一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构及施工方法技术

一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构及施工方法。所述结构包括隔离桩（8）、变形监测装置（7）、控制系统和钢支撑伺服轴力补偿系统。所述控制系统包括控制器（11）和驱动器（12），控制器通过电缆（13）与变形监测装置连接。变形监测装置包括测斜管（14）、测斜探头（15）和滑轨（16）。本发明专利技术基于深层土体位移和桩基变形监控数据，在受保护侧土体深层水平位移超出限制时，通过钢支撑伺服轴力补偿系统调节钢支撑轴力，通过精细化轴力自动补偿实时控制隔离桩结构变形，从而有效减小受保护侧土体的深层水平位移和对高铁桩基的动态扰动，使得盾构掘进过程中，高铁桩基的变形能够满足铁路特别保护区内变形要求。别保护区内变形要求。别保护区内变形要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构及施工方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构及施工方法，属于地下空间施工


技术介绍

[0003]隧道盾构技术作为地下暗挖隧道的一种施工方法，广泛应用于建造城市轨道交通的基础设施，隧道盾构过程将不可避免地引起周边土体扰动和周边土层损失，从而造成盾构周边土体及地面将产生一定的沉降及向着土体损失方向产生一定的水平变形，邻近建（构）筑物将会受到隧道盾构的影响，产生不均匀沉降，对邻近铁路桥梁的基础也会产生一定的附加内力，造成不可挽回的影响。如果盾构隧道施工进入铁路特别保护区范围内，需要在盾构掘进过程中对铁路的基础采取一定的保护措施，关于隧道盾构施工侧穿高铁桩基间隙的研究较少，解决此类问题的技术方法并不完善，急需解决隧道盾构施工侧穿高铁桩基的技术方法。
[0004]在隧道与受保护的邻近建（构）筑物之间打设隔离桩进行变形调控是较为常见的方式，但是隔离桩的变形控制效果往往不可控，目前大多数隔离桩是通过提高材料刚度、桩径及桩长来控制盾构施工引起的土体变形，这种方法变形控制效果有限，控制效率低下，同时，盾构隧道施工总体上对周围土体及邻近建（构）筑物产生的是一种减压卸载作用，但在盾构施工过程中，却是一种动态的扰动，即对周围土体及邻近建（构）筑物产生的影响是动态的，盾构掘进过程既会挤压上抬土体，也会造成土层损失，这种动态的扰动需要特别考虑。
[0005]钢支撑伺服轴力补偿系统是在现代支护方式的发展过程中衍生出的新型支护形式，支撑受力方式由原来被动受力，调整为主动受力，由此更好地控制周边土体的位移，并有效地控制施工过程中周边重要建（构）筑物的变形。本专利技术通过引入这种新型支护形式，改进了现有的隔离桩结构及施工方法，从而能够应对盾构施工过程对周围土体及邻近建（构）筑物的动态扰动，精准控制土层与桩基变形，保证盾构掘进过程中土层系统的稳定。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，为了解决隧道盾构施工侧穿高铁桩基的保护问题及隔离桩的结构布局，提供一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构及施工方法。
[0007]为实现上述技术方案，本专利技术在传统隔离桩的基础上引入了一道基于伺服轴力补偿的钢支撑组成框架结构，基于深层土体位移和桩基变形监控数据，在受保护侧土体深层水平位移超出限制时，通过钢支撑伺服轴力补偿系统调节钢支撑轴力，通过精细化轴力自动补偿实时控制隔离桩结构变形，从而有效减小受保护侧土体的深层水平位移和对高铁桩基的动态扰动，使得盾构掘进过程中，高铁桩基的变形能够满足铁路特别保护区内变形要
求。
