一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法技术

本发明专利技术涉及一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法，包括以下步骤：将既有结构视作弹性地基梁，根据弹性地基梁合力计算模型和半无限空间体内任一一点的竖向应力解，得到将既有结构的沉降控制在安全范围内所需的合力；根据得到的合力与既有结构沉降关系的曲线选取支撑刚度，根据既有结构在不同沉降时支撑所能提供的被动支护力，得到支撑刚度与既有车站沉降关系曲线，合力与沉降关系曲线和支撑刚度与沉降关系曲线的交点是控制既有结构沉降的力平衡点；根据力平衡点中的主动顶升力减去支撑所能提供的被动支护力，即为所需的注浆主动顶升力，根据浆液的扩散模型确定得到注浆主动顶升力时所需的注浆参数。动顶升力时所需的注浆参数。动顶升力时所需的注浆参数。

【技术实现步骤摘要】
一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通工程
，具体为一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]轨道交通扩建和改建过程中，新开线路与既有线路相交时，采用在新建车站密贴下穿既有车站的修建方法，该方法引起的既有车站下沉问题通常采取主动顶升和被动支护相结合的方式来应对，其中，主动顶升主要为千斤顶顶升和注浆顶升，千斤顶顶升对既有结构损伤较大，而注浆顶升更具备优势。
[0004]在利用注浆顶升进行沉降控制时，所采取的各项施工参数往往依赖经验而缺少理论且客观的设计过程，由于被动支护与注浆主动顶升分别会对既有结构提供一个被动支护力和主动顶升力，依赖经验的方式在设计沉降控制时，难以妥善处理被动支护与主动顶升与既有结构沉降关系，一旦处理不善，既有结构可能出现下沉或隆起等灾害。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法，建立既有结构变形与被动支护、主动顶升的关系，能够在主动顶升设计时，明确注浆压力和辅助支撑刚度的关系，进而以相对更加客观的方式获得注浆顶升时所需的注浆参数。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法，包括以下步骤：
[0008]将既有结构视作弹性地基梁，根据弹性地基梁合力计算模型和半无限空间体内任一一点的竖向应力解，得到将既有结构的沉降控制在安全范围内所需的合力；
[0009]根据得到的合力与既有结构沉降关系的曲线选取支撑刚度，根据既有结构在不同沉降时支撑所能提供的被动支护力，得到支撑刚度与既有车站沉降关系曲线，合力与沉降关系曲线和支撑刚度与沉降关系曲线的交点是控制既有结构沉降的力平衡点；
[0010]根据力平衡点中的主动顶升力减去支撑所能提供的被动支护力，即为所需的注浆主动顶升力，根据浆液的扩散模型确定得到注浆主动顶升力时所需的注浆参数。
[0011]弹性地基梁合力计算模型为：
[0012][0013]其中，β为特征系数，量纲是m
‑1；A、B、C、D四个常数通过地基梁的边界条件得出；x是弹性地基梁模型中的横坐标，e是自然常数。
[0014]利用支撑进行支护时，支撑刚度是定值，在顶紧既有结构后，支撑提供被动支护力，被动支护力通基于刚度与形变的关系换算得出。
[0015]既有结构沉降的力平衡点与既有结构的实际沉降相对应，根据对既有结构的沉降需求选取所需的主动顶升力。
[0016]浆液的扩散模型根据初始注浆压力与既有车站下方浆液压力的关系，得到所需的注浆参数。
[0017]将注浆浆液视作宾汉姆流体，得到浆液扩散模型的本构方程为：
[0018][0019]式中，τ为浆液剪应力，τ0为浆液临界剪应力，μ为浆液运动粘性系数，dv/dh为浆液剪切速率，h为注浆裂隙高度。
[0020]浆液流速方程为：
[0021][0022]式中，浆液压力沿轴向的变化率。
[0023]浆液所需流量为流速与截面积的乘积，经积分处理后得到注浆压力p的表达式。
[0024]将边界条件代入到注浆压力p的表达式中得到距离注浆孔r处的注浆压力：
[0025][0026]其中，r0为注浆孔半径，p0为注浆孔处压力，边界条件为r＝r0，p＝p0。
[0027]与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0028]1、建立既有结构变形与被动支护、主动顶升的关系，能够在主动顶升设计时，明确注浆压力和辅助支撑刚度的关系，进而以相对更加客观的方式获得注浆顶升时所需的注浆参数。
