一种隧道沉降防护装置及其施工方法
【专利摘要】本发明的第一目的在于提供一种隧道沉降防护装置，包括防护单件；防护单件包括桩基础、支撑梁、牵引装置以及支撑构件；支撑构件的形状与隧道衬砌结构的内壁相适配；桩基础包括设置在隧道衬砌结构两侧的第一单件以及第二单件，支撑梁的两端分别设置在第一单件以及第二单件上；第一单件以及第二单件到隧道衬砌结构的内壁的最小垂直距离均为1-10米；牵引装置的上端固定在支撑梁上，其下端贯穿隧道衬砌结构固定在支撑构件上。本发明整体结构精简；能确保隧道衬砌结构在开孔时及后续运营中的整体稳定性，有效解决隧道在软弱土层地段长期沉降的问题，降低维护费用。本发明的第二目的在于提供一种隧道沉降防护装置的施工方法，施工方便，实用性强。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地下工程【技术领域】，特别地，涉及一种隧道沉降防护装置及其施工方 法。 一种隧道沉降防护装置及其施工方法
【背景技术】
[0002] 随着技术地不断发展，隧道工程在现实生活中越来越常见，尤其是近几年地铁的 兴起，越来越多的大城市均以地铁作为核心交通运输。
[0003] 我国目前的隧道大多数建于软弱土层地区，近年来，软土地铁隧道在运行过程中 的沉降现象日益引起人们的重视。从营运上来说，隧道沉降会影响轨道的平整、行车安全和 乘坐的舒适性，且隧道的差异沉降严重影响列车的行车安全。以建于软土地基里的上海地 铁I号线为例，自1995年4月正式建成投入运营以来，已经出现了较严重的纵向沉降问题， 最大累计沉降量超过30cm，年度最大差异沉降量可达3cm。因此，探讨从根本上解决此类问 题的措施尤为迫切。
[0004] 现有的防止隧道沉降的措施如下：
[0005] 申请号为200410015918. X的中国发明专利《一种在运营隧道上方进行深大基坑 施工方法及防变形结构》公布了一种当在运营地铁隧道上部进行深大基坑开挖时，通过在 运营隧道区间两侧打抗拔桩，开挖到抗拔桩顶部时在抗拔桩排之间设置或浇筑结构底板， 抗拔桩排和结构底板有效连接防止隧道上方土体开挖卸荷造成隧道变形的技术方案。该技 术方案主要针对局部开挖卸荷引起的运营隧道变形，而对于处治软弱土地区长距离地铁隧 道在列车循环荷载等因素引起的差异沉降尚无明显效果；且该法中结构底板只能在运营隧 道上方浇筑，且只能用明挖完成后，再浇筑底板，这导致工程量的增大的同时也增大了其卸 荷应力值，对运营隧道的安全与稳定不利。
[0006] 申请号为201210242059. 2的中国发明专利《一种锚索法处治运营地铁隧道沉降 的施工方法》提出一种在运营地铁隧道下方设置预应力锚索体系构建物，该方法属于非开 挖施工技术，工程量少，对周围建筑物等的影响小，施工时也不会对地铁隧道的正常运行带 来影响，但施工工艺相对复杂，同时，实现预应力锚索对地铁隧道底部控制的作用，需要严 格控制预应力锚索与隧道底部的位置关系，且预应力的损失因素显著增多，因此，该方法对 于施工和对隧道长期控制沉降的作用都有待探讨。
