一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法技术

本发明专利技术属于隧道施工技术领域，具体涉及一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法。为了解决富水粉砂软弱地层以往盾构机下穿建筑物群，沉降过大造成建筑物开裂、破损的问题。具体为在盾构掘进至影响区域范围前，通过运用岩土有限元分析软件预先对下穿建筑物群施工进行数值模型分析，得出下穿房屋时所控制的盾构参数；下穿施工过程中通过严格控制施工参数及同步注浆降低对地表及房屋基础的影响。本发明专利技术改进了以往盾构机下穿建筑物群，沉降过大造成建筑物开裂、破损的弊端，应用效果良好。在不同穿越地质情况中土压平衡盾构下穿越建筑物群施工，特别是在粉砂软弱地层中盾构下穿建构筑物施工中推广前景十分广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法
本专利技术属于隧道施工
，具体涉及一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法。
技术介绍
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，随着各大城市轨道交通建设的蓬勃发展，盾构法施工因其安全性好、高效较高、噪声较小的特点，盾构法已得到广泛的运用。当盾构在富水软弱地层中掘进时，因富水软弱地层稳定性差，沉降不易控制，有些建筑物建设年代久远、结构稳定性差、抵抗地表变形能力弱，如沉降控制不当，会引起地表及建筑物沉降过大，致使建筑物开裂、倾斜甚至倒塌，从而造成重大的经济损失和恶劣的社会影响。盾构下穿建筑物在理论方面的目前较为完备，主要集中在二次注浆、间隙性跟踪注浆、袖阀管注浆等，但在对粉砂地层中盾构参数控制方面研究较少，同时在查阅相关资料显示，采取的注浆加固措施对隧道沉降的控制效果一般。
技术实现思路
本专利技术为了解决富水粉砂软弱地层以往盾构机下穿建筑物群，沉降过大造成建筑物开裂、破损的问题。进而提供了一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法，包括以下步骤，在盾构掘进至建筑物群范围前，运用岩土有限元分析软件预先对下穿建筑物群施工进程进行数值模型分析，初步得出下穿建筑物群时所控制的盾构施工参数；下穿施工过程中严格控制施工参数并配合同步注浆降低对地表及房屋基础的影响。本专利技术具体包括以下部分：S1）下穿前先利用MIDASGTSNX软件建立单元网格模型，然后导入到FLAC3D中侧穿施工流固耦合计算实现数值模拟风险分析及评估；S2）试掘进阶段施工；将盾构机到达影响范围后的前45m-55m作为模拟试验段；试掘进过程中记录盾构机穿越过程中盾构推力、推进速度、出土量和同步注浆的最佳参数；并根据步骤S1的分析结果优化试验段取得的盾构推力、推进速度、出土量和同步注浆的控制参数；试掘进施工过程中对地表、地下管线、地面及地下建筑物进行监测；S3）正常推进，遵照试掘进阶段优化后的施工参数推进，推进过程中延续试掘进阶段的监测标准继续进行施工监测；施工过程中控制推进里程，控制隧道轴线偏差；表面隆沉控制在±5mm范围内；在缓和曲线和圆曲线段，衬砌环的位置与设计中的隧道设计纵轴方向里程、垂直隧道设计轴方向、标高偏离不大于50mm，隧道轴线上、下、左、右偏差控制在50mm范围内。进一步地，步骤S2所述的试掘进阶段施工过程中；采用沿轴线方向布设沉降监测点对地表变形监测，包括深层沉降点和横断面监测点；地下管线布设沉降点；对建筑物在调查研究的基础上，对轴线两侧盾构机影响区域范围内的建筑物布设沉降监测点、倾斜监测点、裂缝监测点；试掘进阶段中所有监测点的监测，每天至少2次。