一种在饱和软土中暗挖修建的大型地下结构及其修建方法技术

本发明专利技术属于地下结构暗挖修建技术领域，公开了一种在饱和软土中暗挖修建的大型地下结构及其修建方法。所述在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法包括：沿地下结构外轮廓四周打设纵向管幕，加固土体纵向逐段开挖，中间孔内设置竖向钢支撑，边孔内设置竖向钢梁，孔内空隙回填密实，分层开挖土体，水平钢支撑两端与两侧竖向钢梁顶紧，直至开挖至最下一道支撑位置；纵向分段开挖底层土体，每段开挖后即将短钢梁焊接成横向钢梁；从下往上逐层顺作结构，并拆除水平钢支撑。本发明专利技术克服了目前在饱和软土中管幕工法需要进行分仓、地表沉降大、加固范围大、施工代价高、工期长、难以修建多层结构问题。结构问题。结构问题。

【技术实现步骤摘要】
一种在饱和软土中暗挖修建的大型地下结构及其修建方法


[0001]本专利技术属于地下结构暗挖修建
，尤其涉及一种在饱和软土中暗挖修建的大型地下结构及其修建方法。

技术介绍

[0002]随着城市化的进程，地下工程周边环境日趋复杂，因周边环境制约，有时候在城市中心区域不得不采用暗挖法施工。由于传统暗挖工法存在工艺复杂、工程风险大、地表沉降大等一系列问题，在土质地层中修建大型地下结构仅由少量应用，在饱和软土地区暗挖修建大型地下结构更是几乎不可能，修建多层大型地下结构更是空白。
[0003]为了解决饱和软土地区暗挖难题，提高暗挖工法的适用性，国内相关工程技术人员对在饱和软土地区暗挖技术进行了一些尝试。国内在上海、北京、台湾等地采用了管幕+箱涵顶进或者管幕+随挖随撑的工法进行了软土地区跨路口、下穿河道、下穿机场等地下工程施工，但是这些工法均存在明显的缺陷：（1）这类工法掌子面需要辅以较大范围的全断面地层加固措施，进行分仓或者分台阶开挖，否则，掌子面暴露较高，土体纵向稳定性较差，存在较大施工风险，且沉降变形较大，一般只适用于结构高度较小的单层地下结构施工，很难进行多层地下结构的施工；（2）箱涵顶进法对顶进施工精度要求非常高，否则地表沉降控制不理想，上海中环线采用该方法穿越西郊宾馆和虹桥路工程地表沉降一度达到了26cm；（3）箱涵制作和顶进场地要求较大，在城市中心区日趋紧张的用地情况下，适用性比较差；（4）随挖随撑的方案存在支撑密集、施工缝较多，影响结构整体质量和防水性等问题。港珠澳拱北隧道在管幕+随挖随撑工法的基础上辅以管间冻结法虽然在饱和软土中成功实施了双层地下结构，但是该工程跨度较小、长距离冻结工艺代价高昂，不具有普遍应用价值。
[0004]CN111485575A公开了一种饱和软土地区超大断面管幕通道钢框架支撑施工方法，超大断面管幕通道由分布于四周的顶管隔离而成，该方法利用分仓管将所述超大断面管幕通道沿水平方向分成多个仓室，每一仓室沿竖直方向分为多个土层，每一仓室参照从上至下的顺序开挖，对完成开挖的区域同步安装用于支撑土体的钢框架支撑，所述钢框架支撑包括底梁，两根侧立柱和顶梁，上一土层内的底梁为下一土层内的顶梁，通过对钢框架支撑施加预紧力。该方法虽然可以应用于饱和软土暗挖工程，并在上海地铁14号线桂桥路站下穿曹家沟工程应用，但是该方法仍存在很大局限性。该方法增加了中间分仓管，且底部和侧部管幕直径较大，仅管幕这一项投资就大量增加；上部分仓底梁落在土上，软土地基承载力较小，且下部仓室开挖时，破裂面范围的上部仓室支撑处于松动状态，沉降风险较大，故需对几乎整个开挖断面进行注浆加固提高其地基承载力和纵向开挖的稳定性，土体加固这项投资费用也很高，分仓工作面众多，各仓室开挖时需错开一段距离，且需要做到每开挖一步即进行支撑，方可进行下一步，工序繁琐、工效低、工期长；结构范围布满密排水平和竖向支撑，对结构施工和防水质量影响较大；基于以上原因，该方法基本只用于单层地下结构的实施，用于多层结构施工既不经济也不安全。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有饱和软土地区暗挖工法存在
变形控制不佳、工程投资大、施工复杂繁琐、工期较长等一系列问题，这是因为这种方法本质还是没有摆脱传统暗挖工法的支护思路，通过将要开挖的大断面，分仓为若干个小断面，通过随挖随撑来进行施工，在饱和软土中暗挖修建地下车站等大型地下结构时适用性不强，基本上难以用来修建多层结构。为解决目前饱和软土地区现有暗挖工法尤其是大跨多层地下结构暗挖工法存在的不足，有必要提出新的思路和技术方案。

