CN104712341A - 浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法。浅覆土条件下的隧道掘进，会导致盾构法隧道掘削面失稳与坍塌、地表隆沉等不利情况。本发明在双向的盾构隧道之间和两侧均纵向设置有成列布置的抗拔桩，两侧的抗拔桩顶部设置有呈矩形的圈梁，圈梁内设置有双向密肋板；双向密肋板由混凝土面板和混凝土面板底面设置的双向密肋梁组成，双向密肋梁呈横纵交叉的格状分布；混凝土面板与双向密肋梁整体立模，一次浇筑成型；圈梁通过内侧预留的钢筋接驳器与双向密肋板连接成整体。本发明能有效阻断浅覆土条件下盾构掘进压力引起的地层隆沉变形，能降低工程竣工后地面临时超载对下方运营隧道的不利影响，可确保浅覆土区域盾构隧道的正常掘进。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法。
背景技术
对于目前国内各大城市的轨道交通工程而言，盾构法隧道所占的比例越来越大。对于盾构法隧道工程而言，隧道覆土厚度是影响工程质量与安全的重要因素之一，这是由盾构法隧道工程施工原理决定的。盾构法隧道最小覆土厚度主要是基于盾构掘进对周边环境的不利影响以及工程自身安全而提出的，既有工程经验与相关规范已明确提出，盾构法隧道最小覆土厚度一般不宜小于一倍洞径（约6m左右）。然而，受制于线路走向与隧道两端车站埋深的影响，以及隧道穿越江河或丘陵地带等地形起伏较大区域，局部地段的隧道覆土厚度往往小于一倍洞径，尤其在地铁车站两端盾构始发或接收区域，极端情况下，隧道最小覆土厚度只有3m左右。
目前，浅覆土地层条件下盾构法隧道施工时，一般采用地面临时压重或地层注浆加固等方法进行处理，此类地层处理方式简单易行、造价低廉，运用相对广泛，但是实施效果相对较差，容易引起隧道上方地层的松动与裂缝，在地层加固不到位的情况下，无法避免地层隆起的变形趋势，无法切实保障浅覆土地层条件下盾构法隧道掘进时地层的稳定性与隧道自身的安全。浅覆土地层条件下，常规的临时压重或地层注浆处理，无法保护运营中隧道不受地面临时荷载的不利影响，可能导致运营中隧道管片裂缝与渗漏水情况的出现，降低隧道的长期耐久性与稳定性，同时也无法保护地面构筑物与居民不受列车运营振动与噪音的不利影响，难以符合百年工程的设计要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法, 有效阻断浅覆土条件下盾构掘进压力引起的地层隆沉变形, 并能有效降低工程竣工后，地面临时超载对下方运营隧道的不利影响。
本发明所采用的技术方案是：
浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
双向的盾构隧道之间和两侧均纵向设置有成列布置的抗拔桩，两侧的抗拔桩顶部设置有呈矩形的圈梁，圈梁内设置有双向密肋板。
双向密肋板由混凝土面板和混凝土面板底面设置的双向密肋梁组成，双向密肋梁呈横纵交叉的格状分布；
混凝土面板与双向密肋梁整体立模，一次浇筑成型。
圈梁为现浇钢筋混凝土冠梁。
抗拔桩为扩底桩，由桩体和底部的扩大端两部分组成。
抗拔桩的桩顶伸入圈梁内，伸入深度不少于0.5倍的桩径。
圈梁内侧预留有钢筋接驳器，圈梁通过钢筋接驳器与双向密肋板连接成整体。
盾构隧道与其外侧的抗拔桩之间的净距不小于盾构隧道直径的0.5倍；
盾构隧道与其顶部的双向密肋板之间的净距不小于1.5m；
抗拔桩的直径为1~1.5m，纵向相邻的抗拔桩之间的净距不小于抗拔桩直径，桩底扩大端与盾构隧道底之间距离不小于盾构隧道直径的0.5倍；
圈梁的宽度为1~1.5m，高度为0.8~1m。
浅覆土区域盾构掘进地层加固体系的构建方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
步骤一：将区间隧道拱顶覆土厚度小于一倍隧道直径的区域确定为浅覆土区域，在现场确定抗拔桩、圈梁与双向密肋板的施做位置与范围；
步骤二：基坑开挖至设计深度后，进行场地平整，并对基坑采取临时保护措施；
步骤三：确定抗拔桩的坐标位置，并按设计要求旋挖成孔，施做抗拔桩；
步骤四：凿除抗拔桩桩顶部分浮浆，立模板、绑扎钢筋、浇注混凝土的圈梁，在圈梁内侧预留钢筋接驳器，确保抗拔桩桩顶伸入圈梁内不小于0.5倍桩径；
步骤五：开挖双向密肋梁沟槽，立模板，绑扎钢筋，浇注混凝土，混凝土面板与双向密肋梁整体浇注，一次成型，形成双向密肋板；
步骤六：通过圈梁内侧预留的钢筋接驳器，双向密肋板与圈梁连接成一个整体；
步骤七：对所有混凝土构件进行充分养护，达到混凝土构件设计强度条件后，进行基坑回填，并按要求对回填土进行压实处理。
