CN101858222B - 一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，该方法在既有地铁结构底板与新建隧道侧墙之间加装千斤顶，充分利用隧道开挖的时空效应，及时施加顶升力，预先使新建隧道地基土体固结沉降，从而减少后期土体沉降以达到控制地铁结构变形的目的，同时通过远程监控，利用千斤顶实时调整控制既有地铁结构的变形，保证既有地铁的结构和运营安全。该方法在传统的浅埋暗挖法施工的基础上，首先对隧道开挖断面两侧及底部一定范围内的土体进行超前注浆加固，提高其承载力，进而在新建隧道初衬侧墙上对应上部地铁结构的若干位置布置千斤顶，并在千斤顶与既有地铁结构底板之间设置型钢顶梁，使千斤顶的顶升力比较均匀的作用至既有地铁结构上。

Description

一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法

技术领域

本发明涉及地下工程领域，尤其涉及一种新建隧道零距离下穿地铁结构控制变形的方法。

背景技术

随着城市轨道交通的日益网络化、规模化，轨道交通和市政设施同步快速发展，轨道交通之间、市政隧道(如电力、热力隧道)与既有运营地铁之间的空间交叉不可避免，周围环境或者设施等方面的限制又不得不使二者采用近距离或紧贴的交叉穿越方式，随着轨道交通网络化的发展，轨道交通的运力在不断提高，为了保证安全运营，对结构及轨道变形提出了越来越严格的要求。近距离穿越地铁工程如果设计或施工处理不当，轻则降低地铁结构的耐久性，重则影响地铁的正常运营甚至行车安全。例如北京地铁5号线崇文门站下穿地铁2号线的施工导致既有2号线洞体结构和轨道线路产生了较大的沉降，迫使2号线在北京站至崇文门站区间采取了严格的限速措施等，极大地影响了地铁的服务质量和运营能力。

隧道下穿既有地铁结构常采用浅埋暗挖法施工，浅埋暗挖法是一种在覆土较小的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的常用方法，施工中采用多种辅助措施和围岩加固技术，充分调动围岩的自承能力。开挖后及时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合配套施工技术，目前广泛应用于城市地下工程的施工中。该工法多在城市地区的松软地层中修建，围岩自身承载能力比较差，因此，控制围岩变形是浅埋暗挖法设计施工的核心问题。除了保证浅埋暗挖的十八字方针“管超前，严注浆，短进尺，强支护，快封闭，勤量测”之外，为控制地层变形而采取的措施还有增加注浆量，增加或加强临时支撑等。

但是，采用浅埋暗挖法或其它施工方法使新建隧道近距离下穿运营轨道交通线路时，开挖引起的地层应力释放、地层失水引起的二次沉降会对地表建筑物和地下构筑物的正常使用或其结构安全造成影响，就地铁结构而言，严重时会影响地铁列车运行的平稳性和安全性。因此很有必要对这种近距离的下穿地铁结构的隧道施工方法进行深入研究和优化，力求尽量减小隧道施工的既有地铁结构的变形，从而既能使新建工程顺利进行，又使其对地铁结构影响和运营影响降到最低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构的变形控制方法，该方法充分利用隧道开挖的时空效应，布设千斤顶施加顶升力，及时发挥初期支护的作用，预先使新建隧道的地基土发生固结，从而减少后期土体沉降以达到控制变形的目的。该方法在传统的浅埋暗挖法施工的基础上，预先对隧道开挖断面两侧及底部一定范围内的土体进行超前注浆加固，在新建隧道初衬侧墙上对应上部地铁结构的若干位置布置千斤顶，该处初衬钢格栅改为型钢，立柱型钢与顶部型钢采用螺栓连接。施加一定的预顶力压实初衬下方土体，使千斤顶与型钢顶梁、顶梁与既有地铁结构顶紧，在顶升过程中实时监测地铁结构的变形以实时调整顶升力，控制既有结构的变形。待变形稳定后，紧固立柱型钢与顶部型钢的螺栓，闭合初衬，进行壁后回填注浆，施作隧道防水和二衬结构。在本发明的方法中，预顶技术不仅可使初期支护尽早的发挥作用，提高围岩的承载能力，更主要的是压实新建隧道下方土体使土体预先沉降从而减小了后期沉降引起的地铁结构的变形。

此种方法能有效减小施工过程中因土体沉降引起的地铁结构的变形，提高既有地铁结构安全的可靠度，作为一种有效的控制变形的方法应用于零距离下穿既有地铁结构的工程实际中。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为一种新建隧道零距离下穿地铁结构控制变形的方法，包括以下步骤：

