本發(fā)明涉及一種改進城市地下工程施工的方法。更具體地，涉及一種無預作豎向支撐體系地下結構蓋挖逆作施工方法。適用于軟弱地層及城市復雜環(huán)境下地下結構的施工。

背景技術：

蓋挖逆作法(Cut-Cover and Top-Down Excavation Method)于1951年首先在加拿大多倫多地鐵施工中采用，隨后在意大利米蘭地鐵工程中得到廣發(fā)應用，當時蓋挖逆作法又稱為“米蘭發(fā)”。在米蘭地鐵施工中，其創(chuàng)新性的使用臨時蓋板、蓋板梁以及立柱系統(tǒng)，將開挖擾動造成的荷載傳遞到地基上，成功保證了基坑開挖的穩(wěn)定性，同時又確保了路面交通能在短時間內(nèi)恢復。在城市地下工程施工中，蓋挖逆作法具有明挖法及暗挖法所不具有的優(yōu)勢。因此，自米蘭地鐵后，蓋挖逆作法在全世界得到了廣發(fā)的推廣及應用。

目前，城市地下工程修建量較多的國家中，以日本的蓋挖逆作法施工技術最為成熟。其在施工方法、基坑支撐體系、路面蓋板體系等方面都已形成了完整的理論、技術及經(jīng)驗體系，且發(fā)展了相應的成套產(chǎn)品。尤其需要注意的是，其成套產(chǎn)品可反復使用。

我國的蓋挖逆作法興起與上世紀80年代北京地鐵地下車站的修建中。隨后，在總結了北京地鐵采用的淺埋暗挖技術及國內(nèi)外蓋挖逆作技術經(jīng)驗后，我國采用該技術相繼修建了7座地鐵車站并總結了相關施工經(jīng)驗。此后，國內(nèi)眾多地鐵、巖土方面的專家、學者以這些經(jīng)驗為依據(jù)，開展了詳細的蓋挖逆作法施工技術研究，這些研究包括基坑穩(wěn)定性、結構受力/變形情況以及土體穩(wěn)定性問題。

傳統(tǒng)蓋挖逆作法首先在底面未開挖的情況下完成維護結構(如：地下連續(xù)墻等)以及必要的豎向支撐結構(如：柱、樁等)，通過將預制的蓋板覆蓋在擋土結構上的方法快速恢復交通，此后在蓋板下方進行土方開挖工作，直至基坑底部的設計標高，在主體開挖完成后按照地面建筑物的常規(guī)施工順序由下而上修建基坑內(nèi)主要構筑物、進行防水處理等。待上述工序完成后，施作頂板，進行頂板上覆土回填并恢復地下管線。如前所述，蓋挖逆作法能夠解決快速恢復道路交通的問題。

鋼板樁作為一種較成熟的土木工程應用材料，自20世紀初開始生產(chǎn)以來，就逐步在歐洲、日本等國家的土木工程施工中得到應用，如：岸壁工程、防坡堤工程、護岸工程、船塢工程、圍堰工程。在土木工程較發(fā)達的國家中，以日本的鋼板樁技術最為成熟。自1903年鋼板樁首次出現(xiàn)在日本三井本館擋土墻施工中開始，日本眾多地下工程開始廣泛使用鋼板樁作為維護結構。日本鋼板樁的生產(chǎn)始于1931年，經(jīng)過80年的發(fā)展，日本在鋼板樁的產(chǎn)品研發(fā)、施工工法以及設計工藝上都達到了世界領先水平。

國內(nèi)關于鋼板樁施工技術的研究主要集中在圍堰工程中，與此同時，鋼板樁作為地下工程永久維護結構也得到了越來越多的應用。目前，在地下工程領域，鋼板樁已被廣泛應用于明挖基坑或明挖車站，其支護效果已得到大量驗證。在明挖基坑、車站施工中，鋼板樁作為維護結構往往由圈梁、錨桿等進行支護，其所受軸力、彎矩等特征都已得到了大量研究。同時，其對土體的支護效果也從力學機理通方面通過連續(xù)介質彈性力學方法得到了解釋。但是，鋼板樁作為蓋挖逆作法地下結構維護體系的研究還很少。

