地铁隧道减沉减振装置及其施工方法与流程

本发明涉及地铁隧道领域，尤其涉及一种地铁隧道减沉减振装置及其施工方法。

背景技术：

随着城市建设现代化进程的发展和城市规模的扩大，轨道交通日益增多。密集城市中轨道交通大多采用盾构隧道方式。地铁穿越市中心区域时，难免途经人口密集的居民建筑、学校、医院等敏感建筑，地铁运行时轮轨产生的振动通过地层向外传播，引起周围建筑物的二次振动，对周边建筑物和居民日常生活产生影响。

另一方面，随着人们对生活质量要求的提高，对于振动的容忍度也随之降低，即使是同样程度的振动，在过去可能不是问题，而现在越来越多地引起了公众的强烈反应。近年来，有关地铁振动(包括由振动引起的噪声)的投诉案件不断增加。

此外，当盾构隧道穿越软弱土层、地质起伏较大区域时，由于盾构隧道为柔性结构，隧道的工后沉降难以控制。根据既有盾构隧道运营情况，隧道工后沉降较大，局部差异变形较大区域甚至造成隧道管片漏水，影响隧道结构耐久性及使用。

目前地铁隧道减振主要通过橡胶或钢弹簧等柔性材料减振，该类减振措施减少了隧道结构的竖向刚度，增加了竖向位移，因而加速了钢轨波浪磨耗，钢轨波磨不仅造成噪声的污染，而且还增加轨道养护维修费用。

技术实现要素：

本公开要解决的技术问题是如何提高地铁隧道的减沉减振性能。

为了解决以上技术问题，本公开的一方面提供了一种地铁隧道减沉减振装置，包括钢管桩、反力机构、开凿于隧道管片底部的压桩孔，所述钢管桩穿过所述压桩孔，下端进入隧道下方地层，上端连接至隧道管片内，所述反力机构将所述钢管桩压入隧道下方地层内。

其中一种实施方式中，所述反力机构包括位于所述隧道管片内的锚杆、反力钢构架和千斤顶，所述钢管桩一端通过千斤顶连接所述反力钢构架，所述反力钢构架设于所述隧道管片内的道床，且通过所述锚杆连接所述隧道管片。

其中一种实施方式中，所述地铁隧道沿隧道长度方向包括布桩区域和无桩区域，所述钢管桩布置于所述布桩区域，在所述布桩区域，所述钢管桩的间距及桩长与对应区域的减沉和/或减振的需求相匹配。

其中一种实施方式中，所述地铁隧道沿隧道长度方向还包括处于所述布桩区域与无桩区域之间的过渡区域，所述钢管桩还布置于所述过渡区域，在所述过渡区域，所述钢管桩的间距或桩长沿连接布桩区域一端至连接无桩区域一端的方向渐变。

其中一种实施方式中，在所述过渡区域，所述钢管桩的间距沿连接布桩区域一端至连接无桩区域一端的方向逐渐变大。

其中一种实施方式中，在所述过渡区域，所述钢管桩的桩长沿连接布桩区域一端至连接无桩区域一端的方向逐渐变小。

其中一种实施方式中，相对于非邻近地铁站的位置，隧道管片的邻近地铁站的位置的钢管桩布置密度较大。

其中一种实施方式中，所述钢管桩设置于隧道管片的底部中心位置，和/或：

所述钢管桩设置于隧道管片的底部，且对称设置于隧道管片的中心竖剖面的两侧。

其中一种实施方式中，所述的地铁隧道减沉减振装置还包括用以实现所述钢管桩封桩的封桩组件，所述封桩组件包括：

焊接于所述钢管桩的环形止水钢环、设置于所述压桩孔对应位置的能够遇水膨胀的止水条、设置于所述压桩孔对应位置的钢筋网，以及浇筑于所述压桩孔对应位置的混凝土中的至少之一。

