一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法技术

本发明专利技术属于隧道施工技术领域，具体涉及一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法。具体包括以下步骤：S1）施工前利用MIDAS GTS NX软件配合FLAC3D先行数值模拟优化掘进方案，确定受力不利部位；S2）试验段掘进，穿越前沿盾构方向45m‑60m地层为试验段；S3）盾构穿越施工，盾构穿越施工过程中包括：1）土压控制，2）盾构推力控制，3）同步注浆，4）隧道内压重措施；5）隧道自动化监测。本发明专利技术为解决富水砂层盾构近距离穿越风险点工程施工难控制问题提供了良好借鉴，经济、社会效益显著，应用前景十分良好。

【技术实现步骤摘要】
一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法
本专利技术属于隧道施工
，具体涉及一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法。
技术介绍
随着社会的发展，伴随大量的城市地铁隧道建设，轨道交通网络的不断完善，许多隧道线路的交叉等问题也将不断涌现，带来大量的隧道穿越施工的问题。这类隧道穿越工程问题可能对既有隧道结构产生不利影响，从而影响到既有地铁的正常运营。盾构机在穿越管线吋，由于地层扰动对管线造成沉降影响，如管线劈裂将对周边坏境安全将造成极其恶劣的影响。隧道穿越工程包括新建隧道下穿或侧穿临近地表建筑、下穿上跨既有隧道、隧道下穿地下管网、隧道上方开挖基坑等。通过查找国内外工程案例，多为盾构下穿既有隧道和下穿管线的案例，配套施工技术亦较完善，而没有盾构上跨运营中隧道同时下穿污水管线的案例。而且在富水砂层条件下。盾构隧道主要穿越地层为砂质粉土夹粉砂、砂质粉土，土层软弱且富水，力学性差且透水性强。运营中隧道由于上部土体卸载必然产生上浮，如变形过大，则会影响其正常运营；污水顶管因其顶进工艺，下方没有基础，盾构下穿过程必然引起沉降。在穿越过程中如何控制上方污水顶进涵不沉降，下方既有隧道不上浮成了工程的重难点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，包括以下步骤：施工前先行数值模拟优化掘进方案，确定受力不利部位，施工过程中根据方案控制盾构参数，并通过在建隧道内反压堆载压重控制既有线上浮，根据既有线内隧道及轨道的自动化监测和施工监测数据建立实时动态调整盾构参数体系，及时调整盾构参数。具体的，所述的堆载压重的压重范围为在建隧道与既有线穿越范围内以及在建隧道与既有线穿越范围的前后各10环的影响区域内，采用Φ＝100mm、长度1m的钢棒压重；每环共压重4.5-5t。具体的，本专利技术的方法包括以下部分：S1)施工前利用MIDASGTSNX软件配合FLAC3D先行数值模拟优化掘进方案，确定受力不利部位；S2)盾构穿越施工，穿越前沿盾构方向45m-60m地层为试验段；S3)盾构穿越施工，盾构穿越施工过程中包括：1)开挖面土压控制；施工过程中，土压力设定为0.9～1.1bar之间，每环掘进土压波动范围控制在0.1bar以内；2)盾构推力控制；推进速度≦40mm/min，按每段20～30cm进行推进；盾构轴线水平向和垂直向偏角控制在1‰以内，即水平和垂直向差值需控制在8.5mm以内；3)同步注浆，同步注浆的材料配比为每1m3浆液中包含：水泥200-220kg，粉煤灰300-350kg，砂700-800kg，膨润土100-150kg，水400-450kg，浆液初凝时间为6-7h；同步注浆中同时控制注浆压力和注浆量，确保注浆压力，兼顾注浆量，注浆压力控制在0.15～0.25Mpa之间；4)隧道自动化监测，依托既有线内隧道及轨道的自动化监测和施工监测数据建立实时动态调整盾构参数体系。进一步地，步骤S3中所述的土压控制的方法为：采用“静止土压+水压+预留压力”计算土舱内土压力；通过调节与控制螺旋输送机的排土量实现地层水土压力P和密封舱内泥土压力P0保持动态平衡；以及控制加泥量、千斤顶推进速度、切削刀盘转速；通过对开挖土量和排土量的实际测量，得出开挖土量、排土量与土压力的关系；若开挖土量大于排土量，则土压力有升高的趋势；若开挖土量小于排土量，则土压力有降低的趋势。进一步地，步骤S3中所述的注浆量计算按下式计算：Q＝Vα，式中V为理论空隙量，α为充填系数，Q为注浆量；充填系数取1.5～2.0，V＝π×(R1-R2)×1.2，式中R1为盾构机刀盘半径，R2为预制钢筋混凝土管片半径。进一步地，步骤S3中当同步注浆无法满足沉降要求时，及时进行二次或二次以上补偿注浆；二次补偿注浆利用管片的吊装孔开口进行补浆，采用水泥浆加水玻璃浆双液注浆，弥补壁后浆液的填充不实的空隙，为防止掘进后的后期沉降，在管片脱出盾尾后5环，对管片后的建筑孔隙进行二次注浆。进一步地，二次补偿注浆中，水泥浆组分的质量配比为，水：水泥＝1:1；水玻璃浆组分的体积配比为，水：水玻璃＝2:1；水泥浆与水玻璃浆的体积比为1:1；二次注浆压力控制在0.2～0.3Mpa之间。进一步地，步骤S3中所述的隧道自动化监测监测点布置方法为：在在建隧道与既有线前后穿越节点之间，每3环为一个隧道监测断面；每个隧道监测断面共布设4个棱镜，包含一组水平收敛监测点，一组道床差异沉降监测点，选取其中一个点作为道床沉降及水平位移监测点。进一步地，步骤S3中所述的隧道自动化监测的测量方法为：自动化监测系统包括传感器、数据采集单元、计算机、信息管理软件及通讯网络；各种测量控制单元DAU对所辖的仪器按照监控主机的命令设定的时间自动测量，并转换为数字量，暂存于测量控制单元DAU中，并根据监控主机的命令向主机传送所测数据；监控主机对实测数据进行检查和在线监控，并向管理主机传送经过检验的数据入库；管理主机对存储的数据进行处理和分析，并向各级主管部门发送影响施工安全的信息。进一步地，监测时采用既有线隧道内设置有的控制点的三维坐标对其进行自动化实时监测，当在建隧道盾构盾头距既有隧道5米时进行自动化实时监测、盾尾距既有隧道5米时结束自动化实时监测；上行线1号机监测既有线隧道正影响区域左右各10环，每3环为一个监测断面；下行线1号机监测既有线隧道正影响区域左右各10环，每3环为一个监测断面；自动化实时监测仅对在建隧道与既有隧道穿越段和穿越段两侧5米的范围内道床沉降进行监测。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：相比传统的盾构穿越工程施工创新之处在于采取了有限元分析、既有线自动化监测、隧道内钢棒反压防止上浮、二次注浆补强等技术措施优化既有线和污水顶管的隆沉控制效果，实际施工效果显著。为解决富水砂层盾构近距离穿越风险点工程施工难控制问题提供了良好借鉴，经济、社会效益显著，应用前景十分良好。附图说明图1为二次补偿注浆示意图。图2为隧道内压重示意图。图3为实施案例中推力与推进速度施工参数图。图4为实施案例中同步注浆施工参数表。图5为隧道断面监测棱镜分布图。图6为实施案例中各监测项目数据分析图。图7为实施案例中上行线隧道道床沉降分布曲线图。图8为实施案例中下行线隧道道床沉降分布曲线图。图9为实施案例中丨p-p0丨与螺旋输送机出土量关系图。图中：1、中上部盾构管片，2、水玻璃注入孔，3、管件快速接头装备，4、水泥浆液管，5、钢棒。具体实施方式结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，包括以下步骤：S1)施工前利用MIDASGTSNX软件配合F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，其特征在于，施工前先行数值模拟优化掘进方案，确定受力不利部位，施工过程中根据方案控制盾构参数，并通过在建隧道内反压堆载压重控制既有线上浮，根据既有线内隧道及轨道的自动化监测和施工监测数据建立实时动态调整盾构参数体系，及时调整盾构参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，其特征在于，施工前先行数值模拟优化掘进方案，确定受力不利部位，施工过程中根据方案控制盾构参数，并通过在建隧道内反压堆载压重控制既有线上浮，根据既有线内隧道及轨道的自动化监测和施工监测数据建立实时动态调整盾构参数体系，及时调整盾构参数。


