一种既有地铁区间上方开挖的地铁保护工法

技术领域

本发明属于地铁施工技术领域，具体涉及一种既有地铁区间上方开挖的地铁保护工法。

背景技术

目前随着城市的不断发展，临近地铁的房产开发已经越来越多，但是由可开发土地面积的不断减少，越来越多的项目更加靠近地铁，但是国内极少见在地铁正上方且坑底距离地铁较近的工程，如何对既有地铁项目进行保护，就成了目前所面临的关键问题。

由于有很多地铁处于软弱土层，如果对区间上方进行开挖，不可避免的会对地铁产生不利的影响。

目前地铁保护方案中，进行隧道区间内注浆以及袖阀管注浆是目前比较好的解决方案。

其中在区间隧道内进行注浆方案相对可控，加固的效果较好。但是由于地铁正在运营，每次施工的窗口时间非常短，不但对施工要求高，还对运营安全造成了一定的风险。

袖阀管等地面注浆也是比较好的解决方案，其可在地面注浆，对地铁运营影响小，但是由于需要钻较长的孔注浆，其注浆范围、注浆面积，注浆效果等均不稳定，可控性比较差。

即使对现有地铁进行注浆加固，仍不可避免的在开挖过程中出地铁变形的问题。因为在开挖过程中，不可避免的带来隧道周边水压、土压的强烈变化，这种变化导致了地铁椭变较大，或者地铁上浮。

而且由于施工质量所带来的不确定性，会导致实施出来的基坑不可避免的漏水，水流量较大时会导致地铁周边土体掏空，目前的实施方案都对基坑缺陷导致的漏水缺乏有效的控制手段。

目前技术尚局限在注浆加固土层上，但是单纯的加固土层一是难以控制质量，二是注浆本身所带来的压力对地铁就会产生一定的影响。区间内注浆的缺点在于施工窗口时间短，施工对于运营影响较大，袖阀管注浆的主要缺点在于，可控性较弱，加固范围及加固效果都不可控。由于地铁与水泥土搅拌桩之间要保持有足够的安全距离，水泥土搅拌桩无法有效的截水，所以目前地铁中尚无大规模采用的案例。由于施工不可能完美，不可避免的会出现基坑漏水的现象，对于普通基坑来说并不存在问题，但是对于地铁上方基坑，既有可能会导致地铁变形，产生风险。目前的技术不能很好的控制地铁周边水压，导致地铁变形难以控制。传统基坑完全封闭基坑底部，不给水流通过，客观上造成了水压为静止水压，坑有多深，水压就有多大，导致传统的基坑做法在地铁上也不可能挖太深。由于水压控制不好，所以在地铁上方，开挖的深度有限，甚至在国内极少出现隧道上方开挖的工法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种既有地铁区间上方开挖的地铁保护工法，以控制在地铁上方进行基坑开挖施工的周边水压，从而实现对地铁变形的抑制，降低施工风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种既有地铁区间上方开挖的地铁保护工法，包括如下步骤：

S1、在埋设有地铁隧道的地面处设置拟开挖基坑空间，在所述地铁隧道的顶部与拟开挖基坑空间之间进行搅拌桩基础施工，形成第一搅拌桩；

S2、在所述地铁隧道两侧进行搅拌桩基础施工，形成第二搅拌桩，所述第二搅拌桩的深度深至所述地铁隧道下方的不透水层；

S3、将所述第一搅拌桩、第二搅拌桩相连接并与所述不透水层将所述地铁隧道的四周包裹并形成保护壳体；

S4、在地铁隧道与搅拌桩之间的缝隙处做局部加固处理；

S5、在地面处设置水压调节装置，所述水压调节装置与上述保护壳体相通；

S6、在拟开挖基坑空间处进行基坑开挖施工，同时通过水压调节装置调节所述保护壳体内的水压。

优选的，在步骤S1中，所述第一搅拌桩沿着所述地铁隧道的延伸方向并呈水平向设置。

优选的，在步骤S1和S2中，搅拌桩基础施工包括如下步骤：

s11、根据地质实际情况和机械设备情况进行工艺实验桩，确定实际采用的各项技术参数、成桩工艺和施工步骤，包括浆液的水灰比、下沉或提升速度、浆泵的压送能力、每米桩长的注浆量，以指导下一步水泥土搅；

s12、压浆阶段中，保证全桩注浆均匀，若发现注浆管道堵塞，立即停泵进行清堵塞处理，待处理结束后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后再注浆，等10至20秒后恢复正常搅拌；

s13、相临桩的施工间隔时间不能超过24小时：若因故超时，搭接施工中必须放慢脚步速度保证搭接质量；若因时间过长无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，并经监理和设计单位确认后，在搭界处做搅拌桩或旋喷桩等技术措施；

