适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其包括步骤：盾构上穿施工前，对规定范围内的工程地质和环境进行查勘，采用有限元数值计算对盾构上穿施工引起既有大直径隧道结构变形进行事前三维模拟，判断实施方法的可行性，并确定既有大直径隧道结构的变形控制指标；在盾构上穿施工过程中，针对所述变形控制指标中的各项指标进行实时监测和反馈控制，确保既有大直径隧道结构在盾构上穿施工的全过程满足所述各项指标；盾构上穿施工完成后，继续对既有大直径隧道结构进行上浮监测和预警。本发明专利技术对穿越施工前、中、后三个阶段的施工方法、参数选取原则及各项关键技术参数进行全面控制。

Anti-floating control method for shield tunneling in sandy strata through existing large diameter tunnels

The invention discloses an anti-floating control method suitable for shield tunneling in sandy strata through existing large-diameter tunnels, which includes steps: before shield tunneling is carried out, the engineering geology and environment within the specified scope are investigated, and the structural deformation of existing large-diameter tunnels caused by shield tunneling is simulated by finite element numerical calculation in advance, and the feasibility of the implementation method is judged. Deformation control index of existing large diameter tunnel structure is determined; real-time monitoring and feedback control are carried out for each index in the process of shield tunneling construction to ensure that the whole process of shield tunneling construction of existing large diameter tunnel structure satisfies the said index; after completion of shield tunneling construction, the existing large diameter tunnel structure will continue to float up. Monitoring and early warning. The invention comprehensively controls the construction method, the principle of parameter selection and the key technical parameters of crossing the three stages before, during and after construction.

【技术实现步骤摘要】
适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法
本专利技术涉及轨道交通建设
，尤其涉及一种适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法。
技术介绍
