CN119021275A - 高水位地区装配式地铁隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高水位地区装配式地铁隧道施工方法，包括预制箱涵、预制承台及转运运输通道，所述预制箱涵分别有使其形成密封的端封门结构，具体施工步骤包括桩基施工、水下基槽施工、预制承台安装施工、水下基槽处理、预制箱涵沉放及水下预制箱涵对接，按照上述主要步骤在水下作业区的施工后，可形成密封腔体达到止水的水下拼接预制地铁隧道箱涵，解决了高水位地区强透水地层中利用传统现浇施工方式基坑较难达到密封止水的问题。采用预制箱涵带水拼装作业的方法，形成一套经济、高效、适应性强、施工安全与质量可控的施工技术，后期可得到广泛应用。

Description

高水位地区装配式地铁隧道施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种高水位地区装配式地铁隧道施工方法。

背景技术

常规的地铁隧道施工工艺的流程：

1.围护结构的施工：根据隧道的埋深以及结合现场的地质条件，采用合理的基坑支护形式维持土体稳定、防止土体坍塌以及截断地下水。

2.基坑降水：在开挖土层前，需要降低基坑内的地下水位。

3.土方开挖：在围护结构和基坑降水措施完成后，开始进行土方开挖，需分层、分段、分块进行土方开挖；在开挖的过程中，需及时安装支撑以保持土体的稳定。

4.垫层及主体结构施工：开挖土方至基坑底部后，应铺设垫层以防止土体坍塌和方便施工；在垫层施工完成后，进行主体结构的施工（可采用现浇钢筋混凝土结构或装配式钢筋混凝土结构两种形式），同时进行防水层的施工。

5.覆土回填及场地平整。

在高水位地区的强透水的地层中利用传统的围护结构形式存在基坑内密封止水效果不佳的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供在高水位地区装配式地铁隧道施工方法，旨在实现水下作业施工过程中，可保证预制箱涵对接形成密封止水的地铁隧道的施工方法。

本发明的技术方案是：高水位地区装配式地铁隧道施工方法，包括预制箱涵、预制承台及转运运输通道，所述预制箱涵分别有使其形成密封的端封门结构，还包括水下作业区，其中施工步骤如下：

S1、桩基施工，所述桩基施工为在水下作业区范围进行所需位置的减沉桩的安装施工；

S2、水下基槽施工，所述水下基槽施工为在所述减沉桩对应的水下位置开挖基槽并形成水域运输通道基槽，所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道连通且用于运输所述预制箱涵及预制承台；

S3、预制承台安装施工，所述预制承台安装施工为将所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道共同输送至水下的承台分别安装至对应的减沉桩上方；

S4、水下基槽处理，所述水下基槽处理为对水下基槽整平，使得与预制承台顶面齐平；

S5、预制箱涵沉放，所述预制箱涵沉放为将所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道共同输送所述预制箱涵分别安装至对应的预制承台上；

S6、预制箱涵水下对接，所述预制箱涵的水下对接为通过控制预制箱涵在水中的状态并使得两相邻两个预制箱涵接口能达到精准的对接，实现相邻预制箱涵对接并密封后，再分别拆除相应的端封门后连通形成地铁隧道。

可选地，所述预制箱涵的顶板、底板和侧壁对称地布置预应力钢索，使得增大所述预制箱涵的承载能力；

所述预制箱涵的空腔内置临时拉预应力索，使得预制箱涵结构承受压应力，进而使得其产生一定的形变即起拱效应，来应对预制箱涵结构本身所受到的荷载，当所述临时拉预应力索在所述预制箱涵安装以及覆土回填施工过程中，随着水、土压力的增大，此时起拱效应发挥作用，使得预制箱涵可逐步卸载临时拉预应力索内的应力以提高预制箱涵的承载力。

可选地，所述转运运输通道包括依次连通的陆域运输通道和水域运输通道，所述水域运输通道与所述水域运输通道基槽连通。

可选地，所述水域运输通道具有呈倾斜坡度的运输通道，所述运输通道上设置滑道，所述滑道上运行用于运输预制承台或预制箱涵的运输车，所述运输车由牵引设备驱动沿所述滑道往复运动；

所述预制箱涵的预制区内设置有预制箱涵砼底模，所述预制箱涵砼底模上设有枕木和运输气囊，利用所述牵引设备并通过所述运输气囊的滚动将所述预制箱涵从所述预制箱涵砼底模上转移至运输车上，所述运输车将所述预制箱涵通过所述牵引设备的带动下从陆域运输通道移动至水域运输通道；

