CN113653105A - 一种既有地铁结构抗浮体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种既有地铁结构抗浮体系及其施工方法，属于轨道交通技术领域，该抗浮体系包括设置在地铁隧道壁面外侧的土体加固区，在所述土体加固区内设有N根竖直设置的抗拔桩，N根抗拔桩的顶部通过抗浮梁相连接形成网格结构，在所述土体加固区的顶部设有箱涵底板，所述箱涵底板与所述网格结构连接在一起。通过施工阶段逐步形成的抗浮体系，将箱涵底板兼做抗浮板，通过箱涵底板的自重以及抗拔桩侧摩阻力来抵消地铁结构所受到的浮力，创新性地解决了由于新建箱涵施工开挖造成的既有地铁结构抗浮承载力不足的问题。

Description

一种既有地铁结构抗浮体系及其施工方法

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体是涉及一种既有地铁结构抗浮体系及其施工方法。

背景技术

随着城市规模往特大、超大城市的发展，城市空间不断挖掘利用，建设用地矛盾加剧。竖向空间上新建构筑物会对既有地下结构产生一定的影响，尤其对于既有地铁结构覆土不深，在其上方开挖新建其他构筑物，将引起既有地铁结构的上浮变形及内力变化问题，例如：在覆土不深的既有地铁结构上方新建市政箱涵结构，新建箱涵结构施工时，伴随着基坑的开挖，引起下方既有地铁结构的盾构区间上浮变形，同时新建箱涵底板与地铁结构顶部竖向空间不足，难以设置常规抗浮体系，由此引发新建箱涵施工期间地铁结构安全性降低、地铁运营风险性增加、市政箱涵施工难度增大等一系列问题。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种既有地铁结构抗浮体系及其施工方法。

本发明实施例提供了一种既有地铁结构抗浮体系，该抗浮体系包括设置在地铁隧道壁面外侧的土体加固区，在所述土体加固区内设有N根竖直设置的抗拔桩，N根抗拔桩的顶部通过抗浮梁相连接形成网格结构，在所述土体加固区的顶部设有箱涵底板，所述抗浮梁内嵌于箱涵底板中。

进一步地，所述箱涵底板与所述网格结构为一体结构。

进一步地，水平抗浮梁的钢筋和抗拔桩内的钢筋的固定连接。

进一步地，土体加固区是由三轴搅拌桩加固形成的。

进一步地，所述抗拔桩位圆形截面，所述抗浮梁为矩形截面。

本发明实施例提供了基于上述任一项所述的一种既有地铁结构抗浮体系的施工方法，该方法包括如下过程：

在所述地铁隧道壁面外侧的土体进行加固形成土体加固区；在所述土体加固区施作抗拔桩；

将地铁隧道土体加固区顶部的覆土对称分成第一区域和第二区域；再分别将第一区域和第二区域分成若干个相同的区域段，

分别对第一区域和第二区域向着靠近对称线的方向同时开挖，逐渐暴露土体加固区内抗拔桩顶部的破除段；

每挖完一个区域段，将所述挖完的区域段内抗拔桩顶部暴露出来，破除桩顶混凝土，使抗拔桩内钢筋与抗浮梁内钢筋连接在一起，在区域内浇筑箱涵底板，实现箱涵底板、抗浮梁以及抗拔桩的固定连接，最终将第一区域内和第二区域内的区域段依次挖完形成整体的抗浮体系。

