一种隧道围护结构的施工方法

技术领域

本发明涉及一种隧道围护结构的施工方法。

背景技术

隧道施工前均需设置用于挡水的施工围堰，形成基坑，进行干地施工，常用的围堰有重力式砂模袋围堰、双排钢板桩嵌固式围堰及双排钢板桩砂模袋压底锁脚围堰等等。

一般的水域底面大多数为软弱土层所覆盖，可以采用模袋砂来做成宽度较大的挡水围堰，围堰里面可用混凝土防渗墙、土工垂直帷幕、旋喷桩、搅拌桩等作为止水帷幕，可阻止水流在模袋砂堰体里面渗透，同时为了阻止水流在水头压力的作用下从止水材料的一面绕过其底部渗透到另一面，这些止水材料，必须延伸进入围堰底部以下的土层里面的一定深度，以达到挡水的要求。

现有技术中的隧道围护结构施工较为复杂，同时由于地基较软，造成隧道围护结构稳定性较差，影响围护结构的使用寿命，进而存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种隧道围护结构的施工方法的技术方案，该施工方法步骤简单，不仅可以提高隧道围护结构的稳定性和可靠性，而且可以降低施工难度，延长隧道围护结构的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种隧道围护结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、按图纸要求对地面进行整平；

S2、围护桩施工，同时进行坑底加固、立柱桩、底板下永久桩基及降水井施工；

S3、开挖前进行坑内潜水疏干后，开挖至第一道砼支撑底面，凿除地墙顶上的浮浆，施工冠梁与第一道砼支撑成为一整体，并在相邻两个第一道砼支撑之间进行砼系梁施工，冠梁与第一道砼支撑达到85％设计强度后进行第二步开挖；

S4、开挖基坑至第二道钢支撑设计中心位置以下0.5m，架设第二道钢支撑，预加轴力后进行第三步开挖；

S5、开挖基坑至坑底设计标高后，依次施工底层后，绑扎结构底板钢筋，浇筑围护结构的底板和底梁；

S6、待结构底板达到设计强度100％后，拆除第二道钢支撑，向上浇筑侧墙至腋角下300mm处，架设钢换撑，预加轴力；

S7、拆除第一道砼支撑，浇筑围护结构的顶板；

S8、顶板强度达到100％后，施工顶层，回填至设计地面线。

该施工方法步骤简单，不仅可以提高隧道围护结构的稳定性和可靠性，而且可以降低施工难度，延长隧道围护结构的使用寿命。

进一步，步骤2)中的立柱桩施工结束后，沿基坑的底部等间距根据格构柱的设计尺寸钻孔，并进行格构柱施工，包括如下步骤：

1)根据设计要求制作格构柱；

2)将4个定位导向装置安装于坑内，并沿立柱桩呈矩形分布，并根据格构柱的整体高度调节定位导向装置的高度位置；

3)沿立柱桩的孔内安装钢护筒，使钢护筒向上延伸至第一道砼支撑的顶面，在钢护筒内安装钢筋笼，在格构柱的顶部安装吊环，通过吊车将格构柱吊装至钢筋笼的上方0.5m处，启动4个定位导向装置，将定位导向装置从四个方向对格构柱进行定位，使格构柱保持竖直向下；

4)下放格构柱至钢筋笼内进行定位，保证格构柱与钢筋笼同心，使格构柱的顶面与钢护筒的顶面齐平，向钢护筒内注入砼，使砼凝固并达到设计的强度要求，撤出定位导向装置，拔出钢护筒。

进一步，格构柱包括四个呈矩形分布的角钢和用于固定相邻两个角钢的固定钢板，固定钢板均匀设于相邻两个角钢之间，角钢的外侧设有导向槽，角钢采用等边角钢，有利于保证格构柱沿竖直方向放入钢筋笼内，提高格构柱安装的稳定性和可靠性。

