一种控制软土基坑下伏既有隧道结构变形的地基加固方法与流程

本发明属于土木建筑交通技术领域，具体涉及一种控制软土基坑下伏既有隧道结构变形的地基加固方法。

背景技术：

随着城市地下空间的大规模开发，不同深度层次、不同空间位置关系、不同开发时期建设的新老地下工程结构将产生相互影响，其中新建地下工程（如市政道路隧道、地下综合管廊等）明挖深基坑对下伏既有隧道结构的影响即是一种典型的工况。现有处理方法包括利用灌注桩或板桩在既有隧道结构两侧及上部形成保护墙（框架）以保护既有地下结构，同时在既有隧道上方开展满堂地基加固处理，前者造价巨大，后者的施工卸荷扰动对下伏地下隧道等工程结构影响较大，已有案例表明，既有隧道上方开展的地基加固阶段施工扰动导致的地铁隧道变形量达到总隆起变形量的50%以上，甚至超过后期开挖阶段造成的隆起变形量，因此急需提出一种控制软土基坑下伏既有地下工程结构隆起变形的地基加固方法代替现有满堂加固的地基处理方式，以减少地基加固阶段的施工扰动，并达到控制后续开挖地基卸荷隆起造成下伏地下结构变形的效果。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种控制软土基坑下伏既有隧道结构变形的地基加固方法，能够大大减少上部地下结构建设时地基加固施工对下伏既有隧道的影响，确保下伏既有隧道的运营安全。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种控制软土基坑下伏既有隧道结构变形的地基加固方法，包括如下步骤：

（1）根据下伏既有隧道结构变形控制要求，计算确定地基加固范围及加固设计参数；

（2）首先完成下伏既有隧道结构两边外侧水泥土搅拌桩加固施工；其次，完成两隧道中间部位水泥土搅拌桩加固施工；最后再进行下伏既有隧道结构上方部位水泥土搅拌桩加固施工；

（3）完成新建地下结构物抗拔桩的施工，并在新建地下结构物底板以下部位进行桩侧后注浆；

（4）完成基坑围护结构施工，开挖至设计深度，浇筑混凝土底板，并与抗拔桩联接；

（5）完成新建地下结构物侧墙、顶板施工；回填土，并恢复路面，完成施工。

优选的，步骤(1)中，采用有限元数值计算方法分析不同地基加固方案下新建地下结构施工对下伏隧道结构的影响，据此确定地基加固设计参数，包括加固范围、不同部位加固深度、水泥土搅拌桩桩间距、水泥土桩变径参数（变径位置、加固体扩大直径及高度）。

优选的，步骤(2)中，下伏既有隧道结构两边外侧及中间部位水泥土搅拌桩应加固至下伏既有隧道结构底部以下不少于5m深度；下伏既有隧道结构上方部位水泥土搅拌桩加固深度控制在距离隧道结构顶部不少1m深度。

优选的，步骤(2)中，控制不同深度水泥土搅拌桩掺灰（水泥）量，自地表至新建地下结构顶板位置为低掺灰量加固段，掺灰量以控制在5%为宜；新建地下结构顶底板之间为中等掺灰量加固段，掺灰量控制在10%-15%为宜；新建地下结构底板以下为高掺灰量加固段，掺灰量控制在25-40%为宜。

优选的，步骤(2)中，新建地下结构底板以下水泥土搅拌桩加固体直径扩大段应按一定尺寸搭接（250mm），以形成一定厚度的板状加固层。

优选的，步骤(3)中，抗拔桩施工后，通过在穿过水泥土板状加固层部位的桩侧后注浆，与板状加固层及新建地下结构物混凝土底板有效联接，以形成整体门框式的加固结构，进而对位于其中的下伏既有隧道结构起到保护作用。

一种控制软土基坑下伏既有隧道结构变形的地基加固方法，其地基加固结构包括新建地下结构物；下伏既有隧道结构；原始地层；新建地下结构物的抗拔桩；水泥土搅拌桩；搅拌桩低掺灰量节段；搅拌桩中等掺灰量节段；搅拌桩高掺灰量及变径节段；变径段多种变径模式；既有地下隧道结构两侧加固区；既有地下隧道结构中间加固区；既有地下隧道结构上方加固区；变径段搭接形成的板状加固层。

优选的，新建地下结构物位于下伏既有隧道结构上方，二者平面上可以呈正交或斜交，新建地下结构物可以为城市市政道路隧道、地铁隧道、综合管廊、人形过街通道或其它地下结构物，既有隧道结构可以为市政道路隧道、地铁隧道或综合管廊等结构物。

优选的，新建地下结构底板以下为高掺灰量及变径节段三可以采用不同的变径模式在不同位置形成加固体直接扩大段，包括上部变径、中部变径、下部变径或上中下部变径组合。

优选的，变径段节段三可以采用不同的施工机械施作柱式直径扩大段或锯齿型直径扩大段或其他可能的桩径扩大方式（包括螺纹式、螺杆式、球状等）。

优选的，抗拔桩与新建地下结构物底板、板状加固层相互联接形成整体门框式防护结构。

本发明的有益效果：

本发明通过在既有隧道结构两侧、中间部位及上方采用变深度、变掺灰量及变径水泥土搅拌桩进行地基加固，并在新建地下结构底板以下位置处通过扩大加固体直径形成单层或多层板状水泥土加固层，同时通过抗拔桩、新建地下结构混凝土底板与板状书泥土加固层三者的有效联接形成整体门框式防护结构，保护其中的既有隧道结构，可以大大减小上方地下结构施工对下伏既有隧道结构的影响，确保其安全运营。

