CN112695809A - 一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构，包括设置在下卧隧道上方的预制混凝土抗浮板，预制混凝土抗浮板上固连有若干个分布在下卧隧道两侧的浆囊带锚杆，浆囊带锚杆的锚固段伸入到下卧隧道下部的土体中；浆囊带锚杆包括杆体、注浆管和设置在杆体的锚固段的浆囊袋，浆囊袋每隔2m设置一个束腰段；预制混凝土抗浮板上设置有载重。还公开一种避免下卧隧道上浮的方法：(1)将河道划分成多个施工段；(2)生产预制混凝土抗浮板；(3)间隔开挖施工段挖；(4)吊放预制混凝土抗浮板，并放置临时载重；(5)设置浆囊带锚杆；(6)移除临时压载，河道通水。本发明能够有效避免上方河道开挖引起下卧隧道上浮。

Description

一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构及方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构及方法。
背景技术
随着城市轨道交通线网的形成以及城市水域环境建设的发展，河道穿越或邻近现有地铁隧道的情况越来越多。河道开挖卸载一方面使得河道底部土体应力得到释放，坑底产生隆起变形，此时下卧隧道上部受力减小，隧道受到不可避免的附加内力和附加变形。另一方面，随着河道的开挖，河道内外高差不断加大，引起周围土体由河道外向河道内的变形，使得河道底土体隆起变形增大，也加大了下卧隧道的隆起变形。河道开挖轻则使已建隧道产生大的纵向变形，出现渗水和裂缝等病害；重则会影响已建隧道的使用，导致变害区段列车限速甚至隧道停用，造成极大的经济损失与社会不良影响。
目前控制隧道上浮常用的方法有：地基加固法(注浆加固、高压旋喷加固、深层搅拌加固)、设置抗拔桩和分层分块开挖等。但是大面积地基加固和抗拔桩施工的过程中往往已经对既有下卧隧道造成了较大的影响，而且施工速度相对较慢、经济型相对较差，同时会对河道周边土体和水质造成泥浆污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构及方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免上方河道开挖引起下卧隧道上浮。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构，包括设置在下卧隧道上方的预制混凝土抗浮板，所述预制混凝土抗浮板固连有若干个分布在所述下卧隧道两侧的浆囊带锚杆，所述浆囊带锚杆的锚固段伸入到所述下卧隧道下部的土体中；所述浆囊带锚杆包括杆体、注浆管和设置在所述杆体的锚固段的浆囊袋，所述浆囊袋每隔2米设置一个束腰段，通过所述注浆管能够向所述浆囊袋中注入水泥浆，灌注在所述浆囊袋中的水泥浆形成为注浆体；所述预制混凝土抗浮板上设置有载重。
优选的，所述预制混凝土抗浮板对应所述浆囊带锚杆设置有预留孔；所述预留孔竖直或倾斜。
优选的，所述杆体的顶端连接有螺帽，所述螺帽与所述预制混凝土抗浮板之间夹设有套设在所述杆体上的垫片。
优选的，所述载重为临时载重或河水。
本发明还提供一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的方法，包括以下步骤：
(1)将河道沿下卧隧道的长度方向设置并划分多个施工段；
(2)生产预制混凝土抗浮板，所述预制混凝土抗浮板的长度与河床宽度相等，所述预制混凝土抗浮板的宽度与所述施工段的长度相等，所述预制混凝土抗浮板的厚度和配筋需根据使用阶段的抗浮计算确定；
(3)间隔开挖所述施工段，相邻的所述施工段不能同时开挖；
(4)每一所述施工段开挖至河道底标高后，吊放所述预制混凝土抗浮板，并在所述预制混凝土抗浮板上放置临时载重；
(5)通过所述预制混凝土抗浮板的两侧边的预留孔放入浆囊带锚杆，通过注浆管对浆囊带锚杆中的浆囊袋注浆，待水泥浆强度达到设计要求后对杆体施加预应力并锁定；
(6)待浆囊带锚杆锁定完成后，对浆囊带锚杆锁口处进行防水处理；移除临时压载，河道通水；临时压载转化为浆囊带锚杆抗浮力和河道水荷载；
