CN216360618U - 一种适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的保护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的保护结构，主要包括内夯桩，冠梁，覆板和换填垫层，结构主体采用钢构连接，需依次封闭半幅道路进行施作。在保证高速公路正常运营的同时，解决了施工过程中超浅埋隧道的上浮问题，控制公路结构变形，减轻了公路运营期荷载对下部隧道结构变形的影响。

Description

一种适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的保护 结构

技术领域

本实用新型涉及隧道工程和公路路基工程，适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的情况。

背景技术

下穿既有高速公路路基进行盾构施工时，有以下难点问题：

1.隧道盾构施工过程中，由于地下水位较高，隧道会受到较大浮力。超浅埋情况下，上覆土的竖直压力或不足以提供反力，造成隧道上浮，引起线路的纵断面线形偏离设计，并易导致高速公路路基的较大变形甚至破坏。

2.由于隧道埋深很浅、地基土抗剪强度很低、施工时土体受到扰动而强度下降、且注浆浆液强度不能立即形成，盾构施工过程中较易发生土体超挖等，造成高速公路路基过量沉降影响其正常使用，危害交通安全。

3.盾构隧道施工完成后，隧道上覆土重、高速公路的运营期荷载均会加剧隧道结构的横向变形，进而引发管片开裂、渗漏水等问题，给后续的列车运营带来安全隐患。为此，亟需提出一种可以分摊隧道上方的荷载、减少结构变形的保护结构。

针对隧道上浮的问题，目前的常用做法是由隧道向下安装抗拔桩，使其锚住下方地基，提供抗浮反力。但是设置抗拔桩必须要在管片上钻孔或预留孔洞以固定桩端，对隧道的强度和防水效果有不利影响。另外，单纯地设置抗拔桩亦无法解决上述问题2、3。因此，尚需一种能够双向承载的结构，在此情形下对隧道和路基进行保护。

实用新型内容

本实用新型针对超浅埋盾构隧道下穿高速公路路基的三项难点问题，设计了一种保护结构，可以同时满足承受上方荷载和抗浮的要求。

技术方案

一种适用于超浅埋盾构隧道下穿既有高速公路路基的保护结构，所述既有高速公路路基包括路基填土1和换填垫层D，盾构隧道3在地基土2内，其特征是(创新点在于)，本申请的保护结构为一支架体系，构建于地基土2内，置于盾构隧道3***，联合盾构隧道3 在地基土2内获得受力平衡；

所述支架体系包括内夯桩A，冠梁B和覆板C；

内夯桩A以横向布置的3根为一组(以两个盾构隧道3为例)，将盾构隧道3隔开，在沿隧道纵向间隔布置众多组；

冠梁B在沿隧道纵向延伸，将众多组的内夯桩A连接；

冠梁B在顶部将内夯桩A、覆板C固定；林立有序的内夯桩A为盾构隧道(3)构成隔离空间，从而在地基土(2)内获得浮力以维持受力平衡；覆板C紧贴换填垫层D。

具体的，冠梁B分别与内夯桩A、覆板C之间通过设置钢筋接头的方式连接，并设有钢筋接头。从而将覆板C承受的作用传递给内夯桩A。换填垫层D位于覆板C和冠梁B上方。

具体的：

内夯桩A采用沉管夯扩桩，即桩下端有内夯扩底形成的扩大头。作为实施例，内夯桩 A为圆桩，含有扩大头部分A2。扩大头部分A2为混凝土结构；桩上部A1为钢筋混凝土结构，配置纵筋和螺旋箍筋。

内夯桩A是受力的核心构件。其所受轴向的主动力由冠梁B传导，反力由桩侧摩阻力和桩端力提供。内夯桩A的扩大头起到提高桩端力以及提供桩端抗拔力的作用。

冠梁B为现浇钢筋混凝土结构。冠梁B起到压重抗拔和传力的作用。冠梁B为覆板C提供板侧向上或向下的反力，并传递给内夯桩A。

覆板C为现浇或预制钢筋混凝土结构，按照单向板配筋。覆板C是直接承受路基荷载或隧道上浮荷载的构件，将荷载通过冠梁B传导给内夯桩A。

换填垫层D采用粒径、级配较好填料以减少运营期内路基结构的沉降。级配不是本申请技术方案的发明任务。

附图说明

图1为实施例结构垂直隧道延伸方向的横断面图。

图2为实施例结构沿隧道延伸方向的纵断面图。

图3为本实用新型结构拱腰以上部分的受力分析图。

图4为本实用新型结构拱腰以下部分的受力分析图。

附图标号：

1为路基填土；2为地基土；3为盾构隧道；A1、A2为内夯桩(整体记为A,桩上部 A1、扩大头部分A2)；B为冠梁；C为覆板；D为换填垫层。

具体实施方式

为正确施作本使用本申请保护结构使其按照预期发挥作用，并尽量减小施工对高速公路车辆通行的不利影响。

本领域，所谓地基土2是指原有路基结构下方的土体，在地下水位以下为饱和土，系固液两相体系。其中，土中水对盾构隧道3产生浮力，土中固体颗粒将盾构隧道3的盾构管片受到的浮力传递给覆板C，并且在内夯桩A的侧面提供摩擦阻力，具有多重作用。

