一种暗挖初支中隔壁与临时仰拱的设计方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通工程设计领域，具体为一种暗挖初支中隔壁与临时仰拱的设计方法。

背景技术

城市轨道交通地铁工程作为一项百年世纪工程、一项利国利民工程，具有安全系数要求高、质量标准起点高的特质，因其建设与使用的区域特定性所限，在建城市具有人流量大交通繁忙、地下管线参差交错、周边建构筑物密集林立的特点，环境风险等级较高。因此，在暗挖初支设计过程中，如何最大程度的避免隧道初支出现较大事故以上的塌方或出现较大的地面沉陷变形是设计需要着重考虑的。中隔壁与临时仰拱作为保证初支整体受力体系稳定的重要支撑构件，其作用不言而喻，既然是临时结构，后期施作二衬时需要计划性拆除，而现在的常规做法是“隔二撑一”或“隔三撑一”。此做法一方面是需要进行中隔壁、临时仰拱与初支的物理割除，工字钢原材回收利用价值低，也不利于初支的整体稳定；另一方面是物理割除的工字钢与初支接缝处防水处理复杂，影响整体二衬的施工进度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种暗挖初支中隔壁与临时仰拱的设计方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种暗挖初支中隔壁与临时仰拱的设计方法，包括以下步骤：

S1：建筑拟定出入口的尺寸和面积；

S2：综合查验地层与地质水文情况，确定初支隧道持力层、仰拱格栅上方隔水层等；

S3：根据地质水文条件以及周边环境限制，拟定模拟单元，根据初支隧道的尺寸大小及模拟结果，初步进行开挖洞室的划分及中隔壁、仰拱格栅的配筋；

S4：通过S3的反复循环计算，找到设置中隔壁、仰拱格栅中连接点的最优位置，同时根据大整体下的二衬厚度，再次优化中隔壁、仰拱格栅的连接点位置，保证初支整体受力的稳定。

优选的，在S2中，地层与地质水文情况主要通过查阅现存已有的地质勘察报告，得到初支的基底地层和仰拱格栅上方地层或水文条件，是查阅或利用现有成果。

优选的，在S3中，包括以下步骤：

S31：确定参数，包括土层结构参数、水文参数；

S32：根据土层结构参数、水文参数对开挖洞室所需承载的荷载进行计算；

S33：建模及计算分析，按照隧道开挖顺序进行建模计算，每一步包括模型导入、划分网格、建立约束、施加荷载、荷载组合、计算分析，且土方每开挖一次便需要进行一次计算；

S34：根据S33计算结果调整设计参数。

优选的，还包括支护结构，所述支护结构包括仰拱格栅、中隔壁，所述仰拱格栅设置于隧道内层，所述仰拱格栅与中隔壁连接，且所述中隔壁呈交叉状，所述仰拱格栅与中隔壁连接处、中隔壁交叉处形成连接点。

优选的，所述连接点包括主筋，所述主筋设置有若干，相邻所述主筋之间设置有加强筋，且相连接的不同所述主筋的连接端处也设置有加强筋，相连接的不同所述主筋外侧设置有连接板，所述连接板位于所述主筋的连接端处的加强筋外侧，所述连接板上设置有连接孔，所述连接孔内连接有固定螺栓。

优选的，所述中隔壁上端、下端的的工字钢上的连接点的优化措施为：

所述中隔壁的工字钢采用上、下各2个端点进行连接，一部连接点位于底部仰拱格栅上部、上部拱顶格栅下部，二部连接点位于二衬厚度内一个保护层的厚度范围内。

优选的，在S2中，对仰拱格栅上方隔水层施工时，防水可整体过渡铺设，仅需从连接点拆除中隔壁中间工字钢，无需进行物理切除中隔壁中间工字钢。

优选的，对于“隔二撑一”的工字钢，在完成防水或垫层后，恢复中隔壁中间工字钢，进行二部连接点复拧紧固。

优选的，绑筋工作完成后，拆除支撑的工字钢，以保证整体二衬混凝土的浇筑效果。

优选的，所述仰拱格栅上的连接点的优化措施为：

在仰拱格栅部位的左、右两侧各增加一处格栅或工字钢连接点，同时原始中部连接点位置平移至二衬厚度内一个保护层的厚度范围内。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

根据不同断面的设计二衬厚度，在保证初支整体受力稳定的情况下，灵活设置中隔壁、仰拱格栅与初支的连接部位，保证连接处连接点的位置距离二衬外皮存在一个保护层的厚度，同时中间局部整体拆除工字钢，最大程度保证工字钢原材的利用价值，减少浪费；同时可以简化中隔壁、仰拱格栅与初支接缝处的防水处理，形成防水整体铺设效果；

优化了现有大断面CRD工法涉及到的仰拱格栅、中隔壁的连接设置，实现了大断面拆撑后防水的整体铺设效果，杜绝了原始连接处补丁连补丁的效果，保证了防水的工艺也保证了全包防水的整体效果；

本发明拆除后的工字钢或格栅可保留其原始形状和性能，最大化其回收利用价值；

本发明杜绝了原始仰拱、中隔壁工字钢或格栅切除后参差不齐，刺破防水或造成防水不平整、鼓包等问题；

本发明一方面解决了现有做法是需要进行中隔壁、临时仰拱与初支的物理割除，造成工字钢原材回收利用价值低，同时不利于初支的整体稳定的问题；另一方面也解决了现有物理割除的工字钢与初支接缝处造成的防水处理复杂，影响整体二衬的施工进度的问题。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的格栅钢架结构示意图；

