浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构及施工方法，属于隧道结构领域。该结构在隧道两侧的设计边界处分别打设有一排钻孔灌注桩作为明洞边墙；每排钻孔灌注桩位于明洞内的桩壁上采用喷射混凝土抹平，形成隧道壁；两排钻孔灌注桩之间的隧道基坑底部施作有与钻孔灌注桩连成一体的仰拱，仰拱上方回填有土石层；每排钻孔灌注桩顶部通过钢筋砼冠梁连接，两排钻孔灌注桩的钢筋砼冠梁之间连接有若干条钢筋砼横撑；明洞上方的钢筋砼横撑上架设有拱形顶棚，形成拱形棚式组合明洞结构。本发明专利技术相比在保证安全的前提下，还可使隧道内空间增大，视野开阔，对通风照明均有所裨益，更经济耐用，兼顾了实用性和美观性。

【技术实现步骤摘要】
浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构及施工方法
本专利技术属于隧道结构领域，具体涉及一种浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构及施工方法。
技术介绍
当隧道埋深较浅，上覆岩土体较薄，难于采用暗挖法施工时，则应采用明挖法来开挖隧道。采用明挖法修建的隧道结构，称为明洞。多见于山区铁路、公路隧道的出入口段，或平原地区城市的地铁区间隧道，以及道路隧道和越江隧道的出入口段。明洞施工方法的选择应根据地形、地质条件和结构形式等因素确定。洞顶一般采用回填土石的形式，洞顶在条件允许的条件下还应进行洞顶复绿，回填的土石层是一层保护层，能起到阻水、防落石等作用，常规的明洞结构如图1所示。而当受地形地质条件限制难以修建拱式明洞时，边坡有小量坍落掉块和侧压力较小时，可以采用棚式明洞。棚式明洞由顶盖和内、外边墙组成，顶盖通常为梁式结构。目前部分地下明洞结构采用玻璃透明拱形顶棚，一来不遮阳，二来遭遇异物坠落不安全。此种结构材料显然不适用于隧道明洞结构顶。另外，目前隧道壁传统的建筑材料大多采用瓷砖和涂料，给交通安全带来很大隐患，给后期维护带来很多不便，有待于进一步改进。而且，现有技术中地下明洞的施工工序较多，监测工作不到位的问题。具体来说，围护结构体系容易发生转动失稳，围护结构发生倾覆、隆起和整体滑动失稳均集中在基坑底部，理论上分析其转动点位于底部。因此，整个围护结构的底部支撑上缘是量测的关键点，而非地面冠梁处。而现场一般以地面冠梁处的监测结果来指导施工，故从理论上讲监测工作不到位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构。本专利技术所采用的具体技术方案如下：浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构，其具体如下：在隧道两侧的设计边界处分别打设有一排钻孔灌注桩作为明洞边墙；每排钻孔灌注桩位于明洞内的桩壁上采用喷射混凝土抹平，形成隧道壁；两排钻孔灌注桩之间的隧道基坑底部施作有仰拱，且仰拱与钻孔灌注桩连成一体，仰拱上方回填有土石层；每排钻孔灌注桩顶部通过钢筋砼冠梁连接，两排钻孔灌注桩的钢筋砼冠梁之间连接有若干条钢筋砼横撑；明洞上方的钢筋砼横撑上架设有拱形顶棚，形成拱形棚式组合明洞结构。本专利技术采用钻孔灌注桩作为明洞边墙，在钻孔灌注桩壁上喷射混凝土抹平，不会出现衬砌背后存在一定规模的空洞或空洞回填不密实等问题。而且本专利技术为增强隧道明洞结构的整体协调性和美观，在浅埋隧道基坑冠梁处钢筋砼支撑(梁式结构)上方加盖一个拱式棚，即为拱式明洞和棚式明洞上部结构的组合，犹如建筑结构中部分门窗结构采用的上半圆和下矩形组合形式。相比一般浇筑上部衬砌砼结构形成整体式衬砌的修建结构，还可使隧道内空间增大，视野开阔，对通风照明均有所裨益。更经济耐用，实现内实外美。