CN113006814B - 新建隧道上跨既有交通隧道减压结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新建隧道上跨既有交通隧道减压结构，支撑结构设置于新建隧道底部，且支撑结构下方设置有荷载释放机构；支撑结构底部还设置有承重桩，且承重桩布置于既有交通隧道两侧；新建隧道上跨于既有交通隧道；荷载释放机构用于对支撑结构下方进行加载或释放荷载。本发明还公开了新建隧道上跨既有交通隧道减压方法。本发明新建隧道上跨既有交通隧道减压及方法，突破了常规地下结构的建设方式，使用荷载释放机构进行支撑结构底部荷载的加载和卸载，有效的提高了上跨既有运营交通隧道施工中既有隧道的运营安全，并且针对于新建隧道的特殊工况，也可以有很好的适应性。

Description

新建隧道上跨既有交通隧道减压结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及新建隧道上跨既有交通隧道减压结构及施工方法。

背景技术

随着水利工程技术的发展，通过新建隧道进行水资源调配的方式也开始越来越广泛的应用，这就导致了地下空间的开发利用变得尤为重要。越来越多地下工程在开挖过程中面临了上下交叉及小净距施工的风险。上跨隧道施工由于地质条件和施工条件的限制，开挖过程本就较为复杂，面临土体扰动过大等诸多问题，同时上跨隧道还需要考虑既有隧道周围土体和支护结构的应力重分布，对交叉段附近岩土和支护结构受力有很大的影响，并且由于引水隧洞自身的特殊性，其后期正常运营时，峰值较高且不断变化的水压荷载也会对下方既有隧道结构安全性构成威胁，巨大的风险性很大程度上增加了施工的难度。

当既有隧道本身为运营中的交通隧道时，如公路隧道或者铁路隧道，上跨隧道修建过程如果造成既有隧道的位移过大时，会极大的加剧交通隧道的运营风险。

在现有技术中，申请号为202010926802.0的中国专利公开了上跨既有隧道的地铁车站及其施工方法，包括承载体，所述承载体具有支撑平台以及供既有隧道穿过的贯穿通道，于所述支撑平台上方依次施作站台层和站厅层。还提供一种上跨既有隧道的地铁车站的施工方法，包括如下步骤：S1，在既有隧道上方施工承载体，使所述既有隧道从所述承载体的贯穿通道中穿过；S2，于所述承载体的支撑平台的上方施工新建隧道；S3，待所述新建隧道施工完成后，再于所述新建隧道上方施工站厅层。其通过在上跨新建隧道施做水袋的方式对下方既有隧道和新建隧道进行加载的方式避免上浮，其主要原因在于其上方通过明挖基坑的方式进行站厅层修建，产生了巨大的荷载释放，所以容易出现隧道上浮，同时新建隧道的荷载通过门式加固体下方的土层会作用于既有隧道，容易造成既有隧道的局部变形和下沉。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的上跨隧道施工容易对下方既有隧道产生大量不利影响，尤其是新建隧道为引水隧洞时，其后期正常运营时，峰值较高且不断变化的水压荷载也会对下方既有隧道结构安全性构成威胁，目的在于提供新建隧道上跨既有交通隧道减压结构及方法，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

新建隧道上跨既有交通隧道减压结构，包括支撑结构、荷载释放机构和承重桩；

所述支撑结构设置于新建隧道底部，且所述支撑结构下方设置有荷载释放机构；所述支撑结构底部还设置有承重桩，且所述承重桩布置于既有交通隧道两侧；所述承重桩的端部高于所述既有交通隧道的仰拱；

所述新建隧道上跨于所述既有交通隧道；所述荷载释放机构用于对支撑结构下方进行加载或释放荷载。

现有技术中所公开的技术方案，虽然都利用了一些加固结构来减小新建隧道对既有隧道的影响，但是由于这些加固结构的支撑方式还是采用两段设置承重桩，而加固结构中部加载于既有隧道上部土体的方式，所以有部分应力还是会传导到既有隧道上，尤其是在当上跨隧道为引水隧洞时，在施工过程中释放荷载后，新建隧道运行后会带来巨大荷载，从而使得既有的交通隧道产生不可预期的变形，严重影响既有隧道的运营安全。

在本发明应用时，采用了支撑结构和承重桩进行新建隧道承重的方式，同时通过设置于支撑结构下方的荷载释放机构进行支撑结构底部荷载的释放和加载来进行支撑结构承载形式的调整，其中：

