CN110630284B - 密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构及方法，当新建隧道密贴下穿所述既有地铁车站施工时，所述结构用于为所述既有地铁车站提供沉降主动控制，所述结构包括初期支护和二次衬砌，其中，所述初期支护位于所述既有地铁车站的下方，所述初期支护包围全部所述新建隧道，所述初期支护的顶端与所述既有地铁车站的下表面接触；所述二次衬砌置于所述初期支护的内表面，所述二次衬砌的顶端与所述初期支护的顶端之间设置有若干封闭囊袋，能够对所述封闭囊袋进行注浆。沉降主动控制结构具有施工简单，难度低，周期短、成本低的特点，有效控制既有地铁车站沉降变形超限的风险。

Description

密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构及方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构及方法。

背景技术

随着城市地下交通的快速发展，在既有结构物下方紧邻通过新建隧道通道的情况也越来越多地出现，比如，多个城市已经遇到新建地铁通道密贴下穿既有地铁车站底板的情况。这类零距离穿越既有工程的施工难度大、风险高，尤其对于上方既有结构物是地铁车站的工况，地铁列车轨道对沉降变形非常敏感。

目前一般采用新建隧道开挖断面化大为小、多部开挖；缩短开挖循环进尺；支护紧跟，同时加大支护刚度和强度等方法来减少下方施工对上覆结构物的沉降影响。除此之外，也有从既有结构物角度出发，在既有结构物内部临时设置加固梁等类似措施提高既有结构物的抗变形能力。还有在新建结构物顶板和既有结构物底板之间采用预埋千斤顶或注浆的方式，对上覆既有结构物提供一个上抬力，减少其沉降。上述第一种方法从新建工程的角度出发减少对地层的扰动，从而减小对既有结构物的沉降影响，但是远远做不到有效控制，仅仅通过新建工程本身的措施是否能满足沉降控制要求无法预知，工程上往往需要额外措施作为补充。在既有结构物内临时设置加固梁理论上可行，但对于已经运营的地铁车站，施工非常困难，周期长、成本高。预埋千斤顶的方式固然能实现主动抬升，但是对于千斤顶的数量需求、多个千斤顶之间的顶升力联动设计难度极大，且千斤顶的点状给力、长期使用千斤顶的漏油问题等等都是不利因素。采用注浆方式可以填补新建结构物顶板和既有结构物底板之间的空隙，减少沉降，但传统简单注浆方法无法控制浆液乱串流失问题，注浆效果难以保证且不经济。

鉴于上述原因，需要一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构及方法。沉降主动控制结构具有施工简单，难度低，周期短、成本低的特点，有效控制既有地铁车站沉降变形超限的风险。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构，当新建隧道密贴下穿所述既有地铁车站施工时，所述结构用于为所述既有地铁车站提供沉降主动控制，所述结构包括初期支护和二次衬砌，其中，所述初期支护位于所述既有地铁车站的下方，所述初期支护包围全部所述新建隧道，所述初期支护的顶端与所述既有地铁车站的下表面接触；所述二次衬砌置于所述初期支护的内表面，所述二次衬砌的顶端与所述初期支护的顶端之间设置有若干封闭囊袋，能够对所述封闭囊袋进行注浆。

进一步地，在上述的结构中，所述初期支护的材质为混凝土。

进一步地，在上述的结构中，所述二次衬砌的材质为钢筋结构浇筑混凝土。

进一步地，在上述的结构中，所述二次衬砌的顶端与所述初期支护的顶端之间设置有上下两层防水板，在下层的所述防水板上设置有若干注浆孔，在每个所述注浆孔的周围将上下两层所述防水板连接并在上下两层所述防水板之间形成中空的所述封闭囊袋。

进一步地，在上述的结构中，还包括若干注浆孔孔口管，一根所述注浆孔孔口管与一个所述注浆孔对应设置，所述注浆孔孔口管的一端位于所述新建隧道内，所述注浆孔孔口管的另一端依次穿过所述二次衬砌和所述注浆孔进入所述封闭囊袋内。

