一种高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法

技术领域

本发明涉及盾构法隧道技术领域，尤其涉及一种高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法。

背景技术

自工业革命以来，资源和财富在短时间内快速积累，迅速推动了世界各国的城镇化进程。在此背景下，人们对采用地下工程解决人类生存与地面环境矛盾的认识也越来越深刻，对地下空间开发的需求也逐渐增长，越来越多的盾构隧道应运而生。在这一过程中，地下工程数量越来越多，与既有建构筑物冲突不可避免。

这些既有建构筑物形式中，由于高架桥在交通体系中的重要作用，难以中断运营，而运营条件下桩基对沉降差异异常敏感，这给施工带来了极大的挑战，因此需要特殊的保护措施。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法，通过高架桥增补新桩基、新建承台及临时支撑体系，有效控制盾构通过时桩基侧向变形，提高了高架桥本身抵抗变形的能力，避免高架桥交通正常运行的情况下存在变形的情况，可以有效解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案具体如下：

本发明实施例公开了一种高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法，包括：

盾构隧道侧穿于高架桥，高架桥包括既有桩基础和既有承台，所述既有桩基础的顶部与所述既有承台连接；

采用MJS工法桩，对盾构隧道两侧及顶部加固，形成门式加固区；

在高架桥既有桩基础旁增补新建桩基础，增强桩基的竖向承载力；

开挖基坑至既有承台底，新建承台设置在基坑内，所述新建承台将新建桩基础和既有桩基础连成整体；

在新建桩基础和新建承台上方建立临时支撑体系。

在上述任一方案中优选的是，所述高架桥还包括高架桥上部结构、桥墩、支座；所述高架桥上部结构与桥墩通过支座连接；所述桥墩的底部与所述既有承台连接。

在上述任一方案中优选的是，新建桩基础与既有桩基础等长，且桩径相同。

在上述任一方案中优选的是，所述新建桩基础设有多组，且与所述既有桩基础间隔设置。

在上述任一方案中优选的是，所述既有承台与所述新建承台的底标高相同，所述新建承台设置于所述既有承台外。

在上述任一方案中优选的是，新建承台与桥墩通过钢筋连接。

在上述任一方案中优选的是，所述钢筋置于所述桥墩主筋间隙中，并与主筋绑扎成型。

在上述任一方案中优选的是，所述临时支撑体系包括临时钢立柱；所述临时钢立柱设置在所述新建桩基础上方，且穿设于所述新建承台中。

在上述任一方案中优选的是，所述临时钢立柱顶端设置有抱箍，所述抱箍的托架牛腿上设置有桁架结构。

在上述任一方案中优选的是，所述桁架结构的中部设置有千斤顶，千斤顶支撑所述桁架架构上表面与所述高架桥上部结构的梁体贴合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在盾构隧道两侧及顶部通过MJS加固周围土体，减弱盾构隧道掘进工程中的水平和竖向扰动，有效控制盾构通过时桩基侧向变形；施作新桩基础后，开挖基坑将新旧桩用承台连成整体，加强了桩基础的整体性，提高了高架桥本身抵抗变形的能力；临时支撑体系作为安全储备，可主动施加外力，确保梁体变形在允许范围内。

附图说明

附图用于对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法的逻辑示意图；

图2是本发明高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法的加固体系平面示意图；

图3是本发明高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法的数值模拟桩基变形示意图；

图4是本发明高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法的桩基间土体门式加固示意图；

图5是本发明高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法的临时支撑体系及新建承台示意图；

图6是本发明高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法的抱箍侧视图。

图中标号说明：1、盾构隧道；2、高架桥；3、门式加固区；4、桁架架构；5、临时钢立柱；6抱箍；7、钢筋；8、千斤顶；21、既有桩基础；22、新建桩基础；23、既有承台；24、高架桥上部结构；25、桥墩；26、新建承台；27、支座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图及具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。

如图1至图6所示，一种高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法，盾构隧道1侧穿于高架桥2，高架桥2包括既有桩基础21和既有承台23，所述既有桩基础21的顶部与所述既有承台23连接，包括以下步骤：

步骤1：前期准备工作；

步骤2：采用MJS工法桩，对盾构隧道1两侧及顶部加固，形成门式加固区3；

步骤3：在高架桥2既有桩基础21旁增补新建桩基础22，增强桩基的竖向承载力；

步骤4：开挖基坑至既有承台23底，新建承台26设置在基坑内，所述新建承台26将新建桩基础22和既有桩基础21连成整体；

步骤5：在新建桩基础22和新建承台26上方建立临时支撑体系。

在本发明实施例所述的高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法中，前期准备工作对施工现场进行详细勘察和评估，确定变形控制方案；使用MJS工法桩对盾构隧道两侧及顶部进行加固，形成门式加固结构，可以提高隧道周围土体的承载能力，减弱盾构隧道掘进工程中的水平和竖向扰动，减少土体的沉降和侧移，有效控制盾构通过时桩基侧向变形，从而减小对高架桥桩基础的影响；对高架桥桩基础进行增补，增强其竖向承载力，可以增加桩基的稳定性，降低其承受盾构施工引起的变形的风险，在开挖基坑时，将新建的承台与新旧桩基连成整体，通过刚性连接将桩基和高架桥承台紧密结合，加强了桩基础的整体性，提高了高架桥本身抵抗变形的能力；在施工期间建立临时支撑体系，有助于分担地下水平方向的荷载和提高施工工作面的稳定性，临时支撑体系作为安全储备，可主动施加外力，确保梁体变形在允许范围内。

如图1至图6所示，在本发明实施例所述的高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法中，步骤1：前期准备工作，包括：

