CN116065633B - 一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，涉及车站施工保护技术领域，包括：获取电力管沟与支护桩之间土层参数，确定钢管桩、装配式隔振体的参数；于电力管沟与支护桩之间施作钢管桩，多根钢管桩依次间隔成排分布；于电力管沟与隔离砂桩之间施作装配式隔振体，装配式隔振体按梅花形布置两排，钢管桩与至少一排隔离砂桩错位布置；减少了电力沟外侧土体的松散性，还可以隔离施工区域和被保护电力管沟之间的区域，减小旋挖钻机施工对电力管沟的影响。

Description

一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法

技术领域

本发明涉及车站施工保护技术领域，具体涉及一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法。

背景技术

当地铁车站基坑支护桩与既有地下电力沟相距较近时，在支护桩施工过程中对周围岩土体的扰动往往会造成电力管沟，尤其是砖混结构的电力管沟的沉降、变形甚至结构破坏，降低电力管沟使用性能的同时给周围居民及路人带来极大的安全隐患。因此，在支护桩施工过程中，为确保紧邻的电力管沟结构的正常使用，避免产生安全隐患，对紧邻电力管沟采取隔离保护措施是必要的。

目前的加固方法主要通过在车站基坑支护桩与紧邻电力沟之间设置隔离桩、隔断墙、土体注浆加固等。在专利CN 202010274746.7(对应的公布号CN111425216A，公告号CN111425216 B)中就公开了复合式支护结构，但其多适用于深井巷道的支护加固和抗振；现有加固保护方法对于常规的有施工空间的工程是适用的，但对于地铁车站支护桩紧邻电力管沟，现有加固措施的主要缺点为：

1.地铁车站支护桩紧邻电力沟，二者相距较近，若增设一排钢筋混凝土隔离桩，通常施工大型设备如旋挖钻机会受场地制约而无法施工，且因其自重较大，极易对既有电力管沟结构造成破坏。

2.隔断墙性质与隔离桩类似，但造价更高，并且施工方法更加复杂，工期较长，支护桩与电力管沟之间需要的施工空间更大。

3.隔振沟施工需要足够的施工空间，在建筑物密集的区域，施工空间狭小，难以获得足够的空间施做隔振沟，且隔振沟深度较大就要进行支护否则土体位移较大，隔振沟开挖后若支护措施不当将导致邻近地下结构与隔振沟间土体位移，增大地下结构的内力及变形；填充沟虽然能缓解此问题，但是由于隔振的需要填充材料多为多孔介质，力学性能较差，无法有效限制大深度隔振沟的侧壁位移，无法完全消除开挖带来的隐患。

4.若采用在电力管沟深度范围内注浆加固，在注浆加固范围内，土体变形较小，但加固区上部和下部土体仍然会产生较大位移；上部土体破坏范围甚至会延伸至地表，导致电力沟产生不均匀沉降，造成结构开裂，安全性不高，且在注浆过程中注浆范围、注浆压力和注浆量很难控制，无法准确判断浆液在土体中的走向及加固区域，很难形成有效的刚性保护，若为了提升控制效果而无限制增加注浆范围和注浆量，将造成很大的浪费及土体污染，较大的注浆压力甚至会对既有电力管沟结构产生不利的变形影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，在电力管沟与车站基坑支护桩之间设置微型钢管桩、装配式隔振体的组合保护方式，从而达到减小支护钻孔灌注桩施工全过程产生的振动对电力管沟的影响，尤其是减小对砖混结构电力管沟的影响。

为了实现上述目的，采用以下方案：

一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，包括：

获取电力管沟与支护桩之间土层参数，确定钢管桩、装配式隔振体的参数；

于电力管沟与支护桩之间施作钢管桩，多根钢管桩依次间隔成排分布；

于钢管桩与电力管沟之间施作装配式隔振体，多根装配式隔振体依次间隔成排分布，钢管桩与至少一排装配式隔振体错位布置。

进一步地，所述确定钢管桩、装配式隔振体的参数包括：根据现场施工场地情况及现有电力管沟的位置，经现场勘察后确定钢管桩和装配式隔振体的分布区域，确定微型钢管桩和装配式隔振体的加固区域。

