一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法

专利名称：一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法
技术领域：
本发明涉及隧道与地下工程技术领域，尤其涉及一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法。主要适用于具有地震作用下液化砂土层地基中地铁、公路与铁路隧道上浮变形控制等技术领域。
背景技术：
随着地铁隧道、过江隧道等基础设施大量投入建设与运营，不可避免的要穿越具有液化砂土层的受地震影响区域。地震液化场地，在地震作用下容易引起地下结构物的上浮变形，导致结构的严重上浮变形，甚至破坏。地铁隧道、公路与铁路隧道等属于生命线工程，若控制不当，会严重威胁人民生命安全。 在本发明之前，中国专利“具有控制变形装置的双层结构圆隧道”(专利号ZL200510112096. I)和“双层结构圆隧道的控制变形方法”(专利号ZL200510112097. 6)，公布了一种在双层结构圆隧道预制管片拼装中设置拉杆以减少隧道变形的技术方案；该技术方法对于隧道预制管片拼接过程中的微小变形有效果，且能在一定程度上的减少隧道变形；但是这样的加强肋对于由于地震液化等因素引起的运营隧道的上浮变形无能为力，同时该法仅在隧道施工期管节连接的差异沉降控制有效，一旦运营隧道在地震作用下产生了上浮变形，该法无法对地震作用引起的隧道上浮变形起到控制效果。综上所述，目前尚未有地震作用下液化场地运营隧道上浮变形控制的较好方法；而地铁隧道、公路与铁路隧道等构件物对工后沉降要求非常严格，同时地震作用下液化场地区域隧道变形情况十分复杂；无限制的增大隧道支护结构效果不佳，且不经济、不环保；如何有效控制地震作用下液化场地运营隧道上浮变形控制的方法是工程师们有待解决的技术难题。因此，开发一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形控制的技术方案成为一个刻不容缓的工作。

发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷和不足，解决目前常用运营隧道沉降控制方法无法有效防止地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的问题，提出一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法，使线性通长无控制隧道改变为分段控制结构物，有效控制运营隧道结构的上浮扭曲变形问题。本发明采用的技术方案为在运营隧道两侧开挖竖向工作井至隧道顶部高程，然后在两侧工作井内进行钻孔灌注桩施工，接着在隧道顶高程处通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土 ；当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管；在涵管孔里放置钢筋笼并水平浇筑混凝土，形成运营隧道顶横梁，该梁与两侧的钻孔灌注桩一起形成运营隧道门形控制结构，顶横梁与灌注桩固定连接，最后回填压实工作井；沿运营隧道方向具有液化层地段区域间隔200 m - 500 m布置一个门形控制结构物。所述的顶横梁，由一根或多根直径为600-1500 mm，长度为10-25 m的钢筋混凝土结构物组成，在运营隧道上方2-5 m距离处顶进施工，挖空涵管内部土体并通过工作井运走被挖出的土体，续而在挖空的涵管内下放钢筋笼并浇注混凝土，形成单根直径为600-1500mm的钢筋混凝土横梁。施工过程中，涵管外侧布设注浆管，当施工遇到困难时，注射适量泥浆以减少阻抗力，提高施工效率。所述的钻孔灌注桩，为钻孔咬合钢筋混凝土桩，其直径为500-1200 mm，桩长为5-40 m，相邻两根桩互相部分咬合，与顶横梁通过钢筋笼固定连接。所述的工作井，包括出发井和接收井，井的深度、长度与宽度根据设计要求而定，深度一般为10-25 m，长度一般为20-25 m，宽度一般为10-20 m，工作井用地下连续墙支护， 并距离运营隧道最短距离不小于5 m ;灌注桩施工和顶横梁施工完成后，对工作井进行回填并适当压密。一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法，包括以下技术步骤
(1)测量放线，确定地震作用下液化层运营隧道区域所对应的地面位置，在运营隧道两侧2-5 m处距离外确定两个工作井的施工位置，架设施工机械；