[0008]本专利技术一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构，包括：隔离桩、变形监测装置、控制系统和钢支撑伺服轴力补偿系统。
[0009]所述隔离桩位于盾构隧道与受保护高铁桩基之间，成排设置，埋设深度低于隧道底部，形成隔离桩墙；所述变形监测装置位于隔离桩外受保护侧土体内，通过电缆与控制系统相连；所述钢支撑伺服轴力补偿系统两个端部结构的安装端分别连接于隔离桩墙两侧的内壁；所述控制系统用于接收、处理深层水平位移数据并控制液压千斤顶调节钢支撑轴力。
[0010]具体地，所述隔离桩包括钢筋笼、桩帽、冠梁和缀条；所述钢筋笼由纵向钢筋、环向钢筋和定位支撑钢筋组成，所述环向钢筋位于隔离桩中轴位置，纵向钢筋布置于环向钢筋外侧，纵向钢筋之间布置定位支撑钢筋，各节钢筋笼之间用钢筋接驳器连接。
[0011]所述桩帽为预制桩帽，采用嵌固连接的方式将桩帽嵌套在各所述隔离桩桩顶。
[0012]所述冠梁的顶面与地表平齐，包括一对间隔分布在所述隔离桩桩帽两侧的槽钢。
[0013]所述缀条穿过所述预制桩帽，通过焊接的方式将其固定在所述槽钢冠梁之间，从而将多个独立打设的隔离桩联系成一个整体。
[0014]具体地，所述变形监测装置包括测斜管、测斜探头和滑轨；所述测斜管采用分段拼装的方法制成，采用连接管连接上下节测斜管，连接时预留一定的沉降段并用螺丝固定，在所述连接管外侧包裹一层土工布，防止泥浆及杂物从接缝处进入管内。
[0015]所述测斜探头在测斜管内可上下滑动，观测时，探头从测斜管底部向顶部分段移动，每隔一定间距暂停一次，并进行测斜工作，通过累加每一测段的变形量，可得测点处不同深度方向上各点的水平位移。
[0016]所述滑轨安置于测斜探头与测斜管之间，可控制测斜探头在测斜管内上下移动。
[0017]具体地，所述控制系统包括控制器和驱动器；所述控制器通过电缆与变形监测装置连接，将变形监测装置实时监测到的受保护侧土体的深层土体位移数据进行分析处理，根据设置的深层水平位移限值与实时监测深层水平位移值之差，控制钢支撑伺服轴力补偿系统调节钢支撑轴力，从而精确控制对应深度的土体水平向变形。
[0018]所述驱动器通过电缆与控制器连接，所述驱动器内置一个伺服马达，可根据控制器指令动态驱动液压千斤顶。
[0019]具体地，所述钢支撑伺服轴力补偿系统包括承插套管、插接套管和液压千斤顶；所述承插套管安装于钢支撑内，设有安装端和承插开口端，所述承插套管内设有连通于承插套管的液压千斤顶。
[0020]所述插接套管安装于钢支撑内，所述插接套管具有插接开口端和安装端，所述插接开口端可自由地插到所述承插开口端中，所述插接开口端的外壁与所述承插开口端的内壁涂抹一层润滑油，所述插接开口端内安装有承压板。
[0021]所述液压千斤顶安置于钢支撑内部，通过电缆与驱动器相连，受驱动器控制，可精准调节钢支撑轴力值。
[0022]本专利技术还提供了采用上述基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构的施工方法，包括以下步骤：（1）施工前准备a.现场踏勘：确定施工区域的土层及水文地质情况，了解周边工程环境，确定需要
保护的建（构）筑物；b.桩孔放样：在隔离桩施工前，根据现场地面情况进行场地平整，然后进行桩孔放样，根据图纸桩位坐标，依据测量控制桩点及设计图纸定出桩孔平面位置，精确定位；c.护筒埋设：钻孔前先埋设护筒，护筒的中心与桩孔中心重合，误差不大于30mm，埋设好护筒后，护筒四周回填并夯实；d.泥浆制备：按照预设配比进行泥浆的制备，并对泥浆的性能指标进行检测。
