既有隧道上方基坑开挖保护结构的制作方法

本实用新型地铁施工，具体涉及既有线地铁隧道上方基坑施工时，针对既有隧道进行保护的板桩结合的施工结构，该施工结构降低了在进行基坑开挖时对既有线隧道的扰动。

背景技术：

随着我国地铁、市政和铁路等盾构隧道在国内大规模的建设及通车运行，城市地下空间开发过程中涌现出越来越多的既有盾构隧道上方进行基坑开挖的复杂工程，基坑开挖会使得邻近隧道的原有受力平衡被打破，影响地铁的安全性。既有盾构隧道上方进行基坑开挖，由于土体开挖的卸载作用，导致隧道上方土体回弹，引起盾构隧道产生隆起位移和横截面收敛变形，可能影响地铁盾构隧道的结构安全。既有隧道上方基坑开挖这一问题由于其复杂性和重要性日益受到工程界的重视。相关学者运用数值模拟验证大面积基坑分仓开挖方案比不分仓开挖方案能有效控制既有盾构隧道的隆起变形，但理论研究存在诸多假设且计算方法繁杂，对实际工程指导意义有限。在既有盾构隧道上方进行基坑开挖的工程，一般采用土体加固等措施即可达到工程安全的目的，但是应对复杂的工况时，目前相关研究较少，可提供的技术支撑不足。

技术实现要素：

本实用新型根据现有技术的不足提供了一种既有隧道上方基坑开挖保护结构，该保护结构通过针对基坑施工区域进行加固处理，并在既有隧道两侧施工抗拔桩，基坑施工时先针对隧道两侧的土体开挖施工底板，抗拔桩和两侧的底板相锚固成为一个整体，通过板桩结合对既有隧道两侧起约束作用，降低了对既有线隧道的扰动，达到了在基坑开挖过程中对既有隧道的保护目的。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供的技术方案为：所述一种既有隧道上方基坑开挖保护结构，包括基坑围护桩、mjs地基加固层、抗拔桩和既有隧道两侧区域的基坑底板，所述mjs地基加固层是在基坑开挖前在既有隧道周围采用mjs工法桩施工而成的加固体，其加固深度至既有隧道底面以下至少3m，加固范围为既有隧道周围不小于3m的区域，且既有隧道上下左右距离mjs地基加固层的间距不小于1m；所述抗拔桩是在基坑开挖前，mjs地基加固层施工完成之后，沿着既有隧道延伸方向在既有隧道两侧施工的钻孔桩，抗拔桩的桩体置于mjs地基加固层内，并与mjs地基加固层连为一体，其桩底延伸至既有隧道底面以下至少3m；所述既有隧道两侧区域的基坑底板在既有隧道正上方区域的基坑土体开挖之前施工而成，并与mjs地基加固层及抗拔桩连为一个整体。

本实用新型进一步的技术方案：所述基坑围护桩包括围设在基坑开挖区域边缘的全套管咬合桩和基坑开挖区域内的分区隔断桩，位于既有隧道正上方的隔断桩为mjs工法桩，并在桩体内插入型钢，其它区域的隔断桩为钻孔桩；且基坑分区间隔为3～4m。

本实用新型进一步的技术方案：所述既有隧道两侧区域的基坑底板施工完成后，进行既有隧道正上方区域的基坑施工。

本实用新型进一步的技术方案：所述抗拔桩位于基坑底面以上的区域回填水泥土，并在既有隧道两侧区域的基坑开挖过程中连同基坑内开挖土体一起去除，在既有隧道两侧区域的基坑底板施工完成后，通过20kpa的压重使抗拔桩与既有隧道两侧区域的基坑底板固定连接。

本实用新型较优的技术方案：所述隧道正上方基坑围护桩的桩体与既有隧道之间的距离不小于1m。

本实用新型的有益效果：本实用新型中结构增强了土体的刚度和抗隆起能力，减小开挖阶段隧道的隆起量，降低了对既有线隧道的扰动，最大程度的对既有线隧道起到了保护作用。在卸荷规模更大、工况更复杂的条件下，有效解决了既有线隧道上方深大基坑开挖的难题，满足了地铁隧道变形保护要求，确保了地铁运营的安全，该结构具有较强的适应性，可广泛用于其他在区间隧道上方施工深基坑的项目中。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是实施例中基坑分区示意图；

图3是实施例中既有线隧道上方基坑加固平面布置图；

图4至图7是实施例中基坑的施工过程示意图。

图中：1—基坑围护桩，100—全套管咬合桩，101—分区隔断桩，2—mjs地基加固层，3—抗拔桩，4—既有隧道，5—既有隧道两侧区域的基坑底板，6—既有线隧道上方基坑底板，7—冠梁，8—混凝土支撑，9—既有隧道正上方区域的基坑内土体，10—基坑开挖区域

