CN105257315A - 一种地底隧道抗浮结构 - Google Patents

Abstract

一种地底隧道抗浮结构，包括多个按预设间距分布的抗浮单元，所述抗浮单元包括：设置在地底隧道水平方向上的一侧的抗拔桩；锚索，所述锚索的锚固段设置在所述地底隧道水平方向上的另一侧并采用注浆体浇筑在锚索孔内，所述固定段的端头处设置有固定台座，所述锚索的自由段跨过所述地底隧道与所述抗拔桩固定相连，用于向所述地底隧道提供向下的应力。上述方案通过设置在所述地底隧道水平两侧的所述锚索和所述抗拔桩为所述地底隧道提供抗浮力，防止了地底隧道因管片自重小于管片所受的上浮力而引起的向上移动，实现了在不对所述地底隧道的管片造成损坏的前提下，有效防止了所述地底隧道上浮。

Description

一种地底隧道抗浮结构

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，更具体地说，涉及一种地底隧道抗浮结构。

背景技术

目前，随着城市化的发展，地面交通日益变得拥挤，地铁隧道应运而生。当隧道埋深较浅，或在已有隧道上部开挖卸载时，隧道依靠上覆土重及自身管片重量不能满足抗浮要求，隧道会面临上浮的威胁，隧道的上浮会影响隧道管片的拼装，同时会影响管片间的密封作用，甚至危及隧道安全，因此，隧道的抗浮已成为新型盾构施工的重点和难点。对于深埋隧道，隧道上方的覆土自身重量及自重已能满足隧道的抗浮要求；但对于埋深较浅或由于上方开挖导致卸载的隧道，上覆土重及管片自重小于隧道所受上浮力，隧道不能满足抗浮要求，所以，必须通过设置额外的结构措施来增加隧道的抗浮能力，从而，使其满足抗浮要求。

锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。

通常为解决由于浅埋或上部卸载而导致隧道结构不能满足抗浮要求的问题，提出了在隧道管片内表面开设固定孔及在孔中设置抗浮锚杆结构的方法。但很多已建成隧道为了防止管片结构受到破坏，是绝不允许在其内部开设孔洞的，另外，在隧道管片下部开设固定孔会导致隧道密闭不严，甚至会出现渗水漏泥的现象，从而使隧道不能满足防水要求，此外，开孔不仅会在一定程度上导致应力集中，对隧道的受力不利，还会在一定程度上削弱隧道管片的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道抗浮结构，用于在不对所述地底隧道造成损坏的基础上为所述地底隧道提供抗浮力。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种地底隧道抗浮结构，包括：多个按预设间距分布的抗浮单元，所述抗浮单元包括：

设置在地底隧道水平方向上的一侧的抗拔桩；

锚索，所述锚索的锚固段设置在所述地底隧道水平方向上的另一侧并采用注浆体浇筑在锚索孔内，所述固定段的端头处设置有固定台座，所述锚索的自由段跨过所述地底隧道与所述抗拔桩固定相连，用于向所述地底隧道提供向下的应力。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述锚索的锚固段长度满足条件：L₂＝max{L_m1,L_m2}，所述L_m1＝FL₁K/2πDτ_ssinα，L_m2＝FL₁K/2πnDτ_wsinα；

其中，所述F为地底隧道各环单位长度所受的上浮力与自重的合力；L₁为地底隧道各环的长度；K为安全系数；D为所述锚索孔的直径；τ_s为所述注浆体与所述锚索孔孔壁间平均粘结强度；τ_w为注浆体受力筋粘结强度；n为锚索受力筋根数；α为锚索锚固段与水平线的夹角。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述锚索锚固段与水平线的夹角不小于45°、不大于60°。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述抗拔桩的长度满足条件：L₃≥KF/2π(D₁f_s+D₂ρ)；

其中，所述K为安全系数；F为地底隧道各环单位长度所受的上浮力与自重的合力；D₁为抗拔桩外径；D₂为抗拔桩平均直径；f_s为桩土摩擦系数；ρ为抗拔桩重度。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述抗浮单元还包括：

设置在所述锚索的自由段上、靠近所述抗拔桩一端的用于检测所述自由段张力的张力传感器。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述抗浮单元还包括：

与所述张力传感器相连的显示器。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，还包括：

与所述抗浮单元中的张力传感器相连的处理器，用于获取所述张力传感器输出的张力信号，比较所述张力信号与预设参考信号的大小，并通过显示器显示比较结果。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述处理器包括告警单元，用于当判断所述预设参考信号大于所述张力传感器输出的张力信号时，通过显示器输出告警信息以及与所述张力传感器相匹配的地址信息。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述抗拔桩在距顶部H+L*tanα处设置有用于固定所述自由段的开孔，其中，所述H为地底隧道埋深，L为所述抗拔桩与所述地底隧道之间的水平距离，α为锚索锚固段与水平线的夹角。

