偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构及施工方法与流程

1.本发明属于偏压连拱隧道及基础工程技术领域，具体为一种偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构及施工方法。


背景技术：

2.近年来，城市或山区高速公路、铁路建设规模持续扩大，相较于以往分布于较平坦宽阔地带的线路而言，局限于现有狭窄区域和复杂环境的线路设计空间，以及线路距离的优化设计目标，应允产生了诸多穿越山形山涧区谷的偏压隧道。同时，连拱隧道因其合理的走线和利用空间在公路或铁路隧道中备受青睐和应用，因而偏压连拱隧道成为相关工程设计和施工中的新型及重难点工程。隧道洞口段与其他地段相比有着自身的特点，隧道洞口段围岩一般风化严重、节理、断层、破碎带多且经常存在浅埋偏压的现象。隧道洞口段开挖断面大，施工稍有不当，就会引起洞口段开挖后围岩变形大、支护结构破坏、发生坍塌冒顶以及边坡滑移等安全事故。偏压连拱隧道洞口段在设计方面的合理性及施工方面的建造水平极大影响和控制着隧道后期的服役状态，特别是位于软弱地基的洞口段，相关工程问题更是屡见不鲜。其中，施工方面暴露的问题往往根源于设计方面的失误或不足。对于偏压连拱隧道软弱地基洞口段而言，局部区域条带(区带)软弱地基产生的工程问题明显多于整体片区软弱地基区域。其原因在于：区带软弱地基在处治上存在处理不完善、偏压作用下软弱区带上部隧道结构和下部地基(基础)脱离、以及弱硬区在偏压连拱隧道服役期存在不均匀沉降。另外，偏压连拱隧道洞口段的偏压处治方法和结构型式对于隧道的长期服役安全性具有重要影响，传统以厚重式偏压挡墙作为主要抗偏压的结构设计方法不仅占据浪费洞口段较大使用空间，更是在软弱区带存在倾覆失效的严重潜在工程灾害风险。因而，对于偏压连拱隧道洞口软弱地基区带在设计和施工方面应该综合考虑相关问题，进行必要的设计方法创新，形成可靠的施工工艺工法。
3.本发明旨在从偏压连拱隧道洞口软弱地基区带的工程问题原因出发，按照“综合考虑、长期可靠、分类优化、组合承载”的设计和施工思路，进行软弱地基区带基础的创新设计，提出新型中隔墙和偏压挡墙分级承偏载型式，并对二者进行组合设计，进而形成协调受力，共同工作的偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构。最后，提出工序合理，操作便捷，高效可靠的配套施工方法，促进和提高偏压连拱隧道洞口软弱地基区带的施工建造水平。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构及施工方法。
5.本发明通过下述技术方案实现。
6.一种偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构，其特征在于包括：倒t型偏压挡墙、基底板、倒t型中隔墙、抗倾覆承压桩、挡墙锚拔桩、中隔墙承压桩、中隔墙锚拔桩和受压桩；所述倒t型偏压挡墙设置于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞的偏压前端口，所述基底板
设置于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞的下部；所述倒t型中隔墙设置于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞和性状良好地基段主洞之间；所述抗倾覆承压桩设置于倒t型偏压挡墙1的前趾段；所述挡墙锚拔桩设置于倒t型偏压挡墙的后趾段；所述中隔墙承压桩设置于倒t型中隔墙的前趾段；所述中隔墙锚拔桩设置于倒t型中隔墙的后趾段；所述受压桩设置于基底板的下部。