进一步地，依据电力管沟与支护桩之间区域设计所需相关动参数、岩土体力学性质指标，确定钢管桩及装配式隔振体的数量及位置。

进一步地，所述钢管桩的参数包括直径、承载力、水泥强度及桩长，装配式隔振体的参数包括直径、承载力、填充物及桩长。

进一步地，所述钢管桩和装配式隔振体的底端位于电力管沟底端以下，且装配式隔振体和钢管桩的桩长均为电力管沟结构底板深度的两倍。

进一步地，布置单排等间隔布置的钢管桩，该单排钢管桩轴线共面布置，对钢管桩进行注浆。

进一步地，布置两排装配式隔振体，其中一排装配式隔振体与钢管桩错位布置，另一排装配式隔振体与钢管桩一一对应布置，两排装配式隔振体采用梅花形布置。

进一步地，每排装配式隔振体中对应的所有装配式隔振体的轴线共面布置，装配式隔振体轴线与钢管桩轴线平行。

进一步地，施作装配式隔振体时，在成孔完成后，向钢管内填入隔振芯材填充物使钢管封闭构成预制隔振芯材，同时在预制隔振芯材下入钻孔后灌注泡沫混凝土之前充气，形成空心层。

进一步地，通过钢管桩及装配式隔振体对电力管沟进行组合隔离保护后，支护桩采用跳打方式进行施工。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前地铁车站支护桩施工时容易对电力管沟产生损伤等不利影响的问题，在狭小作业面内采用布置钢管桩，且在靠近既有电力管沟一侧布置装配式隔振体的方式，形成一定厚度的隔振墙，不但减少了电力沟外侧土体的松散性，还可以隔离施工区域和被保护电力管沟之间的区域，减少旋挖施工对电力管沟的影响；同时装配式隔振体也可以减少旋挖施工过程中孔壁坍塌、侧向变形，减少因孔壁坍塌或变形导致对邻近电力管沟产生的不利影响。

(2)装配式隔振体按梅花形布置成两排，钢管内部填充泡沫材料等隔震材料。隔振体可以有效减小振动波的传播，使振动波的能量迅速衰减并得以释放，减小旋挖钻机施工振动对电力管沟的影响；钢管桩可以起到支护桩成孔施工对侧壁的保护，防止塌孔；隔振体可以有效地削弱施工振动的影响，形成连续的隔振屏障。

(3)采用装配式小尺寸的隔振体，成孔直径小，适用于任何地层，所需施工空间小，施工对既有地基土扰动小，并且施工成本低，能够现场进行装配，气囊保证了预制隔振芯材的回收重复利用，且桩身为钢管内填充隔振芯材，显著提高桩身抗拉、抗压、抗剪、抗扭、抗弯等力学性质。

(4)采用双排装配式隔振体，双排隔振体桩体渗透系数大，桩截面的占比加大，能迅速的消散振动波峰值引起的孔隙水压力，减少振动能量的传播，并且对振动波有折射散射作用，两方面相结合产生了良好的隔振效果。

附图说明

构成本发明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。

图1为本发明实施例1中地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法的结构示意图。

图2为本发明实施例1中微型钢管桩和装配式隔振体的分布示意图。

图3为本发明实施例1中微型钢管桩的结构示意图。

图4为本发明实施例1中微型钢管桩的俯视示意图。

图5为本发明实施例1中装配式隔振体的结构示意图。

图6为本发明实施例1中装配式隔振体的剖面示意图。

图7为本发明实施例1中装配式复合减振构造施工步骤示意图。

图8为本发明实施例1中有限元数值模拟模型图。

其中，1.支护桩顶部冠梁，2.微型钢管桩，3.装配式隔振体，4.旋挖钻机钻头，5.电力管沟，6.地铁车站基坑，7.支护桩，8.微型钢管桩孔壁，9.钢管，10.定位器，11.钢管，12.泡沫混凝土，13.隔振芯材填充物，14.环形气囊，15.隔振芯材钢管，16气囊接口。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个典型实施例中，如图1-图8所示，给出一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法。