进一步地，在上述的结构中，所述防水板的材质为EVA。

进一步地，在上述的结构中，上下两层所述防水板通过焊接连接。

进一步地，在上述的结构中，所述防水板厚度为1mm-3mm。

进一步地，在上述的结构中，所述钢筋结构包括外层钢筋网和内层钢筋网，所述外层钢筋网和所述内层钢筋网均包括若干环向钢筋和与环向钢筋垂直交叉的若干横向钢筋。

另一方面，提供了一种施工沉降主动控制结构的方法，包括如下步骤：

步骤1、在既有地铁车站下方施工新建隧道并施工初期支护；

步骤2、在完成所述步骤1后，在初期支护顶端的下表面铺设上下两层防水板并对上下两层防水板进行焊接形成若干封闭囊袋，在每个封闭囊袋上预留注浆孔，在注浆孔处设置注浆孔孔口管；

步骤3、在完成所述步骤2后，绑扎钢筋并浇筑混凝土，形成二次衬砌；

步骤4、在完成所述步骤3后，通过注浆孔孔口管向封闭囊袋内注浆。

分析可知，本发明公开一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构及方法，通过在新建隧道(或通道)中将铺设在初期支护与二次衬砌间的防水板折叠再焊接边界形成封闭囊袋并预留注浆孔，在二次衬砌浇筑后，通过注浆孔向封闭囊袋实施注浆，可实现超压抬升补偿沉降的效果，起到主动控制沉降的作用。通过该方法施工的沉降主动控制结构具有施工简单，难度低，周期短、成本低的特点，有效控制既有地铁车站沉降变形超限的风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为图1的A处放大示意图。

附图标记说明：1初期支护；2防水板；3注浆孔；31注浆孔孔口管；4二次衬砌；5新建隧道；51第一通道；52第二通道；53第三通道；6既有地铁车站；7封闭囊袋。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1和图2所示，根据本发明的实施例，一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构，当新建隧道5密贴下穿既有地铁车站6施工时，结构用于为既有地铁车站6提供沉降主动控制，该结构包括初期支护1和二次衬砌4，其中，初期支护1位于既有地铁车站6的下方，初期支护1包围全部新建隧道5，初期支护1的顶端与既有地铁车站6的下表面(即地铁车站6的底板的下表面)接触。二次衬砌4置于初期支护1的内表面，二次衬砌4的顶端与初期支护1的顶端之间设置有若干封闭囊袋7，能够对封闭囊袋7进行注浆，通过对封闭囊袋7进行注浆能够实现超压抬升补偿沉降的效果，进而为既有地铁车站6提供分区分块的沉降主动控制。

注浆浆液应有良好的抗干缩性能和早期强度。浆液应有早期强度，即能保证注浆初期浆液有一定自稳性，浆液抗干缩，又可避免浆液凝结后出现干缩，体积缩小现象，导致不能密贴。现阶段注浆一般为水泥注浆法，浆液的原材料一般使用普通硅酸盐水泥，掺入2％-5％的水玻璃作为速凝剂。

初期支护1的形状与新建隧道5的形状一致，即新建隧道5的竖向截面为圆形时，初期支护1的竖向截面为环形；新建隧道5的竖向截面为矩形时，初期支护1的竖向截面为两个矩形之间的部分。

当新建隧道5分隔为若干通道时，两个通道之间由二次衬砌4分隔。如图1所示，比如在新建隧道5内被分割为三个通道时，分别为第一通道51、第二通道52和第三通道53，第一通道51和第二通道52、第二通道52和第三通道53之间均通过二次衬砌4隔开。两个通道之间的二次衬砌4的厚度取决于通道的间距，本实施例中示意图里通道间距相对较窄，故二次衬砌4较窄；如果通道间距相对较宽，二次衬砌4也应较宽。

进一步地，初期支护1的材质为混凝土，初期支护1的厚度一般不小于30mm，不大于350mm。二次衬砌4由钢筋结构浇筑混凝土而成，二次衬砌4的厚度一般不小于300mm，具体厚度结合具体工程情况而定。

