城市隧道施工方法

城市隧道施工方法

高举1马云鹤2

1江苏地元项目管理有限公司 江苏淮安211700

2新江建设集团有限公司 江苏苏州 215300

一、背景技术

城市隧道是修建在城市地下，用作敷设各种市政设施地下管线的隧道, 由于在城市中进一步发展工业和提高居民文化生活条件的需要,供市政设施用的地下管线越来越多,如自来水、污水、暖气、热水、煤气、通信、供电等；管线系统的发展，需要大量建造市政隧道，以便从根本上解决各种市政设施的地下管线系统的经营水平问题；市政隧道由于土质原因多采用明挖法进行浅埋隧道的施工，尤其是采用支护开挖时，基坑侧壁会产生较大压力，使围护结构产生较大的变形，影响施工安全。

浅埋明挖隧道的支护结构；是在围护基坑内设置水平向施工的门型框架，以减小围护结构产生的变形，由此可见，在现有技术中，多采用混凝土结构的水平支撑对隧道基坑进行支护施工，不但极大程度上增加了施工量，延迟了施工工期，而且水平支撑力不能够均匀的传递至隧道基坑侧壁的围护结构上，导致支护效果较差。

二、技术方案

提供一种隧道施工方法，用以克服现有技术中隧道基坑水平支撑施工量较大效率低且支护效果较差的问题。市政隧道施工方法，包括：

步骤S1，根据隧道基坑的路径在隧道基坑两侧的地面分别进行向下开孔，将钢筋架放置入孔内，并对孔内进行混凝土浇筑，形成隧道基坑两侧的围护结构；

步骤S2，通过挖掘装置对隧道基坑进行挖掘，在隧道基坑两侧的围护结构露出时，通过测距装置检测隧道基坑两侧的围护结构的实时相对距离，并将实时相对距离传递至与测距装置相连的中控计算装置内，中控计算装置根据实时相对距离与隧道基坑两侧的围护结构的初始相对距离计算实时围护变形距离，并将实时围护变形距离与中控计算装置内部设置的标准围护变形距离进行对比，在实时围护变形距离未达到标准围护变形距离时，中控计算装置根据隧道基坑的实时挖掘深度确定是否通过液压撑杆对两侧围护结构进行水平支护，在实时围护变形距离已达到标准围护变形距离时，将对两侧围护结构进行液压撑杆的水平支护，中控计算装置能够获取液压撑杆检测的自身的实时支撑压力，中控计算装置并将实时支撑压力与中控计算装置内部设置的标准支撑压力进行对比判定，控制液压撑杆进行伸长和收缩，直至完成挖掘隧道基坑；

步骤S3，对隧道基坑底部进行夯实，将锚杆打入夯实的隧道基坑底部，并在隧道基坑底部浇筑混凝土层，在混凝土层上进行修筑隧道衬砌，并在隧道衬砌外部敷设外贴式防水层；

步骤S4，将隧道基坑挖掘出的渣土回填至隧道基坑内，并进行夯实，在对隧道基坑进行渣土回填时，液压撑杆将检测自身的回填实时支撑压力并传递至中控计算装置，中控计算装置将回填实时支撑压力与内部设置的回填标准支撑压力进行对比，在回填实时支撑压力小于等于回填标准支撑压力时，中控计算装置将控制液压撑杆进行收缩，撤出液压撑杆，在回填实时支撑压力大于回填标准支撑压力时，在中控计算装置判定回填实时支撑压力未达到回填标准支撑压力时，将继续进行渣土回填，直至渣土回填的高度达到液压撑杆的支撑位置高度时，在液压撑杆一侧设置固定水平撑杆，并将液压撑杆撤出，将渣土回填至与隧道基坑外部的地面平齐，完成隧道施工。

1、在步骤S2中，中控计算装置内预设有标准围护变形距离Lb，将隧道基坑两侧的围护结构的初始相对距离Lc输入至中控计算装置内，中控计算装置根据测距装置检测两侧的围护结构的实时相对距离Lo与初始相对距离Lc计算实时围护变形距离Ls，Ls=Lc-Lo，中控计算装置将实时围护变形距离Ls与标准围护变形距离Lb进行对比，

当Ls＜Lb时，中控计算装置判定实时围护变形距离未达到标准围护变形距离，中控计算装置判定不对实时围护变形距离为Ls处的两侧围护结构进行水平支护，将对隧道基坑的实时挖掘深度进行判定，以确定是否通过液压撑杆对两侧围护结构进行水平支护；

当Ls≥Lb时，中控计算装置判定实时围护变形距离已达到标准围护变形距离，中控计算装置判定对实时围护变形距离为Ls处的两侧围护结构进行液压撑杆的水平支护。

2、中控计算装置内设置有最大挖掘支护深度Hz，当中控计算装置判定实时围护变形距离未达到标准围护变形距离时，中控计算装置获取隧道基坑的实时挖掘深度Hs，中控计算装置将实时挖掘深度Hs与最大挖掘支护深度Hz进行对比，

