CN115030222B - 一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，采集施工现场工程资料；确定基坑围护结构形式，围护结构具体参数根据深基坑设计软件计算结果确定；确定基坑抗隆起措施；进行基坑开挖对既有轨道交通线变形影响的数值分析及专家意见征询；制定实时监控量测方案；制定应急预案。本发明在新建明挖隧道与既有轨道交通线斜向交叉的条件下，开挖分块未暴露整环既有轨道交通线，减小了开挖卸荷条件下变形失控风险；基坑底加固措施提高了夹层土整体刚度，减小了回弹变形；分段分块的垂直快挖方法缩短了基坑底暴露时间，减小了单次开挖面积，有效减小了整体变形量。

Description

一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，特别涉及一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法。

背景技术

越来越多的开发项目在既有的隧道上方实施基坑，而大型基坑工程的施工必然对既有高铁或地铁隧道的结构及运营安全造成较大的影响。目前减少开挖卸荷过程中既有轨道交通线上浮的方法多种多样，但针对性精准控制既有轨道交通线变形的方法，国内目前尚未开展系统性研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，在新建明挖隧道与既有轨道交通线斜向交叉的条件下，开挖分块未暴露整环既有轨道交通线，减小了开挖卸荷条件下变形失控风险；基坑底加固措施提高了夹层土整体刚度，减小了回弹变形；分段分块的垂直快挖方法缩短了基坑底暴露时间，减小了单次开挖面积，有效减小了整体变形量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，采集施工现场工程资料；

步骤2，确定基坑围护结构形式，围护结构具体参数根据深基坑设计软件计算结果确定；

步骤3，确定基坑抗隆起措施；

（1）确定基坑加固方案；基坑开挖前，采用MJS工法桩对基坑底部夹层土土体进行加固，减小对原有地层扰动，提高既有轨道交通线与新建明挖隧道夹层土土体刚度，减小回弹变形；基坑内跳仓加固至地表，加固区和非加固区范围与开挖分块一致，为后续仓区垂直开挖提供条件；

（2）基坑加固后，施作抗拔桩，抗拔桩沿既有轨道交通线两侧布置，打设位置与基坑开挖分块相对应；

（3）确定基坑开挖方案；为降低基坑开挖对既有轨道交通线的影响，坑内采用分块开挖以降低对地铁的影响；开挖遵循快挖快支、及时封闭、加强监测的原则，先垂直开挖非加固区，施做支撑，后开挖加固区，严格控制掘进速度和出土量，避免开挖土体长时间处于暴露状态；

（4）单块垂直开挖至基坑底后，快速施工垫层、底板封闭基坑底，底板达到设计强度后及时压载混凝土块，底板、抗拔桩及混凝土块共同作用形成抗浮体系控制地铁变形；

（5）基坑底板施工完成后，施工隧道侧墙至支撑下方，拆除支撑，施工基坑内隧道顶板结构，顶板结构达到设计强度后回填至设计标高，恢复路面；

（6）确定地下水控制措施；为最大限度减小基坑降水对既有轨道交通线及基坑自身的影响，基坑降、排水以坑内井点降水为主，辅以侧沟疏干明排措施；

步骤4，进行基坑开挖对既有轨道交通线变形影响的数值分析及专家意见征询；

步骤5，制定实时监控量测方案；

步骤6，制定应急预案。

作为优选，步骤1中，所述工程资料包括场地土层物理力学参数、既有轨道交通线与新建隧道空间位置关系、既有轨道交通线主体结构几何物理参数以及施工过程中的地表沉降控制标准和既有轨道交通线位移控制标准。

作为优选，步骤3中，基坑内降水井采取足长、密布的原则，每个分仓区域内设置至少一口的降水井，井底进入既有轨道交通线腰线以下至少2m，保证降水井具有回灌井的功能，确保承压水水位不下降。

作为优选，步骤4中，建立三维数值分析模型，分析不同设计参数（例如加固参数、开挖工序）下基坑开挖对及既有轨道交通线变形影响，根据计算结果及专家意见优化设计参数。

作为优选，步骤5中，为实现对既有轨道交通线变形精准监测，基坑正上方既有轨道交通线区间5m间距布置监测断面，基坑两侧10m间距布置监测断面，监测断面至少布置在三倍基坑开挖深度范围内；监测频率及监测周期根据地铁相关规范要求确定，监控量测结果及时反馈设计。

作为优选，步骤6中，基坑见底后加快结构施工进度，尽快形成反压，抑制盾构进一步上浮，如基坑开挖阶段变形达到预警值，①立即停止基坑土方开挖，基坑内立即回填土，增加上覆荷载；②启用坑内降水井，降低地下水位；③对坑底进行加固，如采用注浆、高压喷射注浆等改善土体性质的同时增加土容重；