目前的蓋挖逆作法具有如下缺陷：

1)周邊環(huán)境影響大。即振動錘施工拉森鋼板樁，有較大的振動、有強烈的噪音，影響地下管道管線，圍護結構施工對周邊環(huán)境有影響。

2)安全性能差。容易造成機械傷害，高空墜落等常見的危害，基坑圍護結構施工安全沒有有保障。

3)施工空間小。需要重型吊車、振動錘等，施工場地占用大，影響圍擋以外的區(qū)域。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于提供一種無預作豎向支撐體系地下結構蓋挖逆作施工方法。該方法在傳統(tǒng)蓋挖逆作法基礎上采用拉森鋼板樁作為地下結構施工過程中的主要圍護結構，同時不預先施作豎向支撐，采用分部階梯式開挖的方法對土體進行開挖。部分土體開挖后，在充分發(fā)揮土體自承能力的前提下，于開挖空間中對稱式施作墻、柱等豎向支撐體系，完成主體結構的施作。該方法對周邊環(huán)境影響小，安全性能好，施工空間小。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種無預作豎向支撐體系地下結構蓋挖逆作施工方法，包括如下步驟：

1)采用靜壓式植樁機沿主體結構外輪廓線完成鋼板樁插打

沿主體結構外輪廓線進行導溝的挖掘，然后在導溝兩側放置承壓鋼板，承壓鋼板上安置靜壓植樁機，所述靜壓植樁機兩端的支撐部設置在承壓鋼板上，所述靜壓植樁機兩端的支撐部上方設有配重件；將拉森鋼板樁作為導向樁進行壓樁；取消配重件，利用導向樁進行后續(xù)鋼板樁插打，將靜壓植樁機放置于插好的拉森鋼板樁之上，靜壓植樁機利用咬齒咬住拉森鋼板樁，與之形成一個整體，借助拉森鋼板樁的抗拔力以抵抗摩擦阻力，達到將拉森鋼板樁壓入土體的效果；拉森鋼板樁身每進入土體1米，用水平靠尺、紅外線定位儀對鋼板樁垂直度、軸線偏移量進行一次測量、控制，壓樁過程中應注意鎖口對正，確保施工質量；

2)開挖表層覆土至頂板標高，對主體結構頂板施工

拉森鋼板樁施作完畢后不再拔出，與主體結構外墻一起形成永久結構；拉森鋼板樁施作完畢后，開挖表層覆土至頂板標高，進行主體結構頂板施工，頂板結構作為維護結構第一道內(nèi)支撐；

3)頂板施作完畢后，回填表層覆土恢復路面施工，所述頂板保留開挖出土口；從出土口處進行頂板以下土體階梯式暗挖施工，并完成負二層頂板結構施工，負二層頂板結構作為維護結構的第二道內(nèi)支撐；在階梯式暗挖土體施工的同時，完成柱、墻永久結構的施作；重復此過程完成負二層土體開挖及主體結構的施作。

優(yōu)選地，所述導溝寬度1.5-1.7m，深度不小于1.0m。導溝開挖過程中對地下管線進行標識，并進行改遷或拆除，待鋼板樁施工完后，進行回遷。

優(yōu)選地，所述承壓鋼板厚度≥30mm。

優(yōu)選地，所述靜壓植樁機兩端的支撐部上方設有的配重件是≥63塊15米長SKSP-IV型鋼板樁。

優(yōu)選地，所述壓樁時，可適當提拔、反復壓入，以保證拉森鋼板樁卡口閉合，同時其垂直度滿足要求。

優(yōu)選地，所述階梯式暗挖施工的方法包括如下具體步驟：

1)出土口下方土體開挖：

分別對出土口處的立柱進行一次開挖到底，然后依次對出土口附近的4個立柱進行澆筑且澆筑底板，確保出土口4個立柱形成整體。

2)外墻施工：

對出土口橫向對應的外墻進行施工，根據(jù)地質情況，外墻豎向可分1層或2層開挖到標高，縱向開挖長度不大于5m；外墻及柱應交錯式施工；此方法既能提高機械運轉率也能加快施工進度，節(jié)約項目成本；