2.根据权利要求1所述的一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，其特征在于，所述的堆载压重的压重范围为在建隧道与既有线穿越范围内以及在建隧道与既有线穿越范围的前后各10环的影响区域内，采用Φ=100mm、长度1m的钢棒压重；每环共压重4.5-5t。


3.根据权利要求1所述的一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，其特征在于，具体包括以下部分：
S1）施工前利用MIDASGTSNX软件配合FLAC3D先行数值模拟优化掘进方案，确定受力不利部位；
S2）盾构穿越施工，穿越前沿盾构方向45m-60m地层为试验段；
S3）盾构穿越施工，盾构穿越施工过程中包括：
1）开挖面土压控制；施工过程中，土压力设定为0.9～1.1bar之间，每环掘进土压波动范围控制在0.1bar以内；
2）盾构推力控制；推进速度≦40mm/min，按每段20~30cm进行推进；盾构轴线水平向和垂直向偏角控制在1‰以内，即水平和垂直向差值需控制在8.5mm以内；
3）同步注浆，同步注浆的材料配比为每1m3浆液中包含：水泥200-220kg，粉煤灰300-350kg，砂700-800kg，膨润土100-150kg，水400-450kg，浆液初凝时间为6-7h；
同步注浆中同时控制注浆压力和注浆量，确保注浆压力，兼顾注浆量，注浆压力控制在0.15～0.25Mpa之间；
4）隧道自动化监测，依托既有线内隧道及轨道的自动化监测和施工监测数据建立实时动态调整盾构参数体系。


4.根据权利要求3所述的一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，其特征在于，步骤S3中所述的土压控制的方法为：
采用“静止土压+水压+预留压力”计算土舱内土压力；通过调节与控制螺旋输送机的排土量实现地层水土压力P和密封舱内泥土压力P0保持动态平衡；以及控制加泥量、千斤顶推进速度、切削刀盘转速；通过对开挖土量和排土量的实际测量，得出开挖土量、排土量与土压力的关系；若开挖土量大于排土量，则土压力有升高的趋势；若开挖土量小于排土量，则土压力有降低的趋势。


5.根据权利要求3所述的一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚柱，王海东，赵昕龙，童朝宝，李伟，史邢凯，魏朋佳，薛磊，吴磊，孙伯乐，杨森，梁卿恺，崔利豪，
申请(专利权)人：中铁三局集团有限公司，中铁三局集团桥隧工程有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14