本发明具有以下优点：
本发明提供了一种浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，自上而下主要由三部分体系组成，各体系均采用成熟工法施工，涉及材料均为常规材料。本发明能有效抵抗盾构掘进时掘削面顶进压力的不利影响，主要通过以下原理实现：掘削面顶进压力一般大于静止土压力，掘削面前方土体呈现远离盾构方向的位移趋势，地表呈现隆起的变形趋势，相应的附加荷载将首先传递至密肋板，密肋板由于较大的刚度与回填土的压重效应，变形很小，密肋板受到的附加荷载将会通过圈梁传递至抗拔桩体系，利用抗拔桩摩阻力与扩大端的共同作用抵抗抗拔桩受到的附加荷载。本发明设置的盾构掘进地层加固体系，不但能有效阻断浅覆土条件下盾构掘进压力引起的地层隆沉变形，还能有效降低工程竣工后，地面临时超载对下方运营隧道的不利影响，可确保浅覆土区域盾构隧道的正常掘进，可实现降低隧道施工风险与运营风险的目的，具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。
附图说明
图1为加固措施各组体系的相对位置关系平面示意图。
图2为加固措施各组体系的相对位置关系剖面示意图。
图3为双向密肋板体系平面示意图。
图4为双向密肋板梁板节点构造图。
图中，1-原状土，2-回填土，3-双向密肋板，4-圈梁，5-抗拔桩，6-混凝土面板，7-双向密肋梁，8-盾构隧道。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
从理论上讲土压平衡盾构掘进时，掘削面顶进压力一般大于静止土压力，小于被动土压力，使前方地层呈现略微隆起的变形趋势，通过掘进速度（渣土进入量）与螺旋输送机旋转速度（渣土排出量）的匹配实现动态平衡，掘削面顶进压力的波动受盾构掘进速度、螺旋机旋转速度、土舱内渣土的塑流性与渗透性、以及施工人员技术水平等众多因素的影响，在现有施工技术水平条件下，掘削面顶进压力的波动在一定程度上是不可避免的，当浅覆土地段地层所能承受的盾构顶进压力波动值超过其承载能力后，地层就会出现相应的隆沉变形。
本发明浅覆土区域盾构施工按照“荷载传递”的基本思路进行设计与施工，第一组为密肋板系统；第二组为圈梁系统；第三组为抗拔桩系统。三组体系共同作用平衡盾构顶进压力，当隧道上覆土中无法有效平衡盾构顶进压力时，相应的附加荷载将首先传递至密肋板，密肋板受到的附加荷载将会通过圈梁传递至抗拔桩体系，利用抗拔桩摩阻力与扩大端的共同作用抵抗抗拔桩受到的附加荷载。同时，本发明还能将地面临时超载通过密肋板、圈梁与抗拔桩传递至地层深处，避免超载对道路下方既有隧道的不利影响。本发明可确保浅覆土区域盾构隧道的正常掘进，可实现降低隧道施工风险与运营风险的目的。
本发明所涉及的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，在双向的盾构隧道8之间和两侧均纵向设置有成列布置的抗拔桩5，共三列。两侧的抗拔桩5顶部设置有呈矩形的圈梁4，圈梁4内设置有双向密肋板3。圈梁4内侧预留有钢筋接驳器，圈梁4通过钢筋接驳器与双向密肋板3连接成整体。
双向密肋板3由混凝土面板6和混凝土面板6底面设置的双向密肋梁7组成，双向密肋梁7呈横纵交叉的格状分布；混凝土面板6与双向密肋梁7整体立模，一次浇筑成型。圈梁4为现浇钢筋混凝土冠梁。
抗拔桩5为扩底桩，由桩体和底部的扩大端两部分组成，抗拔桩5的桩顶伸入圈梁4内，伸入深度不少于0.5倍的桩径。
双向的盾构隧道8之间的距离为6m，中央的抗拔桩5位于双向盾构隧道8之间的中线处。盾构隧道（8）与其外侧的抗拔桩（5）之间的净距不小于盾构隧道直径的0.5倍。盾构隧道8与其顶部的双向密肋板3之间的净距不小于1.5m。抗拔桩5的直径为1~1.5m，纵向相邻的抗拔桩5之间的净距不小于抗拔桩直径，桩底扩大端与盾构隧道8底之间距离不小于盾构隧道直径的0.5倍。圈梁4的宽度为1~1.5m，高度为0.8~1m。
盾构掘进时，顶进压力由地层传递至双向密肋板3，再由双向密肋板3传递至圈梁4，再通过圈梁4传至抗拔桩5，最后通过抗拔桩5扩散至地层深处。地面临时超载通过回填土2传至双向密肋板3，再由双向密肋板3传至圈梁4，通过圈梁4传至抗拔桩5，再通过抗拔桩5传递至地层深处。
上述浅覆土区域盾构掘进地层加固体系的构建方法，由以下步骤实现：
步骤一：根据线路走向与设计要求，将区间隧道拱顶覆土厚度小于一倍隧道直径的区域确定为浅覆土区域，根据相关设计要求，在现场确定抗拔桩5、圈梁4与双向密肋板3的施做位置与范围；
步骤二：根据设计要求进行基坑开挖，基坑开挖至设计深度后，进行场地平整，并根据需要对基坑采取临时保护措施；
