一种上跨地铁隧道的道路基坑支护结构
技术领域
本实用新型涉及深基坑支护结构领域，特别是涉及一种上跨地铁隧道的道路基坑支护结构。
背景技术
随着城市化进程的加快，地下道路的建设日益增多。当前城市道路的建设面临着环境复杂、制约因素多等问题，道路基坑大多不具备放坡和锚拉的条件，为此基坑只能采用“围护结构+内支撑”的支护体系。同时，随着城市地下空间综合利用的不断重视，在城市道路建设中越来越多的出现道路基坑上跨既有地铁隧道的情况，由此导致常规基坑围护结构在隧道范围内无法满足嵌固要求，常规的支护方案难以满足基坑自身的稳定性，也对运营地铁隧道的安全性和耐久性产生了影响。
因此，对于复杂条件下近距离上跨既有地铁隧道的道路基坑，制定合理可行、安全稳定的支护方案，克服既有地铁隧道范围内围护结构嵌固深度不足的技术难题，确保既有地铁隧道安全具有非常重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种上跨地铁隧道的道路基坑支护结构，实现城市地下道路深基坑嵌固深度不足、局部无内撑时的整体稳定，确保既有地铁隧道结构的安全。
本实用新型所采取的技术方案是：
一种上跨地铁隧道的道路基坑支护结构，布置于长条形的基坑，基坑的内壁从内到外依次层叠布置两层屏障结构，内侧的屏障结构为若干沿基坑长度方向布置的支护桩，外侧的屏障结构为若干沿基坑长度方向布置的止水帷幕；包括两个拱墙，两个拱墙均为半圆筒状结构，两个拱墙的拱顶分别嵌入基坑的左右内壁，拱墙的两个拱脚所在的位置平齐同侧的支护桩，拱墙根部的嵌固深度浅于支护桩的嵌固深度；包括一对冠梁、至少一对腰梁以及若干内支撑，内支撑位于相邻两冠梁或相邻两腰梁之间，两条冠梁布置在顶部抵住左右两侧的支护桩和拱墙，腰梁布置在腰部抵住左右两侧的支护桩和拱墙，冠梁和腰梁在经过同侧的拱墙时均贴合拱墙的拱腹形成局部弯折；冠梁和腰梁均在连接自身局部弯折的位置设置若干凸起，若干凸起分别嵌入相邻两支护桩之间。
有益效果：拱墙嵌固深度不足，容易传递基坑内壁的水土压力，具体将上述水土压力转化为作用于拱脚的水平推力和垂直内壁的不平衡力，并传递给足够嵌固深度的支护桩，本方案通过设置局部弯折和若干凸起，巧妙地将水土压力均匀地分散出来给附近的支护桩，整体性能性好，通过该支护结构既满足基坑自身安全稳定，又能降低影响既有地铁隧道结构。
作为上述方案的改进，拱墙在两侧的拱脚位置设有沿基坑长度方向延伸的竖直墙面，竖直墙面平齐同侧的支护桩，方便竖直墙面抵住最近的支护桩。此时拱墙的拱顶和竖直墙面之间形成阳角，进一步，拱墙的两个阳角处布置劲性墙。劲性墙的嵌固深度大于拱墙，劲性墙也承受拱墙传递来的部分水土压力，同时减缓拱脚的角部效应，起到加固拱脚的作用。
作为上述方案的改进，冠梁和腰梁在避开局部弯折的位置设置加强后的内支撑，普通的内支撑为杆状，而加强后的内支撑在首尾两端的连接处补充搭接三角结构；进一步地，局部弯折的两端之间设有水平拉梁。水平拉梁的设计用于承担部分拱脚的水平推力，抑制了拱脚向外的水平位移，减小了靠近拱脚处的部分支护桩受到的水平推力。
作为上述方案的改进，两个拱墙均位于既有地铁隧道的正上方。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
图1是支护结构的立体图；
图2是支护结构的俯视图；
图3既可以表示冠梁与内支撑的立体图，也可以表示腰梁与内支撑的立体图；
图4是支护结构的剖视图。
图中：1为支护桩；2为拱墙；3为冠梁；4为内支撑；5为止水帷幕；6为水平拉梁；7为劲性墙；8为型钢；9为腰梁；10为既有地铁隧道；11为土层。
具体实施方式
在本发明创造的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
在本发明创造的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明创造的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图4，本实用新型为一种上跨地铁隧道的道路基坑支护结构，布置于长条形的基坑，包括一对拱墙2、若干支护桩1、若干止水帷幕5、一对冠梁3、至少一对腰梁9和若干内支撑4。
基坑如图1所述，开挖土层11后形成，定义左上右下方向为基坑的长度方向，左下右上的方向为基坑的宽度方向。基坑的中间两个内壁均设有竖直的内陷的凹面，两个凹面彼此正对。参照图2，俯视地看，凹面的轮廓近似半圆形；凹面可以根据设计要求由半圆形开口改成劣弧对应的开口。