[0007] 申请号为201210199845. 9的中国发明专利《一种运营地铁隧道沉降控制方法》公 开了在运营地铁隧道两侧开挖坚向工作井至隧道底部高程，然后在两侧工作井内进行钻孔 灌注桩或预应力管桩施工，接着在隧道底高程处建成横向钢筋混凝土顶横梁，该梁与两侧 的钻孔灌注桩或者预应力管桩一起形成运营地铁隧道门形支撑结构，最后回填工作井。申 请号为201310554187. 5的《一种软土地基盾构隧道沉降控制钢套管注浆加固装置》的中国 专利采用将盾构隧道管片埋于土内，注浆设备放在盾构隧道管片内，由多个ΤΑΜ单元串接 成的钢套管的一端垂直埋设在土内，所述钢套管底端安装有桩尖，钢套管的上端穿过盾构 隧道管片上的注浆孔与连接件连接，连接件固定在盾构隧道管片内壁上；注浆管的一端与 注浆设备连接，注浆管的另一端插入所述钢套管内。此两种方式能一定程度地起到防沉降 效果，但是施工非常不便，成本高。
[0008] 隧道沉降受多方面因素影响，初步的分析研究表明，已建软土地铁区间隧道的沉 降影响因素主要包括以下几个方面：（1)隧道下软土层在长期振动荷载作用下软化导致沉 降；（2)隧道邻近建筑施工活动的影响；（3)隧道上方增加地面荷载；（4)隧道所处地层的 水位变化；（5)隧道与工作井、车站连接处差异沉降；（6)区间隧道下土层水土流失造成破 坏性纵向变形。
[0009] 现有的技术尚无法有效控制软弱土地区隧道运营差异沉降；若能从根本上提出一 种解决隧道差异沉降，同时也能改善软、弱土层的承载能力，减小隧道上方地面荷载对隧道 的影响，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0010] 本发明的第一目的在于提供一种结构精简、可加强运营隧道附近软土地基的承载 能力、可有效解决隧道在软弱土层地段长期沉降的问题以及维护费用低的隧道沉降防护装 置，此装置的施工属于非开挖技术，具体技术方案如下：
[0011] 一种隧道沉降防护装置，包括单个或者至少两个防护单件，相邻两个防护单件之 间相连或者相互独立设置；
[0012] 所述防护单件包括桩基础、支撑梁、牵引装置以及支撑构件；
[0013] 所述支撑构件的形状与隧道衬砌结构的内壁相适配；在垂直于隧道衬砌结构的轴 线的平面上，所述支撑构件的投影所得长度为隧道衬砌结构的内壁的投影所得长度的五分 之一至二分之一;
[0014] 所述桩基础包括设置在隧道衬砌结构两侧的第一单件以及第二单件，所述支撑梁 的两端分别设置在所述第一单件以及第二单件上；所述第一单件以及第二单件到隧道衬砌 结构的内壁的最小垂直距离均为1-10米；
[0015] 所述牵引装置的上端固定在所述支撑梁上，其下端贯穿隧道衬砌结构固定在所述 支撑构件上；
[0016] 所述第一单件的中心位置与所述第二单件的中心位置的连线与隧道衬砌结构的 轴线之间的夹角为20-90°。
[0017] 以上技术方案中优选的，相邻两个所述防护单件之间的距离为10-500米。
[0018] 以上技术方案中优选的，所述支撑梁为预制支撑梁或现浇钢筋混凝土支撑梁。
[0019] 以上技术方案中优选的，所述第一单件与所述第二单件均为单桩或群桩，且两者 与所述支撑梁之间的连接方式均为固接、铰接以及半固接中的一种或多种。
[0020] 以上技术方案中优选的，所述牵引装置为至少一根钢绞线，所述钢绞线的直径为 10-50厘米。
[0021] 以上技术方案中优选的，所述牵引装置的上端通过锚具固定在所述支撑梁上；所 述支撑构件通过螺栓固定在隧道的内壁上。
[0022] 以上技术方案中优选的，所述隧道衬砌结构上设有第一通孔，所述支撑构件上设 有与所述第一通孔相对应的第二通孔，所述牵引装置的下端通过第一固定部件依次贯穿所 述第一通孔以及第二通孔设置；所述第一固定部件包括第一锚具、变截面橡胶垫圈以及防 水砂浆层，所述第一锚具设置在所述牵引装置的下端的端面上，所述第一锚具的上表面上 设有所述变截面橡胶垫圈，所述变截面橡胶垫圈与所述牵引装置同轴心设置；所述牵引装 置与所述支撑构件之间以及所述牵引装置与隧道衬砌结构之间均设有所述防水砂浆层。