3)在出土口左右兩個方向，按上述施工順序快速完成施工任務。

所述階梯式暗挖施工的方法能有效發(fā)揮土體的自承能力。

本發(fā)明的無預作豎向支撐體系地下結構蓋挖逆作施工方法的整體施工步驟參見圖3-圖13所示。

本發(fā)明的有益效果如下：

1)周邊環(huán)境影響?。翰捎渺o壓法施工拉森鋼板樁，較小的振動、無強烈的噪音，不影響地下管道管線，減少圍護結構施工對周邊環(huán)境的影響，避免了使用振動錘對周邊建筑物的安全影響。

2)利用主體結構作為內(nèi)支撐：在本工程采用拉森鋼板樁作為圍護結構，逆作法施工的主體頂板、中板和底板結構作為圍護結構橫向3道內(nèi)支撐，有效的減少鋼板樁受土體擠壓的變形，為頂板以下暗挖施工提供有利條件。

3)安全性能好：靜壓植樁機利用已壓入的拉森鋼板樁為導向基礎，將液壓力轉化為動力，逐根植入拉森鋼板樁，在專人指揮下吊裝、植入拉森鋼板樁，不僅能較好的避免機械傷害，高空墜落，等常見的危害，還使基坑圍護結構施工安全有保障。

4)施工空間小：靜壓植樁機由動力頭和供力設備兩部分組成，設備小巧，喂樁的吊車位于場地內(nèi)任意位置，施工場地占用小，不影響圍擋以外的區(qū)域。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出本發(fā)明的導溝和承壓鋼板結構示意圖。

圖2示出本發(fā)明的靜壓植樁機放置結果示意圖。

圖3示出本發(fā)明的出土口的擋土墻施工圖。

圖4示出本發(fā)明的出土口的下方土體開挖示意圖。

圖5示出本發(fā)明的柱基1土方挖出并設置格構柱鋼支撐示意圖。

圖6示出本發(fā)明的柱基1完成柱身結構示意圖。

圖7示出本發(fā)明的出土口附近4個柱基完成柱身結構示意圖。

圖8示出本發(fā)明的柱基完成后開挖至邊墻的結構示意圖。

圖9示出本發(fā)明的第一層邊墻的結構施工示意圖。

圖10示出本發(fā)明的第一層邊墻的其它部分施工示意圖。

圖11示出本發(fā)明的第二層邊墻的施工示意圖。

圖12示出本發(fā)明的完成部分立柱施工后的結構示意圖。

圖13示出本發(fā)明的完成部分底板結構施工后的結構示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

