CN110952563A - 既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构，所述临时抗浮结构包括现浇板和若干抗拔桩，其中，若干所述抗拔桩均竖向设置在所述基坑的两侧，所述抗拔桩共包括两排，两排所述抗拔桩均平行于所述隧道的走向设置；所述现浇板覆盖所述基坑的底部并与所述抗拔桩连接。所述临时抗浮结构还包括若干竖向斜撑，每个所述抗拔桩与所述现浇板之间均设置有所述竖向斜撑，所述竖向斜撑的一端连接在所述抗拔桩上、所述竖向斜撑的另一端连接在所述现浇板上。通过采用竖向斜撑能够减小底板板跨，且提供充足的反压力；可待基坑开挖完成后，进行大面积底板浇筑，进而增大底板浇筑面积，提高跨中抗弯能力，利于现场的快速施工。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别涉及一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构。
背景技术
国内城市建设规模迅速扩张，轨道交通线路逐渐成网，原有车站规模已不满足换乘需求，车站周边规划地块相继开发，地下车站及盾构隧道与周边建(构)筑物等存在不可避免的交叉，基坑上卧于既有运营隧道的工程不断涌现。基坑开挖卸载引起隧道上方覆土减少，隧道下方土体回弹，同时在地下水压共同作用下，隧道将面临隆起变形，使得既有线路运营安全风险陡增。
现有降低基坑开挖风险的工程措施主要有管井降水、土体加固、分段分层开挖、设置抗拔桩等。待基坑开挖见底后即浇筑结构底板，并将其与两侧抗拔桩连接，形成板凳桩结构，起到一定的抗浮作用。然而对于开挖后隧道拱顶覆土非常浅及底板跨度较大的基坑，隧道顶部土体注浆加固效果有限；其次，底板现浇过程中，需进行钢筋绑扎、抗拔桩切割等施工工序，存在基坑暴露时间长，底板浇筑面积小，跨中抗弯能力不足的问题，不利于现场的快速施工，且仍然存在较大风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构。该临时抗浮结构采用钢管斜撑、工字钢及锚固钢板等形成的反压机构，能够有效补充土体卸荷，扩大施工工作面，延长施工时长，降低隧道及坑底隆起风险。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构，所述临时抗浮结构包括现浇板和若干抗拔桩，其中，若干所述抗拔桩均竖向设置在所述基坑的两侧，所述抗拔桩共包括两排，两排所述抗拔桩均平行于所述隧道的走向设置；所述现浇板覆盖所述基坑的底部并与所述抗拔桩连接。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述现浇板的横截面为矩形，所述现浇板的两端部分别与两排所述抗拔桩连接。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述临时抗浮结构还包括若干竖向斜撑，每个所述抗拔桩与所述现浇板之间均设置有所述竖向斜撑，所述竖向斜撑的一端连接在所述抗拔桩上、所述竖向斜撑的另一端连接在所述现浇板上。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述竖向斜撑为钢结构，优选地，所述竖向斜撑为钢管。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述竖向斜撑与所述现浇板、所述竖向斜撑与所述抗拔桩之间均通过锚固钢板连接；优选地，所述锚固钢板通过钢筋钉嵌固在所述抗拔桩及所述现浇板内。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述现浇板由若干工字钢及填充在所述工字钢之间的混凝土组成；优选地，每根所述工字钢的长度方向均与所述隧道的走向垂直设置；优选地，若干所述工字钢在所述隧道的长度方向上等间距平行布置。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述工字钢与所述抗拔桩的主筋采用焊接连接。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述抗拔桩为灌注桩。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，属于同一排的两个相邻的所述抗拔桩之间挂网喷砼。