当荷载释放机构进行支撑结构底部荷载的完全释放时，支撑结构和承重桩形成简支结构，在该简支结构的作用下，即使新建隧道承受大量荷载时，新建隧道的全部荷载会被承重桩承担，而承重桩的荷载主要由其端部承担，避免了这部分荷载作用于既有交通隧道上方土体上。

而当荷载释放机构进行支撑结构底部荷载的加载时，相当于为支撑结构提供了更稳定的支撑，有利于在新建隧道自身进行开挖的过程中提供更稳定的施工平台。作为本发明的一种实现方式，荷载释放机构可以采用如现有技术中申请号为201720028884.0的实用新型专利所公开的一种高压富水区隧道自动调压泄水控制装置进行荷载释放机构中的充水和排水。而作为本发明的另一种实现方式，荷载释放机构可以采用填充水袋的方式进行加载，并通过移除水袋的方式进行卸载。作为一种优选的方案，采用201720028884.0的实用新型专利的控水阀进行调控是最优方案。本发明通过上述结构，突破了常规地下结构的建设方式，使用荷载释放机构进行支撑结构底部荷载的加载和卸载，有效的提高了上跨既有运营交通隧道施工中既有隧道的运营安全，并且针对于新建隧道的特殊工况，也可以有很好的适应性。

进一步的，还包括护拱；所述护拱设置于所述既有交通隧道的拱顶外部。

进一步的，所述荷载释放机构采用空腔结构，所述支撑结构的底部为拱形结构，且当所述荷载释放机构对支撑结构下方荷载进行释放时，将所述空腔结构中的填充物移出所述空腔结构。

进一步的，所述空腔结构包括沿所述新建隧道轴线方向依次设置的第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层；

所述填充物采用水，且所述第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层均通过引水管联通于所述新建隧道。

进一步的，所述第一缓冲层位于所述拱形结构一个拱肩的下方，所述第二缓冲层位于所述拱形结构拱顶的下方，且所述第三缓冲层位于所述拱形结构另一个拱肩的下方。

进一步的，所述引水管联通于所述新建隧道处设置有泄压阀，所述泄压阀被配置为当所述第一缓冲层、第二缓冲层和/或第三缓冲层中的水压超过阈值时将水通过所述引水管排至所述新建隧道内。

新建隧道上跨既有交通隧道减压结构施工方法，包括以下步骤：

S1：进行新建隧道一次进尺的开挖，并施做初期支护；

S2：待初期支护稳定后，在所述新建隧道底部施做支撑结构和荷载释放机构；所述荷载释放机构设置于所述支撑结构下方；所述支撑结构上设置有预留孔；

S3：在所述预留孔处施做挖孔桩，并浇筑形成承重桩；

S4：向所述荷载释放机构内注入填充物并进行下一个进尺施工；

S5：重复执行S1～S5至施工完毕。

进一步的，步骤S2包括以下子步骤：

S21：在初期支护稳定后，进行支撑结构的底板板位测定；

S22：对底板进行注浆后开挖底板空间；

S23：将所述底板空间划分为上层空间和下层空间，并对所述下层空间施做防水和临时支撑；将下层空间通过引水管联通于所述新建隧道内部，且在所述联通处设置泄压阀；

S24：在所述临时支撑的基础上对所述上层空间进行浇筑形成底板。

进一步的，步骤S4包括以下子步骤：

在所述承重桩和支撑结构强度达到预设值时，拆除所述下层空间中的临时支撑。

进一步的，所述支撑结构的底部为拱形结构；

所述下层空间包括沿所述新建隧道轴线方向依次设置的第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层；

所述第一缓冲层位于所述拱形结构一个拱肩的下方，所述第二缓冲层位于所述拱形结构拱顶的下方，且所述第三缓冲层位于所述拱形结构另一个拱肩的下方。

本发明新建隧道上跨既有交通隧道减压结构及施工方法，通过上述结构，突破了常规地下结构的建设方式，使用荷载释放机构进行支撑结构底部荷载的加载和卸载，有效的提高了上跨既有运营交通隧道施工中既有隧道的运营安全，并且针对于新建隧道的特殊工况，也可以有很好的适应性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构正视图；

图2为本发明结构侧视图；

图3为本发明荷载释放机构具体结构示意图；

图4为本发明结构俯视图；

图5为本发明方法步骤示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-新建隧道，2-既有交通隧道，3-支撑结构，4-荷载释放机构，5-承重结构，6-护拱，7-引水管，31-支撑垫层，32-底板，41-第一缓冲层，42-第二缓冲层，43-第三缓冲层，51-牛腿，52-承重桩。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