(2)在设计工作井的施工位置，按照设计参数打设地下连续墙，形成封闭截面；
(3)待地下连续墙达到设计强度后，挖除地下连续墙内部土体，并在底部进行止水处理，防止地下水渗入，在运营隧道两侧分别形成顶横梁施工所需的出发井和接收井；
(4)在出发井和接收井两工作井内施工钻孔咬合钢筋混凝土灌注桩基础至设计深度，并在桩顶预留一定长度钢筋笼与顶横梁钢筋笼固定绑扎连接；
(5)在出发井底部侧面以上1-2m处顶横梁顶进施工的位置，根据设计要求，施工顶横梁施工所需要的反力墙；
(6)在运营隧道上方2-5m处设计位置，依次顶管施工每段涵管，使涵管从出发井顶进到接收井，若遇到顶进困难地段，通过在涵管外侧布设的注浆管注射适量泥浆以减少阻抗力，提高施工效率；
(7)完成涵管施工后，挖出涵管内的土体，通过工作井工作平台运出土体；通过工作井下放钢筋笼，把钢筋笼布置在被挖空的涵管中间，并与预留部分长度的灌注桩钢筋供绑扎连接，续而浇注混凝土，形成现浇钢筋混凝土顶横梁；顶横梁与钻孔灌注桩形成门形控制结构物；
(8)完成整体门形控制结构物，待混凝土初凝之后，在工作井内回填土体并压实；
(9)重复步骤(I) (8)，在沿运营隧道方向上有液化土层地段，每间隔200m - 500 m施工一个门形控制结构物，最后完成地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制技术的整体施工。本发明的优点和效果在于在运营隧道上方埋设顶横梁，与钻孔咬合灌注桩组合应用形成整体门形控制结构物，沿运营隧道方向具有液化层地段区域间隔200 m - 500 m布置一个门形控制结构物，整体控制运营隧道在地震作用下隧道上浮扭曲变形问题，使线性通长无控制隧道改变为分段控制结构物，有效控制运营隧道结构的上浮扭曲变形。该技术方法施工期间不影响隧道正常通车，可以在隧道运营之前施工，也可以在隧道运营一段时间后，发现潜在液化层地段区域后再施工；该技术方案不需要进行大量开挖，工程量少，工程造价低，相对少量的开挖对周围建筑物以及运营隧道的影响小；在地下施工，环境影响小；可一次性解决液化层区域在地震作用下上浮变形问题，永绝后患，减小了长期维护的费用，保证运营安全。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，处理效果显著。


图I为本发明的纵向结构布置示意 图2为本发明抗隧道上浮结构的纵截面示意 图3为本发明顶横梁结构的横截面示意图；
其中，I为地表面，2为可液化土层，3为运营隧道，4为出发工作井，5为接收工作井，6为地下连续墙,7为止水底板,8为涵管,9为涵管上注衆管，10为顶管反力墙，11为顶横梁钢筋笼，12为顶横梁，13为灌注桩钢筋笼，14为钻孔咬合钢筋混凝土灌注桩。
具体实施例方式以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式
。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。在地表面I以下含有可液化土层2和运营隧道3的场地区域，一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法，如图1-3所示，包括出发工作井4，接收工作井5，地下连续墙6，止水底板7，涵管8，涵管上注浆管9，顶管反力墙10，顶横梁钢筋笼11，顶横梁12，灌注桩钢筋笼13，和钻孔咬合钢筋混凝土灌注桩14。实施时，首先测量放线，确定地震作用下液化层2运营隧道3区域所对应的地面位置，在运营隧道3两侧一定距离外确定出发工作井4和接收工作井5的施工位置，架设施工机械；接着，在设计工作井4、5的施工位置，按照设计参数打设地下连续墙6，形成封闭截面；待地下连续墙6达到设计强度后，挖除地下连续墙6内部土体，并在底部用止水底板7进行止水处理，防止地下水渗入，在运营隧道3两侧分别形成顶横梁施工所需的出发井4和接收井5 ;在出发工作井4和接收工作井5内钻孔咬合钢筋混凝土灌注桩14基础至设计深度，并在桩顶预留一定长度钢筋笼13与顶横梁钢筋笼11固定绑扎连接；在出发井4涵管顶进施工的位置，根据设计要求，施工顶横梁施工所需要的反力墙10 ;在运营隧道下方设计位置，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土 ；当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管；依次顶管施工每段涵管8，使涵管8从出发井4顶进到接收井5，若遇到顶进困难地段，通过在涵管8外侧布设的注浆管9注射适量泥浆以减少阻抗力，提高施工效率；完成涵管8施工后，挖出涵管8内的土体，通过工作井4、5工作平台运出土体；通过出发工作井4下放顶拱板钢筋笼11，把顶拱板钢筋笼11布置在被挖空的涵管8中间，并将构造钢筋11与预留部分长度的灌注桩14的钢筋笼13绑扎固定连接，续而浇注混凝土，形成现浇钢筋混凝土横向构建物顶横梁12 ;完成顶横梁12浇注施工之后，形成整体门形控制结构物；待混凝土初凝之后，出发工作井4和接收工作井5内回填土体并压实；完成一个拱形控制构建物。