CN210564550U - 利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，包括：预制混凝土桩、预埋钢管、锚固装置、上拉钢绞线、下拉钢绞线、地铁隧道、预制桩顶、定滑轮a、定滑轮b、定滑轮c、预埋塑料管、钢筋笼和张拉设备。本实用新型的有益效果是：钢绞线张拉控制精准，实现隧道隆沉动态控制:利用三组定滑轮、钢绞线以及地面的张拉设备、张力传感器实现对地铁隧道的张拉控制；构件预制拼装，施工快速便捷：采用的支撑结构预制混凝土桩为预制结构，预埋钢管、定滑轮在混凝土浇筑前就预先铺设和安装，而钢绞线的穿入工作也在地面完成，施工操作方便快捷；洞内施工时间短，对地铁运营影响小,起效时间快，对环境无污染。

Description

利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构

技术领域

本实用新型属于隧道及地下工程技术领域，特别涉及一种利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，适用于需要严格控制隧道隆起及下沉变形的地铁隧道工程，尤其是对盾构近距离穿越既有隧道而造成的既有隧道隆沉变形控制特别适用。

背景技术

随着城市地铁建设的发展，邻近既有地铁隧道的盾构开挖、基坑开挖和地表堆卸载工程时有发生。地铁隧道本身运营需要一个稳定的环境，而上述邻近工程的扰动会造成既有隧道纵向的隆沉变形，严重影响运营隧道的安全，在施工中需采取有效措施进行严格控制。

传统的隧道隆沉变形控制措施主要包括注浆加固、隧道内压重、抗浮锚杆、既有隧道内架设钢支撑等方法。其中注浆加固适用于多种盾构穿越形式下的隧道隆沉变形控制，但是其控制效果难以精准掌握，注浆范围过小无法达到控制效果，而注浆范围过大又可能导致环境的污染，且在控制时间上存在一定的滞后性；抗浮锚杆主要应用于隧道的上浮变形，需要锚杆锚固到具有一定强度的稳定岩层中，而在软土地区没有合适锚固点的情况下往往控制效果有限；隧道内压重及既有隧道内架设钢支撑则会长时间占用洞内空间，影响既有地铁隧道的正常运营。

综上所述，传统的既有隧道防隆沉控制措施较多，但或多或少存在着控制效果不佳、难以精准掌控、起效时间慢、影响正常地铁隧道运营和污染环境等缺点，亟需通过改进技术来进行解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构。

这种利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，包括预制混凝土桩、预埋钢管、锚固装置、上拉钢绞线、下拉钢绞线、地铁隧道、预制桩顶、定滑轮a、定滑轮b、定滑轮c、预埋塑料管、钢筋笼和张拉设备；预制混凝土桩对称设置于地铁隧道两侧一定距离，两侧的预制混凝土桩间隔合适距离，每一根预制混凝土桩打设于土层中并且其顶部设置预制桩顶，预制桩顶位于地表，预制混凝土桩与预制桩顶通过混凝土及内部的钢筋笼连接为整体；预埋钢管主体设置于预制混凝土桩内部靠近地铁隧道一侧，预埋钢管顶部预埋在预制桩顶内部，预埋钢管与预制混凝土桩内部的钢筋笼连接固定；预埋钢管在底端靠近地铁隧道一侧留有开孔，并且预埋钢管底端设置定滑轮c，预制桩顶内部的预埋钢管顶部设置定滑轮a和定滑轮b，并且预制桩顶内部根据钢绞线布置要求设置开孔，开孔内嵌入预埋塑料管；钢绞线分为上拉钢绞线和下拉钢绞线，上拉钢绞线底端连接地铁隧道内部的锚固装置，上拉钢绞线上端通过预制桩顶内部位于上侧的定滑轮a牵出并连接张拉设备；下拉钢绞线内端连接地铁隧道内部的锚固装置，并且下拉钢绞线通过预埋钢管底端的定滑轮c铺设在预埋钢管内部，下拉钢绞线顶端通过预制桩顶内部位于下侧的定滑轮b牵出并连接张拉设备。

