CN211948395U - 采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及城市地下工程施工建筑结构，公开了一种采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，包括相对布置于隧道(1)两侧的多个预应力抗拔桩(2)和横跨所述隧道(1)的抗浮板(3)，所述预应力抗拔桩(2)上方形成有缓冲层(21)，且安装有张拉装置，各所述预应力抗拔桩(2)顶部伸出的抗拔桩钢筋(22)依次穿过对应的所述缓冲层(21)、保护管(31)和对应的所述张拉装置，以能够通过对所述预应力抗拔桩(2)分级张拉减小隧道变形，各所述保护管(31)贯穿所述抗浮板(3)。本实用新型通过设置于隧道两侧的预应力抗拔桩张拉减少隧道上浮变形。

Description

采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构

技术领域

本实用新型涉及城市地下工程施工建筑结构，具体地，涉及一种采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构。

背景技术

随着城市轨道交通运营里程的增加及地下空间的进一步开发，在城市运营地铁盾构隧道上浮进行大面积基坑开挖卸载的案例越来越多。基坑开挖将不可避免地引起坑底及下卧隧道产生隆起变形，当运营隧道变形过大时，将导致管片破损、渗漏水，并影响隧道运营安全。

魏纲于2013年在《岩土力学》发表的《基坑开挖对下方既有盾构隧道影响的实测与分析》一文中收集了14个国内基坑工程实例，对实测数据进行了统计分析，结果表明有64％的隧道上浮变形值超过了报警值10mm，说明基坑开挖卸载引起的下卧盾构隧道变形不容忽视。

专利申请号为CN200810035630.7的中国实用新型，该实用新型公开了一种地铁隧道上方卸载施工方法，主要步骤如下：按确定的施工流程分块进行土方开挖、钢筋制作并浇筑混凝土；待新浇筑的混凝土初凝后在新筑底板上进行堆载回压，回压荷载量与隧道上方卸载土方的荷载量相适应；待混凝土强度达到设计要求后搬移堆载。该方法主要采用堆载来限制隧道变形，但是，当基坑采用内支撑时，坑底堆载难以实施，且底板混凝土强度达到设计要求后方可搬移堆载，此时底板对隧道上浮限制效果有限。

综上，如何提供一种能够及时有效地控制开挖基坑引起下卧隧道变形的结构是本领域技术人员亟待解决的一项技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决技术方案是提供一种采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，该采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构能够通过设置于隧道两侧的预应力抗拔桩张拉减少隧道上浮变形。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，包括相对布置于隧道两侧的多个预应力抗拔桩和横跨所述隧道的抗浮板，所述预应力抗拔桩上方形成有缓冲层，且安装有张拉装置，各所述预应力抗拔桩顶部伸出的抗拔桩钢筋依次穿过对应的所述缓冲层、保护管和对应的所述张拉装置，以能够通过对所述预应力抗拔桩分级张拉减小隧道变形，各所述保护管贯穿所述抗浮板。

优选地，所述张拉装置包括底部钢板、底部钢筋锚头、液压油缸、顶部钢板和顶部钢筋锚头，所述预应力抗拔桩顶部伸出的抗拔桩钢筋依次穿过所述底部钢板、底部钢筋锚头、顶部钢板和顶部钢筋锚头，所述液压油缸位于所述底部钢板与所述顶部钢板之间。

优选地，所述抗浮板为现浇钢筋混凝土抗浮板或预制板。

优选地，所述抗浮板上与各所述预应力抗拔桩对应的区域形成有用于安装所述底部钢板和锚具的凹槽。

优选地，所述预应力抗拔桩与所述隧道之间最小距离不小于1.5m，且该预应力抗拔桩底部位于所述隧道底部一倍隧道洞径以下。

优选地，所述缓冲层为泡沫或橡胶缓冲层。

优选地，所述缓冲层厚度根据基坑开挖卸载导致的坑底回弹量的2倍计算，且不小于5cm。

优选地，所述保护管的直径能够围套所述抗拔桩钢筋。

优选地，所述保护管为PVC套管。

优选地，所述保护管的管口安装有能够防止异物进入的密封塞。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果如下

实用新型专利采用预应力抗拔桩来控制基坑开挖引起的下卧既有隧道上浮变形，可充分发挥抗拔桩的承载力，补偿隧道由于开挖卸载减少的上覆土压力，有效减小基坑开挖期间隧道上浮变形，确保施工过程中隧道运营安全。