步骤一：在新建隧道开挖面临近既有地铁结构时，对开挖断面两侧及底部一定范围内的土体进行全断面超前注浆预加固；注浆区域各侧距隧道断面不小于2m。

步骤二：开挖新建隧道内的土体，及时施作初衬结构，初衬结构主要采用间隔布置钢格栅，并在其表面喷射混凝土的形式，初衬结构在布置千斤顶的位置采用型钢立柱、型钢顶梁和底钢梁的形式；新建隧道的开挖采用台阶法开挖，并保留核心土，台阶长度≤3m。

步骤三：在新建隧道初衬结构的侧墙上对应上部既有地铁结构的若干位置布置千斤顶，并在千斤顶与既有地铁结构底板之间设置型钢立柱和型钢顶梁，使千斤顶的顶升力均匀地传给既有地铁结构；布置千斤顶的具体过程为：在待开挖到预设千斤顶位置时，将此处的钢格栅用型钢替换，底钢梁应采用宽翼板的型钢，以加大与地基的接触面积。

初衬结构中，各型钢的连接处均设有连接板，型钢立柱与型钢顶梁连接处的连接板采用螺栓连接，其他部位的连接板除采用螺栓连接外，还要沿连接板周边围焊牢固；除顶部钢梁外，其它型钢断面与钢格栅断面均采用纵向连接筋连接，增加隧道的纵向整体性，然后在立柱型钢顶部侧面布置千斤顶。

采用千斤顶施加一定的预顶力，以压实初衬结构下方的地基土，使千斤顶与型钢顶梁、型钢顶梁与既有地铁结构顶紧，此处的型钢顶梁不做喷射混凝土，同时，应保证千斤顶施加的预顶力不超过加固后的地基土承载力，从而避免地基土发生过大变形或破坏。

步骤四：在既有地铁结构内对应每台千斤顶位置布设测点，根据沉降监测值调整顶力大小，并在调整过程中加强对既有地铁结构的监测，所用千斤顶应具备单独调整顶力及整体同步调整顶力的功能。

步骤五：待沉降稳定后，紧固初衬结构的型钢立柱与型钢顶梁的螺栓，闭合初衬结构，并及时进行壁后回填注浆，使初衬结构与地铁结构周边密贴。

步骤六：待初衬结构贯通后，立即施作新建隧道的防水和二衬结构，先将该段底板二衬全部做完，再施工侧墙和顶板二衬，可将纵向施工步距缩短以配合千斤顶逐个断面拆除(千斤顶拆除与否视情况而定)，也可将千斤顶浇入二衬结构内。

附图说明

图1是地铁结构下方隧道开挖注浆加固图。

图2是隧道开挖布置千斤顶图。

图3是开挖隧道布置千斤顶断面结构图。

图4是型钢顶梁处节点图。

图5是千斤顶布设图。

具体实施方式

下面结合一具体的工程实例进行说明。该工程实例是在本发明技术方案为前提下进行实施，给出具体的实施方案和操作流程，但本发明的保护范围不限于下述实例。

拟建市政热力隧道下穿地铁结构，新建隧道纵断为平坡，双洞，单侧净空尺寸1.8m×2.5m(宽×高)，采用平顶直墙断面型式，复合式衬砌结构。上部地铁结构为明挖法施工的双洞矩形框架结构，宽9.8m～10.8m，高5.9m，覆土厚度3.827m～2.845m。

图1中，对地铁结构1下方的隧道开挖断面3两侧及底部进行全断面超前注浆加固，注浆区域2各侧距隧道断面周边不小于2m。注浆材料采用超细水泥浆，加固后土体无侧限抗压强度≥0.8Mpa，弹性模量≥200Mpa。

图2中，隧道采用台阶法开挖，并保留核心土5，台阶4的长度≤3m，挖除拟建隧道开挖面范围的土体，施作初衬结构6。初衬结构主要采用间隔布置钢格栅7，并在其表面施工喷射混凝土的形式，钢格栅7在下穿地铁结构的部分密排，间距为330mm。在对应地铁结构下方的隧道内布置千斤顶8，共6个断面，每个断面4台，千斤顶8应具备单独顶升和同步顶升的功能。为防止顶力超过地基承载力而发生地基变形，计算的单台千斤顶顶力不得大于45T。

图2中，在设置千斤顶8的断面，将初衬结构的钢格栅替换为HM220型钢9，底钢梁采用焊接的440mm宽的H型钢10，以加大与地基的接触面积。图3和图4中，型钢立柱11与型钢顶梁12只采用长杆螺栓13连接，而立柱中部、角部以及底板钢梁连接板除采用螺栓连接外，还要沿连接板16周边围焊牢固。除顶部钢梁外，型钢断面与钢格栅断面均采用纵向连接筋连接。