技术实现思路

[0006]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种在饱和软土中暗挖修建的大型地下结构及其修建方法。具体涉及一种在饱和软土中暗挖修建地下车站、大跨隧道及类似大跨地下工程的方法。
[0007]所述技术方案如下：一种在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法以下步骤：S1，沿车站四周外轮廓纵向顶进管幕，管幕间采用锁扣连接，疏干管幕围护范围内的地下水，并对上部管幕下方内部土体进行水平加固；S2，纵向逐段开挖加固土体，每段开挖后进行竖向挖孔，中间孔设置竖向钢支撑，边孔设置竖向钢梁，竖向钢支撑和钢梁底部均设置短钢梁，孔内空隙进行回填；在钢支撑顶部设置横向钢梁，利用钢支撑上的千斤顶施加预加力，使横向钢梁与上部管幕顶紧，横向钢梁两端与竖向钢梁塞紧焊牢；S3，开挖至第一道水平钢支撑位置，架设第一道水平钢支撑，通过设置在水平钢支撑上的千斤顶预加轴力，水平钢支撑两端与竖向钢梁顶紧；S4，逐层开挖至最下道水平钢支撑位置，架设最下道水平钢支撑，通过设置在水平钢支撑上的千斤顶预加轴力，水平钢支撑两端与竖向钢梁顶紧；S5，纵向分段开挖底层土体，每段开挖到底后将短钢梁连接成横向钢梁；S6，铺设底板防水层，施工结构底板，拆除最下道水平钢支撑；S7，逐层顺作车站结构，形成封闭结构，并对结构背后进行注浆回填；S8，拆除竖向钢支撑，完成车站施工。
[0008]在一个实施例中，在步骤S1中对上部管幕下方4m高内部土体进行水平加固；锁扣内注入油脂止水填充材料。
[0009]在一个实施例中，在步骤S1中，水平加固采用水平高压旋喷、水平深孔注浆工艺，或者进行分段水平加固。
[0010]在一个实施例中，在步骤S1中，地下水疏干后，无需持续降水。
[0011]在一个实施例中，在步骤S2中的挖孔采用机械成孔或采用人工挖孔。
[0012]在一个实施例中，在步骤S2中放置竖向支撑和钢梁前，孔底沉渣清理干净，并在孔底浇筑一层混凝土整平，并在底部埋设注浆管进行注浆加固。
[0013]在一个实施例中，在步骤S2中挖孔内空隙回填采用砂石回填，并辅以注浆措施；当底部管幕地基承载力或者刚度不足时，挖孔内空隙浇筑混凝土或者对下部管幕底部土体进行水平加固。
[0014]在一个实施例中，在步骤S1~步骤S8中，所述竖向钢支撑、横向和竖向钢梁均沿纵向设置连接杆或者剪刀撑连接成整体。
[0015]在一个实施例中，在步骤S1~步骤S8中，所述竖向和水平钢支撑上的千斤顶可采用
轴力自动补偿系统，施工过程根据变形监测情况，通过液压泵站和控制站，及时对每个千斤顶预加轴力进行适当调整，进一步控制沉降和水平位移。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种在饱和软土中暗挖修建的大型地下结构包括：管幕、竖向钢支撑、竖向钢梁、横向钢梁、水平钢支撑、短钢梁、底板、千斤顶；沿车站四周外轮廓纵向顶进的管幕，管幕间采用锁扣连接，疏干管幕围护范围内的地下水，并对上部管幕下方内部土体进行水平加固；纵向逐段开挖加固土体，每段开挖后进行竖向挖孔，中间孔设置竖向钢支撑；边孔设置竖向钢梁，竖