本实用新型的其它特征和更加突出优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施方式中的控制基坑上跨既有隧道上浮的结构示意图，其中，采用分段开挖结合抗拔桩体系；

图2是本实用新型一个具体实施方式中的控制基坑上跨既有隧道上浮的结构示意图，其中，采用竖井开挖结合抗拔桩体系；

图3是本实用新型一个具体实施方式中的预应力抗拔桩体系细部图；

图4是本实用新型一个具体实施方式中的预应力抗拔桩锁定施工细部图；

图5是本实用新型一个具体实施方式中的预应力抗拔桩体系最终状态细部图；

图6是本实用新型一个具体实施方式中的液压伺服系统结合抗拔桩体系的平面示意图；

图7是本实用新型一个具体实施方式中的隧道与基坑相对位置关系的示意图。

附图标记说明

1隧道 2预应力抗拔桩

21缓冲层 22抗拔桩钢筋

3抗浮板 31保护管

41底部钢板 42底部钢筋锚头

43顶部钢板 44顶部钢筋锚头

7地面 8竖井支护

9结构底板 10液压油缸

100基坑边线 200隧道边线

300隧道中线 400监测系统

401线路 402隧道监测点

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图6所示，本实用新型基本实施方式的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，包括相对布置于隧道1两侧的多个预应力抗拔桩2和横跨所述隧道1的抗浮板3，所述预应力抗拔桩2上方形成有缓冲层21，且安装有张拉装置，各所述预应力抗拔桩2顶部伸出的抗拔桩钢筋22依次穿过对应的所述缓冲层21、保护管31和对应的所述张拉装置，以能够通过对所述预应力抗拔桩2分级张拉减小隧道变形，各所述保护管31贯穿所述抗浮板3。

在上述基本实施方式中，根据隧道上浮变形情况，对预应力抗拔桩2进行分级张拉，使抗浮板3给覆盖区域的隧道1上方土体施加压力，主动补偿隧道1由于基坑开挖卸载减少的上覆土压力，从而减小隧道变形；

为了避免抗拔桩钢筋22与抗浮板3胶结，抗浮板3内贯穿有多个保护管3，并且，保护管31的直径大于抗拔桩2顶部的钢筋的直径，使各抗拔桩2顶部的拔桩钢筋22能够套入对应的保护管3，保护管3可以由PVC制备，在保护管31的管口还可以安装密封塞等密封结构，以便防止异物进入保护管31内。

其中，缓冲层21一般由泡沫或橡胶制备而成，而且，缓冲层21厚度根据基坑开挖卸载导致的坑底回弹量的2倍预估，且不小于5cm。

在具体实施例中，张拉装置包括底部钢板41、底部钢筋锚头42、液压油缸10、顶部钢板43和顶部钢筋锚头44，预应力抗拔桩2顶部伸出的抗拔桩钢筋22依次穿过底部钢板41、底部钢筋锚头42、顶部钢板43和顶部钢筋锚头44，在底部钢板41与顶部钢板43之间安装液压油缸10。在通过预应力抗拔桩2分级张拉对抗浮板3施加压力的过程中，底部钢筋锚头42不锁定，顶部钢筋锚头44锁定，以便通过底部钢板41对抗浮板3施加压力；并且，在将隧道1的变形值减小0mm后，可以将底部钢筋锚头42锁定，使隧道1上方的压力基本保持稳定，控制隧道1的上浮变形，然后，从上至下，拆除顶部钢筋锚头44、顶部钢板43和液压油缸10，再将预应力抗拔桩2顶部伸出的抗拔桩钢筋截断至抗浮板3的顶部，最后，如图5所示，在抗浮板3覆盖区域安装底板结构9。

一般地，抗浮板3可以为现浇钢筋混凝土抗浮板或预制板，在浇筑时抗浮板3上与各预应力抗拔桩2对应的区域预留有凹槽，用于安装底部钢板41和锚具。

参照图3所示，在施作预应力抗拔桩2时，预应力抗拔桩2与隧道1之间的最小距离不小于1.5m，最小距离是指预应力抗拔桩2的靠近隧道1一侧的外轮廓的边缘与隧道1之间的水平距离，预应力抗拔桩2的桩底距离隧道1底部一倍洞径以下，洞径是指隧道的外轮廓直径，这里“一倍隧道洞径以下”是指预应力抗拔桩2的桩底距离隧道1底部一倍隧道洞径或者超过一倍隧道洞径。

