一种运营地铁隧道沉降控制方法

专利名称：一种运营地铁隧道沉降控制方法
技术领域：
本发明涉及隧道与地下工程技术领域，尤其涉及一种运营地铁隧道沉降控制方法。主要适用于沿海、沿江软弱土地基中运营地铁由于列车荷载等因素导致长期沉降控制等技术领域。
背景技术：
随着国家沿海、沿江软弱土地区地铁隧道等基础设施大量投入运营，这些工程作为国家(或城市)生命线工程，其安全性极大地影响着人民生命财产安全，以及社会稳定。运 营期间内隧道差异沉降严重影响列车运营安全，控制运营期隧道差异沉降是保证工程质量与安全的关键技术问题之一。但是，由于列车反复荷载作用，不同路段地质情况的变化、不同结构物之间的过渡连接，不同路段地基处理方式的差异，软土的固结沉降时间特性及其结构性，以及地下水变化等因素的影响，在地铁隧道运营期容易逐步产生差异沉降等病害。例如，目前上海地区部分地铁已经有30-40 cm的沉降，长此以往将影响列车正常运营。若不从根本上解决此问题，每次都需要花费较多的费用处理差异变形，处理周期长、维修处理施工对隧道运营及周围环境影响大，而且往往处理效果不佳；差异沉降，将严重影响运营安全，导致安全隐患，因此必须要从根本上进行处治；研究控制运营地铁隧道差异沉降的有效方法成了工程师们广泛关注的热点和难点问题之一。
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长细比过大的盾构隧道不适应，因为长细比过大表明柔性越强，即使是钢管，长细比过大也会沉降；同时该法仅在隧道施工期管节连接的差异沉降控制有效，一旦运营地铁隧道产生了差异沉降，该法无法对运营期产生的差异沉降起到控制效果。此外，一些技术方案主要针对局部开挖卸荷引起的运营地铁隧道变形进行治理，但是，这些方法对于由于软弱土在列车长期循环动荷载等因素影响下引起的不同隧道区段之间的差异沉降尚无明显效果；同时常规方法中结构底板只能在运营上方浇注，且只能用明挖完成后，再浇注底板，这导致工程量的增大，也增大了卸荷应力值，对运营地铁隧道安全与稳定不利。
由于地铁隧道等构件物对工后差异沉降要求非常严格，同时交通循环动荷载作用下软弱土地基固结沉降情况复杂；无限制的增大隧道支护结构既不经济、又不环保，效果不佳；因此，开发一种控制运营地铁隧道沉降的方法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不足和缺陷，解决目前常用运营地铁隧道沉降控制方法无法有效防止由于交通循环动荷载等因素引起软弱土地基沉降问题，提出一种运营地铁隧道沉降控制方法，达到整体控制运营地铁隧道由于列车荷载导致软弱土地层沉降变形的效果。本发明采用的技术方案为在运营地铁隧道两侧4-10 m处开挖竖向工作井至隧道底部高程以下2-10 m，然后在两侧出发工作井和接收工作井内进行钻孔灌注桩或者预应力管桩施工，接着在隧道底高程2-10 m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，形成运营地铁隧道底顶横梁，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；根据运营地铁隧道三维计算分析确定，沿运营地铁隧道纵向方向软弱土层地段区域间隔100 m - 500 m布置一个门形支撑结构。一种运营地铁隧道沉降控制方法，包括以下技术步骤
(1)测量放线，确定软弱土层运营地铁隧道区域沉降变形较大所对应的地面位置，在运营地铁隧道两侧4-10 m处确定两个工作井施工位置，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，形成封闭工作截面；
(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，运营地铁隧道两侧的两个工作井分别作为顶横梁施工的出发井和接收井；
(4 )在出发井和接收井两工作井内施工钻孔灌注桩基础至设计深度或者静压打入预应力管桩至设计深度；
(5)在出发井底部以上1-2m的侧面上，根据设计要求，施工顶横梁施工所需要的反力
m ;
