一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统及加固方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统和方法，采用高压旋喷桩工艺，对厚软土层进行格栅式地基加固，包括以下步骤：首先确定新建隧道与软土层的相对位置；其次，根据土体极限平衡条件确定隧道侧向土体临界加固宽度，根据隧道是否半断面以上在软土层中确定格栅加固区纵向排布范围；考虑加固区中旋喷桩加固体与新建隧道拱腰的相对位置，确定旋喷桩格栅排布；最后，高压旋喷桩采用跳桩法施工，沿新建隧道掘进方向进行地基加固。与现有技术相比，本发明专利技术考虑了加固体和新建隧道拱腰的相对位置，通过有目的性地对隧道穿越区进行格栅式加固，可以有效地减小隧道施工中土体的变形和后续运营期间隧道的变形和沉降，具有广泛实用价值。

A reinforcement system and reinforcement method for soft soil foundation before tunnel excavation

The invention discloses a soft soil foundation before excavation for tunnel reinforcement system and method using high pressure jet grouting pile technology of thick soft soil reinforcement grid type foundation, which includes the following steps: first to determine the relative position of the tunnel and the soft soil; secondly, according to the limit equilibrium condition to determine the critical width of lateral reinforcement according to whether the half section of tunnel, tunnel in the soft soil above determine the geogrid reinforced longitudinal arrangement; strengthening the relative position of area of jet grouting pile in solid and the tunnel arch waist, determine the jet pile grid arrangement; finally, the high pressure jet grouting pile using jump pile construction method, foundation reinforcement along the new tunnel direction. Compared with the prior art, the invention considers the relative position of the solid and the tunnel arch waist, were reinforced by grid type purposefully across the area of the tunnel, can effectively reduce soil deformation in tunnel construction period and subsequent operation of the tunnel deformation and settlement, and has extensive practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统及加固方法
本专利技术涉及隧道及地下工程的
，具体涉及一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统及加固方法。
技术介绍