实施例：

以下对本实用新型的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构的有关施工流程进行说明。

参照图6，在隧道内布置监测系统400，通过现有的测量机器人与现有的专业监测软件配套使用实现，在开挖范围内布置若干监测断面，每个监测断面可以布置四个隧道监测点402，如在隧道顶部一个隧道监测点402、隧道两侧腰部各一个隧道监测点402、轨道道床一个隧道监测点402，各隧道监测点402通过线路401接入监测系统400，以能够实时地监测隧道1的变形情况；

施作基坑围护结构及降水井；

施作预应力抗拔桩2；

分层分段或竖井开挖基坑至指定标高；

预应力抗拔桩2的顶部施工缓冲层21，该缓冲层21可以由泡沫塑料、橡胶等材料形成，再使预应力抗拔桩2顶部伸出的抗拔桩钢筋22穿过保护管31；

浇筑钢筋混凝土形成抗浮板3；

通过液压油缸10对底部钢板41施加压力，使预应力抗拔桩2进行分级张拉；在该过程中，底部钢筋锚头42没有被锁定，顶部钢筋锚头44被锁定；

根据隧道变形监测值，当隧道变形值减小到0mm时，锁定预应力抗拔桩2，即锁定底部钢筋锚头42；

然后进行下一步基坑开挖与分段施工主体结构。

由上可知，基坑分段或竖井开挖至设计标高后，隧道内监测系统400自动监测隧道上浮变形情况；根据隧道上浮变形情况，对预应力抗拔桩2进行张拉，从而使抗浮板3给隧道上方土体施加压力，主动补偿隧道1由于基坑开挖卸载减少的上覆土压力，从而减小隧道变形；当预应力抗拔桩张拉值达到隧道原有上覆土压力或隧道变形值减小到0mm时，对预应力抗拔桩2进行锁定，从而进行后续开挖时，能够有效控制隧道变形。

以下结合具体数据对本实用新型的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构的工作过程进行说明。

以某场地上覆花岗岩残积土砾质粘性土，下卧全风化、强风化粗粒花岗岩为例，采用地下连续墙作为基坑围护结构，基坑尺寸为90m×40m，以地表7为基准，基坑底部标高为-13.00m，地下水位标高为-2.00m。某已运营的地铁隧道左线下卧于该基坑，并与该基坑长距离共线，共线距离达80mm，其相对位置关系参照图7，即隧道边线200与隧道轴线300与基坑边线100平行，且完全进入基坑范围，隧道1外直径为6.30m，隧道1顶部标高为-19.00m，即基坑底部与隧道1顶部之间的距离为6.00m。

参照图6，在隧道1内部布置监测系统400，通过测量机器人与专业监测软件配套使用实现，在开挖范围内布置若干监测断面，每个监测断面布置四个隧道监测点402，分别为隧道顶部一个、隧道两侧腰部各一个、轨道道床一个，各隧道监测点402通过监测线路401接入监测系统400。

参照图3，预应力抗拔桩2为钻孔灌注桩，直径1.0m，在隧道1两侧沿纵向布置，与隧道20安全距离取为1.5m，预应力抗拔桩2伸入隧道1底以下6.0m。

预应力抗拔桩2承载力不得低于：

其中：a、b为开挖区域抗浮板的平面尺寸；h为开挖深度；γ′为开挖区域土的有效重度；n为开挖区域抗拔桩的数量。有效重度也叫浮重度，一般从地下水位以下取出的土，其天然重度可作为饱和重度，当土处于地下水位以下时，则受到水的浮力作用，单位土体积中颗粒的有效重力，由单位土体积中土颗粒的重力扣除浮力后重度称为土的有效重度。

参照图2，结合现场地质条件及施工条件，该基坑采用竖井跳挖的方式进行开挖，并及时施作支护结构8，在共线范围内将基坑划分为尺寸为6m×12m的11个竖井，开挖深度为13m。

在具体实施例中，竖井尺寸6m×12m×13m，土层为花岗岩残积土，重度γ＝18.0kN/m³，地下水位标高-2.00m，每块抗浮板3上有四根预应力抗拔桩2，根据计算预应力抗拔桩2承载力可取：

