CN105421461B - 土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法 - Google Patents

土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法 Download PDF

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Abstract

一种土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法，采用渐进层阶式开挖工法，具体包括渐进层阶、分块浅挖、短隔快支、勤测即馈；所述渐进层阶指的是由远离隧道的基坑一边向靠近隧道的基坑一边分层开挖；所述分块浅挖指的是对于面积≥1000m2的基坑，采用分块开挖的方式，每块长度为≤20m，宽度为≤20m，浅挖即浅开挖，每层开挖深度为≤3.0m，分块开挖每块体积≤1200m3；所述短隔快支指的是开挖后岩土体暴露间隙短，每块土层开挖结束后立即快速进行临时支护；所述勤测即馈指的是施工期间要实时监测岩土体位移和应力变化情况，并及时反馈监测信息。本发明的渐进层阶式分层分块开挖对控制临近隧道变形有显著成效。

Description

土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法
技术领域
本发明属于土木工程领域，具体涉及一种土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法。
背景技术
目前我国北京、天津、上海、广州、武汉、长春、大连、深圳、重庆、南京等10个城市已有城市地铁轨道交通，杭州、沈阳、成都、哈尔滨、西安、厦门、苏州、青岛、东莞、宁波、佛山、石家庄、郑州、长沙、兰州等33个城市正在建设、筹建或规划中。随着地下空间的不断开发以及地铁隧道的大力修建，越来越多的建筑基坑工程不可避免的与既有隧道邻近或相交，建筑基坑开挖引起不同程度的坑周土体应力释放，从而导致支护结构体系和坑周地层的位移而造成邻近隧道产生附加应力与附加变形，变形过大将导致隧道开裂渗漏的危险，从而影响隧道的结构安全与正常运行，因此有必要研究建筑基坑开挖对邻近既有隧道的影响，提出一种安全可靠的开挖方法，为以后地下空间的开发设计与施工提供一定的理论依据和有益的参考。
发明内容
本发明基于上述背景，主要针对土岩二元结构地质条件，提供一种在已经运营的隧道邻近处进行建筑基坑开挖的新工法，以减小基坑开挖对既有隧道的影响，降低风险。
所述的土岩二元结构，即上部是土层，下部是岩层的地质结构。
一种土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法，采用渐进层阶式开挖工法，具体包括渐进层阶、分块浅挖、短隔快支、勤测即馈；
所述渐进层阶指的是由远离隧道的基坑一边向靠近隧道的基坑一边分层开挖；
所述分块浅挖指的是对于面积≥1000m2的基坑，采用分块开挖的方式，每块长度为≤20m，宽度为≤20m，浅挖即浅开挖，每层开挖深度为≤3.0m，分块开挖每块体积≤1200m3；
所述短隔快支指的是开挖后岩土体暴露间隙短，每块土层开挖结束后立即快速进行临时支护；
所述勤测即馈指的是施工期间要实时监测岩土体位移和应力变化情况，并及时反馈监测信息，便于动态掌握开挖情况，做好防灾减灾工作。
对于面积≤1000m2的基坑，采用渐进式台阶分层开挖即可；对于面积≥1000m2的基坑，采用渐进式台阶分层分块开挖。
当基坑深度≤6m时，直接采用分2层进行开挖：上面土层采用挖掘机进行作业，下面岩层采用液压分裂机进行定向作业。
当基坑深度＞6m时，按照土岩厚度进行分层开挖，每层厚度不大于4m：上面土层采用挖掘机进行作业，下面岩层采用液压分裂机进行定向作业；当基坑面积≤1000m2时，采用全面积分层开挖，但分层开挖厚度不大于2m；当基坑面积≥1000m2时，每层采用隔块开挖的方法进行开挖。每开挖一层块，就在分层开挖每层的底部施工一道临时支护，然后再开挖下一层土方，第一层开挖深度为地面到第一层支护的距离，中间各层开挖深度为相邻两道支护的竖向间距，最后一层开挖深度为最下一道支护到基坑底部的距离。每一层块与相邻层块的高度相差不超过6m。开挖到基坑底部后，进行建筑基础施工。为防止基坑底部隆起，在建筑物内部的有关位置(柱子或隔墙相交处等)浇筑或打下中间支承桩和柱，之后施工地面一层的梁板楼面结构；之后进行分层分块开挖。