为了便于对上述的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构进行阐述，请结合参考图1，提供了本发明实施例所公开的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构的正视图，而参考图2，提供了本发明实施例所公开的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构的侧视图。

其中，新建隧道上跨既有交通隧道减压结构，包括支撑结构3、荷载释放机构4和承重桩52；所述支撑结构3设置于新建隧道1底部，且所述支撑结构3下方设置有荷载释放机构4；所述支撑结构3底部还设置有承重桩52，且所述承重桩52布置于既有交通隧道2两侧；所述承重桩52的端部高于所述既有交通隧道2的仰拱；所述新建隧道1上跨于所述既有交通隧道2；所述荷载释放机构4用于对支撑结构3下方进行加载或释放荷载。

在本实施例实施时，采用了支撑结构3和承重桩52进行新建隧道1承重的方式，同时通过设置于支撑结构3下方的荷载释放机构4进行支撑结构3底部荷载的释放和加载来进行支撑结构3承载形式的调整，其中：

当荷载释放机构4进行支撑结构3底部荷载的完全释放时，支撑结构3和承重桩52形成简支结构，在该简支结构的作用下，即使新建隧道1完全充水时，新建隧道的全部荷载会被承重桩52承担，而承重桩52的荷载主要由其端部承担，避免了这部分荷载作用于既有交通隧道2上方土体上。

而当荷载释放机构4进行支撑结构3底部荷载的加载时，相当于为支撑结构3提供了更稳定的支撑，有利于在新建隧道1自身进行开挖的过程中提供更稳定的施工平台。作为本发明的一种实现方式，荷载释放机构4可以采用如现有技术中申请号为201720028884.0的实用新型专利所公开的一种高压富水区隧道自动调压泄水控制装置进行荷载释放机构中的充水和排水。而作为本发明的另一种实现方式，荷载释放机构4可以采用填充水袋的方式进行加载，并通过移除水袋的方式进行卸载。作为一种优选的方案，采用201720028884.0的实用新型专利的控水阀进行调控是最优方案。本实施例通过上述结构，突破了常规地下结构的建设方式，使用荷载释放机构4进行支撑结构3底部荷载的加载和卸载，有效的提高了上跨既有运营交通隧道施工中既有隧道的运营安全，并且针对于新建隧道的特殊工况，也可以有很好的适应性。

在本实施例中，所称的支撑结构3包括自上而下依次设置的支撑垫层31和底板32两个部分，支撑垫层31支撑隧道底部，而底板32则作为支撑垫层31和承重结构5的之间的连接部件；

同样的在本实施例中，承重结构5也是包括牛腿51和承重桩52的，其中承重桩52是通过牛腿51设置于底板32底部的，而在本实施例中正是利用了两条牛腿51底部和部分底板32空间，形成了一个利于承重的拱形结构。

在一个实施例中，还包括护拱6；所述护拱6设置于所述既有交通隧道2的拱顶外部。

在本实施例实施时，护拱6可以为既有交通隧道2提供更好的保护效果，此处值得注意的是，护拱6可以是在修建既有交通隧道2即已经生成的，也可以是为了进行更好的修建新建隧道1而通过注浆等手段临时产生的。

在另一个实施例中，所述荷载释放机构4采用空腔结构，所述支撑结构3的底部为拱形结构，且当所述荷载释放机构4对支撑结构3下方荷载进行释放时，将所述空腔结构中的填充物移出所述空腔结构。

在本实施例实施时，采用了空腔结构来实现荷载释放机构4的功能，如之前实施例中的实施过程，可以将填充物优选为水，进行空腔结构的填充和抽取，从而实现荷载释放机构4的加载和释放；在本实施例中，特别适用于红土中的新建隧道1开挖，在红土中进行新建隧道1开挖时，由于红土本身的含水量较高，同时力学性能较好，通过注浆或铺设止水带等方式可以更好的实现对荷载释放机构4中对水的留存，降低荷载释放机构4充满水后渗透压力的影响；同时，支撑结构3的底部为拱形结构，可以进一步的提升支撑结构3受压时的力学性能。

在上述基础上，请结合参阅图3和图4，在一个实施例中，所述空腔结构包括沿所述新建隧道1轴线方向依次设置的第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43；

所述填充物采用水，且所述第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43均通过引水管7联通于所述新建隧道1。

在同一个实施例中，所述第一缓冲层41位于所述拱形结构一个拱肩的下方，所述第二缓冲层42位于所述拱形结构拱顶的下方，且所述第三缓冲层43位于所述拱形结构另一个拱肩的下方。

