软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法技术

一种软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法，包括以下步骤：1)、确定加固参数；2)、沉降监测；3)、确定气压与地表变形值的关系曲线；4)、防护管安装；5)、气囊预埋；6)、气囊膨胀；7)、盾构下穿试验井；8)、确定气压与盾构机

【技术实现步骤摘要】
软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法


[0001]本专利技术涉及地铁盾构沉降控制相关领域，特别是涉及软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法。

技术介绍

[0002]地铁隧道作为城市地下交通的主要建筑设施而被广泛应用，在修建过程中往往需要盾构施工，但盾构会影响土体原有的应力场和位移场，导致地表土体发生变形，为了保证地上建筑设施的安全，需要对土体的进行变形控制(沉降和隆起控制)，尤其是在深厚淤泥质等较差地质环境中。
[0003]现有方法主要采用注浆加固控制地表变形的方法，但存在以下5个问题：
[0004]1、注浆加固会引起土体变形，因为在注浆加固过程中高压注浆会引起土体发生较大变形；加固后凝结需要时间来达成强度，该阶段变形难以控制，也很难避免；
[0005]2、注浆加固体仅能被动抵抗外在施工引起的变形，无法主动补偿土体变形，让土体变形恢复；
[0006]3、没有进行由二次注浆等阶段引起的较大土体变形控制，需要长期的注浆来调整；
[0007]4、高压注浆加固后破坏土体结构，大面积改变了土体原本性质，加上施工遗留孔洞等问题会对环境和后续施工影响较大；
[0008]5、加固形式多为连续桩体，没有对加固体形式进行优化布置，如错齿布置形式、中空布置形式等。
[0009]因此，如何科学有效、安全环保地进行地表变形控制是一个需要亟待解决的突出难题。

