CN108532609A - 一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，包括以下步骤：确定基坑土方开挖方案、确定基坑抗***措施、确定地下水控制措施、隔断基坑与既有隧道之间土体变形传递的措施、抵抗基坑拆除支撑对既有隧道的影响措施、进行基坑和既有隧道变形影响的敏感性分析。本发明针对基坑土方开挖方案、基坑抗***措施、地下水控制措施、隔断基坑与既有隧道之间土体变形传递的措施、抵抗基坑拆除支撑对既有隧道的影响措施实现各环节精准控制，对限制基坑施工引起的基坑自身及邻近高铁或地铁隧道变形效果明显，为保证高铁或地铁隧道结构和运营安全及基坑自身的安全起到了重大的作用。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，越来越多的城市建设开发项目紧邻城市铁路及城市轨道交通工程，而超大型基坑工程的施工（特别是一些地下水位较高的临海地区）对既有高铁或地铁隧道的结构及运营安全造成较大的影响。
目前，国内对基坑施工引起邻近的高铁隧道或地铁隧道的变形，一般均采用数值模拟分析来计算预测，基本上是“一事一议”。对基坑施工相关要素对邻近高铁或地铁隧道变形影响的敏感性分析，国内尚无报道，也就是说，基坑施工中采取哪些针对性工程措施精准控制邻近高铁或地铁隧道的变形，国内目前尚未开展***性研究。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法。
本发明的技术方案是：一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，包括以下步骤：
（ⅰ）确定基坑土方开挖方案
为降低基坑开挖对既有隧道的影响，基坑采用后退式开挖，开挖应遵循沿既有隧道侧由远及近、分段分块、随挖随撑、及时封闭的原则，采用分块分段条带形式进行开挖，基坑开挖至基底后，采用钢筋混凝土板快速封闭基坑坑底。
（ⅱ）确定基坑抗***措施
基坑开挖会引起坑底土体***回弹，进而带动周边土体回弹，从而对基坑邻近隧道变形产生影响，为限制坑底***对隧道的影响，采取以下两种措施
其一，根据基坑开挖仿真模拟软件计算结果，针对基坑坑底出现上部位移的土层，在基坑坑底作基坑抗***桩；
其二，当基坑开挖到基坑坑底时，立即在基坑坑底施作钢筋混凝土板。
（ⅲ）确定地下水控制措施
针对地下水位较高、基坑开挖时需进行降水的地区，为最大限度减小基坑降水对既有隧道及基坑自身的影响，主要采取基坑内和基坑外控水措施。
（ⅳ）隔断基坑与既有隧道之间土体变形传递的措施
为隔断基坑与既有隧道之间土体变形的传递，降低基坑施工对既有隧道的变形影响，在基坑与既有隧道之间应设隔离墙，起到隔断隔离墙内外土体的变形传递、减小基坑施工对既有隧道的变形影响作用。
（ⅴ）抵抗基坑拆除支撑对既有隧道的影响措施
针对坑深较深的基坑，基坑拆除支撑会进一步加大围护结构的位移，进而对邻近既有隧道结构造成更大影响，为减小基坑拆撑对既有隧道的影响，主要采取以下措施，
其一、对于地下室外墙与基坑围护结构之间存在肥槽的基坑，为减小基坑围护结构继续向着坑内方向发生位移，基坑在邻近既有隧道施工时，肥槽回填材料建议采用C25混凝土，这样既可以减小基坑围护结构发生位移的几率，又保护了邻近隧道的安全；
其二、基坑地下室各层板与周边围护结构之间应采用板带连接件。
（ⅵ）进行基坑和既有隧道变形影响的敏感性分析
根据不同基坑加固方式的分析及数值模拟计算，得出不同基坑加固方式，对基坑及周边环境影响有所差异，进一步分析不同基坑加固措施对基坑及既有隧道变形影响的灵敏性。
所述步骤（ⅰ）~步骤（ⅵ）均基于数值模拟分析。
所述基坑内和基坑外控水措施为以下措施；
其一、基坑与既有隧道之间应设止水帷幕，止水帷幕应截断既有隧道所处的承压水含水层，如隧道未处于承压水层，止水帷幕应截断隧道所处土层下部的承压水层；
其二、坑内基坑降水井采取浅埋密布的原则，其井底在基坑坑底2m左右，基坑降水应尽量避免扰动既有隧道下部的承压水层；
其三、基坑与既有隧道之间应设置承压水回灌井，来确保既有隧道一侧下部承压水水位不下降。
基坑沿垂直既有隧道方向每次开挖宽度不大于沿既有隧道方向基坑长度的1/10，所述沿既有隧道方向基坑长度为L，当1/10L大于8m时，开挖宽度取8m；单次基坑开挖面积不大于基坑总面积的1/30。