(7)隧道运营过程中如果出现隧道上浮趋势，需在上浮区段，对河道进行临时截流，重新逐根对出现隧道上浮趋势的所述预制混凝土抗浮板上的所述浆囊带锚杆进行张拉锁定，或在所述预制混凝土抗浮板的预留孔处增设浆囊带锚杆。
优选的，所述施工段的长度和一次性卸荷体量根据轨道交通结构安全保护等级和土质条件确定，施工段长度不应超过15m。
优选的，吊放所述预制混凝土抗浮板时，用钢丝绳穿过预制孔洞协助挖机或起吊机械吊放。
优选的，所述临时载重的重量同河道区域卸荷土体的重量，达到卸载引起的上浮力与压载平衡的目的；施工过程中根据所述下卧隧道上浮的监测数据，动态增减对应区段的压载配重；优先采用水袋作为所述临时载重。
优选的，所述预制混凝土抗浮板上设置有用于安装垫片的凹槽，所述凹槽的深度与所述垫片的厚度匹配；隧道深度范围内浆囊带锚杆钻孔采用套管护壁工艺成孔，防止塌孔对隧道的影响；浆囊带锚杆锚固段与所述下卧隧道之间的最小距离不小于15m，通过控制浆囊带锚杆角度、调节浆囊带锚杆自由段和锚固段的长度控制最小安全距离；浆囊带锚杆的顶端设置有防水保护装置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构及方法能够有效避免上方河道开挖引起下卧隧道上浮。本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构及方法在既有隧道上方的河道开挖通过分段抽条开挖施工，避免一次性大面积开挖卸载引起地铁隧道上浮；通过预制混凝土抗浮板和临时压重，快速补偿开挖卸载的土体重度；通过浆囊带锚杆施工工艺，减少浆液流窜对隧道和环境的影响，保障锚固体的水泥土质量；结合实时的监测监控，在隧道长期运营过程中，可通过对浆囊带锚杆的重新张拉锁定或增设浆囊带锚杆，解决浆囊带锚杆日渐松弛或失效的问题。本发明相对现有技术，具有施工进度块、生效时间短、施工过程对隧道影响小以及环境友好等方面的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为河道开挖的载荷空间关系图；
图2为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的方法的布置示意图一；
图3为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的方法的布置示意图二；
图4为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的方法的布置示意图三；
图5为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的方法的布置示意图四；
图6为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构的结构示意图一；
图7为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构的部分结构示意图；
图8为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构的结构示意图二；
图9为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构中预制混凝土抗浮板的结构示意图一；
图10为本发明避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构中预制混凝土抗浮板的结构示意图二；
