横穿上部建筑桩基下方的地下通道的上下分挖式施工方法

技术领域

本发明涉及隧道下穿建筑物施工技术领域，尤其涉及一种横穿上部建筑桩基下方的地下通道的上下分挖式施工方法。

背景技术

进入21世纪以后，为了提高土地综合利用效率，地下空间开发方兴未艾。轨道交通工程、地下连接工程等均需要在地下施做通道。地下通道可采用暗挖法施工。受周边环境限制，地下通道可能出现从既有建筑物（以下称为上部建筑）下方穿过情况。桩基础是上部建筑常用的基础形式，地下通道与桩基础冲突时，不影响上部建筑使用前提下，往往采用对上部建筑桩基进行桩基托换的方法来进行支撑、以便原有支撑桩基的地下土体能够被挖走。

当建筑物桩基长度大于新建地下通道结构高度时，可采用洞内一次性开挖通道范围土体，浇筑桩基托换结构对桩基筒上部建筑连接的一端进行支撑后截断桩基位于地下土地内的部分的做法（以下将该施工方法称为通道毛坯一次成型法）。然而，当上部建筑的桩基的下端部位于新建地下通道内时，无法采用通道毛坯一次成型法来进行地下通道的施工。为此本领域迫切需要一种施工方法来实现上部建筑的桩基的下端部位于新建地下通道内时的地下通道施工的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种横穿上部建筑桩基下方的地下通道的上下分挖式施工方法，用于上部建筑的桩基的下端部位于新建地下通道内时的地下通道的施工。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种横穿上部建筑桩基下方的地下通道的上下分挖式施工方法，其特征是，包括以下步骤:1、建筑工作井；2、按地下通道的高度全断面经工作井开挖至距离上部建筑的第一排桩基的距离D的位置而形成第一段毛坯通道，在第一段毛坯通道内浇筑第一段毛坯通道部通道护壁框架，D大于桩基沿地下通道延伸方向的尺寸；3、在保留第一排桩基下部的土体的前提下继续开挖至距离上部建筑的第二排桩基的距离D的位置而形成第二段毛坯通道和第一排桩基部毛坯通道上半部，保留在第一排桩基下部的土体的强度能够满足桩基嵌固要求；4、在第一排桩基部毛坯通道上半部内浇筑桩基托换结构的上半部分和在第二段毛坯通道内浇筑第二段毛坯通道部通道护壁框架，第一段毛坯通道部通道护壁框架、桩基托换结构的上半部分和第二段毛坯通道部通道护壁框架浇筑在一起而支撑住所述第一排桩基；5、截去第一排桩基位于第一排桩基部毛坯通道内的部分，挖走所述保留在第一排桩基下部的土体而形成第一排桩基部毛坯通道下半部，在第一排桩基部毛坯通道下半部内浇筑桩基托换结构的下半部分，第一排桩基部毛坯通道上半部和第一排桩基部毛坯通道下半部构成第一排桩基部毛坯通道，桩基托换结构的上半部分和桩基托换结构的下半部分合围在一起构成桩基托换结构；6、按照步骤3至5的方法穿越上部建筑的所有的伸入通道区域内的桩基而完成整个地下通道的施工。本发明解决了上部建筑的桩基的下端部位于新建地下通道内时的地下通道的施工问题，能够在保障上部建筑的安全性及控制上部建筑的沉降，并保证地下通道的顺利进行。该方法由于桩基托换结构的上半部和其两端的通道护壁框架位分段施工来完成的，对应岩质土体来说能够可靠地控制上部建筑的沉降，如果土体为泥质时，则在挖走保留在桩基下部的土体后，会产生桩基托换结构的上半部分下移超标而产生上部建筑沉降超范围的现象，从容影响建筑安全，现有的解决该问题的方法为通过增厚桩基托换结构和通道护壁框架壁厚来提高桩基托换结构同通道护壁框架的连接强度。该方法会导致施工时挖除的土方量增加。