(6)在运营地铁隧道下方2-10m距离处，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，通过在顶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，续而浇注混凝土，形成现浇钢筋混凝土顶横梁；
(8)钻孔灌注桩或预应力管桩与顶横梁组成整体门形支撑结构物，待混凝土初凝之后，工作井内回填土体并压实；
(9)重复步骤(I) (8)，在沿运营地铁隧道方向软弱土层沉降量较大地段，每间隔100-500 m施工一个门形支撑结构物，最后完成运营地铁隧道沉降控制技术的整体施工。所述的顶横梁，其直径为1000-3000 mm，长度为10-25 m的钢筋混凝土结构物，在运营地铁隧道下方2-10 m距离处顶进施工，涵管施工过程中，涵管外侧布设注浆管，当涵管施工遇到困难时，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，其直径为500-1500 mm，桩长为5-80 m，桩间距为1-5 m，与顶
横梁通过钢筋笼固定连接。
所述的预应力管桩，其直径为400-1200臟，桩长为5-80 m，桩间距为1-5 m，与顶
横梁搭接。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，并距离运营地铁隧道最短距离不小于4 m ;桩基施工和顶横梁施工完成后，对工作井进行回填并适当压密。本发明的优点和效果在于在运营地铁隧道下方顶管施工埋设顶横梁，与钻孔灌注桩或预应力管桩组合应用形成整体门形支撑结构物，沿运营地铁隧道方向软弱土层地段区域间隔100-500 m布置一个门形支撑结构物，运营地铁隧道的附加荷载通过横向支撑结构传递到桩体，桩体承载力高，沉降很小，可整体控制运营地铁隧道由于软弱土地层差异沉降引起隧道沉陷扭曲变形问题，使线性通长无支撑隧道改变为分段支撑结构物，有效控制运营地铁隧道结构的沉陷扭曲变形问题。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，发现潜在软弱土层地段区域后再施·工；该技术方案不需要进行大量开挖，工程量少，工程造价低，对周围建筑物以及运营地铁隧道的影响小；在地下施工，环境影响小；可一次性解决软弱土层地段区域由于软弱土长期沉降引起的差异沉陷变形问题，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示意 图2为本发明运营地铁隧道沉降控制组合结构的纵截面示意 图3为本发明运营地铁隧道沉降控制组合结构的横截面示意 其中，I为地表面，2为运营地铁隧道，3为出发工作井，4为接收工作井，5为涵管，6为涵管上注浆管，7为顶管反力墙，8为地下连续墙，9为止水底板，10为顶横梁钢筋笼，11为钻孔灌注桩钢筋笼，12为钢筋混凝土顶横梁，13为钻孔灌注桩或预应力管桩。
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。针对在地表面I以下软弱土层场地区域内的运营地铁隧道2的一种运营地铁隧道沉降控制方法，如图1-3所示，包括出发工作井3，接收工作井4，涵管5，涵管上注浆管6，顶管反力墙7，地下连续墙8，止水底板9，顶横梁钢筋笼10，钻孔灌注桩钢筋笼11，钢筋混凝土顶横梁12，钻孔灌注桩或预应力管桩13。实施时，首先测量放线，确定软弱土层沉降量较大运营地铁隧道2区域所对应的地面位置，在运营地铁隧道2两侧以外5 m处确定出发工作井3和接收工作井4的施工位置，架设施工机械；接着，在设计工作井3、4的施工位置，按照设计参数打设地下连续墙8，形成封闭截面；待地下连续墙8达到设计强度后，挖除地下连续墙8内部土体，并在底部用止水底板9进行止水处理，防止地下水渗入，在运营地铁隧道2两侧分别形成顶横梁施工所需的出发井3和接收井4 ;在出发工作井3和接收工作井4内施工钻孔灌注桩基础13至设计深度或者静压打入预应力管桩13至设计深度；在出发井3底部以上I m处侧面上顶管顶进施工的位置，根据设计要求，施工顶横梁施工所需要的反力墙7 ;在运营地铁隧道下方5 m处设计位置，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5，使涵管5从出发井3顶进到接收井4，若遇到顶进困难地段，通过在涵管5外侧布设的注浆管6注射适量泥浆以减少阻抗力，提高施工效率；完成涵管5施工后，挖出涵管5内的土体，通过工作井3、4工作平台运出土体；通过出发工作井3下放顶横梁钢筋笼10，把顶横梁钢筋笼10布置在被挖空的涵管5中间，续而浇注混凝土，形成现浇钢筋混凝土顶横梁12 ;顶横梁12与钻孔灌注桩或预应力管桩13形成整体门形支撑结构物；待混凝土初凝之后，出发工作井3和接收工作井4内回填土体并压实；完成一个门形支撑构建物。