作为优选，考虑到前述玻璃顶棚的缺陷，再结合浅埋隧道的基本功能，所述的拱形顶采用铝板或镀锌板材质，可起到遮光、防水、能承受一般的落石等作用。作为优选，所述的隧道壁表面涂覆有银圭液体陶瓷材料作为面层。隧道壁用银圭液体陶瓷材料替代瓷砖可以解决瓷砖易脱落、易碎、难清洗等弊端，可有效解决隧道结露、渗漏、泛碱、冻融、开裂、风化等问题，特别是银圭的耐高温(1200℃)可以抗火灾。银圭液体陶瓷材料的超自洁功能解决了隧道内壁结构表面污染物清理的难题，是瓷砖、防火涂料和装饰面板的可替代材料。本专利技术的另一目的在于提供一种浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构的施工方法，其步骤如下：1)在隧道浅埋段先放坡开挖，并留置碎落台；然后沿隧道走向在隧道设计边界两侧分别施作一排钻孔灌注桩，作为隧道的围护结构；2)在钻孔灌注桩顶部浇筑钢筋砼冠梁；3)在两条钢筋砼冠梁之间支一道钢筋砼横撑；4)机械开挖上部土体段至设计隧道基坑底，此时将整个基坑围护结构作为单排桩来验算此种不利工况下各项指标是否满足规范要求；然后采用爆破开挖下部岩石段，直至开挖至仰拱外边线底，此时再次将整个基坑围护结构作为单排桩来验算此种不利工况下各项指标是否满足规范要求；5)以隧道底部支撑的设计位置上缘作为观测点，埋设量测设备对该点的变形位移进行监测；6)在两种不利工况的各项指标均满足规范要求以及基坑底部观测点变形值未达到预警值的前提下，直接施作仰拱，使仰拱与围护钻孔灌注桩连成一体，进而仰拱回填土石方至设计标高；7)在明洞上方的钢筋砼横撑上施作拱形顶棚，使拱形顶棚与钢筋砼横撑连接，形成拱形棚式组合明洞结构；8)围护钻孔灌注桩作为明洞边墙，在钻孔灌注桩靠近明洞一侧的桩壁上喷射混凝土抹平，然后施作银圭液体陶瓷材料作为隧道壁面层。作为优选，若基坑底部观测点变形值超过预警值，则需要在隧道底部增加底部支撑，以满足围护结构的整体稳定平衡要求。作为优选，所述的预警值采用《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)中深层水平位移监测报警值。作为优选，整体滑动稳定性一般较容易满足。对围护结构破坏较大的是倾覆和隆起，故最主要的验算指标是抗倾覆稳定性验算和抗隆起稳定性验算。进一步的，抗倾覆稳定性的验算公式为：式中：Ke为嵌固稳定安全系数；Eak、Epk分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力标准值，单位为kN；aa1、ap1分别为基坑外侧主动土压力合力作用点、基坑内侧被动土压力合力作用点至挡土构件底端的距离，单位为m。满足上述验算公式可视为抗倾覆稳定性符合要求。进一步的，抗隆起稳定性的验算公式如下：Nc、Nq均为地基极限承载力的计算系数，且：式中：Khe为基坑抗隆起安全系数；γm1、γm2分别为基坑外、基坑内挡土构件底面以上土的天然重度，单位为kN/m3；对多层土，取各层土按厚度加权的平均重度；ld为挡土构件的嵌固深度，单位为m；h为基坑深度，单位为m；q0为地面均布荷载，单位为kPa；c、——分别为挡土构件底面以下土的黏聚力，单位为kPa、内摩擦角，单位为度。满足上述验算公式可视为抗隆起稳定性符合要求。作为优选，仰拱回填土石方后，不再浇筑上部衬砌砼，既保证了安全，又施工迅速、经济合理。作为优选，所述的观测点位于基坑底部下方0.5～1m处。本专利技术相比一般浇筑上部衬砌砼结构形成整体式衬砌的修建方法，在保证安全的前提下，还可使隧道内空间增大，视野开阔，对通风照明均有所裨益，更经济耐用，兼顾了实用性和美观性。附图说明图1为常规的浅埋隧道基坑围护段明洞结构设计示意图；图2为本专利技术的浅埋隧道基坑围护明洞结构示意图；图3为本专利技术的浅埋隧道基坑围护明洞结构平面图(单位：cm)；图4为隧道基坑失稳机制分析示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。