【技术实现步骤摘要】
本专利技术申请涉及盾构施工，具体涉及一种土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法。
技术介绍
1、盾构法是一种利用盾构机在地面以下建造隧道的施工方法，其中，土压平衡盾构机工作时，通过刀盘旋转切削泥土并经由刀盘开口将泥土压进土舱，土仓内的泥土通过螺旋机转运至连续皮带机处运出；盾构机在推进油缸的推力作用下前进，盾构机盾壳对已掘进且未及时衬砌的隧道起临时支护作用，承受周围土层的土压及水压。
2、其中，土仓为土压平衡盾构机刀盘切削空间面与其后承压隔板间所形成的空间仓体，刀盘旋转切削下来的渣土进入土仓后，由千斤顶于承压隔板处施加推力并传递至土仓内的渣土上，由渣土的压力作用于开挖面，由此抵消开挖面处的地下水压及土压，从而形成平衡以保持开挖面的稳定。
3、然而，由于地面分布有各类建构筑物，隧道近距离下穿时对既有工程的保护及沉降控制要求较高，尤其是对于盾构隧道连续下穿铁路桥梁营业线工程，为避免对铁路运行安全产生不利影响，下穿工程的地表沉降及铁路桩基沉降控制要求极高；因此，亟需一种连续下穿铁路营业线且保证地表及铁路桩基沉降处于有效范围内的施工方法，以在保护铁路运营安全的前提下实现盾构隧道顺利下穿。
4、公开于该
技术介绍
部分的信息仅用于加深对本公开的
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，旨在解决土压平衡盾构
2、根据本公开的一个方面，提供一种土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，包括如下步骤：
3、（1）建立中心点为隧道中心的三维地层-结构模型，所述三维地层-结构模型包括地层、隔离桩、注浆加固层、管片及既有铁路桥梁结构，对所述三维地层-结构模型进行数值分析，确定盾构隧道开挖对既有桥梁结构变形的影响；
4、（2）于隧道设计轮廓与既有铁路桥梁桩基间对应跳桩施作若干隔离桩，并在桩顶设置冠梁；对应位于端侧的所述隔离桩处于所述既有桥梁水平投影范围外；
5、（3）测算土仓压力设定值；所述土仓压力的最大设定值；所述土仓压力的最小设定值；其中， 为地下水压力， 为静止土压力， 为预备压力，为地面荷载， 为主动土压力；
6、（4）启动土压平衡盾构机掘进下穿，向刀盘及螺旋输送机内部加入相应量膨润土稠浆及泡沫进行渣土改良，并通过中盾处径向预留孔注入膨润土浆液；且调整掘进速度及螺旋输送机转速使土压平衡盾构机切削土量与排土量平衡；
7、（5）通过管片预留孔对拱顶注浆加固保护，所述注浆加固厚度不小3m；
8、（6）于既有铁路桥梁的相应桥墩的对应位置处分别布设监测点，在盾构下穿前通过包括观测站、中继站及远程监控终端的自动监测系统观测各监测点至少3d并取其均值作为初始值，且于施工期间及施工后至少一个月内持续观测各监测点的沉降信息，由所述远程监控终端对应生成监测曲线，判断桥墩竖向及水平位移并按照设定值对应发布预警信息。
9、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，所述三维地层-结构模型上边界为自由面、下边界竖向约束、前后左右边界分别施加相应方向的水平约束；所述地层及注浆加固层分别采用对应的三维实体单元弹塑性本构模型，隔离桩、管片及既有铁路桥梁结构分别采用对应的三维实体单元弹性本构模型。
10、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，所述数值分析包括如下步骤：
11、（11）初始地应力场模拟：激活土层，所述三维地层-结构模型四周及底部的边界条件为法向约束，地表为自由边界条件，在自重条件下求解初始地应力，位移清零；
12、（12）桥梁施工模拟：调整既有铁路桥梁桩基和墩台单元参数，桥墩顶面施加均布面载荷求解至平衡，位移清零；
13、（13）隔离桩施工模拟：调整隧道两侧隔离桩单元参数，求解至平衡，位移清零；
14、（14）盾构隧道开挖模拟：盾构单次开挖进尺取管片衬砌幅宽。
15、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，所述隔离桩跳桩施作的跳桩间距至少为相邻的两根隔离桩。
16、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，位于所述既有铁路桥梁水平投影范围内的隔离桩为至少两排的微型钻孔桩。
17、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，所述隔离桩对应的钢筋笼吊装前搭设龙门吊，所述龙门吊包括位于对应桩孔两侧的脚手架、架设于两所述脚手架顶部间导轨、沿所述导轨移动且可收放的吊钩。
18、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（3）中，地下水压力，其中q为土的经验渗透系数， 为水的容重，为地下水位距离刀盘顶部的高度；静止土压力，其中，为土的侧向静止平衡压力系数， 为土的容重，为隧道埋深；主动土压力 ， 为内摩擦角，c为土的粘接力。
19、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（4）中，掘进前按下式测算单环出渣量，其中，r为掘进半径，l为掘进距离，μ为土体松散系数；掘进时控制单环出渣量为，且对单环出渣重量进行称重。
20、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（4）中，在盾构穿越前一定里程处进行试掘，试掘完成后总结掘进参数且开仓更换刀具。