优选的，所述地底隧道抗浮结构中，所述抗拔桩为PHC管桩。

通过以上方案可知，本发明实施例提供的地底隧道抗浮结构，通过设置在所述地底隧道水平两侧的所述锚索和所述抗拔桩为所述地底隧道提供抗浮力，防止了地底隧道因管片自重小于管片所受的上浮力而引起的向上移动，实现了在不对所述地底隧道的管片造成损坏的前提下，有效防止了所述地底隧道上浮。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种地底隧道抗浮结构的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种抗浮单元的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请实施例公开的一种地底隧道抗浮结构的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种抗浮单元的结构图。

本发明实施例公开了一种地底隧道抗浮结构图，用于解决现有技术中的抗浮方案易使隧道渗水、漏泥、削弱隧道管片的强度的问题，参见图1和图2，本申请公开的所述地底隧道抗浮结构包括：

多个按预设间距分布的抗浮单元100，其中，所述抗浮单元100与所述地底隧道1的管片一一对应，所述抗浮单元100包括：

设置在地底隧道1水平方向上的一侧的抗拔桩7；

锚索，所述锚索的锚固段设置在所述地底隧道1水平方向上的另一侧并采用注浆体浇筑在锚索孔内，所述固定段的端头处设置有固定台座2，所述锚索的自由段3跨过所述地底隧道1与所述抗拔桩7固定相连，用于向所述地底隧道1提供向下的应力。

当应用有本申请上述实施例公开的地底隧道抗浮结构的隧道管片受浮力影响上浮时，所述锚索和所述抗拔桩为所述地底隧道提供抗浮力，防止了地底隧道因管片自重小于管片所受的上浮力而引起的向上移动，实现了在不对所述地底隧道的管片造成损坏的前提下，有效防止了所述地底隧道上浮。

优选的，本申请上述实施例中公开的锚索为空注浆锚索，所述锚索规格采用7束6×37+IWS钢丝绳，所述抗拔桩7采用预应力高强混凝土管桩，具体可为PHC管桩。

可以理解的是，所述的所述锚索的锚固段能够提供足够的抓地力，所述锚固段的长度应满足条件：L₂＝max{L_m1,L_m2}，即本申请上述实施例公开的所述锚固段的长度L₂＝max{L_m1,L_m2}，所述L_m1＝FL₁K/2πDτ_ssinα，L_m2＝FL₁K/2πnDτ_wsinα；

其中，所述F为地底隧道各环单位长度所受的上浮力与自重的合力；L₁为地底隧道各环的长度；K为安全系数；D为所述锚索孔的直径；τ_s为所述注浆体与所述锚索孔孔壁间平均粘结强度；τ_w为注浆体受力筋粘结强度；n为锚索受力筋根数；α为锚索锚固段与水平线的夹角，其中，优选的，所述n为6，τ_w为2.0MPA。

可以理解的是，当所述锚固段与水平线的夹角不同时，所述锚固段所能提供的抓地力也就不同，优选的本申请上述实施例中的所述锚索锚固段与水平线的夹角不小于45°、不大于60°，且所述锚固段具有固定台座2的一端低于所述锚固段低于与所述自由段3相连的一端。

可以理解的是，为了使得所述抗拔桩具有足够的抗拔力，本申请上述实施例中所述抗拔桩的长度L₃要满足公式：L₃≥KF/2π(D₁f_s+D₂ρ)；

其中，所述K为安全系数；F为地底隧道各环单位长度所受的上浮力与自重的合力；D₁为抗拔桩外径；D₂为抗拔桩平均直径；f_s为桩土摩擦系数；ρ为抗拔桩重度。

可以理解的是，本申请上述实施例中所述地底隧道各环单位长度所受的上浮力与自重的合力F可以通过公式F＝F_E-G计算得到，其中，所述F_E为隧道各环单位长度所受上浮力，F_E＝πd₁ ²ρ^ι/4，所述G为隧道管片自重，G＝πd₂tρ_h；

其中d₁为地底隧道的外径；ρ^ι为土的浮重度；d₂为地底隧道管片的平均直径；ρ_h为地底隧道管片的重度；t为地底隧道管片的厚度。

可以理解的是，为了对所述锚索和所述抗拔桩为所述地底隧道提供的抗浮力的大小进行检测，以防止该抗浮力过大或过小，本申请上述实施例中公开的所述抗浮单元100还包括：

设置在所述锚索的自由段3上、靠近所述抗拔桩7一端的用于检测所述自由段3的张力的张力传感器4，优选的，所述张力传感器4可以为钢丝绳张力传感器，所述张力传感器4的输出信号通过电缆线9发送至外部设备，用户可通过检测自由段的张力的大小，判断所述抗浮力的大小，当所述抗浮力过大或过小时，用户可通过调节所述抗拔桩7的打桩深度以调节所述抗浮力的大小，例如，所述抗浮力过大时，用户可减小所述抗拔桩的打桩深度以减小所述抗浮力，反之增大所述抗拔桩的打桩深度，当所述张力传感器4输出值达到时，表明此时所述锚索和抗拔桩所提供的抗浮力最为合适。