参照图3，抗拔桩缓冲层21由泡沫塑料或橡胶形成，其厚度根据基坑开挖卸载坑底回弹量进行预估，厚度取8.0cm。

参照图3，抗拔桩钢筋22为预应力筋，直径22mm，为了防止抗拔桩钢筋16与钢筋混凝土抗浮板11胶结，保护管31的直径取40mm，并在抗拔桩钢筋22穿过保护管31后立即用密封塞堵住管口，以防止混凝土进入保护管31内。

参照图4和图5，抗浮板3为现浇钢筋混凝土抗浮板，板厚0.9m，在浇筑时预留凹槽以安装底部钢板41及底部钢筋锚头42，凹槽尺寸根据底部钢筋锚头42及底部钢板41尺寸确定。

参照图3，底部钢板41与顶部钢板43直径为1.0m，厚度20mm，并根据出露的钢筋数量进行开孔。

此外，在浇筑抗浮板3及保护管31施作完毕后，安装位于下方的底部钢板41；安装底部钢筋锚头42(不锁定)；安装液压油缸10；安装顶部钢板43；安装顶部钢筋锚头44(锁定)。

参照图3，预应力抗拔桩2分级张拉过程为：通过伸长液压油缸10的活塞杆进行张拉，张拉力取1.0倍的上覆土重，即2232kN，张拉过程中实时监测隧道变形值，待隧道变形稳定后进行下一级张拉，直至隧道变形值为0或张拉值达到1.0倍上覆土重后结束张拉。

参照图5，分段锁定预应力抗拔桩2及施工主体结构的步骤为：锁定位于底部钢筋锚头42；依次拆掉顶部钢筋锚头44、顶部钢板43、液压油缸10；截断抗拔桩钢筋22至抗浮板3顶部；施工主体结构。

需要说明的是，基坑开挖方式并不限于竖井跳挖的方式，也可以采用如图1所示的分层分段开挖基坑的方式。

本实用新型可根据隧道上浮变形情况，利用预应力抗拔桩2来控制基坑开挖引起的下卧既有隧道上浮变形，可充分发挥预应力抗拔桩2的承载力，补偿隧道1由于开挖卸载减少的上覆土压力，有效减小基坑开挖期间隧道上浮变形，确保施工过程中隧道运营安全。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，包括相对布置于隧道(1)两侧的多个预应力抗拔桩(2)和横跨所述隧道(1)的抗浮板(3)，所述预应力抗拔桩(2)上方形成有缓冲层(21)，且安装有张拉装置，各所述预应力抗拔桩(2)顶部伸出的抗拔桩钢筋(22)依次穿过对应的所述缓冲层(21)、保护管(31)和对应的所述张拉装置，以能够通过对所述预应力抗拔桩(2)分级张拉减小隧道变形，各所述保护管(31)贯穿所述抗浮板(3)。

2.根据权利要求1所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述张拉装置包括底部钢板(41)、底部钢筋锚头(42)、液压油缸(10)、顶部钢板(43)和顶部钢筋锚头(44)，所述预应力抗拔桩(2)顶部伸出的抗拔桩钢筋(22)依次穿过所述底部钢板(41)、底部钢筋锚头(42)、顶部钢板(43)和顶部钢筋锚头(44)，所述液压油缸(10)位于所述底部钢板(41)与所述顶部钢板(43)之间。

3.根据权利要求2所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述抗浮板(3)为现浇钢筋混凝土抗浮板或预制板。

4.根据权利要求3所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述抗浮板(3)上与各所述预应力抗拔桩(2)对应的区域形成有用于安装所述底部钢板(41)和锚具的凹槽。

5.根据权利要求1所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述预应力抗拔桩(2)与所述隧道(1)之间最小距离不小于1.5m，且该预应力抗拔桩(2)底部位于所述隧道(1)底部一倍隧道洞径以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述缓冲层(21)为泡沫或橡胶缓冲层。

7.根据权利要求6所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述缓冲层(21)厚度根据基坑开挖卸载导致的坑底回弹量的2倍计算，且不小于5cm。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述保护管(31)的直径能够围套所述抗拔桩钢筋(22)。

9.根据权利要求8所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述保护管(31)为PVC套管。

10.根据权利要求8所述的采用预应力抗拔桩控制基坑上跨既有隧道上浮的结构，其特征在于，所述保护管(31)的管口安装有能够防止异物进入的密封塞。

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