一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法技术

本发明专利技术涉及隧道沉降控制技术领域，具体地指一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法。沿隧道规划线路在隧道的两侧插打两排围护桩，在两排围护桩之间施工基础桩，修建降水井将两排围护桩之间的地下水水位降到基坑开挖面以下，开挖基坑，浇筑隧道，待隧道结构稳定后，封闭降水井恢复地下水水位，再在隧道的上方填筑回填土层。本发明专利技术通过提前恢复水浮力影响和考虑到围护桩的影响两方面作用，极大程度的降低了基础桩的数量，缩小了基础桩的沉降量，从而降低了整个隧道的沉降，节省成本，降低了施工难度，提高了施工进程，具有极大的推广价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道沉降控制
，具体地指一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法。
技术介绍
在软弱地层大覆土地带进行明挖隧道，由于该地带结构稳定性差，地下水位较高，在现有隧道6开挖浇筑前需要在隧道延伸方向的两侧施工钻孔灌注桩或者是地下连续墙等现有围护桩7结构。当基坑内地下水位降至开挖面以下一定深度，然后开始开挖浇筑现有隧道6，现有隧道6结构完成后，开始回填现有回填土层9，隧道完成以后拆除降水井，地下水位恢复至自然状态，围护结构为隧道横向两侧保护结构，与隧道之间没有连接关系。现有明挖隧道的沉降控制方法是基于隧道基底最不利的情况，即地下水位恢复以前，隧道的顶部全部是现有回填土层9，这部分土层的重量加上隧道本身的自重，这两部分作用力作用于隧道底部的地基上，基于这一前提条件下，然后按类似天然地基进行沉降分析，并根据沉降控制标准选择基底现有基础桩8的数量和大小。依照计算得出的参数进行施工。实际应用时，在地下水位还没有恢复时，直接在隧道的上部填充回填土层，土层回填完成后而地下水水位却没有恢复完成，此时的隧道受到的压力最大，隧道底部受到回填土层和隧道自重的双重压力，考虑到这一情况，隧道底部的基础桩必须能够克服这一共同压力的作用才能完成隧道的修建而不至于发生大幅度的沉降。而实际上，当地下水位恢复以后，隧道相当于处于水和土的混合结构中，隧道会受到竖直向上的水浮力作用，此时隧道底部受到的力反而小于基础桩的设计值。但是由于实际施工过程中，会出现隧道完成、回填土层填筑完成但地下水位没有恢复的极限情况，因此实际上现有技术在厚弱软层施工时，为了保证工程的安全进行，只能选取该极限情况进行隧道施工。在这种情况下，基础桩的数量大于实际需要的数量，造成了基础桩的浪费，无形中大幅度的增加了施工的成本，耗时耗力，拖慢了施工进度，影响整个施工进程。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的中提到的现有技术在弱软层大覆土地带的隧道施工工序容易造成隧道沉降的问题，提供一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法。本专利技术的技术方案为：一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法，其特征在于：沿隧道规划线路在隧道的两侧插打两排围护桩，在两排围护桩之间施工基础桩，修建降水井将两排围护桩之间的地下水水位降到基坑开挖面以下，开挖基坑，浇筑隧道，待隧道结构稳定后，封闭降水井恢复地下水水位，再在隧道的上方填筑回填土层。所述的回填土层包括填筑在隧道上方的第一层回填土层和覆盖在第一层回填土层上方的第二层回填土层。