一种洞桩暗挖顺筑地下结构及其施工方法
技术领域
本申请涉及地下结构修建技术领域，尤其涉及一种洞桩暗挖顺筑地下结构及其施工方法。
背景技术
20世纪90年代，洞桩法首次在北京地铁复八线得到成功应用，取得了很好的地层控制效果，随后在北京地铁4号线、10号线一期得到了大范围应用，积累了大量经验，目前已成为北京地铁暗挖车站的主流工法。
目前，“洞柱”工法二次衬砌的施工顺序有全逆筑法、全顺筑法、半顺半逆筑法等三种施工方式；其中，洞柱逆筑法虽然节省了许多临时横撑，但是施工空间狭窄，施工速度慢，此外在逆筑施工缝处由于受空间限制，施工中存在防水板的预留和保护困难、施工缝处的防水质量不容易保证等难题。因此，在逆筑施工缝处很容易产生渗漏水。逆筑结构施工缝处下部浇灌混凝土时，由于混凝土凝固收缩，在施工缝处很难浇灌密实而出现空隙，从而造成质量缺陷和安全隐患，影响结构实体质量和正常使用。
钢管混凝土柱是结构中的主要承载构件，钢管柱混凝土的质量关系到整个结构的安全与稳定。因导洞断面较小，受作业空间限制，钢管柱的安装精度和钢管柱混凝土施工的质量较难保证。由于导洞净空限制，钢管柱需分节，从而节点数较多，因此对钢管柱连接节点的质量需要严格控制，且中柱需采用钢管柱，在十分狭窄的导洞内进行钢管柱的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，施工难度大，作业环境差，定位精度和差异沉降控制要求高，且梁柱节点构造复杂，节点能否实现内力的有效传递，取决于节点的构造设计、施工精度和施工质量。
传统的洞柱顺筑法往往采用横向钢支撑，封闭环境下钢支撑的运输安装难度大，施工速度慢，造价高。
综上所述，现有“洞柱”工法采用逆筑法因钢管柱的运输加工、定位测量、吊装固定等作业施工难度大、作业环境差、定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂、板下施工空间狭窄、施工速度慢、施工难度大的缺点；而采用传统顺筑法存在横向钢支撑运输安装难度大，施工速度慢，造价高的缺点。
发明内容
本申请实施例中提供了一种洞桩暗挖顺筑地下结构及其施工方法，该施工方法由于能够规避钢管柱在狭窄导洞内的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，并取消了下导洞及下导洞内的条基施工，能够解决现有“洞柱”工法存在的施工难度大、作业环境差、定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂、板下施工空间狭窄、施工速度慢、施工难度大的施工难题，并能减少临时性工程、加快施工进度且降低工程造价。
本申请实施例提供一种洞桩暗挖顺筑地下结构的施工方法，该施工方法包括以下步骤：
通过横通道开挖施工导洞，在导洞挖到头后进行端头封堵；
在导洞内往下进行临时柱、永久柱和边桩的施工，并在边桩的顶部浇筑形成冠梁、在临时柱和永久柱的顶部浇筑形成顶纵梁及防水层，预留主拱二衬顶拱钢筋接驳，防水层预留接槎，施工边桩顶部侧的导洞内的主拱初支，导洞内回填施工；
由横通道内打设主拱拱顶导管，对主拱拱顶的导管进行预注浆加固地层，对称开挖至两边拱和中拱上台阶并进行支护；
继续开挖两边拱和中拱下台阶，封闭初期支护；
施工主拱二衬、侧墙和防水层，预留钢筋与后续结构接驳，防水层预留接接槎；
分步开挖至斜撑下方0.5m，施作钢腰梁及斜撑，直至开挖到基底；
铺设防水层，浇筑永久柱及永久柱底部的底纵梁，并在永久柱达到设计强度后自上而下破除临时柱；
平整地模，肥槽回填，铺设垫层和防水层，浇筑剩余底板结构；
肥槽回填，自下而上铺设防水层，浇筑侧墙和中板；
肥槽回填，铺设防水层，浇筑剩余侧墙，主体结构封闭。
优选地，在通过横通道开挖施工导洞之前，还包括：打设大管棚、导管或深孔注浆进行地层加固，并对破口进洞区域的横通道进行加固；
通过横通道开挖施工导洞，具体包括：
先开挖边导洞，后开挖中导洞，并进行实时监控、测量。