地铁车站支护桩7紧邻电力管沟5时，施工时会对电力管沟5结构产生影响。目前对电力管沟5的加固措施中，大型设备容易对既有电力管沟5结构造成破坏；隔断墙施工工期较长且不适用于狭窄的施工空间；注浆加固方式可控性差，难以形成有效的刚性保护区域，容易造成浆液的浪费及土体的污染，同时，较大的注浆压力容易对既有电力管沟5结构产生不利的变形影响。

基于此，本实施例提供一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，在电力管沟5与地铁车站基坑6的支护桩7之间设置微型钢管桩1及装配式隔振体3的组合保护方式，从而达到减小支护钻孔灌注桩施工全过程产生的振动对电力管沟5的影响，尤其是减小对砖混结构电力管沟5的影响。

下面，结合附图对上述地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法进行详细说明。

参见图1，地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法适用于各种地层条件下支护桩7施工对紧邻电力管沟5、特别是砖混结构电力管沟5的隔振保护。其中，支护桩7为钢筋混凝土钻孔灌注桩，施工机械为旋挖钻机；“紧邻”是指电力管沟5结构外侧与支护桩7之间净距小于4m，不同地层主要为杂填土、粘性土、粉土以及风化岩地层等对施工产生的振动极为敏感易产生较大变形的区域；微型钢管桩1是指本实施例中所采用钢管桩的直径小于400mm。

如图8所示，根据有限元模拟预估振动的影响，主要分析旋挖钻机在成孔施工过程中产生的冲击荷载对邻近电力管沟的影响，计算模型采用在开挖面处输入动压力的形式进行动力加载，通过查看开挖面和邻近电力管沟处加速度变化情况，以分析冲击荷载在传播过程中的衰减程度，进而对装配式复合减隔振构造的隔离效果做出预估评价。地层采用莫尔库伦本构模型，微型钢管桩、装配式隔振体和电力管沟均采用弹性本构模型。根据该地区勘察报告并查阅相关文献可得材料参数取值，见表1。

通过有限元模拟知，当输入动压力为1kPa时，开挖面处加速度最大值为0.037m/s²，电力管沟处加速度最大值0.0032m/s²，动力作用产生的加速度从开挖面到电力管沟的传播过程中发生了明显的衰减，加速度衰减了91.35％。当输入动压力为5kPa时，开挖面处加速度最大值为0.1839m/s²，电力管沟处加速度最大值0.0296m/s²，动力作用产生的加速度从开挖面到电力管沟的传播过程中发生了明显的衰减，加速度衰减了83.9％，如图8所示。经过以上计算可知，装配式复合减隔振构造具有较好的隔离效果，可有效减弱冲击荷载对邻近电力管沟的影响。

表1材料参数取值

地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法包括：

获取电力管沟5与支护桩7之间土层参数，确定钢管桩、装配式隔振体3的参数；

于电力管沟5与支护桩7之间施作钢管桩，多根钢管桩依次间隔成排分布；

于钢管桩与电力管沟5之间施作装配式隔振体3，多根装配式隔振体3依次间隔成排分布，钢管桩与至少一排装配式隔振体3错位布置。

具体的，地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法包括以下步骤：

根据现场施工场地情况及现有电力管沟5的位置，经现场勘察后合理确定加固宽度、微型钢管桩1和装配式隔振体的具体位置、加固长度；

根据既有电力管沟5结构外侧现状回填土的情况，确定电力管沟5与支护桩7之间区域设计所需相关动参数、岩土体力学性质指标，合理确定微型钢管桩1及装配式隔振体3的数量及位置；微型钢管桩1、装配式隔振体3的直径、承载力、水泥强度等参数，依据技术规范进行设计计算；

对微型钢管桩1的参数规格进行选择，确定微型钢管桩1的桩长，桩长依据地层条件确定；

对装配式隔振体3的参数规格进行选择，确定装配式隔振体3的桩长及填充物；

间隔布置微型钢管桩1和装配式隔振体3，对电力管沟5和支护桩7进行隔离。

其中，在对微型钢管桩1、装配式隔振体3进行设计时，可以依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94)进行计算。

