软土富水大断面隧道群下穿构筑物的加固结构及方法与流程

本发明属于地下工程建设技术领域，具体涉及一种软土富水大断面隧道群下穿构筑物的加固结构及方法。

背景技术

随着城市地下工程不断建设和轨道交通日益发展，不断涌现出新建工程与既有工程之间上跨、下穿等交叉施工形态。在软土、富水地层进行浅埋暗挖大断面隧道、隧道群施工极易出现喷砂涌水、地面沉降过大、初支变形过大乃至局部坍塌等风险，特别是当地面存在敏感性构筑物、大直径管线，不具备明挖施工条件时，采用传统暗挖法很难满足变形控制要求，施工会严重影响构筑物的结构安全和正常使用功能。有必要针对上述问题，研究一种安全可靠的加固结构及方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种软土富水大断面隧道群下穿构筑物的加固结构及方法，适用于暗挖隧道下穿既有敏感构筑物，确保结构安全以及正常使用。

本发明所采用的技术方案为：

软土富水大断面隧道群下穿构筑物的加固结构，其特征在于：

包括隧道上方既有构筑物和其下方的暗挖隧道洞群结构；

隧道上方既有构筑物两侧的暗挖隧道端部施做有横向成排的垂直地层加固柔性桩，垂直地层加固柔性桩的加固宽度延伸到隧道开挖线外；

隧道上方既有构筑物底部设置有水平的托底管棚；

暗挖隧道两侧和拱顶设置有水平地层加固止水桩，端部与垂直地层加固柔性桩搭接；

暗挖隧道外圈设置有暗挖超前管棚。

隧道上方既有构筑物两侧设置有插入隧道上方既有构筑物下方的斜向注浆管，隧道上方既有构筑物下方与暗挖隧道之间通过斜向注浆管灌注形成注浆加固体。

隧道上方既有构筑物的变形缝处设置有临时型钢支架作为抑制错台变形的支撑。

相邻的垂直地层加固柔性桩外圈互相咬合。

横向成排布置的垂直地层加固柔性桩在横断面方向上呈门字型，临近构筑物的桩顶高于地下水位线，暗挖隧道范围内的中间桩底部高于两侧桩底部。

托底管棚内设置有钢筋笼，托底管棚布置时避开隧道上方既有构筑物的变形缝。

暗挖隧道的超前管棚布置在水平地层加固止水桩内侧。

暗挖隧道端部的隧道上方既有构筑物两侧设置有端头明挖井，端头明挖井周边为端头明挖井围护桩或端头明挖井围护墙，端头明挖井围护桩或端头明挖井围护墙位于垂直地层加固柔性桩外侧。

软土富水大断面隧道群下穿构筑物的加固方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：在隧道上方既有构筑物结构边线外设置端头明挖井，端头明挖井作为后期暗挖隧道水平加固保护措施的施工空间和暗挖隧道的出土口；施工端头井明挖段的端头明挖井围护桩或端头明挖井围护墙，同步进行垂直地层加固柔性桩和隧道上方既有构筑物两侧的斜向注浆管的施工；

步骤二：在隧道施工影响范围内的隧道上方既有构筑物变形缝处设置临时型钢支架支撑；

步骤三：分层开挖端头井明挖隧道，挖至隧道上方既有构筑物基础附近标高位置时，进行托底管棚的施工；

步骤四：分区分块施工隧道上方既有构筑物下方的水平地层加固止水桩，水平地层加固止水桩按照“先周边，后中间”的顺序进行施工，两端与垂直地层加固柔性桩有效搭接0.5～1.0m，保证封水效果；

当端头井开挖至暗挖隧道断面位置时，分段施工暗挖隧道拱部水平地层加固止水桩及暗挖超前管棚，管棚施工采取有效的防喷砂涌水工艺。

步骤二中，在隧道上方的既有构筑物内布置有变形监测点，对隧道上方既有构筑物的监测数据实时采集，如结构或管线变形超警戒值，通过斜向注浆管对隧道上方既有构筑物进行补偿注浆，控制结构变形。

本发明具有以下优点：

本发明适用于软土富水地区隧道下穿市政综合管廊、大直径管线等敏感性构筑物，通过地面垂直地层加固及洞内水平地层加固止水桩、托底管棚及暗挖超前管棚支护，形成有效止水、隔离土体变形、控制隧道施工对上覆构筑物的影响，避免对既有构筑物及内部管线进行迁移迁改和破坏，施工方便，采用常规施工设备即可完成，安全性高，社会效益和经济效益均十分明显。

