一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构及施工方法
阅读说明：本技术 一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构及施工方法 (Reaction wall structure for jacking cohesive soil layer pipe curtain and construction method ) 是由 袁齐虎 杨仲杰 安刚建 王叶斌 袁正璞 王尹 杨新安 富巨烨 余坤 余松 李路恒 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构及施工方法,反力墙包括隧道顶底板管幕反力墙和隧道侧墙管幕反力墙；两个隧道侧墙管幕反力墙设置于工作井后侧墙的两侧,用于对侧墙管幕进行顶进,隧道顶底板管幕反力墙设置于工作井的后侧墙处上沿,以对顶层管幕进行顶进,隧道顶底板管幕反力墙设置于工作井的后侧墙处下沿,用于对底层管幕进行顶进；采用板桩式作为反力墙主体结构,施工安装方便、工程造价低,隧道顶底板管幕反力墙由钢板桩和钢面板组成,隧道侧墙管幕反力墙由灌注桩和钢面板,有足够的强度和刚度,能保证结构在管幕顶进期间不被破坏,且能有效降低顶进反力作用下压缩回弹量,减小千斤顶有效冲程的损耗,提高顶进效率。(The invention provides a reaction wall structure for jacking a pipe curtain of a cohesive soil layer and a construction method, wherein the reaction wall comprises a tunnel top bottom plate pipe curtain reaction wall and a tunnel side wall pipe curtain reaction wall; the two tunnel side wall pipe curtain reaction walls are arranged on two sides of the rear side wall of the working well and used for jacking the side wall pipe curtains, the tunnel top bottom plate pipe curtain reaction wall is arranged on the upper edge of the rear side wall of the working well so as to jack the top layer pipe curtain, and the tunnel top bottom plate pipe curtain reaction wall is arranged on the lower edge of the rear side wall of the working well and used for jacking the bottom layer pipe curtain; the plate pile type reaction wall main body structure is adopted, construction and installation are convenient, construction cost is low, the tunnel top bottom plate pipe curtain reaction wall is composed of steel plate piles and steel panels, the tunnel side wall pipe curtain reaction wall is composed of cast-in-place piles and steel panels, and has enough strength and rigidity, so that the structure can be guaranteed not to be damaged during pipe curtain jacking, the compression resilience amount under the jacking reaction effect can be effectively reduced, the loss of the effective stroke of a jack is reduced, and jacking efficiency is improved.)
技术领域
本发明属于隧道下穿城市道路的技术领域，具体涉及一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构及施工方法。
