一种大直径盾构隧道位移控制装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大直径盾构隧道位移控制装置及其工作方法，该装置包括降排水管、降排水泵、蓄排水箱和控制系统；本发明专利技术降排水管和蓄排水箱联合作用，通过降排水降低盾构隧道底部土层中的孔隙水压力以减少盾构隧道的浮力，同时增加蓄排水箱的储水量以增加盾构隧道的自重，综合防治盾构隧道的上浮；通过减少蓄排水箱中的储水量以减小盾构隧道的自重，必要时通过降排水管向盾构隧道底部土层中回灌地下水，以提高土层中的孔隙水压力增加盾构隧道的浮力，达到综合治理盾构隧道下沉的目的；本发明专利技术能够有效地控制复杂水文地质条件和周边施工引起的大直径盾构隧道的上浮或下沉。

【技术实现步骤摘要】
一种大直径盾构隧道位移控制装置及其工作方法
本专利技术涉及隧道位移控制
，尤其涉及一种大直径盾构隧道位移控制装置及其工作方法。
技术介绍
随着社会经济的飞速发展和城市化水平的大幅提升，常规直径(以Φ6.0m、6.2m为主)的盾构隧道“单洞单线”的低效通行模式已无法满足日益增长的交通压力，大直径盾构隧道对应的“双洞双线”和“公轨混合交通”等多层次、集约型、立体化行车模式能够大大增加车辆通行效率、缓解交通压力，还能因地制宜的融合诸如交通、商业、休闲、娱乐等多种城市功能，更大地发掘地下空间的发展潜力，对于解决交通拥堵、环境恶化等城市顽疾有重要作用。穿越复杂地层的大直径盾构隧道，由于自身的横断面尺寸、覆土要求以及施工地区土层分布等多种因素影响，隧道断面将受多个不同性质的土层的作用，可能产生一定位移。此外，在长期运营过程中，受邻近新建隧道、邻近建筑物施工以及地下水位变化的影响，既有运营大直径盾构隧道将产生位移。隧道的局部上浮或下沉会影响行车的平稳性，也会导致位移过渡段管片之间出现裂缝或错台，严重时会导致盾构隧道螺栓断裂、接头部位损坏、管片局部破碎以及裂缝扩张等病害，甚至造成隧道主体结构发生破坏，对盾构隧道内列车或车辆的运营安全造成威胁。目前，尚无针对大直径隧道位移的有效预防和治理措施，通常是在超限位移产生后，进行局部具有针对性的加固处理。因此，为预防和治理穿越复杂地层的大直径盾构隧道上浮或下沉风险及其可能导致的工程危害，保证大直径盾构隧道长期运营期间的安全，亟需一种有效的大直径盾构隧道位移控制技术。>
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种大直径盾构隧道位移控制装置及其工作方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大直径盾构隧道位移控制装置，包括降排水管、降排水泵、蓄排水箱和控制系统；所述降排水管包括降排水管主体、排水通道和注浆体；所述降排水管主体上周向贯穿均布排水孔；所述排水管主体内侧布设排水通道，在其余空间填充注浆体；所述排水通道通过排水孔与土层中的地下水水力连通，通过密封材料与注浆体水力不连通；部分所述排水孔内设置孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器表面的透水石与土层紧密贴合；所述降排水管沿盾构隧道断面径向地布置于蓄排水箱下方，降排水管的顶部位于蓄排水箱内；所述降排水管的顶部密封，在排水通道所在区域留有排水通孔；所述降排水泵位于蓄排水箱内，通过降排水管顶部的通孔和水管，与排水通道水力连通；所述蓄排水箱位于盾构隧道底部，通过蓄排水箱周侧板和隧道底板，与盾构隧道内的交通空间、附属设备空间分隔；所述蓄排水箱的底部和周侧铺设防水层，防止蓄排水箱内的水渗入土层和盾构隧道的其他区域；所述蓄排水箱通过蓄水或排水分别控制盾构隧道的上浮或下沉；所述隧道底板和盾构隧道上设置若干位移传感器；所述控制系统包括信号采集仪和报警器；所述控制系统与孔隙水压力传感器、位移传感器和降排水泵连接；采集仪能够通过孔隙水压力传感器自动读取和保存盾构隧道底部土层中孔隙水压力数据，通过位移传感器自动读取和保存盾构隧道的位移数据，所述盾构隧道的位移数据包括隧道的上浮量、上浮速率或下沉量、下沉速率；报警器能够对采集到的孔隙水压力数据和位移数据进行读取、预警和处理。进一步地，所述降排水管主体为钢管；所述降排水管的长度、数量和外径、所述排水孔的直径、间距与数量、所述排水通道的水流通量由降排水设计流量确定；所述孔隙水压力传感器和位移传感器的数量和分布由盾构隧道的监测设计确定；所述降排水管与盾构隧道底部管片接触处做封闭处理，防止漏水事故发生。