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申请/专利权人：中铁十六局集团地铁工程有限公司;北京科技大学;中铁十六局集团有限公司

摘要：本发明公开了一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，包括以下步骤：通过分析计算对塌陷范围进行区域划分，得到稳定区、不稳定区及锚杆桩加固区这三个区域；对稳定区，进行桩基施工；对不稳定区，进行斜拉锚索施工；将塌陷区内锚固锚杆桩并注浆加固；进行地下梁的浇筑施工，将加固后的三个区域连为一体。本发明的有益效果：步骤简单，设计合理并且容易实施，同时考虑施工工艺、施工工期、加固方案的可行性、加固效果及加固成本等多方面因素，采用数值模拟分析和现场试验的方法对加固方案的效果进行了效果评价，得到无论是地基承载力还是抗压强度均满足设计要求，可以作为新建地铁隧道结构的地基，在节约加固成本的同时也大大缩短了工期。

主权项：1.一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1对塌陷范围进行分析计算，包括塌陷区的残余变形预测、塌陷区外围岩层在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围计算和塌陷区外围岩层的持力层地基承载力判定；S2将持力层地基承载力符合要求且不会在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的区域作为稳定区（11），对所述稳定区（11）进行桩基施工；S3将在地铁荷载作用下会发生剪切破坏的区域作为不稳定区（12），对所述不稳定区（12）穿设斜拉锚索（4）进行加固；S4将塌陷区内作为锚杆桩加固区（13），对所述锚杆桩加固区（13）锚固锚杆桩（2）并注浆加固；S5浇筑施工制得地下梁（5），使所述稳定区（11）、不稳定区（12）和锚杆桩加固区（13）通过所述地下梁（5）连成一体以作为地铁隧道的地基使用。

