CN210239677U - 一种控制地铁盾构隧道变形的结构体系 - Google Patents

Abstract

一种控制地铁盾构隧道变形的结构体系，包括基坑支护、基底结构、墙体和结构顶板；基坑支护设置在地铁盾构隧道一侧，包括双排桩、斜撑和斜撑基础；双排桩沿着地铁盾构隧道的延伸方向间隔设置，双排桩与地铁盾构隧道之间的留有间距；双排桩的顶面标高不低于基底结构的底面标高；斜撑基础与双排桩平行间隔设置，斜撑基础的顶面低于双排桩的顶面；斜撑有一组，平行间隔设置在斜撑基础与双排桩之间；基底结构设置在地铁盾构隧道的上方；墙体有一组，间隔设置在基底结构的顶部；所述结构顶板覆盖在一组墙体的顶部。本实用新型解决了传统的基坑施工方法开挖区域就会产生较大的上浮变形和危害待施工建筑安全的技术问题。

Description

一种控制地铁盾构隧道变形的结构体系

技术领域

本实用新型涉及隧道工程施工领域，特别是一种控制地铁盾构隧道变形的结构体系。

背景技术

随着城市轨道交通的大规模发展以及市政设施的发展建设，在运营地铁上方区域新建地下广场或者转运中心等新建结构的工程越来越多，传统的施工方法是通过增加搅拌桩等对施工区域的盾构隧道周边土体进行加固，然后再对基坑进行围护，这样可以一定程度上防止土体的侧移对盾构区侧壁产生的影响，但此维护方法存在很大的弊端。例如，盾构区周边的桩维护结构只对施工区域的盾构区进行了维护，而整个盾构区隧道是一个整体，某一区域的土方开挖及某一区域的结构施工会对整个盾构区产生一个整体的影响，若在施工过程中只对施工区域进行维护，其他非施工区域将会处于失控状态，尤其是在非施工区域与施工区域交接处极易因为变形程度不同造成此处盾构区的断裂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种控制地铁盾构隧道变形的结构体系，要解决传统的基坑施工方法开挖区域就会产生较大的上浮变形和危害待施工建筑安全的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种控制地铁盾构隧道变形的结构体系，包括有基坑支护、基底结构、墙体和结构顶板；所述基坑支护设置在地铁盾构隧道一侧，包括有由内而外依次设置的双排桩、斜撑和斜撑基础；所述双排桩沿着地铁盾构隧道的延伸方向间隔设置，并且双排桩与地铁盾构隧道之间的留有间距；其中，双排桩的顶面标高不低于基底结构的底面标高；所述斜撑基础与双排桩平行间隔设置，且斜撑基础的顶面低于双排桩的顶面；所述斜撑有一组，平行间隔设置在斜撑基础与双排桩之间；其中，每根斜撑的上端连接在双排桩上，斜撑的下端支撑在斜撑基础上；所述基底结构设置在地铁盾构隧道的上方；所述墙体有一组，间隔设置在基底结构的顶部；所述结构顶板覆盖在一组墙体的顶部。

优选的，所述双排桩与地铁盾构隧道之间的间距为5m～50m。

优选的，所述斜撑基础的顶面比双排桩的顶面低6m～15m，斜撑基础与双排桩之间的间距为8m～25m。

优选的，所述基底结构与地铁盾构隧道之间的垂直间距为大于等于4米。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果。

1、本实用新型提供一种在运营地铁线路上方新建地下广场时通过斜撑控制地铁盾构隧道的侧移变形，利用斜撑对地铁盾构隧道保护区增加指向盾构区的水平力，防止土方开挖新建结构时因为扰动产生的土方侧移造成的基坑侧向变形，从而防止了盾构区的侧向变形。