[0023] 以上技术方案中优选的，所述隧道衬砌结构上设有第一通孔，所述支撑构件上设 有朝向隧道衬砌结构中心的垫座，所述支撑构件与所述垫座为一体成型结构；所述垫座位 于所述第一通孔的正下方，且其上设有与所述第一通孔相对应的第三通孔，所述牵引装置 的下端依次贯穿所述第一通孔以及第三通孔，且其末端设有第二锚具。
[0024] 应用本发明的隧道沉降防护装置，具有以下技术效果：
[0025] (1)本发明的隧道沉降防护装置包括一个或者多个防护单件，多个防护单件可以 独立设置也可以相互连接设置，满足不同的需求，实用性强；防护单件包括桩基础、支撑梁、 牵引装置以及支撑构件，整体结构精简；支撑构件固定在隧道衬砌结构的内壁上，牵引装置 的下端固定在支撑构件上，上端固定在由桩基础以及支撑梁相结合形成的承力部件上，承 力部件的设计及其位置的选择，既可以承受牵引装置的拉力，又可以加强运营隧道附近软 土地基的承载能力；支撑构件与隧道衬砌结构的内壁紧密贴合，结合其尺寸和结构的设计， 可以保证隧道衬砌结构在开孔时以及后续运营中的整体稳定性，从而有效解决隧道在软弱 土层地段长期沉降的问题，大大降低其维护费用。
[0026] (2)本发明中相邻两个防护单件之间的距离为10-500米，确保隧道整体的稳定 性。
[0027] (3)本发明中支撑梁为预制支撑梁或现浇钢筋混凝土支撑梁，可以根据实际情况 进行选择，方便施工，实用性强。
[0028] (4)本发明中第一单件与所述第二单件均为单桩或群桩，且其与支撑梁之间的连 接方式均为固接、铰接以及半固接中的一种或多种，安装方便，且牢固性好，实用性强。
[0029] (5)本发明中牵引装置为至少一根直径为10-50厘米的钢绞线，部件容易获得，且 承力效果好；牵引装置的上端通过锚具固定在支撑梁上，支撑构件通过螺栓固定在隧道的 内壁上，安装方便，且牢固性好。
[0030] (6)本发明中牵引装置的下端进行固定的方式可以选用多种方式进行固定，比如 采用第一锚具、变截面橡胶垫圈以及防水砂浆层的结合或者带有垫座的支撑构件与第二锚 具的结合，既能防止地下水渗入隧道衬砌结构内部，又能承受牵引装置的拉力和承受运营 隧道附近土体荷载对其的作用力，确保隧道整体结构的稳定性。
[0031] 本发明的第二目的公开了一种上述隧道沉降防护装置的施工方法，包括以下几个 步骤：
[0032] 第一步：施工桩基础，桩基础采用预制桩或灌注桩，具体为：探明隧道所在区域 的地面位置，确定施工位置，在隧道两侧施工灌注桩至设计深度或者打入预制桩至设计深 度；
[0033] 第二步：固定支撑构件，将带有第二通孔或者第三通孔的支撑构件固定在隧道衬 砌结构的内壁上；
[0034] 第三步：隧道衬砌结构开第一通孔，将隧道衬砌结构进行开第一通孔，所述第一通 孔位于所述第二通孔或者第三通孔的正上方；
[0035] 第四步：牵引装置施工，将牵引装置的上端贯穿所述支撑梁，将其下端依次贯穿 第一通孔以及第二通孔，且通过第一锚具以及变截面橡胶垫圈进行固定，将第一通孔以及 第二通孔中注浆进行填充形成防水砂浆层，然后进行预应力张拉，待张拉控制应力达到稳 定后，通过锚具将牵引装置的上端固定在所述支撑梁上，或者将其下端依次贯穿第一通孔 以及第三通孔，且通过第二锚具进行固定，然后进行预应力张拉，待张拉控制应力达到稳定 后，通过锚具将牵引装置的上端固定在所述支撑梁上。