附图说明

图1为本发明平面布置示意图；

图2为本发明沿隧道线路方向剖面图；

图3为本发明横向剖面图；

图4为本发明构筑物变形缝型钢支架支撑图。

图中，1-隧道上方既有构筑物，2-暗挖隧道洞群结构，3-垂直地层加固柔性桩，4-水平地层加固止水桩，5-托底管棚，6-暗挖超前管棚，7-端头明挖井围护桩（或墙），8-斜向注浆管，9-临时型钢支架，10-端头明挖井，11-注浆加固体，l-变形缝临时支架长度。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及软土富水大断面隧道群下穿构筑物的加固结构，包括隧道上方既有构筑物1和其下方的暗挖隧道洞群结构2。

隧道上方既有构筑物1两侧的暗挖隧道端部施做有横向成排的垂直地层加固柔性桩3，垂直地层加固柔性桩3的加固宽度延伸到隧道开挖线外一定距离，分布于地面有条件施工的区域。相邻的垂直地层加固柔性桩3外圈互相咬合，中间桩间距可适当加大。横向成排布置的垂直地层加固柔性桩3在横断面方向上呈门字型，临近构筑物的桩顶需高于地下水位线，暗挖隧道范围内的中间桩底部高于两侧桩底部。垂直地层加固柔性桩3需要加固至软弱地层底部，两侧加固深至不透水层内不小于0.5m，加固宽度大于隧道开挖线外侧不小于2m。按照“先周边，后中间”的顺序进行垂直地层加固柔性桩3施工,周边按照每次间隔1个，跳跃式成桩，两边强度平衡，减少桩间咬合率低的问题。

隧道上方既有构筑物1底部设置有水平的托底管棚5，托底管棚5需距离构筑物底部一定距离，同时避开构筑物变形缝，管棚内部设置钢筋笼，管棚可注浆，注浆结束后采用水泥砂浆充填，以增强管棚强度。

暗挖隧道两侧和拱顶设置有水平地层加固止水桩4，设置范围为隧道上方既有构筑物1底部垂直地层加固柔性桩3不能覆盖的区域。水平地层加固止水桩4端部与垂直地层加固柔性桩3平面内不重合设置，但纵向接口处需进行适当搭接。暗挖隧道外圈设置有暗挖超前管棚6，布置在水平地层加固止水桩4内侧。

隧道上方既有构筑物1两侧设置有插入隧道上方既有构筑物1下方的斜向注浆管8，深入基础底部，隧道上方既有构筑物1下方与暗挖隧道之间可以通过斜向注浆管8灌注形成注浆加固体11。斜向注浆管8按照一定间距布置，暗挖隧道施工过程中若发现变形超限可跟踪补偿注浆，控制变形。

隧道上方既有构筑物1的变形缝处设置有临时型钢支架9作为抑制变形错台的支撑。

暗挖隧道端部的隧道上方既有构筑物1两侧设置有端头明挖井10，端头明挖井10周边为端头明挖井围护桩7（或端头明挖井围护墙），端头明挖井围护桩7（或端头明挖井围护墙）位于垂直地层加固柔性桩3外侧。

软土富水大断面隧道群下穿构筑物的加固方法，包括以下步骤：

步骤一：在隧道上方既有构筑物1结构边线外一定水平距离外设置端头明挖井10，端头明挖井10作为后期暗挖隧道水平加固保护措施的施工空间和暗挖隧道的出土口；施工端头井明挖段的端头明挖井围护桩7（或端头明挖井围护墙），同步进行垂直地层加固柔性桩3和隧道上方既有构筑物1两侧的斜向注浆管8的施工；

步骤二：在隧道施工影响范围内的隧道上方既有构筑物1变形缝处设置临时型钢支架9支撑，临时型钢支架9应根据构筑物内净空尺寸制定，型钢顶、底部与构筑物空隙处塞填密实；

步骤三：分层开挖端头井明挖隧道，挖至隧道上方既有构筑物1基础附近标高位置时，进行托底管棚5的施工，托底管棚5应避开构筑物变形缝、并距离构筑物基础底一定距离，如按照0.5m控制，托底管棚5按照一定水平间距布置；

步骤四：分区分块施工隧道上方既有构筑物1下方的水平地层加固止水桩4，水平地层加固止水桩4按照“先周边，后中间”的顺序进行施工，两端与垂直地层加固柔性桩3有效搭接0.5～1.0m，保证封水效果；

在端头井开挖至暗挖隧道断面位置时，分段施工暗挖隧道拱部的水平加固止水桩（4）及暗挖超前管棚6，管棚施工采取有效的防喷砂涌水工艺。

暗挖隧道群2开挖前要对加固体结构的质量进行检测，检测合格后，根据隧道断面大小及形状，分部分台阶进行暗挖隧道开挖，架设隧道初支及支撑，浇筑隧道结构。隧道开挖进尺可根据监测数据动态控制。

步骤二中，在隧道上方既有构筑物1内外布置变形监测点，对隧道上方既有构筑物1的监测数据实时采集，如结构及管线变形超报警值，通过斜向注浆管8对隧道上方既有构筑物1基础下方进行补偿注浆，控制结构变形。

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。