一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构及方法与流程

1.本发明属于地下工程暗挖、盾构、顶管技术领域，具体涉及一种直径不大于2m地下工程桩破除技术，以保证盾构或者顶管顺利通过障碍桩。具体是提供一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构及方法。


背景技术：

2.近年来随着城市地铁线路和市政管网的不断完善，地下工程项目的施工环境变得日益复杂。当盾构或顶管隧道与建构筑物交叉时，不可避免要受到建构筑物的桩基础影响，特别是对于大直径桩，盾构或者顶管机直接切削较为困难，存在影响掘进甚至安全风险。如何处理隧道范围内的障碍桩，保证盾构或者顶管机顺利通过，成了工程界一个普遍难题。
3.目前国内常用破桩方式有4种：
4.1)地面机械拔桩。可以彻底的清除地下障碍物。但是其适用范围有限，在非软体地区，针对长桩、大直径桩，此种方法施工较为困难。
5.2)采用竖井、横通道破除。适用于范围较广。该方法需要新增桩径大于原桩的竖井和横通道，可以在盾构或者顶管隧道掘进前破除障碍桩，对障碍桩的桩径和钢筋直径没有限制要求，施工场地要求小。
6.传统方法的主要问题在于：第一，竖井横通道的做法以及破桩程序有待进一步优化，从而节约投资、减小风险；第二，在完成破桩后需要拆除横通道或竖井相应部分的结构，这个过程风险较大。
7.公开号cn111852514a的发明公开了一种改进后的横通道破桩方法：用普通钢筋+玻璃纤维筋的组合钢架来代替传统的通道支护结构。但是这种方法的主要问题在于：第一，只适用于短桩(桩局部进入盾构或者顶管的开挖范围)；第二、横通道需要局部拆除，这增加了作业风险；第三、横通道尺寸较大，导致含钢量较大、玻璃纤维筋的直径较大，这增加了盾构或者顶管机切削的难度；第四、玻璃纤维筋在大尺寸暗挖工程应用的受力可靠性，仍然有待商榷。
8.3)对于盾构施工的隧道，盾构停机，掘进仓内人工凿除。适用于盾构隧道与障碍桩冲突，盾构机切削困难。优点是不会造成刀盘磨损，缺点是掘进仓内工作环境恶劣，存在人员安全隐患；另外盾构停机本身存在一定风险，而且对工期影响较大。顶管施工隧道目前无法采用此种方法。
9.4)对于大直径桩(桩径不小于1m)从地面破除桩芯。如公开号cn111335315a的发明公开了一种破除地下障碍桩的方法：破除所述障碍桩的桩芯，保留桩的桩侧壁的钢筋和混凝土保护层，然后破除桩侧壁，对桩芯进行填充。这种方法无需新建竖井和横通道，但是只适用于大直径桩，而且破除障碍桩桩侧壁时，风险较大。鉴于现有技术的破桩方式存在上述缺点，有必要发明一种适应性广、对工程影响小、施工风险低、节约工程投资地破除地下障碍桩的方法，以保证盾构和顶管隧道的顺利实施。


