一种在运营隧道上方进行深大基坑施工的方法及防变形结构.pdf

一种在运营隧道上方进行深大基坑施工的方法及防变形结构，所述深大基坑用于所述运营隧道区间上方的地下工程建设。所述方法包括以下步骤：(1)在施工作业区的运营隧道两侧土体中各打设至少一排抗拔桩；(2)在所述抗拔桩排之间所述运营隧道上方进行土体开挖；(3)土体开挖至露出所述抗拔桩时，在所述抗拔桩排之间放置或浇筑结构底板，所述结构底板与所述各抗拔桩有效连接。所述防变形结构包括设置在运营隧道各侧的一排抗拔桩，在所述抗拔桩排之间跨接有结构底板，所述结构底板与所述抗拔桩有效连接。此施工方法和防变形结构，有效防止了隧道上方由于土体开挖而引起的周围土体因卸荷造成的回弹变形及隧道变形，保证隧道不间断安全运营。

1.  一种在运营隧道上方进行深大基坑施工的工艺方法，所述深大基坑用于地下工程的建设，所述地下工程位于所述运营隧道上方；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在施工作业区的运营隧道两侧土体中各打设至少一排抗拔桩；
(2)在所述抗拔桩排之间的所述运营隧道上方进行土体开挖；
(3)当土体开挖至露出所述抗拔桩时，在所述抗拔桩排之间放置或浇筑结构底板，所述结构底板分别与所述各抗拔桩连接。

2.  如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述抗拔桩以深层搅拌桩内插型钢法(SMW)施工而成，所述型钢是H型钢。

3.  如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤(1)之前或与之同时进行一地基加固步骤，对所述运营隧道的周边地基土体采用双液分层注浆和三轴机械成孔深层搅拌桩加固法进行加固。

4.  如权利要求1或3所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)和(3)可采用分块施工法进行施工，即将所述运营隧道分成多块，依次开挖每一块土体，一块土体开挖完成后，限时置入或浇筑所述结构底板，所述结构底板分别与所述各抗拔桩连接；其中，分块数量可通过实时监测工程周围建筑结构受力情况而决定开挖面积来确度。

5.  如权利要求1或3所述的施工方法，其特征在于，在步骤(3)之后还包括一堆载步骤，所述堆载步骤包括在所述结构底板上堆置载荷以抵消挖土所引起的卸荷效应以及隧道的一部分卸载回弹量；其中堆载数量可通过实时监测隧道变形情况而定，当整个所述结构底板完成并达到一定强度之后或当整个所述地下工程完成之后，撤除所述堆载。

6.  如权利要求4所述的施工方法，其特征在于，在每一块施工完成之后，包括一堆载步骤，所述堆载步骤包括在所述结构底板上堆置载荷以抵消挖土所引起的卸荷效应以及隧道的一部分卸载回弹量；其中堆载数量可通过实时监测隧道变形情况而定，当整个所述结构底板完成并达到一定强度之后之后或当整个所述地下工程完成之后，撤除所述堆载。

7.  一种由权利要求1所述方法所形成的防止运营隧道因其上方进行深大基坑施工而变形的结构，其特征在于，所述结构包括设置在运营隧道各侧的至少一排抗拔桩，在所述抗拔桩排之间跨接有结构底板，所述结构底板与所述抗拔桩连接在一起。

8.  如权利要求7所述的结构，其特征在于，所述抗拔桩以深层搅拌桩内插型钢法(SMW)施工而成，所述型钢是上端开有连接孔的H型钢，所述结构底板中置有锚固钢筋，所述锚固钢筋穿过所述型钢上端的所述连接孔使所述结构底板与所述抗拔桩有效连接。