基坑底加固深度根据既有轨道交通线与新建隧道空间位置关系确定，深度不小于夹层土厚度的1/5，MJS工法桩桩底至少距离既有轨道交通线结构1.5m；

所述基坑沿垂直于新建隧道方向分块开挖，分块宽度小于基坑长度的1/10且不大于6m；单次跳仓开挖量根据基坑开挖仿真模拟软件计算结果及专家意见确定，且不大于区段内基坑总面积1/5；

开挖过程中同步在分仓侧壁位置增加挂网喷射混凝土，确保分仓开挖面稳定，开挖主要以小型挖机配合人工方式；

底板施工阶段在底板位置预留注浆孔，待底板强度达到设计要求后，通过注浆管对底板与地铁管片上方土体注浆加固，保证底板与下方土体密接无空隙；

抗拔桩锚入底板，待底板强度达到80%后且底板注浆完成后，上部堆放2m高混凝土块反压，堆载混凝土重量不小于开挖土重的1/3，堆载混凝土块于分块中心堆积，预留不小于1.5m施工空间。

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，在新建明挖隧道与既有轨道交通线斜向交叉的条件下，开挖分块未暴露整环既有轨道交通线，减小了开挖卸荷条件下变形失控风险；基坑底加固措施提高了夹层土整体刚度，减小了回弹变形；分段分块的垂直快挖方法缩短了基坑底暴露时间，减小了单次开挖面积，有效减小了整体变形量；本发明包括基坑土方开挖方案、基坑抗隆起措施、地下水控制措施、监控量测方案及应急措施，实现了对施工环节整体控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实施例的一些实施例。

图1为本发明实施例方法流程图；

图2为本发明实施例基坑加固平面示意图；

图3为本发明实施例基坑加固横断面示意图；

图4为本发明实施例开挖顺序平面示意图；

图5为本发明实施例开挖顺序横断面示意图；

图6为本发明实施例堆载反压示平面示意图；

图7为本发明实施例堆载反压示横断面示意图；

图8为本发明实施例底板结构示意图；

图9为本发明实施例既有轨道交通线监测断面的（a）平面示意图、（b）断面示意图。

附图标记说明：

1.基坑；2.围护结构；3.夹层土；4.既有轨道交通线；5.加固区；6.非加固区；7.抗拔桩；8.支撑；9.垫层；10.底板；11.混凝土块；12.降水井；13.监测断面；14.监测点；15.挂网喷射混凝土；16.注浆孔。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本实施例提供了一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，如图1至图9所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1，现场资料采集；采集施工现场工程资料，所述工程资料包括场地土层物理力学参数、既有轨道交通线4与新建隧道空间位置关系、既有轨道交通线4主体结构几何物理参数以及施工过程中的地表沉降控制标准和既有轨道交通线位移控制标准。

本实施例基坑段从上至下的地层依次为素填土、砾砂、全、强、中、微风化花岗岩，基坑底位于砾砂和强风化地层，既有轨道交通线4洞身位于强、中风化岩。

步骤2，确定基坑围护方案；根据本实施例地质条件及周边环境，确定基坑1的围护结构2为φ1000@1500mm咬合桩。

步骤3，确定基坑抗隆起措施。

（1）确定基坑1加固方案。基坑开挖前，采用MJS工法桩对基坑底部夹层土3土体进行加固，减小对原有地层扰动，提高既有轨道交通线4与新建明挖隧道夹层土3土体刚度，减小回弹变形；既有轨道交通线4与新建隧道最小净距3.6m，本实施例基坑底加固厚度1.5～2.0m，MJS工法桩桩底距离既有轨道交通线4结构最小净距1.6m；基坑1内跳仓加固至地表，加固区5和非加固区6范围与开挖分块一致，为后续仓区垂直开挖提供条件。

（2）基坑1加固后，抗拔桩7沿既有轨道交通线4两侧布置，打设位置与基坑开挖分块相对应，中心距不小于3d（d为桩直径），桩长需满足既有轨道交通线变形控制标准及新建隧道抗浮要求。本实施例抗拔桩7采用φ1000mm钻孔桩，中心距3.5m，桩长根据计算为15m，确保各开挖分块范围存在3～4根。

（3）确定基坑开挖方案。为降低基坑1开挖对既有轨道交通线4的影响，基坑1采用跳仓开挖的方法，先垂直开挖未加固区6，后开挖加固区5，严格控制掘进速度和出土量，避免开挖土体长时间处于暴露状态；分块宽度小于基坑长度的1/10且不大于6m；单次跳仓开挖面积根据基坑开挖仿真模拟软件计算结果及专家意见确定，且不大于区段内基坑总面积1/5。本发明实施例交叉段基坑长度约72m，开挖宽度取4.5m，基坑共分为17块，单次开挖两部分，开挖顺序由S1～S9依次推进。

