一种解决隧道偏压的可伸缩水平悬臂抗滑桩及其施工方法与流程

本发明涉及隧道修建的，尤其是一种解决隧道偏压的可伸缩水平悬臂抗滑桩及其施工方法。

背景技术：

1、随着我国经济和人民生活需求的日益增加，城市高速公路和铁路已经不能满足发展需要，联系各地区和城市的交通网络亟需快速建设。由于我国国土辽阔，地形和地质条件极为复杂，交通路线经常会穿越大片山区，而隧道是一种穿越山区最有利的基础建筑设施。相较于分布于较平坦宽阔地带的线路而言目前，当隧道顶部山体两侧土层厚度严重不一致，尤其在隧道入口处时，将会造成一种隧道偏压现象，形成偏压隧道。当隧道一侧压力过大，隧道结构将承受不均匀应力，隧道局部发生应力集中和过度变形可能导致隧道结构的剪切破坏。在严重情况下可能会导致隧道的坍塌。因此，偏压是隧道变形、坍塌的主要原因之一。为保证山区隧道建设安全，解决隧道偏压具有重要的意义。

2、目前国内外对偏压隧道边坡加固防护处理的方法主要是洞外回填反压平衡法、洞外地表注浆固结法、增加锚杆和抗滑桩或几种方法联合进行支护。例如公开号为cn102587920 a的《一种隧道进口偏压段施工方法》主要是在边坡临空侧堆载大量的土体，对边坡施加反压荷载达到解决隧道偏压问题。公开号为cn110541422 a的《一种隧道穿越洞口偏压滑坡带的施工方法》采用导管注浆和锚喷对滑坡带进行加固，并在边坡临空面修建抗滑挡墙和在隧道拱顶上修建护拱。公开号为cn205154179 u的《一种稳定浅埋偏压隧道洞口的防护结构》主要是在隧道洞口反压外侧设置梯形斜角钢筋混凝土套拱和挡土墙。公开号为cn106499413 a的《一种浅埋偏压段隧道地层加固施工方法》主要是在隧道偏压侧采用深入隧道底部5 m以下抗滑桩，并在抗滑桩顶部浇筑冠梁，直接通过抗滑桩解决隧道偏压问题。公开号为cn106996299 a的《控制隧道偏压变形的钢花管桩支挡结构及其施工方法》通过在偏压隧道沿线山体一侧设置钢管桩对岩体进行加固。公开号为cn112983461 a的《坡积体中偏压隧道洞口的施工方法》在边坡的潜在滑动面与隧道开挖轮廓线之间，沿隧道延伸方向依次间隔布设抗滑桩，并在隧道开挖轮廓线上方的土体内注浆形成注浆体，以及对隧道受偏压覆土少的一侧进行土石回填。公开号为cn113653512 a的《偏压力作用下的隧道防护结构及其施工方法》在陡坡段中浇筑抗滑桩，将与减载洞齐高处的桩身做成扩大段，并将抗滑桩扩大段和减载洞之间通过水平对拉锚索连接；抗滑桩的顶端浇筑冠梁，通过预应力锚索将冠梁和陡坡段上的稳定岩层连接。以上方法在一定程度上解决了隧道偏压问题，但存在以下问题：(1)用于解决偏压的抗滑桩桩身长度和截面尺寸、挡土墙和反压土体体量较大；(2)几种方法联合使用时，施工工序繁琐和工程量巨大；(3)基本上均为依靠支护结构自身强度来抵抗偏压荷载，不能有效利用岩土体强度；(4)不能有效将偏压荷载转化为对隧道有利荷载，增加了施工材料的使用和施工量。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种解决隧道偏压的可伸缩水平悬臂抗滑桩及其施工方法，通过在隧道底部位置的抗滑桩桩身上设置可伸缩水平悬臂结构，将偏压荷载转化为对隧道有利的竖向荷载，有效地利用岩土体的自身强度，不仅消除隧道受到的偏压荷载，而且还能抑制隧道仰拱上覆，防止隧道偏压变形和破坏，保证隧道开挖和全寿命运营安全。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种解决隧道偏压的可伸缩水平悬臂抗滑桩，其特征在于：所述可伸缩水平悬臂抗滑桩设于隧道偏压侧，所述可伸缩水平悬臂抗滑桩包括竖向设置的钢筋笼、水平向设置的可伸缩水平悬臂及包裹于所述钢筋笼和所述可伸缩水平悬臂的混凝土，所述可伸缩水平悬臂一端同所述抗滑桩嵌固段的钢筋笼顶面侧壁连接、另一端朝向所述隧道的下方延伸，所述可伸缩水平悬臂放置桩孔内前，完全置于钢筋笼内；所述可伸缩水平悬臂采用方形钢管。