技术实现思路

[0010]为了克服已有盾构施工过程中沉降变形和土体性质改变的问题，本专利技术提供了一种软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法，能有效的控制沉降，而且简单易行、操作方便、造价低、工期短。
[0011]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012]一种软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法，包括以下步骤：
[0013]1)、确定加固参数
[0014]确定相关加固参数，包括防护管的数量、长度和布置形式，膨胀体长度、数量、放置深度和布置形式；
[0015]2)、沉降监测
[0016]对试验观测区和沉降保护区进行监测，需要对装置在安装和回收时产生的变形、盾构下穿时的沉降和后期沉降进行监测；监测频率和补偿控制值根据场地和施工阶段的不同进行确定；
[0017]3)、确定气压与地表沉降值的关系曲线
[0018]通过室内试验或数值模拟的方式分别获取气囊膨胀高度h与气压P的关系曲线和气囊膨胀高度h与地表沉降值H的关系曲线，从而建立气压P与地表沉降值H的关系曲线；
[0019]4)、防护管安装
[0020]根据防护管的设计位置布孔，防护管起吊过程中保证其垂直度，防护管与土体之间的空隙采用细砂回填；
[0021]5)、气囊预埋
[0022]根据膨胀体位置将气囊从防护管中挤入土体中并达到预定长度完成预埋，预埋顺序自下而上，相邻防护管之间的气囊错位伸出，最底层气囊之间高度相同且端头接触；
[0023]6)、气囊膨胀
[0024]根据步骤3)中确定的气压P与地表沉降值H的关系曲线和实际沉降数据来确定气囊中的气压P，通过气囊膨胀来等值补偿地表沉降损失。盾构过程中气囊自下而上依次膨胀；
[0025]7)、盾构下穿试验观测区
[0026]通过现场试验获取盾构沉降曲线，即不同机
‑
井距离L下的土体沉降值H的关系曲线，并确定盾构左线、右线下穿后上方土体沉降最大值。并根据沉降值进行沉降控制，将控制效果与步骤3中的补偿效果对比来优化后续调控参数；
[0027]8)、确定气压与盾构机
‑
控制井的距离的关系曲线
[0028]根据步骤3获得的气压P与地表沉降值H的关系曲线和步骤7获得的盾构机
‑
试验井距离L下的土体沉降值H的关系曲线，可以建立盾构机
‑
试验井距离L与气压P的关系曲线；
[0029]9)、左线下穿沉降补偿；
[0030]10)、右线下穿沉降补偿；
[0031]11)、后期沉降控制
[0032]在后期二次注浆阶段的监测过程中，每当土体变化值大于补偿控制值时进行1次补偿调整，调整后进行保压控制，直至土体变形稳定后停止调整；
[0033]12)、气浆置换
[0034]当沉降稳定后，往气囊中改注入水泥浆液，同时抽取气囊中气体，直至完全置换后保压控制，气囊置换顺序自下而上，中间控制井暂不进行置换；
[0035]13)、防护管回收和回填
[0036]启动吊机向上缓缓拔出防护管，先回收盾构左、右线两侧的防护管，采用重塑样分层回填孔洞，根据地勘报告来确定回填厚度和土体类别；
[0037]14)、回收沉降控制
[0038]当步骤13)完成后会产生沉降，通过中间控制井进行补偿控制，恢复地表变形，最后完成中间控制井气浆置换、防护管回收和孔洞回填。
[0039]进一步，所述步骤9)中，盾构左线采用下穿试验观测区的盾构参数下穿沉降控制区，对步骤7)中的盾构沉降曲线的沉降最大值均分成N份；根据盾构机
‑
控制井的实际距离和步骤8)气压P与盾构机
‑
控制井的距离L的关系曲线提前预判出需要的相应气压P，通过左侧控制井和中间控制井的左侧膨胀体来完成盾构左线上方土体沉降补偿，恢复地表变形，沉降补偿分成N次逐级增压完成，气囊膨胀顺序自下而上。
[0040]再进一步，所述步骤10)中，根据步骤7)确定的盾构右线沉降最大值和盾构沉降曲线，通过右侧控制井和中间控制井的右侧膨胀体来完成盾构右线上方土体沉降补偿，沉降补偿分成N次分级增压逐步完成；盾构下穿右线过程中，根据盾构左线上方土体沉降监测值参考步骤9)完成盾构左线上方土体沉降补偿。
[0041]更进一步，实现所述软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法的装置，包括防护管、交换机、膨胀体、转轴、数控电机、多通道注压机、计算机控制系统和监测机器人，所述防护管为空心圆管，底部封闭；所述防护管包括标准管和伸出管，所述膨胀体和伸出管连接，转轴连接数控电机和交换机，所述数控电机通过正、反转动来带动转轴和交换机同向转动，使交换机在防护管中上、下移动，所述多通道注压机通过管线群和交换机连接；所述计算机控制系统与数控电机、多通道注压机和监测机器人连接，实时显示各组成仪器的相关数据，能够控制数控电机和多通道注压机。
[0042]优选的，所述标准管包括限位管节和吊耳，限位管节为标准管上的均布凹槽，在土体中控制防护管的沉降，吊耳为起吊构件；
[0043]所述标准管和伸出管之间设有止水橡胶，避免地下水进入防护管中，标准管和伸出管之间通过连接螺纹连接；
[0044]所述伸出管包括挡土门、弹簧、接口、卡块和定位器，挡土门和伸出管之间通过铰链连接，可以转动，弹簧与卡块连接，常规状态下处于伸展状态。挡土门由2个钝角三角形的挡板组成，使得挡土门在常规状态为关闭状态，2个挡板之间采用错齿咬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)、确定加固参数确定相关加固参数，包括防护管的数量、长度和布置形式，膨胀体长度、数量、放置深度和布置形式；2)、沉降监测对试验观测区和沉降保护区进行监测，需要监测装置在安装和回收时产生的变形、盾构下穿时的沉降和后期沉降进行监测；监测频率和补偿控制值根据场地和施工阶段的不同进行调整；3)、确定气压与地表沉降值的关系曲线通过室内试验或数值模拟的方式分别获取气囊膨胀高度与气压的关系曲线和气囊膨胀高度与地表沉降值的关系曲线，从而建立气压P与地表沉降值H的关系曲线；4)、防护管安装根据防护管的设计位置布孔，防护管起吊过程中保证垂直度，防护管与土体之间的空隙采用细砂回填；5)、气囊预埋根据膨胀体位置将气囊从防护管中挤入土体中并达到预定长度完成预埋，预埋顺序自下而上，相邻防护管之间的气囊错位伸出，最底层气囊之间高度相同且端头接触；6)、气囊膨胀根据步骤3)中确定的气压P地表变沉降值H的关系曲线和实际沉降数据来确定气囊中的气压P，气囊膨胀来补偿等值的地表沉降损失。盾构过程中气囊自下而上依次膨胀；7)、盾构下穿试验观测区通过现场试验获取盾构沉降曲线，即不同机
‑
井距离L下的土体沉降值H的关系曲线，并确定盾构左线、右线下穿后上方土体沉降最大值，并根据沉降值进行沉降控制，将控制效果与步骤3中的试验效果对比来优化后续调控参数；8)、确定气压与盾构机
‑
控制井的距离的关系曲线根据步骤3获得的气压P与地表沉降值H的关系曲线和步骤7获得的盾构机
‑
试验井距离L下的土体沉降值H的关系曲线，可以建立盾构机
‑
试验井距离L与气压P的关系曲线；9)、左线下穿沉降补偿；10)、右线下穿沉降补偿；11)、后期沉降控制在后期二次注浆阶段的监测过程中每当土体值大于补偿控制值时进行1次补偿调整，调整后进行保压控制，直至土体变形稳定后停止调整；12)、气浆置换当沉降稳定后，往气囊中改注入水泥浆液，同时抽取气囊中气体，直至完全置换后保压控制，气囊置换顺序自下而上，中间控制井暂不进行置换；13)、防护管回收和回填启动吊机向上缓缓拔出防护管，先回收盾构左、右线两侧的防护管，采用重塑样分层回填孔洞，根据地勘报告来确定回填厚度和土体类别；
14)、回收沉降控制当步骤13)完成后产生沉降时，通过中间控制井进行补偿控制，恢复地表变形，最后完成气浆置换、防护管回收和孔洞回填。2.如权利要求1所述的软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法，其特征在于，所述步骤9)中，盾构左线采用下穿试验观测区的盾构参数下穿沉降控制区，对步骤7)中的盾构沉降曲线的沉降最大值均分成N份；根据盾构机
‑
控制井的实际距离和步骤8)气压P与盾构机
‑
控制井的距离L的关系曲线提前预判出相应的需要的相应气压P，通过左侧控制井和中间控制井的左侧膨胀体来完成盾构左线上方土体沉降补偿，恢复地表变形，沉降补偿分成N次逐级增压完成，气囊膨胀顺序自下而上。3.如权利要求2所述的软弱地层中错位分布的气浆互换式地表变形控制方法，其特征在于，所述步骤10)中，根据步骤7)确定的盾构右线沉降最大值和盾构沉降曲线，通过右侧控制井和中间控制井的右侧膨胀体来完成盾构右线上方土体沉降补偿，沉降补偿分成N...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫林飞，李超，杨海兵，祝江鸿，俞钦钦，董宇，
申请(专利权)人：杭州浙科大科技有限公司杭州铁路设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：