实施例

以盾构隧道设计有两个隧道为例。

本保护结构由内夯桩A、冠梁B和覆板C组成。内夯桩A以横向布置的3根为一组，沿隧道纵向间隔布置。冠梁B和覆板C沿隧道纵向延伸。

本结构应当按照以下的步骤施作：

1.封闭开挖：封闭隧道下穿范围内的半幅道路，并留有足够长度的过渡段，保证交通安全。开挖封闭的半幅道路至设计覆板C的底面高程。

2.打桩：放置预制桩尖，沉管至预定深度，浇灌桩端混凝土，使用静压法进行扩底形成扩大头，安放钢筋笼，浇灌桩身混凝土。桩顶应在地面以上，达到设计位置，并预留伸入冠梁B的钢筋接头。打桩作业对称进行。

3.建造覆板：安放覆板C的钢筋笼，预留深入冠梁B的钢筋接头，浇筑混凝土。也可使用预制的单向板，但注意预制时预留钢筋接头。

4.建造盖梁：在设计位置安放冠梁B的钢筋笼，与抗拔桩A、覆板C的钢筋接头焊接，浇筑混凝土，使得冠梁B与抗拔桩A、覆板C形成刚构的整体。

5.铺设换填垫层，压实。

6.恢复半幅路面：在覆板C上重新铺设路基下垫层2，重新构筑路基1并压实，重新铺装路面结构。

7.施作另外半幅路面下结构。

各构件的尺寸不仅应当满足预定的分摊荷载和抗拔的要求，还应当满足自身强度的要求以及边缘处、连接处的构造要求。在设计时，可以首先根据构造要求相关工程经验假定各构件的尺寸、内夯桩A的埋深、横向和纵向桩距，根据需求进行验算，通过验算后获得结构的内力。

以隧道上浮工况，按照抗拔桩对本保护结构进行受力分析，根据抗拔桩极限破坏的特点，用截面法分别分析计算隧道拱腰上下的结构。采用极限桩侧摩擦力R_sk与计算桩侧反力R之比作为抗拔安全系数K，即

抗拔安全系数K应满足相应的要求。

计算桩侧反力R根据拱腰以下结构的受力平衡，按下式计算：

R＝F_n-W_AX

式中：W_AX为下部隔离体中每根内夯桩A的重力；F_n为抗拔桩在拱腰截面的轴力，根据拱腰以上结构的受力平衡，按下式计算：

式中：F_F为每延米双线盾构隧道的总上浮力；W₁为每延米路基填土1的重力；W_D为每延米换填垫层D的重力；W₂为每延米上部隔离体内地基土2的重力；W₃为每延米盾构隧道 3的重力；W_AS为上部隔离体中每根内夯桩A的重力；W_B为两根桩之间冠梁B的重力；W_C为两组桩之间覆板C的重力。

带有扩大头的抗拔桩极限破坏时，下部桩身(桩底以上5d)的直径应等效为扩大头的直径D，按此直径计算桩侧极限摩阻力。考虑负摩阻力群桩效应，每根抗拔桩A的极限桩侧摩阻力R_sk按下式计算：

R_sk＝η_n·∑λ_iq_siku_il_i

式中：λ_i为抗拔系数，根据土质类型取值；q_sik为桩侧第i层土的抗压极限侧阻力标准值，根据土质类型和状态取值；u_i为破坏表面周长，根据距桩底的距离取πD或πd；l_i为桩侧第i层土的厚度；η_n为群桩效应系数，按下式计算：

式中：s_ax、s_ay为横向、纵向桩中心距；

为下隔离体各土层桩侧极限侧阻力标准值的加权平均值；γ′_m为下隔离体各土层有效重度的加权平均值。

Claims (4)

1.一种适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的保护结构，所述既有高速公路路基包括路基填土(1)和换填垫层(D)，盾构隧道(3)在地基土(2)内，其特征是，保护结构为一支架体系，构建于地基土(2)内，置于盾构隧道(3)***，联合盾构隧道(3)在地基土(2)内获得受力平衡；

所述支架体系包括内夯桩(A)，冠梁(B)和覆板(C)；

内夯桩(A)以横向布置的3根为一组，将两个盾构隧道(3)隔开，在沿隧道纵向间隔布置众多组；

冠梁(B)在沿隧道纵向延伸，将众多组的内夯桩(A)连接；

冠梁(B)在顶部将内夯桩(A)、覆板(C)固定；林立有序的内夯桩(A)为盾构隧道(3)构成隔离空间，从而在地基土(2)内获得浮力以维持受力平衡；覆板(C)紧贴换填垫层(D)。

2.如权利要求1所述的一种适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的保护结构，其特征在于，冠梁(B)分别与内夯桩(A)、覆板(C)之间通过设置钢筋接头的方式连接，并设有钢筋接头；从而将覆板(C)承受的作用传递给内夯桩(A)；换填垫层(D)位于覆板(C)和冠梁(B)上方。

3.如权利要求1或者2所述的一种适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的保护结构，其特征在于，内夯桩(A)采用沉管夯扩桩，即桩下端有内夯扩底形成的扩大头。

4.如权利要求3所述的一种适用于超浅埋隧道盾构下穿既有高速公路路基的保护结构，其特征在于，内夯桩(A)为圆桩，含有扩大头部分(A2)；扩大头部分(A2)为混凝土结构；桩上部(A1)为钢筋混凝土结构，配置纵筋和螺旋箍筋。

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