作为优选，步骤4的具体过程为：4.1、在第一排桩基部毛坯通道上半部内安装由钢板制作而成的拱形的金属面层，金属面层的一端同第一段毛坯通道部通道护壁框架密封对接在一起、另一端设有外折边，第一段毛坯通道部通道护壁框架、金属面层、外折边和第一排桩基部毛坯通道上半部的土体围出浇筑腔，所述金属面层位于浇筑腔一侧的表面上固定有若干沿金属面层周向分布的浇筑管，浇筑管沿地下通道的延伸方向延伸，浇筑管的周面上设有若干混凝土流出口，浇筑管的输入口位于浇筑管远离第一段毛坯通道部通道护壁框架的一端；4.2、混凝土依次经过浇筑管的输入口、建筑管和混凝土流出口而进入所述浇筑腔内形成混凝土层，混凝土层将金属面层、第一排桩基部毛坯通道上半部的土体和第一段毛坯通道部通道护壁框架浇筑在一起，浇筑混凝土到浇筑腔的过程中金属面层构成浇筑模具和模具支撑；4.3、浇筑所述第二段毛坯通道部通道护壁框架。该方法适用于泥质土体的施工，能够在不增加桩基托换结构和通道护壁框架壁厚的前提下有效防止上部建筑沉降；所述第一段毛坯通道部通道护壁框架的端面上设有若干悬挂孔，所述浇筑管的一端悬挂在所述悬挂孔内、所述浇筑管的另一端浇筑在所述第二段毛坯通道部通道护壁框架内。不需要搭建满堂支架进行支撑，不需要撤除模具，施工方便。钢板的厚度为1厘米以上。能够使得整个浇筑腔内被可靠地注满浆。建成后的桩基托换结构的强度好。

作为优选，所述浇筑管上设有若干沿浇筑管延伸方向分布的助力杆，所述助力杆的一端同浇筑管通过轴销铰接在一起，所述轴销垂直于浇筑管，所述浇筑管设有供助力杆同浇筑管连接的一端进出的过孔，助力杆同浇筑管连接的一端设有位于浇筑管内的推杆；助力杆以轴销为轴转动到合拢在浇筑管上时，推杆阻拦在浇筑管内，助力杆位于所述浇筑腔内；在浇筑混凝土到浇筑腔之前，通过顶杆插入浇筑管内去顶推杆，推杆驱动助力杆以轴销为轴转动而使得助力杆同浇筑管分开到插入第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内。能够提高混混凝土层的强度和连接可靠性。强度的增加不会导致土方挖除量的增加。

作为优选，所述助力杆的外表面上设有若干钢爪，助力杆同浇筑管分开到插入第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内时、有所述钢爪位于第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内。能够提高桥桩基托换结构的上半部分同土体之间的连接可靠性。

作为优选，所述助力杆为仅同浇筑管连接的一端设有助力杆部进口的盲管结构，所述钢爪有四排，同一排钢爪中的钢爪沿助力杆的延伸方向分布，四排钢爪沿助力杆的周向分布，两排钢爪的分布方向同另外两排钢爪的分布方向垂直，两排钢爪沿轴销的径向分布、另外两排钢爪沿轴销的轴向分布，沿轴销径向分布的钢爪同助力杆固接在一起，助力杆上设有两排沿轴销轴向分布的钢爪连接通孔，沿轴销的轴向分布的两排钢爪一一对应且能够伸缩地穿设在所述钢爪连接通孔内，所述顶杆为朝向第一段毛坯通道部通道护壁框架的一端封闭另一端敞开的盲管结构，所述顶杆上设有若干能够同所有的助力杆上的所述助力杆部进口一一对应地对齐的吹气孔，所述吹气孔同所述助力杆部进口对齐时，吹气孔同助力杆部进口密封对接在一起；助力杆合拢在浇筑管上时，沿轴销轴向分布的两排钢爪中的钢爪收缩在助力杆内；顶杆驱动助力杆以轴销为轴转动而同浇筑管分开后，给顶杆内鼓气而使得助力杆内的气压上升到将两排沿轴销轴向分布的钢爪推出助力杆，拔出顶杆，通过浇筑管注入混凝土到浇筑腔和助力杆摆动时在土体内形成的划槽内。能够提高桩基托换结构的结构强度和注浆注满间隙的可靠性。