7.作为具体技术方案，所述抗倾覆承压桩、中隔墙承压桩和受压桩按照承压桩计算方法设计布置，并保证桩端穿过软弱地基层到达下部持力层。
8.作为具体技术方案，所述挡墙锚拔桩按照抗拔桩计算方法设计布置；当所述挡墙锚拔桩穿过软弱地基层到达下部持力层时，所述挡墙锚拔桩的桩端按照常截面桩型设计；当所述挡墙锚拔桩的桩端位于软弱地基层时，所述挡墙锚拔桩的桩端按照扩大头桩型设计。
9.作为具体技术方案，所述中隔墙锚拔桩按照微型钢管抗拔桩计算方法设计布置。
10.作为具体技术方案，所述倒t型偏压挡墙前趾板宽按照挡土墙抗倾覆分析计算方法设计，并在此基础上乘以降低系数0.3～0.7；所述倒t型偏压挡墙后趾板宽度为偏压连拱隧道软弱地基区带主洞横截面宽度的0.25～0.3倍；所述倒t型偏压挡墙高度为偏压连拱隧道软弱地基区带主洞的0.15～0.30倍。
11.作为具体技术方案，所述倒t型中隔墙的墙身为曲中墙式；所述倒t型中隔墙的前趾板宽和后趾板宽度均为偏压连拱隧道主洞横截面宽度的0.25～0.3倍；所述倒t型中隔墙的墙身宽度按照隧道结构计算分析方法设计；所述倒t型中隔墙的墙身上口台高于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞横截面高度的0.10～0.25m。
12.作为具体技术方案，所述基底板的宽度为偏压连拱隧道软弱地基区带主洞横截面宽度与倒t型偏压挡墙的后趾板宽度和倒t型中隔墙的前趾板宽度之差，以保证倒t型偏压挡墙、基底板和倒t型中隔墙通过钢筋联结，并最终通过混凝土浇筑成为一体。
13.作为具体技术方案，所述抗倾覆承压桩、中隔墙承压桩和受压桩为灌注桩；所述抗倾覆承压桩、中隔墙承压桩和受压桩的桩身钢筋分别与倒t型偏压挡墙的前趾板、倒t型中隔墙的前趾板和基底板的内钢筋连接。
14.作为具体技术方案，所述挡墙锚拔桩为灌注桩，其桩身钢筋与倒t型偏压挡墙的后趾板内钢筋连接。
15.作为具体技术方案，所述中隔墙锚拔桩为微型钢管桩，其桩身内钢筋与倒t型中隔墙的后趾板内钢筋连接。
16.作为具体技术方案，在所述倒t型偏压挡墙的墙身与其前趾板，以及所述倒t型偏压挡墙的墙身与后趾板的交界部位分别进行拉锚；在所述倒t型中隔墙的墙身与其前趾板，以及所述倒t型中隔墙的墙身与其后趾板的交界部位分别进行拉锚。
17.一种偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
18.s1、施工准备；
19.s2、软弱地基便道施工；
20.s3、倒t型偏压挡墙施工
21.s3-1、下部桩基础施工：按照倒t型偏压挡墙的设计位置放线，并标记对应抗倾覆
承压桩和挡墙锚拔桩的桩孔位；依照灌注桩施工方法进行抗倾覆承压桩、挡墙锚拔桩的作业施工；其中，抗倾覆承压桩应严格保证桩长，以使其桩端完全坐落于下部持力层上，并进行必要的检测评估；当挡墙锚拔桩穿过软弱地基层到达下部持力层时，挡墙锚拔桩的桩端按照常截面桩型设计；当挡墙锚拔桩的桩端位于软弱地基层时，挡墙锚拔桩的桩端按照扩大头桩型设计，以满足对倒t型偏压挡墙的拉锚作用；
22.s3-2、上部结构施工：待抗倾覆承压桩和挡墙锚拔桩桩身强度达到设计标准，并检测合格后，支模进行倒t型偏压挡墙的作业施工；其中，在倒t型偏压挡墙施工时应合理处理与下部基础桩预留钢筋的搭接；必要时，对挡墙锚拔桩进行预应力施加，以增加挡墙锚拔桩和t型偏压挡墙的结构连接；
23.s4、倒t型中隔墙施工
24.s4-1、沿隧道纵向进行中导洞开挖施工，并进行临时钢支撑支护；