[0036] 以上技术方案中优选的，所述第三步中隧道衬砌结构开第一通孔之前还包括导向 孔的施工，具体为：探明支撑构件上的第二通孔或者第三通孔所对应的地面位置，平整场 地，测量放线，架设钻机并从上往下开始钻孔，得到导向孔；依据导向孔的位置对将隧道衬 砌结构进行开第一通孔。
[0037] 采用本发明的施工方法，施工周期短；整个施工属于非开挖技术，不需要进行大量 的开挖，工程量少，可操作性强，既能保持隧道附近原有的结构，又能起到沉降防护作用，实 用性强；导向孔的设计，使得隧道衬砌结构开孔的精确度容易控制，且安全性能高。
[0038] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0040] 图1是本发明优选实施例1的隧道沉降防护装置在使用中的断面结构示意图；
[0041] 图2是图1的C向视图；
[0042] 图3是图1中的B放大图；
[0043] 图4是图1中牵引装置的下端进行固定的另一种结构示意图；
[0044] 11-桩基础，111-第一单件，112-第二单件，12-支撑梁，13-牵引装置，14-支撑构 件，141-第二通孔，142-垫座，143-第三通孔，144-第二锚具，151-第一锚具，152-变截面 橡胶垫圈，153-防水砂浆层，01-隧道衬砌结构，011-第一通孔，02-水平面。
【具体实施方式】
[0045] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限 定和覆盖的多种不同方式实施。
[0046] 实施例1 :
[0047] 一种隧道沉降防护装置，详见图1、图2以及图3,具体包括多个相互独立设置防护 单件，相邻两个所述防护单件之间的距离为10-500米，能够确保隧道整体的稳定性。还可 以根据实际情况选择设置单个防护单件或者至少两个相互串联或者采用其他方式相互连 接的防护单件，满足不同的需求，实用性强。
[0048] 所述防护单件包括桩基础11、支撑梁12、牵引装置13以及支撑构件14,整体结构 精简，详见图1，所述牵引装置13采用单根或者多根直径为10-50厘米的钢绞线，部件容易 获得，且承力效果好；所述支撑梁12为预制支撑梁，还可以根据实际情况选用现浇钢筋混 凝土支撑梁，现浇时预留容牵引装置13穿越的孔洞和注浆用孔洞，所述支撑梁12的上表面 最好与水平面02处于同一平面上，但是，也可以根据实际情况设计成略高于或者低于水平 面02,方便施工，实用性强。
[0049] 所述支撑构件14的形状与隧道衬砌结构01的内壁相适配；在垂直于隧道衬砌结 构的轴线L2的平面上，所述支撑构件14的投影所得长度为隧道衬砌结构的内壁的投影所 得长度的五分之一至二分之一，即垂直于隧道衬砌结构的轴线L2的同一横截面上，所述支 撑构件14的长度为所述衬砌结构的内壁的长度的五分之一至二分之一；所述支撑构件14 通过螺栓固定在隧道衬砌结构01的内壁上，安装方便，且牢固性好，还可以根据实际需求 选用其他可以实现支撑构件14在隧道衬砌结构01的内壁上固定后稳定性好的固定方式。 支撑构件14与隧道衬砌结构01的内壁紧密贴合，结合其尺寸和结构的设计，一方面可以将 牵引装置13的拉力相对均匀的分布到隧道衬砌结构01的内壁上，同时也对隧道衬砌结构 01在纵、横两个方向起到加强的作用，可以保证隧道衬砌结构01在开孔时以及后续运营中 的整体稳定性，从而有效解决隧道在软弱土层地段长期沉降的问题，大大降低了维护费用。
