CN111549581A - 基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工技术领域，提供了一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构及加固方法。包括桩孔，所述桩孔穿过轨道板、混凝土垫层、仰拱填充、仰拱衬砌混凝土、仰拱初喷混凝土、上层基岩及富水软弱夹层并延伸至下层基岩，所述桩孔内设置有浇注管，所述浇注管与所述桩孔间隔布置，所述浇注管内及所述浇注管和所述桩孔之间的间隙内填充有自密实混凝土。浇注管自上而下对应与外围的轨道板、混凝土垫层、仰拱填充、仰拱衬砌混凝土、仰拱初喷混凝土、上层基岩、富水软弱夹层及下层基岩固定在一起，最终将浇注管与桩孔通过自密实混凝土成型为微型桩结构，以此解决隧道仰拱上浮的问题，实现对仰拱及轨道板的加固补强。

Description

基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构及加固方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构及加固方法。

背景技术

随着我国高铁建设的发展，长大隧道、特长型隧道工程已成为铁路建设工程的施工重点，但是因为我国一些地区地形的限制，如石灰岩地层分布较广的地区和包含富水软弱夹层的岩溶地区，所以上述地区隧道修建风险和运营风险较高。

近年来，上述地区的铁路隧道运营期间发生了若干起无砟道床变形、仰拱及填充隆起等水害事件。现有技术中，针对上述地区修建隧道之前都会进行地形和地层勘探，提前设置防排水系统用于避免水害。隧道仰拱修建于上层基岩6上，隧道仰拱自下而上包括仰拱喷射混凝土1、仰拱衬砌混凝土2、仰拱填充3及混凝土垫层4，混凝土垫层上设置轨道板5。上层基岩6下方可能存在富水软弱夹层7，富水软弱夹层的下方为下层基岩8，富水软弱夹层7在修建隧道前未被勘探出，所以后期仍有可能存在水害问题。

在汛期时，连续降雨导致富水软弱夹层7的承压水水位上升，在承压水作用下，仰拱施工缝止水带被破坏，导致隧道底部承压水上升进入混凝土垫层4与仰拱填充3之间的施工缝。由于混凝土垫层4密封作用，最终在承压水作用下，引起混凝土垫层4及轨道板5整体上浮。上述情况极不利于隧道正常运营，成为了隧道施工中的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，对隧道仰拱及轨道板进行加固，确保隧道正常运营。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，包括桩孔，所述桩孔穿过轨道板、混凝土垫层、仰拱填充、仰拱衬砌混凝土、仰拱初喷混凝土、上层基岩及富水软弱夹层并延伸至下层基岩，所述桩孔内设置有浇注管，所述浇注管与所述桩孔间隔布置，所述浇注管内及所述浇注管和所述桩孔之间的间隙内填充有自密实混凝土。

可选的，还包括加固钢筋，所述加固钢筋沿所述浇注管的长度方向布置。

可选的，还包括钢筋固定架，所述钢筋固定架至少由三个单板构成，所述单板的其中一端相互连接，所述单板的另外一端沿所述浇注管的径向延伸，所述单板的长度小于所述浇注管的半径，所述加固钢筋布置于相邻的两个所述单板之间。

可选的，所述浇注管的下端延伸有锥形管，所述锥形管的外周开设有通孔。

可选的，所述浇注管的外周设置有剪力键。

可选的，所述轨道板上开设有桩基孔，所述桩基孔处于所述桩孔的外圈，所述桩基孔与所述浇注管之间填充有高强度混凝土，所述高强度混凝土中预埋有将所述浇注管和所述桩孔之间的间隙与外界连通的通气管。

可选的，所述自密实混凝土包括水泥、硅灰、粉煤灰、石英砂、减水剂、钢纤维及膨胀剂。

本发明的目的还在于提供一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固方法，对隧道仰拱进行加固，确保隧道正常运营。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固方法，包括如下步骤：

A、自轨道板向下开设桩孔，桩孔穿过轨道板、混凝土垫层、仰拱填充、仰拱衬砌混凝土、仰拱初喷混凝土、上层基岩及富水软弱夹层并延伸至下层基岩；

B、随后在桩孔内安装浇注管，浇注管与桩孔间隔布置，浇注管的下端延伸有锥形管，浇注管的外周设置有剪力键；

C、在轨道板上桩孔的周圈位置开设桩基孔，在浇注管的上端的外周设置通气管，通气管的上端高于轨道板，通气管的下端延伸至浇注管和桩孔之间的间隙，随后对桩基孔浇注高强度混凝土以此固定浇注管；