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。附图1至图7为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本实用新型实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本实用新型的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例中提供的一种既有隧道上方基坑开挖保护结构，如图1和图3所示，包括基坑围护桩1、mjs地基加固层2、抗拔桩3和既有隧道两侧区域的基坑底板5，如图2所示，所述基坑围护桩1包括围设在基坑开挖区域边缘的全套管咬合桩100和基坑开挖区域内的分区隔断桩101，位于既有隧道4正上方的隔断桩为mjs工法桩，并在桩体内插入型钢，其它区域的隔断桩为钻孔桩；且基坑分区间隔为3～4m，所述基坑围护桩1的桩体与既有隧道4之间的距离不小于1m。

如图1和图3所示，所述mjs地基加固层2是在基坑开挖前在既有隧道4周围采用mjs工法桩施工而成的加固体，其加固深度至既有隧道4底面以下至少3m，加固范围为既有隧道周围不小于3m的区域，且既有隧道4上下左右距离mjs地基加固层2的间距不小于1m；所述抗拔桩3是在基坑开挖前，mjs地基加固层2施工完成之后，沿着既有隧道4延伸方向在既有隧道4两侧施工的钻孔桩，抗拔桩3的桩体置于mjs地基加固层2内，并与mjs地基加固层2连为一体，其桩底延伸至既有隧道4底面以下至少3m。所述抗拔桩3位于基坑底面以上的区域回填水泥土，并在既有隧道两侧区域的基坑开挖过程中连同基坑内开挖土体一起去除，所述既有隧道4两侧区域的基坑施工完成后，进行既有隧道正上方区域的基坑施工，在既有隧道两侧区域的基坑底板5施工完成后，通过20kpa的压重使抗拔桩3与既有隧道两侧区域的基坑底板5固定连接，并与mjs地基加固层2连为一个整体。

下面结合具体实例对本实用新型的施工过程进一步说明，实施例是针对某个地铁施工项目的换乘厅的施工，该换乘厅位于既有1号线隧道上方，距离1号线左线最近处1.55m，南侧紧邻1号线a出入口位置。由于距离既有隧道距离太近，在进行基坑开挖过程中会对既有隧道造成扰动，为了降低基坑施工过程中对既有隧道造成扰动，该项目的负责人采用本实用新型的保护结构进行施工，该基坑的开挖分成八个区域，中间采用分隔桩101进行分隔，具体如图3所示，每个小基坑的宽度为3m，并按照图中一至八的顺序分别进行施工，其基坑的施工过程如下：mjs加固→咬合桩→钻孔桩→插型钢→冠梁及支撑→基坑开挖→结构施工→围护结构拆除→与周边已完工结构连接，下面针对基坑的施工进行详细说明，具体步骤如下：

(1)首先针对基坑范围的土体进行mjs加固，如图4所示，其加固深度为既有隧道4最低面以下至少3m，加固范围为既有隧道4周围不小于3m的区域。通过试桩来确定mjs施工参数，严格控制注浆压力、回浆压力、注浆量等施工参数，本区域mjs加固施工距离隧道最近处仅1m。通过施工前测量的隧道位置，隧道两侧桩位施工时，根据桩位平面位置对比确定桩与隧道间距离，桩位位置与隧道边缘间距控制在1.1m，从而保证成桩后与隧道间距不小于1m；隧道上方加固施工时，根据桩位平面位置确定每根桩的桩底标高，施工前全站仪放出桩位点，测量桩位处地面高程，确定桩长，再开始加固施工，确保隧道与加固桩底的净距满足设计要求。施工过程中做好记录，控制好下钻深度，做到精细管理。在mjs加固施工过程中，通过自动化监测实时监控隧道变形情况，发现数据异常，立即停止施工，查明原因，及时处理。

(2)施工基坑开挖区域的围护桩施工，如图3所示，包括基坑开挖区域边缘的全套管咬合桩100和基坑分区隔断桩101，分区隔断桩101采用钻孔桩，分隔要求是间隔3m左右一个区域，位于既有隧道左线正上方的分区隔断桩101采用mjs桩中插型钢的方式，根据mjs桩位位置及桩长准备好相应长度的型钢，做好润滑保护，mjs桩施工完成后立即插入型钢，按mjs桩底标高控制型钢插入深度。围护桩1的桩位与1号线的两条既有隧道4最小间距1m，在隧道两侧。通过施工前测量的隧道位置，根据桩位平面位置对比确定桩与隧道间距离，桩位位置与隧道边缘间距控制在1.1m，从而保证成桩后与隧道间距不小于1m。灌注混凝土时注意控制灌注标高，不超灌，减少桩头破除扰动土体，空灌部分及时砂土回填。施工区域一次围蔽，连续施工，过程中保证成孔、灌注高效运转，在素桩低强度时切割桩体，提高切桩效率，减少对周边土体的扰动。

