專(zhuān)利名稱(chēng)：一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道與地下工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法。主要適用于具有地震作用下液化砂土層地基中地鐵、公路與鐵路隧道上浮變形控制等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著地鐵隧道、過(guò)江隧道等基礎(chǔ)設(shè)施大量投入建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，不可避免的要穿越具有液化砂土層的受地震影響區(qū)域。地震液化場(chǎng)地，在地震作用下容易引起地下結(jié)構(gòu)物的上浮變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重上浮變形，甚至破壞。地鐵隧道、公路與鐵路隧道等屬于生命線工程，若控制不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重威脅人民生命安全。 在本發(fā)明之前，中國(guó)專(zhuān)利“具有控制變形裝置的雙層結(jié)構(gòu)圓隧道”(專(zhuān)利號(hào)ZL200510112096. I)和“雙層結(jié)構(gòu)圓隧道的控制變形方法”(專(zhuān)利號(hào)ZL200510112097. 6)，公布了一種在雙層結(jié)構(gòu)圓隧道預(yù)制管片拼裝中設(shè)置拉桿以減少隧道變形的技術(shù)方案；該技術(shù)方法對(duì)于隧道預(yù)制管片拼接過(guò)程中的微小變形有效果，且能在一定程度上的減少隧道變形；但是這樣的加強(qiáng)肋對(duì)于由于地震液化等因素引起的運(yùn)營(yíng)隧道的上浮變形無(wú)能為力，同時(shí)該法僅在隧道施工期管節(jié)連接的差異沉降控制有效，一旦運(yùn)營(yíng)隧道在地震作用下產(chǎn)生了上浮變形，該法無(wú)法對(duì)地震作用引起的隧道上浮變形起到控制效果。綜上所述，目前尚未有地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形控制的較好方法；而地鐵隧道、公路與鐵路隧道等構(gòu)件物對(duì)工后沉降要求非常嚴(yán)格，同時(shí)地震作用下液化場(chǎng)地區(qū)域隧道變形情況十分復(fù)雜；無(wú)限制的增大隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)效果不佳，且不經(jīng)濟(jì)、不環(huán)保；如何有效控制地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形控制的方法是工程師們有待解決的技術(shù)難題。因此，開(kāi)發(fā)一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形控制的技術(shù)方案成為一個(gè)刻不容緩的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷和不足，解決目前常用運(yùn)營(yíng)隧道沉降控制方法無(wú)法有效防止地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的問(wèn)題，提出一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法，使線性通長(zhǎng)無(wú)控制隧道改變?yōu)榉侄慰刂平Y(jié)構(gòu)物，有效控制運(yùn)營(yíng)隧道結(jié)構(gòu)的上浮扭曲變形問(wèn)題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為在運(yùn)營(yíng)隧道兩側(cè)開(kāi)挖豎向工作井至隧道頂部高程，然后在兩側(cè)工作井內(nèi)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，接著在隧道頂高程處通過(guò)傳力頂鐵和導(dǎo)向軌道，用支承于基坑后座上的液壓千斤頂將管壓入土層中，同時(shí)挖除并運(yùn)走管正面的泥土 ；當(dāng)?shù)谝还?jié)管全部頂入土層后，接著將第二節(jié)管接在后面繼續(xù)頂進(jìn)，這樣將一節(jié)節(jié)管子頂入，作好接口，建成涵管；在涵管孔里放置鋼筋籠并水平澆筑混凝土，形成運(yùn)營(yíng)隧道頂橫梁，該梁與兩側(cè)的鉆孔灌注樁一起形成運(yùn)營(yíng)隧道門(mén)形控制結(jié)構(gòu)，頂橫梁與灌注樁固定連接，最后回填壓實(shí)工作井；沿運(yùn)營(yíng)隧道方向具有液化層地段區(qū)域間隔200 m - 500 m布置一個(gè)門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物。所述的頂橫梁，由一根或多根直徑為600-1500 mm，長(zhǎng)度為10-25 m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物組成，在運(yùn)營(yíng)隧道上方2-5 m距離處頂進(jìn)施工，挖空涵管內(nèi)部土體并通過(guò)工作井運(yùn)走被挖出的土體，續(xù)而在挖空的涵管內(nèi)下放鋼筋籠并澆注混凝土，形成單根直徑為600-1500mm的鋼筋混凝土橫梁。