[0050] 所述桩基础11包括设置在隧道衬砌结构01两侧的第一单件111以及第二单件 112,详见图1，所述第一单件111与所述第二单件112均为单桩或群桩，可以根据实际需求 采用预制桩或者灌注桩，稳定性好，实用性强；所述支撑梁12的两端分别设置在所述第一 单件111以及第二单件112上，所述第一单件111以及第二单件112与所述支撑梁12的连 接方式均可以采用固接、铰接以及半固接中的一种或多种，既方便安装，又具有很好的牢固 性。由桩基础11以及支撑梁12相结合形成的承力部件上，承力部件的设计及其位置的选 择，既可以承受牵引装置的拉力，又可以加强运营隧道附近软土地基的承载能力；所述第一 单件111以及第二单件112到隧道衬砌结构01的内壁的最小垂直距离均为1-10米，确保 整体的稳定性。相邻两个支撑梁12或者所有的支撑梁12还可以根据实际需求设计成一体 成型结构。
[0051] 所述牵引装置13的上端通过锚具固定在所述支撑梁12上，其下端贯穿隧道衬砌 结构01固定在所述支撑构件14上，详见图1和图3。
[0052] 所述第一单件111的中心位置与所述第二单件112的中心位置的连线L1与隧道 衬砌结构01的轴线L2之间的夹角A为20-90° (最好是第一单件111以及第二单件112 上承受作用力的中心部位的连线，鉴于隧道衬砌结构的轴线L2不一定完全与水平面平行 以及所述第一单件111以及所述第二单件112在垂直于水平面上的高度不一定完全相同， 因此，夹角A主要指连线L1在水平面上的投影所得直线与轴线L2在水平面上的投影所得 直线之间的夹角），即第一单件111与第二单件112所在位置和隧道可以垂直设置也可以设 置成一定的角度，详见图2(图2为图1的俯视图），这样设计的好处是：即能满足稳定性需 求，又能尽可能地避开隧道附近地面上的建筑物、构筑物等等而使其保持原样。
[0053] 所述牵引装置13的下端所采用的具体固定方式详见图3,具体为：所述隧道衬砌 结构01上设有第一通孔011，所述支撑构件14上设有与所述第一通孔011相对应的第二 通孔141，所述牵引装置13的下端通过第一固定部件依次贯穿所述第一通孔011以及第二 通孔141设置；所述第一固定部件包括第一锚具151、变截面橡胶垫圈152以及防水砂浆层 153,所述第一锚具151设置在所述牵引装置13的下端的端面上，所述第一锚具151的上表 面上设有所述变截面橡胶垫圈152,所述变截面橡胶垫圈152的材质最好采用三元乙丙橡 胶，其下端的直径比第二通孔141的直径大2-20厘米，密封性能好；所述变截面橡胶垫圈 152与所述牵引装置13同轴心设置；所述牵引装置13与所述支撑构件14之间以及所述牵 引装置13与隧道衬砌结构01之间均设有所述防水砂浆层153,还可以增设一个厚度不小于 5毫米的金属垫圈，金属垫圈的材质为铁或铜，金属垫圈位于变截面橡胶垫圈152的外侧， 且与第一锚具151的上表面以及支撑构件14的内表面相接触，实现密封，确保地下水不会 渗入隧道衬砌结构的内部。
[0054] 除此之外，所述牵引装置13的下端所采用的具体固定方式还可以为另外一种结 构，详见图4,具体为：所述隧道衬砌结构01上设有第一通孔011，所述支撑构件14上设有 朝向隧道衬砌结构01中心的垫座142,所述支撑构件14与所述垫座142为一体成型结构； 所述垫座142位于所述第一通孔011的正下方，且其上设有与所述第一通孔011相对应的 第三通孔143,所述牵引装置13的下端依次贯穿所述第一通孔011以及第三通孔143,且其 末端设有第二锚具144。