D、向浇注管内浇注自密实混凝土，自密实混凝土同时由锥形管外周的通孔流动至浇注管和桩孔之间的间隙，最终自密实混凝土填充满浇注管及浇注管和桩孔之间的间隙。

可选的，所述步骤C与步骤D之间还包括如下步骤：

S、加固钢筋设置多个，每个加固钢筋对应浇注管的长度分为多段，采用钢筋固定架固定多个加固钢筋，钢筋固定架由多个单板相互连接构成，加固钢筋布置于相邻的两个单板之间，如此分段向浇注管内下放加固钢筋，两段加固钢筋通过套筒连接。

可选的，还包括如下步骤：

E、仰拱填充的中部和侧边对应开设有中心排水槽和侧边排水槽；

F、自中心排水槽和侧边排水槽的槽底向下开设排水孔，排水孔穿过仰拱填充、仰拱衬砌混凝土、仰拱喷射混凝土及上层基岩延伸至富水软弱夹层；

G、随后在排水孔内安装排水管，排水管处于仰拱喷射混凝土下方的管段开设有渗水孔，排水管处于仰拱喷射混凝土下方的管段的外周包覆有无纺布，无纺布与排水孔之间填充有粗砂，排水管穿过仰拱喷射混凝土的管段及处于仰拱喷射混凝土上方的管段与排水孔之间填充有水泥砂浆。

与现有技术相比，在发现隧道仰拱上浮之后，本申请直接在轨道板上开设桩孔，桩孔延伸至下层基岩，随后在桩孔内对应配合安装浇注管，随后对浇注管浇注自密实混凝土，自密实混凝土同时将浇注管和桩孔之间的间隙填充满，使得浇注管自上而下对应与外围的轨道板、混凝土垫层、仰拱填充、仰拱衬砌混凝土、仰拱初喷混凝土、上层基岩、富水软弱夹层及下层基岩固定在一起，最终将浇注管与桩孔通过自密实混凝土成型为微型桩结构，以此解决隧道仰拱上浮的问题，实现对仰拱及轨道板的加固补强。

附图说明

图1为本发明提供的实施例的示意图；

图2为桩孔与浇注管的配合示意图；

图3为浇注管的俯视图；

图4为桩基孔与桩孔的示意图；

图5为本发明提供的排水结构的实施例的示意图；

图6为排水管与排水孔的配合示意图。

附图标记：

1、仰拱喷射混凝土；2、仰拱衬砌混凝土；3、仰拱填充；31、中心排水槽；32、侧边排水槽；33、引水管；4、混凝土垫层；5、轨道板；51、桩基孔；52、高强度混凝土；53、通气管；6、上层基岩；7、富水软弱夹层；8、下层基岩；10、排水孔；11、排水管；12、粗砂；13、水泥砂浆；20、桩孔；21、浇注管；22、自密实混凝土；23、加固钢筋；24、钢筋固定架；25、锥形管；26、剪力键。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，包括桩孔20，桩孔20穿过轨道板5、混凝土垫层4、仰拱填充3、仰拱衬砌混凝土2、仰拱初喷混凝土1、上层基岩6及富水软弱夹层7并延伸至下层基岩8，桩孔20内设置有浇注管21，浇注管21与桩孔20间隔布置，浇注管21内及浇注管21和桩孔20之间的间隙内填充有自密实混凝土22。

与现有技术相比，在发现隧道仰拱上浮之后，本申请直接在轨道板5上开设桩孔20，桩孔20延伸至下层基岩8，随后在桩孔20内对应配合安装浇注管21，随后对浇注管21浇注自密实混凝土22，自密实混凝土22同时将浇注管21和桩孔20之间的间隙填充满，使得浇注管21自上而下对应与外围的轨道板5、混凝土垫层4、仰拱填充3、仰拱衬砌混凝土2、仰拱初喷混凝土1、上层基岩6、富水软弱夹层7及下层基岩8固定在一起，最终将浇注管21与桩孔20通过自密实混凝土22成型为微型桩结构，以此解决隧道仰拱上浮的问题，实现对仰拱及轨道板的加固补强。其中桩孔20的直径可为200mm左右，浇注管21的直径可为150mm左右，按照上述尺寸浇注自密实混凝土22最终成型微型桩。