进一步地，步骤S3所述的正常推进过程中控制以下参数：1）土压；施工过程中，拟定土压力设定为0.1～0.12MPa之间，在进入软弱土体后，控制土仓压力，避免土压剧烈波动；每环掘进土压波动范围控制在0.02MPa以内；2）出土量；出土量控制在理论出土值的125%，即每环出土量控制在47.2～49.2m3之间，施工过程中，根据地面沉降监测数据调整出土量，同时，向土仓内添加泡沫剂、控制螺旋输送机出土的稳定性；3）管片拼装；自下而上安装管片；4）推进速度控制及姿态纠偏；穿越段施工平均掘进速度为20mm/min，保持推进速度、刀盘转速、出土速度和注浆速度相匹配，在下穿施工中避免过大、过急纠偏；根据平面曲线、结合转弯环管片及管片贴超缓和纠偏减小对建构筑物群的影响；5）同步注浆；水泥采用普通硅酸盐水泥，注浆孔位设置在隧道底部两侧；同步注浆保持匀速、匀均、连续的压注；同时控制注浆压力和注浆量，即当注浆压力达到设定值、且注浆量达到设计值的90%以上时结束注浆。具体的，管片拼装过程包括：清理管片；粘贴防水橡胶密封垫；管片纠偏；拼装椭圆度控制。进一步地，管片纠偏包括：1）出现偏离轴线趋势时，及时调整千斤顶的行程差或加贴纠偏楔子进行纠偏；2）平面轴线纠偏采用调整左右千斤顶的行程差来控制；纠偏量每环控制在4mm以内；3）管片在拼装前查看前一环管片与盾尾间隙，结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施；4）隧道在转弯或纠正隧道轴线时，通过安装不同方向的楔形管片纠偏；或在衬砌环背对千斤顶环缝凹处分段粘贴不同厚度石棉橡胶板，石棉橡胶板厚度1～6mm；粘贴面清除杂物后将石橡胶板用单组份氯丁-酚醛胶粘剂贴贴于衬砌环面上；当粘贴的石棉橡胶板厚度大于6mm时，在同处的止水密封垫背后加贴1.5mm至3mm全膨胀橡胶薄板；5）采用稳坡法控制盾构纵坡，盾构机无法完全按照设计曲线推进时粘贴石棉橡胶板进行曲率纠正。进一步地，管片拼装成环后，用钢卷尺或插尺量测管片外壁和盾壳内壁之间的间隙及时检查其椭圆度，每环管片测一次；调整拼装椭圆度的方法为：1）利用拼装千斤顶对短轴向的管片施加压力进行整圆处理；2）紧固短轴和长轴向的环向螺丝；3）环向和纵向螺栓多次固紧；每环衬砌拼装完毕后，及时靠拢千斤顶，同时拧紧纵、环向螺栓，在推进下一环时，在千斤顶顶力的作用下，复紧纵向螺栓；成环管片推出盾尾后，根据拼装后的圆环椭圆度，再次复紧纵、环向螺栓，以减少管片拼装的张角和喇叭口。进一步地，盾构注浆采用厚浆浆液同步注浆，每环压入量控制在“建筑空隙”的180％-210％之间，注浆压力为0.1～0.3MPa之间；压浆速度和推进保持同步，即在盾构推进的同时进行注浆，推进停止后，注浆也相应停止；注浆量为4.27-4.98m3/环；在盾构到达建构筑物群下方前，计算由于建筑物群房屋基础堆载引起的掌子面土压力的变化，并调整切口压力值，同步注浆压力增大20%，以有效填充超挖空隙。具体的，同步注浆的材料配比为每1m3浆液中包含：水泥150kg、粉煤灰350kg、砂770-870kg、膨润土100-150kg、水400-450kg。进一步地，试掘进阶段前，在盾构下穿建筑物群前50m范围内设置两组分层沉降观测点；通过第一组数据得到盾构通过后的地层沉降变化情况，初步确定盾构掘进各种参数；通过第二组数据来验证盾构掘进各种参数，以便进一步调整和修正参数。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：通过运用MIDASGTSNX软件预先对下穿建筑物群施工进行数值模型分析，得出下穿房屋时所控制的盾构参数；下穿施工过程中通过严格控制施工参数及二次注浆保证对地表及房屋基础无明显影响。基本杜绝对建筑物群加固的情况，节省了对建筑物群采取加固措施的成本，与同区域相似盾构下穿建筑物群工程比较，节约了加固施工中大量的人力、物力、财力及工期的投入。专利技术改进了以往盾构机下穿建筑物群，沉降过大造成建筑物开裂、破损的弊端，应用效果良好。在不同穿越地质情况中土压平衡盾构下穿越建筑物群施工，特别是在粉砂软弱地层中盾构下穿建构筑物施工中推广前景十分广阔。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为盾尾空隙示意图。图3为同步注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法，其特征在于，在盾构掘进至建筑物群范围前，运用岩土有限元分析软件预先对下穿建筑物群施工进程进行数值模型分析，初步得出下穿建筑物群时所控制的盾构施工参数；下穿施工过程中严格控制施工参数并配合同步注浆降低对地表及房屋基础的影响。/n