25.s4-2、下部桩基础施工：按照倒t型中隔墙的设计位置放线，并标记对应中隔墙承压桩、中隔墙锚拔桩的桩孔位；依照灌注桩施工方法进行中隔墙承压桩的作业施工，依照微型钢管桩施工方法进行中隔墙锚拔桩的作业施工；其中，中隔墙承压桩需严格保证桩长，以使桩端完全坐落于良好持力层上，并进行必要的检测评估；中隔墙锚拔桩在微型钢管上按照梅花形孔位布置钻孔，施工中通过一定的注浆压力喷射进入软弱地基体浆液，达到桩身周侧范围内土体的硬化，最终形成桩土复合体，共同发挥对倒t型中隔墙的拉锚作用；
26.s4-3、上部结构施工：待中隔墙承压桩和中隔墙锚拔桩桩身强度达到设计标准，并检测合格后，支模进行倒t型中隔墙的作业施工；其中，在倒t型中隔墙施工时应合理处理与下部基础桩预留钢筋的搭接；必要时，对中隔墙锚拔桩进行预应力施加，以增加中隔墙承压桩和中隔墙锚拔桩的结构连接；
27.s5、偏压连拱隧道软弱地基区带主洞施工
28.s5-1、沿隧道纵向进行主洞开挖施工，并进行临时钢支撑支护；
29.s5-2、下部桩基础施工：按照基底板的设计位置放线，并标记对应受压桩桩孔位；依照灌注桩施工方法进行受压桩的作业施工；其中，受压桩需严格保证桩长，以使桩端完全坐落于良好持力层上，并进行必要的检测评估；
30.s5-3、基底板施工：待受压桩的桩身强度达到设计标准，并检测合格后，支模进行基底板的作业施工；其中，在基底板施工时应合理处理与下部受压桩预留钢筋的搭接；
31.s5-4、主洞结构施工。
32.作为具体技术方案，待所述倒t型偏压挡墙养护完成后，在其前趾板区按照后期偏压连供隧道偏压荷载值进行堆载试验，以检测测定抗倾覆承压桩的受压承载力和挡墙锚拔桩的锚拔承载力。
33.作为具体技术方案，在所述基底板施工时，对所述基底板与倒t型偏压挡墙的后趾板和倒t型中隔墙的前趾板的接应处进行接缝处理，使三者形成一体。
34.本发明的有益效果是：
35.1)本发明针对偏压连拱隧道洞口软弱地基区带的特殊工程条件，充分利用软弱地基下持力层，设计布置不同类型的桩基础，在提高偏压挡墙与中隔墙水平承载力的同时，能有效减少偏压挡墙与中隔墙的偏移和不均匀沉降，可省去对具有复发性的软弱地基进行处理的施工步骤，从而能长期避免地下水环境变化等导致的软弱地基性状改变进而引发上部
隧道结构灾害的发生。
36.2)本发明通过合理利用下部空间，在设计布置不同类型的桩基础上，通过增加部分传统中隔墙高度，并对中隔墙基地进行加强处理，使中隔墙充分发挥抗偏压的作用，从而为偏压挡墙尺寸的优化提供了力学条件，因此本发明偏压挡墙的尺寸远小于传统偏压挡墙，进而节约腾出了上部使用空间。
37.3)本发明通过中隔墙、基底板和偏压挡墙的组合结构，实现了三者的一体化，进而形成类似倒π型的格框一体结构，有利于隧道结构的长期安全性，而三者下部的各类基础又为其提供了可靠力学支撑，进而实现了整体结构系统的长期稳定性。
38.4)本发明组合结构的施工方法技术方案成熟，施工质量高、可操作性强，经济效益明显，特别适用于偏压连拱隧道洞口段地基条件不良、不均等特殊地质条件环境，具有广泛的推广价值。
附图说明
39.图1为挡墙锚拔桩的桩端按照常截面桩型设计时本发明偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构的立面图；
40.图2为挡墙锚拔桩的桩端按照扩大头桩型设计时本发明偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构的立面图；
41.图3为本发明中微型钢管桩的示意图；
42.图4为本发明的施工方法流程图；
43.上述图中各标识的含义为：1-倒t型偏压挡墙、2-基底板、3-倒t型中隔墙、4-抗倾覆承压桩、5-挡墙锚拔桩、6-中隔墙承压桩、7-中隔墙锚拔桩、8-受压桩。
具体实施方式
44.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.实施例1