其中：100、避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构；1、下卧隧道；2、主要覆土区；3、施工段；4、预制混凝土抗浮板；5、临时载重；6、浆囊带锚杆；7、杆体；8、第一注浆管；9、注浆体；10、束腰段；11、浆囊袋；12、垫片；13、螺帽；14、麻丝加油膏；15、预留孔；16、河水；17、第二注浆管；18、反流管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构及方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免上方河道开挖引起下卧隧道上浮。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图10所示：本实施例提供了一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构100，预制混凝土抗浮板4固连有若干个分布在下卧隧道两侧的浆囊带锚杆6，浆囊带锚杆6的锚固段伸入到下卧隧道1下部的土体中；浆囊带锚杆6包括杆体7、注浆管和设置在杆体的锚固段的浆囊袋11，浆囊袋每隔2米设置有束腰段10，束腰段10的设置能够使浆囊袋11形成有凹凸结构，保证注浆体9的形状为数个均匀间隔排列且依次相连的圆柱体，以增大浆囊袋11与土体之间的摩擦力。注浆管的顶端位于预制混凝土抗浮板4的预留口处，通过注浆管的顶端向注浆管中注入水泥浆，注浆管中的水泥浆再流入浆囊袋11中，注浆管和杆体7均一端位于浆囊带锚杆6的顶端(抗浮板预留口处)，另一端位于浆囊带锚杆6的底端。在本实施例中，设置有两根注浆管，分别为第一注浆管8和第二注浆管17，第一注浆管8采取末端注浆，即水泥浆从第一注浆管8的末端注入浆囊袋11，并向上溢满浆囊袋11，且在每个束腰段10的位置设置有反流管18，反流管18帮助水泥浆由束腰段10下侧的浆囊袋11反流至束腰段10上侧的浆囊袋11。第二注浆管17采取侧面注浆，即在第二注浆管17的侧面钻孔，且孔洞先用胶带封住，在二次注浆时用第二注浆管17补浆。灌注在浆囊袋11中的水泥浆形成为注浆体9；预制混凝土抗浮板4上设置有载重。
在本实施例中，浆囊带锚杆6倾斜，预制混凝土抗浮板4对应浆囊带锚杆6设置有预留孔15，预留孔15倾斜，浆囊带锚杆6穿过预留孔15。需要注意的是，浆囊带锚杆6和预留孔15垂直倾斜皆可，在隧道与锚杆的最小距离不满足规范要求时，通过增大浆囊带锚杆6和预留孔15的倾斜角度达到增大距离的目的。
杆体7的顶端连接有螺帽13，螺帽13与预制混凝土抗浮板4之间夹设有套设在杆体7上的垫片12，在本实施例中杆体7采用钢筋或钢绞线，但因钢绞线可以施加比较大的预应力，故本实施例中优先采用钢绞线作为杆体7，预制混凝土抗浮板4上设置有用于安装垫片12的凹槽，凹槽的深度与垫片12的厚度匹配。载重为临时载重5或河水16。
本实施例还提供一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的方法，包括以下步骤：
(1)将河道沿下卧隧道1的长度方向设置并划分多个施工段3；施工段3的长度和一次性卸荷体量根据轨道交通结构安全保护等级和土质条件确定，施工段3长度不应超过15m。一次性卸荷体量应满足S1≤ν1S。其中S1为一次性卸荷体量的断面面积，S为隧道上方主要覆土区2的断面面积，ν1为卸荷比(ν1不宜超过0.3)；主要覆土区2的影响扩散角为45°+ψ/2。
(2)生产预制混凝土抗浮板4，预制混凝土抗浮板4的长度与河床宽度相等，预制混凝土抗浮板4的宽度与施工段3的长度相等，预制混凝土抗浮板4的厚度和配筋需根据使用阶段的抗浮计算确定；
(3)间隔开挖施工段3，相邻的施工段3不能同时开挖；
(4)每一施工段3开挖至河道底标高后，吊放预制混凝土抗浮板4，并在预制混凝土抗浮板4上放置临时载重5；
吊放预制混凝土抗浮板4时，用钢丝绳穿过预制孔洞协助挖机或起吊机械吊放。临时载重5的重量同河道区域卸荷土体的重量，达到卸载引起的上浮力与压载平衡的目的；施工过程中根据下卧隧道1上浮的监测数据，动态增减对应区段的压载配重；优先采用水袋作为临时载重5，因为水袋在卸载时扎破袋子放水即可，使用方便。
(5)通过预制混凝土抗浮板4的两侧边的预留孔15放入浆囊带锚杆6，通过注浆管对浆囊带锚杆6中的浆囊袋11注浆，浆囊带锚杆6上涂抹有麻丝加油膏14；待水泥浆强度达到设计要求后施加预应力并锁定；
(6)待浆囊带锚杆6锁定完成后，对浆囊带锚杆6锁口处进行防水处理；移除临时压载，河道通水；临时压载转化为浆囊带锚杆6的抗浮力和河水16的荷载；
