一种动态反馈调节盾构土压平衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，在土压平衡盾构施工中，首先确定开挖地层水土压力，并在进行修正后作为土仓压力的预设值；随后在盾构试推过程中，对地表沉降进行实时监测，对监测获得的数据进行地表沉降分析；将分析结果传输至盾构控制系统，通过判断并调整土仓压力，使得开挖面土压平衡。本发明专利技术的方法有效控制了盾构下穿既有铁路、建筑密集区等重要建筑物时产生的地层变形，减小了盾构施工对地面的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程领域，涉及动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法
技术介绍
近几年来，我国城市化进程迅速发展，为缓解地面交通压力，城市地铁大规模兴建。盾构法作为修建隧道的一种施工方法，相对其它施工方法具有比较明显的优越性，因此被广泛应用于城市地铁隧道工程中。在盾构法施工中以土压平衡盾构法较为常用，它的原理是用刀盘旋转切削开挖面土体，刀盘上被切割、破碎的碴土，经过刀盘上的开口进入密闭的土仓，利用端部伸入土仓下部的螺旋输送机排土；通过控制螺旋输送机转速或盾构推进速度，达到土仓内土压力与开挖面地层土压力动态平衡，使得开挖面保持稳定。由于开挖面上的压力是不能实时直接测得的，一般根据地质情况对土仓压力预先设定数值为静止土压力+20kpa的理论值，以此作为标准来调节土仓压力。这种方法只是经验的方法，在工程实践中设定土仓压力与实际地层土压力往往存在差异，引起周围地层位移及引起地表沉降或隆起，这对于一些地表沉降要求高的情况是不允许的。因此，需建立一套动态调整土仓压力值的方法，以确保在施工过程中开挖面的动态平衡。
技术实现思路
为了有效控制盾构下穿既有铁路、建筑密集区等重要建筑物时产生的地层变形，本专利技术的目的是提供一种土仓压力预设联合地层变形监测动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种土仓压力预设联合地层变形监测动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，包括以下步骤：首先确定开挖地层水土压力，并在进行修正后作为土仓压力的预设值。随后在盾构试推过程中，对地表沉降进行实时监测，对监测获得的数据进行地表沉降分析，同时将分析结果传输至盾构控制系统，通过判断并调整土仓压力，使得开挖面土压平衡。所述水土压力是指根据隧道所处位置、埋深情况以及周边地表环境状况计算水平侧土压
力；根据隧道所处地层和施工状态，确定地层水压力。所述进行修正是根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.01Mpa～20Mpa压力值作为调整值来修正施工土压力。所述预设值是指由确定的水平侧土压力、地层水压力和施工土压力调整值确定，即σ预设值＝σ水平测土压力+σ地层水压力+σ调整值所述盾构试推过程是指根据不同的施工地层条件和地面建筑情况，确定盾构出洞后80～100m的试推长度，在试推长度内根据地表沉降监测数据调整土仓压力使得开挖面土压平衡。所述对地表沉降进行实时监测是指盾构开挖的同时，在隧道轴线上方地表一定范围内，根据现场实际条件架设监测仪器以及布置监测点位，通过监测仪器量测地面的高程，将所测地面高程与原有地面高程作差值作为地表的沉降量或隆起量并记录在仪器或电脑中。进一步，所述监测仪器为水准仪或电子水准仪。所述地表沉降分析是指利用记录在仪器或电脑中的地表沉降监测数据进行地表沉降的曲线拟合，得到地表沉降曲线。所述通过判断是指对比地表沉降曲线与沉降为零处的水平线之间的位置关系，根据曲线的变化趋势决定是否调整土仓压力。所述调整土仓压力依据为若地表沉降曲线与沉降为零处的水平线平行，则保持目前的土仓压力；若地表沉降曲线趋于下降，即地表趋于沉降，则增大土仓压力；若地表沉降曲线趋于上升，即地表趋于隆起，则减少土仓压力。进一步，所述调整土仓压力是指通过增加推进速度和减小螺旋输送机排土速率来增大土仓压力，通过减小推进速度和增大螺旋输送机排土速率来减小土仓压力。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的方法能根据隧道情况、隧道埋深、地层情况及施工情况等通过理论计算对盾构土仓压力值进行预设，获得与实际施工开挖面水土压力较相近的值。(2)本专利技术提出了通过地表沉降监测来控制盾构土仓压力的方法，根据地表沉降或隆起量的数据拟合曲线，判断地层变形的趋势，从而调整土仓压力。(3)本专利技术提出了调整土仓压力的主要施工参数为推进速度和螺旋输送机排土速率。(4)本专利技术的方法能够对盾构土仓压力进行实时调整。(5)本专利技术提供了一种有效控制了盾构下穿既有铁路、建筑密集区等重要建筑物时产生的地层变形的方法。附图说明图1为本专利技术土仓压力预设联合地层变形监测动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法的流程示意图。图2为盾构施工下穿建筑物密集地段试推段地表沉降曲线示意图。图3为盾构施工下穿铁路路基试推段地表沉降曲线示意图。