随着所述运输车的运输直到所述预制箱涵逐渐脱离运输车，完全漂浮于水面上时，即所述预制箱涵进入所述水域运输通道基槽。

可选地，所述水域运输通道基槽位于所述减沉桩的相对两侧分别设有地锚，位于同侧的所述相邻两所述地锚间隔设置；

所述预制承台和所述预制箱涵通过所述运输车分别先后运输进入所述水域运输通道基槽后，所述预制承台通过所述地锚固定位置之后安装至所述减沉桩上，然后所述预制箱涵通过所述地锚固定位置之后放置至所述预制承台上。

可选地，多个所述预制箱涵分别一一放置在所述预制承台后，再利用水压力以及拉合千斤顶的共同作用下，使其相对的两两所述预制箱涵能够精准的对接。

可选地，每个所述预制箱涵的端封门形成的封闭仓内装有压载水箱，可用于远程控制预制箱涵在水中的负浮力和姿态，同时辅助两两所述预制箱涵间能够精准对接。

可选地，所述预制箱涵具有配重仓，所述配重仓内回填满素混凝土或级配砂石。

可选地，所述施工步骤还包括覆土回填，所述覆土回填包括从下至上依次回填的级配碎石层、回填碎石层及预制箱涵顶部覆土层。

可选地，所述预制箱涵的端封门形式为混凝土端封门、钢结构端封门或装配式端封门。

采用了以上技术方案，本发明的有益效果：

由于本高水位地区装配式地铁隧道施工方法包括预制箱涵、预制承台及转运运输通道，所述预制箱涵分别有使其形成密封的端封门结构，具体施工步骤包括桩基施工、水下基槽施工、预制承台安装施工、水下基槽处理、预制箱涵沉放及水下预制箱涵对接，按照上述主要步骤在水下作业区施工后，可形成密封腔体达到止水的水下拼接预制隧道，解决了填海地区强透水地层中利用传统的围护结构形式基坑内较难达到密封止水的问题，采用预制箱涵带水拼装作业的方法，形成一套经济、高效、适应性强、施工安全与质量可控的施工技术，后期可得到广泛应用。

附图说明

图1为本发明作业施工技术整体流程图；

图2为本发明实施例中施工技术中陆域及水下作业区总平面布置图；

图3为本发明实施例中施工技术中预制箱涵或预制承台运输示意图；

图4为本发明实施例中施工技术中预制箱涵浮运安装的示意图；

图5为本发明实施例中施工技术中地铁隧道的横断面图（覆土回填的示意图）；

图6为本发明实施例中施工技术中预制箱涵水下连接的示意图；

图7为本发明实施例中施工技术中预制箱涵采用预应力混凝土结构横断面图；

图8为本发明实施例中预制箱涵对接端及密封结构的结构示意图；

图9为图8的A-A剖视图。

图中所示：

；

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。

如图1和图9中共同所示，一种高水位地区装配式地铁隧道施工方法，包括预制箱涵、预制承台及转运运输通道，所述预制箱涵分别有使其形成密封的端封门结构，还包括水下作业区，其中施工步骤如下：

S1、桩基施工，桩基施工为在水下作业区范围进行所需位置的减沉桩的安装施工；

S2、水下基槽施工，水下基槽施工为在所述减沉桩对应的水下位置开挖基槽并形成水域运输通道基槽，所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道连通且用于运输所述预制箱涵及预制承台；

S3、预制承台安装施工，预制承台安装施工为将所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道共同输送至水下的承台分别安装至对应的减沉桩的上方；

S4、水下基槽处理，水下基槽处理为对水下基槽整平，使得与预制承台顶面齐平；

S5、预制箱涵沉放，预制箱涵沉放为将水域运输通道基槽与转运运输通道共同输送至水下的预制箱涵分别安装至对应的承台上；

S6、预制箱涵水下对接，预制箱涵的水下对接为通过控制预制箱涵在水中的状态并使得两相邻两个预制箱涵接口能达到精准的对接，实现相邻预制箱涵对接并密封后，再分别拆除相应的端封门后连通形成水下的地铁隧道。上述的预制箱涵的端封门形式为混凝土端封门、钢结构端封门或装配式端封门。

