一种双层与单层盾构隧道间的转换结构及其施工方法
技术领域
本发明属于隧道技术领域，尤其涉及一种单洞双层的大直径盾构隧道与双洞单层的小直径盾构隧道间的转换结构及其施工方法。
背景技术
随着城市的发展，近年来我国盾构隧道特别是大直径盾构隧道得到了飞速发展。当盾构机直径足够大时，单洞双层盾构隧道随之出现。单洞双层大直径盾构隧道具有节约用地、造价经济等优点，是未来隧道领域的一大发展方向。由于城市建设条件复杂，不可避免将出现单洞双层大直径盾构隧道与双洞单层小直径盾构隧道转换的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种双层与单层盾构隧道间的转换结构及其施工方法，旨在解决单洞双层大直径盾构隧道与双洞单层小直径盾构隧道间的转换问题。
本发明是这样实现的，一种双层与单层盾构隧道间的转换结构，其包括单洞双层的大直径盾构隧道、大直径盾构隧道工作井、明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井、半明挖半盾构隧道、上层小直径盾构隧道工作井以及双洞单层的小直径盾构隧道，所述小直径盾构隧道包括分离的上层小直径盾构隧道以及下层小直径盾构隧道；所述大直径盾构隧道工作井位于所述大直径盾构隧道与所述明挖隧道之间，所述下层小直径盾构隧道工作井位于所述半明挖半盾构隧道与所述明挖隧道之间，所述上层小直径盾构隧道工作井位于所述半明挖半盾构隧道与所述小直径盾构隧道之间。
进一步的，所述大直径盾构隧道工作井、明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井均为双层钢筋混凝土框架结构，所述双层钢筋混凝土框架结构包括第一顶板、第一中板、第一底板以及第一侧墙，所述第一中板上方为上层隧道，所述第一中板下方为下层隧道，所述上层隧道的纵坡与下层隧道的纵坡不一致。
进一步的，所述上层小直径盾构隧道工作井、半明挖半盾构隧道段中的明挖隧道为单层钢筋混凝土框架结构，所述单层钢筋混凝土框架结构包括第二顶板、第二底板以及第二侧墙，所述单层钢筋混凝土框架结构的内部空间为上层隧道。
进一步的，所述大直径盾构隧道具有第三中板，所述第三中板上方为上层隧道，所述第三中板下方为下层隧道，所述大直径盾构隧道的上层隧道的纵坡与下层隧道的纵坡保持一致。
进一步的，所述大直径盾构隧道工作井的第一中板与明挖隧道段的第一中板、大直径盾构隧道段的第三中板平齐；所述大直径盾构隧道工作井的第一顶板高于所述大直径盾构隧道顶部及所述明挖隧道顶部，所述大直径盾构隧道工作井的第一底板低于所述大直径盾构隧道底部及明挖隧道底部，由所述大直径盾构隧道工作井的第一顶板、第一底板、第一侧墙形成的内净空大于所述大直径盾构隧道的外径，便于所述大直径盾构隧道进出洞。
进一步的，所述下层小直径盾构隧道工作井处，所述下层小直径盾构隧道工作井的第一顶板与所述半明挖半盾构隧道的第二顶板以及明挖隧道的第一顶板平齐；所述下层小直径盾构隧道工作井的第一中板与所述半明挖半盾构隧道的第二底板以及明挖隧道的第一中板平齐；所述下层小直径盾构隧道工作井的第一底板低于所述下层小直径盾构隧道底部及明挖隧道底部，由所述下层小直径盾构隧道工作井的第一中板、第一底板、第一侧墙形成的内净空大于所述下层小直径盾构隧道的外径，便于所述下层小直径盾构隧道进出洞。
进一步的，所述上层小直径盾构隧道工作井的第二顶板高于所述上层小直径盾构隧道顶部及所述半明挖半盾构隧道的第二顶板，所述上层小直径盾构隧道工作井的第二底板低于所述上层小直径盾构隧道底部及所述半明挖半盾构隧道的第二底板，由所述上层小直径盾构隧道工作井的第二顶板、第二底板、第二侧墙形成的内净空大于所述上层小直径盾构隧道的外径，便于所述上层小直径盾构隧道进出洞。
进一步的，所述上层小直径盾构隧道、下层小直径盾构隧道内仅布置单层行车道；所述下层小直径盾构隧道工作井进出洞口处，下层小直径盾构隧道与半明挖半盾构隧道段的明挖隧道第二底板间的结构净距不小于3m；所述上层小直径盾构隧道工作井进出洞口处，上层小直径盾构隧道与下层小直径盾构隧道呈竖向排列，两隧道结构净距不小于3m。