盾构法隧道目前普遍应用于城市轨道交通建设中，随着地下空间的逐步开发，越来越多的城市轨道交通建设面临着盾构掘进施工需穿越众多既有地下管线及建构筑物，特别是在不良地质条件下的盾构穿越技术难度大、风险高。现有技术中有一些针对盾构穿越既有隧道的做法：中国专利技术专利CN108104824A(专利技术名称：一种软土区泥水盾构穿越既有地铁隧道施工方法；申请号：201711145032.0；申请日：2017-11-17)中公布了一种软土区泥水盾构穿越既有地铁隧道施工方法，包括施工准备、试验段施工措施、穿越前施工措施、穿越段施工措施和穿越后施工措施，其中穿越后施工措施包括地铁隧道微扰动注浆和泥水盾构隧道二次注浆。该专利技术的有益效果是：该专利技术能够使泥水盾构顺利安全的穿越既有地铁隧道，并且能够很好的控制既有地铁及邻近土体的变形，保证既有地铁的正常运营；该专利技术能够很好的适应软土区泥水盾构穿越既有地铁的环境，同时能很好的起到整体支护作用，能保证施工质量，保障泥水盾构的后续工程施工。中国专利技术专利CN107288655A(专利技术名称：一种盾构隧道双线下穿既有隧道洞内注浆加固围岩方法；申请号：201710501515.3；申请日：2017-06-27)中公开一种盾构隧道双线下穿既有隧道洞内注浆加固围岩方法，该方法步骤包括：S1：在既有隧道管片环左右两侧与垂线约呈第一夹角的对称位置上设置注浆孔，该对称设置的注浆孔之间保持第一距离间隔；S2：在既有隧道的断面上安装监测装置；S3：通过注浆管向注浆孔内注入双液型浆液；S4：通过监测装置观测在注浆过程中隧道衬砌结构应变及衬砌形状变化并实时调节注浆压力。现有技术中存在的不足之处如下：1.以往技术主要针对盾构下穿既有地下结构，主要解决的问题是控制下穿结构的沉降问题。并没有针对上穿既有地下结构，来解决控制上穿结构的上浮问题，且本专利技术上穿的既有地下结构为大直径盾构隧道，结构直径大且距离近；2.以往专利技术的技术主要针对软土地区，地层为粘土为主，施工风险较小。并没有针对砂性地层，砂性地层的地层条件差，不利于施工安全与质量控制，极易造成上穿下部大直径隧道周围土体变形与扰动，从而导致下部大直径隧道的变形。砂性土地层盾构上穿既有大直径隧道结构存在以下问题：1)砂土地层中透水性很强，盾构施工在穿越时，对土体产生扰动极易发生流砂或板结现象；2)砂土土层极易引起的涌水、涌砂现象使盾构开挖面失去稳定平衡，产生开挖面失稳，进而对隧道本身和下方既有大直径隧道的安全产生影响；3)盾尾和螺旋输送机后仓门突水、涌砂。盾构推进过程中砂层受振动孔隙水压力增大，造成喷涌。4)在稳定性差砂土地层中，国内盾构穿越既有大直径隧道的施工经验不足，风险较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其能够克服上穿施工引起的既有大直径隧道的上浮及结构变形。本专利技术实现上述目的的方案是：一种适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其包括步骤：盾构上穿施工前，对规定范围内的工程地质和环境进行查勘，采用有限元数值计算对盾构上穿施工引起既有大直径隧道结构变形进行事前三维模拟，判断实施方法的可行性，并确定既有大直径隧道结构的变形控制指标；在盾构上穿施工过程中，针对所述变形控制指标中的各项指标进行实时监测和反馈控制，确保既有大直径隧道结构在盾构上穿施工的全过程满足所述各项指标；以及盾构上穿施工完成后，继续对既有大直径隧道结构进行上浮监测和预警。在本专利技术的一些实施例中，所述变形控制指标中的指标包括竖向沉降控制值和隆起变形控制值，并且，针对所述竖向沉降控制值和所述隆起变形控制值分别提供沉降值、预警值、报警值和变形控制速率。在本专利技术的一些实施例中，盾构上穿施工过程包括：a.土压力值设定：根据确定的水平侧向力、地层水压力及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值，即σ初步设定＝σ水平侧向力+σ水平水压力+σ调整(公式一)式中：σ初步设定为初步确定的盾构土仓土压力；σ水平侧向力为水平侧向力；σ水平水压力为地层水压力；σ调整为修正施工土压力；根据公式一计算穿越区域土压力的理论值，实际土压力的设定值根据沉降数据分析进行微调，得出合理的施工土压力值，同时在推进过程中要保证实际土压力与设定值之间的差值控制在±5％内。在本专利技术的一些实施例中，盾构上穿施工过程包括：b.推进速度与刀盘转速控制：盾构推进速度控制在30～40mm/min。5.如权利要求1所述的适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其特征在于，盾构上穿施工过程包括：c.出土量控制：出土量为开挖断面的98％～100％。在本专利技术的一些实施例中，盾构上穿施工过程包括：d.盾构姿态控制：单次平面纠偏量控制在5mm/环内，单次高程坡度纠偏量不超过1‰；在本专利技术的一些实施例中，盾构上穿施工过程包括：e.同步注浆及二次注浆控制：在穿越段前后一定范围内的管片上增开注浆孔；在盾构掘进过程中，采用同步注浆量与同步注浆压力双控的标准进行控制；其中，同步注浆量控制包括：注浆量和注浆压力根据监测数据进行动态调整，同步注浆量计算公式为：Q＝V·λ；其中，V为填充体积，λ为注入率；V＝π(D2-d2)L/4；D为盾构切削外径，d为预制管片外径，L为管片环宽；同步注浆压力控制包括：同步注浆压力的最佳值在综合考虑地基条件、设备性能、浆液特性和土仓压力的基础上确定，下临界注浆压力维持上部土块的稳定，使上部土块不下塌；上临界注浆压力维持下部土块的稳定，使下部土块不隆起；注浆压力上临界值表示为：注浆压力下临界值表示为：式中：γ为土体容重；h为注浆孔埋深，c为土体粘聚力；注浆压力上临界值和注浆压力下临界值确定后，将注浆压力上临界值除以一个安全系数n>1，将注浆压力下临界值乘以安全系数n>1，得到最优注浆压力：在本专利技术的一些实施例中，盾构上穿施工过程还包括：采用铁块进行上部施工隧道进行压重，压重范围为穿越段及穿越段两侧各20环；在进行压重的堆载区域采用轨枕将电机车和车架抬升，在轨枕以下空间堆载压铁。