CN104863183A - 大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道与地下工程设计与施工技术领域，尤其涉及一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构及施工方法，所述建筑物与大断面隧道之间设有隔离减震桩，所述隔离减震桩包括孔桩护壁，所述孔桩护壁内设有导向钢管，所述导向钢管内设有注浆钢管，所述注浆钢管内灌注有水泥砂浆，所述导向钢管与孔桩护壁之间设有孔桩混凝土，有效的保证了浅埋上软下硬地层中大断面隧道或地下结构近接建构筑物施工的安全，该结构受力合理，施工步骤简单且实施进度快，解决了大断面隧道近接建构筑物等环境风险源施工风险大，常规加固手段与隧道内施工相互交叉影响等诸多难题，较好地解决了上软下硬地层浅埋暗挖法施工控制对周边环境和结构物的影响。

Description

大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构及施工方法

技术领域

本发明属于隧道与地下工程设计与施工技术领域，特别涉及在岩质地层中大断面隧道近接建、构筑物等环境风险源施工时通过采取中间地层隔断影响的对策，即大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构及施工方法。

背景技术

随着城市人口的快速增长和土地资源的稀缺，城市建设需要大量的地下交通、停车场和地下商业等设施，经常遇到浅埋大断面隧道。处于城区环境复杂，隧道的上方和附近往往建有民房、厂房等建筑物和其他地下构筑物，隧道近接施工必须保证隧道附近建、构筑物的安全。

大断面隧道开挖断面积一般超过100m²，地铁标准二层车站的开挖面积在300m²以上，这种浅埋大断面隧道施工不可避免的引起地层的变形，进而影响周边建筑物。在岩质地层中修建大断面隧道，一般为上层为第四系和全风化岩层，下层为强～微风化岩体。由于隧道开挖卸荷的影响和地下水的流失，隧道上方和附件地层一般会产生比较大的沉降变形。根据多个城市地铁建设的经验，地表沉降值在30～120mm，而地表建构筑物根据其结构型式和建设年限的不同，能承受的沉降变形值在5～10mm，故必须针对地表建构筑物等环境风险源采取措施，才能保证隧道建设和环境风险源的安全。

同时，由于隧道仍是处于岩质地层中，岩体的强度远大于土体，隧道开挖施工中还需采取爆破施工方法。爆破施工对施工区域影响大，容易引起“扰民”和“民扰”。在距离地面只有几米或十几米的地下作业，爆破所产生的地震波对地面各种不同的房屋结构将有不同程度的影响，甚至出现结构破坏的结果，引起各种麻烦，甚至诉讼赔偿要求。在爆破安全规程中，采用质点振动速度作为建（构）筑物的破坏判据和安全标准。

从上面的分析可以看出，浅埋大断面隧道近接建构筑物施工时存在两方面的风险，一是地层变形对既有结构物的影响，一是近距离爆破振动的影响。在地层变形方面，近接环境风险源在设计和施工阶段都引起了足够的重视，一般根据接近度的划分采取不同的措施。这些措施包括对既有结构的加固、隧道施工对策和中间地层注浆加固对策。对于浅埋软弱岩质地层中大跨隧道的施工，目前的施工方法和技术往往都会引起比较大的地层变形，而且直接影响至地面。实践表明，采取强化、改良中间地层的方法如压浆法、冻结法和隔断影响法等，可以有效显著的减小地层变形。隔断影响法是效果较好，施工易于控制的方法，在实践中得到广泛应用，一般采取地下连续墙、钻孔灌注桩、复合锚杆桩等。

在岩质地层近距离接近建构筑物施工，为了确保城市居民和各类建构筑物的安全，同时更为重要的是隧道爆破振动减震控制。城区隧道爆破施工必须采用减震爆破技术才能降低对地面和地下建构筑物的危害，减小对居民心理和环境的影响，同时也将对围岩的损失降至最低，确保隧道施工安全高效。隧道减震爆破技术除减震掏槽和减震掘进爆破方法、孔内外微差起爆技术、静态爆破等外，对近接建构筑物施工有效且简便经济的方法就是目标物的加固和隔震。采用常规的通长地下连续墙或者钻孔灌注桩进行隔断，隔震效果差，且考虑下部为岩质地层，经济性也较差。

结合浅埋大断面隧道近接建构筑物的施工力学特点和复杂环境条件下严格的爆破控制要求，为保证地面和地下建构筑物的安全使用，提高施工效率，提出一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构，采用混凝土孔桩、护壁、导向钢管和注浆钢管组合形成。实现岩石地层浅埋暗挖大断面隧道近接建构筑物的安全施工。

发明内容

本发明提供一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构及施工方法，以解决上述背景技术中提出的浅埋大断面隧道施工引起地层变形的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构，包括建筑物、大断面隧道，其特征在于：所述建筑物与大断面隧道之间设有隔离减震桩，所述隔离减震桩包括孔桩护壁，所述孔桩护壁内设有导向钢管，所述导向钢管内设有注浆钢管，所述注浆钢管内灌注有水泥砂浆，所述导向钢管与孔桩护壁之间设有孔桩混凝土。