本实施例中，微型钢管桩1选用成孔直径取为150mm，选用直径108*3.0的钢管，桩长为电力管沟5结构底板深度的2倍，微型钢管桩1的桩身强度不低于M20。多根微型钢管桩1间隔布置。

对于微型钢管桩1的施工要求，详述如下：

①微型钢管桩1桩位允许偏差为10mm，垂直度偏差为0.2％。

②钢管下部2/3长度范围内每间隔0.5m开2个对称小孔，上下排小孔呈对称正交布置。

③为了施工及运输过程中的便利性，钢管需在施工现场进行焊接连接以达到微型桩的设计长度，焊接过程中钢管的接头承载力不应小于母材承载力。

④微型钢管桩1孔内应充填密实，灌注过程中应防止钢管上浮。

⑤为了确保注浆质量，水泥浆的水灰比按0.5，注浆压力按0.5～1.0MPa。

在微型钢管桩1孔成孔后，在钢管9上安装定位器打入微型钢管桩1孔内，注浆后成为微型钢管桩1。

水泥浆应拌和均匀，一次拌和的水泥浆应在初凝前使用；注浆前应将孔内残留的虚土清除干净；注浆时，宜采用将注浆管与钢管9同时插入孔内并由孔底注浆的方式；注浆管端部至孔底的距离不宜大于200mm；注浆及拔管时，浆液从钢管9端部输入到钢管9与微型钢管桩孔壁8之间，注浆管口应始终埋入注浆液面内，应在新鲜浆液从孔口溢出后停止注浆；注浆后，当浆液液面下降时，应进行补浆。浆体应搅拌均匀并立即使用，开始注浆前、中途停顿或作业完毕后须用水冲洗管路。

布置一排微型钢管桩1，相对于混凝土灌注桩，直径更小，施工时噪声和振动小，可在小面积现场进行密集的打桩施工；且无需进行钢筋笼的焊接制作，工期短造价低。

微型钢管桩1对土体挤压作用较小，对既有电力沟影响范围也会比较小，微型钢管桩1采用钢管加注浆的结构形式，其断面强度大，具有一定刚度，能承受较大的水平力；且设计的灵活性大，可根据需要变更钢管的壁厚，可根据需要选定适应设计要求的外径，也可根据场地需要灵活布置桩位。

本实施例中，如图5所示，装配式隔振体3的成孔直径取为150mm，桩长与微型钢管桩1的长度相同，即选为150mm，孔内填充预制隔振芯材，预制隔振芯材采用隔振芯材钢管15和隔振芯材填充物13组成。能够更好的削弱施工产生的振动波；装配式隔振体3可以采用两排梅花形布置方式，其中一排装配式隔振体3与钢管桩错位布置，另一排装配式隔振体3与钢管桩并列布置并一一对应。

对于装配式隔振体3的施工要求，如图7所示，详述如下：

①装配式隔振体3桩位允许偏差为10mm，垂直度偏差为0.2％。

②在装配式隔振体3孔完成后，向下入钢管11，向钢管内填入泡沫混凝土12，填充材料封装于钢管内部。隔振芯材钢管15两端套丝，直径50mm，通过旋拧连接和拆卸。

如图6所示，隔振芯材钢管15内部填充隔振芯材填充物13，使隔振芯材钢管15封闭起来。隔振芯材钢管15外壁粘贴有环形气囊14，环形气囊14在初始状态不充气，在隔振芯材钢管15下入钻孔后灌注泡沫混凝土12填充之前充气，形成空心层。每节环形气囊14带上部下部都有气囊接头16，一共设有四个气囊接头16。每节环形气囊14通过充气接头旋拧连接实现气囊间气体连通。环形气囊14外侧设有聚四氟乙烯涂层。