进一步地，所述土体加固区通过三轴搅拌桩进行加固。

进一步地，在浇筑箱涵底板之前，预先在底部施作素混凝土垫层。

进一步地，将抗拔桩暴露出来的破除段凿开漏出内部的抗拔桩钢筋，然后在抗浮梁内部焊接或绑扎抗拔桩钢筋，将抗拔桩钢筋和抗浮梁钢筋固定连接实现抗拔桩和抗浮梁的连接。

进一步地，既有地铁结构整体的抗浮体系形成，箱涵主体结构施工完成之后，箱涵两侧采用碎石土进行分层压实回填。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的既有地铁抗浮体系，当既有地铁结构受到较大浮力的时候，地铁结构能够通过周边的土体加固区将浮力传递给顶部的箱涵底板，所述箱涵底板将浮力通过抗浮梁均匀传递给抗拔桩，所述抗浮梁可以避免抗拔桩顶部与箱涵底板连接处的应力过大，这样通过箱涵底板的自重以及抗拔桩外壁面与土体加固区之间的摩擦力共同抵消地铁结构受到的浮力，这样就可以在对于既有地铁结构覆土不深，在其上方开挖新建其他构筑物，解决了既有地铁结构的上浮变形及内力变化问题。

本发明提供的既有地铁抗浮体系施工方法，能够有效解决既有地铁结构顶部覆土开挖时抗浮能力不足问题；对地铁结构周边土体进行加固，提高抗浮体系传力效率和受力均匀性；地铁隧道顶部覆土采用对称分块开挖，箱涵底板分块建造，实现了从局部抗浮体系到整体抗浮体系的转换，增强既有地铁结构抗风险能力，保障新建箱涵施工期间既有地铁的正常安全运营。

附图说明

图1本发明实施例提供的与新建市政桥涵结合的既有地铁结构抗浮体系立面示意图；

图2本发明实施例提供的与新建市政桥涵结合的既有地铁结构抗浮体系平面示意图

图3本发明实施例提供的施工工序示意图

图中，1、抗浮板，2、抗浮梁，3、抗拔桩，4、土体加固区，5、既有地铁结构

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种既有地铁结构抗浮体系，该结构体系包括设置在既有地铁结构5壁面四周的土体加固区4，在所述土体加固区4的四周设有若干个抗拔桩3，这些抗拔桩3竖直插在所述土体加固区4内，且抗拔桩3的顶部通过抗浮梁2连接在一起，形成一个网格结构。

所述地铁隧道的顶部设有箱涵底板1，所述抗浮梁2内嵌在箱涵底板1中，与箱涵底板1固定在一起或者说与箱涵底板1为一体结构。

所以，本实施例提供的既有地铁抗浮体系，在既有的地铁顶部新建箱涵的时候，既有地铁结构会产生一定的上浮变形，此时既有的地铁结构能够通过周边的土体加固区4将浮力传递给顶部的箱涵底板1，所述箱涵底板1将浮力传递给抗浮梁2和抗拔桩3，这样通过箱涵底板1的自重以及抗拔桩3外壁面与土体加固区之间的摩擦力共同抵消地铁结构受到的浮力，这样就可以在对于既有地铁结构覆土不深，在其上方开挖新建其他构筑物，解决了既有地铁结构的上浮变形及内力变化问题。

优选地，本实施中的箱涵底板1为钢筋混凝土构件，现场浇筑，这样市政箱涵底板兼做既有地铁结构抗浮体系的抗浮板，其中箱涵底板厚度由结构计算确定。

为了增加箱涵底板1的重力，施工过程中可以在箱涵底板1的顶面上压土，这样可以增加箱涵底板1的重力，待箱涵底板1施工完成后浇筑箱涵腹板和箱涵顶板。

所述抗拔桩3的截面为圆形，因为其沿着轴线方向上受力，所以优选钢筋混凝土轴心受力构件。

所述抗拔桩3可以根据岩土力学参数、水位高度、侧摩阻系数等参数，计算确定抗拔桩的直径、长度、布置间距，满足抗浮设计要求。

进一步地，所述抗浮梁2为矩形截面，因为其主要承受弯矩，所以优选钢筋混凝土受弯构件。因为抗浮梁2将箱涵底板1和抗拔桩3连接形成抗浮体系，是主要传力构件，所以其构造尺寸需经计算确定。