背景技术
城市道路修建时，道路不可避免地会下穿重要建(构)筑物，为保证已有道路的正常交通和已有建(构)筑物的结构安全，常采用管幕法支护下穿隧道空间。管幕顶进时顶进千斤顶的反力通常由设置的反力墙提供，反力墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、后背或者后背墙等。常见的反力墙体有重力式后背、钢筋混凝土式后背和板桩式后背等。重力式后背施工方便，工程造价低，但常不能提供足够的反力；钢筋混凝土式后背可提供的顶力较重力式后背大，但其造价偏高，位置固定且需要空间大，实际工程中常将已修建完成的隧道衬砌作为反力结构，多用于大型箱涵的顶进；板桩式后背常由高强钢板组成，刚度大、施工简单、造价较低，可为管幕顶进提供足够的顶进反力。
在管幕顶进过程中，要求反力墙必须保持稳定，一旦反力墙遭到破坏，顶进工程就要暂停，甚至导致顶进轨迹偏差而无法纠偏控制。同时，针对一些地区粘性土地层未受到扰动时粘聚力较高、地基承载力较大(220KPa左右)，板桩式反力墙如何稳定锚固在土体内，如何在钢管幕顶进时，确保反力墙不被破坏，以充分提高顶进效率，保证钢管幕顶进进度，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种简单稳定的反力墙。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构，所述反力墙包括隧道顶底板管幕反力墙和隧道侧墙管幕反力墙；
两个所述隧道侧墙管幕反力墙设置于工作井后侧墙的两侧，所述隧道侧墙管幕反力墙用于对侧墙管幕进行顶进，所述隧道侧墙管幕反力墙包括：
灌注桩，不少于两个所述灌注桩设置于工作井的原状土内，并沿工作井的后侧壁并列分布，以形成所述隧道侧墙管幕反力墙的主体；
钢面板，所述钢面板依据隧道侧墙管幕的顶进顺序依次设置在所述灌注桩上，所述钢面板设置于所述灌注桩对应管幕顶进方向的一侧，用于布置千斤顶；
所述隧道顶底板管幕反力墙设置于工作井的后侧墙处上沿，所述隧道顶底板管幕反力墙用于对顶层管幕进行顶进；或者，所述隧道顶底板管幕反力墙设置于工作井的后侧墙处下沿，所述隧道顶底板管幕反力墙用于对底层管幕进行顶进；
所述隧道顶底板管幕反力墙包括：
钢板桩，所述钢板桩的下端锚固在工作井内的原状土内，多个所述钢板桩沿工作井的后侧壁并列分布，以形成所述隧道顶底板管幕反力墙的主体；
钢面板，所述钢面板设置于所述钢板桩对应管幕顶进方向的一侧，用于布置千斤顶。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构，优选，所述钢板桩的长度不小于6m，锚固于原状土内的深度不小于4m。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构，优选，所述灌注桩的埋深大于底层管幕的埋深4m，并随隧道侧墙管幕的顶进顺序逐次向下破除。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构，优选，在原状土内预设对应所述钢板桩的引孔，以引导所述钢板桩锚固。
一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙施工方法，所述反力墙施工方法中使用了上述用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构，所述反力墙施工方法包括：
步骤S1，在工作井后侧墙的两侧分别施作不少于两个灌注桩，所述灌注桩设置于工作井的原状土内，并沿工作井的后侧壁并列分布，以形成隧道侧墙管幕反力墙的主体；
步骤S2，在作井后侧墙的上沿设置钢板桩，所述钢板桩的下端锚固在工作井内的原状土内，多个所述钢板桩沿工作井的后侧壁并列分布，以形成所述隧道顶底板管幕反力墙的主体；
步骤S3，在钢板桩对应管幕顶进方向的一侧设置钢面板，在钢面板上布置千斤顶，通过千斤顶依次顶进顶层管幕；
步骤S4，顶层管幕顶进完成后，去除钢面板并拔出钢板桩，并进行工作井开挖；
步骤S5，随着工作井的开挖，依次进行侧墙管幕的顶进，依据隧道侧墙管幕的顶进顺序依次在所述灌注桩上设置钢面板，所述钢面板设置于所述灌注桩对应管幕顶进方向的一侧，在钢面板上布置千斤顶，通过千斤顶依次顶进侧墙管幕；
步骤S6，随着工作井开挖完成侧墙管幕的顶进，在工作井后侧墙的下沿设置钢板桩，所述钢板桩的下端锚固在工作井内的原状土内，多个所述钢板桩沿工作井的后侧壁并列分布，以形成所述隧道顶底板管幕反力墙的主体；
步骤S7，在钢板桩对应管幕顶进方向的一侧设置钢面板，在钢面板上布置千斤顶，通过千斤顶依次顶进底层管幕；