技术实现要素：

10.本发明提供一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构及方法，以实现以下两个目的：第一，不用拆除竖井横通道结构，从而大大降低风险；第二，盾构机和顶管机不用停机，能直接切破桩通过，从而减小对工期的影响，并节约造价，也可以降低工程风险。
11.目前盾构机或者顶管机直接切削玻璃纤维筋和低标号混凝土的技术已成熟。本发明通过修建竖井及横通道破除局部障碍桩，将盾构机或者顶管机穿越范围内的障碍桩替换为低强度混凝土和玻璃纤维筋，盾构机和顶管机不用停机，能直接切破桩通过。
12.本发明的技术方案是这样实现的：
13.一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，包括盾构或顶管隧道，及与隧道交叉的障碍桩，其特征在于，设置上下穿过隧道区域的竖井1并邻近所述障碍桩2，自所述竖井从下至上连续设置多层围绕所述障碍桩的横通道3；在隧道区域外的下方，设置围绕所述障碍桩的最下层横通道301上方穿入隧道区域，所述最下层横通道底面距隧道区域底部边界的竖向距离一h1至少为1000mm，并依次向上设置第二层横通道、第n层横通道、最上层横通道302，所述最上层横通道向上穿出隧道区域，且所述最上层横通道顶面与隧道区域上部边界的竖向距离二h2至少为1000mm。
14.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其中，所述障碍桩的直径为d，所述竖井采用圆井，其内径为d2＝d+800mm；各层横通道的净高为1600mm，净宽d1＝d+100mm。
15.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其中，所述横通道区域内构成分层破除障碍桩区域。
16.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其中，所述竖井、横通道的支护采用由c20喷射混凝土和玻璃纤维筋制成的组合结构。
17.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其中，破除障碍桩后的所述竖井、横通道的支护结构内回填c15素混凝土。
18.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其中，包括以下步骤，
19.1)紧贴障碍桩2，用倒挂井壁法施工竖井1；如果有地下水需要提前进行地下水处理；
20.2)竖井到底后，围绕障碍桩施工最下层横通道301，破桩区域最下方与隧道的竖向距离至少为1000mm，并控制最下层横通道的高度不超过1600mm，截桩前须通过托换或增设支撑的方式完成对障碍桩的受力转换；用水钻破除横通道范围内的障碍桩，并及时架设钢架对障碍桩桩端形成支撑；施工横通道端墙；
21.3)采用c15素混凝土回填最下层横通道及竖井同层区域；
22.4)按照相同的支护参数和尺寸制定原则，施工第二层横通道，破除横通道范围内的障碍桩，并回填第二层横通道及竖井同层区域；以此类推，直至破桩区域最上方与隧道的竖向距离至少为1000mm，破除横通道范围内的障碍桩，并回填最上层横通道302及竖井同层区域；
23.5)盾构机或顶管机切削回填后的竖井和横通道，通过障碍桩区域。
24.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其中，其中所述竖井、横通道规模：所述障碍桩的直径为d，所述竖井采用圆井，其内径为d2＝d+800mm，采用倒挂井
壁法施工；横通道的净宽d1＝d+100mm，净高1600mm，采用浅埋暗挖法施工。
25.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其中，当障碍桩桩径不超过2m时，竖井内径不超过3m，横通道断面尺寸,不超过2.1x1.6m。
26.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其中，所述竖井、横通道的支护采用由c20喷射混凝土和玻璃纤维筋制成的组合结构。
27.本发明的有益效果：
28.当障碍桩桩径不大于2m时，本发明通过合理设置竖井和横通道的位置并优化其尺寸、采用可切削的玻璃纤维筋材料制作支护筋体材料、分段破桩和分段回填等措施，不用拆除竖井横通道结构，避免了破桩后拆除暗挖支护结构带来的风险，增加了采用玻璃纤维筋进行暗挖支护的可靠性，全断面开挖也给暗挖作业带来了便利。
附图说明
29.图1为本发明竖井横通道截桩平面示意图，
30.图2竖井平面示意图，
31.图3最下层横通道截桩剖面示意图，
32.图4为图1的1-1剖面示意图，
33.图5为图1的2-2剖面示意图，
34.图6为玻璃纤维筋连接大样图，
35.图7为玻璃纤维筋连接俯视图，
36.图8为玻璃纤维筋连接u型螺栓大样图，
37.图9为玻璃纤维筋连接钢垫板大样图。
38.附图编号说明：
39.竖井1、障碍桩2、横通道3、最下层横通道301、最上层横通道302、隧道100、玻璃纤维筋与格栅钢架支护200、玻璃纤维筋300、u型扣件400、u型螺栓401、钢垫板402
具体实施方式
40.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