图3为本发明的连接点结构示意图一；

图4为本发明的图3剖面示意图；

图5为本发明的连接点结构示意图二；

图6为本发明的图5剖面示意图。

图中：1、连接点；2、中隔壁；3、临时仰拱；4、主筋；5、加强筋；6、连接板；7、连接孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种暗挖初支中隔壁与临时仰拱的设计方法，包括以下步骤：

S1：建筑拟定出入口的尺寸和面积；

S2：综合查验地层与地质水文情况，确定初支隧道持力层、仰拱格栅3上方隔水层等；

S3：根据地质水文条件以及周边环境限制，拟定模拟单元，根据初支隧道的尺寸大小及模拟结果，初步进行开挖洞室的划分及中隔壁2、仰拱格栅3的配筋；

S4：通过S3的反复循环计算，找到设置中隔壁2、仰拱格栅3中连接点1的最优位置，同时根据大整体下的二衬厚度，再次优化中隔壁2、仰拱格栅3的连接点1位置，保证初支整体受力的稳定。

优选的，在S2中，地层与地质水文情况主要通过查阅现存已有的地质勘察报告，得到初支的基底地层和仰拱格栅3上方地层或水文条件，是查阅或利用现有成果。

优选的，在S3中，包括以下步骤：

S31：确定参数，包括土层结构参数、水文参数；

S32：根据土层结构参数、水文参数对开挖洞室所需承载的荷载进行计算；

S33：建模及计算分析，按照隧道开挖顺序进行建模计算，每一步包括模型导入、划分网格、建立约束、施加荷载、荷载组合、计算分析，且土方每开挖一次便需要进行一次计算；

S34：根据S33计算结果调整设计参数。

优选的，还包括支护结构，所述支护结构包括仰拱格栅3、中隔壁2，所述仰拱格栅3设置于隧道内层，所述仰拱格栅3与中隔壁2连接，且所述中隔壁2呈交叉状，所述仰拱格栅3与中隔壁2连接处、中隔壁2交叉处形成连接点1。

优选的，所述连接点1包括主筋4，所述主筋4设置有若干，相邻所述主筋4之间设置有加强筋5，且相连接的不同所述主筋4的连接端处也设置有加强筋5，相连接的不同所述主筋4外侧设置有连接板6，所述连接板6位于所述主筋4的连接端处的加强筋5外侧，所述连接板6上设置有连接孔7，所述连接孔7内连接有固定螺栓。

优选的，所述中隔壁2上端、下端的的工字钢上的连接点1的优化措施为：

所述中隔壁2的工字钢采用上、下各2个端点进行连接，一部连接点1位于底部仰拱格栅上部、上部拱顶格栅下部，二部连接点1位于二衬厚度内一个保护层的厚度范围内。

优选的，在S2中，对仰拱格栅3上方隔水层施工时，防水可整体过渡铺设，仅需从连接点1拆除中隔壁2中间工字钢，无需进行物理切除中隔壁2中间工字钢。

优选的，对于“隔二撑一”的工字钢，在完成防水或垫层后，恢复中隔壁2中间工字钢，进行二部连接点1复拧紧固。

优选的，绑筋工作完成后，拆除支撑的工字钢，以保证整体二衬混凝土的浇筑效果。

优选的，所述仰拱格栅3上的连接点1的优化措施为：

在仰拱格栅3部位的左、右两侧各增加一处格栅或工字钢连接点1，同时原始中部连接点1位置平移至二衬厚度内一个保护层的厚度范围内。

上述方案的工作原理及有益效果：

根据不同断面的设计二衬厚度，在保证初支整体受力稳定的情况下，灵活设置中隔壁2、仰拱格栅3与初支的连接部位，保证连接处连接点1的位置距离二衬外皮存在一个保护层的厚度，同时中间局部整体拆除工字钢，最大程度保证工字钢原材的利用价值，减少浪费；同时可以简化中隔壁2、仰拱格栅3与初支接缝处的防水处理，形成防水整体铺设效果；

优化了现有大断面CRD工法涉及到的仰拱格栅3、中隔壁2的连接设置，实现了大断面拆撑后防水的整体铺设效果，杜绝了原始连接处补丁连补丁的效果，保证了防水的工艺也保证了全包防水的整体效果；

本发明拆除后的工字钢或格栅可保留其原始形状和性能，最大化其回收利用价值；

本发明杜绝了原始仰拱、中隔壁工字钢或格栅切除后参差不齐，刺破防水或造成防水不平整、鼓包等问题。

本发明一方面解决了现有做法是需要进行中隔壁、临时仰拱与初支的物理割除，造成工字钢原材回收利用价值低，同时不利于初支的整体稳定的问题；另一方面也解决了现有物理割除的工字钢与初支接缝处造成的防水处理复杂，影响整体二衬的施工进度的问题。

实施例2

在步骤S32中，根据土层结构参数、水文参数对开挖洞室所需承载的荷载进行计算，

其中，A为初支所需承载的荷载，α为土层的容重，β为土层土体的粘聚力，γ为土层土体的内摩擦角，H为土层土体的厚度，σ为土层土体的抗拉强度，τ为土层土体的抗压强度，E为土层土体的弹性模量，C为土层土体的饱和渗透系数，S为隧道宽度，g为重力加速度，π为圆周率，tan为正切函数。

上述方案的工作原理及有益效果：根据土层结构参数、水文参数预先对开挖洞室所需承载的荷载进行计算，得到初支所需承载的荷载，进而确定中隔壁2、仰拱格栅3的规格以及仰拱格栅3与中隔壁2连接处、中隔壁2交叉处形成连接点1的位置，以确定初支隧道的尺寸，保证初支整体受力的稳定。

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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。