本实施例中的抗拔桩3的顶部设有一段可以破除的区域，可以叫破除段，当将抗浮梁2与抗拔桩3的顶部连接在一起的时候，可以将抗拔桩3的顶部给凿开漏出内部的钢筋，然后将抗浮梁2内部的钢筋与抗拔桩3顶部的钢筋焊接或者通过其它的方式连接在一起，这样就实现了抗浮梁2和抗拔桩3的固定连接。

本实施例中的所述土体加固区4，可以采用三轴搅拌桩对土体进行加固，使地铁结构周围的土体形成坚硬的外壳，这样可以保证既有地铁结构所受浮力能够均匀传递给抗浮体系，同时确保覆土对称分块分层开挖的顺利进行，同时通过所述土体加固区4可以便于将地铁受到的浮力传递给顶部的箱涵底板1。

下面介绍上述实施例提供的既有地铁结构抗浮体系的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一：在所述地铁隧道壁面外侧的土体进行加固形成土体加固区4；在所述土体加固区4内施作抗拔桩；

具体的过程是在地铁隧道的顶部平整场地，然后对土体加固区4进行开挖导槽，通过三轴搅拌机对地铁隧道外侧的土体施作三轴搅拌桩，使得周围的土体形成土体加固区4，这样便使地铁结构在承受较大浮力的时候，能够将浮力通过土体加固区4进行传递。

需要说明的就是，三轴搅拌机在对导槽在施工中要随打随挖，保证浆液不外溢；同时三轴搅拌桩按设计桩长施工，同时满足相应施工工艺要求。

其中抗拔桩3的直径、长度、布置间距，根据岩土力学参数、水位高度、侧摩阻系数等参数确定，同时抗拔桩3顶部要预留破除段，便于与抗浮梁2相连接。

步骤二：将地铁隧道土体加固区顶部的覆土对称分成第一区域和第二区域；再分别将第一区域和第二区域分成若干个相同的区域段；

参见图3所示，假设在地铁隧道顶部沿着垂直于地铁隧道延伸方向的方向进行开挖，将地铁隧道顶部的区域分成左侧区域和右侧区域，其中左侧区域分成①-④区域端，右侧区域分成①-④区域段，这样设置的目的是为了便于同时对左侧区域和右侧区域同时分段进行开挖。

步骤三：分别对第一区域和第二区域向着靠近对称线的方向同时开挖，逐渐暴露土体加固区内抗拔桩顶部的破除段；

参见图3所示，在所述步骤三中在左侧区域和右侧区域分别向着中间区域进行同时开挖，或者说沿着靠近左侧区域和右侧区域的对称线方向开挖，具体地的是，先同时对左区域和右区域内的第①段进行向下开挖，然后依次对第②段、第③段以及第④段进行开挖。

在所述步骤三中，需要注意在两侧区域进行同时向下开挖的时候，要注意每层卸土厚度严格控制。

在所述步骤三中，当每个区域段开挖实际高程距设计高程0.5m时，由机械开挖转为人工开挖，开挖至设计高程，不得超挖，同时在开挖的过程中，需要将左右两个区域内第①-④区域段内的抗拔桩顶部的破除段给暴露出来。

步骤四：每挖完一个区域段将所述挖完的区域段内抗拔桩顶部暴露出来的破除段破除，与抗浮梁连接在一起，同时在区域内浇筑箱涵底板，实现箱涵底板、抗浮梁以及抗拔桩固定连接，最终将第一区域内和第二区域内的区域段依次挖完形成整体的抗浮体系；

具体地，参见图3，在所述步骤四中，当左右两个区域内的第①区域段内挖到可以浇筑箱涵底板的高程时停止，然后在第①区域段内的底部施作10cm厚C15素混凝土垫层，用作箱涵底模；将左右两侧区域内的第①区域段内抗拔桩破除段暴露出来，抗拔桩与水平抗浮梁连接在一起，与此同时在第一个区域内的每个抗拔桩的顶部开始浇筑纵向抗浮梁，准备与第②区域的内的抗拔桩连接起来；当第①个区域内抗拔桩顶部通过抗浮梁连接之后，开始在现场浇筑箱涵底板，使得第①区域内的箱涵底板与该区域内的抗拔桩顶部和抗浮梁浇筑为一体，这样就形成了局部抗浮体系。