向钢支撑和竖向钢梁底部均设置短钢梁，孔内空隙进行回填；在竖向钢支撑顶部设置横向钢梁，利用竖向钢支撑上的千斤顶施加预加力，使横向钢梁与上部管幕顶紧，横向钢梁两端与竖向钢梁塞紧焊牢；开挖至第一道水平钢支撑位置，架设第一道水平钢支撑，通过设置在水平钢支撑上的千斤顶预加轴力，水平钢支撑两端与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法，其特征在于，该方法以下步骤：S1，沿车站四周外轮廓纵向顶进管幕，管幕间采用锁扣连接，疏干管幕围护范围内的地下水，并对上部管幕下方内部土体进行水平加固；S2，纵向逐段开挖加固土体，每段开挖后进行竖向挖孔，中间孔设置竖向钢支撑，边孔设置竖向钢梁，竖向钢支撑和钢梁底部均设置短钢梁，孔内空隙进行回填；在钢支撑顶部设置横向钢梁，利用钢支撑上的千斤顶施加预加力，使横向钢梁与上部管幕顶紧，横向钢梁两端与竖向钢梁塞紧焊牢；S3，开挖至第一道水平钢支撑位置，架设第一道水平钢支撑，通过设置在水平钢支撑上的千斤顶预加轴力，水平钢支撑两端与竖向钢梁顶紧；S4，逐层开挖至最下道水平钢支撑位置，架设最下道水平钢支撑，通过设置在水平钢支撑上的千斤顶预加轴力，水平钢支撑两端与竖向钢梁顶紧；S5，纵向分段开挖底层土体，每段开挖到底后将短钢梁连接成横向钢梁；S6，铺设底板防水层，施工结构底板，拆除最下道水平钢支撑；S7，逐层顺作车站结构，形成封闭结构，并对结构背后进行注浆回填；S8，拆除竖向钢支撑，完成车站施工。2.根据权利要求1所述的在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法，其特征在于，在步骤S1中，对上部管幕下方4m高内部土体进行水平加固；锁扣内注入油脂止水填充材料。3.根据权利要求1所述的在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法，其特征在于，在步骤S1中，水平加固采用水平高压旋喷、水平深孔注浆工艺，或者进行分段水平加固。4.根据权利要求1所述的在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法，其特征在于，在步骤S1中，地下水疏干后，无需持续降水。5.根据权利要求1所述的在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法，其特征在于，在步骤S2中的挖孔采用机械成孔或采用人工挖孔。6.根据权利要求1所述的在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法，其特征在于，在步骤S2中放置竖向支撑和钢梁前，孔底沉渣清理干净，并在孔底浇筑一层混凝土整平，并在底部埋设注浆管进行注浆加固。7.根据权利要求1所述的在饱和软土中暗挖修建大型地下结构的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂子云，谭小兵，朱占国，张继清，张春雷，董秀竹，王正松，张晨明，齐峰，冯高飞，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：