进一步的，所述大直径盾构隧道工作井、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井在连接盾构隧道处设临时的封头墙，同时对各工作井的封头墙外侧的一定范围的地基进行加固处理，盾构隧道进出洞时所述封头墙凿除。
进一步的，在所述大直径盾构隧道工作井的第一顶板处、下层小直径盾构隧道工作井的第一顶板与第一中板处、上层小直径盾构隧道工作井的第二顶板处分别预留用于吊装材料、设备的吊装孔。
本发明为解决上述技术问题，还提供了上述转换结构的施工方法：
1、当所述大直径盾构隧道工作井、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井为接收井时，包括以上步骤：
S11、施工所述大直径盾构隧道工作井、明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井基坑支护结构以及半明挖半盾构隧道中明挖隧道的基坑支护结构；
S12、处理所述大直径盾构隧道工作井、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井的封头墙外侧地基；
S13、施工所述大直径盾构隧道工作井、明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井的主体结构以及所述半明挖半盾构隧道中的明挖隧道的主体结构，并在所述大直径盾构隧道工作井的第一顶板处、下层小直径盾构隧道工作井的第一顶板与第一中板处，以及上层小直径盾构隧道的第二顶板处预留相应吊装孔，所述大直径盾构隧道工作井的第一中板暂不浇筑；
S14、根据盾构隧道施工进度确定两侧盾构机进洞时间，两侧盾构机进洞互不影响；
S15、大直径盾构机进洞时，按以下顺序施工：
大直径盾构机进洞—>拆除盾构机，并从所述大直径盾构隧道工作井预留的吊装孔处吊出—>大直径盾构设备吊出工作井后浇筑所述大直径盾构隧道工作井的第一中板—>最后施工大直径盾构隧道工作井的第一顶板预留吊装孔处结构；
S16、小直径盾构进洞时，按以下顺序施工：
下层小直径盾构机进洞—>拆除下层小直径盾构机，并从下层小直径盾构隧道工作井预留吊装孔处吊出—>依次施工下层小直径盾构隧道工作井第一中板与第一顶板预留吊装孔处结构—>上层小直径盾构机进洞—>拆除上层小直径盾构机，并从上层小直径盾构隧道工作井第二顶板预留吊装孔处吊出—>施工上层小直径盾构工作井第二顶板预留吊装孔处结构。
2、当所述大直径盾构隧道工作井、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井为始发井时，包括以上步骤：
S21、施工所述大直径盾构隧道工作井、明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井的基坑支护结构及半明挖半盾构隧道中的明挖隧道基坑支护结构；
S22、处理所述大直径盾构隧道工作井、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井的封头墙外侧地基；
S23、施工所述大直径盾构隧道工作井、明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井的主体结构及半明挖半盾构隧道中的明挖隧道主体结构，并在大直径盾构隧道工作井的第一顶板处、下层小直径盾构隧道工作井的第一顶板与第一中板处以及上层小直径盾构隧道的第二顶板处预留相应吊装孔，所述大直径盾构隧道工作井的第一中板暂不浇筑；
S24、根据盾构隧道施工进度要求确定两侧盾构机出洞时间，两侧盾构机出洞互不影响；
S25、大直径盾构机出洞时，按以下顺序施工：