[0055] 上述隧道沉降防护装置的施工方法，具体包括以下几个步骤：
[0056] 第一步：施工桩基础11步骤，此处的桩基础11采用预制桩或者灌注桩，具体为： 探明软弱土层运营隧道区域沉降变形较大所对应的地面位置，根据上部建筑物（含拟建）、 构筑物和构建物分布情况、地质勘查报告、地下管道及电缆埋设、隧道衬砌结构构造等多方 面的信息，确定施工位置，测量放线，在隧道两侧l-l〇m处施工钻孔所述灌注桩至设计深度 或者静压打入所述预制桩至设计深度；
[0057] 第二步：固定支撑构件14步骤，具体为：将带有第二通孔141或者第三通孔143 的支撑构件14通过多个螺栓在隧道衬砌结构01的内壁上，所述第二通孔141或者第三通 孔143可以是位于隧道衬砌结构01的内壁最高处，也可以根据实际需求选择不同的其他 位置，固定支撑构件14的选择满足以下条件即可：a、对隧道衬砌结构进行开孔时，能够保 证隧道衬砌结构的稳定性；b、钢绞线张拉预应力后，能够避免局部出现较大的应力集中，同 时，也能将钢绞线的集中力分散到隧道衬砌结构的内壁上；c、采用的混凝土强度等级不应 低于C25 ;
[0058] 第三步：隧道衬砌结构01开第一通孔011步骤，具体过程如下：
[0059] (1)导向孔的施工，具体为：探明支撑构件14上的第二通孔141或者第三通孔143 所对应的地面位置（即钻孔位置），平整场地，测量放线，先穿定心孔，将钻头前端的导向杆 深入定心孔，然后进行方位的校正，边转动铰龙边顶进套管，以此规避特殊的地层条件，对 穿路的偏差进行纠正；结合地质勘察报告穿越地段的地层详情进行充分了解，准备把握穿 越的位置，探明穿越地段是否存在管道、电缆等地下配套设施，避免穿越时破坏这些配套设 施，做出标记，架设钻机，用小钻头打定位孔，根据钻孔轨迹和记录数据，确认导向用孔的轴 向偏斜率是否小于锚杆长度的2%，从而确认此导向用孔是否可用（必要时采取一定的防 护措施防渗和防塌孔）；然后换反转扩孔钻头，通过钻机旋转反转扩孔（在不稳定的土层 中，宜采用套管护壁钻孔，可有效防止钻孔时塌孔现象等），得到导向孔；
[0060] (2)采用水钻或者钻心取样机对隧道衬砌结构01进行开孔，可以采用以下方式 进行开孔：预先在支撑构件14上安装作业平台，该作业平台允许钻心取样机和千斤顶的安 置，边开启钻心取样机边顶进千斤顶（钻心取样机的钻头对准导向孔），这样来完成对隧道 衬砌结构的开设第一通孔011 ;第一通孔011的尺寸为牵引装置13直径的1. 05-1. 5倍；所 述第一通孔011位于所述第二通孔141或者第三通孔143的正上方，且第一通孔011的孔 壁最好进行凿毛处理，清洗干净，保持湿润，刷水泥浆后粘贴遇水膨胀的胶条；
[0061] 第四步：牵引装置13施工步骤，具体如下：将钢绞线的上端贯穿所述支撑梁12,其 下端穿越导向孔、隧道衬砌结构01上的第一通孔oil以及支撑构件14上的第二通孔141， 将变截面橡胶垫圈152套在钢绞线的下端上，然后采用第一锚具151夹在钢绞线的最下端 并初步将其固定在支撑构件14的内壁上；将第一通孔011以及第二通孔141中注浆进行填 充形成防水砂浆层153,然后进行预应力张拉，待张拉控制应力达到稳定后，通过锚具将牵 引装置13的上端固定在所述支撑梁12上，或者将其下端依次贯穿第一通孔011以及第三 通孔143,且通过第二锚具144夹在钢绞线的最下端并初步将其固定在支撑构件14的内壁 上，然后进行预应力张拉，待张拉控制应力达到稳定后，通过锚具将钢绞线的上端固定在所 述支撑梁12上。此处的牵引装置13还可以根据实际需求选用多跟钢绞线并列设置、一束 钢绞线组或者多束钢绞线组并列设置。
