硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统、制作及设计方法技术方案

本发明专利技术公开了硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统、制作及设计方法，包括抗浮管片，抗浮管片由管片与抗浮水囊袋构成，用于隧道拱顶；抗浮水囊袋，抗浮水囊袋设于管片和隧道围岩内壁之间；注浆管、注浆孔和注浆阀，注浆阀连接注浆孔内侧。其方法包括：试算设计抗浮水囊袋内的抗浮压力；然后根据管片的的承载压力计算拱顶位置的抗浮水囊袋的设计弧长；待抗浮管片脱出盾尾，向拱顶抗浮管片外侧的抗浮水囊袋压入浆液；待抗浮水囊袋内部的浆液凝固，重复上述步骤直至达到预期效果。本发明专利技术能应对在特殊地质特别是硬质地层中建设抗浮盾构管片的难点和重点，提高隧道安全性，减少事故损失的发生，确保工程质量。确保工程质量。确保工程质量。

【技术实现步骤摘要】
硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统、制作及设计方法


[0001]本专利技术涉及硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统、制作及设计方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市化发展进程的加快,地下空间的利用与开发越来越受到重视，大直径越江盾构隧道的建设也越来越多。盾构法隧道施工时，当拼装成环的管片脱出盾尾后，管片外部与围岩土体之间会产生壁后空隙，对此一般采用同步注浆进行填充；同步注浆是盾构施工中的重要工序之一，即盾构在向前推进时，通过注浆泵同步压注浆液到所形成的壁后空隙中以防止地层沉降、阻止盾构正面泥水向已拼装的管片段流动，保证隧道结构稳定。但同时脱出盾尾的管片衬砌在未凝固的浆液中会发生上浮，特别是在硬质地层中的盾构施工大多会不同程度地发生过管片脱出盾尾后上浮现象。由于相邻管片间采取螺栓、剪力销等半刚性连接形式，管片上浮引起的变形、渗漏、甚至连接螺栓剪断，都将对盾构结构的质量、安全和寿命产生不利影响。
[0003]目前，国内抗浮盾构管片建设还未足够重视在硬质地层中的影响及应用。在盾构隧道施工的过程中，当管片上浮时一般选择合适的浆液、提高同步注浆压力，采用二次注浆等方法，这些处理措施在实施工程中增加了施工强度，对施工机器和施工人员的要求较高，并且对于管片上浮的控制效果不明显。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于针对现有技术所存在的不足而提供硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统、制作及设计方法的技术方案，能应对在特殊地质特别是硬质地层中建设抗浮盾构管片的难点和重点，提高隧道安全性，减少事故损失的发生，确保工程质量。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统，其特征在于：包括
[0007]抗浮管片，抗浮管片由管片与抗浮水囊袋构成，用于隧道拱顶；
[0008]抗浮水囊袋，抗浮水囊袋设于管片和隧道围岩内壁之间；
[0009]注浆管，注浆管设于抗浮水囊袋底部；
[0010]注浆孔，注浆孔设于管片上，注浆管固定并连通于注浆孔外侧；
[0011]和注浆阀，注浆阀连接注浆孔内侧。
[0012]通过上述结构的设计，能应对在特殊地质特别是硬质地层中建设抗浮盾构管片的难点和重点，提高隧道安全性，减少事故损失的发生，确保工程质量。
[0013]进一步，抗浮水囊袋由薄壁高强PVC涂层布制作而成。
[0014]进一步，注浆管为树脂注浆管。
[0015]进一步，抗浮水囊袋的初始为真空扁平状态，其长度、宽度与抗浮管片的外弧面等同。
[0016]如上述的硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统中抗浮管片的制作与安装方法，其
特征在于包括以下步骤：在抗浮管片拼装前利用粘结材料将抗浮水囊袋密实黏贴在管片外侧，并将抗浮水囊袋的注浆管固定并连通在管片的注浆孔外端，然后将抗浮管片拼装于设计隧道拱顶位置，待整环拼装完毕后推出盾尾。
[0017]如上述的硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统中的抗浮压力设计及实施方法，其特征在于包括以下步骤：
[0018]S1、首先根据浆液中隧道管片衬砌浮力公式和管片自身重量求得隧道上浮力Fu；通过假设抗浮管片的设计宽度B和弧长L，试算设计抗浮水囊袋内的抗浮压力Pu；
[0019]S2、然后根据管片的的承载压力P，通过P＝Pu计算拱顶位置的抗浮水囊袋的设计弧长L，即确定拱顶抗浮管片的范围；通过向拱顶的抗浮水囊袋注入浆液达到相应设计压力Pu以抵抗上浮力；
[0020]S3、待抗浮管片脱出盾尾，将注浆阀一端拧入注浆孔，利用高压注浆机通过注浆阀和注浆孔向拱顶抗浮管片外侧的抗浮水囊袋压入浆液，使其压力达到相应的设计抗浮压力Pu来抵抗上浮力；注浆过程中根据与相邻环的错台情况，通过调节注浆压力，改变抗浮水囊袋内的压力，使抗浮管片上下移动与相邻环平齐；