当Hs＜Hz时，中控计算装置判定实时挖掘深度未达到最大挖掘支护深度，中控计算装置判定不对隧道基坑两侧围护结构进行水平支护；

当Hs≥Hz时，中控计算装置判定实时挖掘深度已达到最大挖掘支护深度，中控计算装置判定对实时围护变形距离为Ls处的两侧围护结构进行液压撑杆的水平支护。

3、中控计算装置内设置有液压撑杆的初始支撑距离Lr，在中控计算装置判定对实时围护变形距离为Ls处的两侧围护结构进行液压撑杆的水平支护时，通过悬吊装置将液压撑杆悬吊在待支撑处，通过中控计算装置控制液压撑杆进行伸长，伸长后的支撑长度为Lk，Lk=Ls+Lr，并在液压撑杆完成伸长支撑后，在液压撑杆的支撑位置分别向隧道基坑两侧的围护结构上打入拖钉，用以支撑液压撑杆，并在液压撑杆下部设置固定撑杆对液压撑杆进行支撑，在完成固定撑杆的设置后，撤去悬吊装置。

4、中控计算装置内设置有标准支撑压力Pb与标准支撑压力差ΔPb，在液压撑杆对隧道基坑两侧的围护结构进行支撑时，液压撑杆将检测自身的实时支撑压力Ps，并将检测结果传递至中控计算装置，中控计算装置根据液压撑杆的实时支撑压力Ps与标准支撑压力Pb计算实时支撑压力差ΔPs，ΔPs=|Pb-Ps|，中控计算装置将实时支撑压力差ΔPs与标准支撑压力差ΔPb进行对比，

当ΔPs≤ΔPb时，中控计算装置判定液压撑杆的实时支撑压力差未超出标准支撑压力差，中控计算装置判定不对液压撑杆的支撑长度进行控制；

当ΔPs＞ΔPb时，中控计算装置判定液压撑杆的实时支撑压力差已超出标准支撑压力差，中控计算装置将实时支撑压力与标准支撑压力进行对比，以确定是否对液压撑杆的支撑长度进行控制。

5、当中控计算装置判定液压撑杆的实时支撑压力差已超出标准支撑压力差时，中控计算装置将实时支撑压力Ps与标准支撑压力Pb进行对比，

当Ps＜Pb时，中控计算装置判定液压撑杆的实时支撑压力低于标准支撑压力，中控计算装置将液压撑杆的支撑长度调整为Lk’，Lk’=Lk+Lk×[（Pb-Ps）/Pb]，中控计算装置重复上述计算实时支撑压力差进行判定的操作，中控计算装置并重复上述根据判定结果调节液压撑杆的支撑长度的操作，直至使调节后计算出的实时支撑压力差ΔPs’达到ΔPs’≤ΔPb时，中控计算装置停止对液压撑杆的支撑长度的伸长调节；

当Ps＞Pb时，中控计算装置判定液压撑杆的实时支撑压力高于标准支撑压力，中控计算装置将设定的初始支撑距离调整为Lr’，Lr’= Lr- Lr×[（Ps-Pb）/Ps]，中控计算装置并控制液压撑杆收缩至支撑长度Lk’，Lk’=Ls+Lr’，中控计算装置重复上述计算实时支撑压力差进行判定的操作，中控计算装置并重复上述根据判定结果调节初始支撑距离的操作，直至使调节后计算出的实时支撑压力差ΔPs’达到ΔPs’≤ΔPb时，中控计算装置停止对初始支撑距离的调节。

6、在步骤S4中，将隧道基坑挖掘出的渣土分次回填至已经完成隧道衬砌的隧道基坑内，并分别对每次回填的渣土进行夯实，单次渣土回填的高度不能高于隧道基坑总深度的百分之二十，直至渣土回填至与隧道基坑外部的地面平齐时停止回填，完成隧道施工。

7、中控计算装置内设置有回填标准支撑压力Pn，在对隧道基坑进行渣土回填时，液压撑杆将检测自身的回填实时支撑压力Pm，并将检测结果传递至中控计算装置，中控计算装置将回填实时支撑压力Pm与回填标准支撑压力Pn进行对比，

当Pm≤Pn时，中控计算装置判定液压撑杆的回填实时支撑压力已达到回填标准支撑压力，中控计算装置将控制液压撑杆进行收缩，通过悬吊装置将液压撑杆从隧道基坑中撤出；

当Pm＞Pn时，中控计算装置判定液压撑杆的回填实时支撑压力未达到回填标准支撑压力，将继续进行渣土回填。

8、当中控计算装置判定液压撑杆的回填实时支撑压力未达到回填标准支撑压力时，将继续向隧道基坑内进行渣土回填，若渣土回填的高度达到液压撑杆的支撑位置高度时，液压撑杆的回填实时支撑压力仍高于回填标准支撑压力，将在液压撑杆一侧进行固定水平撑杆的支护，并通过悬吊装置将液压撑杆从隧道基坑中撤出，固定水平撑杆的长度与液压撑杆在撤出前的支撑长度相等。