拱墙2嵌入上述凹面，相应地，拱墙2为了贴合凹面，为半圆筒状结构；这里所提及的半圆筒状可以根据需要适当延长或缩短弧边，所对应的圆心角可以不是180°。浇筑好后的两个拱墙2彼此正对，开口方向都朝向基坑的中间；如果基坑方向不与既有地铁隧道10垂直，两个拱墙2也可以错位布置。进一步，拱墙2在基坑长度方向的两侧边缘设有沿基坑长度方向延伸的竖直墙面。拱墙2一般位于既有地铁隧道10的上方，所以拱墙2的嵌入深度不宜太深，也导致了拱墙2支护强度偏弱。本实施例中，拱墙2的嵌入深度浅于劲性墙7和支护桩1；对于远离既有地铁隧道10的其他的拱墙2，可以嵌入更深。
为了高效解决拱墙2承受不平衡的水土压力的问题，本申请方案提出如下几个结构改进。
拱墙2的拱顶与竖直墙面之间的位置称为阳角，在拱墙2的两个阳角处均布置劲性墙7。补充说明，劲性墙7为水泥土墙，一般在浇筑时插入型钢8增加其强度。图2中可以看到一处劲性墙7插入了四根H型钢。
支护桩1为灌注桩，若干支护桩1分别以同侧的拱墙2的两个竖直墙面为起点，沿基坑长度方向前后等间距布置在基坑的内壁。图2中所示，支护桩1的直径近似竖直墙面的厚度，拱墙2的左右侧平齐了支护桩1，且相邻两支护桩1等间距布置。若干止水帷幕5布置在同侧的支护桩1后面，其桩体相互咬合，其表面紧挨支护桩1。
内支撑4位于相邻两条冠梁3之间或相邻两条腰梁9之间，两条冠梁3布置在顶部抵住左右两侧的支护桩1和拱墙2，两条腰梁9布置在腰部抵住左右两侧的支护桩1和拱墙2。如果基坑的深度大，腰梁9可以多设置几对。冠梁3和腰梁9在经过同侧的拱墙2时均贴合拱墙2的拱腹形成局部弯折；同时每一条冠梁3和每一条腰梁9均在连接自身局部弯折的位置设置若干凸起，若干凸起分别嵌入相邻两支护桩1之间。凸起的设计用于将压力均匀分散至不同的支护桩1，避免靠近拱墙2的支护桩1过度变形。
本实施例中，冠梁3和腰梁9均不再局部弯折设置内支撑4，因为拱墙2主要承受基坑宽度方向上的水土压力。进一步，局部弯折的两端之间设有水平拉梁6。在设计之初需要计算水平拉梁6的受力，如果拱墙2某一高度的水土压力较小，也可以不设置水平拉梁6。
内支撑4分为普通结构和加强结构，图2所示的实施例中，最靠近拱墙2拱脚位置的两条内支撑4为加强后的内支撑，其余位置的内支撑4为普通的内支撑。普通的内支撑为直杆形式，横截面为矩形或圆形，加强后的内支撑在普通结构的基础上，其首尾两端与冠梁或与腰梁之间补充设置斜撑，形成三角结构。加强后的内支撑所采用的杆径也较粗。当然了，对于某些受力大的位置，也可以根据实际需求调整普通结构和加强结构的布局，比如在其他位置增加加强后的内支撑。
下面介绍施工步骤。
根据项目场地勘察报告和初步设计计算结果，在明确既有地铁隧道10位置的情况下，确定支护桩1、拱墙2、冠梁3、内支撑4、止水帷幕5、水平拉梁6、劲性墙7的尺寸(如：桩径、墙厚、长度等)、材料、嵌固深度及工序等施工参数；平整场地，放线定位，标出支护桩1、拱墙2、止水帷幕5及劲性墙7的位置。
进行止水帷幕5及劲性墙7的施工，施工器械就位并调整其垂直度，劲性墙7按计算分析要求嵌固进坑底一定深度，并在施工完成后插入H型钢，地下结构施作后可回收H型钢。
施作支护桩1和拱墙2，支护桩1采用灌注桩，其钢筋笼预先设置局部带肋冠梁3的定位钢筋。拱墙2钢筋笼预设冠梁3与水平拉梁6的定位钢筋，下放钢筋笼，最后浇筑混凝土；既有地铁隧道10范围外的拱墙的嵌固深度较位于既有地铁隧道10上方的拱墙2深。
施作冠梁3、内支撑4及水平拉梁6，围护结构达到设计强度后，基坑开挖到设计标高，找到预设在支护桩1和拱墙2的定位筋，通过焊接或机械连接与冠梁3的钢筋有效连接，支模后，浇筑混凝土；对于冠梁3，需要对相应支护桩1间土进行开挖，然后进行肋部的施工。
施工内支撑4时，在拱墙2的拱脚处设置加强的钢筋混凝土对撑，其余位置根据设计要求布置钢筋混凝土对撑。
对于水平拉梁6的施工，每侧道数根据设计分析确定，可与内支撑4道数不一致，水平拉梁6主筋和与拱墙2的定位筋焊接或机械连接，最后支模浇筑混凝土。
本方案灵活地柔性地布置拱墙2，利用拱墙2抵御既有地铁隧道10正上方基坑侧壁水土压力，嵌固深度不足的拱墙2将侧壁水土压力转化为作用于拱脚的水平推力和垂直侧壁的不平衡力，并传递给足够嵌固深度的支护桩1、劲性墙7，以及内支撑4、水平拉梁6或其他连续墙，拱墙2的受力机理明确、空间刚度大、变形小且整体性能好，通过该支护结构既满足基坑自身安全稳定，又能降低对既有地铁隧道10的影响。
若干凸起的设计加强了支护桩1与冠梁3以及与腰梁9的联系，更有效地抵抗拱墙2传递来的水平推力，最大程度利用支护桩1抗侧移能力，避免靠近拱墙2的少数支护桩1变形过大甚至破坏失稳。
水平拉梁6的设计用于承担部分拱脚的水平推力，抑制了拱脚向外的水平位移，减小了靠近拱脚处的部分支护桩1受到的水平推力。劲性墙7则是减缓拱脚的角部效应，起到对拱脚加强的作用。
当然，本设计创造并不局限于上述实施方式，上述各实施例不同特征的组合，也可以达到良好的效果。熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