在同一个实施例中，所述引水管7联通于所述新建隧道1处设置有泄压阀，所述泄压阀被配置为当所述第一缓冲层41、第二缓冲层42和/或第三缓冲层43中的水压超过阈值时将水通过所述引水管7排至所述新建隧道1内。

在本实施例中的具体实施过程中，由于在现有技术中，如果隧道下方存在空洞被认为对于结构整体的承重是不利的，同时考虑到在施工过程中地下作业挖孔桩的施做困难，所以采用了较短的承重桩52来进行施工，降低施工风险；承重桩52的端部是高于所述既有交通隧道2的仰拱的，虽然降低了施工风险，但是由于承重桩52的长度缩短，其所可以提供的摩擦力也随即缩小，相当于降低了承重桩52的承重能力。

为了平衡承重桩52的承重，在本实施例中采用了泄压阀结合第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43的方式进行荷载承压的重新平衡；首先为了便于施工，第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43分布在拱形结构的拱肩和拱顶下部；在此处，第一缓冲层41和第三缓冲层43分别为两条牛腿51。

在运营阶段可以将第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43中都充满水。第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43中的空间大小会随着所述拱形结构的变形而变化，同时第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43之间可以相互独立，引水管7的端部一般位于隧道两侧的排水沟中或者隧道底侧的排水沟中，随着拱形结构的变形，水也可以通过引水管7和泄压阀排放到隧道中，实现针对不同的工况进行荷载的自我调节，具体的：

在软岩施工中，采用一次进尺就通过引水管7对荷载释放机构4进行充水，以满足荷载需求，而在围岩等级较好的施工过程中，可以采用多次进尺后，再对已经完工的荷载释放机构4进行充水，满足荷载要求。

同样的，由于不同的枯水期和丰水期时，新建隧道1中的水体荷载分布极不平衡，此时可以通过新建隧道1的水体荷载被拱形结构承担，拱形结构变形压缩或者释放荷载释放机构4内的空间，而在这个过程中荷载释放机构4中的水通过引水管7和泄压阀进入新建隧道1内或者，由引水管7再回到荷载释放机构4中，以此进行新建隧道1对承重桩52荷载的调节。

基于同样的发明构思，图5所示，新建隧道上跨既有交通隧道减压结构施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：进行新建隧道1一次进尺的开挖，并施做初期支护；

S2：待初期支护稳定后，在所述新建隧道1底部施做支撑结构3和荷载释放机构4；所述荷载释放机构4设置于所述支撑结构3下方；所述支撑结构3上设置有预留孔；

S3：在所述预留孔处施做挖孔桩，并浇筑形成承重桩52；

S4：向所述荷载释放机构4内注入填充物并进行下一个进尺施工；

S5：重复执行S1～S5至施工完毕。

在本实施例中，针对于部分软岩隧道的施工进行了特别的设计，在承重桩52浇筑完成后，即可向荷载释放机构4内注入填充物，此时由于承重桩52和支撑结构3尚无法完成完整的支撑结构，而新建隧道1的施工荷载又往往远小于其充满水状态下产生的荷载，所以在本实施例中的这个阶段采用了通过荷载释放机构4注入填充物的方式对施工中的新建隧道1进行支撑。

本实施例的一次进尺完成后，即使在新建隧道1下方产生了空洞，通过注入填充物，也可以满足在本次进尺完成后新建隧道掌子面的稳定，通过这种循环进尺的方式，可以保证在产生荷载释放机构4的同时，新建隧道1施工的安全。

在一个实施例中，步骤S2包括以下子步骤：

S21：在初期支护稳定后，进行支撑结构3的底板板位测定；

S22：对底板进行注浆后开挖底板空间；

S23：将所述底板空间划分为上层空间和下层空间，并对所述下层空间施做防水和临时支撑；将下层空间通过引水管7联通于所述新建隧道1内部，且在所述联通处设置泄压阀；

S24：在所述临时支撑的基础上对所述上层空间进行浇筑形成底板32。

在本实施例中，考虑到荷载释放机构4的施工难度问题，采用了底板注浆后开挖底板空间，并将底板空间划分为下层空间和上层空间；其中下层空间用于施做荷载释放机构4，而上层空间则浇筑形成支撑结构3。

本实施例采用了通过软水管结合止水阀的方式进行注水和排水，通过止水阀进行水流控制并结合相应的泵机可以完成对荷载释放机构4内的注水和排水，同时在下层空间中需要施做临时支撑用以进行支撑结构3的浇筑。