所述隔块开挖指基坑分层分块时，每层开挖时，前一块和后一块不相邻。
在实际开挖前，需依据地勘资料、隧道资料分析基坑及隧道变形及地下水系变化影响，制定渐进层阶式开挖工法的分块开挖的尺寸及厚度。在实际基坑开挖过程中，如有发现隧道或基坑周围土体变形过大，可以减小之后分块开挖的开挖厚度和开挖面积，来减小隧道变形。
本发明的基坑开挖工法可以有效地减小对邻近既有隧道造成的影响，对基坑自身变形也有很好的控制，而且由于分块开挖，开挖尺寸上灵活度较高，可以在基坑开挖过程中，根据隧道和基坑实际变形情况，改变分块尺寸。因此，本工法对邻近既有隧道基坑工程有良好的实际应用效果。
附图说明
图1本发明开挖方法实施流程图。
图2本发明实施例工程地点平面位置关系图，图中A-A′线代表A-A′剖面。
图3本发明实施例基坑与隧道空间位置关系示意图；
图3中：H-隧道拱顶埋深；D-隧道与基坑水平距离；a-基坑开挖长度；b-基坑开挖宽度。
图4本发明实施例当面积≥1000m2时基坑分块开挖示意图；图中数字为开挖顺序。
图5本发明渐进层阶式基坑开挖支护流程实现示意图；
图5中：1-第一次临时支护；2-第二次临时支护；3-永久支护；4-基坑围护结构；5-建筑基础；6-地面；
：第一次开挖线；：第二次开挖线；：第三次开挖线。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
以青岛某临近已建隧道的基坑开挖为例，对本发明的基坑开挖工法做具体介绍。
地理位置：本基坑工程位于某海底隧道接线端，基坑南北长约60m，宽约50m，开挖深度约为6m，由于面积≥1000m2，基坑采用分层分块的开挖方式，基坑东侧约13m处为某海底隧道某接线端区间公路隧道，隧道埋深约16m，平面位置及空间位置关系如图2、3所示。
已建隧道资料：接线端区间隧道总体呈南北走向，全长25.1千米，隧道几何尺寸高9.65m，跨度15.926m，洞身以微风化花岗岩为主，整体较为完整，透水性较弱，设计采用Ⅳ-Ⅱ型衬砌，上下台阶法开挖隧道，二次衬砌做法-C35防水钢筋混凝土S10厚400mm，隧道支护形式为锚喷支护。
地勘资料：地层由第四系和基岩组成，下伏基岩主要为燕山晚期粗粒花岗岩，岩土层从上到下顺序如下：素填土，层粉质粘土，含粘性土粗砾砂，粗粒花岗岩微风化带，粗粒花岗岩中等风化带，粗粒花岗岩强风化带。
地下水文地质条件：主要含水层为人工填土及基岩各风化带，地下水较丰富。
基坑与隧道变形预测：运用Midas软件建立三维数值模型，动态地模拟基坑开挖全过程。每层分为六块，分三层开挖，每层开挖深度为2m。
具体开挖施工工法如表1所示：
表1本实施例渐进式台阶分层分块的具体开挖施工工法
施工阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
素开挖一层 1 2 3 4 5 6
素开挖二层 1 2 3 4 5 6
亚开挖三层 1 2 3 4 5 6
支护锚杆一层 1 2 3 4 5 6
支护锚杆二层 1 2 3 4 5 6
支护锚杆三层 1 2 3 4 5 6
上述有限元模拟结果为：隧道水平方向收敛5.2mm，竖直方向拱顶最大沉降8.4mm，拱底最大隆起11.9mm，基坑开挖完成后，最大内力为1.23MPa，没有超过C35混凝土设计值2.2MPa。
施工方案：依据有限元分析结果，基坑开挖采用渐进式台阶分层分块开挖，由远离隧道的基坑一边向靠近隧道的基坑一边分层开挖，如图4所示，每块开挖长度为≤20m，宽度为≤30m，每层开挖深度为2.0m，体积约为1200m3。上面土层采用挖掘机进行作业，下面岩层采用液压分裂机进行定向作业。开挖后岩土体暴露间隙短，每块土层开挖结束后立即快速进行临时支护，每开挖一层块，就在分层开挖每层的底部施工一道临时支护，然后再开挖下一层土方。开挖过程中，基坑临近隧道一侧及隧道上方设置监测点，定期监测竖向位移，基坑开挖结束后，基坑临近隧道一侧最大沉降值3mm，隧道上方最大沉降值1mm，开挖过程中最大值2mm，监测结果表明基坑开挖对隧道造成的影响有限，在安全范围内，因此分层分块开挖对控制临近隧道变形有显著成效。
综上所述，对临近既有隧道的基坑工程，分层分块开挖能有效减小对隧道影响。本发明所述分层分块开挖的开挖尺寸控制在1200m3以内，因此能够更好地减小对隧道的影响。在实际基坑开挖过程中，如有发现隧道或基坑周围土体变形过大，可以减小之后分块开挖的开挖厚度和开挖面积，来减小隧道变形。