钢筋结构包括外层钢筋网和内层钢筋网，靠近初期支护1的为外层钢筋网，外层钢筋网和内层钢筋网均包括若干环向钢筋和与环向钢筋垂直交叉的若干横向钢筋。若干环向钢筋均沿初期支护1的内表面设置，每根环向钢筋在一个初期支护1的竖向截面上环绕一周，相邻的两根环向钢筋之间的距离为1.8-2.2米。若干横向钢筋均与水平面平行设置，相邻的两根横向钢筋之间的距离为1.8-2.2米。钢筋结构还包括连接外层钢筋网与内层钢筋网的连接筋，每一连接筋均焊接固定在同高度的外层钢筋网的环向钢筋与内层钢筋网的环向钢筋之间，优选地，连接筋的一端部设置有折弯，层间连接筋设置有折弯的一端与外层钢筋网通过焊接连接，连接筋的另一端与内层钢筋网通过焊接连接。钢筋结构促使二次衬砌4更加稳固。

进一步地，在本发明的一个实施例中，二次衬砌4的顶端与初期支护1的顶端之间设置有上下两层防水板2，在下层的防水板2上设置有若干注浆孔3，在每个注浆孔3的周围将上下两层防水板2连接并在上下两层防水板2之间形成中空的封闭囊袋7。在本发明的另一个实施例中，一块防水板2折叠后形成上下两层防水板2，能够保证为同一防水板2弯折，密闭性相较于两块防水板2的连接更好。在下层的防水板2上设置若干注浆孔3，在每个注浆孔3的周围将上下两层防水板2连接并在上下两层防水板2之间形成中空的封闭囊袋7。向封闭囊袋7内注浆能够形成封闭囊袋式注浆，既使对封闭囊袋7的注浆形成有约束地注浆，防止在注浆的过程中，浆液发生乱串流失问题，能够保证注浆效果的前提下降低成本。由上下两层防水板2形成的封闭囊袋7能够使初期支护1与二次衬砌4之间的受力为面受力，进而能够很好地控制既有地铁车站6的沉降。

防水板2的材质是EVA(EVA指的是乙烯-醋酸乙烯共聚物及其制成的橡塑发泡材料)，强度大，焊接牢固，耐久性好。

进一步地，还包括若干注浆孔孔口管31，一根注浆孔孔口管31与一个注浆孔3对应设置，注浆孔孔口管31的一端位于新建隧道5内，注浆孔孔口管31的另一端依次穿过二次衬砌4和注浆孔3进入封闭囊袋7内。如此设置，能够方便地在新建隧道5内向封闭囊袋7内注浆。

进一步地，上下两层防水板2通过焊接连接，为了防止注浆过程中封闭囊袋7被破坏，防水板2材料强度和焊缝连接强度需要大于注浆压力的最高限值，因此本申请中防水板2的参数为：拉伸强度大于14MPa、断裂拉伸率大于400％、厚度一般在1mm-3mm。。

防水板2安装时出现自然褶皱或者略有起伏，焊接上下两层防水板2时形成的密闭空间即为封闭囊袋7，封闭囊袋7的中空位置为注浆空间；封闭囊袋7的数量与注浆孔3的数量一致，每个注浆孔3周围的防水板连接在一起组成一个密闭的封闭囊袋7空间。

本发明还公开了一种对上述结构进行施工的方法，包括如下步骤：

步骤1、在既有地铁车站6下方施工新建隧道5，利用喷射混凝土的方式施工初期支护1；

步骤2、在完成步骤1后，在初期支护1的表面先铺设一层无纺布，然后在初期支护1顶端的下表面铺设上下两层防水板2并对上下两层防水板2进行焊接形成若干封闭囊袋7，优选为铺设一层防水板2再折回铺设另一层防水板2，能够保证为同一防水板2弯折，密闭性相较于两块防水板2的连接更好。在每个封闭囊袋7上预留注浆孔3，在注浆孔3处设置注浆孔孔口管31；

每个注浆孔3周围一定距离处的上下两层防水板2互相焊接，从而形成了若干个小的密闭空间——封闭囊袋7。一般采用专用焊接机，利用热焊接方法，对上下两层防水板2膜相接的表面进行加热处理，使表面熔化，通过压力使表面融合一体。焊接后对于整体防水板2不会造成弯曲现象，焊接面周围局部小部分会有褶皱现象。步骤3、在完成步骤2后，绑扎钢筋结构并浇筑混凝土，形成二次衬砌4；