【技术特征摘要】
1.一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法，其特征在于，在盾构掘进至建筑物群范围前，运用岩土有限元分析软件预先对下穿建筑物群施工进程进行数值模型分析，初步得出下穿建筑物群时所控制的盾构施工参数；下穿施工过程中严格控制施工参数并配合同步注浆降低对地表及房屋基础的影响。


2.根据权利要求1所述的一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法，其特征在于，具体包括以下部分：
S1）下穿前先利用MIDASGTSNX软件建立单元网格模型，然后导入到FLAC3D中侧穿施工流固耦合计算实现数值模拟风险分析及评估；
S2）试掘进阶段施工；将盾构机到达影响范围后的前45m-55m作为模拟试验段；试掘进过程中记录盾构机穿越过程中盾构推力、推进速度、出土量和同步注浆的最佳参数；并根据步骤S1的分析结果优化试验段取得的盾构推力、推进速度、出土量和同步注浆的控制参数；试掘进施工过程中对地表、地下管线、地面及地下建筑物进行监测；
S3）正常推进，遵照试掘进阶段优化后的施工参数推进，推进过程中延续试掘进阶段的监测标准继续进行施工监测；施工过程中控制推进里程，控制隧道轴线偏差；表面隆沉控制在±5mm范围内；
在缓和曲线和圆曲线段，衬砌环的位置与设计中的隧道设计纵轴方向里程、垂直隧道设计轴方向、标高偏离不大于50mm，隧道轴线上、下、左、右偏差控制在50mm范围内。


3.根据权利要求2所述的一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法，其特征在于，步骤S2所述的试掘进阶段施工过程中；采用沿轴线方向布设沉降监测点对地表变形监测，包括深层沉降点和横断面监测点；地下管线布设沉降点；对建筑物在调查研究的基础上，对轴线两侧盾构机影响区域范围内的建筑物布设沉降监测点、倾斜监测点、裂缝监测点；试掘进阶段中所有监测点的监测，每天至少2次。


4.根据权利要求2所述的一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法，其特征在于，步骤S3所述的正常推进过程中控制以下参数：
1）土压；施工过程中，拟定土压力设定为0.1～0.12MPa之间，在进入软弱土体后，控制土仓压力，避免土压剧烈波动；每环掘进土压波动范围控制在0.02MPa以内；
2）出土量；出土量控制在理论出土值的125%，即每环出土量控制在47.2～49.2m3之间，施工过程中，根据地面沉降监测数据调整出土量，同时，向土仓内添加泡沫剂、控制螺旋输送机出土的稳定性；
3）管片拼装；自下而上安装管片；
4）推进速度控制及姿态纠偏；穿越段施工平均掘进速度为20mm/min，保持推进速度、刀盘转速、出土速度和注浆速度相匹配，在下穿施工中避免过大、过急纠偏；根据平面曲线、结合转弯环管片及管片贴超缓和纠偏减小对建构筑物群的影响；
5）同步注浆；水泥采用普通硅酸盐水泥，注浆孔位设置在隧道底部两侧；同步注浆保持匀速、匀均、连续的压注；同时控制注浆压力和注浆量，即当注浆压力达到设定值、且注浆量达到设计值的90%以上时结束注浆。

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伯乐，杜红波，曹建辉，应信群，张幼文，陶军武，申秦勇，薛瑞，梁卿恺，李刚柱，赵昕龙，刘宇，杨森，
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