41.参见图1-2所示，本发明一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，包括盾构或顶管隧道100，及与隧道竖向交叉的障碍桩2，设置上下穿过隧道区域的竖井1并邻近所述障碍桩2，自所述竖井从下至上连续设置多层围绕所述障碍桩的横通道3；参见图3-5所示，在隧道区域外的下方，设置围绕所述障碍桩的最下层横通道301其上方穿入隧道区域，所述最下层横通道底面距隧道区域底部边界的竖向距离一h1至少为1000mm，并依次向上设置第二层横通道、第n层横通道、最上层横通道302，所述最上层横通道向上穿出隧道区域，且所述最上层横通道顶面与隧道区域上部边界的竖向距离二h2至少为1000mm。
42.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其中，所述障碍桩的直径为d，所述竖井采用圆井，其内径为d2＝d+800mm；各层横通道的净高为1600mm，净宽d1＝d+100mm。参见图1、5所示；
43.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其中，所述横通道区域内构成分层破除障碍桩区域。参见图4所示；
44.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其中，包括以下步骤，参见图1-9所示，
45.1)紧贴障碍桩2，用倒挂井壁法施工竖井1；如果有地下水需要提前进行地下水处理；参见图1，
46.2)竖井到底后，围绕障碍桩施工最下层横通道301，破桩区域最下方与隧道的竖向距离至少为1000mm(即h1)，并控制最下层横通道的高度不超过1600mm，截桩前须通过托换或增设支撑的方式完成对障碍桩的受力转换；用水钻破除最下层横通道范围内的障碍桩，并及时架设钢架对障碍桩桩端形成支撑；施工横通道端墙，参见图4、5，
47.3)采用c15素混凝土回填最下层横通道及竖井同层区域；参见图4所示；
48.4)按照相同的支护参数和尺寸制定原则，施工第二层横通道，破除第二层横通道范围内的障碍桩，并回填第二层横通道及竖井同层区域；以此类推，直至破桩区域最上方与隧道的竖向距离至少为1000mm(即h2)，破除横通道范围内的障碍桩，并回填最上层横通道302及竖井同层区域；
49.5)盾构机或顶管机切削回填后的竖井和横通道，通过障碍桩区域。
50.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其中，所述竖井、横通道规模：所述障碍桩的直径为d，所述竖井采用圆井，其内径为d2＝d+800mm，采用倒挂井壁法施工；横通道的净宽d1＝d+100mm，净高1600mm，采用浅埋暗挖法施工。
51.所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其中，当障碍桩桩径不超过2m时，竖井内径不超过3m，横通道断面尺寸,不超过2.1x1.6m。
52.所述竖井、横通道采用现有技术中的全断面开挖，采用现有技术如公开号cn111852514a的发明中公开的盾构可切削的支护结构，即以玻璃纤维筋作为格栅材料的组合式初支结构，为竖井和横通道提供支护的同时，也方便后续盾构机或者顶管机切割。竖井、横通道的支护采用由c20喷射混凝土和玻璃纤维筋制成的组合结构。
53.实施例
54.参见图1-6所示，本发明的实施为盾构或者顶管机直接通过障碍桩创造了条件。已知障碍桩的直径为d，为了减小风险和工程造价，在满足施工便利的条件下，采用最经济的竖井横通道规模：竖井采用圆井，内径为d2＝d+800mm，采用倒挂井壁法施工；横通道的净宽d1＝d+100mm，净高1600mm，采用浅埋暗挖法施工。
55.当桩径不超过2m时，竖井(内径不超过3m)和横通道断面尺寸(不超过2.1x1.6m)较小，可以采用全断面开挖，支护采用200mm厚c20喷射混凝土和玻璃纤维筋格栅制作而成的组合结构。
56.竖井和横通道的混凝土标号为c20，相对标号为c30及以上的桩混凝土，强度大大降低；
57.竖井为小直径圆形竖井；由于上部桩身存在的摩擦力和桩顶冠梁的存在，桩下横通道承受力较小。以上均有利于发挥玻璃纤维筋的受力特点；玻璃纤维筋钢架由主筋(直径18mm)和u筋z筋(直径12mm)组成，制作方法详见公开号cn111852514a的实用新型，玻璃纤维筋之间最小搭接长度不应小于40倍玻璃纤维筋直径，同一截面搭接接头面积百分率不应大于50％。玻璃纤维筋纵向主筋之间及其与钢筋之间应采用钢制u型扣件连接，筋材搭接范围的u型扣件数量不应少于2个,u型卡间距不应大于300mm,u型扣件应符合现行国家标准《钢
丝绳夹》》gb/t 5976的规定。参见图6-9所示；
58.格栅采用绑扎方式与玻璃纤维筋纵向连接筋(直径12mm)连接，纵向连接筋内外双层设置，环向间不大于1m。
59.本发明的施工步序如下：
60.1)截桩前须通过托换、增设支撑等方式完成对障碍桩的受力转换；
61.2)根据现场条件，进行必要的交通导改、围挡；
62.3)紧贴障碍桩，倒挂井壁法施工竖井，如附图1和2所示；如果有地下水需要提前进行地下水处理。
63.4)竖井到底后，施工最下层横通道(保证下方破桩区域与隧道的竖向距离约1000mm，并控制横通道的高度不超过1600mm)，用水钻破除横通道范围内的障碍桩，及时架设钢架对桩端形成支撑；施工横通道端墙(支护方式同横通道)，如附图3所示。
64.5)采用c15素混凝土回填最下层横通道及竖井同层区域；
65.6)按照相同的支护参数和尺寸制定原则，施工第二层横通道，并回填；
66.以此类推，直至上方破桩区域与隧道的竖向距离约1000mm左右；参见图4-5所示；
67.盾构机和顶管机切削回填后的竖井和横通道，通过障碍桩区域。