本公开的另一方面还提供了一种地铁隧道减沉减振装置的施工方法，用以对本公开的地铁隧道减沉减振装置进行施工，包括如下步骤：

S1：实测隧道以及其对应的环境的条件，并依据该条件计算所需安装的所述钢管桩的布置参数，所述布置参数至少包括所述钢管桩的桩长、桩径和桩距；

S2：依据步骤S1中的所述布置参数，在对应位置开凿所述压桩孔，在隧道管片内安装所述反力机构；

S3：将对应的所述钢管桩压入所述压桩孔，并达到设计标高；

S4：对所述钢管桩进行封桩处理。

本公开所引入的钢管桩增加了隧道结构抵抗变形的竖向刚度，可以有效减小隧道沉降与振动，减少钢轨波浪磨耗。同时满足隧道内低净空施工条件，且施工速度快，对周边环境扰动小，可应用于既有隧道的沉降和振动控制。

附图说明

图1和图2是本公开一实施方式所提供的地铁隧道减沉减振装置的示意图；

图3和图4是本公开一实施方式所提供的地铁隧道减沉减振装置的示意图；

图5是本公开一实施方式中钢管桩分布的示意图；

图6是本公开一实施方式中钢管桩分布的示意图；

图7是本公开一实施方式中地铁隧道减沉减振装置的施工方法的流程示意图；

图中，1-隧道管片；2-道床；3-地铁隧道减沉减振装置；31-钢管桩；32-压桩孔；33-锚杆；34-反力钢构架；35-千斤顶；36-电动葫芦。

具体实施方式

以下将结合图1至图7对本发明提供的地铁隧道减沉减振装置及其施工方法进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，对其进行修改和润色。

请参考图1至图6，本公开的一方面提供了一种地铁隧道减沉减振装置3，包括钢管桩31、反力机构、开凿于隧道管片底部的压桩孔32，所述钢管桩31穿过所述压桩孔32，下端进入隧道下方地层，上端连接至隧道管片1内，所述反力机构将所述钢管桩31压入隧道下方地层内。

可选的实施方式中，钢管桩31为开口小直径钢管桩，单节桩长根据隧道内净空和桩架选择，一般长度为2～3m；为减少开凿圆形孔对盾构管片整体性影响，沿隧道纵向宜设置在管片中间位置，避开管片预埋件；管片环向应避开管片环向接缝位置，距离管片环缝不小于1倍开口直径。

可选的实施方式中，所布置的钢管桩31沿地铁运行方向布置长度覆盖敏感建筑物影响范围；

在图2和图4示意的实施方式中，所述反力机构包括锚杆33、反力钢构架34和千斤顶35，所述钢管桩31一端通过千斤顶35连接所述反力钢构架34，所述反力钢构架34设于所述隧道管片1内的道床2，且通过所述锚杆33连接所述隧道管片1。为避免压桩过程中对管片局部受力影响，可根据需要对桩架进行配重。

可选的实施方式中，所述地铁隧道沿隧道长度方向包括布桩区域和无桩区域；所述钢管桩31布置于所述布桩区域，在所述布桩区域，所述钢管桩的间距及桩长与对应区域的减沉和/或减振的需求相匹配。

其中，在图5和图6示意的实施方式中所述地铁隧道沿隧道长度方向还包括处于所述布桩区域与无桩区域之间的过渡区域，所述钢管桩31还布置于所述过渡区域，在所述过渡区域，所述钢管桩31的间距或桩长沿连接布桩区域一端至连接无桩区域一端的方向渐变。其可有利于协调盾构隧道纵向整体变形。

其中图5示意的实施方式中，在所述过渡区域，所述钢管桩31的间距沿连接布桩区域一端至连接无桩区域一端的方向逐渐变大。这里所称的逐渐变大，并不仅意味着每一个间距都大于前一个，即并不一定是逐一的变化，也可以为逐二的变化，比如，第一第二个间距相同，第三第四个间距相同且大于第一第二个间距，甚至是逐三、逐四的，依以上举例类推；

其中图6示意的实施方式中，在所述过渡区域，所述钢管桩31的桩长沿连接布桩区域一端至连接无桩区域一端的方向逐渐变小，这里所称的逐渐变小，并不仅意味着每一个钢管桩31都小于于前一个，即并不一定是逐一的变化，也可以为逐二的变化，比如，如图6所示，第一第二个钢管桩31的桩长相同，第三第四个钢管桩31的桩长相同且大于第一第二个钢管桩31的桩长，甚至是逐三、逐四的，依以上举例类推；

其中一种实施方式中，相对于非邻近地铁站的位置，隧道管片的邻近地铁站的位置的钢管桩布置密度较大，这里所称的密度较大可以理解为间距相对较小；其可有利于协调盾构隧道纵向整体变形。

