矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构及构建方法
【专利摘要】本发明涉及矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构及构建方法。新建线路下穿既有车站的沉降变形大。本发明在隧道开挖前，在隧道掌子面处施做深孔注浆加固体，采用环形开挖预留核心土法对称开挖左右线内外侧上、下导洞，及时施做初期支护，在既有车站下方纵向设置千斤顶，架设侧墙竖向型钢钢架。本发明由钢架+H钢+液压千斤顶+加劲肋板+注浆材料等协同作用，采取液压同步控制顶升技术并结合其他辅助措施，通过预安装在新建初支结构上的多个大吨位千斤顶形成群顶支撑对既有地铁结构提供反力补偿，形成刚性、可调的联合支护体系，对上部既有车站结构形成支撑，达到有效控制既有车站结构变形的目的。
【专利说明】
矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构及构建方法
技术领域
[0001]本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构及构建方法。
【背景技术】
[0002]随着我国城市轨道交通的大规模建设，城市地下空问利用率在逐步增加，新建线路需下穿既有线路的情况越来越多。穿越方式有上穿、下穿和侧穿三种，其中下穿既有地铁线路工程，特别是暗挖隧道下穿既有地铁车站工程技术难度最大，风险最高。在地铁隧道穿越既有车站施工过程中，会对围岩土体产生扰动并引起地层变形，当变形达到一定程度时将影响到既有地铁车站的运营安全。同时，地铁隧道施工超前加固措施控制不当时，可能引起既有地铁车站的沉降或隆起，甚至产生破坏性影响，严重时还将影响到相关人员的生命财产安全，尤其是在城市闹市区，如果出现这类问题，将产生非常恶劣的社会影响。
[0003]—般新建线路下穿既有车站传统的设计方法是在新隧道与既有结构之间保留2m?3m的夹层土，通过注浆(大管棚、小导管或深孔注浆)或冻结等方法提前加固夹层土，以减小隧道开挖时既有车站底板的沉降变形。实践发现上述工法产生的变形依然很大，且上层结构一旦产生沉降变形即使通过再次注浆加固后也很难恢复，已无法满足地铁工程发展的需要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构及构建方法，对上部既有车站结构形成支撑，达到有效控制既有车站结构变形的目的。
[0005]本发明所采用的技术方案为:
矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构，其特征在于:
既有车站下方为矩形隧道，矩形隧道内设置有初期支护，初期支护包括沿隧道方向均匀分布的矩形环向的钢架；
初期支护顶部紧贴既有车站的既有车站底板垫层；
初期支护每隔三榀钢架设置一榀H钢，H钢内部设置横竖交叉设置的的H钢，顶部H钢与顶部H钢下方的其他H钢顶部之间设置有千斤顶。
[0006]千斤顶顶部与H钢之间设置有顶钢板，千斤顶底部与H钢之间设置有底钢板，千斤顶底部外围环周设置有固定于底钢板的竖向的脚钢板。
[0007]H钢设置有加劲肋板，位于对应千斤顶的位置。
[0008]矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构的构建方法，其特征在于:
包括以下步骤:
步骤一:地层预加固:
隧道开挖前，在隧道掌子面处施做深孔注浆加固体，形成有效的止水帷幕，消除潜水及承压水层对暗挖作业的不利影响;注浆由下向上，纵向分两次进行，搭接2-3 m;加固后，开挖面土体无侧限抗压强度达到0.5MPa，周边土体加固区达到1.0Mpa ；
步骤二:外侧上、下导洞开挖:
采用环形开挖预留核心土法对称开挖左右线内外侧上、下导洞，及时施做初期支护，开挖时将初期支护底面下的土体掏除，初期支护顶面与既有车站底板垫层密贴;初期支护包括沿隧道方向均匀分布的矩形环向的钢架，每隔三榀钢架设置一榀H钢，H钢内部设置横竖交叉设置的的H钢，在顶部H钢与顶部H钢下方的其他H钢顶部之间安装千斤顶，千斤顶就位后，及时对千斤顶预加顶力30t，按5t分级加载;导洞贯通后临时封端，在导洞内沿侧壁打设导管对注浆加固区土体进行补充注浆；
步骤三:浇筑外侧侧墙及部分顶、底板:
从内往外，后退着饶筑侧墙及部分顶、底板结构，环向分2次施工，纵向每段4-6m，临时仰拱拆除与侧墙浇筑对应，每段6_8m，拆一段浇筑一段，二衬混凝土达到强度后，拆除模板，并架设临时钢支撑；
步骤四:内侧上、下导洞开挖:
左右线对称进行，同步骤二开挖左右线内侧上、下导洞并临时封端;根据地铁结构沉降监测情况，实时调整千斤顶4顶力；
步骤五:浇筑内侧侧墙及剩余部分顶、底板:
从内往外，同步骤三后退着浇筑侧墙及部分顶、底板结构，并架设临时钢支撑；
步骤六:拆除临时支撑，下穿既有线段施工完成。
[0009]本发明具有以下优点:
1、本发明遵循新建隧道与既有结构刚性接触的原则，施工采用分部开挖、部部成环措施，支顶采用主动支顶、分级加载、动态调整措施。
[0010]2、本发明的支护结构体系由钢架+H钢+液压千斤顶+加劲肋板+注浆加固体等支护措施协调共同作用，形成刚性、可调的联合支护体系，对上部既有车站结构形成支撑，能有效控制既有车站结构的变形，保证其运营安全。
[0011]3、矩形隧道结构顶板与既有车站底板刚性密贴接触，避免了新、旧结构之间夹持土层需采取管幕及超前外扩注浆等措施，减少投入，具有经济、高效的优点。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的纵剖面示意图。
[0013]图2是本发明的横剖面示意图。
[0014]图3是本发明的C节点大样图(千斤顶)。
[0015]图4是本发明的A-Atflj面图。
[0016]图5是本发明的B-B剖面图。
[0017]图中，1-既有车站，2-H钢，3-钢架，4-千斤顶，5_核心土，6_注浆加固体，7_初期支护，8-加劲肋板，9-顶钢板，10-脚钢板，11-底钢板，12-既有车站底板垫层。
【具体实施方式】
[0018]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0019]本发明涉及矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构，在矿山法隧道开挖前，在隧道掌子面处施做深孔注浆加固体6，采用环形开挖预留核心土法对称开挖左右线内外侧上、下导洞，及时施做初期支护7，既有车站I下方纵向每隔3榀格栅钢架设置I榀千斤顶4+型钢钢架3，左、右线每个里程断面各设3台100 t液压自锁式千斤顶4。开挖时先架设侧墙竖向型钢钢架3，焊接连接筋;再安装顶部型钢钢架3，千斤顶4应安装到型钢钢架3中预留的固定位置，其与型钢钢架3相连接部位的安装方法如图4所示。由钢架3+H钢2+液压千斤顶4+加劲肋板8+注浆加固体6等协同作用，形成刚性、可调的联合支护体系，对上部既有车站结构形成支撑。其中，注浆加固体6为普通水泥-水玻璃双液浆，周边土体加固区采用硫铝酸盐水泥。
[0020]具体结构是:
既有车站I下方为矩形隧道，矩形隧道内设置有初期支护7。初期支护7包括沿隧道方向均匀分布的矩形环向的钢架3;初期支护7顶部紧贴既有车站I的既有车站底板垫层12;初期支护7每隔三榀钢架3设置一榀H钢2，H钢2内部设置横竖交叉设置的的H钢2，顶部H钢2与顶部H钢2下方的其他H钢2顶部之间设置有千斤顶4。左、右线每个里程断面各设3台100 t液压自锁式千斤顶4。
[0021]千斤顶4顶部与H钢2之间设置有顶钢板9，千斤顶4底部与H钢2之间设置有底钢板11，千斤顶4底部外围环周设置有固定于底钢板11的竖向的脚钢板113H钢2设置有加劲肋板，位于对应千斤顶4的位置。
[0022]上述矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构的构建方法，包括以下步骤: 步骤一:地层预加固:
隧道开挖前，在隧道掌子面处施做深孔注浆加固体6，形成有效的止水帷幕，消除潜水及承压水层对暗挖作业的不利影响；注浆由下向上，纵向分两次进行，搭接2-3 m;加固后，开挖面土体无侧限抗压强度达到0.5MPa，周边土体加固区达到1.0Mpa ；
步骤二:外侧上、下导洞开挖:
采用环形开挖预留核心土法对称开挖左右线内外侧上、下导洞，及时施做初期支护7，开挖时将初期支护7底面下的土体掏除，初期支护7顶面与既有车站底板垫层12密贴;初期支护7包括沿隧道方向均匀分布的矩形环向的钢架3，每隔三榀钢架3设置一榀H钢2，H钢2内部设置横竖交叉设置的的H钢2，在顶部H钢2与顶部H钢2下方的其他H钢2顶部之间安装千斤顶4，千斤顶4就位后，及时对千斤顶预加顶力30t，按5t分级加载；导洞贯通后临时封端，在导洞内沿侧壁打设导管对注浆加固区土体进行补充注浆；