[0021]S4、最后待抗浮水囊袋内部的浆液凝固，压力稳定后，关闭注浆阀的阀门，取出注浆管，卸下注浆阀的阀门；重复上述步骤进行下一环的抗浮实施，直至隧道上浮控制达到预期效果。
[0022]进一步，步骤S1中的隧道上浮力为管片浮力公式减去管片自身重量，即
[0023]进一步，抗浮水囊袋内压力的方程为其中R为管片衬砌中心轴半径，B为管片宽度，t为管片厚度，γ
c
为混凝土管片重度，γ
w
为浆液或水重度，A为抗浮管片与抗浮水囊袋的接触面积。
[0024]进一步，A＝B*L，L为抗浮水囊袋与管片接触面弧长，根据管片的设计允许最大承载压力P，通过P＝Pu计算拱顶的抗浮水囊袋的设计弧长L，即可确定拱顶的抗浮管片范围，通过向拱顶的抗浮水囊袋注入浆液达到压力相应的Pu，抵抗上浮力。
[0025]本专利技术由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
[0026]本专利技术能应对在特殊地质特别是硬质地层中建设抗浮盾构管片的难点和重点，提高隧道安全性，减少事故损失的发生，确保工程质量。
附图说明
[0027]下面结合附图对本专利技术作进一步说明：
[0028]图1为本专利技术硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统、制作及设计方法中抗浮管片系统的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术中圆筒状管片的结构示意图；
[0030]图3为本专利技术中抗浮水囊袋压力的示意图；
[0031]图4为本专利技术中设计实施方法的流程图。
[0032]图中：1
‑
抗浮管片；2
‑
抗浮水囊袋；3
‑
同步注浆浆液。
具体实施方式
[0033]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0034]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0035]需要说明书的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[0036]如图1至图3所示，为本专利技术硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统，包括抗浮管片1，抗浮管片1由管片与抗浮水囊袋2构成，用于隧道拱顶；抗浮水囊袋2，抗浮水囊袋2设于管片和隧道围岩内壁之间，抗浮水囊袋2由薄壁高强PVC涂层布制作而成，抗浮水囊袋2的初始为真空扁平状态，其长度、宽度与抗浮管片1的外弧面等同。注浆管，注浆管设于抗浮水囊袋2底部，注浆管为树脂注浆管。管片和隧道围岩内壁之间注入同步注浆浆液3，且分布于管片外侧一周。注浆孔，注浆孔设于管片上，注浆管固定并连通于注浆孔外侧；和注浆阀，注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统，其特征在于：包括抗浮管片，所述抗浮管片由管片与抗浮水囊袋构成，用于隧道拱顶；抗浮水囊袋，所述抗浮水囊袋设于所述管片和隧道围岩内壁之间；注浆管，所述注浆管设于所述抗浮水囊袋底部；注浆孔，所述注浆孔设于所述管片上，所述注浆管固定并连通于所述注浆孔外侧；和注浆阀，所述注浆阀连接所述注浆孔内侧。2.根据权利要求1所述的硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统，其特征在于：所述抗浮水囊袋由薄壁高强PVC涂层布制作而成。3.根据权利要求1所述的硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统，其特征在于：所述注浆管为树脂注浆管。4.根据权利要求1所述的硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统，其特征在于：所述抗浮水囊袋的初始为真空扁平状态，其长度、宽度与所述抗浮管片的外弧面等同。5.如权利要求1～4中任一项所述的硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统中抗浮管片的制作与安装方法，其特征在于包括以下步骤：在抗浮管片拼装前利用粘结材料将抗浮水囊袋密实黏贴在管片外侧，并将所述抗浮水囊袋的注浆管固定并连通在所述管片的注浆孔外端，然后将抗浮管片拼装于设计隧道拱顶位置，待整环拼装完毕后推出盾尾。6.如权利要求1～4中任一项所述的硬质地层盾构隧道施工抗浮管片系统中的抗浮压力设计及实施方法，其特征在于包括以下步骤：S1、首先根据浆液中隧道管片衬砌浮力公式和管片自身重量求得隧道上浮力Fu；通过假设抗浮管片的设计宽度B和弧长L，试算设计抗浮水囊袋内的抗浮压力Pu；S2、然后根据管片的的承载压力P，通过P＝Pu计算拱顶位置的抗浮水囊袋的设计弧长L，即确定拱顶抗浮管片的范围；通过向拱顶的抗浮水囊袋注入浆液达到相应设计压力Pu以抵抗上浮力；S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑宏，夏志鹏，杜昌言，邵光斌，闫邵航，杨侠，陈超军，刘君，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：