本發(fā)明一種無預作豎向支撐體系地下結構蓋挖逆作施工方法，包括如下步驟：

1)采用靜壓式植樁機10沿主體結構外輪廓線完成鋼板樁插打

沿主體結構外輪廓線進行導溝11的挖掘，優(yōu)選地，本實施例所述導溝寬度1.6m，深度不小于1.0m；導溝開挖過程中對地下管線進行標識，并進行改遷或拆除，待鋼板樁施工完后，進行回遷；然后在導溝11兩側放置承壓鋼板12，優(yōu)選地，所述承壓鋼板厚度30mm，所述靜壓植樁機13兩端的支撐部設置在承壓鋼板12上，承壓鋼板12的設置便于安置植樁機13，并保證植樁機13水平；所述靜壓植樁機13兩端的支撐部上方設有配重件14，優(yōu)選地，所述配重件14是63塊15米長SKSP-IV型鋼板樁(參見圖1、圖2所示)；將拉森鋼板樁15作為導向樁進行壓樁，優(yōu)選地，所述壓樁時，可適當提拔、反復壓入，以保證拉森鋼板樁15卡口閉合，同時其垂直度滿足要求；取消配重件14，利用導向樁15進行后續(xù)拉森鋼板樁15插打，將靜壓植樁機13放置于插好的拉森鋼板樁15之上，靜壓植樁機13利用咬齒咬住拉森鋼板樁15，與之形成一個整體，借助拉森鋼板樁15的抗拔力以抵抗摩擦阻力，達到將拉森鋼板樁15壓入土體的效果；拉森鋼板樁15身每進入土體1米，用水平靠尺、紅外線定位儀對拉森鋼板樁15垂直度、軸線偏移量進行一次測量、控制，壓樁過程中應注意鎖口對正，確保施工質量；

2)開挖表層覆土至頂板標高，對主體結構頂板施工

拉森鋼板樁15施作完畢后不再拔出，與主體結構外墻16一起形成永久結構；拉森鋼板樁15施作完畢后，開挖表層覆土至頂板17標高，進行主體結構頂板17施工，頂板17結構作為維護結構第一道內(nèi)支撐；

3)頂板17施作完畢后，回填表層覆土恢復路面施工，所述頂板17保留若干出土口171；從出土口171處進行頂板17以下土體階梯式暗挖施工，并完成頂板結構施工，頂板結構作為維護結構的第二道內(nèi)支撐；在階梯式暗挖土體施工的同時，完成柱、墻永久結構的施作；重復此過程完成土體開挖及主體結構的施工。

進一步優(yōu)選的實施例，所述階梯式暗挖施工的方法包括如下具體步驟：

1)出土口171下方土體開挖：

首先在出土口171四周設置出土口擋土墻172；分別對出土口171處的立柱18進行一次開挖到底，然后依次對出土口171附近的4個立柱進行澆筑且澆筑底板，確保出土口4個立柱形成整體。

2)外墻16施工：

對出土口171橫向對應的外墻16進行施工，根據(jù)地質情況，外墻16豎向可分2層(根據(jù)不同地質可選1層)開挖到標高，縱向開挖長度不大于5m；外墻16及柱18應交錯式施工；此方法既能提高機械運轉率也能加快施工進度，節(jié)約項目成本；

3)在出土口171左右兩個方向，按上述施工順序快速完成施工任務。

所述階梯式暗挖施工的方法能有效發(fā)揮土體的自承能力。

再進一步優(yōu)選的實施例，本發(fā)明所述階梯式暗挖施工的方法包括如下具體步驟：

1)在出土口171四周設置出土口擋土墻172；參見圖3所示；

2)對出土口171的下方土體開挖，參見圖4所示；

3)挖出出土口171附近第一柱基181的土方并設置格構柱鋼支撐19；參見圖5所示；

4)在第一柱基181的下方從下往上分別完成墊層、防水保護層、柱身結構；參見圖6所示；

5)交錯施工出土口171附近的第二柱基182、第三柱基183和第四柱基184，參見圖7所示；

6)自出土口171向上下兩側開挖土方上層至拉森鋼板樁15，并設置第一層邊墻20，參見圖8、圖9所示；

7)自第一層邊墻20向左右兩側開挖并設置好相應其它第一層邊墻，參見圖10所示；

8)所有第一層邊墻設置好后，自出土口171向上下兩側開挖土方下層至拉森鋼板樁15，并設置第二層邊墻21，參見圖11所示；

9)自第二層邊墻21向左右兩側開挖并設置好相應其它所有第二層邊墻；

10)交錯完成所有出土口171下方的立柱施工，參見圖12所示；

11)完成所有的底板結構施工，參見圖13所示。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。