全文数据：一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法技术领域本发明涉及地铁隧道施工技术领域，具体来说，涉及一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法。背景技术如何确保地铁隧道的地基稳定是地铁建设必须首先解决的重大技术问题，多数情况下，在地铁建设的勘察设计阶段，通过合理选址和采取适当的常规技术措施，问题即可得以解决。然而也有例外，新建乌鲁木齐市轨道交通1号线由于各种条件限制，必须穿越六道湾煤矿的两大塌陷区（俗称南大槽和北大槽），在煤矿塌陷区上新建地铁隧道，国内外尚无先例，没有成功的经验可供借鉴。因此，如何安全穿越塌陷区以确保建成后的地铁隧道长期运营安全，从工程规划伊始就作为一项重大难题摆在了建设者面前。因此提出一种满足地铁隧道结构地基稳定性的塌陷区综合处治方案，是一个亟待解决的问题。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。发明内容针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，可使塌陷区满足地铁隧道结构地基的稳定性要求。为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，包括以下步骤：S1对塌陷范围进行分析计算，包括塌陷区的残余变形预测、塌陷区外围岩层在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围计算和塌陷区外围岩层的持力层地基承载力判定；S2将持力层地基承载力符合要求且不会在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的区域作为稳定区，对所述稳定区进行桩基施工；S3将在地铁荷载作用下会发生剪切破坏的区域作为不稳定区，对所述不稳定区穿设斜拉锚索进行加固；S4将塌陷区内作为锚杆桩加固区，对所述锚杆桩加固区锚固锚杆桩并注浆加固；S5浇筑施工制得地下梁，使所述稳定区、不稳定区和锚杆桩加固区通过所述地下梁连成一体以作为地铁隧道的地基使用。进一步地，在S1中，所述塌陷区外围岩层包括塌陷区上盘围岩和塌陷区下盘围岩。进一步地，所述塌陷区上盘围岩上分为稳定区和不稳定区，所述塌陷区下盘围岩上为稳定区。进一步地，在S2中，所述桩基施工包括设置承台和设置承台桩。进一步地，所述斜拉锚索长度根据在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围确定。进一步地，所述斜拉锚索的一端向下倾斜并锚固于稳定区，所述斜拉锚索的另一端向上倾斜并锚固在锚台上，所述锚台靠近所述锚杆桩加固区设置。进一步地，所述斜拉锚索的数量为多根，其中一部分所述斜拉锚索与水平面呈20°的夹角，另一部分所述斜拉锚索与水平面呈40°的夹角。进一步地，在S4中，锚固所述锚杆桩前需钻设锚杆孔，所述锚杆孔的直径为150mm，孔深进入岩层或最大25m，所述锚杆孔呈矩形布置，间距为2m。进一步地，所述地下梁的高度为1m。本发明的有益效果：步骤简单，设计合理并且容易实施，同时考虑施工工艺、施工工期、加固方案的可行性、加固效果及加固成本等多方面因素，采用数值模拟分析和现场试验的方法对加固方案的效果进行了效果评价，得到无论是地基承载力还是抗压强度均满足设计要求，可以作为新建地铁隧道结构的地基，在节约加固成本的同时也大大缩短了工期。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是根据本发明实施例所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法的流程图；图2是根据本发明实施例所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法各区域分布的平面图；图3是根据本发明实施例所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法各区域分布的纵向断面图。图中：1、承台桩；2、锚杆桩；3、锚台；4、斜拉锚索；5、地下梁；6、第一承台；7、第二承台；8、第三承台；9、第四承台；10、第五承台；11、稳定区；12、不稳定区；13、锚杆桩加固区；A、南大槽；B、北大槽。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1-3所示，根据本发明实施例所述的一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，包括以下步骤：S1对塌陷范围进行分析计算，包括塌陷区的残余变形预测、塌陷区外围岩层在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围计算和塌陷区外围岩层的持力层地基承载力判定；S2将持力层地基承载力符合要求且不会在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的区域作为稳定区11，对所述稳定区11进行桩基施工；S3将在地铁荷载作用下会发生剪切破坏的区域作为不稳定区12，对所述不稳定区12穿设斜拉锚索4进行加固；S4将塌陷区内作为锚杆桩加固区13，对所述锚杆桩加固区13锚固锚杆桩2并注浆加固；S5浇筑施工制得地下梁5，使所述稳定区11、不稳定区12和锚杆桩加固区13通过所述地下梁5连成一体以作为地铁隧道的地基使用。在本发明的一个具体实施例中，在S1中，所述塌陷区外围岩层包括塌陷区上盘围岩和塌陷区下盘围岩。在本发明的一个具体实施例中，所述塌陷区上盘围岩上分为稳定区11和不稳定区12，所述塌陷区下盘围岩上为稳定区11。在本发明的一个具体实施例中，在S2中，所述桩基施工包括设置承台和设置承台桩1。在本发明的一个具体实施例中，所述斜拉锚索4长度根据在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围确定。在本发明的一个具体实施例中，所述斜拉锚索4的一端向下倾斜并锚固于稳定区11，所述斜拉锚索4的另一端向上倾斜并锚固在锚台3上，所述锚台3靠近所述锚杆桩加固区13设置。在本发明的一个具体实施例中，所述斜拉锚索4的数量为多根，其中一部分所述斜拉锚索4与水平面呈20°的夹角，另一部分所述斜拉锚索4与水平面呈40°的夹角。在本发明的一个具体实施例中，在S4中，锚固所述锚杆桩2前需钻设锚杆孔，所述锚杆孔的直径为150mm，孔深进入岩层或最大25m，所述锚杆孔呈矩形布置，间距为2m。在本发明的一个具体实施例中，所述地下梁5的高度为1m。为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本发明的上述技术方案进行详细说明。以新建乌鲁木齐轨道交通1号线区间隧道穿越六道湾煤矿塌陷区为例，包括如下步骤：（1）首先通过分析计算对塌陷范围进行区域划分，得到稳定区11、不稳定区12及锚杆桩加固区13这三个区域；（2）其次对于稳定区11，进行桩基施工，以对稳定区11进行加固使之作为整个隧道结构的地基；（3）然后针对不稳定区12，进行斜拉锚索施工，以加固塌陷区上盘围岩上靠近塌陷区的部分，使其在后期地铁荷载作用下不发生剪切破坏；（4）在完成上述步骤的基础上，为保证塌陷区的内岩土体与侧壁围岩部分不发生较大的差异沉降，将塌陷区内锚固锚杆桩2并注浆加固，从而达到控制其产生较大变形的目的；（5）最后当上述步骤完成后，进行地下梁5的浇筑施工，将加固后的三个区域连为一体，从而完成整个新建地铁隧道结构的地基持力层结构的施工。其中，在步骤（1）中通过理论分析、数值模拟和相似试验的方式对塌陷范围进行分析计算，分析计算的内容包括对塌陷区的残余变形进行预测，对塌陷区上盘围岩在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围进行计算，对穿越槽台（即南大槽A和北大槽B之间的岩层）段的持力层地基承载力进行判定，最终实现对南大槽A和北大槽B的区域划分，得到两个锚杆桩加固区13、位于塌陷区上盘围岩上的两个不稳定区12、位于塌陷区下盘围岩及塌陷区上盘围岩上的三个稳定区11。其中，在步骤（2）中桩基施工包括共设置5个承台和115根承台桩1，承台桩1有三种型号，分别为Z-1型、Z-2型和Z-3型，Z-1型的桩径为1.5m，Z-2型的桩径为1.2m，Z-3型的桩径为1.2m。其中Z-1型的桩长40m，数量为60根，Z-2型的桩长33m，数量为30根，Z-3型的桩长25m，数量为25根。5个承台分别命名为第一承台6、第二承台7、第三承台8、第四承台9和第五承台10，其中第一承台6的尺寸为22.7m×11.5m，厚度为2m~2.173m，并设置15根承台桩1；第二承台7的尺寸为21.9m×11.5m，厚度为2m~2.173m，并设置15根承台桩1；第三承台8尺寸为19.75m×54.1m×2m，并设置55根承台桩1；第四承台9的尺寸为21.5×11.5m，厚度为2m~2.173m，并设置15根承台桩1；第五承台10的尺寸为21.2×11.5m，厚度为2m~2.173m，并设置15根承台桩。其中，在步骤（3）中针对塌陷区上盘围岩可能发生剪切破坏的范围进行加固时，结合步骤（1）中计算得到的最大塌陷范围，将所用斜拉锚索4的长度选为30m，一部分斜拉锚索4与水平面呈20°的夹角，另一部分斜拉锚索4与水平面呈40°的夹角。其中，在步骤（4）中对塌陷区内岩土体进行注浆加固时，需钻设的锚杆孔的直径为150mm，间距为2m，矩形布置，锚杆孔的孔深进入岩层或最大25m。其中，在步骤（5）中为了将加固后的三个区域连为整体，采用地下梁5的方式将稳定区11、不稳定区12及锚杆桩加固区13即整个穿越范围连为一体，浇筑时地下梁5高为1m。最后，当所有加固方案完成以后，进行加固效果的验证，验证后可得桩基的最大沉降值为3.121mm，位于北大槽B的下盘围岩处，锚杆桩2的最大沉降值为8.363mm，位于北大槽B内，斜拉锚索4的最大沉降值为3.935mm，位于南大槽A的上盘围岩处，地下梁5的最大沉降值为8.363mm，发生在北大槽B的正上方。无论是桩基、锚杆桩及斜拉锚索，还是地下梁，其竖向位移均比较小，均符合设计中允许的竖向沉降值。同时进行了工程现场的验证，得到加固后的南大槽A、北大槽B塌陷区无论是地基承载力还是抗压强度均满足设计要求，可以作为新建地铁隧道结构的地基，说明了本发明在理论上的正确性及技术上的可行性。综上所述，借助于本发明的上述技术方案，方法步骤简单，设计合理并且容易实施，在节约加固成本的同时也大大缩短了工期，作为国内首个穿越采空区的地下轨道交通工程，该发明可填补国内相关研究的空白，为乌鲁木齐规划地铁线路及国内其他城市轨道交通穿越采空区提供思路及经验借鉴，也为今后类似工程的设计、勘察、施工提供理论及技术支持。。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