作为优选：锚固装置等间距设置于地铁隧道管片上，锚固装置包括孔道防护套、锚固环、聚氨酯防水填料、止水片和集水盒，其中锚固环连接钢绞线，孔道防护套嵌入地铁隧道管片的吊装孔内，孔道防护套内表面为波纹状或螺旋状，止水片沿着环向设置于锚固环外侧，止水片一端通入集水盒内部，吊装孔内填充聚氨酯防水填料。

作为优选：预制混凝土桩内设置若干根并排的预埋钢管，下拉钢绞线分成若干组对应铺设在不同预埋钢管内。

作为优选：定滑轮分别布置在每一根预埋钢管的底端和顶部，预埋钢管底端设置定滑轮c用于下拉钢绞线的连接，预埋钢管顶部位于预制桩顶内部并设置定滑轮a和定滑轮b，靠上的定滑轮a连接上拉钢绞线，靠下的定滑轮b连接下拉钢绞线，连接不同组钢绞线的定滑轮的工作相互独立，互不影响。

作为优选：上拉钢绞线和下拉钢绞线由钢丝缠绕而成，钢绞线外部包裹防腐蚀、防渗漏的保护层。

作为优选：在预制混凝土桩和预制桩顶内部需要引入或引出钢绞线的位置均设置预埋塑料管。

作为优选：预制混凝土桩底端深度大于地铁隧道埋深。

本实用新型的有益效果是：

1)钢绞线张拉控制精准，实现隧道隆沉动态控制

本实用新型中利用预制混凝土桩进行支撑，利用三组定滑轮、钢绞线以及地面的张拉设备、张力传感器实现对地铁隧道的张拉控制。可分别通过上拉钢绞线或下拉钢绞线对隧道结构施加拉力，对其进行隆沉控制或动态纠偏，拉力的大小可以通过钢绞线上安装的张力传感器的反馈和实际隧道的隆沉情况进行增大或减小，控制效果明显、精准，能最大程度上确保隧道结构安全。

2)构件预制拼装，施工快速便捷

本实用新型中采用的支撑结构预制混凝土桩为预制结构，预埋钢管、定滑轮在混凝土浇筑前就预先铺设和安装，而钢绞线的穿入工作也在地面完成，施工操作方便快捷。

3)洞内施工时间短，对地铁运营影响小

本实用新型的控制结构的施工过程无需大面积开挖，无需长时间占用隧道内部空间，只需要利用地铁夜间停运期间进行隧道内部施工即可，对地铁运营影响小。

4)起效时间快，对环境无污染

本实用新型控制地铁隧道的隆沉只需在地面上对相应钢绞线进行张拉，当隧道出现上浮及下沉趋势时可迅速做出张拉控制，起效时间快。施工中避免了使用大面积的土壤注浆加固，可避免污染地下环境。

附图说明

图1是本实用新型整体结构正面示意图；

图2是本实用新型单侧结构立体示意图；

图3是预制桩顶细部结构示意图；

图4是锚固装置细部结构示意图；

图5是预埋钢管埋设位置示意图；

图6至图11是结构施工流程图。

附图标记说明：预制混凝土桩1；预埋钢管2；锚固装置3；上拉钢绞线4；下拉钢绞线5；地铁隧道6；预制桩顶7；孔道防护套8；锚固环9；聚氨酯防水填料10；止水片11；集水盒12；定滑轮a 13；定滑轮b 14；定滑轮c 15；预埋塑料管16；钢筋笼17；出土点18；吊装孔19；钻机20；钻杆21；导向钻头22；连接接头23；张拉设备24。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，包括预制混凝土桩1、预埋钢管2、锚固装置3、上拉钢绞线4、下拉钢绞线5、地铁隧道6、预制桩顶7、孔道防护套8、锚固环9、聚氨酯防水填料10、止水片11、集水盒12、定滑轮a 13、定滑轮b 14、定滑轮c 15、预埋塑料管16、钢筋笼17、出土点18、吊装孔19、钻机20、钻杆21、导向钻头22、连接接头23、张拉设备24。