在图1和图2示意的实施方式中，所述钢管桩31设置于隧道管片1的底部中心位置，进入隧道下方土体内部；

在图3和图4示意的实施方式中，所述钢管桩31设置于隧道管片1的底部，进入隧道下方土体内部；且对称设置于隧道管片1的中心竖剖面的两侧。

其中一种实施方式中，所述的地铁隧道减沉减振装置还包括用以实现所述钢管桩封桩的封桩组件，所述封桩组件包括：

焊接于所述钢管桩的环形止水钢环、设置于所述压桩孔对应位置的能够遇水膨胀的止水条、设置于所述压桩孔对应位置的钢筋网，以及浇筑于所述压桩孔对应位置的混凝土中的至少之一。对此，需要展开说明的是，由于地铁隧道具有一定埋深，大多位于地下水位以下，桩头封桩时应采取可靠止水措施，可在桩头焊接环形止水钢环，在封桩孔与开口管片之间设置遇水膨胀止水条；封桩孔口增加钢筋网对管片结构予以加强，宜采用微膨胀混凝土浇筑。

本公开的另一方面还提供了一种地铁隧道减沉减振装置的施工方法，用以对本公开的地铁隧道减沉减振装置进行施工，总结其过程可以描述为：在隧道结构下方开凿压桩孔32后，设置反力机构，分节压入钢管桩31，然后封闭桩头，与隧道管片1形成整体，

本公开所提供的施工方法包括如下步骤：

S1：实测隧道以及其对应的环境的条件，并依据该条件计算所需安装的所述钢管桩的布置参数，所述布置参数至少包括所述钢管桩的桩长、桩径和桩距；对应可以包括图7示意的实施方式中所记载的S10：

根据地层、沉降控制及减振等要求，综合计算确定桩长、桩径、桩距等参数。进一步具体实施方式中，还可展开包括：根据沉降控制及减振要求、土层情况等条件，结合原隧道或同类型隧道内道床、隧道壁振动实测情况，建立有限元分析模型，计算确定合适桩基布置方案；

其可以满足以下：

布桩沿地铁运行方向布置长度宜覆盖敏感建筑物的受影响范围。

盾构隧道在布桩区域与无桩区域宜采用变桩距或变桩长方式过渡。

为协调盾构区间隧道及车站结构变形，邻近地铁车站区域宜加密桩距。

S2：依据步骤S1中的所述布置参数，在对应位置开凿所述压桩孔，在隧道管片内安装所述反力机构；对应可以包括图7示意的实施方式中所记载的S20：隧道内开凿圆形孔；同时，安装反力机构，桩架可沿隧道纵向或环向架设；可设置配重块，减少压桩过程中对管片结构的影响。

S3：将对应的所述钢管桩压入所述压桩孔，并达到设计标高；对应可以包括图7示意的实施方式中所记载的S30：分节压入钢管桩；

S4：对所述钢管桩进行封桩处理，对应可以包括图7示意的实施方式中所记载的S40：封闭桩头，做好止水措施。隧道内钢管桩封桩时应采取可靠止水措施，可在桩头焊接环形止水钢环，在封桩孔与开口管片之间设置遇水膨胀止水条；封桩孔口增加钢筋网对管片结构予以加强，封桩口宜采用微膨胀早强混凝土浇筑。

与现有扣件、浮置板道床等减振技术相比，本公开可实现方式可以具有以下优点及有益效果：

1)隧道内施工设置钢管桩后，增加隧道竖向刚度，可有效减少轨道振动，同时可以有效控制结构沉降，减少钢轨波浪磨耗。

2)可根据不同地层条件及周边敏感建筑减振要求，灵活布置钢管桩，增加隧道竖向刚度。

3)所采用钢管桩具有良好耐久性，可达到与隧道管片结构同使用寿命周期，免维护。

4)施工方法具有无振动、低噪音、微扰动等优点，可以有效减少施工对既有隧道的影响。

综上所述，本公开所引入的钢管桩增加了隧道结构的竖向刚度，可以有效控制隧道沉降与振动，减少钢轨波浪磨耗。同时满足隧道内低净空施工条件，且施工速度快，对周边环境扰动小，可应用于既有隧道的沉降和振动控制。