进一步地，在上述的临时抗浮结构中，所述竖向斜撑为外径609mm、壁厚16mm的Φ609钢管或外径800mm、壁厚16mm的Φ800钢管。
分析可知，本发明公开一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构，该临时抗浮结构设置于既有地铁隧道的上方且位于开挖基坑的底部，该临时抗浮结构能够有效补充隧道的土体卸荷，降低隧道及基坑底部隆起的风险。
与现有技术相比，本发明在抗拔桩和现浇板形成的板凳结构的基础上，通过在抗拔桩和现浇板之间增加竖向斜撑形成反压机构，为土体提供充足的反压力用以补偿因基坑开挖而引起的卸荷。本发明的技术方案可适用于跨度较大的基坑并且能够延长施工的时长，减小因底板跨度较大而引起的竖向变形。该技术方案更加合理可靠，施工简单快捷。最大程度地降低基坑开挖而引起隧道及坑底隆起的风险，保证施工安全性和质量，为地铁隧道的安全运营提供有力保障。
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纵向剖视结构示意图。
图2为本发明一实施例的俯视结构示意图。
图3为本发明一实施例的横向剖视结构示意图。
图4为图1中A处的放大示意图。
附图标记说明：1抗拔桩；2基坑；3新建主体结构；4隧道；5竖向斜撑；6现浇板；7工字钢；8混凝土；9锚固钢板；10地面；11围护桩；12既有车站侧墙；13既有车站顶板；14既有车站中板；15既有车站底板。
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至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构，该临时抗浮结构设置于既有地铁隧道4的上方和侧面，该临时抗浮结构能够有效补充隧道4土体的卸荷，降低隧道4及基坑2底部隆起的风险，该临时抗浮结构包括若干抗拔桩1和现浇板6，其中，若干抗拔桩1均竖向设置在基坑2的两侧，抗拔桩1共包括两排，两排抗拔桩1均平行于隧道4的走向设置；现浇板6覆盖基坑2的底部并与抗拔桩1连接。新建主体结构3位于现浇板6的上面并被抗拔桩1包围，新建主体结构3可以为新建车站、现有车站扩建或者其他民用建筑。
进一步地，如图2和图3所示，垂直于隧道4走向设置有两排围护桩11，若干围护桩11均竖向设置在基坑2的另外两侧，平行于隧道4走向的两排抗拔桩1位于隧道4两侧且由地面10下方延伸至隧道4底部的下方，垂直于隧道4走向的两排围护桩11由地面10下方延伸至隧道4上方，现浇板6的横截面为矩形，现浇板6的两端部分别与两排抗拔桩1连接，现浇板6的位于两排围护桩11之间。两排抗拔桩1和现浇板6形成整体性较好的板凳桩结构，起到抗浮作用。如图3所示，为扩大新建车站的站厅层，现浇板6的右侧(即与现有车站连接的一侧)伸入抗拔桩1内，施工完成后，抗拔桩1(位于新建主体结构3与现有主体结构之间的)在基坑2底部以上的部分需要凿除，抗拔桩1的钢筋预留后与现浇板6直接满焊焊接，提供足够的连接强度。
抗拔桩1可采用灌注桩，灌注桩可以为钻孔咬合桩，直径为1200mm，平行于隧道4的走向，抗拔桩1与隧道4(隧道4的拱顶)的垂直距离不小于500mm。采用钻孔咬合桩可兼具隔水功能，且有利于锚固钢板9的安装。图2和图3所示为钻孔咬合桩，能起到隔水作用。
优选地，属于同一排的两个相邻的抗拔桩1之间挂网喷砼，喷网混凝土C20，网喷厚度100～150mm，挂网钢筋Φ8@200×200，并对其表面进行找平。