9.  如权利要求7所述的结构，其特征在于，所述结构底板上堆置有载荷，所述载荷是钢材或沙袋或砼块，用于抵消因挖土引起的卸荷效应以及隧道的一部分卸载回弹量。

一种在运营隧道上方进行深大基坑施工的方法及防变形结构
技术领域
本发明涉及一种运营隧道上方深大基坑施工方法，例如在运营地铁隧道上方进行深大基坑施工、而又保证隧道安全的施工方法。
背景技术
城市建设的发展，带动了地下空间的建设，目前各类用途的地下空间已在世界各大城市中得到开发利用，如地下停车场、地下商业街、地下仓库、地下民防工事、越江隧道的明挖段、城市下立交以及其他各种地下市政公用设施，地下工程建设项目的数量和规模迅速增大；与此同时，进入21世纪以来，轨道交通由于其具有快速、环保、运能巨大等优点而逐渐成为许多大中城市首选的公共交通设施。基坑工程和轨道交通的同步高速发展，使工程界面临着日益增多的在已建轨道交通的隧道上方进行大规模基坑施工的问题。
在已建隧道上方开挖基坑，必然会引起坑底土体的回弹变形，土体的变形也必将引起埋设于土体中的隧道的变形。当隧道变形超过一定限度，轻则造成隧道漏水，重则导致影响地铁车辆安全运行甚至车毁人亡的惨剧，所以运营中的地铁隧道对变形的要求相当严格，例如根据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，各种卸载和加载活动对地铁隧道的影响限度必须符合：地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20mm、隧道变形曲线的曲率半径R≥15000m、相对弯曲≤1/2500。如何在施工过程中采取切实可行的技术，控制隧道的回弹变形，确保地铁隧道的安全，成了这类施工活动能否成功的关键。
由于已经建成并正在运营中的地铁隧道对变形的要求极其严格，而目前工程界对如何有效控制运营隧道的变形缺乏前瞻性和系统性，工程措施故而缺乏针对性，隧道的变形很难控制在上述有关规定所限定的范围内，故此类工程往往必须在隧道运营前进行，隧道运营后就几乎难以进行此类施工以建造城市下立交以及其他各种地下市政公用设施。鉴于此，现代城市建设亟需一种全新的、系统地、有效的控制隧道变形的施工技术，使已建隧道的运营处于安全、可控状态。
发明内容
本发明针对在运营地铁隧道上方进行的深大基坑施工所存在的前述问题，提供一种既可绝对保护运营隧道，保证其安全而不间断地运营，又可以在其上方同时进行深大基坑施工的方法，从而为地下工程提供通用的、系统的技术保障体系，确保工程的顺利实施。
本发明的另一目的还在于提供一种防止运营隧道因其上方进行深大基坑施工而变形的结构，此结构可有效地防止因隧道上方土体开挖而引起的周围土体及隧道变形，保证运营隧道的安全而不间断运营。
为此，本发明提供了一种在运营隧道上方进行深大基坑施工的方法，所述深大基坑用于地下工程的建设，所述地下工程位于所述运营隧道上方；所述方法包括以下步骤：
(1)在施工作业区的运营隧道两侧土体中各打设一排或多排抗拔桩；
(2)在所述抗拔桩排之间的所述运营隧道上方进行土体开挖；
(3)当土体开挖至露出所述抗拔桩时，在所述抗拔桩排之间放置或浇筑结构底板，所述结构底板分别与所述各抗拔桩连接。
较佳地，所述抗拔桩以深层搅拌桩内插型钢法(SMW)施工而成，所述型钢是H型钢。
较佳地，在所述步骤(1)之前或与之同时进行一地基加固步骤，对所述运营隧道的周边地基土体采用双液分层注浆和三轴机械成孔深层搅拌桩加固法进行加固。
较佳地，所述步骤(2)和(3)可采用分块施工法进行施工，即将所述运营隧道上方的施工区域沿隧道纵向分成多块，依次开挖每一块土体，一块土体开挖完成后，限时置入或浇筑所述结构底板，所述结构底板与所述各抗拔桩有效连接；其中，分块数量可通过实时监测工程周围建筑结构变形情况而决定开挖面积来确度。
较佳地，当采用分块施工方法时，在每一块施工完成之后，包括一堆载步骤，所述堆载步骤包括在所述结构底板上堆置载荷以抵消挖土所引起的卸荷效应以及隧道的一部分卸载回弹量；其中堆载数量可通过实时监测隧道变形情况而定，当整个所述结构底板完成之后或当整个所述地下工程完成之后，撤除所述堆载。
另一方面，根据本发明提供了一种由前述方法所形成的防止运营隧道因其上方进行深大基坑施工而变形的结构，所述结构包括设置在运营隧道各侧的一排抗拔桩，在所述抗拔桩排之间跨接有结构底板，所述结构底板与所述抗拔桩有效连接在一起。
较佳地，所述抗拔桩以深层搅拌桩内插型钢法(SMW)施工而成，所述型钢是H型钢。
较佳地，所述结构底板上堆置有载荷，所述载荷是钢材或沙袋或砼块，用于抵消因挖土引起的卸荷效应以及隧道的一部分卸载回弹量。
下面，结合附图对本发明的深大基坑施工方法及由此方法所构成的运营隧道防变形结构作进一步说明。附图中：
图1a，1b是由本发明施工方法所施工的地下立交与其下方运营隧道的关系图；
图2是由本发明施工方法形成的运营隧道防变形结构断面图；