2、本实用新型采用抽条跳仓法施工来控制地铁盾构隧道上方的结构上浮变形，充分利用跳仓施工的原理进行土方开挖和结构施工，运营地铁上方土方开挖时，采用跳仓法区域间隔开挖，使某一区域在同一时间段内土方的卸载不至于过快过大，第一组开挖区域完成开挖后临近的第二组区域先不开挖，待第一组开挖区域基底结构、墙体及结构顶板施工完成，使施工完成的结构自身荷载基本抵消原先已开挖土方荷载，再进行第二组土方开挖，开挖第二组土方时，第一组区域内主体结构的架体、模板体系同时施工，视工期进度主体结构也可同时浇筑，在整体性考虑的原则下，架体及模板体系同步增加的荷载以及可能施工完成增加的主体结构荷载，可以抵消大部分第二组土方同步开挖时减少的荷载，使基坑整体荷载时刻保持一个较稳定的数值；第二组土方开挖完成以后开始第二组区域内基底结构、墙体及结构顶板的施工，第三组土方先不开挖，以此类推完成所有分组区域的土方开挖及结构施工；开挖组数根据新建工程的面积和设计要求划分，通过此施工方法可有效控制地铁盾构隧道上浮变形量，最大限度地降低施工对既有地铁线路运营所产生的影响，使得列车运行的安全性和平稳性得到保证。

3、本实用新型可广泛应用于运营地铁上方新建地下广场或类似结构工程的施工中，能有效地保证既有地铁线路的安全，降低施工对既有地铁线路运营的影响，尤其适用于运营比较繁忙或者对轨道结构变形要求比较高的地段，可产生较好的经济效益和社会效益。

4、本实用新型中的施工方法通过跳仓法进行基底结构、墙体及结构顶板的施工，通过“隔块施工，分层浇筑、整体成型”的施工过程，利用早期各组长方形条块区域内的混凝土的内部化学反应，促使相互独立的各条长方形条块区域内的混凝土应力释放出来，完成大部分温度变形及收缩徐变，大大减少超长超宽混凝土区域裂缝的产生，取代了整体浇筑设置后浇带的施工方法，提高了结构的施工效率及防水性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型中地铁盾构隧道布置在待开挖基坑土方中的结构示意图。

图2是本实用新型中结构体系的正面结构示意图。

图3是本实用新型中结构体系的平面结构示意图。

图4是本实用新型中铁盾构隧道外侧设置隧道支护的结构示意图。

附图标记：1－地铁盾构隧道、2－待开挖基坑土方、3－基坑支护、3.1－双排桩、3.2－斜撑基础、3.3－斜撑、4－基底结构、5－墙体、6－结构顶板、7－隧道支护、8－地层。

具体实施方式

如图1-4所示，这种控制地铁盾构隧道变形的结构体系，包括有基坑支护3、基底结构4、墙体5和结构顶板6；所述基坑支护3设置在地铁盾构隧道1一侧，包括有由内而外依次设置的双排桩3.1、斜撑3.3和斜撑基础3.2；所述双排桩3.1沿着地铁盾构隧道1的延伸方向间隔设置，并且双排桩3.1与地铁盾构隧道1之间的留有间距；其中，双排桩3.1的顶面标高不低于基底结构4的底面标高；所述斜撑基础3.2与双排桩3.1平行间隔设置，且斜撑基础3.2的顶面低于双排桩3.1的顶面；所述斜撑3.3有一组，平行间隔设置在斜撑基础3.2与双排桩3.1之间；其中，每根斜撑3.3的上端连接在双排桩3.1上，斜撑3.3的下端支撑在斜撑基础3.2上；所述基底结构4设置在地铁盾构隧道1的上方；所述墙体5有一组，间隔设置在基底结构4的顶部；所述结构顶板6覆盖在一组墙体5的顶部。