可以理解的是，为了方便用户对所述抗浮力的大小进行检测，本申请上述实施例公开的所述抗浮单元100中还可以包括：与所述张力传感器4相连的、用于将所述张力传感器输出的张力信号转换成数字信号并进行显示的显示器。

可以理解的是，当采用有本申请上述实施例公开的地底隧道抗浮结构的地底隧道在长期使用后，可能会由于这样或那样的原因，造成所述抗拔桩上浮，从而使得所述锚索和抗拔桩提供的抗浮力减小，因此，本申请上述实施例中公开的地底隧道抗浮结构开可以包括：

与所述抗浮单元100中的张力传感器4相连的处理器，所述处理器用于获取所述张力传感器4输出的张力信号，比较所述张力信号与预设参考信号的大小，并通过显示器显示比较结果。用户即可通过所述显示器显示的比较结果判断所述锚索和抗拔桩是否能够提供足够的抗浮力，从而可及时发现并解决安全隐患。

可以理解的是，为了能够对用户进行更加有效的提醒，本申请上述实施例公开的技术方案中，所述处理器内还包括一告警单元，所述告警单元用于当判断所述预设参考信号大于所述张力传感器输出的张力信号时，通过显示器输出告警信息以及与所述张力传感器相匹配的地址信息，以确保工作人员及时了解故障的具体地址。

可以理解的是，为了打桩施工方便及利于与所述锚索连接，所述抗拔桩在距桩顶部H+L*tanα位置处设置有开孔8，所述开孔8用于固定所述自由段3，具体的，所述锚索的自由段3的穿过所述开孔8采用垫片5和锚头6固定在所述抗拔桩7上，其中，所述H为地底隧道埋深，L为所述抗拔桩与所述地底隧道之间的水平距离，α为锚索锚固段与水平线的夹角。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种地底隧道抗浮结构，其特征在于，包括：多个按预设间距分布的抗浮单元，所述抗浮单元包括：

设置在地底隧道水平方向上的一侧的抗拔桩；

锚索，所述锚索的锚固段设置在所述地底隧道水平方向上的另一侧并采用注浆体浇筑在锚索孔内，所述固定段的端头处设置有固定台座，所述锚索的自由段跨过所述地底隧道与所述抗拔桩固定相连，用于向所述地底隧道提供向下的应力。

2.根据权利要求1所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述锚索的锚固段长度满足条件：L₂＝max{L_m1,L_m2}，所述L_m1＝FL₁K/2πDτ_ssinα，L_m2＝FL₁K/2πnDτ_wsinα；

其中，所述F为地底隧道各环单位长度所受的上浮力与自重的合力；L₁为地底隧道各环的长度；K为安全系数；D为所述锚索孔的直径；τ_s为所述注浆体与所述锚索孔孔壁间平均粘结强度；τ_w为注浆体受力筋粘结强度；n为锚索受力筋根数；α为锚索锚固段与水平线的夹角。

3.根据权利要求2所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述锚索锚固段与水平线的夹角不小于45°、不大于60°。

4.根据权利要求1所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述抗拔桩的长度满足条件：L₃≥KF/2π(D₁f_s+D₂ρ)；

其中，所述K为安全系数；F为地底隧道各环单位长度所受的上浮力与自重的合力；D₁为抗拔桩外径；D₂为抗拔桩平均直径；f_s为桩土摩擦系数；ρ为抗拔桩重度。

5.根据权利要求1所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述抗浮单元还包括：

设置在所述锚索的自由段上、靠近所述抗拔桩一端的用于检测所述自由段张力的张力传感器。

6.根据权利要求5所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述抗浮单元还包括：

与所述张力传感器相连的显示器。

7.根据权利要求5所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，还包括：

与所述抗浮单元中的张力传感器相连的处理器，用于获取所述张力传感器输出的张力信号，比较所述张力信号与预设参考信号的大小，并通过显示器显示比较结果。

8.根据权利要求7所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述处理器包括告警单元，用于当判断所述预设参考信号大于所述张力传感器输出的张力信号时，通过显示器输出告警信息以及与所述张力传感器相匹配的地址信息。

9.根据权利要求1所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述抗拔桩在距顶部H+L*tanα处设置有用于固定所述自由段的开孔，其中，所述H为地底隧道埋深，L为所述抗拔桩与所述地底隧道之间的水平距离，α为锚索锚固段与水平线的夹角。

10.根据权利要求1所述的地底隧道抗浮结构，其特征在于，所述抗拔桩为PHC管桩。