本专利技术整体是在明洞的上方钢筋砼支撑上方加盖一个拱式棚，即为拱式明洞和棚式明洞(梁式结构)上部结构的组合。该结构具体如图1所示，在隧道两侧的设计边界处分别沿隧道走向打设有一排钻孔灌注桩(φ80@100cm)。这两排钻孔灌注桩用于作为明洞边墙，而为了形成明洞的隧道内壁，需要在每排钻孔灌注桩位于明洞内的桩壁上采用喷射混凝土抹平，形成隧道壁。两排钻孔灌注桩之间的隧道基坑底部施作有仰拱，且仰拱与钻孔灌注桩连成一体，按设计标高，仰拱上方回填有土石层，平整后施作行车道等上部设施。每排钻孔灌注桩顶部通过10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构，其特征在于，在隧道两侧的设计边界处分别打设有一排钻孔灌注桩作为明洞边墙；每排钻孔灌注桩位于明洞内的桩壁上采用喷射混凝土抹平，形成隧道壁；两排钻孔灌注桩之间的隧道基坑底部施作有仰拱，且仰拱与钻孔灌注桩连成一体，仰拱上方回填有土石层；每排钻孔灌注桩顶部通过钢筋砼冠梁连接，两排钻孔灌注桩的钢筋砼冠梁之间连接有若干条钢筋砼横撑；明洞上方的钢筋砼横撑上架设有拱形顶棚，形成拱形棚式组合明洞结构。

【技术特征摘要】
1.一种浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构，其特征在于，在隧道两侧的设计边界处分别打设有一排钻孔灌注桩作为明洞边墙；每排钻孔灌注桩位于明洞内的桩壁上采用喷射混凝土抹平，形成隧道壁；两排钻孔灌注桩之间的隧道基坑底部施作有仰拱，且仰拱与钻孔灌注桩连成一体，仰拱上方回填有土石层；每排钻孔灌注桩顶部通过钢筋砼冠梁连接，两排钻孔灌注桩的钢筋砼冠梁之间连接有若干条钢筋砼横撑；明洞上方的钢筋砼横撑上架设有拱形顶棚，形成拱形棚式组合明洞结构。2.如权利要求1所述的浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构，其特征在于，所述的拱形顶采用铝板或镀锌板材质。3.如权利要求1所述的浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构，其特征在于，所述的隧道壁表面涂覆有银圭液体陶瓷材料作为面层。4.一种浅埋隧道基坑围护段拱形棚式组合明洞结构的施工方法，其特征在于，步骤如下：1)在隧道浅埋段先放坡开挖，并留置碎落台；然后沿隧道走向在隧道设计边界两侧分别施作一排钻孔灌注桩，作为隧道的围护结构；2)在钻孔灌注桩顶部浇筑钢筋砼冠梁；3)在两条钢筋砼冠梁之间支一道钢筋砼横撑；4)机械开挖上部土体段至设计隧道基坑底，此时将整个基坑围护结构作为单排桩来验算此种不利工况下各项指标是否满足规范要求；然后采用爆破开挖下部岩石段，直至开挖至仰拱外边线底，此时再次将整个基坑围护结构作为单排桩来验算此种不利工况下各项指标是否满足规范要求；5)以隧道底部支撑的设计位置上缘作为观测点，埋设量测设备对该点的变形位移进行监测；6)在两种不利工况的各项指标均满足规范要求以及基坑底部观测点变形值未达到预警值的前提下，直接施作仰拱，使仰拱与围护钻孔灌注桩连成一体，进而仰拱回填土石方至设计标高；7)在明洞上方的钢筋砼横撑上施作拱形顶棚，使拱形顶棚与钢筋砼横撑连接，形成拱形棚式组合明洞结构；8)围护钻孔灌注桩作为明洞边墙，在钻孔灌注桩靠近明洞一侧的桩壁上喷射混凝土抹平，然后施作银圭液体陶瓷材料作为隧道壁面层。5.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛富生，朱汉华，陈孟冲，王松林，方梁正，周立平，王开太，
申请(专利权)人：宁波市交通规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33