s14、在碰到地面沟或地下管线无法按设计走向施工时，与设计单位、业主、监理共同协商，确定新的走向。

优选的，在步骤s11中，工艺实验桩的试桩不少于3组，施工采用双喷双搅。

优选的，在步骤S2中，在第一搅拌桩的底部位置做局部搅拌桩基础加深施工，形成第三搅拌桩，且所述第三搅拌桩处于所述两个第二搅拌桩之间。

优选的，在步骤S4中，所述局部加固处理的位置包括所述第三搅拌桩与所述第二搅拌桩间的缝隙处、所述第二搅拌桩与所述不透水层间的缝隙处。

优选的，在步骤S4中，所述局部加固处理为注浆加固处理。

优选的，在步骤S5中，所述水压调节装置包括限制水流量装置和稳压调节井；

所述限制水流量装置包括水泵、压力表、可调节流量阀门和输水管道，所述稳压调节井贯穿于所述地面处设置的挖基坑空间，所述稳压调节井的一端与所述限制水流量装置连接，所述稳压调节井的另一端伸入到所述保护壳体内。

优选的，所述输水管道的一端与所述稳压调节井的一端相连接，所述输水管道的另一端与所述水泵的输出端连接，所述压力表、可调节流量阀门设于所述输水管道，在所述输水管道与所述稳压调节井的连接处设有封堵板。

优选的，所述稳压水井伸入所述保护壳体内的一端设为伸入端，所述伸入端包括伸入管，在所述伸入管的外围从内之外依次包裹有过滤网和过滤器滤料，在所述伸入管的管壁设有若干通孔，在所述伸入管的底部设有用于固定所述过滤网和过滤器滤的钢板件。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括有：

本方案中针对埋设的地铁隧道设置形成包围型的保护壳体，通过水压调节装置可以调整地铁隧道周边的压力，保证在地铁隧道上方进行基坑开挖施工时，地铁隧道周边水压的稳定性，以提升基坑开挖施工的安全性，减少开挖施工时地铁变形的可能性，同时通过调整地铁隧道周边的压力来提升基坑开挖施工的深度，提升地铁上方土地利用率。并且因为在地铁隧道的四周设置有保护壳体，能够有效保护地铁隧道。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中地铁隧道与拟开挖基坑空间的相对位置关系图。

图2为本发明中地铁隧道与保护壳体的相对位置关系图。

图3为本发明中局部加固处理的位置示意图。

图4为本发明中采用距离较远的双排桩的实施例示意图。

图5为本发明的水压调节装置的结构示意图。

图6为本发明的流程图。

其中：

1-地铁隧道，2-拟开挖基坑空间，3-第一搅拌桩，4-第二搅拌桩，5-不透水层，6-第三搅拌桩，7-注浆加固土体，8-稳压调节井，9-水泵，10-压力表，11-可调节流量阀门，12-输水管道，13-伸入管，14-过滤网，15-过滤器滤料，16-通孔，17-钢板件，18-外排搅拌桩。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

如图1-6所示，本实施例中提供一种既有地铁区间上方开挖的地铁保护工法，包括如下步骤：

S1、在埋设有地铁隧道1的地面处设置拟开挖基坑空间2，在所述地铁隧道1的顶部与拟开挖基坑空间2之间进行搅拌桩基础施工，形成第一搅拌桩3；

S2、在所述地铁隧道1两侧进行搅拌桩基础施工，形成第二搅拌桩4，所述第二搅拌桩4的深度深至所述地铁隧道1下方的不透水层5；

具体的，在上述的S1和S2的搅拌桩基础施工包括如下步骤：

s11、根据地质实际情况和机械设备情况进行工艺实验桩，确定实际采用的各项技术参数、成桩工艺和施工步骤，包括浆液的水灰比、下沉或提升速度、浆泵的压送能力、每米桩长的注浆量，以指导下一步水泥土搅；

其中成桩工艺的施工采用三轴搅拌桩的工艺参数如下：

搅拌桩桩径：850mm，桩间搭接：250mm，初凝时间：45min，成桩垂直度误差：≤1％，水泥掺量建议值：15～20％，水灰比建议值：0.6-0.8，(最终以试桩结果确定水泥掺量及水灰比)，桩径偏差：≤50mm，下沉速度建议值：0.38～0.75m/min，提升速度建议值：≤0.5m/min，重复搅拌提升速度建议值：0.8～1.0m/min；

具体的，工艺实验桩的试桩不少于3组，施工采用双喷双搅；

s12、在压浆阶段中，为了防止断浆现象，输浆管道不能堵塞，保证全桩注浆均匀，防止夹心层产生，若发现注浆管道堵塞，立即停泵进行清堵塞处理，待处理结束后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后再注浆，等10至20秒后恢复正常搅拌，以防断桩；

s13、相临桩的施工间隔时间不能超过24小时：若因故超时，搭接施工中必须放慢脚步速度保证搭接质量；若因时间过长无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，并经监理和设计单位确认后，在搭界处做搅拌桩或旋喷桩等技术措施，保证搅拌桩的施工质量；

s14、在碰到地面沟或地下管线无法按设计走向施工时，与设计单位、业主、监理共同协商，确定新的走向。

第一搅拌桩3、第二搅拌桩4的结构相同。

S3、将所述第一搅拌桩3、第二搅拌桩4相连接并与所述不透水层5将所述地铁隧道1的四周包裹并形成保护壳体，保护壳体的作用是为了加固地面的土壤结构强度，并且具备隔水的特性，一方面可以保护地铁隧道1，另一方面形成不透水结构；