[0023]（2）隔离桩施工a.钻孔：钻孔过程中，控制钻头进深，根据各土层土质情况，随时调节钻进速度，保持孔内水头压力，及时清理钻头周围的泥浆，实时监测钻杆垂直度，防止出现斜孔；b.终孔：钻孔完成后，对孔的孔深、孔径、孔位进行检测；c.清孔：采用泵吸的方式置换泥浆清孔，使孔底沉渣翻滚上浮，捞去沉渣；d.钢筋笼下放：按照设计要求制作钢筋笼，并进行钢筋笼的吊放，钢筋笼缓慢下降至设计位置，用槽钢将钢筋笼固定到护筒上；e.混凝土浇筑：施工前先进行封密性检查，浇筑过程中，及时量测孔内混凝土面的位置，直至混凝土实际灌注量比设计桩顶标高高出0.5m；f.桩孔回填：灌注桩混凝土浇注完成后，进行桩孔回填；g.桩帽及冠梁施工：采用嵌固连接的方式将桩帽嵌套在各所述隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构，所述结构包括隔离桩和变形监测装置，其特征在于，所述结构还包括控制系统和钢支撑伺服轴力补偿系统；所述隔离桩位于盾构隧道与受保护高铁桩基之间，成排设置，埋设深度低于隧道底部，形成隔离桩墙；所述变形监测装置位于隔离桩外受保护侧土体内，通过电缆与控制系统相连；所述钢支撑伺服轴力补偿系统两个端部结构的安装端分别连接于隔离桩墙两侧的内壁；所述控制系统用于接收、处理深层水平位移数据并控制液压千斤顶调节钢支撑轴力。2.根据权利要求1所述的一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构，其特征在于，所述隔离桩包括钢筋笼、桩帽、冠梁和缀条；所述钢筋笼由纵向钢筋、环向钢筋和定位支撑钢筋组成；所述环向钢筋位于隔离桩中轴位置，纵向钢筋布置于环向钢筋外侧，纵向钢筋之间布置定位支撑钢筋，各节钢筋笼之间用钢筋接驳器连接；所述桩帽为预制桩帽，采用嵌固连接的方式将桩帽嵌套在各所述隔离桩桩顶；所述冠梁的顶面与地表平齐，包括一对间隔分布在所述隔离桩桩帽两侧的槽钢；所述缀条穿过所述预制桩帽，通过焊接的方式将其固定在所述槽钢冠梁之间，从而将多个独立打设的隔离桩联系成一个整体。3.根据权利要求1所述的一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构，其特征在于：所述变形监测装置包括测斜管、测斜探头和滑轨；所述测斜管为分段拼装结构，采用连接管连接上下节测斜管，连接时预留一定的沉降段并用螺丝固定，在所述连接管外侧包裹一层土工布，防止泥浆及杂物从接缝处进入管内；所述测斜探头在测斜管内可上下滑动，观测时，探头从测斜管底部向顶部分段移动，每隔一定间距暂停一次，并进行测斜工作，通过累加每一测段的变形量，可得测点处不同深度方向上各点的水平位移；所述滑轨安置于测斜探头与测斜管之间，可控制测斜探头在测斜管内上下移动。4.根据权利要求1所述的一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构，其特征在于：所述控制系统包括控制器和驱动器，所述控制器将变形监测装置实时监测到的受保护侧土体的深层土体位移数据进行分析处理，根据设置的深层水平位移限值与实时监测深层水平位移值之差，控制钢支撑伺服轴力补偿系统调节钢支撑轴力，从而精确控制对应深度的土体水平向变形；所述驱动器通过电缆与控制器连接，所述驱动器内置一个伺服马达，可根据控制器指令动态驱动液压千斤顶。5.根据权利要求1所述的一种基于伺服轴力补偿的盾构施工隔离桩结构，其特征在于：所述钢支撑伺服轴力补偿系统包括承插套管、插接套管和液压千斤顶，所述承插套管安装于钢支撑内，设有安装端和承插开口端，所述承插套管内设有连通于承插套管的液压千斤顶；所述插接套管安装于钢支撑内，所述插接套管具有插接开口端和安装端，所述插接开口端可自由地插到所述承插开口端中，所述插接开口端的外壁与所述承插开口端的内壁涂抹一层润滑油，所述插接开口端内安装有承压板；所述液...

【专利技术属性】
技术研发人员：周逊泉，徐立明，马锡海，迟民良，史婷，张会坚，徐长节，
申请(专利权)人：浙江大学华东交通大学，
类型：发明
国别省市：