在一些实施例中，如图2和图3所示，还包括加固钢筋23，加固钢筋23沿浇注管21的长度方向布置，在浇注管21内安装加固钢筋23，随后再进行浇注自密实混凝土22，以此提高微型桩的结构性能，用于抵抗仰拱下方的承压水的压力作用，进一步的实现对仰拱的加固。

在一些实施例中，如图2和图3所示，还包括钢筋固定架24，钢筋固定架24至少由三个单板构成，单板的其中一端相互连接，单板的另外一端沿浇注管21的径向延伸，单板的长度小于浇注管21的半径，加固钢筋23布置于相邻的两个单板之间。要在浇注管21内布置多根加固钢筋23，通过钢筋固定架24实现对多根加固钢筋23的定型，钢筋固定架24沿加固钢筋23的长度方向间隔设置，作为一布置形式，钢筋固定架24呈“米”字型，加固钢筋23布置有八个，单个加固钢筋24焊接固定于相邻的两个单板之间，如此将多根加固钢筋23定型布置于浇注管21内。

在一些实施例中，如图2和图3所示，浇注管21的下端延伸有锥形管25，锥形管25的外周开设有通孔。由浇注管21浇注自密实混凝土22，自密实混凝土22自上而下流动至锥形管25，锥形管25的外周与桩孔20的外周存在一定的间隙用于让自密实混凝土22进行转向，自密实混凝土22由锥形管25的外周的通孔流出，再自下而上逐步将浇注管21和桩孔20之间的间隙填充满，从而使得微型桩与外围的结构一体式连接，实现对仰拱的固定。

在一些实施例中，如图2和图3所示，浇注管21的外周设置有剪力键26，自密实混凝土22将浇注管21和桩孔20之间的间隙填充满之后，因为降雨影响富水软弱夹层7中的承压水增加时，承压水会对微型桩施加压力，剪力键26确保浇注管21与自密实混凝土22紧固在一起，避免两者在轴向上相互偏移，确保微型桩整体结构性更为稳定。

在一些实施例中，如图2和图4所示，轨道板5上开设有桩基孔51，桩基孔51处于桩孔20的外圈，桩基孔51与浇注管21之间填充有高强度混凝土52，高强度混凝土52中预埋有将浇注管21和桩孔20之间的间隙与外界连通的通气管53。浇注管21对应安装于桩孔20内，加固钢筋23对应安装于浇注管21内，在浇注管21的上端的外周设置通气管53，通气管53的上端高于轨道板5，通气管53的下端延伸至浇注管21和桩孔20之间的间隙，随后对桩基孔51浇注高强度混凝土52以此固定浇注管21，高强度混凝土52采用速凝混凝土，实现对浇注管21的上端的固定，便于后续稳定的通过浇注管21进行浇注自密实混凝土22。

在一些实施例中，自密实混凝土22包括水泥、硅灰、粉煤灰、石英砂、减水剂、消泡剂、钢纤维及膨胀剂。

加入硅灰能填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，提高混凝土性能；加入粉煤灰用于改善混凝土拌合料的流动性、粘聚性和保水性；加入石英砂提高水泥的均质性和密实度；加入减水剂对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；加入消泡剂消除混凝土拌合料的气泡，提高混凝土的力学性能及耐久性；

胶凝材料包括水泥、硅灰及粉煤灰，三者的重量比为0.8～1.1:0.18～0.22:0.23～0.27，胶砂比为1:1～1.2，水胶比为0.18～0.23，减水剂体积占比为1.8％～2.2％，钢纤维体积占比为1.5％～1.8％，膨胀剂体积占比为6％～10％；

其中一优选实施例：水泥、硅灰及粉煤灰的重量比为：1:0.2:0.25，胶砂比为1.1，水胶比为0.21，减水剂、钢纤维及膨胀剂的体积占比为2％、1.7％及8％，最终获得的自密实混凝土22抗压强度为167MPa、抗折强度为29MPa、流动度为585mm。

加入钢纤维提高了混凝土的物理性能，提高了混凝土的荷载承受能力，但是当钢纤维掺量过高时，钢纤维将相互穿插并团聚在一起，产生较大阻力，使得浆体的流动性下降明显，不利于成型和施工，并可能引入新的缺陷，当钢纤维掺量过少时，混凝土的强度低，无法达到混凝土力学性能要求；所以需加入一定的膨胀剂，掺入一定量的塑性膨胀剂来抑制混凝土早期干缩微裂缝及离析裂纹的产生与发展，同时掺入一定量的普通膨胀剂补偿混凝土水化过程中产生的化学收缩，起到降低其孔隙率的作用，利用膨胀剂代替一部分钢纤维的功能，从而有效降低钢纤维的掺量，膨胀剂与钢纤维协同工作，提高混凝土的力学性能，适当降低自密实混凝土22的流动性，可缩短自密实混凝土22的凝结时间，使得本申请微型桩尽快成型投入使用，但是不会过多降低混凝土拌合料的流动度，避免出现自密实混凝土22填充不满浇注管21及浇注管21和桩孔20之间的间隙的问题。