[0029]2、通过绘制出合力与既有结构沉降关系曲线，并将支撑刚度通过刚度计算公式转化为被动支护力，绘制出支撑刚度与既有结构沉降关系曲线，将两种曲线整合成既有结构沉降与支护特性关系图。图中两曲线的交点是保障既有结构沉降的力的平衡点，对应的沉降是既有结构的实际沉降，若沉降值处在安全控制范围内，则可只使用支撑进行支护，若沉降值超过安全控制范围，则需加入注浆压力，注浆压力的值等于将既有结构沉降控制在目标沉降值内时的合力减去支撑所能提供的被动支护力。即可以通过两关系曲线交点得出目标沉降所需的支撑刚度以及注浆压力。
[0030]3、在设定目标沉降值，选定支撑刚度后，根据既有结构沉降与支护特性关系图确定支撑刚度是否满足沉降控制要求，若满足可单独使用支撑进行沉降控制，若不满足则通过既有结构沉降与支护特性关系图确定注浆压力大小。此处的注浆压力是直接作用于既有结构底部的主动顶升力，根据注浆口处初始注浆压力计算方法得到所需的初始注浆压力，在支撑顶紧既有结构时加入注浆压力，即可保证既有结构沉降安全。
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0032]图1是本专利技术一个或多个实施例提供的既有车站沉降与支护特性关系示意图；
[0033]图2是本专利技术一个或多个实施例提供的浆液扩散模型示意图；
[0034]图3是本专利技术一个或多个实施例提供的注浆设计流程示意图；
[0035]图4是本专利技术一个或多个实施例提供的注浆压力与沉降关系示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0037]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0039]正如
技术介绍
中所描述的，在利用注浆顶升进行沉降控制时，所采取的各项施工参数往往依赖经验而缺少理论且客观的设计过程，由于被动支护与注浆主动顶升分别会对既有结构提供一个被动支护力和主动顶升力，依赖经验的方式在设计沉降控制时，难以妥善处理被动支护与主动顶升与既有结构沉降关系，一旦处理不善，既有结构可能出现下沉或隆起等灾害。
[0040]以下实施例给出了一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法，建立既有结构变形与被动支护、主动顶升的关系，能够在主动顶升设计时，明确注浆压力和辅助支撑刚度的关系，进而以相对更加客观的方式获得注浆顶升时所需的注浆参数。
[0041]实施例一：
[0042]如图1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法，其特征在于：包括以下步骤：将既有结构视作弹性地基梁，根据弹性地基梁合力计算模型和半无限空间体内任一一点的竖向应力解，得到将既有结构的沉降控制在安全范围内所需的合力；根据得到的合力与既有结构沉降关系的曲线选取支撑刚度，根据既有结构在不同沉降时支撑所能提供的被动支护力，得到支撑刚度与既有车站沉降关系曲线，合力与沉降关系曲线和支撑刚度与沉降关系曲线的交点是控制既有结构沉降的力平衡点；根据力平衡点中的主动顶升力减去支撑所能提供的被动支护力，即为所需的注浆主动顶升力，根据浆液的扩散模型确定得到注浆主动顶升力时所需的注浆参数。2.如权利要求1所述的一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法，其特征在于：所述弹性地基梁合力计算模型为：其中，β为特征系数，量纲是m
‑1；A、B、C、D是通过地基梁边界条件得出的四个常数；x是弹性地基梁模型中的横坐标，e是自然常数。3.如权利要求1所述的一种利用注浆顶升既有结构的沉降控制设计方法，其特征在于：利用支撑进行支护时，支撑刚度是定值，在顶紧既有结构后，支撑提供被动支护力，被动支护力通基于刚度与形变的关系换算得出。4.如权利要求1所述的一种利用注浆顶升既有结...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵广彪，吴圣智，梁尔斌，王志康，王军，王兆民，葛金尚，黄建军，韩健勇，
申请(专利权)人：中铁十四局集团隧道工程有限公司山东建筑大学工程鉴定加固研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：