所述导向钢管、注浆钢管的数量为两个，所述注浆钢管之间的距离为400-500mm。

一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）孔桩放线定位，挖孔由人工自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层用锤、钢钎破碎，挖土次序为先挖中间部分后挖周边，土方垂直运输利用电动卷扬机提升至地面，

（2）进行桩孔挖掘时同时进行护壁施工，开挖及支撑护壁两道工序必须连续作业，中途不停顿，护壁施工采用C25混凝土浇筑，模板采取一节组合式钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用，

（3）开挖至强风化岩层时，对基底进行封闭，放线确定下部注浆钢管位置，

（4）在注浆钢管位置上方安装导向钢管，导向钢管采用直径273mm螺旋管，在加工厂内用法兰盘进行接长加工，再用吊车往孔内进行吊装，孔内两根导向钢管吊装就位后，在管顶部和底端用钢筋焊接连接成一个整体进行加固，同时底部灌注C30混凝土进行固定，灌注厚度300～400mm，

（5）在地面采用潜孔钻机通过导向钢管成孔，边钻孔边排除孔底碴土，为保证成孔的垂直度，钻具安装导向装置，使钻孔顺直，保证钻头处于良好的受力状态，

（6）成孔至设计标高后下放注浆钢管，注浆钢管上部锚入混凝土孔桩2.0m，下部伸入隧道基底下发1.5m，钢管底部2m范围内钻若干花眼，后在管内灌注水泥砂浆填充密实，

（7）每孔内2根注浆钢管注浆完成后，拆除上部导向钢管，上部孔桩内绑扎钢筋，浇筑C30混凝土形成孔桩，至此形成隔离减震桩结构。

本发明的有益效果为：

本发明的大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构，隔离减震桩结构由孔桩、护壁、导向钢管和注浆钢管组合形成，适用于上软下硬地层大跨隧道和地下结构近接建构筑物施工时的加固保护措施。施工利用地面建筑物和隧道中间地层空间，在地面先挖孔进行护壁，进入岩层后封底施作导向钢管，在导向钢管定位和导向作用下在地面用潜孔钻机施作注浆钢管，压注水泥砂浆，随之施作上部孔桩混凝土，在隔离减震装保护下进行地下大断面隧道的开挖。

本发明的有益效果在于提供了一种具有隔离变形和减少震动双重作用的中间地层新型加固结构和施工方法，有效的保证了浅埋上软下硬地层中大断面隧道或地下结构近接建构筑物施工的安全，该结构受力合理，施工步骤简单且实施进度快，解决了大断面隧道近接建构筑物等环境风险源施工风险大，开挖过程中地层变形和爆破振动影响建构筑物使用，常规加固手段与隧道内施工相互交叉影响等诸多难题，较好地解决了上软下硬地层浅埋暗挖法施工控制对周边环境和结构物的影响，为以后近接施工的设计与施工提供了新思路，具有较高的参考价值。

本发明确保岩质地层大断面隧道近接建构筑物爆破施工的安全，在上软下硬地层中提供一种由混凝土孔桩、护壁、导向钢管和注浆钢管组合形成的隔离减震桩结构，该结构具有结构形式简单，控制变形能力好，减震隔震效果好，施工方便快捷，且施工期间不与地下隧道施工相互干扰，造价低等特点。

本发明提拱上述隔离减震桩结构的施工方法，该工法工艺简单、操作方便，具有很好的控制地层变形能力和减小爆破振动效果，并可提高工效，节省工程造价。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的隔离减震桩结构平面布置示意图；

图3为本发明的隔离减震桩结构孔桩护壁施工示意图；

图4为本发明的隔离减震桩结构导向钢管施工示意图；

图5为本发明的隔离减震桩结构注浆钢管施工示意图；

图6为本发明的隔离减震桩结构孔桩混凝土施工示意图。

图中： 1. 孔桩混凝土；2.注浆钢管；3. 孔桩护壁；4.导向钢管。

具体实施方式

实施例：

一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构，包括建筑物、大断面隧道，其特征在于：所述建筑物与大断面隧道之间设有隔离减震桩，所述隔离减震桩包括孔桩护壁，所述孔桩护壁内设有导向钢管，所述导向钢管内设有注浆钢管，所述注浆钢管内灌注有水泥砂浆，所述导向钢管与孔桩护壁之间设有孔桩混凝土。

所述导向钢管、注浆钢管的数量为两个，所述注浆钢管之间的距离为400-500mm。

一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

本发明的大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构应用于大断面隧道近接建筑物施工的实施例：

（1）在拟保护建筑物和大断面隧道之间施作隔离减震桩，进行上部第四系地层和全风化地层的挖孔施工，按混凝土孔桩的放线定位，挖孔由人工自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层用锤、钢钎破碎。挖孔直径800mm，纵向间距1200mm，挖土次序为先挖中间部分后挖周边，土方垂直运输利用电动卷扬机提升至地面。

