本发明涉及盾构隧道施工领域，特别涉及一种软土地基盾构隧道沉降控制结构及使用方法。
背景技术
随着城市交通的发展，地铁逐渐得到各大城市的重视。在地铁修建过程中，许多盾构隧道将会穿越软弱地层。在软弱地层中，隧道底部土体反力总是小于未修建隧道时此处原有土体自重压力，隧道下部土体压缩模量有所降低，并且在地铁运营等扰动下，隧道下部土体次固结会长期进行，所产生的沉降量不可小视。若地铁隧道运营期逐步产生差异沉降等病害，地铁隧道衬砌极可能发生弯曲破坏、弯曲张拉、挤压剪切、纵向断裂等灾害问题，对地铁的运营带来极大的安全隐患，因此有必要对隧道沉降进行研究控制。
技术实现要素：
本发明目的在于：针对软土地基盾构隧道开挖土体重力小于隧道盾构管片重力，引起隧道下方沉降，对隧道衬砌造成破坏，对正常运营带来隐患的问题，提供一种软土地基盾构隧道沉降控制结构，通过在隧道拱顶设置拉杆，从而将隧道管片拉在土体中，从而达到控制隧道沉降的目的，该结构在软土地基沉降严重区域可以起到控制沉降的效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种软土地基盾构隧道沉降控制结构，包括隧道衬砌管片、沿管片径向设置的拉杆和设于隧道拱顶上方土体中的锚定板，在隧道拱顶管片内壁设有钢垫板，所述钢垫板与管片曲率一致，所述拉杆的一端与钢垫板相连，另一端穿过管片预留孔及土体后与锚定板相连。
本发明通过在隧道拱顶管片内壁设置钢垫板，由于钢垫板与管片曲率一致，能够与管片很好地贴合成为一个整体受力体系，增强隧道整体强度，控制隧道差异性沉降；通过拉杆连接盾构隧道上部管片与地面锚定板，在管片下沉的同时，锚定板拖动其下方的土体共同下沉，产生向上的阻力，隧道若继续沉降则需要再拖动锚定板下方土体共同下沉，可减小隧道沉降量，从而达到控制隧道沉降的目的；同时克服了现有技术中注浆范围大，注浆压力不易控制，经济性不强的缺点，抗沉降结构与盾构管片合为一体，且实际沉降量测量监控方便。
作为本发明的优选方案，所述拉杆布置在隧道拱顶左右20°范围内，可以减少拉杆产生的水平分力，使拉杆、管片及锚定板均处于良好的受力状况。
作为本发明的优选方案，在每一环管片上设有多根拉杆，所有的拉杆沿周向布置在隧道拱顶，可以提高对管片顶部的拉力，使管片周向受力均衡。
作为本发明的优选方案，其中一根拉杆位于隧道拱顶正上方，其余拉杆左右对称布置。将拉杆采用这种结构布置，可以优化拉杆受力，同时使管片均匀受力，避免拉力集中而引起管片受损。
作为本发明的优选方案，在隧道顶部管片上预留相应的拉杆孔，开孔孔径为15～25mm，该拉杆孔便于拉杆穿过管片与钢垫板进行连接。
作为本发明的优选方案，所述钢垫板为普通钢板弯制而成，预留拉杆孔，开孔大小与管片相同。
作为本发明的优选方案，所述拉杆为抗拉强度较大的钢材制成，使其能够承受较大的拉力，避免拉杆受力发生变形。
作为本发明的优选方案，所述锚定板为预制钢筋混凝土板，并预留拉杆孔，该锚定板便于集中批量预制后运到施工现场，成本较低，且能提高施工效率，同时可根据具体施工要求情况来调整锚定板形状和大小规格，用于为盾构顶部管片提供拉力。
作为本发明的优选方案，所述拉杆的两端与钢垫板、锚定板采用锚具进行连接锚固，从而确保拉杆两端连接牢固。
本发明还提供一种软土地基盾构隧道沉降控制结构使用方法，包括以下步骤：
a、预制管片、钢垫板和锚定板并预留拉杆孔，制作拉杆并进行防锈处理；
b、拼装盾构管片及进行降水施工；
c、地面开槽并放入锚定板；
d、在管片内侧安装钢垫板；
e、通过锚定板预留孔向管片方向进行钻孔，并与管片预留孔连通；
f、在钻孔内埋设拉杆，并将拉杆两端与钢垫板、锚定板锚固；
