CN117090598A - 一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,属于隧道地基处理技术领域,隧道基底浅部脱空注浆,隧道路面开挖,微型桩钻孔,微型桩灌浆,对嵌托梁开挖,嵌托梁浇筑,预应力传力锚杆安装,最后进行路面铺装。本发明不需要拆除仰拱,且没有使用大型设备,极大的降低了施工的危险性和施工难度,保障了施工人员的安全,嵌托肋和互相传力板交替设置将后浇筑的嵌托梁与原来的拱圈结合成一个整体。
Description
技术领域
本发明涉及隧道地基处理技术领域,尤其涉及一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法。
背景技术
运营期隧道由于使用时间增加、车流量超出设计值和施工缺陷等原因,常常出现地基承载力不足、变形超限等病害。现有技术常采用拆换初衬仰拱与用梁替代仰拱的方法维修隧道。拆换仰拱需要大体积开挖路面进行处理,施工工程量大,危险系数高,处治效果一般;用梁替代仰拱则会破坏隧道原有的拱圈结构,拱脚部位易出现下沉,后期运营稳定性无法保证。综上,需提出一套简单有效、安全可靠的成熟技术方案用来解决运营期隧道地基处理的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,解决现有隧道地基处理方法施工工程量大,危险系数高和处治效果不好的技术问题。
本发明技术不同于传统梁替换仰拱的方法,设计了一种不需要破坏仰拱就可以对地基加固的一套方法。本技术通托肋嵌入、横向支撑、锁脚锚管等措施,在不破坏仰拱的前提下,修复隧道地基承载力、维修变形超限产生的病害,同时避免了开挖仰拱带来的安全风险,保障施工安全。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,隧道基底浅部脱空注浆,隧道路面开挖,微型桩钻孔,微型桩灌浆,对嵌托梁开挖,嵌托梁浇筑,预应力传力锚杆安装,最后进行路面铺装。
进一步地,微型桩钻孔的具体过程为:
微型桩钻孔采用干成孔作业的方式,钻孔过程中对容易塌孔的段落采用钻孔时钢管跟进的方法或采用先预钻小孔、灌浆后再进行钻孔的方法,设嵌托肋段长度Lt、段长Dt,托肋段及段钻n排孔,钻孔间隔为钻孔将单排单号孔作为一序先进行钻孔,然后对双排双号孔作为二序孔进行钻孔,之后对单排双号孔作为三序孔进行钻孔,最后对双排单号孔作为四序孔共四序进行钻孔,托肋处的钻孔角度为取0°到45°向外倾斜,施工过程中应记录钻进过程,钻孔应嵌入完整基岩以内不小于1m,钻孔过程中应将钻渣吹出。
进一步地,微型桩钻孔的具体过程为:
先将注浆管插到孔底,在注浆管外壁至成孔内壁灌注细骨料,再进行注浆,注浆采用孔底返浆工艺,注浆管插到孔底,注浆,从孔口排气,孔口冒浆就注满,注浆选用钢花管灌注M30水泥砂浆,注浆将单排单号孔作为一序先进行注浆,然后对双排双号孔作为二序孔进行注浆,之后对单排双号孔作为三序孔进行注浆,最后对双排单号孔作为四序孔共四序进行注浆,使用骨料和孔底返浆工艺,施工完毕后应对桩的均匀性,桩身细石混凝土强度、桩身砂浆强度,单桩承载力等进行检验,微型桩直径为d1,钢管桩直径为d2,其比值为k,k值取2-4之间,注浆管采用钢花管,长度为孔底到设计高度的距离。
进一步地,对嵌托梁开挖的具体过程为:
嵌托梁托肋嵌入拱圈,将梁与拱圈结合在一起共同受力,同时将二次衬砌悬挑,将上拱圈的荷载传递到桩基上避免后期拱脚发生下沉,先在段拱脚处打入传力锚杆并接上连接板,用于加强一般段与拱圈的连接,再施工托肋段,施工采用先施工单号托肋再施工双号托肋的方法开凿托肋,设嵌托肋段长度Lt、段长Dt,Lt为50-100cm,Dt为的Lt1-4倍,托肋打穿拱脚至围岩,嵌托肋开凿结束后在预应力传力锚杆设计位置打入预埋管道,为后续预应力锚杆做准备,预埋管道打穿仰拱至基底,在每两个桩基间空白处设置一个预埋管道。
进一步地,嵌托梁浇筑的具体过程为:
平整场地,绑扎钢筋,搭设模板,分段浇筑嵌托梁,先浇筑托肋段,再拆模,再浇筑一般段,相邻两段浇筑间隔时间不少于7d,待混凝土固结后,将尺寸与桩基截面大小相同的钢板焊接在钢花桩外露的末端,焊接采用环向满焊。
进一步地,预应力传力锚杆安装的具体过程为:将传力锚杆放入预埋管道,固定好后张拉预应力,张拉结束后灌入混凝土。
进一步地,具体施工流程为:
步骤1:基底浅部脱空注浆,从微型桩位置钻小孔至浅部基底,注水泥浆液加固,保障施工安全;
步骤2:路面开挖,将已损坏路面拆除,保留仰拱;
步骤3:微型桩钻孔,钻孔采用钢管跟进的方法钻孔,钻孔顺序按四序法跳孔施工,最后从里往外施工托肋处钻孔,托肋处的钻孔分别取0度、15°、30°向外倾斜,孔径为350mm,施工过程中记录钻进过程,钻孔嵌入完整基岩3m,钻孔过程中应将钻渣吹出,相邻两排钻孔间隔150cm,6列钻孔对称布置,距中心轴间距为230cm、380cm、580cm;
步骤4:微型桩灌注,将直径108mm、管壁孔径8mm的注浆管插到孔底,在注浆管外壁至成孔内壁灌注C50细石细骨料,再灌注M30水泥砂浆至孔口冒浆,注浆顺序按四序法跳孔注浆,最后从里往外灌注托肋处的微型桩,施工完毕后应对桩的均匀性,桩身细石混凝土强度、桩身砂浆强度,单桩承载力进行检验,微型桩直径d1为350mm,钢管桩直径d2为108mm,钢花管长度为孔底到设计高度的距离;
步骤5:嵌托梁开挖,先在一般段拱脚处打入传力锚杆并接上连接板,再施工托肋段,施工采用先施工单号托肋再施工双号托肋的方法开凿托肋,嵌托肋段长度Lt为100cm、一般段长Dt为200cm,托肋打穿拱脚至围岩,嵌托肋开凿结束后在预应力传力锚杆设计位置,预埋管道打穿仰拱至基底,直径为32mm,每相邻两排微型桩之间打入一排预埋管道,6列管道对称布置,距中心轴间距为80cm、300cm、420cm;
步骤6:嵌托梁开挖,平整场地,绑扎钢筋,搭设模板,分段浇筑嵌托梁,宜先浇筑托肋段,再拆模,再浇筑一般段,相邻两段浇筑时间间隔7d,待混凝土固结后,将300×300×10mm的钢板焊接在钢花桩外露的末端。焊接采用环向满焊;
步骤7:预应力传力锚杆安装。将传力锚杆放入预埋管道,固定好后张拉预应力,张拉结束后灌入混凝土。
相对于传统的衬砌大规模拆换,本发明不开挖仰拱,嵌托梁结构通过嵌托肋、传力锚栓、预应力传力锚杆将原来有仰拱承担的隧道竖向荷载大部分转移至嵌托梁上。本发明扰动较小,施工安全风险较小。
本技术嵌托梁结构分为嵌托肋段和一般段交替设置,嵌托肋段通过嵌入边墙底部实现对隧道二衬的悬挑,一般段通过传力锚栓连接边墙辅助二衬的悬挑。嵌托梁与仰拱之间设置竖向预应力传力锚杆,将两者连接在一起,增强结构整体性,协同受力。隧道承载能力和大规模拆换仰拱、衬砌的方法一样能满足设计要求。
相对于其他打桩基或拆换仰拱的方法,本技术主要施工工艺简单,主要工艺为微型桩的钻孔,以及嵌托梁的开挖,不需要使用大型机械设备所有步骤小型机械设备即可完成,施工方便,工期短,成本低。