作为优选，所述助力杆内设有两片塑料膜，塑料膜的周缘同助力杆内表面密封连接在一起形成两个同助力杆的内部空间断开的腔体，两排沿轴销轴向分布的钢爪的内端一一对应地位于两个所述腔体内。既能够方便地防止从钢爪连接通孔处漏气，又能够使得钢爪伸出时省力。

作为优选，沿轴销轴向分布的钢爪的内端设有防止钢爪脱出助力杆的倒钩。连接可靠性好。

作为优选，所述顶杆的两端转动支撑在所述浇筑管上，所述顶杆设有所述吹气孔的部位的外周面上设有突出于顶杆且沿吹气孔周向延伸的橡胶密封圈；顶杆插入浇筑管的过程中，橡胶密封圈和助力杆同浇筑管连接的一端错开、顶杆的整个外周面同浇筑管的内周面之间间隔开、顶杆的整个外周面和助力杆同浇筑管连接的一端之间间隔开，顶杆插入浇筑管到驱动所有的助力杆都同浇筑管分开后、转动顶杆而使得吹气孔同助力杆部进口对齐，吹气孔同助力杆部进口对齐时、助力杆同浇筑管连接的一端同顶杆之间通过所述橡胶密封圈密封连接在一起。既能够使得顶杆插入去驱动助力杆展开时省力，又能够保证助力杆部进口和吹气孔可靠地密封对接在一起而防止漏气。

作为优选，所述浇筑管远离第一段毛坯通道部通道护壁框架的一端设有端板、另一端设有支撑圆环，所述支撑环通过连接筋连接在浇筑管的内表面上，浇筑管的输入口偏心设置在所述端板上，所述顶杆的一端设有穿设在所述支撑圆环内的圆连接销、另一端穿设在所述浇筑管的输入口内，所述支撑圆孔、支撑圆环和顶杆三者同轴。转到上料，能够使得顶杆的外径最大化。

作为优选，助力杆合拢到浇筑管上时，助力杆位于浇筑管的外部。能够提高制作时的方便性和使得浇筑管管径较小。

作为优选，所述浇筑管和助力杆都为金属结构。能够提高混凝土层的强度和桩基托换结构的强度。

本发明具有如下有益效果：本发明解决了上部建筑的桩基的下端部位于新建地下通道内时的地下通道的施工问题，能够在保障上部建筑的安全性及控制上部建筑的沉降，并保证地下通道的顺利进行。

