CN108252333A - 一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构和方法 - Google Patents

一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构和方法，通过在上覆结构物底板下方铺设具有减震、隔音效果的缓冲材料，如泡沫轻质混凝土、泡沫轻质土或EPS泡沫塑料，其内部具有大量封闭气泡能的多孔结构够有效减弱上覆结构物内交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道的影响；同时设置有垂直向排水管道，能够有效排出由振动产生的孔隙水，避免孔隙水在上覆结构物底板下方累积，能够有效减少交通噪声和振动荷载影响，提高用户的乘车舒适感和隧道安全性。

Description

一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的 结构和方法
技术领域
本发明涉及地下结构工程技术领域，尤其是一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构和方法。
背景技术
随着我国城市地铁交通网络的逐渐完善，新建地铁隧道不可避免会出现上下叠交的特殊穿越情况，而且叠交距离越来越近，上覆交通振动荷载极易对下伏超近距离运营地铁隧道造成影响。在上跨工程基坑开挖中，为了控制下伏运营地铁隧道的变形，常采用满塘加固和门式结构结合的方式。这种加固方式虽然提高了土体强度，但同时使上覆结构物中的交通荷载传播速率加快，影响下伏运营地铁隧道的舒适性和安全性。
有鉴于上述交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道的影响问题，为了减缓振动荷载的传播速度，考虑在上覆结构物下方铺设缓冲层，以提高下伏运营地铁的乘车舒适性和安全性。缓冲材料可采用泡沫轻质土、泡沫轻质混凝土或EPS泡沫塑料等具有一定强度的由大量封闭气泡构成的多孔结构缓冲材料。该缓冲材料为在土体或混凝土中添加水泥、细集料、水、发泡剂、外加剂、纤维组成，也可额外添加EPS颗粒以提高其力学性能。可依据振动分析和强度要求合理调整配比，满足强度要去基础上达到最优减震、隔音效果，提高下伏运营地铁的乘车舒适性和安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构和方法，能够大大减少上部振动荷载对下伏运营地铁的影响，避免孔隙水在上部结构底部累积。
为解决上述技术问题，本发明提供一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构，包括：加固土层1、上覆结构物2、缓冲层3和缓冲层排水管道4；在上覆结构物2上方设置有加固土层1，在上覆结构物2下方设置有缓冲层3，缓冲层3中设置有垂直向排水通道4，排水通道4与上覆结构物2内暗沟相连通。
优选的，缓冲层3包括设置于上覆结构物底板11下方的若干层缓冲材料13，每两层缓冲材料13之间设置有防裂层14，缓冲材料顶层设置有HDPE防渗土工膜12。
优选的，缓冲材料13选用泡沫轻质混凝土、泡沫轻质土或EPS泡沫塑料，缓冲材料13的厚度≤0.5m。
优选的，防裂层14为2～3层镀锌铁丝网或泡沫塑料，泡沫塑料厚度≤0.25m。
优选的，缓冲层排水管道4为贯通于缓冲层内的垂直向打孔预制排水管道，缓冲材料13底部横向布置有塑料排水板，缓冲层排水管道4一端与塑料排水板相连，另一端通向上覆结构物2内的暗沟。
相应的，一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的方法，包括如下步骤：
(1)依据上覆结构物2内交通量进行振动分析，选择相应的缓冲材料13；
(2)开挖加固区域基坑，开挖深度至设计底板深度以下一定范围；
(3)整平地面，浇筑底层缓冲材料13，待其终凝后，铺设泡沫塑料或镀锌铁丝网防裂层；
(4)浇筑上一层缓冲材料13，待其终凝后，铺设第二层泡沫塑料或镀锌铁丝网防裂层；
(5)重复步骤(3)直至铺设到底板设计高程，待其达到一定强度后，顶部铺设HDPE防渗土工膜12；
(6)浇筑上部结构底板，完成上部结构。
优选的，步骤(1)中，对上覆结构物内交通振动荷载进行振动分析，预估交通量并得到相关物理量，铅锤Z振动加速度级，进而依据下式
确定振级，其中，VL为振动计权加速度级，a'rms为频率计权加速度，a0为基准加速度，T为振动测试的平均时间，aω(t)为经过频率计权的振动加速度；若铅垂线Z振级>80，可选用泡沫EPS材料或泡沫轻质土，若铅垂线Z振级65<Z<80可选择泡沫轻质土、泡沫轻质混凝土或EPS泡沫塑料或其混合材料，若铅锤振级Z振级<65，可选用泡沫轻质混凝土，以减少缓冲层厚度。
优选的，步骤(2)中，开挖深度至设计底板深度以下一定范围，其范围确定标准为既有隧道上部基坑开挖引起的下方既有隧道位移小于报警值，通常开挖深度至既有隧道顶板距离应小于2米。