优选地，临时柱、永久柱以及边桩的桩基均采用机械成孔工艺进行施工，并且临时柱与永久柱错开布置。
优选地，永久柱采用灌注桩形式，在基底以下的永久柱的桩基为灌注桩基，在基底以上的永久柱采用型钢格构柱作为顶纵梁的支座，桩孔采用细砂回填。
优选地，永久柱的桩基采用单桩或多桩，当永久柱的桩基采用多桩形式时，底纵梁为多桩承台。
优选地，在对称开挖至两边拱和中拱上台阶并进行支护时，中拱施工和边拱施工错开一定距离。
优选地，在封闭初期支护之后，并在施工主拱二衬、侧墙和防水层之前，还包括：
在主拱初支达到设计强度后，拆除永久结构断面范围内的导洞格栅。
优选地，采用分段施工的方法施工主拱二衬，形成一道位于拟建地下空间顶部的永久横向受力多拱多跨结构，并与边桩顶部的冠梁连接形成永久横向拱盖-边桩-临时柱承载体系。
优选地，分步开挖至斜撑下方0.5m，具体包括：
通过机械开挖至垫层以上300mm位置，其余采用人工挖除；
在开挖的同时施工桩间网喷支护。
优选地，在浇筑永久柱及永久柱底部的底纵梁时，重点振捣梁柱节点部分的混凝土，确保浇筑密实，并使得顶纵梁与永久柱、以及永久柱下桩和底纵梁之间紧密连接；
在浇筑侧墙时，先浇筑的侧墙部分与后浇筑的侧墙部分之间的接头采用漏斗浇筑法进行施工，在施工缝处采用一道注浆管和两道水膨性聚氨酯止水胶，并在施工缝表面涂刷水泥基渗透结晶防水涂料。
另外，本申请实施例还提供了一种洞桩暗挖顺筑地下结构，该洞桩暗挖顺筑地下结构通过上述技术方案提供的任意一种施工方法施工形成，并包括底板、侧墙、主拱二衬、主拱初支、中板、边桩以及中桩；
所述底板、所述侧墙、所述主拱二衬、所述边桩、所述中桩以及所述中板浇注为一体结构，并围绕形成隧道；所述侧墙支撑于所述底板和所述主拱二衬之间；所述主拱初支形成于所述主拱二衬的顶部；所述中板水平地固定连接于所述侧墙之间；
所述边桩设置于所述侧墙的外侧，用于支撑所述主拱二衬的和所述主拱初支的端部；
所述中桩设置于所述侧墙之间，并由永久柱形成，用于支撑所述主拱二衬。
优选地，在所述边桩朝向所述侧墙的一侧均设置有钢腰梁，所述钢腰梁上连接有斜撑；
在所述边桩与所述侧墙之间的肥槽内浇注有混凝土。
优选地，所述斜撑为锚索。
优选地，所述主拱二衬包括中拱和边拱；
所述中拱之间以及所述中拱与所述边拱之间均设置有顶纵梁；所述边拱的另一端设置有冠梁；
所述顶纵梁位于所述中桩的顶部，并将所述中桩与所述主拱二衬连成一体结构；在所述顶纵梁与所述主拱初支之间填充有混凝土；
所述冠梁位于所述边桩的顶部，并将所述边桩和所述主拱二衬连成一体结构。
优选地，在所述边桩顶部设置有导洞，在所述导洞与所述冠梁和所述主拱初支围成的空间内填充有混凝土；
在所述导洞的顶部和所述主拱初支的顶部均分布有内部注浆的多个导管。
优选地，多个所述导管沿所述导洞的顶部和所述主拱初支的顶部均匀排列。
优选地，所述边桩和所述中桩均通过机械成孔和浇筑施工形成。
优选地，所述边桩的桩底嵌固于所述底板以下。
本申请实施例所提供的技术方案，该施工方法由于能够规避钢管柱在狭窄导洞内的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，并取消了下导洞及下导洞内的条基施工，能够解决现有“洞柱”工法存在的施工难度大、作业环境差、定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂、板下施工空间狭窄、施工速度慢、施工难度大的施工难题，并能减少临时性工程、加快施工进度且降低工程造价。此外，边桩的桩底嵌固于基底以下，能够避免边桩的桩底发生侧移，降低施工风险。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种洞桩暗挖顺筑地下结构施工方法的工艺流程图；
图2-11为采用图1中提供的施工方法在施工形成地下结构时的过程变化示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本申请实施例提供的施工方法用于在地下施工形成地下结构，该地下结构可以用于地铁的修建过程中，也可以用于其它的地下施工过程中。