本发明由于采用了上述技术方案,具有以下有益效果:
(1)本发明不需要拆除仰拱,且没有使用大型设备,极大的降低了施工的危险性和施工难度,保障了施工人员的安全,嵌托肋和互相传力板交替设置将后浇筑的嵌托梁与原来的拱圈结合成一个整体。
(2)在托肋与仰拱之间设置预应力传力锚杆,该锚杆如同吊杆一般,当仰拱发生向下的变形时传力锚杆受拉,防止仰拱因变形受到破环。
(3)微型桩在养护领域的应用。打微型桩不需要使用大型设备方便简单、施工风险小,但单桩承载力没有传统的桩基大,但通过设置大量微型桩、再结合嵌托梁、预应力传力锚杆加固使得加固后的承载力满足要求。
附图说明
图1是本发明方法流程图;
图2是本发明微型桩加嵌托梁组合结构平面布置图;
图3是图2的I-II剖面图;
图4是图2的I-I剖面图。
附图中,1-预应力传力锚杆,2-微型钢管桩,3-嵌入托肋,4-弧形传力肋板,5-传力锚栓,6-传力板,7-沥青栓面层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举出优选实施例,对本发明进一步详细说明。然而,需要说明的是,说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解,即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1-4所示,一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,所述方法包括如下步骤:
1、路面开挖。将已损坏路面拆除,保留仰拱。仰拱作为施工平台即便于施工,又可保障施工人员安全。
2、微型桩钻孔。微型桩钻孔可采用干成孔作业的方式,微型桩布置可如图1布置。钻孔过程中对容易塌孔的段落可采用钻孔时钢管跟进的方法或采用先预钻小孔、灌浆后再进行钻孔的方法。设嵌托肋段长度Lt、一般段长Dt,托肋段及一般段钻n排孔,钻孔间隔为钻孔可将单排单号孔作为一序先进行钻孔,然后对双排双号孔作为二序孔进行钻孔,之后对单排双号孔作为三序孔进行钻孔,最后对双排单号孔作为四序孔共四序进行钻孔。托肋处的钻孔一定角度(宜取0°到45°)向外倾斜,根据土壤的内摩擦角等性质来决定。施工过程中应记录钻进过程,钻孔应嵌入完整基岩以内不小于1m,钻孔过程中应将钻渣吹出。
本发明不需要拆除仰拱,且没有使用大型设备,极大的降低了施工的危险性和施工难度,保障了施工人员的安全,嵌托肋和互相传力板6交替设置将后浇筑的嵌托梁与原来的拱圈结合成一个整体。
3、微型桩灌注。先将注浆管插到孔底,在注浆管外壁至成孔内壁灌注细骨料(如C50细石),再进行注浆。注浆采用孔底返浆工艺,注浆管插到孔底,注浆,从孔口排气,孔口冒浆就注满。注浆优选用钢花管灌注M30水泥砂浆。注浆可将单排单号孔作为一序先进行注浆,然后对双排双号孔作为二序孔进行注浆,之后对单排双号孔作为三序孔进行注浆,最后对双排单号孔作为四序孔共四序进行注浆。由于使用了大量骨料和孔底返浆工艺,微型桩单桩抗压能力较高。施工完毕后应对桩的均匀性,桩身细石混凝土强度、桩身砂浆强度,单桩承载力等进行检验,应符合相关规范要求。注浆孔平面布置见图1。微型桩直径为d1,钢管桩直径为d2,其比值为k,k值宜取2-4之间。注浆管可采用钢花管,长度为孔底到设计高度的距离。