如图1中所示，本发明的主要方法步骤包括桩基施工、水下基槽施工、预制承台安装施工、水下基槽处理、预制箱涵沉放及水下预制箱涵对接，按照上述步骤在水下作业区的施工后，可形成密封腔体达到止水的水下拼接预制地铁隧道，解决了填海地区强透水地层中利用传统的围护结构形式基坑内较难达到密封止水的问题，采用预制箱涵带水拼装作业的方法，形成一套经济、高效、适应性强、施工安全与质量可控的施工技术，后期可得到广泛应用。

如图2和图3中所示，优选地实施例中，上述转运运输通道4优选包括依次连通的陆域运输通道40和水域运输通道41，水域运输通道41与水域运输通道基槽3连通。

如图2中所示，本发明还包括陆域作业区1，陆域作业区1包含材料及设备堆场10、箱涵及承台预制场11以及陆域运输通道40。

陆域作业区1的地基处理包括在高填方处采用强夯置换法，在低洼处采用振冲挤密法分别进行地基处理。

本实施例中，如图7中所示，预制箱涵5的顶板和底板对称地布置有预应力钢索51，预制箱涵5两侧侧壁也对称布置预应力钢索51，使得增大预制箱涵5的承载能力；

预制箱涵5的空腔内置临时拉预应力索52使得预制箱涵结构承受压应力，进而使得其产生一定的形变即起拱效应，来应对预制箱涵结构本身所受到的荷载，当临时拉预应力索52在预制箱涵5安装以及覆土回填施工过程中，随着水、土压力的增大，此时起拱效应发挥作用，使得预制箱涵可逐步卸载临时拉预应力索内的应力以提高预制箱涵的承载力。

如图3中所示，具体地，本实施中，水域运输通道41具有呈倾斜坡度1:10的运输通道410，运输通道410上设置滑道（采用钢轨滑道411等），滑道上运行用于运输预制承台6或预制箱涵5的运输车412，运输车412由牵引设备413驱动沿滑道往复运动；

预制箱涵5的预制区内设置有预制箱涵砼底模12，预制箱涵砼底模12上设有枕木13和运输气囊14，利用牵引设备413并通过运输气囊14的滚动将预制箱涵5从预制箱涵砼底模12上转移至运输车412上，运输车412将预制箱涵5通过牵引设备413的带动下从陆域运输通道40移动至水域运输通道41；

随着运输车412的运输直到预制箱涵5逐渐脱离运输车412，完全漂浮于水面上时（如图3中I-I所示，超出水位线A进行漂浮），即预制箱涵5进入水域运输通道基槽3。此时可实现预制箱涵5的浮运输，本发明的浮运过程通过计算分析完全可实现，具体分析为：设预制箱涵管节在浮运的过程中露出水面的高度为h，管节高度为H，管节宽度为B，管节长度L，水的重度为γ_w，管节总重力为G，端封门自重为Q，抗浮安全系数K；预制箱涵K=（B×L×（H-h）×γ_w）/（G+Q）>1，即该预制箱涵管节具备漂浮的条件。

如图4中所示，水域运输通道基槽3位于减沉桩7的相对两侧分别设有地锚8，位于同侧的相邻两地锚8间隔设置；

预制承台6和预制箱涵5通过上述运输车412分别先后运输进入水域运输通道基槽3后，预制承台6通过地锚8锁定位置之后安装至减沉桩7上，然后预制箱涵5通过地锚8锁定位置之后放置至预制承台6上。