一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固方法，包括如下步骤：

A、自轨道板5向下开设桩孔20，桩孔20穿过轨道板5、混凝土垫层4、仰拱填充3、仰拱衬砌混凝土2、仰拱初喷混凝土1、上层基岩6及富水软弱夹层7并延伸至下层基岩8；

B、随后在桩孔20内安装浇注管21，浇注管21与桩孔20间隔布置，浇注管21的下端延伸有锥形管25，浇注管21的外周设置有剪力键26；

C、在轨道板5上桩孔20的周圈位置开设桩基孔51，在浇注管21的上端的外周设置通气管53，通气管53的上端高于轨道板5，通气管53的下端延伸至浇注管21和桩孔20之间的间隙，随后对桩基孔51浇注高强度混凝土52以此固定浇注管21；

S、加固钢筋23设置多个，每个加固钢筋23对应浇注管21的长度分为多段，采用钢筋固定架24固定多个加固钢筋23，钢筋固定架24由多个单板相互连接构成，加固钢筋23布置于相邻的两个单板之间，如此分段向浇注管21内下放加固钢筋23，当第一段加固钢筋23下放至浇注管21的上端口位置处时，采用套筒将第二段加固钢筋23的下端与第一段加固钢筋23的上端连接，加固钢筋23的端部可为螺纹段，套筒设置有与螺纹段配合的螺纹孔，如此实现两段加固钢筋23的连接，如此将多段加固钢筋23下放至浇注管21内；

D、向浇注管21内浇注自密实混凝土22，自密实混凝土22同时由锥形管25外周的通孔流动至浇注管21和桩孔20之间的间隙，最终自密实混凝土22填充满浇注管21及浇注管21和桩孔20之间的间隙。

如图5和图6所示，在步骤A之前还包括如下步骤：

E、仰拱填充3的中部和侧边对应开设有中心排水槽31和侧边排水槽32；

F、自中心排水槽31和侧边排水槽32的槽底向下开设排水孔10，排水孔10穿过仰拱填充3、仰拱衬砌混凝土2、仰拱喷射混凝土1及上层基岩6延伸至富水软弱夹层7；

G、随后在排水孔10内安装排水管11，排水管11处于仰拱喷射混凝土1下方的管段开设有渗水孔，排水管11处于仰拱喷射混凝土1下方的管段的外周包覆有无纺布，无纺布与排水孔10之间填充有粗砂12，排水管11穿过仰拱喷射混凝土1的管段及处于仰拱喷射混凝土1上方的管段与排水孔10之间填充有水泥砂浆13。

侧边排水槽32至中心排水槽31之间设置有引水管33，引水管33布置于仰拱填充3与混凝土垫层4之间，侧边排水槽32高于中心排水槽31，通过引水管33最终将承压水全部由中心排水槽31排出至外界环境。

设置无纺布用于过滤大颗粒杂质，确保承压水进入排水管11内，在无纺布与排水孔10之间填充粗砂12，粗砂12起到了初级过滤的作用，避免杂质和淤泥直接影响到无纺布，确保承压水进入排水管11内；承压水可能会渗入至排水孔10与排水管11之间处于仰拱的部分，这时承压水会对仰拱喷射混凝土1、仰拱衬砌混凝土2及仰拱填充3造成侵害，所以采用水泥砂浆13使得处于仰拱的排水孔10与排水管11之间的间隙进行密封，如此确保承压水不会对仰拱造成侵害，又能对排水管11进行固定。

上述步骤E、步骤F和步骤G的作用是在施工微型桩之前设置排水结构先对仰拱下方的富水软弱夹层7进行排水，随后再施工微型桩进一步的对仰拱进行加固。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，其特征在于：包括桩孔(20)，所述桩孔(20)穿过轨道板(5)、混凝土垫层(4)、仰拱填充(3)、仰拱衬砌混凝土(2)、仰拱初喷混凝土(1)、上层基岩(6)及富水软弱夹层(7)并延伸至下层基岩(8)，所述桩孔(20)内设置有浇注管(21)，所述浇注管(21)与所述桩孔(20)间隔布置，所述浇注管(21)内及所述浇注管(21)和所述桩孔(20)之间的间隙内填充有自密实混凝土(22)。