附图说明

图1为本发明的位置结构示意图。

图2为本发明的水泥土搅拌桩不同结构示意图。

图3为本发明的不同部位水泥土搅拌桩加固范围示意图。

图4为本发明的水泥搅拌桩变径搭接形成的板状加固层示意图。

图5为变径搅拌桩平面搭接方法示意图。

其中，1、新建地下结构物；2、下伏既有隧道结构；3、原始地层；4、抗拔桩；5、水泥土搅拌桩；6、搅拌桩低掺灰量节段一；7、搅拌桩中等掺灰量节段二；8、搅拌桩高掺灰量及变径节段三；9、变径段多种变径模式；10、既有地下隧道结构两侧加固区；11、既有地下隧道结构中间加固区；12、既有地下隧道结构上方加固区；13、板状加固层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，一种控制软土基坑下伏既有隧道结构变形的地基加固方法，其结构包括：新建地下结构物1；下伏既有隧道结构2；原始地层3；新建地下结构物的抗拔桩4；水泥土搅拌桩5；搅拌桩低掺灰量节段6；搅拌桩中等掺灰量节段7；搅拌桩高掺灰量及变径节段8；变径段多种变径模式9；既有地下隧道结构两侧加固区10；既有地下隧道结构中间加固区11；既有地下隧道结构上方加固区12；变径段搭接形成的板状加固层13。

一种控制软土基坑下伏既有隧道结构变形的地基加固方法，，具体包括如下步骤：

(1)根据下伏既有隧道结构2的变形控制要求，开展有限元数值仿真分析，对不同地基加固方案条件下上部新建地下结构物1施工导致的下伏既有隧道结构2变形进行分析比较，据此选择地基加固设计方案，明确地基加固范围及加固设计参数；

（2）根据地基加固设计方案，进行分区加固施工：首先开展下伏既有隧道结构2两边外侧部位10水泥土搅拌桩加固施工；其次，开展二条下伏既有隧道结构2中间部位11水泥土搅拌桩加固施工；最后，开展下伏既有隧道结构2上方部位12水泥土搅拌桩加固施工。新建地下结构物1底板以下水泥土搅拌桩施工时，在不同深度扩径使搅拌桩搭接形成单层或多层板状加固层13；

（3）施工新建地下结构物的抗拔桩4，并在新建地下结构物1底板以下部位进行桩侧后注浆，将抗拔桩4与单层或多层板状加固层13联接形成首道整体门框式防护结构；

（4）开展明挖基坑围护结构施工，开挖基坑至设计深度，浇筑地下结构物底板并将其与抗拔桩4联接形成二次防护结构；

（5）继续施工新建地下结构物1侧墙及顶板；回填土体，并恢复路面，完成施工。

步骤(1)中，对不同地基加固方案进行有限元数值仿真分析，得到不同加固条件下新建地下结构施工导致的下伏隧道结构变形数值，进而根据变形控制标准要求，选定地基加固方案及其加固设计参数，包括地基加固平面范围、不同部位加固深度、水泥土搅拌桩桩间距、水泥土桩变径参数（加固体直径扩大位置及扩大直径、扩大高度）。

步骤(2)中，下伏既有隧道结构2两侧及其中间部位搅拌桩加固深度应达到下伏既有隧道结构2底板以下5m以上；下伏既有隧道结构2上方搅拌桩加固深度应距离下伏既有隧道结构2顶板上方不小于1m。

步骤（2）中，水泥土搅拌桩5掺灰量自上而下变化，新建地下结构物1顶板以上为低掺灰量节段一6，掺灰量不大于5%；新建地下结构顶底板之间为中等掺灰量节段二7，掺灰量控制在10%-15%为宜；新建地下结构底板以下为高掺灰量节段三8，根据软土特性，掺灰量应控制在25-40%为宜。

步骤(2)中，新建地下结构物1底板以下水泥土搅拌桩加固体直接扩大段以一定尺寸搭接（一般250mm），形成板状水平加固层13。

步骤（3）中，抗拔桩4与板状水平加固层13、新建地下结构物1底板联接形成整体门框式的加固结构。

本发明通过在既有隧道结构两侧、两隧道中间部位及上方采用变深度、变掺灰量及变径水泥土搅拌桩进行地基加固，并在新建地下结构物底板以下位置处通过扩大加固体直径形成单层或多层板状水泥土加固层，同时通过抗拔桩、新建地下结构混凝土底板与板状水泥土加固层三者的有效联接形成整体门框式防护结构，保护其中的下伏既有隧道结构，可以大大减小上方地下结构施工对下伏既有隧道结构的影响，确保其安全运营。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。