（2）进行桩孔挖掘时同时进行护壁施工，开挖及支撑护壁两道工序必须连续作业，中途不停顿。护壁施工采用C25混凝土浇筑，模板采取一节组合式钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用。每模高度1.5m。为了防止石头等杂物掉入桩内，同时地表水不流入孔内，在第一节护壁3外侧用红砖砌宽12cm的孔圈，比原地面高出30～50cm。

（3）分步向下开挖至强风化岩层层面下1.5m，对基底进行封闭，放线确定下部注浆钢管位置。注浆钢管每孔设置2根，设置于孔底偏向下部隧道一侧，间距500mm左右。

（4）在注浆钢管位置上方安装导向钢管。导向钢管采用直径273mm螺旋管，在加工厂内用法兰盘进行接长加工，再用吊车往孔内进行吊装，孔内两根导向钢管吊装就位后，在管顶部和底端用钢筋焊接连接成一个整体进行加固，同时底部灌注C30混凝土进行固定，灌注厚度300～400mm。

（5）在地面采用潜孔钻机通过导向钢管成孔，潜孔钻机就位后采取措施保证稳固，边钻孔边用高压风排除孔底碴土。为保证成孔的垂直度，钻具安装导向装置，使钻孔顺直，保证钻头处于良好的受力状态。钻孔时开孔给进要适当缓慢，当钻孔深达1.5～2m后可用正常速度钻进。

（6）成孔至设计标高后下放注浆钢管，注浆钢管直径219mm、厚度8mm。注浆钢管上部锚入混凝土孔桩2.0m，下部伸入隧道基底下发1.5m。钢管2底部2m范围内钻若干花眼，后在管内灌注水泥砂浆填充密实。注浆压力控制在2～3 MPa左右，水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥，待浆液上升到钢管2口部时停止注浆。

（7）每孔内2根注浆钢管注浆完成后，拆除上部导向钢管，上部孔桩内绑扎钢筋，浇筑C30混凝土形成混凝土孔桩。至此形成隔离减震桩结构。待混凝土孔桩达到设计强度后，进行大断面隧道开挖施工。

本发明结构及工法适用于上软下硬岩质地层大断面隧道或地下结构近接地面建构筑物环境风险源时的加固隔离保护措施和施工，上部混凝土孔桩挖孔施工中应严格控制开挖高度，下部注浆钢管钻进时控制成孔垂直度，大断面施工时采取弱爆破，同时加强既有建构筑物变形和隧道变形监测。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构，包括建筑物、大断面隧道，其特征在于：所述建筑物与大断面隧道之间设有隔离减震桩，所述隔离减震桩包括孔桩护壁，所述孔桩护壁内设有导向钢管，所述导向钢管内设有注浆钢管，所述注浆钢管内灌注有水泥砂浆，所述导向钢管与孔桩护壁之间设有孔桩混凝土。

2.根据权利要求1所述一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩结构，其特征在于：所述导向钢管、注浆钢管的数量为两个，所述注浆钢管之间的距离为400-500mm。

3.一种大断面隧道近接建筑物施工隔离减震桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）孔桩放线定位，挖孔由人工自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层用锤、钢钎破碎，挖土次序为先挖中间部分后挖周边，土方垂直运输利用电动卷扬机提升至地面；

（2）进行桩孔挖掘时同时进行护壁施工，开挖及支撑护壁两道工序必须连续作业，中途不停顿，护壁施工采用C25混凝土浇筑，模板采取一节组合式钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用，

（3）开挖至强风化岩层时，对基底进行封闭，放线确定下部注浆钢管位置，

（4）在注浆钢管位置上方安装导向钢管，导向钢管采用直径273mm螺旋管，在加工厂内用法兰盘进行接长加工，再用吊车往孔内进行吊装，孔内两根导向钢管吊装就位后，在管顶部和底端用钢筋焊接连接成一个整体进行加固，同时底部灌注C30混凝土进行固定，灌注厚度300～400mm，

（5）在地面采用潜孔钻机通过导向钢管成孔，边钻孔边排除孔底碴土，为保证成孔的垂直度，钻具安装导向装置，使钻孔顺直，保证钻头处于良好的受力状态，

（6）成孔至设计标高后下放注浆钢管，注浆钢管上部锚入混凝土孔桩2.0m，下部伸入隧道基底下发1.5m，钢管底部2m范围内钻若干花眼，后在管内灌注水泥砂浆填充密实，

（7）每孔内2根注浆钢管注浆完成后，拆除上部导向钢管，上部孔桩内绑扎钢筋，浇筑C30混凝土形成孔桩，至此形成隔离减震桩结构。