从所述大直径盾构隧道工作井处吊入大直径盾构机设备并组装完成—>大直径盾构机出洞—>所述大直径盾构隧道工作井的第一中板施工，并在相应位置处预留吊装孔—>大直径盾构隧道施工完成—>施工所述大直径盾构隧道工作井的第一中板、第一顶板预留孔处结构。
S26、下层小直径盾构机出洞时，按以下顺序施工：
从所述下层小直径盾构隧道工作井处吊入下层小直径盾构机设备并组装完成—>下层小直径盾构机出洞—>下层小直径盾构隧道施工完成—>施工下层小直径盾构隧道工作井第一中板、第一顶板预留孔处结构。
S27、待下层小直径盾构机经过上层小直径盾构隧道工作井下方后，上层小直径盾构机出洞，上层小直径盾构机出洞时，按以下顺序施工：
从所述上层小直径盾构隧道工作井处吊入上层小直径盾构机设备并组装完成—>上层小直径盾构机出洞—>上层小直径盾构隧道施工完成—>施工上层小直径盾构隧道工作井第二顶板预留孔处结构。
3、当所述大直径盾构隧道工作井为接收井，下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井为始发井时，或所述大直径盾构隧道工作井为始发井，下层小直径盾构隧道工作井、上层小直径盾构隧道工作井为接收井时，相应施工方法可由1、2两种施工方法组合而成。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明的转换结构包括单洞双层的大直径盾构隧道、大直径盾构隧道工作井、明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井、半明挖半盾构隧道、上层小直径盾构隧道工作井以及双洞单层的小直径盾构隧道。解决了单洞双层大直径盾构隧道与双洞单层小直径盾构隧道的转换问题。该转换结构的施工方法，工序灵活，各盾构隧道进出洞可互不影响，且造价较低，可实施性强，值得大范围推广。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种单洞双层隧道与双洞单层隧道的转换结构的平面布置示意图；
图2是图1所示转换结构的纵断面布置示意图；
图3是本发明实施例提供的转换结构的大直径盾构隧道的横断面示意图；
图4是本发明实施例提供的转换结构的大直径盾构隧道工作井的横断面示意图；
图5是本发明实施例提供的转换结构的明挖隧道的横断面示意图；
图6是本发明实施例提供的转换结构的下层小直径盾构隧道工作井的横断面示意图；
图7是本发明实施例提供的转换结构的半明挖半盾构隧道的横断面示意图；
图8是本发明实施例提供的转换结构的上层小直径盾构隧道工作井的横断面示意图；
图9是本发明实施例提供的转换结构的双洞单层小直径盾构隧道的横断面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参见图1及图2，示出了本发明提供的一较佳实施例，一种双层与单层盾构隧道间的转换结构，包括单洞双层的大直径盾构隧道1、大直径盾构隧道工作井2、明挖隧道3(即全明挖隧道)、下层小直径盾构隧道工作井4、半明挖半盾构隧道5、上层小直径盾构隧道工作井6以及双洞单层的小直径盾构隧道。其中，上述小直径盾构隧道包括分离的上层小直径盾构隧道7以及下层小直径盾构隧道8。
如图1及图2所示，上述大直径盾构隧道工作井2位于大直径盾构隧道1与明挖隧道3之间，下层小直径盾构隧道工作井4位于半明挖半盾构隧道5与明挖隧道3之间，上层小直径盾构隧道工作井6位于半明挖半盾构隧道5与小直径盾构隧道之间。
请参见图4至图6，上述大直径盾构隧道工作井2、明挖隧道3、下层小直径盾构隧道工作井4均为双层钢筋混凝土框架结构，该双层钢筋混凝土框架结构包括第一顶板a1、第一中板b1、第一底板c1以及第一侧墙d1，第一中板b1上方为上层隧道，第一中板b1下方为下层隧道，上层隧道的纵坡与下层隧道的纵坡不一致。
请参见图7及图8，上述上层小直径盾构隧道工作井6、半明挖半盾构隧道5中的明挖隧道为单层钢筋混凝土框架结构，该单层钢筋混凝土框架结构包括第二顶板a2、第二底板c2以及第二侧墙d2，单层钢筋混凝土框架结构的内部空间为上层隧道。