（4）单块垂直开挖至基坑底后，快速施工垫层9、底板10封闭基坑底，底板达到设计强度后及时压载混凝土块11，堆载混凝土重量不小于开挖土重的1/3，抗拔桩7锚入底板10，三者共同作用形成抗浮体系控制地铁变形；本实施例基坑1深度约5.5m，底板强度达到80%后即堆载双层尺寸为2m的混凝土块11，堆载混凝土重量约为开挖土重的40%。

（5）基坑1底板10施工完成后，施工新建隧道侧墙至支撑8下方，拆除支撑8，施工基坑内隧道顶板结构，顶板结构达到设计强度后回填至设计标高，恢复路面。

（6）确定地下水控制措施。为最大限度减小基坑降水对既有轨道交通线4及基坑1自身的影响，基坑降、排水以坑内井点降水为主，辅以侧沟疏干明排措施。基坑内降水井12采取足长、密布的原则，每个分仓区域内设置至少一口的降水井12，井底进入既有轨道交通线4腰线以下至少2m，本实施例中井底进入既有轨道交通线4腰线以下2m，保证降水井12具有回灌井的功能，来确保既有轨道交通线4一侧下部承压水水位不下降。本发明实施例降水井12井径为800mm，基坑1共设置3排十二口降水井12，井深15m，保证基坑开挖过程中，基坑处于无水状态，同时紧急情况下可作为回灌井保证地下水位稳定。

步骤4，进行基坑开挖对既有轨道交通线变形影响的数值分析及专家意见征询。

建立三维数值分析模型，分析基坑不同设计参数及施工工序对既有轨道交通线变形影响，根据数值模拟结果结合专家意见优化设计参数。本发明实施例根据仿真模拟计算结果及专家意见已反馈至设计方案。

步骤5，制定实时监控量测方案。

为实现对地铁隧道变形精准控制，基坑1正下方既有轨道交通线4区间5m间距布置监测断面13，基坑1两侧10m间距布置监测断面13，监测断面13至少布置在三倍基坑开挖深度范围内，施工期间监测频率2次/d，施工完后继续监测3个月，监测频率0.5次/d。本发明实施例基坑监测范围为基坑两侧各30m范围内，监测点14包括既有轨道交通线4拱顶、轨面等位置。

步骤6，制定应急预案。

基坑见底后应加快结构施工进度，尽快形成反压，抑制盾构进一步上浮，如基坑开挖阶段变形达到预警值，①立即停止基坑1土方开挖，基坑1内立即回填土，增加上覆荷载；②启用坑内降水井，降低地下水位；③对坑底进行加固，如采用注浆、高压喷射注浆等改善土体性质的同时增加土容重。

基坑底加固深度根据既有轨道交通线与新建隧道空间位置关系确定，深度不小于夹层土厚度的1/5，MJS工法桩桩底至少距离既有隧道结构1.5m。

基坑1沿垂直于新建隧道方向分块开挖，分块宽度小于基坑长度的1/10且不大于6m；单次跳仓开挖量根据基坑开挖仿真模拟软件计算结果及专家意见确定，且不大于区段内基坑总面积1/5。

开挖过程中同步在分仓侧壁位置增加挂网喷射混凝土15，确保分仓开挖面稳定，开挖主要以小型挖机配合人工方式。

底板10施工阶段在底板10位置预留注浆孔16，待底板10强度达到设计要求后，通过注浆管对底板与地铁管片上方土体注浆加固，保证底板10与下方土体密接无空隙。

抗拔桩7锚入底板10，待底板10强度达到80%后且底板10注浆完成后，上部堆放2m高混凝土块反压，堆载混凝土重量不小于开挖土重的1/3，堆载混凝土块应于分块中心堆积，预留不小于1.5m施工空间。

由以上技术方案可以看出，本实施例提供的明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，在新建明挖隧道与既有轨道交通线斜向交叉的条件下，开挖分块未暴露整环既有轨道交通线，减小了开挖卸荷条件下变形失控风险；基坑底加固措施提高了夹层土整体刚度，减小了回弹变形；分段分块的垂直快挖方法缩短了基坑底暴露时间，减小了单次开挖面积，有效减小了整体变形量；本实施例包括基坑土方开挖方案、基坑抗隆起措施、地下水控制措施、监控量测方案及应急措施，实现了对施工环节整体控制。