步骤11：地质资料调研及高架桥2资料搜集，对盾构侧穿高架桥2影响范围内地质情况进行调研，确定该施工区域的土层及水文地质情况，本发明实施例中盾构隧道1洞身主要穿越淤泥、淤泥质土、淤泥质砂、黏性土等软土地层；搜集高架桥相关设计、施工资料，明确桥梁上部结构类型、桩基位置、桩长、墩柱直径具体参数，桥梁上部结构24为等截面预应力连续箱梁，下部结构采用单墩单桩，桥墩25直径1.5m，桩基础21直径1.6m，桩端进入中风化岩持力层，设计属端承桩；

步骤12：高架桥2质量评估及病害处理，专业质检单位对现状高架桥质量做出评估，检查是否存在支座偏移、墩柱开裂和偏移病害，对存在的病害及时处置，本发明实施例中对支座偏移、墩柱开裂等病害进行了处置；

步骤13：数值模拟分析，通过数值模拟分析手段分析盾构隧道1侧穿高架桥2对既有桩基础21的影响，分析既有桩基础21横向变形模式，本发明实施例中变形模式显示既有桩基21变形区间主要集中在盾构隧道1管片底端至顶端5m范围内。

如图1至图6所示，在本发明实施例所述的高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法中，步骤2：采用MJS工法桩，对盾构隧道1两侧及顶部加固，形成门式加固区3；MJS水平加固范围和侧向加固深度根据数值模拟得到桩基变形区间确定，水平加固厚度H1不小于3m，侧向加固深度H2不小于5m，左右侧加固范围H3不小于2m，盾构隧道前后加固距离不小于两倍盾构直径长度。

本发明实施例中水平加固范围H1为盾构管片顶以上5m，侧向加固深度H3为管片顶至盾构管片底标高，提供足够的加固范围、深度和桩径，可以减小盾构施工对桩基的影响，增强盾构隧道的稳定性和承载能力，可以有效地控制盾构隧道的变形，提高其稳定性和安全性。

如图1至图6所示，在本发明实施例所述的高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法中，步骤3：在高架桥2既有桩基础21旁增补新建桩基础22，增强桩基的竖向承载力；既有桩基础21与新建桩基础22等长，且桩径相同；所述新建桩基础22设有多组，且与所述既有桩基础21间隔设置。

本发明实施例中桩长40-45m，桩径1.6m；通过增设新桩基，可以增强高架桥桩基的竖向承载力，提高桩基的稳定性和承载能力，在极端情况下，即使既有桩基础21失效，新建桩基础22将承担桥梁上部结构荷载，确保桥梁的安全运行。

如图1至图6所示，在本发明实施例所述的高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法中，步骤4：开挖基坑至既有承台23底，新建承台26设置，所述新建承台26将新建桩基础22和既有桩基础21连成整体，包括：

步骤41：新建承台26与所述既有承台23的底标高相同，所述新建承台26设置在既有承台23外，新建承台26高度不小于既有桩基21直径1.5倍，宽度在既有承台23边界基础上扩大不小于2倍既有桩基21直径距离；本发明实施例中新建承台26高度3m，长度20.4m，宽度7m；

步骤42：新建承台26与桥墩25之间植入钢筋7连接，应选择桥墩25主筋间隙植入钢筋7，严禁打断原结构钢筋，本发明实施例中钢筋7植入距离为25cm，与桩基主筋绑扎在一起。

如图1至图6所示，在本发明实施例所述的高架桥运营条件下盾构隧道侧穿桩基础变形控制方法中，步骤5：在新建桩基础22和新建承台26上方建立临时支撑体系，所述临时支撑体系包括桁架架构4、临时钢立柱5、抱箍6和千斤顶8；

步骤51：所述临时支撑体系以新建桩基础22为基础，在所述新建桩基础22上方设置所述临时钢立柱5，且临时钢柱5穿设于所述新建承台26中；所述临时钢立柱5顶端设置有抱箍6，所述抱箍6的托架牛腿上设置有桁架架构4，所述桁架结构4的中部设置有千斤顶8，千斤顶8施加力，支撑所述桁架架构4上表面与所述高架桥上部结构24的梁体贴合；

步骤52：抱箍6两侧牛腿上设置千斤顶8，通过监测，如盾构推进中高架桥上部结构24发生过大变形，则利用千斤顶8施加外力，确保梁体变形不超过允许值，在盾构机安全通过后，可视情况拆除临时支撑体系。

在运营条件下盾构隧道1侧穿高架桥2时，首先：对盾构隧道周围的地质资料调研及高架桥2的资料搜集，对高架桥2质量评估及病害处理，进行数值模拟分析；其次：采用MJS工法桩，对盾构隧道1两侧及顶部加固，形成门式加固，门式加固区3，设置在所述盾构隧道1的两侧及顶部，可以提高隧道周围土体的承载能力，减弱盾构隧道掘进工程中的水平和竖向扰动，减少土体的沉降和侧移，有效控制盾构通过时桩基侧向变形，从而减小对高架桥桩基础的影响；第三：在高架桥2既有桩基础21旁增补新建桩基础22，增强桩基的竖向承载力，可以增加桩基的稳定性，降低其承受盾构施工引起的变形的风险；第四：开挖基坑至既有承台23底，新建承台26设置在基坑内，所述新建承台26将新建桩基础22和既有桩基础21连成整体，加强了桩基础的整体性，提高了高架桥本身抵抗变形的能力；第五：在新建桩基础22和新建承台26上方建立临时支撑体系，临时支撑体系作为安全储备，可主动施加外力，确保梁体变形在允许范围内。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。