47.一种偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构，请参阅图1至图3，其包括：倒t型偏压挡墙1、基底板2、倒t型中隔墙3、抗倾覆承压桩4、挡墙锚拔桩5、中隔墙承压桩6、中隔墙锚拔桩7和受压桩8；所述倒t型偏压挡墙1设置于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞的偏压前端口，所述基底板2设置于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞的下部；所述倒t型中隔墙3设置于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞和性状良好地基段主洞之间；所述抗倾覆承压桩4设置于倒t型偏压挡墙1的前趾段；所述挡墙锚拔桩5设置于倒t型偏压挡墙1的后趾段；所述中隔墙承压桩6设置于倒t型中隔墙3的前趾段；所述中隔墙锚拔桩7设置于倒t型中隔墙3的后趾
段；所述受压桩8设置于基底板2的下部；
48.其中，所述抗倾覆承压桩4、中隔墙承压桩6和受压桩8按照承压桩计算方法设计布置，并保证桩端穿过软弱地基层到达下部持力层；所述挡墙锚拔桩5按照抗拔桩计算方法设计布置；请参阅图1，当所述挡墙锚拔桩5穿过软弱地基层到达下部持力层时，所述挡墙锚拔桩5的桩端按照常截面桩型设计；请参阅图2，当所述挡墙锚拔桩5的桩端位于软弱地基层时，所述挡墙锚拔桩5的桩端按照扩大头桩型设计；所述倒t型偏压挡墙1前趾板宽按照挡土墙抗倾覆分析计算方法设计，并在此基础上乘以降低系数0.3～0.7；所述倒t型偏压挡墙1后趾板宽度为偏压连拱隧道软弱地基区带主洞横截面宽度的0.25～0.3倍；所述倒t型偏压挡墙1高度为偏压连拱隧道软弱地基区带主洞的0.15～0.30倍。
49.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述中隔墙锚拔桩7按照微型钢管抗拔桩计算方法设计布置。
50.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述倒t型中隔墙3的墙身为曲中墙式；所述倒t型中隔墙3的前趾板宽和后趾板宽度均为偏压连拱隧道主洞横截面宽度的0.25～0.3倍；所述倒t型中隔墙3的墙身宽度按照隧道结构计算分析方法设计；所述倒t型中隔墙3的墙身上口台高于偏压连拱隧道软弱地基区带主洞横截面高度的0.10～0.25m。
51.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述基底板2的宽度为偏压连拱隧道软弱地基区带主洞横截面宽度与倒t型偏压挡墙1的后趾板宽度和倒t型中隔墙3的前趾板宽度之差，以保证倒t型偏压挡墙1、基底板2和倒t型中隔墙3通过钢筋联结，并最终通过混凝土浇筑成为一体。
52.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述抗倾覆承压桩4、中隔墙承压桩6和受压桩8为灌注桩；所述抗倾覆承压桩4、中隔墙承压桩6和受压桩8的桩身钢筋分别与倒t型偏压挡墙1的前趾板、倒t型中隔墙3的前趾板和基底板2的内钢筋连接。
53.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述挡墙锚拔桩5为灌注桩，其桩身钢筋与倒t型偏压挡墙1的后趾板内钢筋连接。
54.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述中隔墙锚拔桩7为微型钢管桩，其桩身内钢筋与倒t型中隔墙3的后趾板内钢筋连接。