上述大直径盾构隧道工作井2、明挖隧道3、上层小直径盾构隧道工作井6、半明挖半盾构隧道5中的明挖隧道、下层小直径盾构隧道工作井4均采用明挖法施工，结构外侧均设有基坑围护结构。
具体的，请参见图3，大直径盾构隧道1具有第三中板b3，大直径盾构隧道第三中板b3上方为上层隧道，所述第三中板b3下方为下层隧道，大直径盾构隧道1的上层隧道的纵坡与下层隧道的纵坡保持一致。大直径盾构隧道工作井2的第一中板b1与明挖隧道3的第一中板b1、大直径盾构隧道1的第三中板b3平齐。大直径盾构隧道工作井2的第一顶板a1高于大直径盾构隧道1顶部及明挖隧道3顶部，大直径盾构隧道工作井2的第一底板c1低于大直径盾构隧道1底部及明挖隧道3底部，由大直径盾构隧道工作井2的第一顶板a1、第一底板c1、第一侧墙d1形成的内净空大于大直径盾构隧道1的外径，便于大直径盾构隧道1进出洞。
明挖隧道3的上层隧道与下层隧道纵坡不同，下层隧道纵坡大于上层隧道纵坡，下层隧道结构净高为变值，在靠近大直径盾构隧道工作井2端为小值，在靠近上层直径盾构隧道工作井6端/下层小直径盾构隧道工作井4端为大值。
下层小直径盾构隧道工作井4的第一顶板a1与半明挖半盾构隧道5的第二顶板a2以及明挖隧道3的第一顶板a1平齐。下层小直径盾构隧道工作井4的第一中板b1与半明挖半盾构隧道5的第二底板c2以及明挖隧道3的第一中板b3平齐。下层小直径盾构隧道工作井4的第一底板c1低于下层小直径盾构隧道8底部及明挖隧道3底部，由下层小直径盾构隧道工作井4的第一中板b1、第一底板c1、第一侧墙d1形成的内净空大于下层小直径盾构隧道8的外径，便于下层小直径盾构隧道8进出洞。
进一步地，请参见图9，上层小直径盾构隧道7、下层小直径盾构隧道8内仅布置单层行车道。下层小直径盾构隧道工作井4进出洞口处，下层小直径盾构隧道8与半明挖半盾构隧道段5的明挖隧道3第二底板c2间的结构净距不小于3m。
上层小直径盾构隧道工作井6的第二顶板a2高于上层小直径盾构隧道7顶部及半明挖半盾构隧道5的明挖隧道的第二顶板a2。上层小直径盾构隧道工作井6的第二底板c2低于上层小直径盾构隧道段7底部及半明挖半盾构隧道段5的明挖隧道的第二底板c2。由上层小直径盾构隧道工作井6的第二顶板a2、第二底板c2、第二侧墙d2形成的内净空大于上层小直径盾构隧道7的外径，便于上层小直径盾构隧道7进出洞。
上层小直径盾构隧道工作井6进出洞口处，上层小直径盾构隧道7与下层小直径盾构隧道8呈竖向排列，两隧道结构净距不小于3m。分离的上层小直径盾构隧道段7、下层小直径盾构隧道段8可根据需要自由调整平面、纵断面布置。
大直径盾构隧道工作井2、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6在连接盾构隧道处设临时的封头墙，盾构隧道进出洞时封头墙凿除，同时对各工作井的封头墙外侧的一定范围的地基进行加固处理。下层小直径盾构隧道8先于上层小直径盾构隧道7施工。
在大直径盾构隧道工作井2的第一顶板a1处、下层小直径盾构隧道工作井4的第一顶板a1与第一中板b1处、上层小直径盾构隧道工作井6的第二顶板a2处分别预留用于吊装材料、设备的吊装孔。
本实施例还提供了上述转换结构的施工方法：
1、当大直径盾构隧道工作井2、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6为接收井时，包括以上步骤：
S11、施工大直径盾构隧道工作井2、明挖隧道3、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6基坑支护结构9以及半明挖半盾构隧道5中的明挖隧道基坑支护结构9；
S12、处理大直径盾构隧道工作井2、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6的封头墙外侧地基；