进一步，定位导向装置包括底座、至少两个基板和至少两个导向机构，底座的底部设有支腿，底座的顶面上平行设有滑轨，滑轨的顶面上均匀设有支撑轮，位于下方的基板通过支撑柱连接有移动条，移动条移动连接于滑轨上，位于下方的基板通过驱动机构连接于底座，位于上方的基板通过升降机构连接于位于下方的基板，导向机构连接于基板，支腿提高了底座安装的稳定性和可靠性，支腿的底部可以安装锚固杆，便于插入土体内，位于下方的基板可以在驱动机构的作用下沿着底座水平移动，使其靠近或脱离格构柱，移动条和滑轨提高了基板和导向机构移动时的稳定性和可靠性。

进一步，驱动机构包括第一电机、第一挡块、第一螺杆和水平板，第一电机和第一挡块均设于底座上，第一电机通过第一螺杆连接于第一挡块，水平板固定于两个滑轨，水平板连接于第一螺杆，通过第一电机带动第一螺杆旋转，使水平板可以带动两侧的移动条沿水平方向移动，第一挡块提高了第一螺杆旋转时的稳定性和可靠性。

进一步，升降机构包括第一气缸、第一活塞杆和导向杆，第一气缸固定于位于下方的基板上，第一气缸通过第一活塞杆连接于位于上方的基板，导向杆的底端固定于位于下方的基板上，位于上方的基板移动连接于导向杆，通过第一气缸经第一活塞杆带动位于上方的基板升降移动，调节导向机构的高度位置，满足格构柱安装时的要求，提高稳定性，导向杆可以保证基板沿竖直方向移动，防止发生倾斜而影响格构柱的安装定位。

进一步，导向机构包括伸缩条、T形条、伸缩杆、第二气缸和第二电机，伸缩条通过伸缩杆移动连接于基板，第二气缸设于基板的底面上，伸缩条的底部设有移动块，移动块通过第二活塞杆连接于第二气缸，伸缩条设有T形槽，两个T形条移动连接于T形槽，T形条的侧面上设有夹持块，相邻两个夹持块之间设有导向轮，伸缩条的顶面上设有限位导槽、第二电机和第二挡块，第二电机和第二挡块位于限位导槽的两侧，第二电机通过第二螺杆连接于第二挡块，第二螺杆上连接有助推块，助推块穿过限位导槽连接于T形条，通过第二气缸经第二活塞杆可以带动移动块水平移动，进而带动伸缩条靠近或远离格构柱，伸缩杆提高了伸缩条移动时的稳定性和可靠性，保证整个伸缩条受力均衡，第二螺杆采用两段旋转方向相反的螺纹段，便于第二电机带动第二螺杆旋转时，两个助推块可以带动两侧的T形条同步反向伸缩移动，进而调节两侧夹持块的间距，保证两侧的导向轮可以根据格构柱的尺寸进行调节，使用灵活方便。

进一步，步骤S3施工之前先在基坑两侧的三轴搅拌桩挡土墙内依次进行咬合桩和三轴搅拌桩止水帷幕施工，咬合桩位于三轴搅拌桩止水帷幕的内侧，三轴搅拌桩止水帷幕采用SMW工法桩隔一插二的方式进行。

进一步，步骤S5中在浇筑结构底板和底梁时，其施工缝位置位于底板斜托上端300mm处。

进一步，步骤S8中顶层施工结束后，沿围护结构的两侧进行防撞挡墙和排水沟的施工，排水沟位于防撞挡墙的外侧。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明的该施工方法步骤简单，不仅可以提高隧道围护结构的稳定性和可靠性，而且可以降低施工难度，延长隧道围护结构的使用寿命。

2、支腿提高了底座安装的稳定性和可靠性，支腿的底部可以安装锚固杆，便于插入土体内，位于下方的基板可以在驱动机构的作用下沿着底座水平移动，使其靠近或脱离格构柱，移动条和滑轨提高了基板和导向机构移动时的稳定性和可靠性。