技术特征：
1.一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，包括盾构或顶管隧道，及与隧道交叉的障碍桩，其特征在于，设置上下穿过隧道区域的竖井(1)并邻近所述障碍桩(2)，自所述竖井从下至上连续设置多层围绕所述障碍桩的横通道(3)；在隧道区域外的下方，设置围绕所述障碍桩的最下层横通道(301)上方穿入隧道区域，所述最下层横通道底面距隧道区域底部边界的竖向距离一h1至少为1000mm，并依次向上设置第二层横通道、第n层横通道、最上层横通道(302)，所述最上层横通道向上穿出隧道区域，且所述最上层横通道顶面与隧道区域上部边界的竖向距离二h2至少为1000mm。2.如权利要求1所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其特征在于，所述障碍桩的直径为d，所述竖井采用圆井，其内径为d2＝d+800mm；各层横通道的净高为1600mm，净宽d1＝d+100mm。3.如权利要求1所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其特征在于，所述横通道区域内构成分层破除障碍桩区域。4.如权利要求1所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其特征在于，所述竖井、横通道的支护采用由c20喷射混凝土和玻璃纤维筋制成的组合结构。5.如权利要求1所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构，其特征在于，破除障碍桩后的所述竖井、横通道的支护结构内回填c15素混凝土。6.如权利要求1所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤，1)紧贴障碍桩(2)，用倒挂井壁法施工竖井(1)；如果有地下水需要提前进行地下水处理；2)竖井到底后，围绕障碍桩施工最下层横通道(301)，破桩区域最下方与隧道的竖向距离至少为1000mm，并控制最下层横通道的高度不超过1600mm，截桩前须通过托换或增设支撑的方式完成对障碍桩的受力转换；用水钻破除横通道范围内的障碍桩，并及时架设钢架对障碍桩桩端形成支撑；施工横通道端墙；3)采用c15素混凝土回填最下层横通道及竖井同层区域；4)按照相同的支护参数和尺寸制定原则，施工第二层横通道，破除横通道范围内的障碍桩，并回填第二层横通道及竖井同层区域；以此类推，直至破桩区域最上方与隧道的竖向距离至少为1000mm，破除横通道范围内的障碍桩，并回填最上层横通道(302)及竖井同层区域；5)盾构机或顶管机切削回填后的竖井和横通道，通过障碍桩区域。7.如权利要求6所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其特征在于，其中所述竖井、横通道规模：所述障碍桩的直径为d，所述竖井采用圆井，其内径为d2＝d+800mm，采用倒挂井壁法施工；横通道的净宽d1＝d+100mm，净高1600mm，采用浅埋暗挖法施工。8.如权利要求6所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其特征在于，当障碍桩桩径不超过2m时，竖井内径不超过3m，横通道断面尺寸,不超过2.1x1.6m。9.如权利要求6所述的一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工方法，其特征在于，所述竖井、横通道的支护采用由c20喷射混凝土和玻璃纤维筋制成的组合结构。

技术总结
一种采用竖井横通道破除地下障碍桩的施工结构及施工方法，包括盾构或顶管隧道，及与隧道交叉的障碍桩，设置上下穿过隧道区域的竖井并邻近所述障碍桩，自所述竖井从下至上连续设置多层围绕所述障碍桩的横通道；所述横通道区域内构成分层破除障碍桩区域。从下至上破除每层横通道范围内的障碍桩，并回填横通道及竖井同层区域；以此类推，完成破除地下障碍桩。本发明通过合理设置竖井和横通道的位置并优化其尺寸、采用可切削的玻璃纤维筋材料制作支护筋体材料、分段破桩和分段回填等措施，不用拆除竖井横通道结构，避免了破桩后拆除暗挖支护结构带来的风险。结构带来的风险。结构带来的风险。


技术研发人员：张仙义 刘峰 李名淦 胡伟红 杜玉东 刘佳
受保护的技术使用者：北京市市政工程设计研究总院有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/15