步骤S7，底层管幕顶进完成后，去除钢面板并拔出钢板桩，完成管幕顶进施工。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙施工方法，优选，所述钢板桩的长度不小于6m，锚固于原状土内的深度不小于4m。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙施工方法，优选，所述灌注桩的埋深大于底层管幕的埋深4m，并随隧道侧墙管幕的顶进顺序逐次向下破除。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙施工方法，优选，在原状土内预设对应所述钢板桩的引孔，以引导所述钢板桩锚固。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙施工方法，优选，任意一个钢面板的面积，大于其对应管幕断面面积的2倍。
如上所述的用于粘性土层管幕顶进的反力墙施工方法，优选，在工作井的开挖过程中，远离管幕顶进方向一侧的原状土的上沿与反力墙的上沿齐平。
有益效果：本申请采用板桩式作为反力墙主体结构，施工安装方便、工程造价低，隧道顶底板管幕反力墙由钢板桩和钢面板组成，隧道侧墙管幕反力墙由灌注桩和钢面板，一方面是有足够的强度和刚度，能保证结构在管幕顶进期间不被破坏，且能有效降低顶进反力作用下压缩回弹量，减小千斤顶有效冲程的损耗，提高顶进效率；另一方面反力墙材质均匀、表面平直，可以避免墙体材料承受较大的反作用力时的压缩不匀，致使千斤顶偏心，引起顶力损失，提高管幕顶进精度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明所提供具体实施例中管幕反力墙平面布置图；
图2为发明所提供具体实施例中隧道侧墙管幕反力墙的布置示意图；
图3为发明所提供具体实施例中隧道顶部反力墙的布置示意图；
图4为发明所提供具体实施例中隧道底部反力墙的布置示意图。
图中：1、工作井；2、顶层管幕；3、钢面板；4、灌注桩；5、原状土；6、钢板桩；7、垫层和滑道；8、侧墙管幕；9、底层管幕。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-4所示，一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构，反力墙包括隧道顶底板管幕反力墙和隧道侧墙管幕反力墙；两个隧道侧墙管幕反力墙设置于工作井1后侧墙的两侧，用于对侧墙管幕8进行顶进，隧道侧墙管幕反力墙包括：灌注桩4，不少于两个灌注桩4设置于工作井1的原状土5内，并沿工作井1的后侧壁并列分布，以形成隧道侧墙管幕反力墙的主体；钢面板3，钢面板3依据隧道侧墙管幕8的顶进顺序依次设置在灌注桩4上，钢面板3设置于灌注桩4对应管幕顶进方向的一侧，用于布置千斤顶。
隧道顶底板管幕反力墙设置于工作井1的后侧墙处上沿，以对顶层管幕2进行顶进；或者，隧道顶底板管幕反力墙设置于工作井1的后侧墙处下沿，用于对底层管幕9进行顶进；其中，隧道顶底板管幕反力墙长度与工作井1后侧墙长度相适配，以满足对所有顶层管幕2或底层管幕9进行顶进；隧道顶底板管幕反力墙包括：钢板桩6，钢板桩6的下端锚固在工作井1内的原状土5内，多个钢板桩6沿工作井1的后侧壁并列分布，以形成隧道顶底板管幕反力墙的主体；钢面板3，钢面板3设置于钢板桩6对应管幕顶进方向的一侧，用于布置千斤顶。
根据工作井1的开挖进度进行反力墙的设置，隧道顶底板管幕反力墙分别对顶层管幕2和底层管幕9进行顶进，隧道顶底板管幕反力墙由钢板桩6和钢面板3组成，可随工程进度进行快速拆除，提高施工进度，结构简单，有效降低工程造价
通过隧道侧墙管幕反力墙对侧墙管幕8进行顶进，隧道侧墙管幕反力墙主体为灌注桩4，结构稳定，施工过程中，随工作井1的开挖进行破除，不需要反复施作，结构简单，有效降低工程造价。
在本申请的另一可选实施例中，钢板桩6的长度不小于6m，锚固于原状土5内的深度不小于4m。优选，钢板桩6的长度为6m，锚固于原状土5内的深度为4-5m，例如4m、4.5m、5m；在工作井1内对应钢板桩6未锚固部分设置垫层及滑道，保证管幕顶进过程中不会发生轴向偏移。
在本申请的另一可选实施例中，灌注桩4的埋深大于底层管幕9的埋深4m，例如4.5m、5m，并随隧道侧墙管幕8的顶进顺序逐次向下破除。灌注桩4由混凝土构造而成，埋深大于底层管幕9，保证其稳定性，能够给予管幕顶进更稳定的支撑力。
在本申请的另一可选实施例中，在原状土5内预设对应钢板桩6的引孔，以引导钢板桩6锚固。通过预设引孔引导钢板桩6的锚固，在引孔内进行钢板桩6的打入，能有效克服粘性土地基承载力过高导致的板桩式反力墙安装难题。
本发明还提供一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙施工方法，包括：
步骤S1，划定工作井1位置，在工作井1后侧墙的两侧分别施作不少于两个灌注桩4，灌注桩4设置于工作井1的原状土5内，并沿工作井1的后侧壁并列分布，以形成隧道侧墙管幕反力墙的主体。
步骤S2，在作井后侧墙的上沿设置钢板桩6，钢板桩6的下端锚固在工作井1内的原状土5内，多个钢板桩6沿工作井1的后侧壁并列分布，以形成隧道顶底板管幕反力墙的主体。