实施例一
本申请实施例提供的洞桩暗挖顺筑地下结构的施工方法，如图1所示，该施工方法包括以下步骤：
步骤S10，通过横通道开挖施工导洞，在导洞挖到头后进行端头封堵；如图2结构所示，为了施工，挖了四个导洞，其中，包括两个边导洞和位于两个边导洞之间的中导洞，在通过横通道开挖施工导洞时，可以先开挖边导洞，后开挖中导洞，并进行支护、实时监控和测量；在通过横通道开挖施工导洞之前，还可以包括：打设大管棚、导管或深孔注浆进行地层加固，并对破口进洞区域的横通道进行加固；施工后形成的结构可参考图2，如图2结构中位于各导洞顶部的导管，导管在开挖导洞之前已经安装完毕，并在导管中注浆，以便对导洞定都的底层进行加固，从而提高施工的安全性；施工中，初支背后及时回填注浆,并进行实时监控量测，导洞到头后及时进行端头封堵；
步骤S20，在导洞内往下进行临时柱、永久柱和边桩的施工，并在边桩的顶部浇筑形成冠梁、在临时柱和永久柱的顶部浇筑形成顶纵梁及防水层，预留主拱二衬顶拱钢筋接驳，防水层预留接槎，施工边桩顶部侧的导洞内的主拱初支，导洞内回填施工；如图3结构所示，边桩、临时柱、永久柱的施工均从导洞内开始进行，在边桩的顶部浇筑形成冠梁，在临时柱和永久柱的顶部浇筑形成顶纵梁；为了提高地下结构基础的牢固性和稳定性，临时柱设置有临时柱下桩，永久柱设置有永久柱下桩，边桩设置有边桩下桩；并且，在对临时柱、永久柱以及边桩进行施工的过程中，临时柱、永久柱以及边桩的桩基均可以采用机械成孔工艺进行施工，并且临时柱与永久柱错开布置；永久柱可以采用灌注桩形式，在基底以下的永久柱的桩基为灌注桩基，在基底以上的永久柱采用型钢格构柱作为顶纵梁的支座，桩孔采用细砂回填；永久柱的桩基采用单桩或多桩，当永久柱的桩基采用多桩形式时，底纵梁可以为多桩承台；
步骤S30，由横通道内打设主拱拱顶导管，对主拱拱顶的导管进行预注浆加固地层，对称开挖至两边拱和中拱上台阶并进行支护；在对称开挖至两边拱和中拱上台阶并进行支护时，中拱施工和边拱施工错开一定距离；施工中需要及时对初支背后进行注浆并进行实时监控量测；如图4结构所示，通过在主拱拱顶设置注浆的导管对拱顶的地层进行加固；
步骤S40，继续开挖两边拱和中拱下台阶，封闭初期支护；如图5结构所示，在开挖两边拱和中拱下台阶以后，使开挖面与导洞的底面平齐，并使顶部的初期支护形成完整结构；
步骤S50，在主拱初支达到设计强度后，拆除永久结构断面范围内的导洞格栅；施工主拱二衬、侧墙和防水层，预留钢筋与后续结构接驳，防水层预留接接槎；施工形成主拱二衬后的结构如图6所示，在拆除导洞格栅钢架时，纵向拆除长度应根据监控量测严格控制，拆除长度不应大于6m；在施工主拱二衬的过程中，采用分段施工的方法进行施工，使主拱二衬形成一道位于拟建地下空间顶部的永久横向受力多拱多跨结构，并与边桩顶部的冠梁连接形成永久横向拱盖-边桩-临时柱承载体系；
步骤S60，分步开挖至斜撑下方0.5m，施作钢腰梁及斜撑，直至开挖到基底；如图7结构所示，斜撑的一端与钢腰梁固定连接，用于对钢腰梁进行支撑，以加强结构强度；斜撑可以采用锚索，也可以采用其它的刚性或柔性结构进行支撑；在开挖过程中，为避免对坑底土的较大扰动，机械开挖只能挖至垫层以上300mm的位置，其余采用人工挖除，并且随开挖施工桩间网喷支护；
步骤S70，铺设防水层，浇筑永久柱及永久柱底部的底纵梁，并在永久柱达到设计强度后自上而下破除临时柱；如图8结构所示，在施工过程中，为了提高施工过程中支护的可靠性和安全性，在永久柱之间设置多个临时柱，临时柱与永久柱交错设置，在挖至基底时，对基底铺设防水层，然后浇筑形成永久柱和位于永久柱底部的底纵梁，直到永久柱的结构强度达到设计强度后再自上而下拆除临时柱，临时柱即为工艺支撑柱；在浇筑永久柱及永久柱底部的底纵梁时，重点振捣梁柱节点部分的混凝土，确保浇筑密实，并使得顶纵梁与永久柱、以及永久柱下桩和底纵梁之间紧密连接；