施工過(guò)程中，涵管外側(cè)布設(shè)注漿管，當(dāng)施工遇到困難時(shí)，注射適量泥漿以減少阻抗力，提高施工效率。所述的鉆孔灌注樁，為鉆孔咬合鋼筋混凝土樁，其直徑為500-1200 mm，樁長(zhǎng)為5-40 m，相鄰兩根樁互相部分咬合，與頂橫梁通過(guò)鋼筋籠固定連接。所述的工作井，包括出發(fā)井和接收井，井的深度、長(zhǎng)度與寬度根據(jù)設(shè)計(jì)要求而定，深度一般為10-25 m，長(zhǎng)度一般為20-25 m，寬度一般為10-20 m，工作井用地下連續(xù)墻支護(hù)， 并距離運(yùn)營(yíng)隧道最短距離不小于5 m ;灌注樁施工和頂橫梁施工完成后，對(duì)工作井進(jìn)行回填并適當(dāng)壓密。一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法，包括以下技術(shù)步驟
(1)測(cè)量放線，確定地震作用下液化層運(yùn)營(yíng)隧道區(qū)域所對(duì)應(yīng)的地面位置，在運(yùn)營(yíng)隧道兩側(cè)2-5 m處距離外確定兩個(gè)工作井的施工位置，架設(shè)施工機(jī)械；
(2)在設(shè)計(jì)工作井的施工位置，按照設(shè)計(jì)參數(shù)打設(shè)地下連續(xù)墻，形成封閉截面；
(3)待地下連續(xù)墻達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，挖除地下連續(xù)墻內(nèi)部土體，并在底部進(jìn)行止水處理，防止地下水滲入，在運(yùn)營(yíng)隧道兩側(cè)分別形成頂橫梁施工所需的出發(fā)井和接收井；
(4)在出發(fā)井和接收井兩工作井內(nèi)施工鉆孔咬合鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)至設(shè)計(jì)深度，并在樁頂預(yù)留一定長(zhǎng)度鋼筋籠與頂橫梁鋼筋籠固定綁扎連接；
(5)在出發(fā)井底部側(cè)面以上1-2m處頂橫梁頂進(jìn)施工的位置，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工頂橫梁施工所需要的反力墻；
(6)在運(yùn)營(yíng)隧道上方2-5m處設(shè)計(jì)位置，依次頂管施工每段涵管，使涵管從出發(fā)井頂進(jìn)到接收井，若遇到頂進(jìn)困難地段，通過(guò)在涵管外側(cè)布設(shè)的注漿管注射適量泥漿以減少阻抗力，提高施工效率；
(7)完成涵管施工后，挖出涵管內(nèi)的土體，通過(guò)工作井工作平臺(tái)運(yùn)出土體；通過(guò)工作井下放鋼筋籠，把鋼筋籠布置在被挖空的涵管中間，并與預(yù)留部分長(zhǎng)度的灌注樁鋼筋供綁扎連接，續(xù)而澆注混凝土，形成現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂橫梁；頂橫梁與鉆孔灌注樁形成門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物；
(8)完成整體門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，待混凝土初凝之后，在工作井內(nèi)回填土體并壓實(shí)；
(9)重復(fù)步驟(I) (8)，在沿運(yùn)營(yíng)隧道方向上有液化土層地段，每間隔200m - 500 m施工一個(gè)門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，最后完成地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制技術(shù)的整體施工。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于在運(yùn)營(yíng)隧道上方埋設(shè)頂橫梁，與鉆孔咬合灌注樁組合應(yīng)用形成整體門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，沿運(yùn)營(yíng)隧道方向具有液化層地段區(qū)域間隔200 m - 500 m布置一個(gè)門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，整體控制運(yùn)營(yíng)隧道在地震作用下隧道上浮扭曲變形問(wèn)題，使線性通長(zhǎng)無(wú)控制隧道改變?yōu)榉侄慰刂平Y(jié)構(gòu)物，有效控制運(yùn)營(yíng)隧道結(jié)構(gòu)的上浮扭曲變形。該技術(shù)方法施工期間不影響隧道正常通車(chē)，可以在隧道運(yùn)營(yíng)之前施工，也可以在隧道運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)潛在液化層地段區(qū)域后再施工；該技術(shù)方案不需要進(jìn)行大量開(kāi)挖，工程量少，工程造價(jià)低，相對(duì)少量的開(kāi)挖對(duì)周?chē)ㄖ镆约斑\(yùn)營(yíng)隧道的影響小；在地下施工，環(huán)境影響小；可一次性解決液化層區(qū)域在地震作用下上浮變形問(wèn)題，永絕后患，減小了長(zhǎng)期維護(hù)的費(fèi)用，保證運(yùn)營(yíng)安全。該方法施工工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，便于質(zhì)量控制，經(jīng)濟(jì)效益明顯，處理效果顯著。