附图说明

图1是地下通道完成步骤1和步骤2时的地下通道示意图；

图2是地下通道完成步骤3时的地下通道示意图；

图3是地下通道完成步骤4时的地下通道示意图；

图4是地下通道完成步骤5时的地下通道示意图；

图5是地下通道进行步骤6时的示意图

图6是桩基托换结构的上半部施工过程中沿地下通道延伸方向进行观察时的示意图；

图7是图6的A处的局部放大示意图；

图8是图7的B处的局部放大示意图；

图9是图6的剖视且助力杆处于展开状态时的示意图；

图10是图9的D处的局部放大示意图；

图11是图6的剖视且助力杆合拢在浇筑管上和没有插入顶杆时的示意图；

图12是图11的E处的局部放大示意图

图13是桩基托换结构的上半部施工完成但第一排桩基没有截断时沿地下通道延伸方向进行观察时的示意图；

图14是图13的C—C剖视示意图。

图中：工作井1、距离上部建筑的第一排桩基的距离L、第一段毛坯通道2、第一段毛坯通道部通道护壁框架3、第一排桩基4、上部建筑5、第二排桩基6、第二段毛坯通道7、第一排桩基部毛坯通道上半部8、保留在第一排桩基下部的土体9、桩基托换结构的上半部分10、第二段毛坯通道部通道护壁框架11、桩基托换结构的下半部分13、桩基托换结构14、金属面层15、外折边16、第一排桩基部毛坯通道上半部的土体12、浇筑腔17、浇筑管18、混凝土流出口19、浇筑管的输入口20、混凝土层21、悬挂孔22、助力杆23、轴销24、过孔25、推杆26、顶杆27、划槽28、混凝土凸块29、钢爪30、助力杆部进口31、钢爪连接通孔32、吹气孔33、塑料膜34、腔体35、倒钩36、端板37、支撑圆环38、连接筋39、圆连接销40、橡胶密封圈41、锥面段42/沿轴销径向分布的钢爪43、沿轴销轴向分布的钢爪44。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的阐述。

参见图1到图5，1、一种横穿上部建筑桩基下方的地下通道的上下分挖式施工方法，包括以下步骤:1、在地下通道所在位置的建筑位于地下通道两端的两个工作井1；2、按地下通道的高度全断面经工作井开挖至距离上部建筑的第一排桩基的距离L为D的位置而形成第一段毛坯通道2，在第一段毛坯通道内浇筑第一段毛坯通道部通道护壁框架3，D大于桩基沿地下通道延伸方向（即图1中的左右方向）的尺寸；3、在保留第一排桩基4下部的土体的前提下继续开挖至距离上部建筑5的第二排桩基6的距离D的位置而形成第二段毛坯通道7和第一排桩基部毛坯通道上半部8，保留在第一排桩基下部的土体9的强度能够满足桩基嵌固要求；4、在第一排桩基部毛坯通道上半部内浇筑桩基托换结构的上半部分10而支撑住第一排桩基和在第二段毛坯通道内浇筑第二段毛坯通道部通道护壁框架11，第一段毛坯通道部通道护壁框架、桩基托换结构的上半部分和第二段毛坯通道部通道护壁框架浇筑在一起而支撑住第一排桩基；5、截去第一排桩基位于第一排桩基部毛坯通道内的部分，挖走保留在第一排桩基下部的土体而形成第一排桩基部毛坯通道下半部，在第一排桩基部毛坯通道下半部内浇筑桩基托换结构的下半部分13，第一排桩基部毛坯通道上半部和第一排桩基部毛坯通道下半部构成第一排桩基部毛坯通道，桩基托换结构的上半部分和桩基托换结构的下半部分合围在一起构成桩基托换结构14；6、按照步骤3至5的方法穿越上部建筑的所有的伸入通道区域内的桩基而完成整个地下通道的施工。