如图1所示，预制混凝土桩1对称埋设在地铁隧道6两侧一定距离，预制混凝土桩1底端深度大于地铁隧道6埋深，预制桩顶7位于地表；预埋钢管2设置在预制混凝土桩1及预制桩顶7内部，在预埋钢管2底端设置定滑轮c15，在预制桩顶7内部的预埋钢管2设置定滑轮a13和定滑轮b14；钢绞线分为上拉钢绞线4和下拉钢绞线5，上拉钢绞线4一端连接地铁隧道6管片上的锚固装置3，另一端通过定滑轮a13连接地面上的张拉设备24，下拉钢绞线5一端连接地铁隧道6管片上的锚固装置3，另一端分别通过定滑轮c15和定滑轮b14连接地面上的张拉设备24。

如图2所示，单侧的预制混凝土桩1和预制桩顶7内共有独立的三组上拉钢绞线4和三组下拉钢绞线5对地铁隧道6进行张拉控制，不同预埋钢管2内钢绞线的张拉互不干扰，可进行独立张拉。

如图3所示，预制桩顶7内部设置预埋钢管2，偏上位置为定滑轮a13，偏下位置为定滑轮b14；预制桩顶7内部在钢绞线的引入和引出段均设置预埋塑料管16，便于钢绞线的穿入穿出；上拉钢绞线4首先从斜向的预埋塑料管16内引入，通过定滑轮a13后再通过水平的预埋塑料管16引出，连接张拉设备24；下拉钢绞线5沿着预埋钢管2底端引入，通过定滑轮b14后再通过水平的预埋塑料管16引出，连接张拉设备24。

如图4所示，锚固装置3位于设计要求的管片的吊装孔19位置，吊装孔19内嵌入孔道防护套8，避免钢绞线的张拉摩擦损坏管片结构，孔道防护套8内部为波纹状或螺旋状，增加渗水路径，同时吊装孔19内的空隙填满了聚氨酯防水填料10，起到防止水进入的目的；吊装孔19内侧设置锚固环9，上拉钢绞线4和下拉钢绞线5通过吊装孔19引入，连接固定在锚固环9上；锚固环9外侧环向设置止水片11，止水片11的一端导向集水盒12，将进入隧道内的少量水流引入集水盒12内收集，定期排放。

如图5所示，三根预埋钢管2并排设置在预制混凝土桩1的钢筋笼17内侧，并与钢筋笼17相互焊接固定。

如图6至图11所示，其中图6表示在地铁隧道6内部，利用小型的钻机20通过吊装孔19，沿着设计钻孔角度和线路进行钻孔，随着导向钻头22的不断钻进，尾部的钻杆21连续拼接，直至导向钻头22到达出土点18为止。

图7表示导向钻头22到达出土点18后，将顶部的导向钻头22换成反向钻头，并将足够长度的上拉钢绞线4和下拉钢绞线5的一端连接固定在反向钻头尾部，形成连接接头23。

图8表示由地铁隧道6内反拉钻杆21，将连接接头23及钢绞线顺着钻设的孔洞进行回拖，回拖过程中，上拉钢绞线4和下拉钢绞线5即顺利地铺设在土层中。

图9表示当上拉钢绞线4和下拉钢绞线5顺利回拖至地铁隧道6内部后，将其连接在张拉设备24上，之后将地面上预留的足够长度的上拉钢绞线4和下拉钢绞线5分别穿入到准备好的预制混凝土桩1内。

图10表示预制混凝土桩1的沉桩过程。

图11表示预制混凝土桩1打设到设计深度后，将地面上的上拉钢绞线4和下拉钢绞线5分别连接张拉设备24，同时利用地面和地铁隧道6内的张拉设备24对上拉钢绞线4和下拉钢绞线5进行预张拉，确保其在土层中处于绷直状态。

所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构的施工方法，包括以下步骤：

1)测量定位：根据地表及土层中管线的埋设情况合理规划预制混凝土桩1的打设位置、深度以及钢绞线的埋设布置方案。利用管片上的吊装孔19进行钻孔，确定地铁隧道6内部的钻孔位置和钻孔角度。根据钻孔角度确定钻孔的线路，在地面上标记钻孔的出土点18。