55.进一步的，在一个优选的实施方案中，请参阅图1，在所述倒t型偏压挡墙的墙身与其前趾板，以及所述倒t型偏压挡墙1的墙身与后趾板的交界部位分别进行拉锚；在所述倒t型中隔墙的墙身与其前趾板，以及所述倒t型中隔墙3的墙身与其后趾板的交界部位分别进行拉锚。
56.实施例2
57.一种偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构的施工方法，请参阅图1至图4，其包括以下步骤：
58.s1、施工准备
59.按照本发明提供的偏压连拱隧道洞口软弱地基区带组合结构各部件材料清单、机械设备需求进行物资准备；其中，应严格核准各模板构件的规格尺寸；清理场地，提供必要施工作业环境和条件；
60.s2、软弱地基便道施工
61.为保证后续施工顺利开展，对软弱地基进行适当性处理，铺设相应搭载平台便道；
62.s3、倒t型偏压挡墙施工
63.s3-1、下部桩基础施工：按照倒t型偏压挡墙1的设计位置放线，并标记对应抗倾覆承压桩4和挡墙锚拔桩5的桩孔位；依照灌注桩施工方法进行抗倾覆承压桩4、挡墙锚拔桩5的作业施工；其中，抗倾覆承压桩4应严格保证桩长，以使其桩端完全坐落于下部持力层上，并进行必要的检测评估；当挡墙锚拔桩5穿过软弱地基层到达下部持力层时，挡墙锚拔桩5的桩端按照常截面桩型设计；当挡墙锚拔桩5的桩端位于软弱地基层时，挡墙锚拔桩5的桩端按照扩大头桩型设计，以满足对倒t型偏压挡墙1的拉锚作用；
64.s3-2、上部结构施工：待抗倾覆承压桩4和挡墙锚拔桩5桩身强度达到设计标准，并检测合格后，支模进行倒t型偏压挡墙1的作业施工；其中，在倒t型偏压挡墙1施工时应合理处理与下部基础桩预留钢筋的搭接；必要时，对挡墙锚拔桩5进行预应力施加，以增加挡墙锚拔桩5和t型偏压挡墙1的结构连接；待倒t型偏压挡墙1养护完成后，在其前趾板区按照后期偏压连供隧道偏压荷载值进行堆载试验，以检测测定抗倾覆承压桩4的受压承载力和挡墙锚拔桩5的锚拔承载力；
65.s4、倒t型中隔墙施工
66.s4-1、沿隧道纵向进行中导洞开挖施工，并进行临时钢支撑支护；
67.s4-2、下部桩基础施工：按照倒t型中隔墙3的设计位置放线，并标记对应中隔墙承压桩6、中隔墙锚拔桩7的桩孔位；依照灌注桩施工方法进行中隔墙承压桩6的作业施工，依照微型钢管桩施工方法进行中隔墙锚拔桩7的作业施工；其中，中隔墙承压桩6需严格保证桩长，以使桩端完全坐落于良好持力层上，并进行必要的检测评估；请参阅图3，中隔墙锚拔桩7在微型钢管上按照梅花形孔位布置钻孔，施工中通过一定的注浆压力喷射进入软弱地基体浆液，达到桩身周侧范围内土体的硬化，最终形成桩土复合体，共同发挥对倒t型中隔墙3的拉锚作用；
68.s4-3、上部结构施工：待中隔墙承压桩6和中隔墙锚拔桩7桩身强度达到设计标准，并检测合格后，支模进行倒t型中隔墙3的作业施工；其中，在倒t型中隔墙3施工时应合理处理与下部基础桩预留钢筋的搭接；必要时，对中隔墙锚拔桩7进行预应力施加，以增加中隔墙承压桩6和中隔墙锚拔桩7的结构连接；
69.s5、偏压连拱隧道软弱地基区带主洞施工
70.s5-1、沿隧道纵向进行主洞开挖施工，并进行临时钢支撑支护；
71.s5-2、下部桩基础施工：按照基底板2的设计位置放线，并标记对应受压桩8桩孔位；依照灌注桩施工方法进行受压桩8的作业施工；其中，受压桩8需严格保证桩长，以使桩端完全坐落于良好持力层上，并进行必要的检测评估；
72.s5-3、基底板2施工：待受压桩8的桩身强度达到设计标准，并检测合格后，支模进行基底板2的作业施工；其中，在基底板2施工时应合理处理与下部受压桩8预留钢筋的搭接；在基底板2施工时，对基底板2与倒t型偏压挡墙1的后趾板和倒t型中隔墙3的前趾板的接应处进行接缝处理，使三者形成一体。
73.s5-4、主洞结构施工。