g、向锚定板槽内灌注混凝土填塞密实。
该软土地基盾构隧道沉降控制结构的使用方法，通过预制管片、拉杆、钢垫板和锚定板并预留拉杆孔，方便运至现场进行安装，在管片拼装后进行降水施工，可以将水位控制在安全水平，然后在地面开槽并放入锚定板，同时在管片内侧安装钢垫板，通过锚定板预留孔向管片方向进行钻孔，并与管片预留孔连通，同时在钻孔内埋设拉杆，并将拉杆两端与钢垫板、锚定板锚固，并通过向锚定板槽内灌注混凝土填塞密实，使锚定板与土体结合更好，整个使用安装方法简单，容易实施，能够有效控制软土地基盾构隧道的沉降问题。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在隧道拱顶管片内壁设置钢垫板，由于钢垫板与管片曲率一致，能够与管片很好地贴合成为一个整体受力体系，增强隧道整体强度，控制隧道差异性沉降；
2、通过拉杆连接盾构隧道上部管片与地面锚定板，在管片下沉的同时，锚定板拖动其下方的土体共同下沉，产生向上的阻力，隧道若继续沉降则需要再拖动锚定板下方土体共同下沉，可减小隧道沉降量，从而达到控制隧道沉降的目的；
3、本发明同时克服了现有技术中注浆范围大，注浆压力不易控制，经济性不强的缺点，抗沉降结构与盾构管片合为一体，且实际沉降量测量监控方便。
附图说明
图1为本发明软土地基盾构隧道沉降控制结构立体图。
图2为图1中的断面示意图。
图3为本发明中的锚板示意图。
图4为本发明中拉杆与管片连接示意图。
图中标记：1-锚定板，2-拉杆，3-钢垫板，4-锚具，5-管片，6-钻孔，7-锚头，8-锚板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种软土地基盾构隧道沉降控制结构；
如图1-图4所示，本实施例中的软土地基盾构隧道沉降控制结构，包括隧道衬砌管片5、沿管片径向设置的拉杆2和设于隧道拱顶上方土体中的锚定板1，在隧道拱顶管片内壁设有钢垫板3，所述钢垫板3与管片5曲率一致，所述拉杆2的一端与钢垫板相连，另一端穿过管片预留孔及土体后与锚定板1相连。
本发明通过在隧道拱顶管片内壁设置钢垫板，由于钢垫板与管片曲率一致，能够与管片很好地贴合成为一个整体受力体系，增强隧道整体强度，控制隧道差异性沉降；通过拉杆连接盾构隧道上部管片与地面锚定板，在管片下沉的同时，锚定板拖动其下方的土体共同下沉，产生向上的阻力，隧道若继续沉降则需要再拖动锚定板下方土体共同下沉，可减小隧道沉降量，从而达到控制隧道沉降的目的；同时克服了现有技术中注浆范围大，注浆压力不易控制，经济性不强的缺点，抗沉降结构与盾构管片合为一体，且实际沉降量测量监控方便。
本实施例中，所述拉杆2布置在隧道拱顶左右20°范围内，可以减少拉杆产生的水平分力，使拉杆、管片及锚定板均处于良好的受力状况。
本实施例中，在每一环管片5上设有三根拉杆2，所有的拉杆沿周向布置在隧道拱顶，可以提高对管片顶部的拉力，使管片周向受力均衡，其中一根拉杆位于隧道拱顶正上方，其余拉杆左右对称布置。将拉杆采用这种结构布置，可以优化拉杆受力，同时使管片均匀受力，避免拉力集中而引起管片受损。
本实施例中，在隧道顶部管片5上预留相应的拉杆孔，开孔孔径为15～25mm，该拉杆孔便于拉杆穿过管片与钢垫板进行连接。
本实施例中，所述钢垫板3为普通钢板弯制而成，预留拉杆孔，开孔大小与管片相同，通过螺栓与管片进行连接。
本实施例中，所述拉杆2为抗拉强度较大的钢材制成，使其能够承受较大的拉力，避免拉杆受力发生变形，可以直接采用抗拉能力较强的钢筋进行制作，拉杆的作用是为了连接上部锚定板，使其与盾构隧道管片连接为一个整体，拉杆向盾构管片传递向上的拉力。