进一步地，如图1和4所示，现浇板6由若干工字钢7及填充在工字钢7之间的混凝土8组成；每根工字钢7的长度方向均与隧道4的走向垂直设置，若干工字钢7在隧道4的长度方向(隧道4的走向)上等间距平行布置。相邻的两根工字钢7之间的距离为1m，如此设置能够使现浇板6浇筑成型整体性好，每根工字钢7的两端分别与两排抗拔桩1连接，工字钢7之间的间隙采用混凝土8填充，相邻的两根工字钢7通过其间隙浇筑的混凝土8连接。工字钢7具有较强的抗弯性能，能够与抗拔桩1的主筋通过焊接形成整体抗浮结构，工字钢7能够为竖向斜撑5提供有效的支撑平台。
进一步地，工字钢7和抗拔桩1的主筋采用焊接连接，焊接方式为满焊。工字钢7焊接在抗拔桩1的主筋上能够提高工字钢7的牢固强度，进而提高现浇板6的抗浮作用。
进一步地，如图2和图3所示，临时抗浮结构还包括若干竖向斜撑5，平行于隧道4走向的两排抗拔桩1中的每个抗拔桩1与现浇板6之间均设置有竖向斜撑5，竖向斜撑5的一端连接在抗拔桩1上、竖向斜撑5的另一端连接在现浇板6上。竖向斜撑5、抗拔桩1和现浇板6依次连接并形成三角形结构的反压机构，反压机构能够充分补偿因基坑2开挖而引起的卸荷，扩大施工工作面，延长施工时长，进一步降低隧道4及基坑2底部隆起的风险。通过采用竖向斜撑5能够减小底板板跨，且提供充足的反压力；可待基坑开挖完成后，进行大面积底板浇筑，进而增大底板浇筑面积，提高跨中抗弯能力，利于现场的快速施工。
进一步地，竖向斜撑5为钢结构，优选地，竖向斜撑5为钢管，钢管具有强度大、耐腐蚀等特点，不容易生锈，且在使用中便于拆卸。进一步优选地，竖向斜撑5为外径609mm、壁厚16mm的Φ609钢管或外径800mm、壁厚16mm的Φ800钢管。上述尺寸的钢管为地铁施工常用钢管型号。
进一步地，竖向斜撑5与现浇板6之间、竖向斜撑5与抗拔桩1之间均通过锚固钢板9连接；锚固钢板9通过钢筋钉嵌固在抗拔桩1及现浇板6内。通过锚固钢板9使竖向斜撑5的两端分别与抗拔桩1和现浇板6连接能够保证支撑节点刚度及稳定性，后期拆除方便。
进一步地，如图3所示，在本发明一实施例中，竖向斜撑5与抗拔桩1之间的夹角α为30°～60°(比如30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°等)，实际操作中，基坑的底部隆起，造成现浇板6跨中变形，同时使竖向斜撑5受到挤压，从而由竖向斜撑5的自身弹性变形产生轴向压力F，并沿竖向斜撑5的轴向提供反作用力F；该反作用力的垂向分力Fy作用在现浇板6上，垂向分力Fy＝cosα，抵抗现浇板6的隆起变形。竖向斜撑5与抗拔桩1之间的夹角越小，越能提供较大的反作用力，但会造成两竖向斜撑5反压作用点的间距较大(两竖向斜撑5在现浇板6上的端部之间的距离)，减跨作用不显著，起不到良好的反压效果。综合考虑上述两方面，将竖向斜撑5与抗拔桩1之间的夹角α控制在30°～60°之间。设两排抗拔桩1之间的距离为L，竖向斜撑5在底板的位置与最近的抗拔桩1之间的距离为S，L/4≤S≤L/3。如此，竖向斜撑5既能提供较大的垂向分力Fy，并减小两个竖向斜撑5在现浇板6上的跨度，以达到最好的抗浮效果。
该临时抗浮结构施工时，首先进行基坑2开挖，当基坑2挖到设计深度以上4m处时，对基坑2内部进行围护结构内部支撑作业。沿隧道4的长度方向划分为若干段，沿隧道4的高度方向划分为若干层，然后分台阶分段开挖若干个开挖槽至基坑2底部，即在开挖过程中，若干段的高度不同，沿台阶状剖线(左低右高)，依次从左向右开挖，每个开挖槽的行进方向均与隧道4的长度方向垂直，在每个开挖槽内铺设工字钢7并将其与隧道4两侧的抗拔桩1主筋进行满焊，清除工字钢7之间的泥土并对工字钢7之间的间隙浇筑混凝土8进行填充，将锚固钢板9分别嵌入到抗拔桩1及现浇板6中，在抗拔桩1的锚固钢板9和现浇板6的锚固钢板9之间架设竖向斜撑5并进行焊接安装，使竖向斜撑5的两端分别与抗拔桩1和现浇板6连接。待施工完成后，施加轴向预加力，竖向斜撑5的两端与抗拔桩1和现浇板6分别紧密接触，竖向斜撑5与抗拔桩1和现浇板6挤压产生的内力为抗拔桩1和现浇板6施加轴向预加力。
本方案通过采用竖向斜撑5能够减小底板板跨，且提供充足的反压力；可待基坑开挖完成后，进行大面积底板浇筑，进而增大底板浇筑面积，提高跨中抗弯能力，利于现场的快速施工。