[0062] 完成上述施工后，在所有锚具位置采用封端混凝土保护或钢罩（锚具罩的材质最 好采用钢材或塑料）保护（钢罩内可涂防腐油脂）。
[0063] 重复第一步至第四步，在沿运营隧道方向软弱土层沉降较大的地段区域每隔 10-500m依次施工该隧道沉降防护装置，最后完成软弱土地区运营隧道沉降控制的整体施 工。
[0064] 以上工序中，如果导向孔周围地下水位较高，那么当隧道衬砌结构开孔后的一段 时间内，导向孔的孔壁和/或孔底有可能会有水的渗入，这样就会给施工或者地铁隧道带 来不利的影响，因此，可以采用以下方式进行：导向孔的孔深最下端控制在距离隧道衬砌结 构上方20-50cm范围；然后对隧道衬砌结构进行开孔，于此同时，采用冷冻法（液氮冷冻 法）对导向孔的孔底或孔壁进行局部或全部冻结，达到隧道衬砌结构开孔处的地下水因被 冻结起来而无法渗透至隧道衬砌结构内部的目的，再将隧道开孔和导向孔打通（打通剩下 的20到50cm的土层），立马施工牵引装置，并采取一定的防水措施。
[0065] 采用上述施工方法，施工周期短；整个施工属于非开挖技术，不需要进行大量的开 挖，工程量少，可操作性强，既能保持隧道附近原有的结构，又能起到沉降防护作用，实用性 强。
[0066] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种隧道沉降防护装置，其特征在于：包括单个或者至少两个防护单件，相邻两个 防护单件之间相连或者相互独立设置； 所述防护单件包括桩基础（11)、支撑梁（12)、牵引装置（13)以及支撑构件（14); 所述支撑构件（14)的形状与隧道衬砌结构的内壁相适配；在垂直于隧道衬砌结构的 轴线（L2)的平面上，所述支撑构件（14)的投影所得长度为隧道衬砌结构的内壁的投影所 得长度的五分之一至二分之一； 所述桩基础（11)包括设置在隧道衬砌结构两侧的第一单件（111)以及第二单件 (112)，所述支撑梁（12)的两端分别设置在所述第一单件（111)以及第二单件（112)上；所 述第一单件（111)以及第二单件（112)到隧道衬砌结构的内壁的最小垂直距离均为1-10 米； 所述牵引装置（13)的上端固定在所述支撑梁（12)上，其下端贯穿隧道衬砌结构固定 在所述支撑构件（14)上； 所述第一单件（111)的中心位置与所述第二单件（112)的中心位置的连线（L1)与隧 道衬砌结构的轴线（L2)之间的夹角（A)为20-90°。
2. 根据权利要求1所述的隧道沉降防护装置，其特征在于：相邻两个所述防护单件之 间的距离为10-500米。
3. 根据权利要求2所述的隧道沉降防护装置，其特征在于：所述支撑梁（12)为预制支 撑梁或现浇钢筋混凝土支撑梁。
4. 根据权利要求3所述的隧道沉降防护装置，其特征在于：所述第一单件（111)与所 述第二单件（112)均为单桩或群桩，且两者与所述支撑梁（12)之间的连接方式均为固接、 铰接以及半固接中的一种或多种。
5. 根据权利要求4所述的隧道沉降防护装置，其特征在于：所述牵引装置（13)为至少 一根钢绞线，所述钢绞线的直径为10-50厘米。
6. 根据权利要求5所述的隧道沉降防护装置，其特征在于：所述牵引装置（13)的上端 通过锚具固定在所述支撑梁（12)上；所述支撑构件（14)通过螺栓固定在隧道衬砌结构的 内壁上。