目前我国城市轨道交通迅速发展，各大城市竞相展开地铁工程建设。地铁线路大多穿越城区，通常采用盾构法施工，不同的土层对施工的影响差异大。我国沿海地区淤泥质软弱土地层分布广泛，这种地层通常具有明显的“三高三低”特性，即：高含水量，高压缩性，高灵敏度，低强度，低密度，低渗透性。在这种地层中，由于地层本身无法给隧道提供足够的抗力，且后期周边开发活动频繁，隧道易产生变形大、沉降大的问题。因此，通常会对在深厚软土层中修建的隧道区段进行地基加固。现有的地层加固方式大多凭工程经验确定，地层加固的范围和格栅的排布不够合理。加固方式没有考虑加固体与隧道的相对位置关系，往往导致隧道拱腰两侧的土体未被加固，而隧道中心发挥作用小的土体被加固，不仅导致加固效果不佳，易引起隧道在施工期和运营期的沉降和变形，且工程造价高，资源浪费多。专利CN106246200A公开了隧道软弱基底小型管桩加固体系，于桥隧连接处隧道洞口的隧道仰拱结构下方设置混凝土托板(4)，混凝土托板(4)下方的地基中设置阵列布置的钢管桩(5)；钢管桩(5)自洞口向内深度递减，沿线路方向呈阶梯状，平面内呈梅花形布置。但是，这种加固体系易产生变形大、沉降大的问题。专利CN101603282A公开了一种高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，旨在有效地消除地基黄土湿陷性并满足高速铁路对线路高度平顺性的要求。它包括明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造，所述明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造均包括沿地基纵向、横向间隔成排设置的水泥土挤密桩(10)，各挤密桩(10)的下端穿过湿陷性黄土线进入老黄土地层。但是，该加固构造不适用于隧道的加固。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种抗变形能力强、稳定性好的用于隧道开挖前软土地基的加固系统及加固方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统，该加固系统包括呈格栅状的横向加固排桩和纵向加固排桩，所述横向加固排桩包括横向双排桩和横向单排桩，一个横向双排桩和两个横向单排桩沿纵向呈交替排列，所述纵向加固排桩包括四排纵向单排桩、六排纵向双排桩和四排纵向三排桩，所述纵向三排桩位于左右新建隧道拱腰处，可将所述加固系统划分为左侧加固区、左隧道区、夹持土加固区、右隧道区和右侧加固区，在所述左右隧道区内设置纵向单排桩，在所述左侧加固区、夹持土加固区和右侧加固区内设置纵向双排桩，所述横向加固排桩和纵向加固排桩均由多根高压旋喷桩咬合密排形成。横向加固排桩和纵向加固排桩都采用双管式高压旋喷桩，高压旋喷桩直径为500mm-1000mm，单根高压旋喷桩的桩间距取为375mm-750mm，相邻的横向加固排桩之间和相邻的纵向加固排桩之间的距离都为1500mm～3000mm，即4倍单根高压旋喷桩的桩间距。位于左侧的两根所述纵向三排桩与左隧道的内圈相交，且每根纵向三排桩与左隧道内圈的两个交点所对应的圆心角为50°，位于右侧的两根所述纵向三排桩与右隧道的内圈相交，且每根纵向三排桩与右隧道内圈的两个交点所对应的圆心角为50°。地层抗力的发挥区域在隧道左右两侧圆心角90°范围内，通过数值计算得到，在隧道左右两侧圆心角50°范围抗力发挥效果显著，隧道变形小，隧道抗变形能力强。而当隧道拱腰两侧位于加固土体中的隧道圆心角大于50°时，再增加加固体宽度对提高隧道抗变形能力的效果不明显。一种如上所述用于隧道开挖前软土地基的加固系统的加固方法，包括以下步骤：(1)根据施工地质勘察资料与隧道选线设计资料，得到隧道与软土层的相对位置，确定是否需要对地基进行加固；(2)若需要加固，通过极限平衡法计算左右线新建隧道侧向临界加固宽度，从而确定加固区格栅横向排布范围，确定隧道洞身上下软土层加固厚度，通过数值模拟的得到加固区的合理形式和排布；(3)根据步骤(2)的计算结果及模拟结果，在相应位置采用跳桩法进行旋喷桩格栅式加固，形成所述加固系统。根据场地施工条件合理安排施工顺序和进度是指根据现场条件的不同，横向上，可以先施工左侧隧道加固区和右侧隧道加固区，然后施工双线加持土加固区；或者先施工双线加持土加固区，然后施工左侧隧道加固区和右侧隧道加固区。纵向上，整体上沿隧道推进方向施工，同时应根据临近施工场地情况调整分块施工顺序。当隧道横断面位于软土层中的面积大于其总面积的50％，则需要加固，否则不需要加固。所述根据极限平衡法计算的侧向临界加固区宽度Bcr通过以下公式计算得到：其中，γ为上覆土体重度；H为上覆土层高度；Kp为被动土压力系数；c为加固土体粘聚力；h为隧道抗力区宽度。所述被动土压力系数计算公式为：Kp＝tan2(45°+φ/2)所述隧道抗力区宽度按拱腰90°范围进行计算，公式为：h＝Dsin(π/4)其中，φ为土体内摩擦角，D为新建隧道直径。步骤(2)中确定隧道洞身上下软土层加固厚度为根据隧道断面与软土层在深度上的位置关系，在隧道洞身上下软土层加固2m。此时加固效果良好且经济高效。