3、通过第二气缸经第二活塞杆可以带动移动块水平移动，进而带动伸缩条靠近或远离格构柱，伸缩杆提高了伸缩条移动时的稳定性和可靠性，保证整个伸缩条受力均衡，第二螺杆采用两段旋转方向相反的螺纹段，便于第二电机带动第二螺杆旋转时，两个助推块可以带动两侧的T形条同步反向伸缩移动，进而调节两侧夹持块的间距，保证两侧的导向轮可以根据格构柱的尺寸进行调节，使用灵活方便。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种隧道围护结构的施工方法的流程图；

图2为本发明中围护结构的结构示意图；

图3为本发明中第一道砼支撑的平面布置图；

图4为本发明中第二道钢支撑的平面布置图；

图5为本发明中钢换撑的平面布置图；

图6为本发明中定位导向装置的分布示意图；

图7为本发明中定位导向装置的结构示意图；

图8为本发明中导向机构与基板之间的连接示意图；

图9为本发明中导向机构和基板的底部结构示意图。

图中：1-底板；2-立柱桩；3-第一道砼支撑；4-冠梁；5-第二道钢支撑；6-底层；7-侧墙；8-钢换撑；9-顶板；10-顶层；11-砼系梁；12-格构柱；13-砼角撑；14-防撞挡墙；15-排水沟；16-钢围檩；17-三轴搅拌桩加固层；18-咬合桩；19-三轴搅拌桩止水帷幕；20-SMW工法桩；21-三轴搅拌桩挡土墙；22-钢板角撑；23-钢系梁双拼槽钢；24-封堵墙；25-斜向钢支撑换撑预埋钢板；26-定位导向装置；27-角钢；28-固定钢板；29-导向槽；30-底座；31-支腿；32-滑轨；33-支撑轮；34-第一电机；35-第一挡块；36-第一螺杆；37-移动条；38-支撑柱；39-基板；40-导向杆；41-第一气缸；42-第一活塞杆；43-导向机构；44-伸缩条；45-T形槽，46-T形条；47-夹持块；48-导向轮；49-限位导槽；50-第二电机；51-第二挡块；52-第二螺杆；53-助推块；54-伸缩杆；55-第二气缸；56-第二活塞杆；57-移动块。

具体实施方式

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1至图9所示，为本发明一种隧道围护结构的施工方法，本施工方法适用于的土质从上到下可以为素填土、砂质粉土、粉砂夹粉土、粉质粘土、粉土夹粉质粘土、粘土。其中：

素填土为杂色，以砂质粉土为主，稍密，摇振反应迅速，无光泽反应，局部夹较多粘性土，含云母碎屑及腐殖质。该层全场分布，层顶埋深0.00～1.00m，层顶标高1.36～13.87m，层厚0.50～9.6m。

砂质粉土，灰黄色，稍密，局部中密，含云母碎屑及腐殖质，局部层间夹少量淤泥质粉质粘土，该层全场分布，层顶埋深0.50～9.60m，层顶标高-3.70～5.67m，层厚2.30～13.20m。

粉砂夹粉土，灰黄、灰色，中密～密实，含云母碎屑及腐殖质，夹薄层粘性土，该层全场分布，层顶埋深5.30～16.7m，层顶标高-9.55～-1.61m，层厚6.80～16.10m。

粉质粘土，灰黄色，软可塑，饱和，无摇振反应，稍有光色反应，干强度中等，韧性中等，含铁锰质氧化物，该层少部分钻孔分布，层顶埋深18.20～30.80m，层顶标高-20.35～-14.56m，层厚0.80～9.10m。

粉土夹粉质粘土，灰黄、青灰色，粉土呈中密状，粉质粘土呈软可塑，饱和，摇振反应缓慢，稍有～无光泽反应，含铁镒氧化物及云母碎屑，该层大部分区域分布，层顶埋深19.30～33.80m，层顶标高-26.06～-14.66m，层厚0.90～9.60m。