7. 根据权利要求6所述的隧道沉降防护装置，其特征在于：所述隧道衬砌结构上设 有第一通孔（011)，所述支撑构件（14)上设有与所述第一通孔（011)相对应的第二通孔 (141)，所述牵引装置（13)的下端通过第一固定部件依次贯穿所述第一通孔（011)以及第 二通孔（141)设置；所述第一固定部件包括第一锚具（151)、变截面橡胶垫圈（152)以及防 水砂浆层（153)，所述第一锚具（151)设置在所述牵引装置（13)的下端的端面上，所述第一 锚具（151)的上表面上设有所述变截面橡胶垫圈（152)，所述变截面橡胶垫圈（152)与所述 牵引装置（13)同轴心设置；所述牵引装置（13)与所述支撑构件（14)之间以及所述牵引装 置（13)与隧道衬砌结构之间均设有所述防水砂浆层（153)。
8. 根据权利要求6所述的隧道沉降防护装置，其特征在于：所述隧道衬砌结构上设有 第一通孔（011)，所述支撑构件（14)上设有朝向隧道衬砌结构中心的垫座（142)，所述支撑 构件（14)与所述垫座（142)为一体成型结构；所述垫座（142)位于所述第一通孔（011)的 正下方，且其上设有与所述第一通孔（011)相对应的第三通孔（143)，所述牵引装置（13)的 下端依次贯穿所述第一通孔（011)以及第三通孔（143)，且其末端设有第二锚具（144)。
9. 一种如权利要求7或8所述的隧道沉降防护装置的施工方法，其特征在于：包括以 下几个步骤： 第一步：施工桩基础（11)，桩基础（11)采用预制桩或灌注桩，具体为：探明隧道所在区 域的地面位置，确定施工位置，在隧道两侧施工灌注桩至设计深度或者打入预制桩至设计 深度； 第二步：固定支撑构件（14)，将带有第二通孔（141)或者第三通孔（143)的支撑构件 (14)固定在隧道衬砌结构的内壁上； 第三步：隧道衬砌结构开第一通孔（011)，将隧道衬砌结构进行开第一通孔（011)，所 述第一通孔（011)位于所述第二通孔（141)或者第三通孔（143)的正上方； 第四步：牵引装置（13)施工，将牵引装置（13)的上端贯穿所述支撑梁（12)，将其下端 依次贯穿第一通孔（011)以及第二通孔（141)，且通过第一锚具（151)以及变截面橡胶垫圈 (152) 进行固定，将第一通孔（011)以及第二通孔（141)中注浆进行填充形成防水砂浆层 (153) ，然后进行预应力张拉，待张拉控制应力达到稳定后，通过锚具将牵引装置（13)的上 端固定在所述支撑梁（12)上，或者将其下端依次贯穿第一通孔（011)以及第三通孔（143)， 且通过第二锚具（144)进行固定，然后进行预应力张拉，待张拉控制应力达到稳定后，通过 锚具将牵引装置（13)的上端固定在所述支撑梁（12)上。
10. 根据权利要求9所述的隧道沉降防护装置的施工方法，其特征在于：所述第三步中 隧道衬砌结构开第一通孔（011)之前还包括导向孔的施工，具体为：探明支撑构件（14)上 的第二通孔（141)或者第三通孔（143)所对应的地面位置，平整场地，测量放线，架设钻机 并从上往下开始钻孔，得到导向孔；依据导向孔的位置对将隧道衬砌结构进行开第一通孔 (011)。
【文档编号】E21D9/00GK104120731SQ201410367620
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】黄俊文, 黄易平, 姚庚明, 陈智敏, 易琛, 张亮, 蔡龙 申请人:黄俊文