一种控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障的制作方法

本实用新型属于地基及基础工程施工技术领域，具体涉及一种设置在基坑和邻近既有隧道间的用于控制隧道因基坑开挖引起变形的控制装置。

背景技术：

随着大量城市地铁建成并投入运营，邻近已运营地铁隧道施工基坑时，基坑对既有隧道的变形影响控制已成为一个不可回避的难题。基坑开挖的卸荷效应会对周边环境产生强烈影响，坑外既有隧道会在坑内土体的卸荷作用下随坑外主动区土体一起产生向坑内的变形移动，若基坑工程的设计和施工不当，将引起邻近隧道产生严重变形，威胁结构安全。

城市地铁隧道往往对变形高度敏感，这使mm级变形控制成为必然需求。传统方法依靠加大地连墙厚度、深度、支撑数量等被动方法，这类方法往往耗资巨大而变形控制效果有限。以排桩为主体的阻断屏障常常被设置在基坑与邻近建筑物之间，成为一种有效控制坑外邻近结构物变形的措施。近年来，此类阻断屏障也常被用来设置在基坑围护结构和既有隧道之间，以试图减小基坑对既有隧道引起的变形和内力。然而，申请人研究表明，阻断屏障虽可显著减小开挖引起的坑外地面沉降及基础浅埋建筑物的沉降，但却有可能引起坑外深层土体及埋深较大的既有隧道的附加沉降和水平位移，反而起到不利作用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，解决现有技术中传统阻隔排桩不能有效控制坑外既有隧道变形的的问题。

本实用新型采取以下技术方案实现的：

一种控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，所述阻断屏障主体为钻孔灌注桩，桩顶位于深层土体之中，钻孔中设置有效长度桩长钢筋笼，并浇筑有混凝土至桩顶设计标高，桩身以上部分钻孔中回填有细砂；所述深埋阻断屏障距离坑外既有隧道净距d＝0.2～0.4d，d为隧道与基坑围护结构净距；深埋阻断屏障底部位置深度l＝2.0～2.4h，h为基坑开挖深度；深埋阻断屏障顶部埋入深度h＝0.6～1.6h且h＜1.2s，s为隧道中心埋深。

所述细砂部分分层回填，分度厚度为1.5～2m，各层回填压实系数不小于0.90。

所述阻断屏障为水平布置的不小于五组排桩，其总长度依保护隧道区间长度和基坑尺寸确定。

所述排桩水平间距取值2～3m。

同现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：

1、通过改变传统阻隔排桩有效桩长，将屏障顶部位置设置于深层土体之中，可有效增大阻断屏障对主动区土体的“阻断作用”的同时降低“牵引作用”，有效控制主动区土体变形，进而增大阻断屏障对坑外既有隧道的变形控制效果。

2、传统阻隔体系设计往往基于工程经验，不能根据控制效果最优化原则进行精细化设计。本发明基于申请人研究成果，可根据基坑开挖深度h、隧道与围护结构净距d和隧道中心埋深s等工程特征提出隔离排桩的优化设计参数，最大化隔离排桩变形控制效果。

3、深埋阻断屏障将排桩顶部设置于深层土体之中，以钻孔灌注桩为主体。施工过程中，将桩身在钻孔中浇筑至设置标高后，形成有效桩长。后采用细砂将桩顶以上至地表部分钻孔回填密实。该种设计大幅减小阻断屏障有效长度，相较于传统阻隔排桩，可有效降低工程造价。

附图说明

图1为深埋阻断屏障剖面布置图；

图2为深埋阻断屏障平面布置图；

附图中标记及相应的零部件名称：

1-阻断屏障，2-桩身上部回填细砂，3-坑外既有隧道，4-基坑围护结构，5-坑外主动区土体，6-坑内开挖土体。

具体实施方式

以下参照附图及具体实施例对本控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障及其施工方法做进一步说明。下述各实施例仅用于说明本实用新型而并非对本实用新型的限制。

研究表明，传统阻隔排桩对主动区浅层土体具有“阻断作用”，能有效控制其水平位移；与此同时，其对主动区深层土体具有“牵引作用”，反而会增大其水平位移，于变形控制不利。本实用新型提出一种深埋阻断屏障，能够最大化“阻断作用”的同时降低“牵引作用”，有效提高其变形控制效果，同时缩短阻断屏障有效长度，降低工程造价。