4、嵌托梁开挖及布置预埋件。嵌托梁托肋嵌入拱圈,将梁与拱圈结合在一起共同受力,同时将二次衬砌悬挑,将上拱圈的荷载传递到桩基上避免了后期拱脚发生下沉。先在一般段拱脚处打入传力锚杆并接上连接板,用于加强一般段与拱圈的连接。再施工托肋段,施工采用先施工单号托肋再施工双号托肋的方法开凿托肋。跳槽施工的方法既能加快施工速度,又能减小施工对原拱圈的影响。设嵌托肋段长度Lt、一般段长Dt,可取Lt50-100cm,Dt为的Lt1-4倍,托肋打穿拱脚至围岩。嵌托肋开凿结束后在预应力传力锚杆1设计位置打入预埋管道,为后续预应力锚杆做准备。预埋管道打穿仰拱至基底,直径、布置数量计算满足要求即可,建议在每两个桩基间空白处设置一个预埋管道。嵌入托肋3是设置往外突出的,间隔设置。两个嵌入托肋3之间设置的是弧形传力肋板4。
5、嵌托梁浇筑。平整场地,绑扎钢筋,搭设模板,分段浇筑嵌托梁。宜先浇筑托肋段,再拆模,再浇筑一般段,相邻两段浇筑间隔时间不少于7d。待混凝土固结后,将尺寸与桩基截面大小接近的钢板焊接在钢花桩外露的末端。焊接采用环向满焊。
6、张拉预应力传力锚杆1。将传力锚杆放入预埋管道,固定好后张拉预应力,张拉结束后灌入混凝土。
本发明实现加固效果主要依靠微型桩、嵌托梁和预应力传力锚杆1的协同作用。嵌托梁的托肋通过嵌入边墙底部实现对隧道二衬的悬挑,一般段通过传力锚栓5连接边墙辅助二衬的悬挑。预应力传力锚杆1防止仰拱受压下挠,使嵌托梁与原有仰拱协同受力。嵌托梁与仰拱则恰好在微型桩上,将力通过微型桩传入持力层。本发明加固后的隧道受力完成,层层加固,且与传统的初衬仰拱拆换相比,本发明只拆除了已损坏的路面,施工人员可以直接在仰拱上施工,减少施工危险。选用微型钢管桩2,打下微型桩加固地基,不需要冲击钻大型器械打桩,施工危险性以及难度降低。
施工流程如下:
基底浅部脱空注浆。从微型桩位置钻小孔至浅部基底,注水泥浆液加固,保障施工安全。该部分不是本技术要点。
路面开挖。将已损坏路面拆除,保留仰拱。
微型桩钻孔。钻孔采用钢管跟进的方法钻孔,钻孔顺序按四序法跳孔施工。最后从里往外施工托肋处钻孔,托肋处的钻孔分别取0度、15°、30°向外倾斜。孔径为350mm。施工过程中应记录钻进过程,钻孔嵌入完整基岩1m,钻孔过程中应将钻渣吹出。相邻两排钻孔间隔150cm,6列钻孔对称布置,距中心轴间距为230cm、380cm、580cm。
微型桩灌注。将直径108mm、管壁孔径8mm的注浆管插到孔底,在注浆管外壁至成孔内壁灌注C50细石细骨料,再灌注M30水泥砂浆至孔口冒浆。注浆顺序按四序法跳孔注浆,最后从里往外灌注托肋处的微型桩。施工完毕后应对桩的均匀性,桩身细石混凝土强度、桩身砂浆强度,单桩承载力等进行检验。注浆孔平面布置见图1。微型桩直径d1为350mm,钢管桩直径d2为108mm。钢花管长度为孔底到设计高度的距离。
嵌托梁开挖。先在一般段拱脚处打入传力锚杆并接上连接板。再施工托肋段,施工采用先施工单号托肋再施工双号托肋的方法开凿托肋。嵌托肋段长度Lt为100cm、一般段长Dt为200cm,托肋打穿拱脚至围岩。嵌托肋开凿结束后在预应力传力锚杆1设计位置。预埋管道打穿仰拱至基底,直径为32mm,每相邻两排微型桩之间打入一排预埋管道,6列管道对称布置,距中心轴间距为80cm、300cm、420cm。
嵌托梁开挖。平整场地,绑扎钢筋,搭设模板,分段浇筑嵌托梁。宜先浇筑托肋段,再拆模,再浇筑一般段,相邻两段浇筑时间间隔7d。待混凝土固结后,将300×300×10mm的钢板焊接在钢花桩外露的末端。焊接采用环向满焊。
预应力传力锚杆1安装。将传力锚杆放入预埋管道,固定好后张拉预应力,张拉结束后灌入混凝土。路面铺装沥青栓面层7。