粘土，灰黄、青灰色，饱和，无摇振反应，有光泽反应，含铁镒氧化物及云母碎屑，该层大部分区域分布，层顶埋深30.50～39.00m，层顶标高-32.56～-27.19m，层厚2.90～12.20m。

具体施工方法包括如下步骤：

S1、按图纸要求对地面进行整平；

S2、围护桩施工，同时进行坑底加固、立柱桩2、底板1下永久桩基及降水井施工；

立柱桩2施工结束后，沿基坑的底部等间距根据格构柱12的设计尺寸钻孔，并进行格构柱12施工，格构柱12包括四个呈矩形分布的角钢27和用于固定相邻两个角钢27的固定钢板28，固定钢板28均匀设于相邻两个角钢27之间，角钢27的外侧设有导向槽29，角钢27采用等边角钢27，有利于保证格构柱12沿竖直方向放入钢筋笼内，提高格构柱12安装的稳定性和可靠性。

格构柱12施工包括如下步骤：

1)根据设计要求制作格构柱12；

2)将4个定位导向装置26安装于坑内，并沿立柱桩2呈矩形分布，并根据格构柱12的整体高度调节定位导向装置26的高度位置；

3)沿立柱桩2的孔内安装钢护筒，使钢护筒向上延伸至第一道砼支撑3的顶面，在钢护筒内安装钢筋笼，在格构柱12的顶部安装吊环，通过吊车将格构柱12吊装至钢筋笼的上方0.5m处，启动4个定位导向装置26，将定位导向装置26从四个方向对格构柱12进行定位，使格构柱12保持竖直向下；

定位导向装置26包括底座30、至少两个基板39和至少两个导向机构43，底座30的底部设有支腿31，底座30的顶面上平行设有滑轨32，滑轨32的顶面上均匀设有支撑轮33，位于下方的基板39通过支撑柱38连接有移动条37，移动条37移动连接于滑轨32上，位于下方的基板39通过驱动机构连接于底座30，位于上方的基板39通过升降机构连接于位于下方的基板39，导向机构43连接于基板39，支腿31提高了底座30安装的稳定性和可靠性，支腿31的底部可以安装锚固杆，便于插入土体内，位于下方的基板39可以在驱动机构的作用下沿着底座30水平移动，使其靠近或脱离格构柱12，移动条37和滑轨32提高了基板39和导向机构43移动时的稳定性和可靠性。

驱动机构包括第一电机34、第一挡块35、第一螺杆36和水平板，第一电机34和第一挡块35均设于底座30上，第一电机34通过第一螺杆36连接于第一挡块35，水平板固定于两个滑轨32，水平板连接于第一螺杆36，通过第一电机34带动第一螺杆36旋转，使水平板可以带动两侧的移动条37沿水平方向移动，第一挡块35提高了第一螺杆36旋转时的稳定性和可靠性。

升降机构包括第一气缸41、第一活塞杆42和导向杆40，第一气缸41固定于位于下方的基板39上，第一气缸41通过第一活塞杆42连接于位于上方的基板39，导向杆40的底端固定于位于下方的基板39上，位于上方的基板39移动连接于导向杆40，通过第一气缸41经第一活塞杆42带动位于上方的基板39升降移动，调节导向机构43的高度位置，满足格构柱12安装时的要求，提高稳定性，导向杆40可以保证基板39沿竖直方向移动，防止发生倾斜而影响格构柱12的安装定位。