本实施例中，所述锚定板1为预制钢筋混凝土板，并预留拉杆孔，该锚定板便于集中批量预制后运到施工现场，成本较低，且能提高施工效率，同时可根据具体施工要求情况来调整锚定板形状和大小规格，用于为盾构顶部管片提供向上的拉力，同时有效减小地面荷载对隧道的扰动。
本实施例中，所述拉杆2的两端对应与钢垫板3、锚定板1采用锚具4进行连接锚固，从而确保拉杆两端连接牢固。本实施例中锚具4由锚头7和锚板8组成，锚头7为可绕拉杆中心旋转的六角螺母，不会发生水平移动；锚板采用与钢垫板相同的材质制成，本实施例中的锚板8中部拱起，可以使与被锚固件更好地接触，同时可以提高锚板的抗压能力，并在中心位置预留出与拉杆相适应的孔，用于装配固定盾构管片内侧一头的拉杆，预留孔的大小需严格同拉杆相符合，且锚板弯曲幅度高度贴合钢垫板，达到预期加固目的。
实施例2
本实施例提供一种软土地基盾构隧道沉降控制结构使用方法；
如图1-图4所示，本实施例中的软土地基盾构隧道沉降控制结构使用方法，包括以下步骤：
a、预制管片5、钢垫板3和锚定板1并预留拉杆孔，制作拉杆2并进行防锈处理。管片采用钢筋混凝土由高精度钢模制作成型，顶部管片预留相应的拉杆孔，开孔孔径为15～25mm；钢垫板采用普通钢片预先弯制而成，预留拉杆孔，开孔大小与管片开孔大小相同，弯曲形状能与管片密切贴合；锚定板为预制钢筋混凝土板，并预留拉杆孔，可根据具体施工要求情况调整锚定板形状和大小规格；拉杆采用抗拉强度较大的钢筋制成，顶部与底端预制螺栓槽，用于连接固定管片与锚定板，为管片传递向上的拉力。
b、拼装盾构管片及进行降水施工。根据隧道设计轴线高精度掘进，待盾尾处千斤顶伸出距离满足管片拼装要求时，按照管片分块情况与封顶块定位情况进行盾构隧道管片衬砌拼装。拼装管片按照规范流程进行，并严格控制隧道成型质量，要求衬砌管片不得有内外贯穿裂缝或宽度大于0.2mm的裂缝，同时隧道轴线的平面位置及高程允许偏差需控制在±50mm以内。隧道洞通后，清除隧道顶部临时施工用器械，并按要求对隧道内部进行清理；同时进行降水施工，将水位控制在安全水平，确保管片预留孔打开时安全，并满足钻孔要求。
c、根据设计要求在隧道所在对应地面开挖锚定板放置槽，并放入锚定板1；
d、在管片5内侧安装钢垫板3。在管片内壁敷设预制好的钢垫板，对准钢垫板和管片上的预留孔，拧紧固定管片与钢垫板的螺栓，应特别注意将钢片和盾构管片的预留圆孔对齐后再进行安装固定。
e、通过锚定板预留孔向管片方向进行钻孔，并与管片预留孔连通。利用钻孔机进行钻孔施工，通过固定钻机以达到成孔角度与深度，成孔完成后应立即进行清孔。
f、在钻孔6内埋设拉杆2，并将拉杆2两端与钢垫板3、锚定板1锚固。安装盾构隧道内侧锚板，预调整拉杆埋设角度，拧紧盾构管片内侧锚头；将拉杆与地面锚定板连接，拧紧锚定板上的锚头。
g、向锚定板槽内灌注混凝土填塞密实，使锚定板与土体结合更好，同时可以避免从锚定板与槽之间的孔隙进行渗水。
包封盾构隧道内拉杆端头，重复进行上述步骤直至盾构隧道下部土层变化，不再需要沉降控制。
该软土地基盾构隧道沉降控制结构的使用方法，通过预制管片、拉杆、钢垫板和锚定板并预留拉杆孔，方便运至现场进行安装，在管片拼装后进行降水施工，可以将水位控制在安全水平，然后在地面开槽并放入锚定板，同时在管片内侧安装钢垫板，通过锚定板预留孔向管片方向进行钻孔，并与管片预留孔连通，同时在钻孔内埋设拉杆，并将拉杆两端与钢垫板、锚定板锚固，并通过向锚定板槽内灌注混凝土填塞密实，使锚定板与土体结合更好，整个使用安装方法简单，容易实施，能够有效控制软土地基盾构隧道的沉降问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。