本发明一种控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，首先在于屏障顶部位置深埋改进和设计参数的优化。相较于传统阻隔排桩，本实用新型顶部位置设置于坑外深层土体之中，可在有效增大其变形控制效果的同时有效降低工程造价。深埋阻断屏障主要设计参数为顶部埋入深度h，底部位置深度l和距离坑外既有隧道净距d，基于申请人开展的研究成果，需根据基坑开挖深度h、隧道与基坑围护结构净距d和隧道中心埋深s确定深埋阻断屏障设计参数。基于现有研究成果，依次确定阻断屏障设计参数。首先，根据隧道与基坑围护结构净距d确定阻断屏障位置参数d，当d＝0.2～0.4d时，深埋阻断屏障隔离效果显著；其次，确定底部位置深度l，当l＝2.0～2.4h时，深埋阻断屏障变形控制效果最优；最后，确定顶部埋入深度h，当h＝0.6～1.6h且h＜1.2s时，可最大化深埋阻断屏障变形控制效果。同时，屏障中排桩水平间距取值2～3m可同时兼顾变形控制效果和工程经济性，同时降低阻断屏障施工扰动。

本实用新型选取钻孔灌注桩作为阻断屏障主体，便于深埋施工。如附图1所示，桩顶位于深层土体之中。实施中，在钻孔中将下入有效长度桩长钢筋笼，后将混凝土浇筑至桩顶设计标高，完成桩身施工。桩身以上部分钻孔中，采用细砂分层回填密实，分层厚度为1.5～2m，各层压实系数应不小0.90。回填部分砂土工程造价低廉，相较于传统阻断排桩，可大幅降低工程造价。

实施例

如附图1和图2所示，本实用新型为一种控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障。首先，在基坑开挖坑内土体6之前，施工基坑围护结构4。待基坑围护结构4施工完成后，在4与坑外既有隧道3之间施工阻断屏障1。阻断屏障1施工设计参数基于研究成果结合现场情况确定，距离坑外既有隧道净距d＝0.2～0.4d，底部位置深度l＝2.0～2.4h，顶部埋入深度h＝0.6～1.6h且h＜1.2s(其中d为隧道与基坑围护结构净距，h为基坑开挖深度，s为既有隧道中心埋深)。以钻孔灌注桩为该阻断屏障主体，钻孔成桩设备进场，施工阻断屏障1。在坑外主动区地表竖直钻孔，同时采用泥浆护壁技术防止坑外主动区土体5出现坍孔。后下吊钢筋笼，钢筋笼顶部位置高出桩顶标高位置5～10cm，随后分层浇筑混凝土，浇筑至桩顶标高位置。桩顶以上钻孔采用密实细砂2回填至地表，后进行分层压实处理，分层厚度为1.5～2m，各层压实系数应不小0.90。随后采用跳孔方式在水平方向依次施工各阻断屏障1，参见附图2。待排桩结构强度达到设计值后，深埋阻断屏障体系施工完成，可进行基坑开挖，开挖坑内土方6。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

技术特征：

1.一种控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，其特征在于，所述阻断屏障主体为钢筋混凝土钻孔灌注桩结合砂桩，钢筋混凝土桩桩顶位于深层土体之中，钻孔中设置有效长度桩长钢筋笼，并浇筑有混凝土至桩顶设计标高，桩身以上部分钻孔中回填有细砂，形成砂桩；所述深埋阻断屏障距离坑外既有隧道净距d＝0.2～0.4d，d为隧道与基坑围护结构净距；深埋阻断屏障底部位置深度l＝2.0～2.4h，h为基坑开挖深度；深埋阻断屏障顶部埋入深度h＝0.6～1.6h且h＜1.2s，s为隧道中心埋深。

2.根据权利要求1所述控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，其特征在于，所述阻断屏障为水平布置的不小于五组排桩，其总长度依保护隧道区间长度和基坑尺寸确定。

3.根据权利要求1所述控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，其特征在于，所述回填采用细砂分层回填压实，分层回填厚度为1.5～2m，回填压实系数不小于0.90。

4.根据权利要求2所述控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，其特征在于，所述阻隔屏障中排桩水平间距取值2～3m。

技术总结
本实用新型公开了一种控制基坑外隧道变形的深埋阻断屏障，所述阻断屏障主体为钻孔灌注桩，桩顶位于深层土体之中，钻孔中设置有效长度桩长钢筋笼，并浇筑有混凝土至桩顶设计标高，桩身以上部分钻孔中回填细砂；所述深埋阻断屏障距离坑外既有隧道净距d＝0.2～0.4D，D为隧道与基坑围护结构净距；深埋阻断屏障底部位置埋深L＝2.0～2.4H，H为基坑开挖深度；深埋阻断屏障顶部埋入深度h＝0.6～1.6H且h＜1.2S，S为隧道中心埋深。本实用新型通过改变传统阻隔排桩有效桩长，将屏障顶部位置设置于深层土体之中，可有效增大阻断屏障对主动区土体的“阻断作用”的同时降低“牵引作用”，有效控制主动区土体变形，进而增大阻断屏障对坑外既有隧道的变形控制效果。

技术研发人员：杜一鸣;郑刚;刁钰;张立明
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.04.23
技术公布日：2020.05.15