[发明专利]山区临近水库浅埋隧道基坑围护结构的设计施工方法

说明书

本发明公开了一种山区临近水库浅埋隧道基坑围护结构的设计施工方法，属于施工方法领域。本发明相对于现有技术而言，一方面从隧道基坑围护前期采用结构力学等截面杆件来简化桩身计算，把握单个杆件的受力状况，另一方面将整个基坑围护结构作为单排桩验算工程的两种不利工况(土体开挖至基坑底或开挖至仰拱外边线底)，并利用验算结果来指导分段施工。整个工程施工采用上下台阶、上下不同开挖方法、下部分段施工的工法，不失为一种简单、易操作性和经济合理的隧道基坑设计施工方法。

技术领域

本发明属于隧道结构领域，具体涉及一种山区临近水库浅埋隧道基坑围护结构的设计施工方法。

背景技术

山区浅埋隧道一般采用明挖法和暗挖法。明挖法也称基坑法，主要包括敞口明挖法(放坡明挖)和基坑支护开挖法两类。而盖挖法这种施工方法介于明挖法和暗挖法之间。浅埋隧道基坑围护纵断面图，也即浅埋隧道基坑围护结构与山体关系见图1。

浅埋隧道围护基坑若土层分布为土质，则一般采用拉森钢板桩作为围护结构，然后施作冠梁以及钢管横撑(冠梁处)；若土层分布为上部土层，下部基岩的浅埋隧道基坑则一般用钻孔灌注桩作为围护支挡结构(钻孔灌注桩打入岩石一定深度)，然后施作冠梁以及钢筋砼横撑(冠梁处)。基坑开挖方式也一般采用机械开挖方式。

在基坑围护设计中，围护拉森钢板桩/钻孔灌注桩、冠梁以及钢筋砼横撑常被简化为单排桩作为一个结构体系进行设计计算，设置基坑内外侧水位标高验算结构整体的内力(弯矩、剪力以及位移)及稳定性，验算抗倾覆、抗隆起以及嵌固深度能否满足规范要求。作为结构体系各个验算若均满足规范要求，基坑设计就很容易审核通过。上述浅埋隧道围护基坑做法未把不利工况考虑精细，只从整体上考虑了围护结构的稳定性，忽略了单个围护结构(杆件)的受力情况。

地质情况分布为上部土层、下部基岩的隧道基坑开挖一般采用钻孔灌注桩作为围护结构，桩基进入风化程度较好岩石(中风化岩石以上)深度和基坑底部深度均不小于2m。基坑底至仰拱外边线底地层分布为风化程度较好岩石，则采用机械开挖行不通，需采用弱爆破开挖。但岩土工程上计算受力多是每延米的受力情况(kN/m)，基坑设计中作为单个杆件的80cm(每延米范围内)的钻孔灌注桩(底端插入岩石一定深度可作为固定端，顶端有冠梁和横撑约束可简化为固定端或滑动支座)的受力情况却很容易被忽略，尤其是基坑围护段上台阶土方开挖到基底时，基坑内侧土被掏空，基坑外侧土压力作用在钻孔灌注桩上时，此时为工程不利工况1。上部土体采用机械开挖至基底后，继而爆破开挖仰拱(下部岩石)，开挖至仰拱外边线底处时，此时为工程最不利工况2。但目前的设计施工过程中，对这些不利工况缺乏考虑，容易造成结构稳定性存在风险。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种山区临近水库浅埋隧道基坑围护结构的设计施工方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

山区临近水库浅埋隧道基坑围护结构的设计施工方法，其步骤如下：

1)在隧道浅埋段先放坡开挖；然后沿隧道走向在隧道设计边界两侧分别施作一排钻孔灌注桩；

2)在钻孔灌注桩顶部浇筑钢筋砼冠梁；

3)在两条钢筋砼冠梁之间支一道钢筋砼横撑，使整个围护结构形成框架式明洞结构；

4)机械开挖上部土体段至设计隧道基坑底；此时一方面将整个基坑围护结构作为单排桩来验算此种不利工况下各项指标是否满足规范要求；另一方面针对单个钻孔灌注桩，将钻孔灌注桩插入岩石的桩底端视为固定端，将沿钻孔灌注桩身从上到下分布的土压力简化为线荷载，将有冠梁和横撑约束的桩顶端视为固定端或滑动支座分别建立简化力学模型，并根据两个力学模型分别估算出此时钻孔灌注桩桩身的弯矩和剪力，找出弯矩或剪力作用的若干不利点(指弯矩或剪力过大时，可能会对桩身造成不利破坏的位置)，在不利点处设置观测点，来宏观把握单个钻孔灌注桩的受力状况；