进一步地，所述排水通道有第一类排水通道和第二类排水通道两种形式；所述第一类排水通道为环向贯穿地沿降排水管主体内侧布置，并与注浆体紧密贴合；所述第二类排水通道为环向均布贯穿地沿降排水管主体内侧布置，并紧密嵌入注浆体；所述第二类排水通道布置的数量由降排水设计流量确定；所述第一类排水通道一般适用于降排水量较大的砂土层；所述第二类排水通道一般适用于降排水量较小，且有抗拔设计要求的土层；所述第一类排水通道和第二类排水通道内铺设排水板，并通过PVC板或其他高强度高聚合物材料，与注浆体隔离、水力不连通。进一步地，所述降排水泵的功率由降排水设计流量确定；所述降排水泵可在有水或无水条件下正常作业。进一步地，所述蓄排水箱的体积由降排水设计需求、盾构隧道的交通空间和附属设备空间确定；所述蓄排水箱的周侧板强度以及各个连接处强度应满足设计需求。本专利技术还提供一种大直径盾构隧道位移控制装置的工作方法，包括：(1)在大直径盾构隧道经过的地下水丰富且对位移变化敏感的区间设置所述大直径盾构隧道位移控制装置，通过降排水管、降排水泵、蓄排水箱和控制系统的协同作用控制大直径盾构隧道位移。(2)当控制系统的采集仪采集到的土层中的超静孔隙水压力或隧道的上浮量或上浮速率超过隧道上浮预警值时，警报器报警并自动启动降排水泵抽水，及时降低盾构隧道底部土层中的孔隙水压力以减少盾构隧道的浮力，同时增加蓄排水箱中的储水量以增加盾构隧道的自重；根据实时采集到的超静孔隙水压力或隧道的上浮量或上浮速率的数据，实时调整降排水泵作业功率，直至排除盾构隧道的上浮风险。(3)当控制系统的采集仪采集到的下沉量或下沉速率超过隧道下沉预警值时，降排水泵不作业，同时利用盾构隧道自带的外排系统向外排出蓄排水箱中的水，以减小盾构隧道的自重；根据实时采集到的隧道下沉量或下沉速率数据，调整蓄排水箱中的储水量。当蓄排水箱排空仍未控制住隧道下沉量或下沉速率时，解除降排水泵与降排水管顶部的通孔的连接，将回灌水泵与降排水管顶部的通孔连接；启动回灌水泵，通过降排水管向盾构隧道底部土层中回灌地下水，以提高土层中的孔隙水压力，从而增加盾构隧道的浮力；根据实时采集到的超静孔隙水压力或隧道的下沉量或下沉速率的数据，实时调整回灌水泵作业功率，直至排除盾构隧道的下沉风险。进一步地，所述步骤(1)中，所述蓄排水箱可根据盾构隧道各个区间的降排水设计的不同，在区间交界处设置分隔板，安装具有合适排水通道形式的降排水管，选用配套功率的降排水泵，沿盾构隧道形成具有不同蓄排水能力的区间蓄排水箱。进一步地，所述步骤(2)中，当控制系统的采集仪采集到的土层中的超静孔隙水压力与隧道的位移数据冲突时，以隧道的位移数据为准；所述降排水泵作业功率、蓄排水箱中增加的储水量和增加储水量的速率由设计确定。进一步地，所述步骤(3)中，所述蓄排水箱中减少的储水量和减小储水量的速率由设计确定。进一步地，所述步骤(3)中，所述回灌水泵作业功率由设计确定。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中降排水管可根据降排水设计流量和抗拔设计需求，选用两种类型的排水通道形式，使得降排水管在满足降排水的同时提供抗拔力，更为有效地控制大直径盾构隧道位移。2、本专利技术采用的蓄排水箱充分利用大直径盾构隧道的大断面底部预留空间，将蓄排水箱布置在隧道底部，与降排水管连接，内置降排水泵，通过控制系统有效地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大直径盾构隧道位移控制装置，其特征在于：包括降排水管(1)、降排水泵(2)、蓄排水箱(3)和控制系统；/n所述降排水管(1)包括降排水管主体(1-1)、排水通道(1-2)和注浆体(1-3)；所述降排水管主体(1-1)上周向贯穿均布排水孔(1-1-1)；所述排水管主体(1-1)内侧布设排水通道(1-2)，在其余空间填充注浆体(1-3)；所述排水通道(1-2)通过排水孔(1-1-1)与土层中的地下水水力连通，通过密封材料与注浆体(1-3)水力不连通；部分所述排水孔(1-1-1)内设置孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器表面的透水石与土层紧密贴合；/n所述降排水管(1)沿盾构隧道(5)断面径向地布置于蓄排水箱(3)下方，降排水管(1)的顶部位于蓄排水箱(3)内；所述降排水管(1)的顶部密封，在排水通道(1-2)所在区域留有排水通孔；/n所述降排水泵(2)位于蓄排水箱(3)内，通过降排水管(1)顶部的通孔和水管，与排水通道(1-2)水力连通；/n所述蓄排水箱(3)位于盾构隧道(5)底部，通过蓄排水箱(3)周侧板和隧道底板(4)，