步骤三：根据设计要求确定抗拔桩5的坐标位置，并按设计要求旋挖成孔，施做抗拔桩5；
抗拔桩桩底扩孔前，首先需确定扩大端相关参数，成孔达到设计标高后，将钻头提起，更换扩孔钻头，将钻头通过钻杆连接后放到孔底位置，在主导钻杆上标示扩孔前位置及扩孔所需位移值后，将钻具上移提升，开钻孔开始扩孔。钻孔、扩孔完毕，应清除孔底虚土和积水，由于钻孔桩桩底体积加大，在灌注混凝土过程中，确保导管埋深不影响混凝土灌注质量，在成桩过程中，混凝土灌注必须确保其连续性，并确保混凝土的总方量；
步骤四：凿除抗拔桩5桩顶部分浮浆，立模板、绑扎钢筋、浇注混凝土的圈梁4，在圈梁4内侧预留钢筋接驳器，确保抗拔桩桩5顶伸入圈梁内不小于0.5倍桩径；
步骤五：根据现场情况，按照双向密肋梁7截面设计要求，开挖双向密肋梁7沟槽，立模板，绑扎钢筋，浇注混凝土，混凝土面板6与双向密肋梁7整体浇注，一次成型，形成双向密肋板3；
步骤六：通过圈梁4内侧预留的钢筋接驳器，双向密肋板3与圈梁4连接成一个整体，形成一个有效的传力体系；
步骤七：对所有混凝土构件进行充分养护，达到混凝土构件设计强度条件后，进行基坑回填，并按要求对回填土2进行压实处理。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
双向的盾构隧道（8）之间和两侧均纵向设置有成列布置的抗拔桩（5），两侧的抗拔桩（5）顶部设置有呈矩形的圈梁（4），圈梁（4）内设置有双向密肋板（3）。
2.根据权利要求1所述的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
双向密肋板（3）由混凝土面板（6）和混凝土面板（6）底面设置的双向密肋梁（7）组成，双向密肋梁（7）呈横纵交叉的格状分布；
混凝土面板（6）与双向密肋梁（7）整体立模，一次浇筑成型。
3.根据权利要求2所述的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
圈梁（4）为现浇钢筋混凝土冠梁。
4.根据权利要求3所述的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
抗拔桩（5）为扩底桩，由桩体和底部的扩大端两部分组成。
5.根据权利要求4所述的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
抗拔桩（5）的桩顶伸入圈梁（4）内，伸入深度不少于0.5倍的桩径。
6.根据权利要求5所述的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
圈梁（4）内侧预留有钢筋接驳器，圈梁（4）通过钢筋接驳器与双向密肋板（3）连接成整体。
7.根据权利要求6所述的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于：
盾构隧道（8）与其外侧的抗拔桩（5）之间的净距不小于盾构隧道直径的0.5倍；
盾构隧道（8）与其顶部的双向密肋板（3）之间的净距不小于1.5m；
抗拔桩（5）的直径为1~1.5m，纵向相邻的抗拔桩（5）之间的净距不小于抗拔桩直径，桩底扩大端与盾构隧道（8）底之间距离不小于盾构隧道直径的0.5倍；
圈梁（4）的宽度为1~1.5m，高度为0.8~1m。
8.浅覆土区域盾构掘进地层加固体系的构建方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
步骤一：将区间隧道拱顶覆土厚度小于一倍隧道直径的区域确定为浅覆土区域，在现场确定抗拔桩（5）、圈梁（4）与双向密肋板（3）的施做位置与范围；
步骤二：基坑开挖至设计深度后，进行场地平整，并对基坑采取临时保护措施；
步骤三：确定抗拔桩（5）的坐标位置，并按设计要求旋挖成孔，施做抗拔桩（5）；
步骤四：凿除抗拔桩（5）桩顶部分浮浆，立模板、绑扎钢筋、浇注混凝土的圈梁（4），在圈梁（4）内侧预留钢筋接驳器，确保抗拔桩桩（5）顶伸入圈梁内不小于0.5倍桩径；
步骤五：开挖双向密肋梁（7）沟槽，立模板，绑扎钢筋，浇注混凝土，混凝土面板（6）与双向密肋梁（7）整体浇注，一次成型，形成双向密肋板（3）；
步骤六：通过圈梁（4）内侧预留的钢筋接驳器，双向密肋板（3）与圈梁（4）连接成一个整体；
步骤七：对所有混凝土构件进行充分养护，达到混凝土构件设计强度条件后，进行基坑回填，并按要求对回填土（2）进行压实处理。
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