进一步的包括以下步骤：1)、在隧道规划路线的两侧施工两排围护桩，在两排围护桩之间施工基础桩；2)、施工围护桩外侧的止水帷幕，修建降水井，将两排围护桩之间的地下水水位降低到基坑开挖面以下；3)、开挖基坑至明挖隧道的底端位置，修建隧道垫层和防水层，施工浇筑隧道结构；4)、隧道结构稳定后，在隧道上方填筑第一层回填土层，封闭降水井，开始恢复两排围护桩之间的地下水水位；5)、待地下水水位恢复后，在第一层回填土层上回填第二层回填土层至设计标高。进一步的所述的步骤1中，根据围护桩的长度、回填土层的厚度和隧道侧部的高度计算出围护桩对回填土层和隧道侧部的摩阻力影响，再根据回填土层的重量、隧道重量和围护桩对回填土层、隧道的摩阻力计算出基础桩需要承载的应力大小，得出基础桩的数量，依照该数量的基础桩进行施工。进一步的基础桩的数量计算方法包括以下步骤：1)、根据围护桩竖直长度和回填土层的厚度计算出围护桩与回填土层之间的摩阻力Fb1；2)、根据围护桩竖直长度与隧道外部高度计算出围护桩与隧道之间的摩阻力Fb2；3)、根据围护桩与回填土层之间的摩阻力Fb1、围护桩与隧道之间的摩阻力Fb2、回填土层的重量和隧道自身重量计算出隧道底部下方的基础桩受到附加应力P0；4)、根据选择的基础桩材质和结构以及隧道底部下方受到的附加应力P0计算出需要安装的基础桩数量N。进一步的计算围护桩与回填土层之间的摩阻力Fb1的公式为：其中：Fb1——单位长度上围护桩与回填土的侧向摩阻力，kN；Hb1——回填土层的深度，m；la——围护桩单位长度上的有效摩擦长度，m；c——回填土层的黏聚力，kPa；σn——围护桩的法向应力，kPa；φ——回填土的内摩擦角，°。进一步的计算围护桩与隧道之间的摩阻力Fb2的公式为：Fb2＝Pb2·la·Hb2其中：Fb2——单位长度上围护桩与隧道的侧向摩阻力，kN；Hb2——隧道外侧的高度，m；la——围护桩单位长度上的有效摩擦长度，m；Pb2——围护桩与隧道的侧阻力，kPa。进一步的计算隧道底部下方的基础桩受到附加应力P0的公式为：P0＝(Fc+Ft-2Fb1-2Fb2)/Ae其中：Fc——回填土层的自重，kN；Fb1——单位长度上围护桩与回填土的侧向摩阻力，kN；Fb2——单位长度上围护桩与隧道的侧向摩阻力，kN；Ft——隧道的自重，kN；Ae——单位长度上的隧道底部面积，m2。进一步的计算基础桩数量N的公式为：N＝P0/f其中：P0—隧道底部下方的基础桩受到附加应力，kN；f—单根基础桩的承载力，kN。进一步的所述的第一层回填土层的重量大于地下水水位恢复后隧道受到的水浮力与隧道自重重力的差值。进一步的所述的降水井位于两排围护桩之间或是两排围护桩外。本专利技术的优点有：1、本专利技术提前恢复地下水的水位，使隧道受到地下水水浮力的作用，隧道受到向上的作用力影响，降低了隧道的自重对基础桩的影响，本专利技术的隧道受到最大的作用力是在回填土层回填完成后即施工完成后的常态，此时隧道底部下方的应力为回填土层的重量加上隧道重量再减去隧道受到的水浮力，这部分应力远小于回填土层和隧道重量产生的应力，因此对基础桩产生的压迫相较于现有技术的基础桩更小，隧道的沉降量大幅度的降低。2、本专利技术提前恢复地下水水位，基础桩承载的最大压力变小，沉降量由此变小，基础桩的分布、安装和设计变得更为简便，降低了施工难度，节省了材料。3、本专利技术通过考虑到围护桩对回填土层和隧道侧部的摩阻力影响，计算出隧道底部下方基础桩受到的附加应力大小，计算设计更加合理，综合考虑的更加充分，考虑到围护桩的影响，能够大幅度的降低基础桩设计数量，节省了大量的材料，降低了施工周期，有利于工程的进行。本专利技术通过提前恢复水浮力影响和考虑到围护桩的影响两方面作用，极大程度的降低了基础桩的数量，缩小了基础桩的沉降量，从而降低了整个隧道的沉降，节省成本，降低了施工难度，提高了施工进程，具有极大的推广价值。附图说明图1：现有技术的结构示意图；图2：本专利技术的结构示意图；图3：本专利技术的受力结构示意图；其中：1—隧道；2—围护桩；3—基础桩；4—第一层回填土层；5—第二层回填土层；6—现有隧道；7—现有围护桩；8—现有基础桩；9—现有回填土层。