相对于传统的衬砌大规模拆换,本发明不开挖仰拱,嵌托梁结构通过嵌托肋、传力锚栓、预应力传力锚杆将原来有仰拱承担的隧道竖向荷载大部分转移至嵌托梁上。本发明扰动较小,施工安全风险较小。
本技术嵌托梁结构分为嵌托肋段和一般段交替设置,嵌托肋段通过嵌入边墙底部实现对隧道二衬的悬挑,一般段通过传力锚栓5连接边墙辅助二衬的悬挑。嵌托梁与仰拱之间设置竖向预应力传力锚杆,将两者连接在一起,增强结构整体性,协同受力。隧道承载能力和大规模拆换仰拱、衬砌的方法一样能满足设计要求。
相对于其他打桩基或拆换仰拱的方法,本技术主要施工工艺简单,主要工艺为微型桩的钻孔,以及嵌托梁的开挖,不需要使用大型机械设备所有步骤小型机械设备即可完成,施工方便,工期短,成本低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,其特征在于:隧道基底浅部脱空注浆,隧道路面开挖,微型桩钻孔,微型桩灌浆,对嵌托梁开挖,嵌托梁浇筑,预应力传力锚杆安装,最后进行路面铺装。
2.根据权利要求1所述的一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,其特征在于:微型桩钻孔的具体过程为:
微型桩钻孔采用干成孔作业的方式,钻孔过程中对容易塌孔的段落采用钻孔时钢管跟进的方法或采用先预钻小孔、灌浆后再进行钻孔的方法,设嵌托肋段长度Lt、段长Dt,托肋段及段钻n排孔,钻孔间隔为钻孔将单排单号孔作为一序先进行钻孔,然后对双排双号孔作为二序孔进行钻孔,之后对单排双号孔作为三序孔进行钻孔,最后对双排单号孔作为四序孔共四序进行钻孔,托肋处的钻孔角度为取0°到45°向外倾斜,施工过程中应记录钻进过程,钻孔应嵌入完整基岩以内不小于1m,钻孔过程中应将钻渣吹出。
3.根据权利要求1所述的一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,其特征在于:微型桩钻孔的具体过程为:
先将注浆管插到孔底,在注浆管外壁至成孔内壁灌注细骨料,再进行注浆,注浆采用孔底返浆工艺,注浆管插到孔底,注浆,从孔口排气,孔口冒浆就注满,注浆选用钢花管灌注M30水泥砂浆,注浆将单排单号孔作为一序先进行注浆,然后对双排双号孔作为二序孔进行注浆,之后对单排双号孔作为三序孔进行注浆,最后对双排单号孔作为四序孔共四序进行注浆,使用骨料和孔底返浆工艺,施工完毕后应对桩的均匀性,桩身细石混凝土强度、桩身砂浆强度,单桩承载力等进行检验,微型桩直径为d1,钢管桩直径为d2,其比值为k,k值取2-4之间,注浆管采用钢花管,长度为孔底到设计高度的距离。
4.根据权利要求1所述的一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,其特征在于:对嵌托梁开挖的具体过程为:
嵌托梁托肋嵌入拱圈,将梁与拱圈结合在一起共同受力,同时将二次衬砌悬挑,将上拱圈的荷载传递到桩基上避免后期拱脚发生下沉,先在段拱脚处打入传力锚杆并接上连接板,用于加强一般段与拱圈的连接,再施工托肋段,施工采用先施工单号托肋再施工双号托肋的方法开凿托肋,设嵌托肋段长度Lt、段长Dt,Lt为50-100cm,Dt为的Lt1-4倍,托肋打穿拱脚至围岩,嵌托肋开凿结束后在预应力传力锚杆设计位置打入预埋管道,为后续预应力锚杆做准备,预埋管道打穿仰拱至基底,在每两个桩基间空白处设置一个预埋管道。