所述基坑抗***桩的桩底应嵌入到基坑下部位移超过1mm土层的下层土层，嵌入深度大于3m。
所述钢筋混凝土底板应在基坑开挖到坑底后立即施作，钢筋混凝土底板的板厚不小于400mm。
所述止水帷幕截断既有隧道所处的承压水含水层，且其底部低于隧底净距不小于1m；如隧道未处于承压水含水层，止水帷幕截断隧道所处土层下部的承压水层，且其嵌入承压水层下部土体深度不小于3m。
所述止水帷幕兼做隔离墙。
本发明针对基坑土方开挖方案、基坑抗***措施、地下水控制措施、隔断基坑与既有隧道之间土体变形传递的措施、抵抗基坑拆除支撑对既有隧道的影响措施实现各环节精准控制，对限制基坑施工引起的基坑自身及邻近高铁或地铁隧道变形效果明显，为保证高铁或地铁隧道结构和运营安全及基坑自身的安全起到了重大的作用。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明中基坑开挖范围及步骤的示意图；
图3为本发明中基坑抗***桩、钢筋混凝土板及肥槽回填的示意图；
图4为本发明中止水帷幕的示意图；
图5为本发明中基坑降水井及承压水回灌井的示意图；
图6为本发明中采取各措施后基坑施工对基坑***的变形影响敏感性分析示意图；
图7为本发明中采取各措施后基坑施工对基坑周边土体沉降的变形影响敏感性分析示意图；
图8为本发明中采取各措施后基坑施工对基坑围护结构水位位移的变形影响敏感性分析示意图；
图9为本发明中采取各措施后基坑施工对周边既有隧道的结构变形影响敏感性分析示意图；
其中：
1 既有隧道 2 基坑
3 基坑开挖宽度 4 肥槽回填
5 钢筋混凝土板 6 锚固结构
7 围护结构 8 止水帷幕
9 基坑抗***桩 10 板带连接件
11 承压水含水层 12 基坑降水井
13 承压水回灌井 14 基坑坑底
L为沿既有隧道方向基坑长度。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1~9所示，一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，包括以下步骤：
（ⅰ）确定基坑土方开挖方案
为降低基坑2开挖对既有隧道的影响，基坑2采用后退式开挖，开挖应遵循沿既有隧道1侧由远及近、分段分块、随挖随撑、及时封闭的原则，采用分块分段条带形式进行开挖，基坑开挖至基底后，采用钢筋混凝土板快速封闭基坑坑底。
（ⅱ）确定基坑抗***措施
基坑2开挖会引起坑底土体***回弹，进而带动周边土体回弹，从而对基坑邻近隧道变形产生影响，为限制坑底***对隧道的影响，采取以下两种措施；
其一，根据基坑开挖仿真模拟软件计算结果，针对基坑坑底出现上部位移的土层，在基坑坑底作基坑抗***桩9；
其二，当基坑开挖到基坑坑底14时，立即在基坑坑底14施作钢筋混凝土板5。
（ⅲ）确定地下水控制措施
针对地下水位较高、基坑开挖时需进行降水的地区，为最大限度减小基坑降水对既有隧道1及基坑2自身的影响，主要采取基坑内和基坑外控水措施；
其一、基坑与既有隧道1之间应设止水帷幕8，止水帷幕8应截断既有隧道1所处的承压水含水层11，如隧道未处于承压水层，止水帷幕8应截断隧道所处土层下部的承压水层；
其二、坑内基坑降水井12采取浅埋密布的原则，其井底在基坑坑底2m左右，基坑降水应尽量避免扰动既有隧道1下部的承压水层；
其三、基坑2与既有隧道1之间应设置承压水回灌井13，来确保既有隧道1一侧下部承压水水位不下降。
（ⅳ）隔断基坑与既有隧道之间土体变形传递的措施
为隔断基坑2与既有隧道1之间土体变形的传递，降低基坑施工对既有隧道1的变形影响，在基坑2与既有隧道1之间应设隔离墙，起到隔断隔离墙内外土体的变形传递、减小基坑施工对既有隧道1的变形影响作用。
（ⅴ）抵抗基坑拆除支撑对既有隧道的影响措施
针对坑深较深的基坑2，基坑拆除支撑会进一步加大围护结构7的位移，进而对邻近既有隧道1结构造成更大影响，为减小基坑拆撑对既有隧道1的影响，主要采取以下措施，
其一、对于地下室外墙与基坑围护结构之间存在肥槽的基坑，为减小基坑围护结构继续向着坑内方向发生位移，基坑在邻近既有隧道1施工时，肥槽回填4材料建议采用C25混凝土，这样既可以减小基坑围护结构7发生位移的几率，又保护了邻近隧道的安全；
其二、基坑地下室各层板与周边围护结构之间应采用板带连接件10；
（ⅵ）进行基坑和既有隧道变形影响的敏感性分析