在一个实施例中，步骤S4包括以下子步骤：

在所述承重桩52和支撑结构3强度达到预设值时，拆除所述下层空间中的临时支撑。

在一个实施例中，所述支撑结构3的底部为拱形结构；

所述下层空间包括沿所述新建隧道1轴线方向依次设置的第一缓冲层41、第二缓冲层42和第三缓冲层43；

所述第一缓冲层41位于所述拱形结构一个拱肩的下方，所述第二缓冲层42位于所述拱形结构拱顶的下方，且所述第三缓冲层43位于所述拱形结构另一个拱肩的下方。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.新建隧道上跨既有交通隧道减压结构，其特征在于，包括支撑结构（3）、荷载释放机构（4）和承重桩（52）；

所述支撑结构（3）设置于新建隧道（1）底部，且所述支撑结构（3）下方设置有荷载释放机构（4）；所述支撑结构（3）底部还设置有承重桩（52），且所述承重桩（52）布置于既有交通隧道（2）两侧；所述承重桩（52）的端部高于所述既有交通隧道（2）的仰拱；

所述新建隧道（1）上跨于所述既有交通隧道（2）；所述荷载释放机构（4）用于对支撑结构（3）下方进行加载或释放荷载；

所述荷载释放机构（4）采用空腔结构，所述支撑结构（3）的底部为拱形结构，且当所述荷载释放机构（4）对支撑结构（3）下方荷载进行释放时，将所述空腔结构中的填充物移出所述空腔结构；

所述空腔结构包括沿所述新建隧道（1）轴线方向依次设置的第一缓冲层（41）、第二缓冲层（42）和第三缓冲层（43）；

所述填充物采用水，且所述第一缓冲层（41）、第二缓冲层（42）和第三缓冲层（43）均通过引水管（7）联通于所述新建隧道（1）；所述引水管（7）联通于所述新建隧道（1）处设置有泄压阀，所述泄压阀被配置为当所述第一缓冲层（41）、第二缓冲层（42）和/或第三缓冲层（43）中的水压超过阈值时将水通过所述引水管（7）排至所述新建隧道（1）内。

2.根据权利要求1所述的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构，其特征在于，还包括护拱（6）；所述护拱（6）设置于所述既有交通隧道（2）的拱顶外部。

3.根据权利要求1所述的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构，其特征在于，所述第一缓冲层（41）位于所述拱形结构一个拱肩的下方，所述第二缓冲层（42）位于所述拱形结构拱顶的下方，且所述第三缓冲层（43）位于所述拱形结构另一个拱肩的下方。

4.如权利要求1~3任意一项所述新建隧道上跨既有交通隧道减压结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：进行新建隧道（1）一次进尺的开挖，并施做初期支护；

S2：待初期支护稳定后，在所述新建隧道（1）底部施做支撑结构（3）和荷载释放机构（4）；所述荷载释放机构（4）设置于所述支撑结构（3）下方；所述支撑结构（3）上设置有预留孔；

S3：在所述预留孔处施做挖孔桩，并浇筑形成承重桩（52）；

S4：向所述荷载释放机构（4）内注入填充物并进行下一个进尺施工；

S5：重复执行S1~S5至施工完毕。

5.根据权利要求4所述的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构的施工方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：

S21：在初期支护稳定后，进行支撑结构（3）的底板（32）板位测定；

S22：对底板（32）进行注浆后开挖底板空间；

S23：将所述底板空间划分为上层空间和下层空间，并对所述下层空间施做防水和临时支撑；将下层空间通过引水管（7）联通于所述新建隧道（1）内部，且在所述联通处设置泄压阀；

S24：在所述临时支撑的基础上对所述上层空间进行浇筑形成底板（32）。

6.根据权利要求5所述的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构的施工方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：

在所述承重桩（52）和支撑结构（3）强度达到预设值时，拆除所述下层空间中的临时支撑。

7.根据权利要求5所述的新建隧道上跨既有交通隧道减压结构的施工方法，其特征在于，所述支撑结构（3）的底部为拱形结构；

所述下层空间包括沿所述新建隧道（1）轴线方向依次设置的第一缓冲层（41）、第二缓冲层（42）和第三缓冲层（43）；

所述第一缓冲层（41）位于所述拱形结构一个拱肩的下方，所述第二缓冲层（42）位于所述拱形结构拱顶的下方，且所述第三缓冲层（43）位于所述拱形结构另一个拱肩的下方。

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