2)预制混凝土桩1的制作：严格按照设计的要求进行预制混凝土桩1的生产和制作，在混凝土浇筑前。根据钢筋笼17的布设位置，在预定位置布置三根并排的预埋钢管2，且预埋钢管2底端预先安装定滑轮c15，顶部预先安装定滑轮a13和定滑轮b14，确保定滑轮安装牢固，在预埋钢管2表面预设牵引钢绞线的小孔，便于后期钢绞线的穿入和穿出。预埋钢管2和预制混凝土桩1内部的钢筋笼17连接固定，在需要牵引钢绞线的位置预先固定预埋塑料管16，埋设过程中确保安装定滑轮a13和定滑轮b14的预埋钢管2顶端布置在预制桩顶7内，确保各定滑轮的安装位置，小孔的布置方向，预埋塑料管16的布设均精准无误后方可进行混凝土的浇筑，浇筑过程中小心振捣，确保不要损坏预埋构件，浇筑完成后养护备用。

3)洞内钻孔：在地铁隧道6内部确定的钻孔位置，利用小型的钻机20从吊装孔19按照设计的钻孔角度和钻孔线路进行钻孔，边钻孔边进行纠偏，确保实际的出土点18位置与设计点位偏差在允许范围内，当偏差过大时，则需重新钻孔。

4)钢绞线的预处理及埋设：钢绞线外部包裹防腐蚀、防渗漏的保护层，在施工前需在保护层表面涂抹润滑油，以减少在钻孔中的回拖阻力。涂抹完毕后置于设计出土点18附近作为备用。当导向钻头22到达出土点18位置后，确保所钻的孔洞符合设计要求，之后卸下钻杆21顶部的导向钻头22，换上反转钻头或采用其他的连接方式将上拉钢绞线4和下拉钢绞线5与钻杆21连接形成连接接头23，之后由地铁隧道6内部进行回拖，将钢绞线回拉至隧道内部，暂时连接固定在张拉设备24上。

5)完成一处点位施工后，重复步骤3)和步骤4)完成剩余点位的钻孔及钢绞线回拖施工。需要注意的是地面需留有足够长度的钢绞线以备后续施工。

6)钢绞线的布置及预制混凝土桩1的下沉：将地面留有的上拉钢绞线4和下拉钢绞线5分别按照设计要求穿入到预制混凝土桩1及预制桩顶7内部的预留通道内，并确保滑轮处连接稳定，能自由抽拉，检查无误后将预制混凝土桩1打设到指定深度。

7)钢绞线的预张拉：待预制混凝土桩1打设稳定后，将地面上的钢绞线同样连接张拉设备24，利用隧道内部和地面上的张拉设备24同时张拉钢绞线两端，使得下拉钢绞线5埋入土层，并到达指定位置，同时需要确保上拉钢绞线4和下拉钢绞线5处于绷直状态。张拉过程中时刻关注每一根钢绞线的张拉应力，确保张拉安全。

8)隧道内锚固：待上拉钢绞线4和下拉钢绞线5均通过预张拉拉到指定位置后，在吊装孔19内嵌入孔道防护套8，将隧道内部的钢绞线一端从张拉设备24上拆下，连接固定在锚固环9上，向吊装孔19内填充聚氨酯防水填料10，同时在锚固环9外部设置止水片11和集水盒12，并利用水泥砂浆进行封闭处理。

9)施工收尾及后期保护：完成地铁隧道6控制段两侧共六处的钢绞线张拉固定及隧道内锚固端处理之后。对隧道内的锚固装置3进行进一步的外部保护工作，之后及时搬出隧道内的张拉设备24及其他施工设备及材料，避免影响后续地铁运营。预制桩顶7需做好保护措施，周围设置围挡结构，张拉固定端确保安全，以备后续张拉工作的顺利进行。

10)地铁隧道6隆沉的动态控制：在张拉控制前，在地铁隧道6内部每隔一段距离设置监测断面，布设测点，利用水准仪测量隧道纵向沉降或隆起变形值，利用断面收敛监测仪器监测隧道断面收敛情况。当隧道出现上浮或者上浮趋势时，可通过地面的张拉设备24张拉下拉钢绞线5施加拉力，起到抑制上浮或纠偏的作用；而当隧道出现下沉或下沉趋势时，可通过地面的张拉设备24张拉上拉钢绞线4施加拉力，起到抑制下沉或纠偏的作用，确保隧道的安全。需要特别注意的是张拉控制需对称进行，即张拉左侧中间的上拉钢绞线4时，右侧中间的上拉钢绞线4也必须同步以同样的张拉应力大小进行张拉，避免造成地铁隧道6的横向位移或横断面变形。