S4、在地铁隧道1与搅拌桩之间的缝隙处做局部加固处理；

S5、在地面处设置水压调节装置，所述水压调节装置与上述保护壳体相通；

S6、在拟开挖基坑空间2处进行基坑开挖施工，同时通过水压调节装置调节所述保护壳体内的水压。

本方案采用的地铁保护工法使得地铁上方进行安全的开挖成为可能，在埋设有地铁隧道1的地面处设置拟开挖基坑空间2的下方设置的第一搅拌桩3、第二搅拌桩4与不透水层5形成的保护壳体，可以对地铁隧道1进行有效的保护，再通过水压调节装置可以调整地铁隧道1周边的压力，保证在地铁隧道1上方进行基坑开挖施工时，地铁隧道1周边水压的稳定性，以提升基坑开挖施工的安全性，减少开挖施工时地铁变形的可能性，同时通过调整地铁隧道1周边的压力来提升基坑开挖施工的深度，提升地铁上方土地利用率。

在地铁隧道1与搅拌桩之间的缝隙处做局部加固处理，进一步隔绝地下水流入到保护壳体内，其作用一方面减少了保护壳体内、保护壳体外的地下水的连通性，另一方面对地面的土体增加了阻力，形成了一定的反滤措施，减少壳体内外水压力差值导致的流动水流的流速，稳定水压并稳定结构。

具体的，在步骤S1中，所述第一搅拌桩3沿着所述地铁隧道1的延伸方向并呈水平向设置。

具体的，在步骤S2中，在第一搅拌桩3的底部位置做局部搅拌桩基础加深施工，形成第三搅拌桩6，且所述第三搅拌桩6处于所述两个第二搅拌桩4之间。设置的的第三搅拌桩6，进一步加固保护壳体的结构。

具体的，在步骤S4中，所述局部加固处理的位置包括所述第三搅拌桩6与所述第二搅拌桩4间的缝隙处、所述第二搅拌桩4与所述不透水层5间的缝隙处。

具体的，在步骤S4中，所述局部加固处理为注浆加固处理并形成注浆加固土体7。

具体的，在步骤S5中，所述水压调节装置包括限制水流量装置和稳压调节井8；

所述限制水流量装置包括水泵9、压力表10、可调节流量阀门11和输水管道12，所述稳压调节井8贯穿于所述地面处设置的挖基坑空间，所述稳压调节井8的一端与所述限制水流量装置连接，所述稳压调节井8的另一端伸入到所述保护壳体内。

具体的，所述输水管道12的一端与所述稳压调节井8的一端相连接，所述输水管道12的另一端与所述水泵9的输出端连接，所述压力表10、可调节流量阀门11设于所述输水管道12，在所述输水管道12与所述稳压调节井8的连接处设有封堵板。

具体的，所述稳压水井伸入所述保护壳体内的一端设为伸入端，所述伸入端包括伸入管13，在所述伸入管13的外围从内之外依次包裹有过滤网14和过滤器滤料15，在所述伸入管13的管壁设有若干通孔16，在所述伸入管13的底部设有用于固定所述过滤网14和过滤器滤的钢板件17。

上述水压调节装置的工作原理如下：

通过水泵9可以抽水及补水，有水压表和控制流量的阀门，阀门可以调节水流量，水压如果较高，水泵9启动抽水，水压如果过低，水泵9进行补水，维持保护壳体内相对稳定的压力。

具体的：通过调节稳压调节井8的井内压力，减少保护壳体的内部压力，避免保护壳体顶部压力过大导致基坑底部被水压顶破，这样可以加大基坑深度，不会产生基坑底部突涌，加大了土地利用率。通过调节稳压调节井8的井内压力，避免传统的降水方式直接将隧道压力降低到较低的程度，保护隧道的压力不会变化过大，由于控制了保护壳体内部与外部的压力差，减少因为基坑开挖所导致的排水量，由于控制了保护壳体内部与外部的压力差，减少因为基坑排水、基坑底漏水等所导致的水流流速过大，进一步的保护了地铁的安全。在发生基坑漏水、水位急剧变化等紧急情况时，可以通过稳压井维持地铁周边压力，留给抢修足够的时间。

如图4所示，在场地允许的情况下，可采用距离较远的双排桩，如外排搅拌桩18来替换注浆，实现局部加固处理，通过延长水的流入路径，减少保护壳体内外水压力差值导致的流动水流的流速，也可以起到较好的反滤效果。

综上所述，本方案提供的既有地铁区间上方开挖的地铁保护工法，以控制在地铁上方进行基坑开挖施工的周边水压，从而实现对地铁变形的抑制，降低施工风险。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。