2.根据权利要求1所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，其特征在于：还包括加固钢筋(23)，所述加固钢筋(23)沿所述浇注管(21)的长度方向布置。

3.根据权利要求2所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，其特征在于：还包括钢筋固定架(24)，所述钢筋固定架(24)至少由三个单板构成，所述单板的其中一端相互连接，所述单板的另外一端沿所述浇注管(21)的径向延伸，所述单板的长度小于所述浇注管(21)的半径，所述加固钢筋(23)布置于相邻的两个所述单板之间。

4.根据权利要求1所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，其特征在于：所述浇注管(21)的下端延伸有锥形管(25)，所述锥形管(25)的外周开设有通孔。

5.根据权利要求1所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，其特征在于：所述浇注管(21)的外周设置有剪力键(26)。

6.根据权利要求1所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，其特征在于：所述轨道板(5)上开设有桩基孔(51)，所述桩基孔(51)处于所述桩孔(20)的外圈，所述桩基孔(51)与所述浇注管(21)之间填充有高强度混凝土(52)，所述高强度混凝土(52)中预埋有将所述浇注管(21)和所述桩孔(20)之间的间隙与外界连通的通气管(53)。

7.根据权利要求1所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固结构，其特征在于：所述自密实混凝土(22)包括水泥、硅灰、粉煤灰、石英砂、减水剂、钢纤维及膨胀剂。

8.一种基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、自轨道板(5)向下开设桩孔(20)，桩孔(20)穿过轨道板(5)、混凝土垫层(4)、仰拱填充(3)、仰拱衬砌混凝土(2)、仰拱初喷混凝土(1)、上层基岩(6)及富水软弱夹层(7)并延伸至下层基岩(8)；

B、随后在桩孔(20)内安装浇注管(21)，浇注管(21)与桩孔(20)间隔布置，浇注管(21)的下端延伸有锥形管(25)，浇注管(21)的外周设置有剪力键(26)；

C、在轨道板(5)上桩孔(20)的周圈位置开设桩基孔(51)，在浇注管(21)的上端的外周设置通气管(53)，通气管(53)的上端高于轨道板(5)，通气管(53)的下端延伸至浇注管(21)和桩孔(20)之间的间隙，随后对桩基孔(51)浇注高强度混凝土(52)以此固定浇注管(21)；

D、向浇注管(21)内浇注自密实混凝土(22)，自密实混凝土(22)同时由锥形管(25)外周的通孔流动至浇注管(21)和桩孔(20)之间的间隙，最终自密实混凝土(22)填充满浇注管(21)及浇注管(21)和桩孔(20)之间的间隙。

9.根据权利要求8所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固方法，其特征在于：所述步骤C与步骤D之间还包括如下步骤：

S、加固钢筋(23)设置多个，每个加固钢筋(23)对应浇注管(21)的长度分为多段，采用钢筋固定架(24)固定多个加固钢筋(23)，钢筋固定架(24)由多个单板相互连接构成，加固钢筋(23)布置于相邻的两个单板之间，如此分段向浇注管(21)内下放加固钢筋(23)，两段加固钢筋(23)通过套筒连接。

10.根据权利要求8所述的基于微型桩的隧道仰拱及轨道板加固方法，其特征在于：还包括如下步骤：

E、仰拱填充(3)的中部和侧边对应开设有中心排水槽(31)和侧边排水槽(32)；

F、自中心排水槽(31)和侧边排水槽(32)的槽底向下开设排水孔(10)，排水孔(10)穿过仰拱填充(3)、仰拱衬砌混凝土(2)、仰拱喷射混凝土(1)及上层基岩(6)延伸至富水软弱夹层(7)；

G、随后在排水孔(10)内安装排水管(11)，排水管(11)处于仰拱喷射混凝土(1)下方的管段开设有渗水孔，排水管(11)处于仰拱喷射混凝土(1)下方的管段的外周包覆有无纺布，无纺布与排水孔(10)之间填充有粗砂(12)，排水管(11)穿过仰拱喷射混凝土(1)的管段及处于仰拱喷射混凝土(1)上方的管段与排水孔(10)之间填充有水泥砂浆(13)。

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