Claims (4)

1.一种土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法，其特征在于，采用渐进层阶式开挖工法，具体包括渐进层阶、分块浅挖、短隔快支、勤测即馈；
所述渐进层阶指的是由远离隧道的基坑一边向靠近隧道的基坑一边分层开挖；
对于面积≤1000m2的基坑，采用渐进式台阶分层开挖 ；对于面积>1000m2的基坑，采用渐进式台阶分层分块开挖；
当基坑深度≤ 6m 时，直接采用分 2 层进行开挖：上面土层采用挖掘机进行作业，下面岩层采用液压分裂机进行定向作业；
当基坑深度＞6m 时，按照土岩厚度进行分层开挖：上面土层采用挖掘机进行作业，下面岩层采用液压分裂机进行定向作业；
当基坑面积≤1000m2时，采用全面积分层开挖，但分层开挖厚度不大于2m ；当基坑面积>1000m2时，每层采用隔块开挖的方法进行开挖；
所述隔块开挖指基坑分层分块时，每层开挖时，前一块和后一块不相邻；
所述分块浅挖指的是对于面积≥ 1000m2 的基坑，采用分块开挖的方式，每块长度为≤20m，宽度为≤ 20m，浅挖即浅开挖，每层开挖深度为≤ 3.0m，分块开挖每块体积≤1200m3；
所述短隔快支指的是开挖后岩土体暴露间隙短，每块土层开挖结束后立即快速进行临时支护 ；
所述勤测即馈指的是施工期间要实时监测岩土体位移和应力变化情况，并及时反馈监测信息。
2.根据权利要求1所述的土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法，其特征在于，采用隔块开挖方法时，每开挖一层块，就在分层开挖每层的底部施工一道临时支护，然后再开挖下一层土方，第一层开挖深度为地面到第一层支护的距离，中间各层开挖深度为相邻两道支护的竖向间距，最后一层开挖深度为最下一道支护到基坑底部的距离。
3.根据权利要求1所述的土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法，其特征在于，开挖到基坑底部后，进行建筑基础施工；为防止基坑底部隆起，在建筑物内部的柱子或隔墙相交处浇筑或打下中间支承桩和柱，之后施工地面一层的梁板楼面结构 ；之后进行分层分块开挖。
4.根据权利要求1-3任一所述的土岩地质条件下邻近既有隧道的建筑基坑开挖工法，其特征在于，在实际开挖前，需依据地勘资料、隧道资料分析基坑及隧道变形及地下水系变化影响，制定渐进层阶式开挖工法的分块开挖的尺寸；在实际基坑开挖过程中，如有发现隧道或基坑周围土体变形过大，减小之后分块开挖的开挖厚度和开挖面积。
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