按照上述操作流程，再次分别对左、右两个区域内的第②、第③以及第④区域内的进行开挖、浇筑抗浮梁，分段浇筑箱涵底板，最终在地铁隧道的顶部形成一个整体的抗浮体系，实现了从局部抗浮体系到整体抗浮体系的转换，参见图2。

在所述步骤四中，本实施例中的抗浮梁需要在现场浇筑，同时在浇筑箱涵底板的时候，需要预留后浇带。

需要说明的就是，在所述步骤四中，抗浮梁2和抗拔桩3具体的连接过程是，预先将抗拔桩3顶部的破除段给凿开，这样便于漏出抗拔桩内的抗拔桩钢筋，同时在抗浮梁2内穿设一些抗浮梁钢筋，将所属抗拔桩钢筋和抗浮梁钢筋焊接固定或者通过其它的方式固定在一起，这样实现抗拔桩和抗浮梁的固定。

所以本实施例提供的采用上述抗浮体系的施工方法，能够有效解决既有地铁结构顶部覆土开挖时抗浮能力不足问题；对地铁结构周边土体进行加固，提高抗浮体系传力效率和受力均匀性；地铁隧道顶部覆土采用对称分块开挖，箱涵底板分块建造，实现了从局部抗浮体系到整体抗浮体系的转换，增强既有地铁结构抗风险能力，保障新建箱涵施工期间既有地铁的正常安全运营。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种既有地铁结构抗浮体系，其特征在于，包括设置在地铁隧道壁面外侧的土体加固区，在所述土体加固区内设有N根竖直设置的抗拔桩，其中N为整数，N根抗拔桩与抗浮梁相连接形成网格结构，在所述土体加固区的顶部设有箱涵底板，所述抗浮梁内嵌于箱涵底板中。

2.如权利要求1所述的一种既有地铁结构抗浮体系，其特征在于，箱涵底板与网格结构为一体结构。

3.如权利要求1所述的一种既有地铁结构抗浮体系，其特征在于，抗浮梁内的钢筋和抗拔桩内的钢筋固定连接。

4.如权利要求1所述的一种既有地铁结构抗浮体系，其特征在于，土体加固区由三轴搅拌桩加固形成。

5.如权利要求1所述的一种既有地铁结构抗浮体系，其特征在于，所述抗拔桩位圆形截面，所述抗浮梁为矩形截面。

6.基于权利要求1-5任一项所述的一种既有地铁结构抗浮体系的施工方法，其特征在于，

在所述地铁隧道壁面外侧的土体进行加固形成土体加固区；在所述土体加固区施作抗拔桩；

将地铁隧道土体加固区顶部的覆土对称分成第一区域和第二区域；再分别将第一区域和第二区域分成若干个相同的区域段，

分别对第一区域和第二区域向着靠近对称线的方向同时开挖，逐渐暴露土体加固区内抗拔桩顶部的破除段；

每挖完一个区域段，将所述挖完的区域段内抗拔桩顶部通过抗浮梁连接在一起，同时所述挖完的区域段内浇筑箱涵底板，实现箱涵底板、抗浮梁以及抗拔桩固定连接，最终将第一区域内和第二区域内的区域段依次挖完形成整体的抗浮体系。

7.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述土体加固区通过三轴搅拌桩进行加固。

8.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，在浇筑箱涵底板之前，预先在底部施作素混凝土垫层。

9.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，将抗拔桩暴露出来的破除段破除漏出内部的抗拔桩钢筋，然后在抗浮梁内部焊接或绑扎抗拔桩钢筋，将抗拔桩钢筋和抗浮梁钢筋固定连接实现抗拔桩和抗浮梁的连接。

10.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，箱涵主体结构施工完成之后，箱涵两侧采用碎石土进行分层压实回填。

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