权利要求：1.一种使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1对塌陷范围进行分析计算，包括塌陷区的残余变形预测、塌陷区外围岩层在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围计算和塌陷区外围岩层的持力层地基承载力判定；S2将持力层地基承载力符合要求且不会在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的区域作为稳定区（11），对所述稳定区（11）进行桩基施工；S3将在地铁荷载作用下会发生剪切破坏的区域作为不稳定区（12），对所述不稳定区（12）穿设斜拉锚索（4）进行加固；S4将塌陷区内作为锚杆桩加固区（13），对所述锚杆桩加固区（13）锚固锚杆桩（2）并注浆加固；S5浇筑施工制得地下梁（5），使所述稳定区（11）、不稳定区（12）和锚杆桩加固区（13）通过所述地下梁（5）连成一体以作为地铁隧道的地基使用。2.根据权利要求1所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，在S1中，所述塌陷区外围岩层包括塌陷区上盘围岩和塌陷区下盘围岩。3.根据权利要求2所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，所述塌陷区上盘围岩上分为稳定区（11）和不稳定区（12），所述塌陷区下盘围岩上为稳定区（11）。4.根据权利要求1所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，在S2中，所述桩基施工包括设置承台和设置承台桩（1）。5.根据权利要求1所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，所述斜拉锚索（4）长度根据在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围确定。6.根据权利要求5所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，所述斜拉锚索（4）的一端向下倾斜并锚固于稳定区（11），所述斜拉锚索（4）的另一端向上倾斜并锚固在锚台（3）上，所述锚台（3）靠近所述锚杆桩加固区（13）设置。7.根据权利要求6所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，所述斜拉锚索（4）的数量为多根，其中一部分所述斜拉锚索（4）与水平面呈20°的夹角，另一部分所述斜拉锚索（4）与水平面呈40°的夹角。8.根据权利要求1所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，在S4中，锚固所述锚杆桩（2）前需钻设锚杆孔，所述锚杆孔的直径为150mm，孔深进入岩层或最大25m，所述锚杆孔呈矩形布置，间距为2m。9.根据权利要求1所述的使用塌陷区作为地铁隧道地基的施工方法，其特征在于，所述地下梁（5）的高度为1m。

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