步骤(2)中数值模拟加固区方案所用的软件为Plaxis，模拟时建立与实际相对应的三维实体模型，输入的参数包括土层参数，包括重度、压缩模量、粘聚力、内摩擦角、隧道结构参数，包括重度、弹性模量、加固区参数，包括重度、弹性模量、加固区位置、隧道在土层中的位置，通过计算不同加固形式下隧道的收敛变形，对比隧道水平收敛变化率，最终得到优选方案。其中，隧道水平收敛变化率是指加固方案所得的隧道收敛变形与未加固时所得隧道收敛变形之差与未加固时所得隧道收敛变形的比值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)本专利技术提出了隧道穿越深厚软土层格栅式地基加固的方法，该方法减小了新建隧道施工对周边环境的影响，同时考虑到隧道周围的后期开发，为其安全运营提供保障；(2)本加固方法考虑了加固体和隧道拱腰的相对位置，通过数值计算得到，在隧道左右两侧圆心角50°范围抗力发挥效果显著，隧道结构的侧向被动抗力增大，隧道变形小，隧道抗变形能力增强；(3)考虑到在隧道结构受力时淤泥质软土层提供的侧向抗力小的特点，根据侧向临界加固宽度的计算，有针对性的确定隧道两侧加固区的范围，改善了抗力区土体力学性能；(4)本专利技术的加固方法具有强度高、稳定性好、经济高效等优点，具有广泛实用价值。附图说明图1为本专利技术加固系统的主视平面图；图2为本专利技术加固系统的剖视图。其中，1为左隧道，2为右隧道，3为左侧加固区，4为左隧道区，5为夹持土加固区，6为右隧道区，7为右侧加固区，8为纵向三排桩，9为纵向双排桩，10为纵向单排桩，11为横向双排桩，12为横向单排桩，C1为桩心距，C2为桩间距，D为圆心角。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统，其结构如图1、图2所示，该加固系统包括呈格栅状的横向加固排桩和纵向加固排桩，横向加固排桩包括横向双排桩11和横向单排桩12，一个横向双排桩11和两个横向单排桩1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统，其特征在于，该加固系统包括呈格栅状的横向加固排桩和纵向加固排桩，所述横向加固排桩包括横向双排桩和横向单排桩，一个横向双排桩和两个横向单排桩沿纵向呈交替排列，所述纵向加固排桩包括四排纵向单排桩、六排纵向双排桩和四排纵向三排桩，所述纵向三排桩位于左右新建隧道拱腰处，可将所述加固系统划分为左侧加固区、左隧道区、夹持土加固区、右隧道区和右侧加固区，在左右隧道区内设置纵向单排桩，在所述左侧加固区、夹持土加固区和右侧加固区内设置纵向双排桩，所述横向加固排桩和纵向加固排桩均由多根高压旋喷桩咬合密排形成。

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统，其特征在于，该加固系统包括呈格栅状的横向加固排桩和纵向加固排桩，所述横向加固排桩包括横向双排桩和横向单排桩，一个横向双排桩和两个横向单排桩沿纵向呈交替排列，所述纵向加固排桩包括四排纵向单排桩、六排纵向双排桩和四排纵向三排桩，所述纵向三排桩位于左右新建隧道拱腰处，可将所述加固系统划分为左侧加固区、左隧道区、夹持土加固区、右隧道区和右侧加固区，在左右隧道区内设置纵向单排桩，在所述左侧加固区、夹持土加固区和右侧加固区内设置纵向双排桩，所述横向加固排桩和纵向加固排桩均由多根高压旋喷桩咬合密排形成。2.根据权利要求1所述的一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统，其特征在于，横向加固排桩和纵向加固排桩都采用双管式高压旋喷桩，高压旋喷桩直径为600mm-1000mm，单根高压旋喷桩的桩间距取为450mm-750mm，相邻的横向加固排桩之间和相邻的纵向加固排桩之间的距离都为1800～3000mm。3.根据权利要求1所述的一种用于隧道开挖前软土地基的加固系统，其特征在于，位于左侧的两根所述纵向三排桩与左隧道的内圈相交，且每根纵向三排桩与左隧道内圈的两个交点所对应的圆心角为50°，位于右侧的两根所述纵向三排桩与右隧道的内圈相交，且每根纵向三排桩与右隧道内圈的两个交点所对应的圆心角为50°。4.一种如权利要求1～3任一所述用于隧道开挖前软土地基的加固系统的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据施工地质勘察资料与隧道选线设计资料，得到隧道与软土层的相对位置，确定是否需要对地基进行加固；(2)若需要加固，通过极限平衡法计算左右线新建隧道侧向临界加固宽度，从而确定加固区格栅横向排布范围，确定隧道洞身上下软土层加固厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周顺华，宫全美，肖军华，狄宏规，叶伟涛，何超，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31