如图6中所示，多个预制箱涵5分别一一放置在对应的预制承台6后，再利用水压力以及拉合千斤顶9的共同作用下，使其相对的两两预制箱涵5能够精准的对接。

每个预制箱涵5的端封门形成的封闭仓内装有压载水箱53，压载水箱为常规技术，可用于远程控制预制箱涵在水中的负浮力和姿态，同时辅助两两预制箱涵5间能够精准对接。

如图1和图5中所示，施工步骤还包括覆土回填，覆土回填包括从下至上依次回填的级配碎石层30、回填碎石层31及预制箱涵顶部覆土层32。

为方便理解发明的整体构思，现举例说明本发明的工作原理如下：

如图1中实例所示，首先根据地铁隧道的布置路径就近选址作为陆域作业区1，其包括包含材料及设备堆场10、箱涵及承台预制场11以及陆域运输通道40；该陆域作业区1采用在高填方处采用强夯置换法、低洼处采用振冲挤密法对该范围内进行地基处理；然后在地铁隧道的布置路径方向进行减沉桩7的施工以及水下基槽施工开挖，本实例中同步进行陆域作业区1的建设，基本包含预制箱涵5、预制承台6的预制工作；然后在水下基槽施工形成水域运输通道基槽3，水域运输通道基槽3与转运运输通道4连通且用于运输预制箱涵5及预制承台6；具体运输过程为利用钢轨滑道411和牵引设备413，通过陆域运输通道40、水域运输通道41将预制承台6和预制箱涵5由陆域作业区1移动至水下作业区2的深水区，再利用地锚8和牵引设备413将预制箱涵5和预制承台6移动到浅水区，即地铁隧道布置路径范围内指定位置进行水下的安装和连接。

如图3中所示，具体运输的转运方式为在预制箱涵5进行浮运前安装装配式端封门50，使其每个预制箱涵5均分别形成封闭结构，且施工时预制箱涵砼底模12上方由枕木13、运输气囊14组成，利用牵引设备413通过运输气囊14的滚动将预制箱涵5移动至运输车412上。

上述预制箱涵5移动至运输车412上方后，利用牵引设备413（卷扬机）将运输车412通过钢轨滑道411从陆域运输通道40移动至水域运输通道41，水域运输通道41具有坡度；当运输车412移动至水下作业区2的深水区时，预制箱涵5逐渐脱离运输车412，完全漂浮于水面上。处于深水区的运输车412利用牵引设备413由钢轨滑道411拉回陆域运输通道40，准备进行下一次的运输。

如图4中所示，在地铁隧道布置路径范围施工减沉桩7，其和陆域作业区1同步施工，同时地铁隧道布置路径范围进行水下开挖基槽并形成水域运输通道基槽3，在基槽的相对两侧间隔施作一组地锚8与减沉桩7位置对应，利用上述方法将预制承台6运输至水域运输通道基槽3，预制承台6利用牵引设备413和地锚8配合安装到位，使减沉桩7与预制承台6之间形成有效的连接，该预制承台6的安装为本领域内的现有技术，在此不再进行赘述。

如图6中所示，在上述水域运输通道基槽3，利用上述方法将预制箱涵5利用牵引设备413和地锚8配合安装到位，利用预制箱涵5封闭仓内的压载水箱装置53可远程控制预制箱涵5在水中的负浮力和姿态，将端封门50之间的水排除后，利用水压力以及拉合千斤顶9的共同作用下，使其能够精准的对接；

为保证地铁隧道整体的密封防水性，如图8和图9中所示，预制箱涵对接口57外周壁环形布置GINA橡胶止水带55作为第一道止水防线，OMEGA橡胶止水带56靠紧作为第二道止水防线；在预制箱涵5安装拼接完成后拆卸装配式端封门50，使各预制箱涵5形成整体连通且密封的地铁隧道。该密封技术为本领域的现有技术，不再进行一一赘述。

如图5和图1中所示，施工步骤最后还包括覆土回填，覆土回填包括对水域运输通道基槽3从下至上依次回填的级配碎石层30、回填碎石层31及地铁隧道顶部覆土层32。

展开说明即先对水域运输通道基槽的基础处理方式为先铺法，首先对基槽整平，在预制承台之间先铺级配碎石30，与预制承台6顶面齐平，采用振冲挤密方法，使其填料密实；然后填沙找平，确保基槽整体平整度。充分利用基槽开挖的碎石，并配合先进的先铺法施工工艺，进行回填碎石层31，与预制箱涵5顶面齐平，满足基床受力性能要求的同时减少了碎石开采造成的环境破坏，之后在预制箱涵5的顶部覆土。

如图7中所示，本实施例采用预应力钢筋混凝土预制箱涵进行地铁隧道的拼装，在预制混凝土箱涵5的顶、底板两侧对称地布置预应力钢索51，其作用为增大箱涵顶、底板的抗剪能力。在预制箱涵5中设置临时拉预应力索52，在预应力混凝土预制箱涵安装以及覆土回填施工过程中，随着水、土压力的增大，逐步卸载临时拉预应力索内的应力。预应力钢筋和钢索的应用不仅能提高混凝土预制箱涵的承载能力，也可提高混凝土的抗渗性能。