图3表示本发明施工方法中可采用的分块施工步骤示意作业图；
图4表示本发明施工方法中可采用的分块施工步骤所构成的结构；以及
图5表示本发明施工方法中可采用的堆载施工步骤。
如图1a，1b所示，图中示出了例如地铁等地下设施的运营隧道R，一般情况下运营隧道具有上行隧道R1和下行隧道R2。所需建设的地下立交工程N位于运营隧道R的上方。为了建设此地下工程，必须在运营隧道R的上方开挖深大基坑，同时由于隧道已投入正式运营，不能随意停用隧道且必须保证其中交通工具的安全通行。
由于深大基坑的开挖，必然会引起坑底土体的回弹变形，土体的变形也必将引起埋设于其下方土体中的运营隧道的变形，当隧道变形超过一定程度时，轻则造成隧道漏水，重则导致影响地铁车辆的安全运行，更严重的甚至会发生车毁人亡的惨剧。为避免这种情况，本发明采用了一种新颖的运营隧道上方进行深大基坑施工的方法。如图2-图5所示，首先，在运营隧道R的两侧土体中各打设一排抗拔桩1，打设抗拔桩可以采用对周边土体扰动较小的深层搅拌桩内插型钢法(即SMW工法)进行，即先在土体中打设深层搅拌桩(用搅拌机将原状软土与固化剂(一般为水泥)强行混合成水泥与土的混合浆，打桩时通过喷浆钻头灌入桩中)，在混合浆硬化前将型钢11插入搅拌桩中。在一种实施例中，搅拌桩直径为850毫米、长度为26米，内插型钢HM-500×11×15、长度为25米，型钢水平间距1.2-1.8米。抗拔桩的数量可以根据具体情况设定，抗拔桩的间距决定了型钢的水平间距。
随后，在隧道上方、两排抗拔桩之间开挖土体，直至露出抗拔桩1，此时，采用钢筋混凝土浇筑成一结构底板2，此结构底板2跨接在隧道两侧的抗拔桩1上，并且通过其中的锚固钢筋与相对的两根抗拔桩1中的型钢连接在一起，此种连接可以是所述锚固钢筋与所述型钢的焊接，也可以是在所述型钢上端打一连接孔，所述锚固钢筋穿过所述连接孔与型钢有效连接。这样，由结构底板2和抗拔桩1在运营隧道的两侧及上方构成一防隧道变形结构，该结构如同一道保护“箍”限制了隧道和其周边土体的变形，从而避免了隧道下方土体由于压力失衡而回弹引起的隧道变形。
在本发明施工方法的另一实施例中，在运营隧道R的两侧土体中各平行打设多排抗拔桩1，结构底板2跨接在隧道两侧的抗拔桩1上，并且通过其中的锚固钢筋与相对的多根抗拔桩1中的型钢连接在一起，此种连接是通过在所述型钢上端打一连接孔、所述锚固钢筋穿过所述连接孔与型钢有效连接而形成的。通过上述方法，可进一步提高所述防隧道变形结构的强度，更加有效地限制了隧道和其周边土体的变形。
在本发明施工方法的实际运用中，还可以根据施工现场的土体情况增加地基加固步骤，即在打设抗拔桩之前或同时，根据运营隧道的实际情况，对其周边土体实行地基加固，增强周边土体抵抗变形的能力。地基加固可采用多种方法，例如，可采用对地铁隧道影响较小的双液分层注浆和三轴机械成孔的深层搅拌桩加固法。具体地，在隧道边0.5米范围内采用水玻璃加水泥双液分层注浆加固法，隧道外侧0.5米范围外采用三轴搅拌机成孔的深层搅拌桩加固法，地基加固的要求由加固体28天无侧限抗压强度q_u28来衡量，即q_u28≥1.2MPa。
本发明施工方法的实际运用中，当运营隧道上方需开挖的面积较大时，按上述方法如果一次性全部挖开则可能仍难以控制运营隧道的变形。因此，在上述土体开挖时，采取分块施工的方法，具体如图3和图4所示。图3中虚线表示运营隧道R，沿着隧道的长度方向，将所需开挖的基坑分成若干块I-V，依次先进行一块，一块开挖完成后，即进行结构底板的安置或浇筑，并与抗拔桩连接，最终构成如图4所示的分块开挖结构。此分块施工方法可采用信息化施工方法实时监测工程周围建筑结构的受力情况以决定每块的开挖面积，每一块土体开挖完成后，限时放置或浇筑结构底板2。
此外，为了进一步抵消因挖土所引起的卸荷效应，抵消隧道一部分卸荷回弹量，在放置或浇筑结构底板2之后，在此结构底板上堆加载荷3，这些载荷3可以是沙袋、钢材、砼块等，堆积高度和密度可以采用信息化施工方法实时监测隧道变形情况而定，如高度为2-3米，密度为3-5MPa。这一堆载步骤对于分块施工的情况是特别有效的。堆载可在整个结构底板形成并达到一定强度之后根据需要撤除或在整个地下工程完成之后撤除。
采用本发明上述方法所进行的深大基坑开挖施工以及由此所形成的运营隧道防变形结构，可以有效地控制运营隧道因其上方土体开挖而引起的变形，确保运营隧道的安全。例如，采用本发明施工方法可使区间隧道的最大回弹变形控制在12.25毫米(下行线)-17.5毫米(上行线)之间，完全可以满足《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》的要求。
以上结合较佳实施便对本发明的施工方法及形成的防变形结构进行了详细描述。但对于本技术领域普通技术人员而言，显然可以了解上述描述对本发明的保护范围没有限制，例如，在本发明的实质精神范围内可以根据施工现场的实际情况对前述步骤进行多种组合，而这些组合都将落入本发明的保护范围内。