导向机构43包括伸缩条44、T形条46、伸缩杆54、第二气缸55和第二电机50，伸缩条44通过伸缩杆54移动连接于基板39，第二气缸55设于基板39的底面上，伸缩条44的底部设有移动块57，移动块57通过第二活塞杆56连接于第二气缸55，伸缩条44设有T形槽45，两个T形条46移动连接于T形槽45，T形条46的侧面上设有夹持块47，相邻两个夹持块47之间设有导向轮48，伸缩条44的顶面上设有限位导槽49、第二电机50和第二挡块51，第二电机50和第二挡块51位于限位导槽49的两侧，第二电机50通过第二螺杆52连接于第二挡块51，第二螺杆52上连接有助推块53，助推块53穿过限位导槽49连接于T形条46，通过第二气缸55经第二活塞杆56可以带动移动块57水平移动，进而带动伸缩条44靠近或远离格构柱12，伸缩杆54提高了伸缩条44移动时的稳定性和可靠性，保证整个伸缩条44受力均衡，第二螺杆52采用两段旋转方向相反的螺纹段，便于第二电机50带动第二螺杆52旋转时，两个助推块53可以带动两侧的T形条46同步反向伸缩移动，进而调节两侧夹持块47的间距，保证两侧的导向轮48可以根据格构柱12的尺寸进行调节，使用灵活方便。

4)下放格构柱12至钢筋笼内进行定位，保证格构柱12与钢筋笼同心，使格构柱12的顶面与钢护筒的顶面齐平，向钢护筒内注入砼，使砼凝固并达到设计的强度要求，撤出定位导向装置26，拔出钢护筒。

步骤S3施工之前先在基坑两侧的三轴搅拌桩挡土墙21内依次进行咬合桩18和三轴搅拌桩止水帷幕19施工，咬合桩18位于三轴搅拌桩止水帷幕19的内侧，三轴搅拌桩止水帷幕19采用SMW工法桩20隔一插二的方式进行。

SMW工法桩20采用三轴搅拌桩机成桩，桩身水泥掺量不小于25％，水灰比1.5～2.0，围护结构施工时，不得冲水下沉，钻头提升速度不大于1.0m/min，垂直度偏差不得超过1/250，SMW工法桩20放线考虑放线允许误差10mm，SMW工法桩20采用H型钢。

S3、开挖前进行坑内潜水疏干后，开挖至第一道砼支撑3底面，凿除地墙顶上的浮浆，施工冠梁4与第一道砼支撑3成为一整体，并在相邻两个第一道砼支撑3之间进行砼系梁11施工，第一道砼支撑3与两侧的冠梁4之间设有砼角撑13，冠梁4与第一道砼支撑3达到85％设计强度后进行第二步开挖；

S4、开挖基坑至第二道钢支撑5设计中心位置以下0.5m，架设第二道钢支撑5，第二道钢支撑5通过钢围檩16连接于侧墙7，相邻两个第二道钢支撑5之间焊接有钢板角撑22，预加轴力后进行第三步开挖；第一道砼支撑3与第二道钢支撑5之间设有钢换撑8，钢换撑8沿隧道围护结构的竖直方向设有封堵墙24，封堵墙24的侧面设有钢围檩16，钢围檩16通过斜向钢支撑换撑预埋钢板25连接于两侧的侧墙7。相邻两个第二道钢支撑5之间焊接钢系梁双拼槽钢23。

S5、开挖基坑至坑底设计标高后，依次施工底层6后，绑扎结构底板1钢筋，浇筑围护结构的底板1和底梁；在浇筑结构底板1和底梁时，其施工缝位置位于底板1斜托上端300mm处。底层6包括细石砼保护层、砼垫层和防水层，砼垫层位于防水层的下方，细石砼保护层位于防水层和砼垫层之间。底层6施工时对底层6两侧进行三轴搅拌桩加固层17施工。

S6、待结构底板1达到设计强度100％后，拆除第二道钢支撑5，向上浇筑侧墙7至腋角下300mm处，架设钢换撑8，预加轴力；

S7、拆除第一道砼支撑3，浇筑围护结构的顶板9；

S8、顶板9强度达到100％后，施工顶层10，回填至设计地面线，顶层10包括防水层和保护层。顶层10施工结束后，沿围护结构的两侧进行防撞挡墙14和排水沟15的施工，排水沟15位于防撞挡墙14的外侧。

该施工方法步骤简单，不仅可以提高隧道围护结构的稳定性和可靠性，而且可以降低施工难度，延长隧道围护结构的使用寿命。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。