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图2～3所示，本实施例的隧道施工结构与现有技术一致，包括隧道1两侧的两排围护桩2，围护桩2之间插打基础桩3，开挖基坑浇筑隧道1，隧道1上方回填回填土层。围护桩2与隧道1之间并没有直接连接，为复合结构。如图3所示，基础桩3的下端深入到持力层内，通过持力层的固定稳固基础桩3。明挖隧道1在软弱地层大覆土条件下，需要使用基础桩3进行加固防止沉降。由于基础桩3抗压强度远本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法，其特征在于：沿隧道(1)规划线路在隧道(1)的两侧插打两排围护桩(2)，在两排围护桩(2)之间施工基础桩(3)，修建降水井将两排围护桩(2)之间的地下水水位降到基坑开挖面以下，开挖基坑，浇筑隧道(1)，待隧道(1)结构稳定后，封闭降水井恢复地下水水位，再在隧道(1)的上方填筑回填土层。

【技术特征摘要】
1.一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法，其特征在于：沿隧道(1)规划线路在隧道(1)的两侧插打两排围护桩(2)，在两排围护桩(2)之间施工基础桩(3)，修建降水井将两排围护桩(2)之间的地下水水位降到基坑开挖面以下，开挖基坑，浇筑隧道(1)，待隧道(1)结构稳定后，封闭降水井恢复地下水水位，再在隧道(1)的上方填筑回填土层。2.如权利要求1所述的一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法，其特征在于：所述的回填土层包括填筑在隧道(1)上方的第一层回填土层(4)和覆盖在第一层回填土层(4)上方的第二层回填土层(5)。3.如权利要求2所述的一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括以下步骤：1)、在隧道(1)规划路线的两侧施工两排围护桩(2)，在两排围护桩(2)之间施工基础桩(3)；2)、施工围护桩(2)外侧的止水帷幕，修建降水井，将两排围护桩(2)之间的地下水水位降低到基坑开挖面以下；3)、开挖基坑至明挖隧道(1)的底端位置，修建隧道垫层和防水层，施工浇筑隧道结构；4)、隧道结构稳定后，在隧道(1)上方填筑第一层回填土层(4)，封闭降水井，开始恢复两排围护桩(2)之间的地下水水位；5)、待地下水水位恢复后，在第一层回填土层(4)上回填第二层回填土层(5)至设计标高。4.如权利要求3所述的一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法，其特征在于：所述的步骤1中，根据围护桩(2)的长度、回填土层的厚度和隧道(1)侧部的高度计算出围护桩(2)对回填土层和隧道(1)侧部的摩阻力影响，再根据回填土层的重量、隧道(1)重量和围护桩(2)对回填土层、隧道(1)的摩阻力计算出基础桩(3)需要承载的应力大小，得出基础桩(3)的数量，依照该数量的基础桩(3)进行施工。5.如权利要求4所述的一种软弱地层大覆土明挖隧道沉降控制方法，其特征在于：基础桩(3)的数量计算方法包括以下步骤：1)、根据围护桩(2)竖直长度和回填土层的厚度计算出围护桩(2)与回填土层之间的摩阻力Fb1；2)、根据围护桩(2)竖直长度与隧道(1)外部高度计算出围护桩(2)与隧道(1)之间的摩阻力Fb2；3)、根据围...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，邓朝辉，刘浩，彭长胜，黄胜，蔡永昌，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42