以上通过实施例对本发明实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明实施例的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明实施例的实施范围。本发明实施例的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明实施例所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明实施例技术方案的启发下，在本发明实施例的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明实施例的专利涵盖保护范围之内。

Claims (6)

1.一种明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1，采集施工现场工程资料；

步骤2，确定基坑围护结构形式，围护结构具体参数根据深基坑设计软件计算结果确定；

步骤3，确定基坑抗隆起措施；

（1）确定基坑加固方案；基坑开挖前，采用MJS工法桩对基坑底部夹层土土体进行加固，减小对原有地层扰动，提高既有轨道交通线与新建明挖隧道夹层土土体刚度，减小回弹变形；基坑内跳仓加固至地表，加固区和非加固区范围与开挖分块一致，为后续仓区垂直开挖提供条件；

（2）基坑加固后，施作抗拔桩，抗拔桩沿既有轨道交通线两侧布置，打设位置与基坑开挖分块相对应；

（3）确定基坑开挖方案；为降低基坑开挖对既有轨道交通线的影响，坑内采用分块开挖以降低对地铁的影响；先垂直开挖非加固区，施做支撑，后开挖加固区，严格控制掘进速度和出土量，避免开挖土体长时间处于暴露状态；

（4）单块垂直开挖至基坑底后，快速施工垫层、底板封闭基坑底，底板达到设计强度后及时压载混凝土块，底板、抗拔桩及混凝土块共同作用形成抗浮体系控制地铁变形；

（5）基坑底板施工完成后，施工隧道侧墙至支撑下方，拆除支撑，施工基坑内隧道顶板结构，顶板结构达到设计强度后回填至设计标高，恢复路面；

（6）确定地下水控制措施；为最大限度减小基坑降水对既有轨道交通线及基坑自身的影响，基坑降、排水以坑内井点降水为主，辅以侧沟疏干明排措施；

步骤4，进行基坑开挖对既有轨道交通线变形影响的数值分析及专家意见征询；

步骤5，制定实时监控量测方案；

步骤6，制定应急预案。

2.根据权利要求1所述的明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，其特征在于，步骤1中，所述工程资料包括场地土层物理力学参数、既有轨道交通线与新建隧道空间位置关系、既有轨道交通线主体结构几何物理参数以及施工过程中的地表沉降控制标准和既有轨道交通线位移控制标准。

3.根据权利要求1所述的明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，其特征在于，步骤3中，基坑内降水井采取足长、密布的原则，每个分仓区域内设置至少一口的降水井，井底进入既有轨道交通线腰线以下至少2m，保证降水井具有回灌井的功能，确保承压水水位不下降。

4.根据权利要求1所述的明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，其特征在于，步骤4中，建立三维数值分析模型，分析不同设计参数下基坑开挖对既有轨道交通线变形影响，根据计算结果及专家意见优化设计参数。

5.根据权利要求1所述的明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，其特征在于，步骤5中，为实现对既有轨道交通线变形精准监测，基坑正上方既有轨道交通线区间5m间距布置监测断面，基坑两侧10m间距布置监测断面，监测断面至少布置在三倍基坑开挖深度范围内；监测频率及监测周期根据地铁相关规范要求确定，监控量测结果及时反馈设计。

6.根据权利要求1所述的明挖隧道大角度上跨既有轨道交通线变形控制方法，其特征在于，步骤6中，基坑见底后加快结构施工进度，尽快形成反压，抑制盾构进一步上浮，若基坑开挖阶段变形达到预警值，①立即停止基坑土方开挖，基坑内立即回填土，增加上覆荷载；②启用坑内降水井，降低地下水位；③对坑底进行加固，采用注浆改善土体性质的同时增加土容重；

基坑底加固深度根据既有轨道交通线与新建隧道空间位置关系确定，深度不小于夹层土厚度的1/5，MJS工法桩桩底至少距离既有轨道交通线结构1.5m；

所述基坑沿垂直于新建隧道方向分块开挖，分块宽度小于基坑长度的1/10且不大于6m；单次跳仓开挖量根据基坑开挖仿真模拟软件计算结果及专家意见确定，且不大于区段内基坑总面积的1/5；

开挖过程中同步在分仓侧壁位置增加挂网喷射混凝土，确保分仓开挖面稳定，开挖主要以小型挖机配合人工方式；

底板施工阶段在底板位置预留注浆孔，待底板强度达到设计要求后，通过注浆管对底板与地铁管片上方土体注浆加固，保证底板与下方土体密接无空隙；

抗拔桩锚入底板，待底板强度达到80%后且底板注浆完成后，上部堆放2m高混凝土块反压，堆载混凝土重量不小于开挖土重的1/3，堆载混凝土块于分块中心堆积，预留不小于1.5m施工空间。

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