5.根据权利要求1所述的一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,其特征在于:嵌托梁浇筑的具体过程为:
平整场地,绑扎钢筋,搭设模板,分段浇筑嵌托梁,先浇筑托肋段,再拆模,再浇筑一般段,相邻两段浇筑间隔时间不少于7d,待混凝土固结后,将尺寸与桩基截面大小相同的钢板焊接在钢花桩外露的末端,焊接采用环向满焊。
6.根据权利要求1所述的一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,其特征在于:预应力传力锚杆安装的具体过程为:将传力锚杆放入预埋管道,固定好后张拉预应力,张拉结束后灌入混凝土。
7.根据权利要求1所述的一种运营期隧道微型桩加嵌托梁组合结构的地基处理方法,其特征在于:具体施工流程为:
步骤1:基底浅部脱空注浆,从微型桩位置钻小孔至浅部基底,注水泥浆液加固,保障施工安全;
步骤2:路面开挖,将已损坏路面拆除,保留仰拱;
步骤3:微型桩钻孔,钻孔采用钢管跟进的方法钻孔,钻孔顺序按四序法跳孔施工,最后从里往外施工托肋处钻孔,托肋处的钻孔分别取0度、15°、30°向外倾斜,孔径为350mm,施工过程中记录钻进过程,钻孔嵌入完整基岩3m,钻孔过程中应将钻渣吹出,相邻两排钻孔间隔150cm,6列钻孔对称布置,距中心轴间距为230cm、380cm、580cm;
步骤4:微型桩灌注,将直径108mm、管壁孔径8mm的注浆管插到孔底,在注浆管外壁至成孔内壁灌注C50细石细骨料,再灌注M30水泥砂浆至孔口冒浆,注浆顺序按四序法跳孔注浆,最后从里往外灌注托肋处的微型桩,施工完毕后应对桩的均匀性,桩身细石混凝土强度、桩身砂浆强度,单桩承载力进行检验,微型桩直径d1为350mm,钢管桩直径d2为108mm,钢花管长度为孔底到设计高度的距离;
步骤4:嵌托梁开挖,先在一般段拱脚处打入传力锚杆并接上连接板,再施工托肋段,施工采用先施工单号托肋再施工双号托肋的方法开凿托肋,嵌托肋段长度Lt为100cm、一般段长Dt为200cm,托肋打穿拱脚至围岩,嵌托肋开凿结束后在预应力传力锚杆设计位置,预埋管道打穿仰拱至基底,直径为32mm,每相邻两排微型桩之间打入一排预埋管道,6列管道对称布置,距中心轴间距为80cm、300cm、420cm;
步骤5:嵌托梁开挖,平整场地,绑扎钢筋,搭设模板,分段浇筑嵌托梁,宜先浇筑托肋段,再拆模,再浇筑一般段,相邻两段浇筑时间间隔7d,待混凝土固结后,将300×300×10mm的钢板焊接在钢花桩外露的末端。焊接采用环向满焊;
步骤6:预应力传力锚杆安装。将传力锚杆放入预埋管道,固定好后张拉预应力,张拉结束后灌入混凝土。
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CN117626721A (zh) * | 2024-01-24 | 2024-03-01 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种隔离基础变形的无砟轨道系统 |
CN117626721B (zh) * | 2024-01-24 | 2024-04-12 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种隔离基础变形的无砟轨道系统的施工方法 |
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