步骤4、在步骤3中二次衬砌的钢筋混凝土强度达到100％后，通过注浆孔孔口管31向封闭囊袋7内注浆，直至达到预设注浆压力；注浆为了抬升上覆地层沉降，弥补一些变形。

钢筋混凝土强度可利用回弹仪判断，采用回弹法，测量表面硬度来推算混凝土的强度。

进一步地，在步骤2中，初期支护1的表面如有凸起异物，需要处理后再进行下一步向封闭囊袋7内注浆的注浆压力的数值需要根据控制既有地铁车站6沉降的需求进行确定，进而实现对既有地铁车站6沉降的主动控制。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

通过在新建隧道5(或通道)中将铺设在初期支护1与二次衬砌4间的防水板2折叠再焊接边界形成封闭囊袋7并预留注浆孔3，在二次衬砌4浇筑后，通过注浆孔3向封闭囊袋7内实施注浆，可实现超压抬升补偿沉降的效果，起到主动控制沉降的作用。通过该方法施工的沉降主动控制结构具有施工简单，难度低，周期短、成本低的特点，有效控制有地铁车站6沉降变形超限的风险。

(1)该结构和方法解决了传统注浆方式浆液乱串流失的问题，做到了有约束地注浆，可实现超压抬升补偿沉降的效果，起到主动控制沉降的作用。

(2)就地取材，采用防水板2折叠焊接形成封闭囊袋7的方式，经济、快速、方便地解决了囊袋加工和预埋的问题；

(3)该结构和方法与现有技术通过设置千斤顶顶升的方式相比较，一方面，从点受力改变为面受力(即控制沉降效果好)；另一方面，成本更低。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密贴下穿既有地铁车站施工的沉降主动控制结构，其特征在于，当新建隧道密贴下穿所述既有地铁车站施工时，所述结构用于为所述既有地铁车站提供沉降主动控制，所述结构包括初期支护和二次衬砌，其中，

所述初期支护位于所述既有地铁车站的下方，所述初期支护包围全部所述新建隧道，所述初期支护的顶端与所述既有地铁车站的下表面接触；

所述二次衬砌置于所述初期支护的内表面，所述二次衬砌的顶端与所述初期支护的顶端之间设置有若干封闭囊袋，能够对所述封闭囊袋进行注浆。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述初期支护的材质为混凝土。

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述二次衬砌的材质为钢筋结构浇筑混凝土。

4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，

所述二次衬砌的顶端与所述初期支护的顶端之间设置有上下两层防水板，在下层的所述防水板上设置有若干注浆孔，在每个所述注浆孔的周围将上下两层所述防水板连接并在上下两层所述防水板之间形成中空的所述封闭囊袋。

5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，

还包括若干注浆孔孔口管，一根所述注浆孔孔口管与一个所述注浆孔对应设置，所述注浆孔孔口管的一端位于所述新建隧道内，所述注浆孔孔口管的另一端依次穿过所述二次衬砌和所述注浆孔进入所述封闭囊袋内。

6.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，

所述防水板的材质为EVA。

7.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，

上下两层所述防水板通过焊接连接。

8.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，

所述防水板厚度为1mm-3mm。

9.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述钢筋结构包括外层钢筋网和内层钢筋网，所述外层钢筋网和所述内层钢筋网均包括若干环向钢筋和与环向钢筋垂直交叉的若干横向钢筋。

10.利用权利要求1至9中任一项所述的结构进行施工的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在既有地铁车站下方施工新建隧道并施工初期支护；

步骤2、在完成所述步骤1后，在初期支护顶端的下表面铺设上下两层防水板并对上下两层防水板进行焊接形成若干封闭囊袋，在每个封闭囊袋上预留注浆孔，在注浆孔处设置注浆孔孔口管；

步骤3、在完成所述步骤2后，绑扎钢筋并浇筑混凝土，形成二次衬砌；

步骤4、在完成所述步骤3后，通过注浆孔孔口管向封闭囊袋内注浆。