9、液压撑杆包括承重管体，承重管体内部设置有压力检测装置，用以检测液压撑杆实时受到的轴向压力，承重管体两端均设置有液压伸缩杆，液压伸缩杆端部设置有支撑挡板，用以支撑隧道基坑内两侧的围护结构。

三、附图说明

图1为市政隧道施工方法的结构示意图      图2为液压撑杆的结构示意图

图中：1隧道基坑、2围护结构、3测距装置、4液压撑杆(401承重管体、402液压伸缩杆、403支撑挡板、404压力检测装置)、5拖钉、6固定撑杆、7锚杆、8混凝土层、9隧道衬砌。

四、有益效果

1、通过隧道基坑的路径两侧设置围护结构，便于对隧道基坑的挖掘，同时避免放坡，减小了施工的空间，在进行挖掘时，利用能够伸缩的液压撑杆对两侧的围护结构进行水平支撑，并通过设置中控计算装置对液压撑杆的实时支撑压力进行判定，并根据判定结果对液压撑杆的支撑长度进行实时的控制，保障液压撑杆的受力区间，由于液压撑杆的设置是根据两侧围护结构的实时围护变形距离进行设定的，因此控制设置的各液压撑杆的受力能够使围护结构整体稳定，在隧道基坑底部进行夯实、打入锚杆并浇筑混凝土层，保障了基坑底部的稳定性，在混凝土层上部修筑隧道衬砌，保障了隧道衬砌不会因回填渣土造成下陷或移位，在回填渣土时根据液压撑杆的受力撤去液压撑杆，保障了围护结构的稳定提高隧道施工的安全性，同时减少了水平向混凝土浇筑支撑结构，减少了混凝土支护的成型工期，在保障施工安全性的基础上极大程度地提高了隧道施工的施工效率。

2、通过测距装置检测两侧的围护结构的实时相对距离，通过设置中控计算装置计算实时的两侧围护结构的形变距离，并根据内部设置的标准围护变形距离进行判定，以确定是否进行水平支护，通过测距装置的实时检测与中控计算装置的实时计算，保障了挖掘过程中两侧围护结构的可控，并根据判定结果进行及时的水平支护，提高了隧道施工的安全性。

3、在中控计算装置判定实时围护变形距离未达到标准围护变形距离时，表示围护结构形变较小，但在隧道施工中需要在固定位置进行支护，由于挖掘的深度越深，围护结构的受力程度越大，因此对实时挖掘深度进行判定，通过在中控计算装置内设置最大挖掘支护深度，以限制水平支护的设置数量，保障了隧道基坑两侧的围护结构的稳定性。

4、在中控计算装置判定液压撑杆的实时支撑压力差已超出标准支撑压力差时，将实时支撑压力与标准支撑压力进行对比，在液压撑杆的实时支撑压力低于标准支撑压力时，表示液压撑杆受力较小未起到预期的支护效果，因此通过中控计算装置控制液压撑杆进行伸长，增加支护力，保障了水平支护效果，在实时支撑压力高于标准支撑压力，表示液压撑杆受力较大，为了避免由于局部支撑压力较大而引起的混凝土围护结构开裂，因此通过较小初始支撑距离来控制液压撑杆进行收缩，在保障液压撑杆具有支撑效果的同时减小支护的实时压力，也便于中控计算装置对其他位置进行判定，增加液压撑杆的数量，提高支护效果。

5、通过逐次的分批渣土回填，并进行夯实，增加回填的渣土对两侧围护结构的支撑力，通过对每一次的回填高度进行控制，减小回填渣土对已完成的隧道衬砌的压力影响，保障了隧道衬砌的稳固，同时保障了围护结构的安全性。

6、通过在中控计算装置内设置回填标准支撑压力，对渣土回填过程中的液压撑杆的回填实时支撑压力进行判定，由于在渣土回填过程中，回填的渣土会对围护结构产生水平的支撑力，因此随着回填高度的提高，液压撑杆的实时受力也随之下降，因此对液压撑杆的实时受力进行检测，并判定将液压撑杆撤出，对液压撑杆进行回收重复利用，提高了液压撑杆的利用率。

7、通过在承重管体内设置压力检测装置能够准确的检测液压撑杆的水平支撑力，同时在承重管体两端分别设置液压伸缩杆，能够减小液压撑杆在进行支撑调节时承重管体的相对移动，保障了液压撑杆支护的稳定性。