参见图6到图14，步骤4的具体过程为：4.1、在第一排桩基部毛坯通道上半部8内安装由钢板制作而成的拱形的金属面层15，金属面层的一端同第一段毛坯通道部通道护壁框架密封对接在一起、另一端设有外折边16，第一段毛坯通道部通道护壁框架、金属面层、外折边和第一排桩基部毛坯通道上半部的土体12围出浇筑腔17，金属面层位于浇筑腔一侧的表面上固定有若干沿金属面层周向分布的浇筑管18，浇筑管为金属圆管。浇筑管沿地下通道的延伸方向延伸，浇筑管的周面上设有若干混凝土流出口19，浇筑管的输入口20位于浇筑管远离第一段毛坯通道部通道护壁框架的一端；4.2、混凝土依次经过浇筑管的输入口、建筑管和混凝土流出口而进入所述浇筑腔内形成混凝土层21，混凝土层将金属面层、第一排桩基部毛坯通道上半部的土体和第一段毛坯通道部通道护壁框架浇筑在一起，浇筑混凝土到浇筑腔的过程中金属面层构成浇筑模具和模具支撑；4.3、浇筑第二段毛坯通道部通道护壁框架；第一段毛坯通道部通道护壁框架的端面上设有若干悬挂孔22，浇筑管的一端悬挂在悬挂孔内、浇筑管的另一端浇筑在第二段毛坯通道部通道护壁框架内。浇筑管上设有若干沿浇筑管延伸方向分布的助力杆23，助力杆的一端同浇筑管通过轴销24铰接在一起，轴销垂直于浇筑管，浇筑管设有供助力杆同浇筑管连接的一端进出的过孔25，助力杆同浇筑管连接的一端设有位于浇筑管内的推杆26；助力杆以轴销为轴转动到合拢在浇筑管上时，推杆阻拦在浇筑管内，助力杆位于浇筑腔内且位于浇筑管的外部；在浇筑混凝土到浇筑腔之前，通过顶杆27插入浇筑管内去顶推杆，推杆驱动助力杆以轴销为轴转动而使得助力杆同浇筑管分开到插入第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内。助力杆展开时在第一排桩基部毛坯通道上半部的土体第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内形成划槽28，混凝土也注入划槽内形成混凝土凸块29。助力杆的外表面上设有若干钢爪30，助力杆同浇筑管分开到插入第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内时、有钢爪位于第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内（本实施例为钢爪全部位于第一排桩基部毛坯通道上半部的土体内）。助力杆为仅同浇筑管连接的一端设有助力杆部进口31的盲管结构，钢爪有四排，同一排钢爪中的钢爪沿助力杆的延伸方向分布，四排钢爪沿助力杆的周向分布，两排钢爪的分布方向同另外两排钢爪的分布方向垂直，两排钢爪沿轴销的径向分布、另外两排钢爪沿轴销的轴向分布，沿轴销径向分布的钢爪43同助力杆固接在一起，助力杆上设有两排沿轴销轴向分布的钢爪连接通孔32，沿轴销的轴向分布的两排钢爪一一对应且能够伸缩地穿设在所述钢爪连接通孔内，顶杆为朝向第一段毛坯通道部通道护壁框架的一端封闭另一端敞开的盲管结构，顶杆上设有若干能够同所有的助力杆上的所述助力杆部进口一一对应地对齐的吹气孔33，吹气孔同所述助力杆部进口对齐时，吹气孔同助力杆部进口密封对接在一起；助力杆合拢在浇筑管上时，沿轴销轴向分布的两排钢爪中的钢爪收缩在助力杆内；顶杆驱动助力杆以轴销为轴转动而同浇筑管分开后，给顶杆内鼓气而使得助力杆内的气压上升到将两排沿轴销轴向分布的钢爪44推出助力杆，拔出顶杆，通过浇筑管注入混凝土到浇筑腔和助力杆摆动时在土体内形成的划槽内。助力杆内设有两片塑料膜34，塑料膜的周缘同助力杆内表面密封连接在一起形成两个同助力杆的内部空间断开的腔体35，两排沿轴销轴向分布的钢爪的内端一一对应地位于两个腔体内。沿轴销轴向分布的钢爪的内端设有防止钢爪脱出助力杆的倒钩36。顶杆为金属圆管结构。顶杆的两端转动支撑在浇筑管上，具体地：浇筑管远离第一段毛坯通道部通道护壁框架的一端设有端板37、另一端设有支撑圆环38，支撑环通过连接筋39连接在浇筑管的内表面上，浇筑管的输入口偏心设置在端板上且为圆形，顶杆的一端设有穿设在支撑圆环内的圆连接销40、另一端穿设在浇筑管的输入口内，支撑圆孔、支撑圆环和顶杆三者同轴。顶杆设有吹气孔的部位的外周面上设有突出于顶杆且沿吹气孔周向延伸的橡胶密封圈41；顶杆插入浇筑管的过程中，橡胶密封圈和助力杆同浇筑管连接的一端错开、顶杆的整个外周面同浇筑管的内周面之间间隔开、顶杆的整个外周面和助力杆同浇筑管连接的一端之间间隔开，顶杆插入浇筑管到驱动所有的助力杆都同浇筑管分开后、转动顶杆而使得吹气孔同助力杆部进口对齐，吹气孔同助力杆部进口对齐时、助力杆同浇筑管连接的一端同顶杆之间通过所述橡胶密封圈密封连接在一起。浇筑出桩基托换结构的上半部分前在第一排桩基上形成上端大下端小的锥面段42，桩基托换结构的上半部分同锥面段浇筑在一起且环绕在锥面段的周围。