根据不同基坑加固方式的分析及数值模拟计算，得出不同基坑加固方式，对基坑及周边环境影响有所差异，进一步分析不同基坑加固措施对基坑及既有隧道1变形影响的灵敏性。
所述步骤（ⅰ）~步骤（ⅵ）均基于数值模拟分析。
所述基坑内和基坑外控水措施为以下措施；
其一、基坑2与既有隧道1之间应设止水帷幕8，止水帷幕8应截断既有隧道1所处的承压水含水层11，如隧道未处于承压水层，止水帷幕应截断隧道所处土层下部的承压水层；
其二、坑内基坑降水井采取浅埋密布的原则，其井底在基坑坑底2m左右，基坑降水应尽量避免扰动既有隧道1下部的承压水层；
其三、基坑2与既有隧道1之间应设置承压水回灌井13，来确保既有隧道1一侧下部承压水水位不下降。
基坑2沿垂直既有隧道1方向每次开挖宽度不大于沿既有隧道方向基坑长度的1/10，所述沿既有隧道方向基坑长度为L，当1/10L大于8m时，开挖宽度取8m；单次基坑开挖面积不大于基坑总面积的1/30。
所述基坑抗***桩9的桩底应嵌入到基坑下部位移超过1mm土层的下层土层，嵌入深度大于3m。
所述钢筋混凝土板5应在基坑开挖到坑底后立即施作，钢筋混凝土板5的板厚不小于400mm。
所述止水帷幕8截断既有隧道1所处的承压水含水层11，且其底部低于隧底净距不小于1m；如隧道未处于承压水含水层11，止水帷幕8截断隧道所处土层下部的承压水层，且其嵌入承压水层下部土体深度不小于3m。
所述止水帷幕8兼做隔离墙。
所述钢筋混凝土板5与维护结构7之间设置有锚固结构6。
所述既有隧道1为既有高铁隧道或既有地铁隧道。
实施例一
如图2所示，基坑2沿垂直既有隧道方向每次开挖的基坑开挖宽度3不应大于基坑2平行既有隧道侧沿既有隧道方向基坑长度L的1/10，当1/10L大于8m时，开挖宽度3取8m；单次基坑开挖面积不应大于基坑总面积的1/30。本发明实施例基坑沿既有隧道方向长度L约220m，可知1/10L大于8m，故每次基坑开挖宽度3为8m。
如图3所示，根据数值模拟软件计算结果，基坑抗***桩9的桩底应嵌入到基坑2下部位移超过1mm土层的下层土层，嵌入深度大于3m。钢筋混凝土板5应在基坑2开挖到坑底后立即施作，板厚不应小于400mm。
本发明实施例根据仿真模拟计算结果，基坑2底以下32m范围内土层的***值均大于1mm，基坑抗***桩9的设置长度为35m，钢筋混凝土板5厚度为400mm。根据本发明实例，地下室与基坑围护结构之间存在肥槽，采用C25混凝土进行回填。所述混凝土的标号不低于C25。
如图4所示，止水帷幕8应截断既有隧道1所处的承压水含水层11，且墙底低于隧底净距不小于1m；如隧道1未处于承压水层，止水帷幕8应截断隧道1所处土层下部的承压水层，且嵌入承压水层下部土体深度不小于3m。
本发明实施例既有高铁隧道正好位于承压水含水层11，止水帷幕8设置为嵌入承压水层下部土体3m。
如图5所示，基坑降水井12采取“浅埋密布”的原则，井底在基坑底部14约2m，基坑降水应尽量避免扰动既有隧道1下部的承压水层11。基坑2与既有隧道1之间应设置承压水回灌井13，来确保既有隧道1一侧下部承压水水位不下降。
本发明实施例基坑降水井井深均在基坑底以下2m，并在基坑与隧道之间设置自动回灌井。
如图6~9所示，本发明实施例的采取各措施后基坑及隧道较未采取措施前变形变化量的统计柱状图。横坐标为采取的各种变形控制措施，纵坐标为采取措施后变形的减小量（单位为mm）。
如图6~9所示，针对基坑底***方面，采取坑底抗***桩+钢筋混凝土板的效果最好，采取该措施后坑底***值减小了27.6mm，减小率达到67.3%。针对基坑沉降方面，采取分段分层开挖措施的效果最好，采取该措施后基坑沉降减小了2.8mm，减小率达到17.1%。
针对基坑围护结构水平位移方面，采取坑底抗***桩+钢筋混凝土板的效果最好，采取该措施后基坑水平位移位移值减小了2.86mm，减小率达到22%。
针对既有高铁隧道变形方面，采取坑底抗***桩+钢筋混凝土底板的效果最好，采取该措施后既有高铁隧道水平位移减小了7.13mm，减小率达到78.3%；既有高铁隧道竖向位移减小了2.82mm，减小率达到53.1%。
本发明针对基坑土方开挖方案、基坑抗***措施、地下水控制措施、隔断基坑与既有隧道之间土体变形传递的措施、抵抗基坑拆除支撑对既有隧道的影响措施实现各环节精准控制，对限制基坑施工引起的基坑自身及邻近高铁或地铁隧道变形效果明显，为保证高铁或地铁隧道结构和运营安全及基坑自身的安全起到了重大的作用。
Claims (8)
