护岸工程、船坞工程、围堰工程。在土木工程较发达的国家中，以日本的钢板桩技术最为成熟。自1903年钢板桩首次出现在日本三井本馆挡土墙施工中开始，日本众多地下工程开始广泛使用钢板桩作为维护结构。日本钢板桩的生产始于1931年，经过80年的发展，日本在钢板桩的产品研发、施工工法以及设计工艺上都达到了世界领先水平。国内关于钢板桩施工技术的研究主要集中在围堰工程中，与此同时，钢板桩作为地下工程永久维护结构也得到了越来越多的应用。目前，在地下工程领域，钢板桩已被广泛应用于明挖基坑或明挖车站，其支护效果已得到大量验证。在明挖基坑、车站施工中，钢板桩作为维护结构往往由圈梁、锚杆等进行支护，其所受轴力、弯矩等特征都已得到了大量研究。同时，其对土体的支护效果也从力学机理通方面通过连续介质弹性力学方法得到了解释。但是，钢板桩作为盖挖逆作法地下结构维护体系的研究还很少。目前的盖挖逆作法具有如下缺陷：1)周边环境影响大。即振动锤施工拉森钢板桩，有较大的振动、有强烈的噪音，影响地下管道管线，围护结构施工对周边环境有影响。2)安全性能差。容易造成机械伤害，高空坠落等常见的危害，基坑围护结构施工安全没有有保障。3)施工空间小。需要重型吊车、振动锤等，施工场地占用大，影响围挡以外的区域。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法。该方法在传统盖挖逆作法基础上采用拉森钢板桩作为地下结构施工过程中的主要围护结构，同时不预先施作竖向支撑，采用分部阶梯式开挖的方法对土体进行开挖。部分土体开挖后，在充分发挥土体自承能力的前提下，于开挖空间中对称式施作墙、柱等竖向支撑体系，完成主体结构的施作。该方法对周边环境影响小，安全性能好，施工空间小。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法，包括如下步骤：1)采用静压式植桩机沿主体结构外轮廓线完成钢板桩插打沿主体结构外轮廓线进行导沟的挖掘，然后在导沟两侧放置承压钢板，承压钢板上安置静压植桩机，所述静压植桩机两端的支撑部设置在承压钢板上，所述静压植桩机两端的支撑部上方设有配重件；将拉森钢板桩作为导向桩进行压桩；取消配重件，利用导向桩进行后续钢板桩插打，将静压植桩机放置于插好的拉森钢板桩之上，静压植桩机利用咬齿咬住拉森钢板桩，与之形成一个整体，借助拉森钢板桩的抗拔力以抵抗摩擦阻力，达到将拉森钢板桩压入土体的效果；拉森钢板桩身每进入土体1米，用水平靠尺、红外线定位仪对钢板桩垂直度、轴线偏移量进行一次测量、控制，压桩过程中应注意锁口对正，确保施工质量；2)开挖表层覆土至顶板标高，对主体结构顶板施工拉森钢板桩施作完毕后不再拔出，与主体结构外墙一起形成永久结构；拉森钢板桩施作完毕后，开挖表层覆土至顶板标高，进行主体结构顶板施工，顶板结构作为维护结构第一道内支撑；3)顶板施作完毕后，回填表层覆土恢复路面施工，所述顶板保留开挖出土口；从出土口处进行顶板以下土体阶梯式暗挖施工，并完成负二层顶板结构施工，负二层顶板结构作为维护结构的第二道内支撑；在阶梯式暗挖土体施工的同时，完成柱、墙永久结构的施作；重复此过程完成负二层土体开挖及主体结构的施作。优选地，所述导沟宽度1.5-1.7m，深度不小于1.0m。导沟开挖过程中对地下管线进行标识，并进行改迁或拆除，待钢板桩施工完后，进行回迁。优选地，所述承压钢板厚度≥30mm。优选地，所述静压植桩机两端的支撑部上方设有的配重件是≥63块15米长SKSP-IV型钢板桩。优选地，所述压桩时，可适当提拔、反复压入，以保证拉森钢板桩卡口闭合，同时其垂直度满足要求。优选地，所述阶梯式暗挖施工的方法包括如下具体步骤：1)出土口下方土体开挖：分别对出土口处的立柱进行一次开挖到底，然后依次对出土口附近的4个立柱进行浇筑且浇筑底板，确保出土口4个立柱形成整体。2)外墙施工：对出土口横向对应的外墙进行施工，根据地质情况，外墙竖向可分1层或2层开挖到标高，纵向开挖长度不大于5m；外墙及柱应交错式施工；此方法既能提高机械运转率也能加快施工进度，节约项目成本；3)在出土口左右两个方向，按上述施工顺序快速完成施工任务。