圖I為本發(fā)明的縱向結(jié)構(gòu)布置示意 圖2為本發(fā)明抗隧道上浮結(jié)構(gòu)的縱截面示意 圖3為本發(fā)明頂橫梁結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
其中，I為地表面，2為可液化土層，3為運(yùn)營(yíng)隧道，4為出發(fā)工作井，5為接收工作井，6為地下連續(xù)墻,7為止水底板,8為涵管,9為涵管上注衆(zhòng)管，10為頂管反力墻，11為頂橫梁鋼筋籠，12為頂橫梁，13為灌注樁鋼筋籠，14為鉆孔咬合鋼筋混凝土灌注樁。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅局限于本實(shí)施方式的描述。在地表面I以下含有可液化土層2和運(yùn)營(yíng)隧道3的場(chǎng)地區(qū)域，一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法，如圖1-3所示，包括出發(fā)工作井4，接收工作井5，地下連續(xù)墻6，止水底板7，涵管8，涵管上注漿管9，頂管反力墻10，頂橫梁鋼筋籠11，頂橫梁12，灌注樁鋼筋籠13，和鉆孔咬合鋼筋混凝土灌注樁14。實(shí)施時(shí)，首先測(cè)量放線，確定地震作用下液化層2運(yùn)營(yíng)隧道3區(qū)域所對(duì)應(yīng)的地面位置，在運(yùn)營(yíng)隧道3兩側(cè)一定距離外確定出發(fā)工作井4和接收工作井5的施工位置，架設(shè)施工機(jī)械；接著，在設(shè)計(jì)工作井4、5的施工位置，按照設(shè)計(jì)參數(shù)打設(shè)地下連續(xù)墻6，形成封閉截面；待地下連續(xù)墻6達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，挖除地下連續(xù)墻6內(nèi)部土體，并在底部用止水底板7進(jìn)行止水處理，防止地下水滲入，在運(yùn)營(yíng)隧道3兩側(cè)分別形成頂橫梁施工所需的出發(fā)井4和接收井5 ;在出發(fā)工作井4和接收工作井5內(nèi)鉆孔咬合鋼筋混凝土灌注樁14基礎(chǔ)至設(shè)計(jì)深度，并在樁頂預(yù)留一定長(zhǎng)度鋼筋籠13與頂橫梁鋼筋籠11固定綁扎連接；在出發(fā)井4涵管頂進(jìn)施工的位置，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工頂橫梁施工所需要的反力墻10 ;在運(yùn)營(yíng)隧道下方設(shè)計(jì)位置，通過(guò)傳力頂鐵和導(dǎo)向軌道，用支承于基坑后座上的液壓千斤頂將管壓入土層中，同時(shí)挖除并運(yùn)走管正面的泥土 ；當(dāng)?shù)谝还?jié)管全部頂入土層后，接著將第二節(jié)管接在后面繼續(xù)頂進(jìn)，這樣將一節(jié)節(jié)管子頂入，作好接口，建成涵管；依次頂管施工每段涵管8，使涵管8從出發(fā)井4頂進(jìn)到接收井5，若遇到頂進(jìn)困難地段，通過(guò)在涵管8外側(cè)布設(shè)的注漿管9注射適量泥漿以減少阻抗力，提高施工效率；完成涵管8施工后，挖出涵管8內(nèi)的土體，通過(guò)工作井4、5工作平臺(tái)運(yùn)出土體；通過(guò)出發(fā)工作井4下放頂拱板鋼筋籠11，把頂拱板鋼筋籠11布置在被挖空的涵管8中間，并將構(gòu)造鋼筋11與預(yù)留部分長(zhǎng)度的灌注樁14的鋼筋籠13綁扎固定連接，續(xù)而澆注混凝土，形成現(xiàn)澆鋼筋混凝土橫向構(gòu)建物頂橫梁12 ;完成頂橫梁12澆注施工之后，形成整體門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物；待混凝土初凝之后，出發(fā)工作井4和接收工作井5內(nèi)回填土體并壓實(shí)；完成一個(gè)拱形控制構(gòu)建物。重復(fù)上述步驟，在沿運(yùn)營(yíng)隧道方向上有液化土層地段，每間隔200 m - 500 m施工一個(gè)門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，最后完成地震作用 下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制技術(shù)的整體施工。
權(quán)利要求