为用于满足施工阶段的抗浮要求，预制箱涵5还设计具有配重仓54，配重仓54内回填素混凝土或级配砂石。地铁隧道在使用阶段的抗浮系数需满足国家现行规范要求，配重仓内回填素混凝土或级配砂石的配重根据计算确定。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思举一反三均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高水位地区装配式地铁隧道施工方法，包括预制箱涵、预制承台及转运运输通道，所述预制箱涵分别有使其形成密封的端封门结构，其特征在于，还包括水下作业区，其中施工步骤如下：

S1、桩基施工，所述桩基施工为在水下作业区范围进行所需位置的减沉桩的安装施工；

S2、水下基槽施工，所述水下基槽施工为在所述减沉桩对应的水下位置开挖基槽并形成水域运输通道基槽，所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道连通且用于运输所述预制箱涵及预制承台；

S3、预制承台安装施工，所述预制承台安装施工为将所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道共同输送至水下的承台分别安装至对应的减沉桩上方；

S4、水下基槽处理，所述水下基槽处理为对水下基槽整平，使得与预制承台顶面齐平；

S5、预制箱涵沉放，所述预制箱涵沉放为将所述水域运输通道基槽与所述转运运输通道共同输送所述预制箱涵分别安装至对应的承台上；

S6、预制箱涵水下对接，所述预制箱涵的水下对接为通过控制预制箱涵在水中的状态并使得两相邻两个预制箱涵接口能达到精准的对接，实现相邻预制箱涵对接并密封后，再分别拆除相应的端封门后连通形成地铁隧道。

2.根据权利要求1所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，所述预制箱涵的顶板、底板和侧壁对称地布置预应力钢索，使得增大所述预制箱涵的承载能力；

所述预制箱涵的空腔内置临时拉预应力索，使得预制箱涵结构承受压应力，进而使得其产生一定的形变即起拱效应，来应对预制箱涵结构本身所受到的荷载，当所述临时拉预应力索在所述预制箱涵安装以及覆土回填施工过程中，随着水、土压力的增大，此时起拱效应发挥作用，使得预制箱涵可逐步卸载临时拉预应力索内的应力以提高预制箱涵的承载力。

3.根据权利要求1所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，所述转运运输通道包括依次连通的陆域运输通道和水域运输通道，所述水域运输通道与所述水域运输通道基槽连通。

4.根据权利要求3所述的一种高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，

所述水域运输通道具有呈倾斜坡度的运输通道，所述运输通道上设置滑道，所述滑道上运行用于运输预制承台或预制箱涵的运输车，所述运输车由牵引设备驱动沿所述滑道往复运动；

所述预制箱涵的预制区内设置有预制箱涵砼底模，所述预制箱涵砼底模上设有枕木和运输气囊，利用所述牵引设备并通过所述运输气囊的滚动将所述预制箱涵从所述预制箱涵砼底模上转移至运输车上，所述运输车将所述预制箱涵通过所述牵引设备的带动下从陆域运输通道移动至水域运输通道；

随着所述运输车的运输直到所述预制箱涵逐渐脱离运输车，完全漂浮于水面上时，即所述预制箱涵进入所述水域运输通道基槽。

5.根据权利要求4所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，所述水域运输通道基槽位于所述减沉桩的相对两侧分别设有地锚，位于同侧的所述相邻两所述地锚间隔设置；

所述预制承台和所述预制箱涵通过上述运输车分别先后运输进入所述水域运输通道基槽后，所述预制承台通过所述地锚固定位置之后安装至所述减沉桩上，然后所述预制箱涵通过所述地锚固定位置之后放置至所述预制承台上。

6.根据权利要求5所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，多个所述预制箱涵分别一一放置在所述预制承台后，再利用水压力以及拉合千斤顶的共同作用下，使其相对的两两所述预制箱涵能够精准的对接。

7.根据权利要求6所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，每个所述预制箱涵的端封门形成的封闭仓内装有压载水箱，可用于远程控制预制箱涵在水中的负浮力和姿态，同时辅助两两所述预制箱涵间能够精准对接。

8.根据权利要求1所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，所述预制箱涵具有配重仓，所述配重仓内回填满素混凝土或级配砂石。

9.根据权利要求1所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，所述施工步骤还包括覆土回填，所述覆土回填包括对所述水域运输通道基槽从下至上依次回填的级配碎石层、回填碎石层及预制箱涵顶部覆土层。

10.根据权利要求1至9任一项所述的高水位地区装配式地铁隧道施工方法，其特征在于，所述预制箱涵的端封门形式为混凝土端封门、钢结构端封门或装配式端封门。