4、所述可伸缩水平悬臂包括锚固板、至少两节水平悬臂、高弹性弹簧、拉索和旋转释放器，第一节所述水平悬臂和所述旋转释放器分别同所述锚固板的两侧连接，下一节所述水平悬臂安装在上一节所述水平悬臂内，所述拉索一端同最后一节所述水平悬臂背向所述锚固板的一端连接、另一端穿过所述锚固板上的拉索释放孔同所述旋转释放器连接，最后一节所述水平悬臂与所述锚固板形成的空腔内安装有处于压缩状态的所述高弹性弹簧；通过转动所述旋转释放器，解除所述旋转释放器与所述拉索之间的连接，在所述高弹性弹簧弹力的作用下，所述水平悬臂依次向外运动，以实现所述可伸缩水平悬臂的伸长；所述可伸缩水平悬臂长度根据需要采用多节结构，不仅方便所述钢筋笼放入提前人工或机械挖好的桩孔内，还能根据需要调节水平悬臂长度；第一节所述水平悬臂末端与所述锚固板焊接连接，所述锚固板放置于所述钢筋笼外侧用于锚固所述可伸缩水平悬臂；所述锚固板中心布设所述拉索释放孔，所述拉索释放孔采用圆形通孔；所述高弹性弹簧采用材质为65mn或60si2mn或50crva的弹簧钢，强度高、弹性好、塑性和韧性好。

5、所述旋转释放器包括设于所述锚固板侧面上的旋转释放器下盘和转动连接于所述旋转释放器下盘的旋转释放器上盘，所述旋转释放器上盘后端设置有转柄，所述转柄两端分别设置有用于连接所述拉索的拉索栓和用于连接牵引绳的牵引绳孔；所述旋转释放器用于释放压紧的高弹性弹簧，可实现所述可伸缩水平悬臂自由伸展的目的；所述转柄采用矩形长条钢板；所述拉索栓采用圆柱钢棒，所述高弹性弹簧压紧后便于所述拉索的固定，可实现所述高弹性弹簧储能和所述可伸缩水平悬臂收缩的目的；所述牵引绳孔采用圆形通孔，用于捆绑所述牵引绳，便于桩孔内所述旋转释放器上盘旋转；当拉动所述牵引绳时，随着所述旋转释放器上盘转动，所述拉索从所述拉索栓上脱离，压紧的所述高弹性弹簧迅速弹开，实现所述可伸缩水平悬臂自由伸展的目的。

6、所述旋转释放器上盘前端的中部设置有轴杆，所述旋转释放器下盘中部和所述锚固板上均开设有同所述轴杆相配合的轴杆孔，所述轴杆安装在所述旋转释放器下盘和所述锚固板的轴杆孔内；所述旋转释放器下盘后端和所述旋转释放器上盘前端均设有一个半圆截面环形滚槽，两个所述半圆截面环形滚槽形成圆截面环形滚槽且所述圆截面环形滚槽内安装有一圈同其相配合的滚珠；所述锚固板上的轴杆孔与所述拉索释放孔呈水平布设，所述轴杆孔采用圆形盲孔；所述轴杆采用圆柱形钢材；所述滚珠采用高铬钢等硬质高强钢材，如9cr18或g20crmo或gcr15等，具有良好的防锈性能，热处理后硬度高；所述滚珠与所述圆截面环形滚槽不完全贴合，减小所述旋转释放器上盘和所述旋转释放器下盘相对转动时的摩擦阻力。

7、所述锚固板的轴杆孔前部设置有高弹性垫簧；所述高弹性垫簧将所述旋转释放器的轴杆从所述轴杆孔内弹出，可实现所述旋转释放器回收利用的目的。

8、第一节所述水平悬臂前端内侧和最后一节所述水平悬臂后端外侧设有自锁楔形体，其余所述水平悬臂前端内侧和后端外侧均设有所述自锁楔形体，下一节所述水平悬臂上的自锁楔形体与上一节所述水平悬臂上的自锁楔形体相配合；所述自锁楔形体与所述水平悬臂之间为焊接；所述自锁楔形体采用直角梯形截面钢材，以梯形直角边环绕方形钢管水平悬臂侧面形成，可防止所述可伸缩水平悬臂伸展和成桩受力时的脱节。

9、每一所述水平悬臂的各侧面上均开设有若干溜灰孔；当浇筑所述可伸缩水平悬臂抗滑桩时，便于所述可伸缩水平悬臂浇筑的密实。

10、一种解决隧道偏压的可伸缩水平悬臂抗滑桩的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：

11、在隧道偏压侧开挖钢筋笼放置孔和可伸缩水平悬臂放置孔，将内缩有所述可伸缩水平悬臂的钢筋笼放置于钢筋笼放置孔，释放高弹性弹簧使可伸缩水平悬臂伸入对应的放置孔内，并使所述钢筋笼和所述可伸缩水平悬臂连接在一起；从下往上浇筑混凝土并使所述混凝土与所述放置孔密贴；待所述混凝土达到一定强度后，形成所述可伸缩水平悬臂抗滑桩；偏压荷载作用于所述可伸缩水平悬臂抗滑桩的桩身时，一部分偏压荷载由桩身承担，另一部分通过悬臂结构转化为竖向荷载，有效地利用所述悬臂结构下岩土体的自身强度，不仅消除隧道受到的偏压荷载，而且还能抑制隧道仰拱上覆，防止隧道偏压变形和破坏。

12、本发明的优点是：

13、(1) 可将偏压荷载部分地转化为悬臂结构承受的竖向荷载，大大减少隧道受到的偏压荷载；

14、(2) 悬臂结构可以抵抗偏压等引起的隧道仰拱上浮；

15、(3) 有效利用了悬臂结构下岩土体自身强度，阻碍了抗滑桩嵌固段前方岩土体变形，大大提高了抗滑桩的承载能力，可减少抗滑桩嵌固段长度和抗滑桩截面面积，节省施工成本和材料成本；

16、(4) 可伸缩水平悬臂便于桩孔内悬臂结构的施工。