(7)隧道运营过程中如果出现隧道上浮趋势，需在上浮区段，对河道进行临时截流，重新逐根对出现隧道上浮趋势的预制混凝土抗浮板4上的浆囊带锚杆6进行张拉锁定，或在预制混凝土抗浮板4的预留孔15处增设浆囊带锚杆6。
隧道深度范围内浆囊带锚杆6的钻孔采用套管护壁工艺成孔，防止塌孔对隧道的影响；浆囊带锚杆6的锚固段与下卧隧道1之间的最小距离不小于15m，通过控制浆囊带锚杆6角度、调节浆囊带锚杆6的自由段和锚固段的长度控制最小安全距离；浆囊带锚杆6的顶端设置有防水保护装置。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构，其特征在于：包括设置在下卧隧道上方的预制混凝土抗浮板，所述预制混凝土抗浮板固连有若干个分布在所述下卧隧道两侧的浆囊带锚杆，所述浆囊带锚杆的锚固段伸入到所述下卧隧道下部的土体中；所述浆囊带锚杆包括杆体、注浆管和设置在所述杆体的锚固段的浆囊袋，所述浆囊袋每隔2米设置一个束腰段，通过所述注浆管能够向所述浆囊袋中注入水泥浆，灌注在所述浆囊袋中的水泥浆形成为注浆体；所述预制混凝土抗浮板上设置有载重。
2.根据权利要求1所述的避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构，其特征在于：所述预制混凝土抗浮板对应所述浆囊带锚杆设置有预留孔；所述预留孔竖直或倾斜。
3.根据权利要求1所述的避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构，其特征在于：所述杆体的顶端连接有螺帽，所述螺帽与所述预制混凝土抗浮板之间夹设有套设在所述杆体上的垫片。
4.根据权利要求1所述的避免河道开挖引起下卧隧道上浮的结构，其特征在于：所述载重为临时载重或河水。
5.一种避免河道开挖引起下卧隧道上浮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将河道沿下卧隧道的长度方向设置并划分多个施工段；
(2)生产预制混凝土抗浮板，所述预制混凝土抗浮板的长度与河床宽度相等，所述预制混凝土抗浮板的宽度与所述施工段的长度相等，所述预制混凝土抗浮板的厚度和配筋需根据使用阶段的抗浮计算确定；
(3)间隔开挖所述施工段，相邻的所述施工段不能同时开挖；
(4)每一所述施工段开挖至河道底标高后，吊放所述预制混凝土抗浮板，并在所述预制混凝土抗浮板上放置临时载重；
(5)通过所述预制混凝土抗浮板的两侧边的预留孔放入浆囊带锚杆，通过注浆管对浆囊带锚杆中的浆囊袋注浆，待水泥浆强度达到设计要求后对杆体施加预应力并锁定；
(6)待浆囊带锚杆锁定完成后，对浆囊带锚杆锁口处进行防水处理；移除临时压载，河道通水；临时压载转化为浆囊带锚杆抗浮力和河道水荷载；
(7)隧道运营过程中如果出现隧道上浮趋势，需在上浮区段，对河道进行临时截流，重新逐根对出现隧道上浮趋势的所述预制混凝土抗浮板上的所述浆囊带锚杆进行张拉锁定，或在所述预制混凝土抗浮板的预留孔处增设浆囊带锚杆。
6.根据权利要求5所述的避免下卧隧道上浮的方法，其特征在于：所述施工段的长度和一次性卸荷体量根据轨道交通结构安全保护等级和土质条件确定，施工段长度不应超过15m。
7.根据权利要求5所述的避免下卧隧道上浮的方法，其特征在于：吊放所述预制混凝土抗浮板时，用钢丝绳穿过预制孔洞协助挖机或起吊机械吊放。
8.根据权利要求5所述的避免下卧隧道上浮的方法，其特征在于：所述临时载重的重量同河道区域卸荷土体的重量，达到卸载引起的上浮力与压载平衡的目的；施工过程中根据所述下卧隧道上浮的监测数据，动态增减对应区段的压载配重；优先采用水袋作为所述临时载重。
9.根据权利要求5所述的避免下卧隧道上浮的方法，其特征在于：所述预制混凝土抗浮板上设置有用于安装垫片的凹槽，所述凹槽的深度与所述垫片的厚度匹配；隧道深度范围内浆囊带锚杆钻孔采用套管护壁工艺成孔，防止塌孔对隧道的影响；浆囊带锚杆锚固段与所述下卧隧道之间的最小距离不小于15m，通过控制浆囊带锚杆角度、调节浆囊带锚杆自由段和锚固段的长度控制最小安全距离；浆囊带锚杆的顶端设置有防水保护装置。
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