所述阶梯式暗挖施工的方法能有效发挥土体的自承能力。本专利技术的无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法的整体施工步骤参见图3-图13所示。本专利技术的有益效果如下：1)周边环境影响小：采用静压法施工拉森钢板桩，较小的振动、无强烈的噪音，不影响地下管道管线，减少围护结构施工对周边环境的影响，避免了使用振动锤对周边建筑物的安全影响。2)利用主体结构作为内支撑：在本工程采用拉森钢板桩作为围护结构，逆作法施工的主体顶板、中板和底板结构作为围护结构横向3道内支撑，有效的减少钢板桩受土体挤压的变形，为顶板以下暗挖施工提供有利条件。3)安全性能好：静压植桩机利用已压入的拉森钢板桩为导向基础，将液压力转化为动力，逐根植入拉森钢板桩，在专人指挥下吊装、植入拉森钢板桩，不仅能较好的避免机械伤害，高空坠落，等常见的危害，还使基坑围护结构施工安全有保障。4)施工空间小：静本文档来自技高网...

【技术保护点】
无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用静压式植桩机沿主体结构外轮廓线完成钢板桩插打沿主体结构外轮廓线进行导沟的挖掘，然后在导沟两侧放置承压钢板，承压钢板上安置静压植桩机，所述静压植桩机两端的支撑部设置在承压钢板上，所述静压植桩机两端的支撑部上方设有配重件；将拉森钢板桩作为导向桩进行压桩；取消配重件，利用导向桩进行后续钢板桩插打，将静压植桩机放置于插好的拉森钢板桩之上，静压植桩机利用咬齿咬住拉森钢板桩，与之形成一个整体，借助拉森钢板桩的抗拔力以抵抗摩擦阻力，达到将拉森钢板桩压入土体的效果；2)开挖表层覆土至顶板标高，对主体结构顶板施工拉森钢板桩施作完毕后不再拔出，与主体结构外墙一起形成永久结构；拉森钢板桩施作完毕后，开挖表层覆土至顶板标高，进行主体结构顶板施工，顶板结构作为维护结构第一道内支撑；3)顶板施作完毕后，回填表层覆土恢复路面施工，所述顶板保留开挖出土口；从出土口处进行顶板以下土体阶梯式暗挖施工，并完成负二层顶板结构施工，负二层顶板结构作为维护结构的第二道内支撑；在阶梯式暗挖土体施工的同时，完成柱、墙永久结构的施作；重复此过程完成负二层土体开挖及主体结构的施作。...

【技术特征摘要】
1.无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用静压式植桩机沿主体结构外轮廓线完成钢板桩插打沿主体结构外轮廓线进行导沟的挖掘，然后在导沟两侧放置承压钢板，承压钢板上安置静压植桩机，所述静压植桩机两端的支撑部设置在承压钢板上，所述静压植桩机两端的支撑部上方设有配重件；将拉森钢板桩作为导向桩进行压桩；取消配重件，利用导向桩进行后续钢板桩插打，将静压植桩机放置于插好的拉森钢板桩之上，静压植桩机利用咬齿咬住拉森钢板桩，与之形成一个整体，借助拉森钢板桩的抗拔力以抵抗摩擦阻力，达到将拉森钢板桩压入土体的效果；2)开挖表层覆土至顶板标高，对主体结构顶板施工拉森钢板桩施作完毕后不再拔出，与主体结构外墙一起形成永久结构；拉森钢板桩施作完毕后，开挖表层覆土至顶板标高，进行主体结构顶板施工，顶板结构作为维护结构第一道内支撑；3)顶板施作完毕后，回填表层覆土恢复路面施工，所述顶板保留开挖出土口；从出土口处进行顶板以下土体阶梯式暗挖施工，并完成负二层顶板结构施工，负二层顶板结构作为维护结构的第二道内支撑；在阶梯式暗挖土体施工的同时，完成柱、墙永久结构的施作；重复此过程完成负二层土体开挖及主体结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑卓，贺少辉，汪大海，韩海生，焦广彦，王朋，郑蕾，
申请(专利权)人：中铁航空港集团第一工程有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61