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术针对现有工程实践中地层变形控制不佳的问题，建立了土仓压力预设联合地层变形监测动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，有效控制目前施工中存在地层变形过大的问题。如图1所示，一种土仓压力预设联合地层变形监测动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：在土压平衡盾构施工中，首先确定开挖地层水土压力，并在进行修正后作为土仓压力的预设值。随后在盾构试推过程中，对地表沉降进行实时监测，对监测获得的数据进行地表沉降分析，同时将分析结果传输至盾构控制系统，通过判断并调整土仓压力，使得开挖面土压平衡。其中，土仓压力预设值是在根据隧道所处位置、埋深情况以及周边地表环境状况确定的水平侧土压力(即考虑隧道所处位置所在的土层性质好坏以确定侧土压力系数的大小；考虑埋深大小确定如太沙基、水土总重等计算理论计算隧道上覆荷载；考虑周边地表建筑和将来开发建筑与隧道之间的互相制约关系)与根据隧道所处地层和施工状态确定的地层水压力(即考虑隧道所处地层的性质如含水率、渗透系数等、考虑施工降水等施工措施对水压力的影响)的基础上进行修正(即通常使用的理论计算方法得到的结果与实际施工时的需要有一定偏差，根据不同的施工环境、施工条件及施工经验考虑0.01Mpa～20Mpa压力值作为调整值来修正施工土压力)得到的。土仓压力预设值得到后，在盾构试推过程之前以及盾构开挖的过程中，在隧道轴线上方地表一定范围内，根据现场实际条件架设监测设施(所述监测设施为水准仪或电子水准仪)以及布置监测点位并根据不同的施工地层条件和地面建筑情况确定盾构出洞后80～100m的试推长度。随后盾构进行试推施工，试推过程中通过监测仪器量测地面的高程，将所测地面高程与原有地面高程作差值作为地表的沉降量或隆起量并记录在仪器或电脑中，通过数据传输系统将检测数据传至数据分析系统进行地表沉降的曲线拟合，观察地表沉降曲线的变化趋势，
若地表沉降曲线与沉降为零处的水平线平行，则保持目前的土仓压力；若地表沉降曲线趋于下降，即地表趋于沉降，则增大土仓压力；若地表沉降曲线趋于上升，即地表趋于隆起，则减少土仓压力。最后在不断调整过程中使得盾构开挖面的水土压力尽可能保持平衡，最大限度减少对地表的影响。所述调整土仓压力指通过增加推进速度和减小螺旋输送机排土速率来增大土仓压力，通过减小推进速度和增大螺旋输送机排土速率来减小土仓压力。实施例1某盾构施工下穿建筑物密集地段。在此区段隧道穿过的地层主要为全风化和残积土层地层，隧道埋深20m-22m。步骤一：土仓预设值确定盾构在此段地层施工时，为确保地表建筑物安全，根据地层状况，确定占隧道施工范围数量较多的不利地层考虑土压力。(1)围岩以残积土层考虑，隧道埋深以安全角度考虑，在隧道纵向范围内统一取22m。进一步，可针对隧道不同断面选取20至22m中的不同值；(2)静止土压力系数通常可取1/3～1/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，其特征在于：在土压平衡盾构施工中，首先确定开挖地层水土压力，并在进行修正后作为土仓压力的预设值；随后在盾构试推过程中，对地表沉降进行实时监测，对监测获得的数据进行地表沉降分析；将分析结果传输至盾构控制系统，通过判断并调整土仓压力，使得开挖面土压平衡。

【技术特征摘要】
1.一种动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，其特征在于：在土压平衡盾构施工中，首先确定开挖地层水土压力，并在进行修正后作为土仓压力的预设值；随后在盾构试推过程中，对地表沉降进行实时监测，对监测获得的数据进行地表沉降分析；将分析结果传输至盾构控制系统，通过判断并调整土仓压力，使得开挖面土压平衡。2.根据权利要求1所述的动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，其特征在于：所述水土压力是指根据隧道所处位置、埋深情况以及周边地表环境状况计算水平侧土压力；根据隧道所处地层和施工状态，确定地层水压力。3.根据权利要求1所述的动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，其特征在于：所述进行修正是根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑浮动范围为0.01Mpa～20Mpa压力值作为调整值来修正施工土压力。4.根据权利要求1所述的动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，其特征在于：所述预设值由确定的水平侧土压力、地层水压力和施工土压力调整值确定，即σ预设值＝σ水平测土压力+σ地层水压力+σ调整值。5.根据权利要求1所述的动态反馈调节盾构土压平衡控制的方法，其特征在于：所述盾构试推过程是指根据不同的施工地层条件和地面建筑情况，确定盾构出洞后80～100m的试推长度，在试推长度内根据地表沉降监测数据调整土仓压力使得开挖面土压平衡。6.根据权利要求1所述的动态反...

【专利技术属性】
技术研发人员：季昌，周顺华，周瑜亮，肖军华，程茜，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31