专利名称：超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法
技术领域：
本发明涉及城市地下通道施工时周边建(构)筑物的保护，特别涉及一种超大直径盾构侧穿越城市高架桩基过程中的高架桩基础保护措施。
背景技术：
随着城市基础设施建设的发展，对地下空间开发的需求也逐渐增长。在这一过程中，地下工程的建设出现了两个比较突出的矛盾，一个是隧道直径的逐渐增大。随着近几年盾构技术的发展成熟和在国内的成功运用，建造超大直径的隧道成为可能。随着长江流域几条超大直径越江隧道的成功修建，各大城市对超大直径盾构隧道的需求也明显增加。而超大直径盾构的施工势必带来更大的土体扰动，从而有可能对周围的建(构)筑物造成更大的影响；另一个矛盾是随着城市地下空间开发的进行，原有的规划已经不适应当前的工程建设，尤其是在建筑物密集区域，隧道的近接施工已成为家常便饭。在一系列建(构)筑 物形式中，由于对基础差异沉降异常敏感，因此高架成为较为特殊的一种。由于线路规划等因素，隧道经常会穿越城市高架桥的桩基，并且位置关系多种多样，这给施工带来了很大的风险。而当超大直径盾构近距离侧穿越高架桩基的时候，这两个矛盾便使得此种情况下的穿越施工风险更大，因此需要特殊的保护措施。专利200710050177. 2提供了一种盾构侧穿越桥梁桩基的施工方法，该方法可以不采用任何辅助工法安全顺利的完成盾构穿越桩基的近接施工。但由于没有采用辅助工法，仅靠盾构施工中各参数的控制以及施工前调研等措施，对于超大直径近距离的穿越来说，施工风险仍然很大。专利200910054084. 6提供了一种桥梁托换结合盾构施工穿越桥梁桩基的施工方法，通过受力体系的转换，将桥由深基础转换成浅基础，从而实现盾构的安全穿越。但这种方法需要较大的施工场地，不能很好的应用于交通、建筑物的密集区域，而城市高架经常位于城市的繁华区域，交通管制等的成本巨大，因此该方法不适用于超大直径盾构穿越城市高架桩基的情况。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种对交通基本不产生影响的情况下，安全顺利地穿越高架桥梁桩基的超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(I)桩基间土体“口”字形加固体根据盾构的穿桩试验结果判断桩基的横向位移模式，选取隧道上部第一个桩基最大横向位移处作为“口”字形上部横向加固的位置，在距隧道底部3m以下进行“口”字形底部加固；
(2)连接桩基承台形成大型片筏基础在对桩基间土体进行加固后，根据穿越节点地表交通情况，将承台间土体进行开挖，开挖基坑底部标高为承台底，开挖完成后采用高强混凝土回灌成为整体的片筏基础，最后恢复路面。(3)超大直径盾构穿越超大直径盾构近距离穿越城市高架桥梁桩基。步骤(I)所述的盾构的穿桩试验是试验段土层分布与穿越节点类似，在试验段隧道推进区域两侧各布置一排与穿越节点桩基相同规格的单桩，同时在试验桩中心打孔预设测斜管，在盾构通过试验段时，通过对桩基测斜取得桩基的横向位移模式。步骤(I)所述的“ 口”字形加固体的厚度及沿隧道轴线的长度需根据有限元计算进行确定，具体做法是首先通过实际施工过程中的地层损失率确定计算模型中的相关参数，后根据试验段所得桩基横向位移模式反算桩基参数，根据修改后的模型来计算穿越节 点施工时的力学响应，从而确定“口”字形加固体的厚度及沿隧道轴向的长度。所述的计算模型中的相关参数包括应力释放系数和等代层材料参数；所述的桩基参数包括材料物理学参数和几何参数。所述的超大直径盾构隧道的盾构机直径为14m 17m。所述的近距离穿越是指隧道中心距最近单根桩中线距离小于I. 5倍隧道外径。所述的近距离穿越是指，在桩端位于隧道中心线以上时，盾构从高架两桩基之间侧穿而过，桩端与隧道中线竖向距离小于O. 5倍隧道外径。本发明所提出的方法在大直径盾构穿越之前，首先在穿越节点之前设置一试验段，在试验段待掘进区域两侧各打设一排桩，每排桩数不限，要求这两排桩与穿越节点的桩基深度相同，且距待建隧道距离相同。根据试验段桩的侧向变形模式确定穿越节点土体横向加固的位置。通过将土体加固成包围开挖区域的“口”字形，可以有效的控制桩基的侧向变形和开挖时隧道底部的隆起，可作为施工过程中停机等偶然事故的安全储备；土体加固后，将承台连接成大型片筏基础，可有效减小土体的沉降以及承台的侧向位移。本发明的方法可有效减小超大直径盾构近距离穿越高架桩基时的土体扰动，保证施工过程的安全。与现有技术相比，本发明具有以下的优点I、本发明方法能够很好的控制桩基的侧向位移，从而较好的控制穿越过程中桩基的附加弯矩，保证桩基的安全；2、本发明方法通过土体加固和桥梁承台的连接，可以很好的控制桩基的沉降；3、本发明方法可以较大程度的减小对交通的影响，降低施工成本；4、由于对隧道底部土体进行了加固，该方法可以将盾构在穿越过程中意外停机带来的风险降到最低。