重复上述步骤，在沿运营隧道方向上有液化土层地段，每间隔200 m - 500 m施工一个门形控制结构物，最后完成地震作用 下液化场地运营隧道上浮变形的控制技术的整体施工。
权利要求
1.一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法，其特征在于以下步骤 (1)测量放线，确定地震作用下液化层运营隧道区域所对应的地面位置，在运营隧道两侧2-5 m处距离外确定两个工作井的施工位置，架设施工机械； (2)在设计工作井的施工位置，按照设计参数打设地下连续墙，形成封闭截面； (3)待地下连续墙达到设计强度后，挖除地下连续墙内部土体，并在底部进行止水处理，防止地下水渗入，在运营隧道两侧分别形成顶横梁施工所需的出发井和接收井； (4)在出发井和接收井两工作井内施工钻孔咬合钢筋混凝土灌注桩基础至设计深度，并在桩顶预留一定长度钢筋笼与顶横梁钢筋笼固定绑扎连接； (5)在出发井底部侧面以上1-2m处顶横梁顶进施工的位置，根据设计要求，施工顶横 梁施工所需要的反力墙； (6)在运营隧道上方2-5m处设计位置，依次顶管施工每段涵管，使涵管从出发井顶进到接收井，若遇到顶进困难地段，通过在涵管外侧布设的注浆管注射适量泥浆以减少阻抗力，提高施工效率； (7)完成涵管施工后，挖出涵管内的土体，通过工作井工作平台运出土体；通过工作井下放钢筋笼，把钢筋笼布置在被挖空的涵管中间，并与预留部分长度的灌注桩钢筋供绑扎连接，续而浇注混凝土，形成现浇钢筋混凝土顶横梁；顶横梁与钻孔灌注桩形成门形控制结构物； (8)完成整体门形控制结构物，待混凝土初凝之后，在工作井内回填土体并压实； (9)重复步骤(I) (8)，在沿运营隧道方向上有液化土层地段，每间隔200m - 500 m施工一个门形控制结构物，最后完成地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制技术的整体施工。
2.权利要求I所述的一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法的顶横梁，其特征在于顶横梁由一根或多根直径为600-1500 _，长度为10-25 m的钢筋混凝土结构物组成，由顶横梁施工位置布置在运营隧道上方2-5 m距离处，涵管外侧布设注浆管。
3.权利要求I所述的一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法的灌注桩，其特征在于灌注桩为钻孔咬合钢筋混凝土桩，其直径为500-1200 mm,桩长为5_40 m,相邻两根桩互相部分咬合，与顶横梁通过钢筋笼绑扎固定连接。
4.权利要求I所述的运一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法的工作井，其特征在于工作井深度为10-25 m，长度为20-25 m，宽度为10-20 m，工作井与运营隧道的最短距离不小于5 m。
全文摘要
一种地震作用下液化场地运营隧道上浮变形的控制方法，在运营隧道两侧开挖竖向工作井至隧道顶部高程，然后在两侧工作井内进行钻孔灌注桩施工，接着在隧道顶高程处进行横向顶管，在涵管孔里放置钢筋笼并水平浇筑混凝土，形成运营隧道顶横梁，该梁与两侧的钻孔灌注桩一起形成运营隧道门形控制结构，顶横梁与灌注桩通过钢筋笼绑扎固定连接，最后回填压实工作井。沿运营隧道方向具有液化层地段区域间隔200m-500m布置一个门形控制结构物，使线性通长无控制隧道改变为分段控制结构物。该技术方法施工期间不影响隧道正常通车，不需要进行大量开挖，工程造价低，对周围建筑物以及运营隧道的影响较小；减少长期维护的费用，保证运营安全。
文档编号E21D9/00GK102966356SQ20121052138
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者刘汉龙, 孔纲强, 陈育民, 丁选明 申请人:河海大学