1.一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法，其特征在于以下步驟 (1)測(cè)量放線，確定地震作用下液化層運(yùn)營(yíng)隧道區(qū)域所對(duì)應(yīng)的地面位置，在運(yùn)營(yíng)隧道兩側(cè)2-5 m處距離外確定兩個(gè)工作井的施工位置，架設(shè)施工機(jī)械； (2)在設(shè)計(jì)工作井的施工位置，按照設(shè)計(jì)參數(shù)打設(shè)地下連續(xù)墻，形成封閉截面； (3)待地下連續(xù)墻達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，挖除地下連續(xù)墻內(nèi)部土體，并在底部進(jìn)行止水處理，防止地下水滲入，在運(yùn)營(yíng)隧道兩側(cè)分別形成頂橫梁施工所需的出發(fā)井和接收井； (4)在出發(fā)井和接收井兩工作井內(nèi)施工鉆孔咬合鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)至設(shè)計(jì)深度，并在樁頂預(yù)留一定長(zhǎng)度鋼筋籠與頂橫梁鋼筋籠固定綁扎連接； (5)在出發(fā)井底部側(cè)面以上1-2m處頂橫梁頂進(jìn)施工的位置，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工頂橫 梁施工所需要的反力墻； (6)在運(yùn)營(yíng)隧道上方2-5m處設(shè)計(jì)位置，依次頂管施工每段涵管，使涵管從出發(fā)井頂進(jìn)到接收井，若遇到頂進(jìn)困難地段，通過(guò)在涵管外側(cè)布設(shè)的注漿管注射適量泥漿以減少阻抗力，提高施工效率； (7)完成涵管施工后，挖出涵管內(nèi)的土體，通過(guò)工作井工作平臺(tái)運(yùn)出土體；通過(guò)工作井下放鋼筋籠，把鋼筋籠布置在被挖空的涵管中間，并與預(yù)留部分長(zhǎng)度的灌注樁鋼筋供綁扎連接，續(xù)而澆注混凝土，形成現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂橫梁；頂橫梁與鉆孔灌注樁形成門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物； (8)完成整體門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，待混凝土初凝之后，在工作井內(nèi)回填土體并壓實(shí)； (9)重復(fù)步驟(I) (8)，在沿運(yùn)營(yíng)隧道方向上有液化土層地段，每間隔200m - 500 m施工一個(gè)門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，最后完成地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制技術(shù)的整體施工。
2.權(quán)利要求I所述的一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法的頂橫梁，其特征在于頂橫梁由一根或多根直徑為600-1500 _，長(zhǎng)度為10-25 m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物組成，由頂橫梁施工位置布置在運(yùn)營(yíng)隧道上方2-5 m距離處，涵管外側(cè)布設(shè)注漿管。
3.權(quán)利要求I所述的一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法的灌注樁，其特征在于灌注樁為鉆孔咬合鋼筋混凝土樁，其直徑為500-1200 mm,樁長(zhǎng)為5_40 m,相鄰兩根樁互相部分咬合，與頂橫梁通過(guò)鋼筋籠綁扎固定連接。
4.權(quán)利要求I所述的運(yùn)一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法的工作井，其特征在于工作井深度為10-25 m，長(zhǎng)度為20-25 m，寬度為10-20 m，工作井與運(yùn)營(yíng)隧道的最短距離不小于5 m。
全文摘要
一種地震作用下液化場(chǎng)地運(yùn)營(yíng)隧道上浮變形的控制方法，在運(yùn)營(yíng)隧道兩側(cè)開(kāi)挖豎向工作井至隧道頂部高程，然后在兩側(cè)工作井內(nèi)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，接著在隧道頂高程處進(jìn)行橫向頂管，在涵管孔里放置鋼筋籠并水平澆筑混凝土，形成運(yùn)營(yíng)隧道頂橫梁，該梁與兩側(cè)的鉆孔灌注樁一起形成運(yùn)營(yíng)隧道門(mén)形控制結(jié)構(gòu)，頂橫梁與灌注樁通過(guò)鋼筋籠綁扎固定連接，最后回填壓實(shí)工作井。沿運(yùn)營(yíng)隧道方向具有液化層地段區(qū)域間隔200m-500m布置一個(gè)門(mén)形控制結(jié)構(gòu)物，使線性通長(zhǎng)無(wú)控制隧道改變?yōu)榉侄慰刂平Y(jié)構(gòu)物。該技術(shù)方法施工期間不影響隧道正常通車(chē)，不需要進(jìn)行大量開(kāi)挖，工程造價(jià)低，對(duì)周?chē)ㄖ镆约斑\(yùn)營(yíng)隧道的影響較小；減少長(zhǎng)期維護(hù)的費(fèi)用，保證運(yùn)營(yíng)安全。
文檔編號(hào)E21D9/00GK102966356SQ20121052138
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者劉漢龍, 孔綱強(qiáng), 陳育民, 丁選明 申請(qǐng)人:河海大學(xué)