与盾构隧道(5)内的交通空间、附属设备空间分隔；所述蓄排水箱(3)的底部和周侧铺设防水层(3-1)，防止蓄排水箱(3)内的水渗入土层和盾构隧道(5)的其他区域；所述蓄排水箱(3)通过蓄水或排水分别控制盾构隧道(5)的上浮或下沉；/n所述隧道底板(4)和盾构隧道(5)上设置若干位移传感器；/n所述控制系统包括信号采集仪和报警器；所述控制系统与孔隙水压力传感器、位移传感器和降排水泵(2)连接；采集仪能够通过孔隙水压力传感器自动读取和保存盾构隧道(5)底部土层中孔隙水压力数据，通过位移传感器自动读取和保存盾构隧道(5)的位移数据，所述盾构隧道(5)的位移数据包括隧道的上浮量、上浮速率或下沉量、下沉速率；报警器能够对采集到的孔隙水压力数据和位移数据进行读取、预警和处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大直径盾构隧道位移控制装置，其特征在于：包括降排水管(1)、降排水泵(2)、蓄排水箱(3)和控制系统；
所述降排水管(1)包括降排水管主体(1-1)、排水通道(1-2)和注浆体(1-3)；所述降排水管主体(1-1)上周向贯穿均布排水孔(1-1-1)；所述排水管主体(1-1)内侧布设排水通道(1-2)，在其余空间填充注浆体(1-3)；所述排水通道(1-2)通过排水孔(1-1-1)与土层中的地下水水力连通，通过密封材料与注浆体(1-3)水力不连通；部分所述排水孔(1-1-1)内设置孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器表面的透水石与土层紧密贴合；
所述降排水管(1)沿盾构隧道(5)断面径向地布置于蓄排水箱(3)下方，降排水管(1)的顶部位于蓄排水箱(3)内；所述降排水管(1)的顶部密封，在排水通道(1-2)所在区域留有排水通孔；
所述降排水泵(2)位于蓄排水箱(3)内，通过降排水管(1)顶部的通孔和水管，与排水通道(1-2)水力连通；
所述蓄排水箱(3)位于盾构隧道(5)底部，通过蓄排水箱(3)周侧板和隧道底板(4)，与盾构隧道(5)内的交通空间、附属设备空间分隔；所述蓄排水箱(3)的底部和周侧铺设防水层(3-1)，防止蓄排水箱(3)内的水渗入土层和盾构隧道(5)的其他区域；所述蓄排水箱(3)通过蓄水或排水分别控制盾构隧道(5)的上浮或下沉；
所述隧道底板(4)和盾构隧道(5)上设置若干位移传感器；
所述控制系统包括信号采集仪和报警器；所述控制系统与孔隙水压力传感器、位移传感器和降排水泵(2)连接；采集仪能够通过孔隙水压力传感器自动读取和保存盾构隧道(5)底部土层中孔隙水压力数据，通过位移传感器自动读取和保存盾构隧道(5)的位移数据，所述盾构隧道(5)的位移数据包括隧道的上浮量、上浮速率或下沉量、下沉速率；报警器能够对采集到的孔隙水压力数据和位移数据进行读取、预警和处理。


2.根据权利要求1所述的一种大直径盾构隧道位移控制装置，其特征在于：所述降排水管主体(1-1)为钢管；所述降排水管(1)的长度、数量和外径、所述排水孔(1-1-1)的直径、间距与数量、所述排水通道(1-2)的水流通量由降排水设计流量确定；所述孔隙水压力传感器和位移传感器的数量和分布由盾构隧道(5)的监测设计确定；所述降排水管(1)与盾构隧道(5)底部管片接触处做封闭处理，防止漏水事故发生。


3.根据权利要求1所述的一种大直径盾构隧道位移控制装置，其特征在于：所述排水通道(1-2)有第一类排水通道(1-2-1)和第二类排水通道(1-2-2)两种形式；所述第一类排水通道(1-2-1)为环向贯穿地沿降排水管主体(1-1)内侧布置，并与注浆体(1-3)紧密贴合；所述第二类排水通道(1-2-2)为环向均布贯穿地沿降排水管主体(1-1)内侧布置，并紧密嵌入注浆体(1-3)；所述第二类排水通道(1-2-2)布置的数量由降排水设计流量确定；所述第一类排水通道(1-2-1)一般适用于降排水量较大的砂土层；所述第二类排水通道(1-2-2)一般适用于降排水量较小，且有抗拔设计要求的土层；所述第一类排水通道(1-2-1)和第二类排水通道(1-2-2)内铺设排水板，并通过PVC板或其他高强度高聚合物材料，与注浆体(1-3)隔离、水力不连...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春桃，刘涛，明秀波，蒋志华，林强，苏亮，苏光旭，刘念武，
申请(专利权)人：苏州中车建设工程有限公司，中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32