本实施例中，所述双排桩3.1与地铁盾构隧道1之间的间距为5m～50m。

本实施例中，所述斜撑基础3.2的顶面比双排桩3.1的顶面低6m～15m，斜撑基础3.2与双排桩3.1之间的间距为8m～25m。

本实施例中，所述基底结构4与地铁盾构隧道1之间的垂直间距为大于等于4米。

本实施例中，在墙体5中设置有结构柱。

本实施例中，相邻双排桩3.1之间连接有连梁；并且在相邻斜撑3.3之间连接有连接杆。

这种控制地铁盾构隧道变形的结构体系的施工方法，包括步骤如下。

步骤一，基坑支护3的施工：沿着待开挖基坑土方2的边线设置基坑支护3。

步骤二：将待开挖基坑土方2划分为若干个长方形条块。

步骤三：将长方形条块至少分为两组，同一组的长方形条块互不相邻；施工时，使同一组长方形条块区域内的结构同时施工。

步骤四：待开挖基坑土方2影响范围内的地层8-结构体系的有限元法模拟：建立地层8-结构体系模型，模型包括结构体系、地层8、地铁盾构隧道1和三者之间的位置关系，隧道支护7和基坑支护3的支护形式，地层8材料、结构体系材料和隧道支护7材料的非线性特性以及地层8中的不连续面；模拟时，将地层8与结构体系作为一个有机的整体考虑，模型的计算范围为 6～10 倍的地铁盾构隧道的宽度；具体方法包括步骤如下。

步骤1，地层8的模拟：建立与地层8材料相适应的本构模型，模型中的地层8为弹塑性体，采用修正摩尔-库伦模型，并采用实体单元模拟。

步骤2：隧道支护7和结构体系的模拟：建立隧道支护7和结构体系的模型，隧道支护7和结构体系中各个结构均采用各向同性弹性模型，隧道支护7和结构体系中各个结构的模拟采用对应形式的等参单元模拟。

步骤3：待建立地层8-结构体系模型建立后将此三维模型划分为50000-1000000个单元块，以便计算各单元块的应力及变形情况。

步骤五：进行施工过程的模拟，并采用有限元法对地层8-结构体系的模型进行数值分析：将隧道支护7和地层8视为整体，随着施工的进行，通过建立的地层8-结构体系模型分析各主要施工工序中隧道支护7、地层8应力变化及变形，在满足变形协调条件的前提下分别计算隧道支护7与地层8的内力及变形速率，并以此验算地层8的稳定性；具体包括如下步骤。

步骤a，土方开挖前施工范围内地层8的初始应力计算：地层8的初始应力为自重地应力，初始自重地应力采用有限元法或给定水平侧压力系数的方法计算。

步骤b，施工过程的有限元模拟：在施工过程中选取若干组关键施工节点，针对不同的时间点，计算地层8和隧道支护7中产生的应力及变形速率，并分析该应力及变形速率是否在设计范围内。

步骤c，根据分析结果，确定采取措施。

步骤六：开挖第一组长方形条块区域内的土方：土方开挖采用分层开挖形式，开挖至基底的标高。

步骤七：根据步骤五中的确定结果，进行第一组长方形条块开挖区域内的基底结构4、墙体5及结构顶板6的施工，其余组长方形条块区域内的土方暂不施工。

步骤八：完成第一组长方形条块区域内结构顶板6的施工后，进行地铁盾构隧道1区域的变形监测；其中，变形监测点设在地铁盾构隧道1上。

步骤九：若变形监测点的变形速率不超出设计范围，进行第二组长方形条块区域内的土方，并开挖至基底得标高。

步骤十：重复步骤七至步骤九的过程，直至最后一组长方形条块区域内的土方开挖及结构施工完成。

本实施例中，步骤一中的基坑支护3包括有双排桩3.1、斜撑基础3.2和斜撑3.3；所述双排桩3.1沿着待开挖基坑土方2的边线设置；所述斜撑基础3.2与双排桩3.1平行间隔设置，且斜撑基础3.2与双排桩3.1之间的间距为8m～25m；所述斜撑3.3有一组，平行间隔设置在斜撑基础3.2与双排桩3.1之间；其中，每根斜撑3.3倾斜设置，斜撑3.3的上端连接在双排桩3.1上，斜撑3.3的下端支撑在斜撑基础3.2上。