如图1所示，在本发明一实施例中，新建主体结构3紧挨既有车站，既有车站包括有既有车站侧墙12、既有车站顶板13、既有车站中板14和既有车站底板15，两排抗拔桩1中的一排抗拔桩1设置在既有车站侧墙12的外侧并紧挨既有车站侧墙12，新建主体结构3的顶部与既有车站顶板13齐平，在该临时抗浮结构施工完成后，先施作左右两竖向斜撑5中间的新建主体结构3，然后逐步拆除两竖向斜撑5，对紧挨车站侧墙12的一排抗拔桩1的基坑2底以上的部分进行凿除，施作其余部分两竖向斜撑5主体结构3，使新建主体结构3与既有车站连通，进而达到对既有车站进行扩建的目的。
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：
一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构，该临时抗浮结构设置于既有地铁隧道4的上方且位于开挖基坑2的底部，该临时抗浮结构能够有效补充隧道4的土体卸荷，降低隧道4及基坑2底部隆起的风险。
与现有技术相比，本发明在抗拔桩1和现浇板6形成的板凳结构的基础上，通过在抗拔桩1和现浇板6之间增加竖向斜撑5形成反压机构，为土体提供充足的反压力用以补偿因基坑2开挖而引起的卸荷。对于底板浇筑跨度较大的基坑2，通过增加竖向斜撑5，可以减小板跨，并提供足够的反压力，有效减小底板跨中变形，同时为新建主体结构3的施工提供充足的作业时间。本发明的技术方案可适用于跨度较大的基坑2并且能够延长施工的时长，减小因底板跨度较大而引起的竖向变形。该技术方案更加合理可靠，施工简单快捷。最大程度地降低基坑2开挖而引起隧道4及坑底隆起的风险，保证施工安全性和质量，为地铁隧道4的安全运营提供有力保障。
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)
1.一种既有地铁隧道上方基坑开挖的临时抗浮结构，其特征在于，所述临时抗浮结构包括现浇板和若干抗拔桩，其中，
若干所述抗拔桩均竖向设置在所述基坑的两侧，所述抗拔桩共包括两排，两排所述抗拔桩均平行于所述隧道的走向设置；
所述现浇板覆盖所述基坑的底部并与所述抗拔桩连接。
2.根据权利要求1所述的临时抗浮结构，其特征在于，
所述现浇板的横截面为矩形，所述现浇板的两端部分别与两排所述抗拔桩连接。
3.根据权利要求2所述的临时抗浮结构，其特征在于，所述临时抗浮结构还包括若干竖向斜撑，每个所述抗拔桩与所述现浇板之间均设置有所述竖向斜撑，所述竖向斜撑的一端连接在所述抗拔桩上、所述竖向斜撑的另一端连接在所述现浇板上。
4.根据权利要求3所述的临时抗浮结构，其特征在于，所述竖向斜撑为钢结构，
优选地，所述竖向斜撑为钢管。
5.根据权利要求3所述的临时抗浮结构，其特征在于，所述竖向斜撑与所述现浇板、所述竖向斜撑与所述抗拔桩之间均通过锚固钢板连接；
优选地，所述锚固钢板通过钢筋钉嵌固在所述抗拔桩及所述现浇板内。
6.根据权利要求1所述的临时抗浮结构，其特征在于，所述现浇板由若干工字钢及填充在所述工字钢之间的混凝土组成；
优选地，每根所述工字钢的长度方向均与所述隧道的走向垂直设置；
优选地，若干所述工字钢在所述隧道的长度方向上等间距平行布置。
7.根据权利要求6所述的临时抗浮结构，其特征在于，所述工字钢与所述抗拔桩的主筋采用焊接连接。
8.根据权利要求1所述的临时抗浮结构，其特征在于，所述抗拔桩为灌注桩。
9.根据权利要求1所述的临时抗浮结构，其特征在于，属于同一排的两个相邻的所述抗拔桩之间挂网喷砼。
10.根据权利要求4或5所述的临时抗浮结构，其特征在于，所述竖向斜撑为外径609mm、壁厚16mm的Φ609钢管或外径800mm、壁厚16mm的Φ800钢管。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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