优选的，步骤(5)中，铺设缓冲材料待其达到一定强度后铺设HDPE防渗土工膜，其中泡沫轻质土强度为0.31～1.3MPa，泡沫轻质混凝土强度为8～12MPa，EPS泡沫塑料0.1～1MPa，并可通过添加不同发泡剂、固化材料、外加剂对其强度进行调节，可在缓冲材料终凝强度大于1Mpa时进行继续施工。
本发明的有益效果为：本发明通过在上覆结构底板一下铺设具有减震效果的缓冲材料如泡沫轻质混凝土、泡沫轻质土或EPS泡沫塑料和防裂层，由于泡沫轻质混凝土等缓冲材料具有减震、隔热、隔音、抗冻融性强的特点，可以大大减少上部振动荷载对下伏运营地铁的影响，同时泡沫轻质土具有收缩性大、高吸水性的特点，易产生收缩裂缝，在每一层间加入泡沫金属或镀锌铁丝网防裂层，避免轻质混凝土拉裂破坏；同时在缓冲层内布设排水管道，通向上覆结构暗沟，有利于振动荷载作用下产生的超孔隙水压力消散，避免孔隙水在上部结构底部累积。
附图说明
图1为本发明的位置结构示意图。
图2为本发明的缓冲层中排水管道结构示意图。
图3为本发明的缓冲层具体结构示意图。
图4为本发明的缓冲层施工步骤2示意图。
图5为本发明的缓冲层施工步骤3示意图。
图6为本发明的缓冲层施工步骤4示意图。
图7为本发明的缓冲层施工步骤5示意图。
其中，1、加固土层；2、上覆结构物；3、缓冲层；4、缓冲层排水管道；5、下伏运营地铁隧道；6、围护桩；7、路面；8、暗沟；9、活动盖板；10、路堤；11、上覆结构物底板；12、HDPE防水土工膜；13、缓冲材料；14、防裂层。
具体实施方式
如图1所示，一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构，包括：加固土层1、上覆结构物2、缓冲层3和缓冲层排水管道4；在上覆结构物2上方设置有加固土层1，在上覆结构物2下方设置有缓冲层3，缓冲层3中设置有垂直向排水通道4，排水通道4与上覆结构物2内暗沟相连通。为减少基坑开挖对既有隧道的影响，在既有隧道两侧设置有围护桩6，与上覆结构物底板相连形成门式结构，起到保护既有隧道的作用。
缓冲材料可依据振动分析，采用不同强度的减震缓冲材料如泡沫轻质混凝土、泡沫轻质土、发泡聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)等，每层缓冲材料厚度≤0.5m。防裂层为金属泡沫层厚度≤0.25m，或为2～3层镀锌铁丝网构成。排水通道为贯通于缓冲层内的垂直向打孔预制排水管道，缓冲材料底部的横向布置的塑料排水板，排水管道一端与塑料排水板相连，另一端通向上部结构内的暗沟，如图2所示。
一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的方法，具体包括如下步骤：
(1)依据上覆结构物2内交通量进行振动分析，选择相应的缓冲材料13；
(2)开挖既有隧道上方基坑，挖出填土至底板设计深度以下一定距离，如图4所示。
(3)整平地面，浇筑底部第一层缓冲材料13；待其终凝后，铺设泡沫金属或镀锌铁丝网防裂层14，缓冲材料为具有一定强度，可保证下伏既有隧道安全，具有减震、隔音作用的材料，如泡沫轻质混凝土或EPS泡沫塑料，但不限于该材料，如图5所示。
(4)浇筑第二层缓冲材料13；待其终凝后，铺设第二层防裂层14，如图6所示。
(5)浇筑第三层缓冲材料13；待其达到一定强度后，顶部铺设HDPE防渗土工膜12，如图7所示。
(6)完成上覆结构物底板浇筑，如图1所示。
步骤(1)中，对上覆结构物内交通振动荷载进行振动分析，预估交通量并得到相关物理量，铅锤Z振动加速度级，进而依据下式
确定振级，其中，VL为振动计权加速度级，a'rms为频率计权加速度，a0为基准加速度，T为振动测试的平均时间，aω(t)为经过频率计权的振动加速度；若铅垂线Z振级>80，可选用泡沫EPS材料或泡沫轻质土，若铅垂线Z振级65<Z<80可选择泡沫轻质土、泡沫轻质混凝土或EPS泡沫塑料或其混合材料，若铅锤振级Z振级<65，可选用泡沫轻质混凝土，以减少缓冲层厚度。
步骤(2)中，开挖深度至设计底板深度以下一定范围，其范围确定标准为既有隧道上部基坑开挖引起的下方既有隧道位移小于报警值，通常开挖深度至既有隧道顶板距离应小于2米。
步骤(5)中，铺设缓冲材料待其达到一定强度后铺设HDPE防渗土工膜，其中泡沫轻质土强度为0.31～1.3MPa，泡沫轻质混凝土强度为8～12MPa，EPS泡沫塑料0.1～1MPa，并可通过添加不同发泡剂、固化材料、外加剂对其强度进行调节，可在缓冲材料终凝强度大于1Mpa时进行继续施工。
本发明通过在上覆结构物底板下方铺设具有减震、隔音效果的缓冲材料，如泡沫轻质混凝土、泡沫轻质土或EPS泡沫塑料，其内部具有大量封闭气泡能的多孔结构够有效减弱上覆结构物内交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道的影响。同时设置有垂直向排水管道，能够有效排出由振动产生的孔隙水，避免孔隙水在上覆结构物底板下方累积，能够有效减少交通噪声和振动荷载影响，提高用户的乘车舒适感和隧道安全性。