步骤三:浇筑外侧侧墙及部分顶、底板:
从内往外，后退着饶筑侧墙及部分顶、底板结构，环向分2次施工，纵向每段4-6m，临时仰拱拆除与侧墙浇筑对应，每段6_8m，拆一段浇筑一段，二衬混凝土达到强度后，拆除模板，并架设临时钢支撑(0400x5钢管@3m);
步骤四:内侧上、下导洞开挖:
左右线对称进行，同步骤二开挖左右线内侧上、下导洞并临时封端;根据地铁结构沉降监测情况，实时调整千斤顶4顶力；
步骤五:浇筑内侧侧墙及剩余部分顶、底板:
从内往外，同步骤三后退着浇筑侧墙及部分顶、底板结构，并架设临时钢支撑(0400x5钢管@3m); 步骤六:拆除临时支撑，下穿既有线段施工完成。
[0023]本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构，其特征在于: 既有车站(I)下方为矩形隧道，矩形隧道内设置有初期支护(7)，初期支护(7)包括沿隧道方向均匀分布的矩形环向的钢架(3); 初期支护(7 )顶部紧贴既有车站(I)的既有车站底板垫层(12); 初期支护(7)每隔三榀钢架(3)设置一榀H钢(2)，H钢(2)内部设置横竖交叉设置的的H钢(2)，顶部H钢(2)与顶部H钢(2)下方的其他H钢(2)顶部之间设置有千斤顶(4)。2.根据权利要求1所述的矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构，其特征在于: 千斤顶(4)顶部与H钢(2)之间设置有顶钢板(9)，千斤顶(4)底部与H钢(2)之间设置有底钢板(11)，千斤顶(4)底部外围环周设置有固定于底钢板(11)的竖向的脚钢板(10)。3.根据权利要求1所述的矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构，其特征在于: H钢(2)设置有加劲肋板，位于对应千斤顶(4)的位置。4.矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构的构建方法，其特征在于: 包括以下步骤: 步骤一:地层预加固: 隧道开挖前，在隧道掌子面处施做深孔注浆加固体(6)，形成有效的止水帷幕，消除潜水及承压水层对暗挖作业的不利影响；注浆由下向上，纵向分两次进行，搭接2-3 m;加固后，开挖面土体无侧限抗压强度达到0.5MPa，周边土体加固区达到1.0Mpa ； 步骤二:外侧上、下导洞开挖: 采用环形开挖预留核心土法对称开挖左右线内外侧上、下导洞，及时施做初期支护(7)，开挖时将初期支护(7)底面下的土体掏除，初期支护(7)顶面与既有车站底板垫层(12)密贴;初期支护(7)包括沿隧道方向均匀分布的矩形环向的钢架(3)，每隔三榀钢架(3)设置一榀H钢(2)，!1钢(2)内部设置横竖交叉设置的的H钢(2)，在顶部H钢(2)与顶部H钢(2)下方的其他H钢(2)顶部之间安装千斤顶(4)，千斤顶(4)就位后，及时对千斤顶预加顶力30t，按5t分级加载;导洞贯通后临时封端，在导洞内沿侧壁打设导管对注浆加固区土体进行补充注浆； 步骤三:浇筑外侧侧墙及部分顶、底板: 从内往外，后退着饶筑侧墙及部分顶、底板结构，环向分2次施工，纵向每段4-6m，临时仰拱拆除与侧墙浇筑对应，每段6_8m，拆一段浇筑一段，二衬混凝土达到强度后，拆除模板，并架设临时钢支撑； 步骤四:内侧上、下导洞开挖: 左右线对称进行，同步骤二开挖左右线内侧上、下导洞并临时封端;根据地铁结构沉降监测情况，实时调整千斤顶4顶力； 步骤五:浇筑内侧侧墙及剩余部分顶、底板: 从内往外，同步骤三后退着浇筑侧墙及部分顶、底板结构，并架设临时钢支撑； 步骤六:拆除临时支撑，下穿既有线段施工完成。
【文档编号】E21D15/54GK106050245SQ201610627661
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】贾少春, 王春希, 王立新, 高志宏, 戴志仁, 王俊, 王天明, 张海, 倪飞, 高升, 段亚刚, 翁木生, 王博, 王海祥, 雷永生, 向阳, 马晓波
【申请人】中铁第勘察设计院集团有限公司, 中铁第一勘察设计院集团有限公司