本实施例中，所述斜撑基础3.2的顶面标高低于双排桩3.1的顶面标高；所述双排桩3.1的顶面标高与基底结构4的底面标高相适应。

本实施例中，在步骤三中，每组长方形条块的数量为2～6块，长方形条块的宽度为12m~18m，长方形条块的长度不超过50m。

本实施例中，步骤五中在对长方形条块区域内的土方进行开挖时，先计算挖第一层土时候的应力和变形（利用软件模拟计算），然后计算第一层土的应力和变形，以此类推计算出所有主要施工工序的应力和变形情况；所有计算完成后就可以通过这些模型模拟及计算分析出应力及变形是否超出设计范围。

本实施例中，在步骤六中，土方每层开挖厚度不得大于1.5m，开挖层数由原土厚度确定，通过机械开挖至基底标高上方150mm～300mm处，最后一层预留150mm～300mm土方进行人工清理至基底标高；分层开挖该组长方形条块区域内的土方时，其他组长方形条块区域内土方不开挖。

本实施例中，步骤九：若变形速率超出设计范围，则在第一组长方形条块区域内的结构顶板6加载后再监测，变形速率符合设计要求后，再进行第二组施工。

本实施例中，在进行第二组长方形条块区域内的土方开挖时，同时可进行第一组长方形条块区域内主体结构的架体、模板体系以及主体结构的同步施工，施工完成增加的主体结构荷载，可以抵消大部分第二组土方同步开挖时减少的荷载，从而使基坑整体荷载时刻保持一个较稳定的数值。

本实施例中，关键施工节点按照时间顺序为：双排桩3.1的施工、斜撑3.3的施工、第一组长方形条块区域内的土方开挖、第一组基底结构4、墙体5和结构顶板6的施工、第一组长方形条块区域内的土方开挖、第一组基底结构4、墙体5和结构顶板6的施工.....最后一组长方形条块的土方开挖、最后一组基底结构4、墙体5和结构顶板6的施工。

本实施例中，所述主要施工工序为双排桩3.1的施工、斜撑3.3的施工、每组长方形条块区域内的土方开挖、基底结构4、墙体5和结构顶板6的施工。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本实用新型，而非限制本实用新型的保护范围，所有由本实用新型简单变化而来的应用均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种控制地铁盾构隧道变形的结构体系，其特征在于：包括有基坑支护（3）、基底结构（4）、墙体（5）和结构顶板（6）；所述基坑支护（3）设置在地铁盾构隧道（1）一侧，包括有由内而外依次设置的双排桩（3.1）、斜撑（3.3）和斜撑基础（3.2）；所述双排桩（3.1）沿着地铁盾构隧道（1）的延伸方向间隔设置，并且双排桩（3.1）与地铁盾构隧道（1）之间的留有间距；其中，双排桩（3.1）的顶面标高不低于基底结构（4）的底面标高；所述斜撑基础（3.2）与双排桩（3.1）平行间隔设置，且斜撑基础（3.2）的顶面低于双排桩（3.1）的顶面；所述斜撑（3.3）有一组，平行间隔设置在斜撑基础（3.2）与双排桩（3.1）之间；其中，每根斜撑（3.3）的上端连接在双排桩（3.1）上，斜撑（3.3）的下端支撑在斜撑基础（3.2）上；所述基底结构（4）设置在地铁盾构隧道（1）的上方；所述墙体（5）有一组，间隔设置在基底结构（4）的顶部；所述结构顶板（6）覆盖在一组墙体（5）的顶部。

2.根据权利要求1所述的控制地铁盾构隧道变形的结构体系，其特征在于：所述双排桩（3.1）与地铁盾构隧道（1）之间的间距为5m～50m。

3.根据权利要求1所述的控制地铁盾构隧道变形的结构体系，其特征在于：所述斜撑基础（3.2）的顶面比双排桩（3.1）的顶面低6m～15m，斜撑基础（3.2）与双排桩（3.1）之间的间距为8m～25m。

4.根据权利要求1所述的控制地铁盾构隧道变形的结构体系，其特征在于：所述基底结构（4）与地铁盾构隧道（1）之间的垂直间距为大于等于4米。

Images