在本专利技术的一些实施例中，盾构第一节车架与拼装工作面之间有9环距离，在第一节车架前3环开始进行压铁堆载，与盾构推进同步进行堆载作业。在本专利技术的一些实施例中，在压铁堆载区域与盾构拼装工作面之间的区域采用管片进行压重；并且，在管片吊离后，后续管片运至工作面补充。本专利技术由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：1、对穿越施工前、中、后三个阶段的施工方法、参数选取原则及各项关键技术参数进行全面控制；2.盾构上穿既有大直径隧道施工各项措施具有针对性和有效性；3.能够有效控制盾构在砂土地层中掘进过程中受扰动而对周边环境产生影响；4.通过各项措施有效控制既有大直径隧道的沉降和隆起，保证穿越施工和既有大直径隧道安全。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其特征在于，包括步骤：盾构上穿施工前，对规定范围内的工程地质和环境进行查勘，采用有限元数值计算对盾构上穿施工引起既有大直径隧道结构变形进行事前三维模拟，判断实施方法的可行性，并确定既有大直径隧道结构的变形控制指标；在盾构上穿施工过程中，针对所述变形控制指标中的各项指标进行实时监测和反馈控制，确保既有大直径隧道结构在盾构上穿施工的全过程满足所述各项指标；以及盾构上穿施工完成后，继续对既有大直径隧道结构进行上浮监测和预警。

【技术特征摘要】
1.一种适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其特征在于，包括步骤：盾构上穿施工前，对规定范围内的工程地质和环境进行查勘，采用有限元数值计算对盾构上穿施工引起既有大直径隧道结构变形进行事前三维模拟，判断实施方法的可行性，并确定既有大直径隧道结构的变形控制指标；在盾构上穿施工过程中，针对所述变形控制指标中的各项指标进行实时监测和反馈控制，确保既有大直径隧道结构在盾构上穿施工的全过程满足所述各项指标；以及盾构上穿施工完成后，继续对既有大直径隧道结构进行上浮监测和预警。2.如权利要求1所述的适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其特征在于：所述变形控制指标中的指标包括竖向沉降控制值和隆起变形控制值，并且，针对所述竖向沉降控制值和所述隆起变形控制值分别提供沉降值、预警值、报警值和变形控制速率。3.如权利要求1所述的适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其特征在于，盾构上穿施工过程包括：a.土压力值设定：根据确定的水平侧向力、地层水压力及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值，即σ初步设定＝σ水平侧向力+σ水平水压力+σ调整(公式一)式中：σ初步设定为初步确定的盾构土仓土压力；σ水平侧向力为水平侧向力；σ水平水压力为地层水压力；σ调整为修正施工土压力；根据公式一计算穿越区域土压力的理论值，实际土压力的设定值根据沉降数据分析进行微调，得出合理的施工土压力值，同时在推进过程中要保证实际土压力与设定值之间的差值控制在±5％内。4.如权利要求1所述的适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其特征在于，盾构上穿施工过程包括：b.推进速度与刀盘转速控制：盾构推进速度控制在30～40mm/min。5.如权利要求1所述的适用于砂性地层盾构上穿既有大直径隧道的抗浮控制方法，其特征在于，盾构上穿施工过程包括：c.出土量控制：出土量为开挖断面的98％～100％。6.如权利要求1所述的适用于砂性地层盾构上穿既...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱晓华，谢卿，郑怀宇，王开放，唐立成，陈振鹏，李永，赵瑞涛，耿彦楠，杨虎，王青涛，杨冠军，贾智，郭勇，付忠年，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司，郑州地铁集团有限公司，上海隧道盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31