步骤S3，在钢板桩6对应管幕顶进方向的一侧设置钢面板3，在钢面板3上布置千斤顶，通过千斤顶依次顶进顶层管幕2。
步骤S4，顶层管幕2顶进完成后，去除钢面板3并拔出钢板桩6，并进行工作井1开挖。
步骤S5，随着工作井1的开挖，依次进行侧墙管幕8的顶进，依据隧道侧墙管幕8的顶进顺序依次在灌注桩4上设置钢面板3，钢面板3设置于灌注桩4对应管幕顶进方向的一侧，在钢面板3上布置千斤顶，通过千斤顶依次顶进侧墙管幕8。
步骤S6，随着工作井1开挖完成侧墙管幕8的顶进，在工作井1后侧墙的下沿设置钢板桩6，钢板桩6的下端锚固在工作井1内的原状土5内，多个钢板桩6沿工作井1的后侧壁并列分布，以形成隧道顶底板管幕反力墙的主体。
步骤S7，在钢板桩6对应管幕顶进方向的一侧设置钢面板3，在钢面板3上布置千斤顶，通过千斤顶依次顶进底层管幕9。
步骤S7，底层管幕9顶进完成后，去除钢面板3并拔出钢板桩6，完成管幕顶进施工。
先打设灌注桩4，通过灌注桩4与原状土5形成对侧墙管幕8顶进的稳定支撑，而后进行对应顶层管幕2的隧道顶底板管幕反力墙施工，施工完成后进行工作井1初步开挖，即工作井1垂直开挖2m，以布设垫层和滑道7，并以此进行顶层管幕2的顶进，并在顶层管幕2施工完成后拆除。
继续进行工作井1开挖，开挖过程中，随挖掘进度对侧墙管幕8进行顶进(根据进度相应的铺设垫层和滑道7)，当工作井1开挖完成后，侧墙管幕8也已顶进完成，随后打设对应底层管幕9的隧道顶底板管幕反力墙施工，并顶进底层管幕9；本发明可根据工作井1的开挖进度进行反力墙的设置，隧道顶底板管幕反力墙分别对顶层管幕2和底层管幕9进行顶进，隧道顶底板管幕反力墙由钢板桩6和钢面板3组成，可随工程进度进行快速拆除，提高施工进度，结构简单，有效降低工程造价；在工作井1开挖过程中，根据施工进度进行灌注桩4的破除，施工简单有效，效率高。
在本申请的另一可选实施例中，上述方法中，钢板桩6的长度不小于6m，锚固于原状土5内的深度不小于4m。优选，钢板桩6的长度为6m，锚固于原状土5内的深度为4-5m，例如4m、4.5m、5m；在工作井1内对应钢板桩6未锚固部分设置垫层及滑道，保证管幕顶进过程中不会发生轴向偏移。
钢板桩6的长度不小于6m，锚固于原状土5内的深度不小于4m。优选，钢板桩6的长度为6m，锚固于原状土5内的深度为4-5m，例如4m、4.5m、5m；在工作井1内对应钢板桩6未锚固部分设置垫层及滑道，保证管幕顶进过程中不会发生轴向偏移。
在本申请的另一可选实施例中，灌注桩4的埋深大于底层管幕9的埋深4m，例如4.5m、5m，并随隧道侧墙管幕8的顶进顺序逐次向下破除。灌注桩4由混凝土构造而成，埋深大于底层管幕9，保证其稳定性，能够给予管幕顶进更稳定的支撑力。
在本申请的另一可选实施例中，在原状土5内预设对应钢板桩6的引孔，以引导钢板桩6锚固。通过预设引孔引导钢板桩6的锚固，在引孔内进行钢板桩6的打入，能有效克服粘性土地基承载力过高导致的板桩式反力墙安装难题。由于工作井1粘性土地基承载力较大，钢板桩6采用单独打入法进行打入，直至完成顶部管幕反力墙的钢板桩6帷幕；
在一些实施例中，顶层管幕2或底层管幕9在具体顶进过程中，钢面板3随顶进进度在对应位置的钢板桩6上依次在设置钢面板3。钢面板3设置双层，以增强顶进反力支撑。
在本申请的另一可选实施例中，任意一个钢面板3的面积，大于其对应管幕断面面积的2倍，可以为管幕断面面积的3倍。钢面板3采用双层20～30mm钢面板3，能够对千斤顶进行支撑，保证顶进过程中的稳定性。
在本申请的另一可选实施例中，在工作井1的开挖过程中，远离管幕顶进方向一侧的原状土5的上沿与反力墙的上沿齐平。在工作井1及管幕施工时候，对反力墙远离管幕顶进方向一侧的原状土5进行同步挖掘，该侧原状土5的上沿与反力墙的上沿齐平，保证反力墙受原状土5支撑，提高支撑稳定性。
综上所述，本发明提供一种用于粘性土层管幕顶进的反力墙结构及施工方法，在待顶进管幕隧道的工作井1后侧壁处的两侧施工两根灌注桩4，钻孔灌注桩4深度需超出隧道底部管幕埋深4～5m，随后在工作井1后侧壁的上沿施作隧道顶底板管幕反力墙，在工作井1内垂直开挖2m，并在对应的钢板桩6上设置双层20mm钢面板33，以此对应隧道顶部管幕进行顶进，钢板桩6为拉森Ⅳ型钢板桩6，由于工作井1粘性土地基承载力较大，钢板桩6施工还需做预先引孔处理，并采用单独打入法，直至完成顶部管幕反力墙的钢板桩6帷幕，根据管幕顶进顺序，依次完成待顶进钢管对应位置的钢面板3敷设；拔出对应顶部管幕的隧道顶底板管幕反力墙并开挖工作井1，根据开挖进度以此对隧道的侧墙管幕8进行顶进，并根据开挖位置依次向下破除灌注桩4；完成工作井1开挖后，设置对应底层管幕9的隧道顶底板管幕反力墙，对底层管幕9进行顶进，并根据顶进顺序依次设置钢面板3，完成隧道底板管幕的施工。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。