Claims (9)

1.一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构，其特征在于，包括：加固土层(1)、上覆结构物(2)、缓冲层(3)和缓冲层排水管道(4)；在上覆结构物(2)上方设置有加固土层(1)，在上覆结构物(2)下方设置有缓冲层(3)，缓冲层(3)中设置有垂直向排水通道(4)，排水通道(4)与上覆结构物(2)内暗沟相连通。
2.如权利要求1所述的控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构，其特征在于，缓冲层(3)包括设置于上覆结构物底板(11)下方的若干层缓冲材料(13)，每两层缓冲材料(13)之间设置有防裂层(14)，缓冲材料顶层设置有HDPE防渗土工膜(12)。
3.如权利要求1所述的控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构，其特征在于，缓冲材料(13)选用泡沫轻质混凝土、泡沫轻质土或EPS泡沫塑料，缓冲材料(13)的厚度≤0.5m。
4.如权利要求1所述的控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构，其特征在于，防裂层(14)为2～3层镀锌铁丝网或泡沫塑料，泡沫塑料厚度≤0.25m。
5.如权利要求1所述的控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的结构，其特征在于，缓冲层排水管道(4)为贯通于缓冲层内的垂直向打孔预制排水管道，缓冲材料(13)底部横向布置有塑料排水板，缓冲层排水管道(4)一端与塑料排水板相连，另一端通向上覆结构物(2)内的暗沟。
6.一种控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)依据上覆结构物内交通量进行振动分析，选择相应的缓冲材料；
(2)开挖加固区域基坑，开挖深度至设计底板深度以下一定范围；
(3)整平地面，浇筑底层缓冲材料，待其终凝后，铺设泡沫塑料或镀锌铁丝网防裂层；
(4)浇筑上一层缓冲材料，待其终凝后，铺设第二层泡沫塑料或镀锌铁丝网防裂层；
(5)重复步骤(3)直至铺设到底板设计高程，待其达到一定强度后，顶部铺设HDPE防渗土工膜；
(6)浇筑上部结构底板，完成上部结构。
7.如权利要求6所述的控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的方法，其特征在于，步骤(1)中，对上覆结构物内交通振动荷载进行振动分析，预估交通量并得到相关物理量，铅锤Z振动加速度级，进而依据下式
确定振级，其中，VL为振动计权加速度级，a'rms为频率计权加速度，a0为基准加速度，T为振动测试的平均时间，aω(t)为经过频率计权的振动加速度；若铅垂线Z振级>80，选用泡沫EPS材料或泡沫轻质土，若铅垂线Z振级65<Z<80，选择泡沫轻质土、泡沫轻质混凝土或EPS泡沫塑料或其混合材料，若铅锤振级Z振级<65，选用泡沫轻质混凝土。
8.如权利要求6所述的控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的方法，其特征在于，步骤(2)中，开挖深度至设计底板深度以下一定范围，其范围确定标准为既有隧道上部基坑开挖引起的下方既有隧道位移小于报警值，开挖深度至既有隧道顶板距离应小于2米。
9.如权利要求6所述的控制交通振动荷载对下伏超近距离运营地铁隧道影响的方法，其特征在于，步骤(5)中，铺设缓冲材料待其达到一定强度后铺设HDPE防渗土工膜，其中泡沫轻质土强度为0.31～1.3MPa，泡沫轻质混凝土强度为8～12MPa，EPS泡沫塑料0.1～1MPa，并通过添加不同发泡剂、固化材料、外加剂对其强度进行调节，在缓冲材料终凝强度大于1Mpa时进行继续施工。
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