图I为本发明的桩基间土体“口”字形加固体以及高架桥梁桩基示意图。图2为本发明的粧基承台连接不意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图I 2所示，本发明的超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的桩基包括方法，主要有以下施工工序I、桩基间土体“口”字形加固体如图I所示为桩基间土体“口 ”字形加固体I的横断面示意图。在穿越前需设置一试验段，要求该试验段土层分布于穿越节点类似，在试验段隧道推进区域两侧各布置一排与穿越节点桩基相同规格的单桩，同时在试验桩中心打孔预设测斜管，在盾构通过试验段时，通过对桩基2测斜取得桩基的横向位移模式，根据该位移模式确定穿越节点桩基有可能发生的横向位移较大的位置，并通过该位置确定如图I中的待开挖区域顶部与桩基间土体“ 口 ”字形加固体上部横向加固位置11的距离a。待开挖区域3顶部与桩基间土体“ 口”字形加固体下部横向加固位置12的距离b需根据实际情况进行确定，一般最小取3m。 “口”字形加固体的厚度及沿隧道轴线的长度需根据有限元计算进行确定。具体做法是首先通过实际施工过程中的地层损失率确定计算模型中的相关参数(应力释放系数、等代层材料参数等，取决于所采用的模拟方法)，后根据试验段所得桩基横向位移模式反算桩基参数(材料物理学参数、几何参数)，根据修改后的模型来计算穿越节点施工时的力学响应，从而确定“ 口 ”字形加固体的厚度及沿隧道轴向的长度。2、连接桩基承台形成大型片筏基础。在对土体进行加固后，需对上部桩基进行连接。具体施工方法是，根据穿越节点地表交通情况，将承台连接部4的承台间土体进行开挖，开挖基坑底部标高为承台底，基坑长为c (如图2所示)，宽度需根据道路具体情况进行确定，以对交通影响最小为原则，同时不能小于承台宽度。开挖完成后采用高强混凝土回灌成为整体的片筏基础，最后恢复路面。3、超大直径盾构近距离穿越城市高架桥梁桩基。所述的超大直径盾构隧道的盾构机直径为14m 17m。所述的近距离穿越是指隧道中心距最近单根桩中线距离小于I. 5倍隧道外径。在桩端位于隧道中心线以上时，所述的近距离穿越是指，盾构从高架两桩基之间侧穿而过，桩端与隧道中线竖向距离小于O. 5倍隧道外径。本发明应用于超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桥梁桩基的施工过程，可以保证穿越过程中上部高架的变位控制在要求范围内，同时能够保证在对上部交通影响最小的情况下进行施工。在目前城市交通基础设施建设大发展时期，交通繁忙区域进行近接施工的情况越来越多，因此该发明具有较大的市场前景。
权利要求
1.一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (1)桩基间土体“口”字形加固体 根据盾构的穿桩试验结果判断桩基的横向位移模式，选取隧道上部第一个桩基最大横向位移处作为“口”字形上部横向加固的位置，在距隧道底部3m以下进行“口”字形底部加固； (2)连接桩基承台形成大型片筏基础 在对桩基间土体进行加固后，根据穿越节点地表交通情况，将承台间土体进行开挖，开挖基坑底部标高为承台底，开挖完成后采用高强混凝土回灌成为整体的片筏基础，最后恢复路面； (3)超大直径盾构穿越 超大直径盾构近距离穿越城市高架桥梁桩基。
2.根据权利要求I所述的一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，步骤(I)所述的盾构的穿桩试验是试验段土层分布与穿越节点类似，在试验段隧道推进区域两侧各布置一排与穿越节点桩基相同规格的单桩，同时在试验桩中心打孔预设测斜管，在盾构通过试验段时，通过对桩基测斜取得桩基的横向位移模式。
3.根据权利要求I所述的一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，步骤(I)所述的“ 口”字形加固体的厚度及沿隧道轴线的长度需根据有限元计算进行确定，具体做法是首先通过实际施工过程中的地层损失率确定计算模型中的相关参数，后根据试验段所得桩基横向位移模式反算桩基参数，根据修改后的模型来计算穿越节点施工时的力学响应，从而确定“口”字形加固体的厚度及沿隧道轴向的长度。
4.根据权利要求3所述的一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，所述的计算模型中的相关参数包括应力释放系数和等代层材料参数；所述的桩基参数包括材料物理学参数和几何参数。
5.根据权利要求I所述的一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，所述的超大直径盾构隧道的盾构机直径为14m 17m。
6.根据权利要求I所述的一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，所述的近距离穿越是指隧道中心距最近单根桩中线距离小于I. 5倍隧道外径。
7.根据权利要求I所述的一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，其特征在于，所述的近距离穿越是指，在桩端位于隧道中心线以上时，盾构从高架两桩基之间侧穿而过，桩端与隧道中线竖向距离小于O. 5倍隧道外径。
全文摘要
本发明涉及一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，该方法包括以下步骤(1)桩基间土体“口”字形加固体根据盾构的穿桩试验结果判断桩基的横向位移模式，选取隧道上部第一个桩基最大横向位移处作为“口”字形上部横向加固的位置，在距隧道底部3m以下进行“口”字形底部加固；(2)连接桩基承台形成大型片筏基础在对桩基间土体进行加固后，将承台间土体进行开挖，开挖基坑底部标高为承台底，开挖完成后采用高强混凝土回灌成为整体的片筏基础，最后恢复路面；(3)超大直径盾构穿越。与现有技术相比，本发明具有可有效减小超大直径盾构近距离穿越高架桩基时的土体扰动，保证施工过程的安全等优点。
文档编号E21D9/00GK102817378SQ201110155188
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者张子新, 刘超 申请人:同济大学