[发明专利]一种隧道沉降防护装置及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，特别地，涉及一种隧道沉降防护装置及其施工方法。

背景技术

随着技术地不断发展，隧道工程在现实生活中越来越常见，尤其是近几年地铁的兴起，越来越多的大城市均以地铁作为核心交通运输。

我国目前的隧道大多数建于软弱土层地区，近年来，软土地铁隧道在运行过程中的沉降现象日益引起人们的重视。从营运上来说，隧道沉降会影响轨道的平整、行车安全和乘坐的舒适性，且隧道的差异沉降严重影响列车的行车安全。以建于软土地基里的上海地铁I号线为例，自1995年4月正式建成投入运营以来，已经出现了较严重的纵向沉降问题，最大累计沉降量超过30cm，年度最大差异沉降量可达3cm。因此，探讨从根本上解决此类问题的措施尤为迫切。

现有的防止隧道沉降的措施如下：

申请号为200410015918.X的中国发明专利《一种在运营隧道上方进行深大基坑施工方法及防变形结构》公布了一种当在运营地铁隧道上部进行深大基坑开挖时，通过在运营隧道区间两侧打抗拔桩，开挖到抗拔桩顶部时在抗拔桩排之间设置或浇筑结构底板，抗拔桩排和结构底板有效连接防止隧道上方土体开挖卸荷造成隧道变形的技术方案。该技术方案主要针对局部开挖卸荷引起的运营隧道变形，而对于处治软弱土地区长距离地铁隧道在列车循环荷载等因素引起的差异沉降尚无明显效果；且该法中结构底板只能在运营隧道上方浇筑，且只能用明挖完成后，再浇筑底板，这导致工程量的增大的同时也增大了其卸荷应力值，对运营隧道的安全与稳定不利。

申请号为201210242059.2的中国发明专利《一种锚索法处治运营地铁隧道沉降的施工方法》提出一种在运营地铁隧道下方设置预应力锚索体系构建物，该方法属于非开挖施工技术，工程量少，对周围建筑物等的影响小，施工时也不会对地铁隧道的正常运行带来影响，但施工工艺相对复杂，同时，实现预应力锚索对地铁隧道底部控制的作用，需要严格控制预应力锚索与隧道底部的位置关系，且预应力的损失因素显著增多，因此，该方法对于施工和对隧道长期控制沉降的作用都有待探讨。

申请号为201210199845.9的中国发明专利《一种运营地铁隧道沉降控制方法》公开了在运营地铁隧道两侧开挖竖向工作井至隧道底部高程，然后在两侧工作井内进行钻孔灌注桩或预应力管桩施工，接着在隧道底高程处建成横向钢筋混凝土顶横梁，该梁与两侧的钻孔灌注桩或者预应力管桩一起形成运营地铁隧道门形支撑结构，最后回填工作井。申请号为201310554187.5的《一种软土地基盾构隧道沉降控制钢套管注浆加固装置》的中国专利采用将盾构隧道管片埋于土内，注浆设备放在盾构隧道管片内，由多个TAM单元串接成的钢套管的一端垂直埋设在土内，所述钢套管底端安装有桩尖，钢套管的上端穿过盾构隧道管片上的注浆孔与连接件连接，连接件固定在盾构隧道管片内壁上；注浆管的一端与注浆设备连接，注浆管的另一端插入所述钢套管内。此两种方式能一定程度地起到防沉降效果，但是施工非常不便，成本高。

隧道沉降受多方面因素影响，初步的分析研究表明，已建软土地铁区间隧道的沉降影响因素主要包括以下几个方面：(1)隧道下软土层在长期振动荷载作用下软化导致沉降；(2)隧道邻近建筑施工活动的影响；(3)隧道上方增加地面荷载；(4)隧道所处地层的水位变化；(5)隧道与工作井、车站连接处差异沉降；(6)区间隧道下土层水土流失造成破坏性纵向变形。

现有的技术尚无法有效控制软弱土地区隧道运营差异沉降；若能从根本上提出一种解决隧道差异沉降，同时也能改善软、弱土层的承载能力，减小隧道上方地面荷载对隧道的影响，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种结构精简、可加强运营隧道附近软土地基的承载能力、可有效解决隧道在软弱土层地段长期沉降的问题以及维护费用低的隧道沉降防护装置，此装置的施工属于非开挖技术，具体技术方案如下：

一种隧道沉降防护装置，包括单个或者至少两个防护单件，相邻两个防护单件之间相连或者相互独立设置；

所述防护单件包括桩基础、支撑梁、牵引装置以及支撑构件；

所述支撑构件的形状与隧道衬砌结构的内壁相适配；在垂直于隧道衬砌结构的轴线的平面上，所述支撑构件的投影所得长度为隧道衬砌结构的内壁的投影所得长度的五分之一至二分之一；

所述桩基础包括设置在隧道衬砌结构两侧的第一单件以及第二单件，所述支撑梁的两端分别设置在所述第一单件以及第二单件上；所述第一单件以及第二单件到隧道衬砌结构的内壁的最小垂直距离均为1-10米；