S13、施工大直径盾构隧道工作井2、明挖隧道3、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6的主体结构以及半明挖半盾构隧道5中的明挖隧道的主体结构，并在大直径盾构隧道工作井2的第一顶板a1处、下层小直径盾构隧道工作井4的第一顶板a1与第一中板b1处，以及上层小直径盾构隧道7的第二顶板a1处预留相应吊装孔，大直径盾构隧道工作井2的第一中板b1暂不浇筑；
S14、根据盾构隧道施工进度确定两侧盾构机进洞时间，两侧盾构机进洞互不影响；
S15、大直径盾构机进洞时，按以下顺序施工：
大直径盾构机进洞—>拆除盾构机，并从大直径盾构隧道工作井2预留的吊装孔处吊出—>大直径盾构设备吊出工作井后浇筑大直径盾构隧道工作井2的第一中板b1—>最后施工大直径盾构隧道工作井2的第一顶板a1预留吊装孔处结构；
S16、小直径盾构进洞时，按以下顺序施工：
下层小直径盾构机进洞—>拆除下层小直径盾构机，并从下层小直径盾构隧道工作井4预留吊装孔处吊出—>依次施工下层小直径盾构隧道工作井4第一中板b1与第一顶板a1预留吊装孔处结构—>上层小直径盾构机进洞—>拆除上层小直径盾构机，并从上层小直径盾构隧道工作井6第二顶板a2预留吊装孔处吊出—>施工上层小直径盾构工作井第二顶板a2预留吊装孔处结构。
2、当大直径盾构隧道工作井2、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6为始发井时，包括以上步骤：
S21、施工大直径盾构隧道工作井2、明挖隧道3、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6的基坑支护结构9及半明挖半盾构隧道5中的明挖隧道基坑支护结构9；
S22、处理大直径盾构隧道工作井2、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6的封头墙外侧地基；
S23、施工大直径盾构隧道工作井2、明挖隧道3、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6的主体结构及半明挖半盾构隧道5中的明挖隧道主体结构，并在大直径盾构隧道工作井2的第一顶板a1处、下层小直径盾构隧道工作井4的第一顶板a1与第一中板b1处以及上层小直径盾构隧道段7的第二顶板a2处预留相应吊装孔，大直径盾构隧道工作井2的第一中板b1暂不浇筑；
S24、根据盾构隧道施工进度要求确定两侧盾构机出洞时间，两侧盾构机出洞互不影响；
S25、大直径盾构机出洞时，按以下顺序施工：
从大直径盾构隧道工作井2处吊入大直径盾构机设备并组装完成—>大直径盾构机出洞—>大直径盾构隧道工作井2的第一中板b1施工，并在相应位置处预留吊装孔—>大直径盾构隧道段1施工完成—>施工大直径盾构隧道工作井2的第一中板b1、第一顶板a1预留孔处结构。
S26、下层小直径盾构机出洞时，按以下顺序施工：
从下层小直径盾构隧道工作井4处吊入下层小直径盾构机设备并组装完成—>下层小直径盾构机出洞—>下层小直径盾构隧道8施工完成—>施工下层小直径盾构隧道工作井4第一中板b1、第一顶板a1预留孔处结构。
S27、待下层小直径盾构机经过上层小直径盾构隧道工作井6下方后，上层小直径盾构机出洞，上层小直径盾构机出洞时，按以下顺序施工：
从上层小直径盾构隧道工作井6处吊入上层小直径盾构机设备并组装完成—>上层小直径盾构机出洞—>上层小直径盾构隧道7施工完成—>施工上层小直径盾构隧道工作井6第二顶板a2预留孔处结构。
容易理解的是，当大直径盾构隧道工作井2、下层小直径盾构隧道工作井4、上层小直径盾构隧道工作井6不同时为接收井或始发井时，参照上述两种施工方法的组合即可。
综上所述，本实施例解决了单洞双层大直径盾构隧道与双洞单层小直径盾构隧道的转换问题，工序灵活，各盾构隧道进出洞可互不影响，且造价较低，可实施性强，值得大范围推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