重复上述步骤，在沿运营地铁隧道方向上有软弱土层差异沉降地段，每间隔100-5 00m施工一个门形支撑结构物，最后完成软弱土场地差异沉降区域运营地铁隧道差异沉陷变形的控制技术的整体施工。
权利要求
1.一种运营地铁隧道沉降控制方法，其特征在于包括以下技术步骤 (1)测量放线，确定软弱土层运营地铁隧道区域沉降变形较大所对应的地面位置，在运营地铁隧道两侧4-10 m处确定两个工作井施工位置，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，形成封闭工作截面； (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，运营地铁隧道两侧的两个工作井分别作为顶横梁施工的出发井和接收井； (4 )在出发井和接收井两工作井内施工钻孔灌注桩基础至设计深度或者静压打入预应力管桩至设计深度； (5)在出发井底部以上1-2m的侧面上，根据设计要求，施工顶横梁施工所需要的反力m ; (6)在运营地铁隧道下方2-10m距离处，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，通过在顶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，续而浇注混凝土，形成现浇钢筋混凝土顶横梁； (8)钻孔灌注桩或预应力管桩与顶横梁组成整体门形支撑结构物，待混凝土初凝之后，工作井内回填土体并压实； (9)重复步骤(I) (8)，在沿运营地铁隧道方向软弱土层沉降量较大地段，每间隔100-500 m施工一个门形支撑结构物，最后完成运营地铁隧道沉降控制技术的整体施工。
2.权利要求I所述的一种运营地铁隧道沉降控制方法，其特征在于工作井长度为20-25 m,宽度为10-20 m,工作井与运营地铁隧道的最短距离不小于4 m。
3.权利要求I所述的一种运营地铁隧道沉降控制方法，其特征在于顶横梁为直径为1000-3000 mm，长度为10-25 m的钢筋混凝土结构物，顶横梁施工涵管外侧布设注浆管。
4.权利要求I所述的一种运营地铁隧道沉降控制方法，其特征在于顶横梁施工位置布置在运营地铁隧道下方2-10 m距离处。
5.权利要求I所述的一种运营地铁隧道沉降控制方法，其特征在于钻孔灌注桩，其直径为500-1500 mm，桩长为5-80 m，桩间距为1-5 m。
6.权利要求I所述的一种运营地铁隧道沉降控制方法，其特征在于预应力管桩，其直径为400-1200 mm，桩长为5-80 m，桩间距为1-5 m。
全文摘要
一种运营地铁隧道沉降控制方法，在运营地铁隧道两侧开挖竖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者预应力管桩施工，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。沿运营地铁隧道纵向方向软弱土层地段区域间隔100m-500m布置一个门形支撑结构物，整体控制运营地铁隧道由于列车荷载导致软弱土地层沉降问题。本发明施工期间不影响隧道正常通车，开挖量小、工程量小，造价低，对周围建筑物、运营地铁隧道以及环境影响小；可一次性解决软弱土层地段区域由于列车荷载导致的长期沉降问题，永绝后患，减小长期维护的费用，保证运营安全。
文档编号E02D27/48GK102733413SQ20121019984
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者丁选明, 于陶, 刘汉龙, 孔纲强 申请人:河海大学