图3中，安装千斤顶8，及时施加30T预顶力，压实下部土体，并使初衬结构与地铁结构顶紧，该处顶梁不做喷射混凝土。在地铁结构1内对应每一台千斤顶8的位置布设测点，根据沉降监测值调整顶力大小，调整过程中加强对地铁结构1的监测。千斤顶8每一加载级别为5T，加载速率＜5T/半小时。待沉降数值稳定后，紧固初衬结构的型钢立柱11与型钢顶梁12的螺栓13，并加设钢楔，闭合初衬，及时进行初衬壁后回填注浆。

图3中，隧道开挖时先开挖左洞，待左洞初衬贯通后，开挖右洞。右洞贯通后，全部千斤顶安装到位，视地铁结构变形监测情况决定是否需要进行同步顶升。如沉降控制情况正常，则施作防水和二衬结构。先将该段底板二衬14全部做完，再施工侧墙和顶板二衬，且将纵向施工步距缩短以配合千斤顶8逐个断面拆除。每次拆除两个断面的千斤顶，二衬的侧墙和顶板向前施作一步，待二衬结构达到设计强度后再拆除最后两个断面的千斤顶，循环进行，千斤顶卸载速率应＜5T/半小时。中隔壁不拆除，绑扎纵向分布筋后浇筑中墙混凝土。

图4中，型钢顶梁处节点图，7为钢格栅，8为千斤顶，9为型钢，17为加劲板。

图5为图4的剖面图，其中8为千斤顶，9为型钢，17为加劲板。

Claims (8)

1.一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，包括以下步骤：

步骤一：在新建隧道开挖面临近既有地铁结构的隧道时，对开挖断面两侧及底部一定范围内的土体进行全断面超前注浆预加固；

步骤二：开挖新建隧道内的土体，及时施作初衬结构，初衬结构主要采用间隔布置钢格栅，并在其表面喷射混凝土的形式，初衬结构在布置千斤顶的位置采用型钢立柱、型钢顶梁和底钢梁的形式；

步骤三：在新建隧道初衬结构的侧墙上对应上部既有地铁结构的若干位置布置千斤顶，并在千斤顶与既有地铁结构底板之间设置型钢立柱和型钢顶梁，使千斤顶的顶升力均匀地传给既有地铁结构；

步骤四：在既有地铁结构内对应每台千斤顶的位置布置测点，根据既有地铁结构的沉降监测值实时调整顶力大小，保证既有地铁结构的安全，同时在调整千斤顶顶升力的过程中加强对既有地铁结构的监测；

步骤五：待沉降变形稳定后，紧固初衬结构的型钢立柱与型钢顶梁的螺栓，闭合初衬结构，及时进行壁后回填注浆，使初衬结构与既有地铁结构的隧道底板密贴；

步骤六：待初衬结构贯通后，立即施作新建隧道的防水和二衬结构。

2.如权利要求1所述的一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，其特征在于步骤一中进行全断面超前注浆预加固时，注浆区域各侧距隧道断面不小于2m。

3.如权利要求1所述的一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，其特征在于步骤二中新建隧道的开挖采用台阶法开挖，并保留核心土，台阶长度≤3m。

4.如权利要求1所述的一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，其特征在于步骤三中布置千斤顶的具体过程为：在待开挖到预设千斤顶位置时，将此处的钢格栅换为型钢，底钢梁采用宽翼板的型钢，以加大与地基的接触面积。

5.如权利要求4所述的一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，其特征在于布置好千斤顶后，采用千斤顶施加一定的预顶力，以压实初衬结构下方的地基土，使千斤顶与型钢顶梁、型钢顶梁与既有地铁结构顶紧，此处的型钢顶梁不做喷射混凝土，同时，应保证千斤顶施加的预顶力不超过加固后的地基土承载力，从而避免地基土发生过大变形。

6.如权利要求4所述的一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，其特征在于在初衬结构中，各型钢的连接处均设有连接板，型钢立柱与型钢顶梁连接处的连接板采用螺栓连接，其他部位的连接板除采用螺栓连接外，还要沿连接板周边进行围焊，除型钢顶梁外，其它型钢断面与钢格栅断面均采用纵向连接钢筋连接，保证初衬结构的纵向整体性，然后在型钢立柱顶部侧面布置千斤顶。

7.如权利要求4所述的一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，其特征在于所述千斤顶具备单独顶升和同步顶升的功能。

8.如权利要求1所述的一种新建隧道零距离下穿既有地铁结构控制变形的方法，其特征在于步骤六中施作二衬结构时，千斤顶可浇入二衬结构内或拆除。

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