步骤S80，平整地模，肥槽回填，铺设垫层和防水层，浇筑剩余底板结构；如图9结构所示，浇筑形成整个底板结构，并在底板靠近边桩的一侧形成部分侧墙，在侧墙与边桩之间形成肥槽，对肥槽进行回填，可以采用混凝土进行回填；
步骤S90，肥槽回填，自下而上铺设防水层，浇筑侧墙和中板；如图10结构所示，在浇筑形成底板结构的基础上，继续浇筑形成下部侧墙和中板，中板水平设置在两个侧墙之间，并与侧墙浇筑为一体结构；在下部侧墙与边桩之间形成肥槽，对肥槽进行回填，以防止在侧墙和边桩之间形成缝隙，影响地下结构的牢固性和安全性；
步骤S100，肥槽回填，铺设防水层，浇筑剩余侧墙，主体结构封闭；如图11结构所示，浇筑位于下部侧墙与主拱二衬之间的剩余侧墙，使侧墙形成整体结构，并使主体结构封闭，在中间形成地下空间；在浇筑侧墙时，先浇筑的侧墙部分与后浇筑的侧墙部分之间的接头采用漏斗浇筑法进行施工，在施工缝处采用一道注浆管和两道水膨性聚氨酯止水胶，并在施工缝表面涂刷水泥基渗透结晶防水涂料。
采用上述施工方法能够形成如图11中所示的地下结构，由于采用上述施工方法能够规避钢管柱在狭窄导洞内的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，并取消了下导洞及下导洞内的条基施工，能够解决现有“洞柱”工法存在的施工难度大、作业环境差、定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂、板下施工空间狭窄、施工速度慢、施工难度大的施工难题，并能减少临时性工程、加快施工进度且降低工程造价。
此外，边桩的桩底嵌固于基底以下，能够避免边桩的桩底发生侧移，降低施工风险。
实施例二
本申请实施例还提供了一种洞桩暗挖顺筑地下结构，如图11结构所示，该洞桩暗挖顺筑地下结构通过上述实施例提供的任意一种施工方法施工形成，并包括底板、侧墙、主拱二衬、主拱初支、中板、边桩以及中桩；底板、侧墙、主拱二衬、边桩、中桩以及中板浇注为一体结构，并围绕形成隧道；侧墙支撑于底板和主拱二衬之间；主拱初支形成于主拱二衬的顶部；中板水平地固定连接于侧墙之间；边桩设置于侧墙的外侧，用于支撑主拱二衬的和主拱初支的端部；中桩设置于侧墙之间，并由永久柱形成，用于支撑主拱二衬。
上述洞桩暗挖顺筑地下结构中取消了基底的条基，因此，在施工过程中可以取消下导洞及下导洞内条基的施工，使得在施工上述地下结构时，能够降低施工难度、加快施工进度、提高施工速度且降低工程造价；并将边桩的桩底嵌固于基底以下，能够避免边桩桩底发生侧移，有利于降低施工风险。
一种具体的实施方式中，如图11结构所示，在边桩朝向侧墙的一侧均设置有钢腰梁，钢腰梁上连接有斜撑；在边桩与侧墙之间的肥槽内浇注有混凝土。斜撑用于对边桩进行支撑，以加强边桩和地下结构的结构强度和刚度。斜撑可以为锚索等柔性构件或刚性构件。
具体地，如图5和图6结构所示，主拱二衬可以包括多个中拱和边拱；中拱之间以及中拱与边拱之间均设置有顶纵梁；边拱的另一端设置有冠梁；顶纵梁位于中桩的顶部，并将中桩与主拱二衬连成一体结构；在顶纵梁与主拱初支之间填充有混凝土；冠梁位于边桩的顶部，并将边桩和主拱二衬连成一体结构。
由于主拱二衬包括多个中拱和边拱，因此，在浇筑主拱二衬的过程中，可以采用分段施工的方法进行，有利于减小中拱的跨度和高度，进而减小施工的难度，并增强主拱二衬的结构强度，使主拱二衬形成一道位于拟建地下空间顶部的永久横向受力多拱多跨结构，并与边桩顶部的冠梁连接形成永久横向拱盖-边桩-临时柱承载体系。
为了施工方便，在边桩顶部设置有导洞，在导洞与冠梁和主拱初支围成的空间内填充有混凝土；在导洞的顶部和主拱初支的顶部均分布有内部注浆的多个导管。导管可以为钢管。多个导管沿导洞的顶部和主拱初支的顶部均匀排列。边桩和中桩均通过机械成孔和浇筑施工形成。边桩的桩底嵌固于底板以下。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