③施工完成后静力拔出回收预制隔振芯材。需要指出的是，在施作装配式隔振体3时，不仅能够利用填充的隔振芯材填充物13实现对振动的隔断，还能够对微型钢管桩1与电力管沟5之间的土体进行挤密、振密，同时还具有排水减压的作用。

在对微型钢管桩1和装配式隔振体3进行施工时，受场地及空间条件限制，成孔施工设备可选用小型地质钻机，该设备可减小对地层的施工扰动，控制施工中的不均匀沉降。

另外，在后期地铁车站基坑6支护桩7施工过程中应采用跳打的方式进行，如图1所示，旋挖钻机钻头4对支护桩7位置进行钻孔，支护桩顶部冠梁1连接支护桩7，钻机施工每次进尺适当，提升钻头不宜过快。应加大对旋挖钻机保养的力度，每天定时检查机械和部位的润滑部位，及时加机油、保养以减轻机械转动部位发生的振动。

布置装配式隔振体3可以有效减小振动波的传播，使振动波的能量迅速衰减并得以释放，减小旋挖钻机施工对电力管沟5，特别是砖混结构电力管沟5的影响；同时减小地基的沉降量和差异沉降量，提高土体的抗剪强度，增大土体的抗滑稳定性。

双排装配式隔振体3桩体渗透系数大，桩截面的占比加大，能迅速的消散振动波峰值引起的孔隙水压力，减少振动能量的传播，并且对振动波有折射散射作用，泡沫混凝土12为预制隔振芯材环形气囊14外与钻孔之间的填充物，泡沫混凝土12的多孔性使其对振动载荷具有良好的吸收和分散作用。两方面相结合产生了良好的隔振效果。

微型钢管桩1及装配式隔振体3成孔直径小，适用于大多数地层，施工对既有地基土扰动小，并且施工成本低；且钢管桩桩身为钢管内注浆，砂桩桩身孔内填入黄砂12，均可显著提高桩体自身的力学性质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (6)

1.一种地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，其特征在于，包括：获取电力管沟与支护桩之间土层参数，确定钢管桩、装配式隔振体的参数；

于电力管沟与支护桩之间施作钢管桩，多根钢管桩依次间隔成排分布；

于钢管桩与电力管沟之间施作装配式隔振体，多根装配式隔振体依次间隔成排分布，钢管桩与至少一排装配式隔振体错位布置；

布置单排等间隔布置的钢管桩，该单排钢管桩轴线共面布置，对钢管桩进行注浆；布置两排装配式隔振体，其中一排装配式隔振体与钢管桩错位布置，另一排装配式隔振体与钢管桩一一对应布置，两排装配式隔振体采用梅花形布置；

每排装配式隔振体中对应的所有装配式隔振体的轴线共面布置，装配式隔振体轴线与钢管桩轴线平行；

施作装配式隔振体时，在成孔完成后，向钢管内填入隔振芯材填充物使钢管封闭构成预制隔振芯材，同时在预制隔振芯材下入钻孔后灌注泡沫混凝土之前充气，形成空心层。

2.如权利要求1所述的地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，其特征在于，所述确定钢管桩、装配式隔振体的参数包括：根据现场施工场地情况及现有电力管沟的位置，经现场勘察后确定钢管桩和装配式隔振体的分布区域，确定微型钢管桩和装配式隔振体的加固区域。

3.如权利要求2所述的地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，其特征在于，依据电力管沟与支护桩之间区域设计所需相关动参数、岩土体力学性质指标，确定钢管桩及装配式隔振体的数量及位置。

4.如权利要求1所述的地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，其特征在于，所述钢管桩的参数包括直径、承载力、水泥强度及桩长，装配式隔振体的参数包括直径、承载力、填充物及桩长。

5.如权利要求4所述的地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，其特征在于，所述钢管桩和装配式隔振体的底端位于电力管沟底端以下，且装配式隔振体和钢管桩的桩长均为电力管沟结构底板深度的两倍。

6.如权利要求1所述的地铁车站支护桩紧邻电力管沟施工组合隔离保护方法，其特征在于，通过钢管桩及装配式隔振体对电力管沟进行组合隔离保护后，支护桩采用跳打方式进行施工。