(3)在既有隧道4两侧沿着隧道延伸方向施工抗拔桩3，抗拔桩采用钻孔桩，如图5所示，抗拔桩3的桩体置于mjs地基加固层2内，并与mjs地基加固层2连为一体，其桩底延伸至既有隧道4底面以下至少3m，所述抗拔桩3位于基坑底面以上的区域回填水泥土，基坑以下的部分灌注混凝土。抗拔桩3在施工时，通过施工前测量的隧道位置，隧道两侧桩位施工时，根据桩位平面位置对比确定桩与隧道间距离，桩位位置与隧道边缘间距控制在1.1m，从而保证成桩后与隧道间距不小于1m；隧道上方抗拔桩施工时，根据桩位平面位置确定每根桩的桩底标高，施工前全站仪放出桩位点，测量桩位处地面高程，确定桩长，再开始施工，确保隧道与桩底的净距满足设计要求。配置好护壁泥浆，防止塌孔。做好施工组织，保证成孔后及时灌注，空灌部分灌注完及时回填，防止孔壁塌方，扰动周边土体。施工过程中做好记录，控制好下钻深度，做到精细管理。灌注混凝土时注意控制灌注标高，不超灌，减少桩头破除扰动土体。

(4)施工冠梁7及混凝土支撑8，在施工冠梁7及混凝土支撑8时桩头凿除采用人工，冠梁施工时围护桩型钢做好隔离，方便后期拔出型钢，混凝土支撑拆除采用绳锯切割拆除，对于板撑、盖板等需要拆除的板状结构施工时提前留好切割孔，拆除时切割分块运走。

(5)开挖基坑，分区开挖，相邻区域不能同时一起挖，每个区域基坑开挖时，先挖隧道两侧的区域，保留隧道正上方区域的土方，在两侧区域挖设到底板的位置，施工既有隧道两侧区域的基坑底板5，并在既有隧道两侧区域的基坑底板5施工完成后，在底板上压重20kpa，将既有隧道两侧区域的基坑底板5与抗拔桩3以及mjs地基加固层2连为一体，如图6所示，在隧道两侧进行防护结构，最后开挖既有隧道正上方区域的基坑内土体9并开挖至底板位置，施工既有线隧道上方基坑底板6并与既有隧道两侧区域的基坑底板5连为一体，如图7所示。

在基坑开挖过程中，根据施工场地周围建筑物和地下管线、现行技术标准、地质资料做好深基坑施工组织设计和施工操作规程，通过技术交底，使全体施工人员认识到深基坑开挖支撑施工是整个工程施工中的关键工序。开挖前确定围护结构的完整性，对缺陷提前采用加固止水。基坑开挖应严格按照“时空效应”理论，采用分层、分区挖土，并遵循“竖向分层、纵向分区、横向分块开挖，先支后挖。”的原则。开挖过程中，对缺陷部位进行探挖，确定无渗漏水后方可进行下一步开挖。支撑先撑后挖。基坑开挖场地内不堆土，基坑土方挖出后直接装车外运。基坑开挖先撑后挖，控制基坑变形尽可能小。基坑见底后分段施工底板，快速封底，减小基坑变形。

(6)基坑开挖完成后，施工地铁换乘厅的结构，并在结构施工完成后割除位于既有隧道左线正上方的分区隔断桩101的型钢，拆除围护结构，并与周边已完工结构连接。

采用分仓开挖方案，将既有线隧道上方区域分成八个小基坑，分阶段进行分仓施工。为了减小单次开挖的卸荷量、暴露时间及减小开挖过程对变形的累加效应，充分利用土体回弹时空效应与隧道结构刚度，形成了“弹钢琴”开挖技术，即在大跨度基坑内设置一系列与隧道近似正交的围护“分隔墙”，形成好像钢琴键盘的一系列小基坑。每个小基坑先开挖既有线隧道两侧土，既有线上方进行预留核心土反压，抗拔桩和两侧的底板相锚固成为一个整体，然后再开挖既有线正上方的土，两侧桩在加固体内对既有线两侧起约束作用，降低了对既有线隧道的扰动。每个小基坑底板分步全部施工完成后，回筑侧墙和结构顶板，并覆土，然后开始下一阶段小基坑施工。实施例中的基坑围护结构采用咬合桩，在既有隧道周围采用mjs加固，mjs是一种全方位地基加固的施工方法，对周边环境及地基扰动影响极其微小。mjs可增强既有线隧道周围土体刚度，降低对既有线隧道的扰动。

综上所述，为本实用新型列举的一个实施例，但本实用新型不仅限于上述实施例，只要以任何相同或相似的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型保护的范围。

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