1.一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）确定基坑土方开挖方案
为降低基坑开挖对既有隧道的影响，基坑采用后退式开挖，开挖应遵循沿既有隧道侧由远及近、分段分块、随挖随撑、及时封闭的原则，采用分块分段条带形式进行开挖，基坑开挖至基底后，采用钢筋混凝土板快速封闭基坑坑底；
（ⅱ）确定基坑抗***措施
基坑开挖会引起坑底土体***回弹，进而带动周边土体回弹，从而对基坑邻近隧道变形产生影响，为限制坑底***对隧道的影响，采取以下两种措施；
其一，根据基坑开挖仿真模拟软件计算结果，针对基坑坑底出现上部位移的土层，在基坑坑底作基坑抗***桩；
其二，当基坑开挖到基坑坑底时，立即在基坑坑底施作钢筋混凝土板；
（ⅲ）确定地下水控制措施
针对地下水位较高、基坑开挖时需进行降水的地区，为最大限度减小基坑降水对既有隧道及基坑自身的影响，主要采取基坑内和基坑外控水措施；
（ⅳ）隔断基坑与既有隧道之间土体变形传递的措施
为隔断基坑与既有隧道之间土体变形的传递，降低基坑施工对既有隧道的变形影响，在基坑与既有隧道之间应设隔离墙，起到隔断隔离墙内外土体的变形传递、减小基坑施工对既有隧道的变形影响作用；
（ⅴ）抵抗基坑拆除支撑对既有隧道的影响措施
针对坑深较深的基坑，基坑拆除支撑会进一步加大围护结构的位移，进而对邻近既有隧道结构造成更大影响，为减小基坑拆撑对既有隧道的影响，主要采取以下措施，
其一、对于地下室外墙与基坑围护结构之间存在肥槽的基坑，为减小基坑围护结构继续向着坑内方向发生位移，基坑在邻近既有隧道施工时，肥槽回填材料建议采用C25混凝土，这样既可以减小基坑围护结构发生位移的几率，又保护了邻近隧道的安全；
其二、基坑地下室各层板与周边围护结构之间应采用板带连接件；
（ⅵ）进行基坑和既有隧道变形影响的敏感性分析
根据不同基坑加固方式的分析及数值模拟计算，得出不同基坑加固方式，对基坑及周边环境影响有所差异，进一步分析不同基坑加固措施对基坑及既有隧道变形影响的灵敏性。
2.根据权利要求1所述的一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：所述步骤（ⅰ）~步骤（ⅵ）均基于数值模拟分析。
3.根据权利要求1所述的一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：所述基坑内和基坑外控水措施为以下措施；
其一、基坑与既有隧道之间应设止水帷幕，止水帷幕应截断既有隧道所处的承压水含水层，如隧道未处于承压水层，止水帷幕应截断隧道所处土层下部的承压水层；
其二、坑内基坑降水井采取浅埋密布的原则，其井底在基坑坑底2m左右，基坑降水应尽量避免扰动既有隧道下部的承压水层；
其三、基坑与既有隧道之间应设置承压水回灌井，来确保既有隧道一侧下部承压水水位不下降。
4.根据权利要求1所述的一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：基坑沿垂直既有隧道方向每次开挖宽度不大于沿既有隧道方向基坑长度的1/10，所述沿既有隧道方向基坑长度为L，当1/10L大于8m时，开挖宽度取8m；单次基坑开挖面积不大于基坑总面积的1/30。
5.根据权利要求1所述的一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：所述基坑抗***桩的桩底应嵌入到基坑下部位移超过1mm土层的下层土层，嵌入深度大于3m。
6.根据权利要求5所述的一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：所述钢筋混凝土底板应在基坑开挖到坑底后立即施作，钢筋混凝土底板的板厚不小于400mm。
7.根据权利要求1所述的一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：所述止水帷幕截断既有隧道所处的承压水含水层，且其底部低于隧底净距不小于1m；如隧道未处于承压水含水层，止水帷幕截断隧道所处土层下部的承压水层，且其嵌入承压水层下部土体深度不小于3m。
8.根据权利要求7所述的一种紧邻既有轨道交通隧道基坑的施工期变形控制方法，其特征在于：所述止水帷幕兼做隔离墙。
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