21、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（5）中，通过对应密封穿设于所述管片预留孔处的花管进行注浆加固，所述花管的管壁处等间距的阵设有若干注浆孔，沿花管轴线方向相邻的两注浆孔间呈夹角设置。
22、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：
23、1. 盾构下穿前建立三维地层-结构模型，综合考虑了地层条件、开挖过程及荷载组合等因素，可对盾构开挖及隔离桩施作对既有铁路桥梁结构的影响进行模拟分析，从而论证下穿安全性及对下穿影响程度进行可靠评价，有助于下穿方案及参数的调整，确保盾构机顺利下穿通过。
24、2. 开挖前进行试掘，通过试掘试验段的掘进效果及参数，对盾构下穿时的掘进参数起到指导作用，从而在确保开挖面的稳定同时将下穿对地层的扰动降到最低，确保盾构机可快速安全不停机的下穿通过既有铁路桥梁。
25、3. 盾构掘进前于地表处打设的若干隔离桩可有效隔绝盾构掘进时所造成的地层扰动对既有铁路桥梁结构的不利影响，避免既有铁路桥梁墩体受力发生位移，影响铁路营运线的运营安全性；且各隔离桩根据桥下及桥侧不同的空间限制设置不同桩体，可在确保顺利快速成桩的同时不影响隔离桩的隔离效果；隔离桩顶部的冠梁可起到稳定桩排，提高各隔离桩整体性及隔离效果。
26、4. 通过合理测算土仓压力、调整盾构掘进速度及排土量，有效维持切削土量与排土量间的平衡，从而确保土仓内的压力平衡，进而减少开挖过程中对地层的扰动。
27、5. 盾构掘进时向掌子面注入膨润土稠浆及泡沫进行渣土改良，增加渣土的流动性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述三维地层-结构模型上边界为自由面、下边界竖向约束、前后左右边界分别施加相应方向的水平约束；所述地层及注浆加固层分别采用对应的三维实体单元弹塑性本构模型，隔离桩、管片及既有铁路桥梁结构分别采用对应的三维实体单元弹性本构模型。
3.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述数值分析包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述隔离桩跳桩施作的跳桩间距至少为相邻的两根隔离桩。
5.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，位于所述既有铁路桥梁水平投影范围内的隔离桩为至少两排的微型钻孔桩。
6.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步
7.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，地下水压力，其中q为土的经验渗透系数，为水的容重，为地下水位距离刀盘顶部的高度；静止土压力，其中，为土的侧向静止平衡压力系数，为土的容重，为隧道埋深；主动土压力，为内摩擦角，c为土的粘接力。
8.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，掘进前测算单环出渣量，其中，R为掘进半径，L为掘进距离，μ为土体松散系数；掘进时控制单环出渣量为，且对单环出渣重量进行称重。
9.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，在盾构穿越前一定里程处进行试掘，试掘完成后总结掘进参数且开仓更换刀具。
10.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（5）中，通过对应密封穿设于所述管片预留孔处的花管进行注浆加固，所述花管的管壁处等间距的阵设有若干注浆孔，沿花管轴线方向相邻的两注浆孔间呈夹角设置。
...【技术特征摘要】
1.一种土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述三维地层-结构模型上边界为自由面、下边界竖向约束、前后左右边界分别施加相应方向的水平约束；所述地层及注浆加固层分别采用对应的三维实体单元弹塑性本构模型，隔离桩、管片及既有铁路桥梁结构分别采用对应的三维实体单元弹性本构模型。
3.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述数值分析包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述隔离桩跳桩施作的跳桩间距至少为相邻的两根隔离桩。
5.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，位于所述既有铁路桥梁水平投影范围内的隔离桩为至少两排的微型钻孔桩。
6.根据权利要求1所述的土压平衡大盾构连续下穿铁路营业线施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述隔离桩对应的钢筋笼吊装前搭设龙门吊，所述龙门吊包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：马国强，杨红军，曹文焕，徐俊，王浩博，李文伟，宁仁杰，张少华，云华，李海波，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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