Claims (7)

1.一种利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，其特征在于：包括预制混凝土桩(1)、预埋钢管(2)、锚固装置(3)、上拉钢绞线(4)、下拉钢绞线(5)、地铁隧道(6)、预制桩顶(7)、定滑轮a(13)、定滑轮b(14)、定滑轮c(15)、预埋塑料管(16)、钢筋笼(17)和张拉设备(24)；预制混凝土桩(1)对称设置于地铁隧道(6)两侧一定距离，每一根预制混凝土桩(1)打设于土层中并且其顶部设置预制桩顶(7)，预制桩顶(7)位于地表，预制混凝土桩(1)与预制桩顶(7)通过混凝土及内部的钢筋笼(17)连接为整体；预埋钢管(2)主体设置于预制混凝土桩(1)内部靠近地铁隧道(6)一侧，预埋钢管(2)顶部预埋在预制桩顶(7)内部，预埋钢管(2)与预制混凝土桩(1)内部的钢筋笼(17)连接固定；预埋钢管(2)在底端靠近地铁隧道(6)一侧留有开孔，并且预埋钢管(2)底端设置定滑轮c(15)，预制桩顶(7)内部的预埋钢管(2)顶部设置定滑轮a(13)和定滑轮b(14)，并且预制桩顶(7)内部根据钢绞线布置要求设置开孔，开孔内嵌入预埋塑料管(16)；钢绞线分为上拉钢绞线(4)和下拉钢绞线(5)，上拉钢绞线(4)底端连接地铁隧道(6)内部的锚固装置(3)，上拉钢绞线(4)上端通过预制桩顶(7)内部的定滑轮a(13)牵出并连接张拉设备(24)；下拉钢绞线(5)内端连接地铁隧道(6)内部的锚固装置(3)，并且下拉钢绞线(5)通过预埋钢管(2)底端的定滑轮c(15)铺设在预埋钢管(2)内部，下拉钢绞线(5)顶端通过预制桩顶(7)内部的定滑轮b(14)牵出并连接张拉设备(24)。

2.根据权利要求1所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，其特征在于：锚固装置(3)等间距设置于地铁隧道(6)管片上，锚固装置(3)包括孔道防护套(8)、锚固环(9)、聚氨酯防水填料(10)、止水片(11)和集水盒(12)，其中锚固环(9)连接钢绞线，孔道防护套(8)嵌入地铁隧道管片的吊装孔(19)内，孔道防护套(8)内表面为波纹状或螺旋状，止水片(11)沿着环向设置于锚固环(9)外侧，止水片(11)一端通入集水盒(12)内部，吊装孔(19)内填充聚氨酯防水填料(10)。

3.根据权利要求1所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，其特征在于：预制混凝土桩(1)内设置若干根并排的预埋钢管(2)，下拉钢绞线(5)分成若干组对应铺设在不同预埋钢管(2)内。

4.根据权利要求1所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，其特征在于：定滑轮分别布置在每一根预埋钢管(2)的底端和顶部，预埋钢管(2)底端设置定滑轮c(15)用于下拉钢绞线(5)的连接，预埋钢管(2)顶部位于预制桩顶(7)内部并设置定滑轮a(13)和定滑轮b(14)，靠上的定滑轮a(13)连接上拉钢绞线(4)，靠下的定滑轮b(14)连接下拉钢绞线(5)。

5.根据权利要求1所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，其特征在于：上拉钢绞线(4)和下拉钢绞线(5)由钢丝缠绕而成，钢绞线外部包裹保护层。

6.根据权利要求1所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，其特征在于：预制混凝土桩(1)和预制桩顶(7)内部需要引入或引出钢绞线的位置均设置预埋塑料管(16)。

7.根据权利要求1所述的利用钢绞线张拉的隧道防隆沉加固结构，其特征在于：预制混凝土桩(1)底端深度大于地铁隧道(6)埋深。

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