一種地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮的施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮的施工方法。方法具體為在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，同步進(jìn)行如下控制：1)向新開(kāi)挖隧道和盾構(gòu)殼體之間的縫隙中進(jìn)行同步注漿,注入的漿液為密度大于盾構(gòu)上部硬土層密度的硬性漿液；2)增加千斤頂對(duì)盾構(gòu)上部的作用力和減少千斤頂對(duì)盾構(gòu)下部的作用力，以調(diào)整盾構(gòu)殼體位置有利于維持盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)在于：先做盾構(gòu)機(jī)位狀態(tài)的力學(xué)平衡分析，尋找宏觀定性控制方法；依據(jù)宏觀定性控制方法制定調(diào)整方案，并嚴(yán)格控制；調(diào)整盾構(gòu)殼體位置逐漸返到盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。
【專利說(shuō)明】
一種地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于施工方法領(lǐng)域，具體涉及一種地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮的施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]沿海城市軟土地層分層現(xiàn)象較多，特別地鐵穿越下軟上硬軟土地層盾構(gòu)施工容易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，當(dāng)軟土地層分層組合不利時(shí)，通過(guò)鉛塊壓重也難以阻止盾構(gòu)上浮現(xiàn)象，影響管片安裝和地鐵縱向線位。
[0003]而現(xiàn)有地鐵穿越下軟上硬軟土地層盾構(gòu)施工處理方法容易忽視地層與盾構(gòu)相互作用的整體力學(xué)分析，缺乏宏觀定性控制方法。例如:某中等埋深土壓平衡式盾構(gòu)在區(qū)間推進(jìn)過(guò)程中，出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)整體上浮的情況，其行進(jìn)軸線軌跡如圖1所示。盾構(gòu)出現(xiàn)上浮時(shí)，盾構(gòu)掘進(jìn)斷面的上半部為相對(duì)較硬的砂質(zhì)粉土夾粉砂③61(標(biāo)準(zhǔn)貫入14)、砂質(zhì)粉土淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土③7(標(biāo)準(zhǔn)貫入4)，下半部為相對(duì)較軟的砂質(zhì)粉土淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土③7(標(biāo)準(zhǔn)貫入4)、游泥質(zhì)粉質(zhì)黏土⑥I(標(biāo)準(zhǔn)貫入2)。盾構(gòu)機(jī)為Φ6340mm加泥式土壓平衡盾構(gòu)，盾長(zhǎng)8.0m，盾構(gòu)頂部埋深為12m。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮的施工方法。
[0005]現(xiàn)有地鐵穿越下軟上硬軟土地層盾構(gòu)施工處理方法容易忽視地層與盾構(gòu)相互作用的整體力學(xué)分析，缺乏宏觀定性控制方法。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于通過(guò)盾構(gòu)整體力學(xué)分析，第一步先做盾構(gòu)機(jī)位狀態(tài)的力學(xué)平衡分析，尋找宏觀定性控制方法。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)如下:
[0006]為了有利于力學(xué)分析，對(duì)千斤頂?shù)耐屏?jiǎn)化為盾頭頂部的FdP底部的F2t3FidPFi2為開(kāi)挖面土體反力;F3為機(jī)體對(duì)機(jī)頭彈性約束力，當(dāng)機(jī)頭上浮時(shí)，阻止上浮，當(dāng)機(jī)頭下壓時(shí)，阻止下壓。另外，盾構(gòu)還同時(shí)受到周圍土體作用力的影響，盾構(gòu)重量W盾=435.5t，同體積土體重量W±=577t，兩者相差141.5t。通常盾體中，盾頭半徑略大于后方盾構(gòu)殼體，因此開(kāi)挖過(guò)程中，殼體與新開(kāi)挖隧道內(nèi)壁之間存在空隙。而軟土相對(duì)于硬土，其回淤填充速度較快。當(dāng)?shù)貙由嫌蚕萝洉r(shí)，由于上部土質(zhì)較硬，因此上部土層相對(duì)于會(huì)延時(shí)填充上部空隙而導(dǎo)致阻止盾體上浮的阻力F4減少;但快速回填的盾體下部空隙卻產(chǎn)生了向上推力F5，最終導(dǎo)致盾體垂直方向上力學(xué)失衡，盾體受到的向上推力變大，逐漸上浮(如圖1所示)。
[0007]盾構(gòu)機(jī)位狀態(tài)穩(wěn)定平衡狀態(tài)條件有以下三個(gè)。水平方向上:
[0008]Fi+F2 = F±i+F±2(1.1)
[0009]通常在推進(jìn)過(guò)程中，上式容易滿足。而在垂直方向上:
[0010]F3+F4+F5+W盾=0(1.2)
[0011]因前述的不利變形空間和壓力差W盾一Wi=— 141.5t，只有同步增加F4才能滿足(1.2)。從力矩角度看:
[0012]FiD1-F±iDi+F3D2-F2Di+F±2Di = O(1.3)
[0013]因此，只有增加Fl和減少F2才能滿足(1.3)。
[0014]在上述力學(xué)分析基礎(chǔ)上，第二步可制定調(diào)整方案，并嚴(yán)格控制；
[0015]一方面，利用式(1.2)的啟示，給盾構(gòu)殼體同步注入密度大于上硬土層密度的硬性漿液，消除F4在(t+Δ t)中時(shí)差Δ t—Ο，其中t為盾體開(kāi)挖后軟土層回填時(shí)間，Δ t為盾體開(kāi)挖后硬土層和軟土層回填時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)同步增加F4基本控制盾構(gòu)殼體位置;另一方面，同時(shí)利用式(1.3)的啟示，增加F1和減少F2,有利于調(diào)整盾構(gòu)殼體位置逐漸返到盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
[0017]地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮施工方法，具體為:在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，同步進(jìn)行如下I)和2)的控制:
[0018]I)向新開(kāi)挖隧道和盾構(gòu)殼體之間的縫隙中進(jìn)行同步注漿，注入的漿液為密度大于盾構(gòu)上部硬土層密度的硬性漿液；
[0019]2)增加千斤頂對(duì)盾構(gòu)上部的作用力和減少千斤頂對(duì)盾構(gòu)下部的作用力，以調(diào)整盾構(gòu)殼體位置有利于維持盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。
[0020]作為優(yōu)選，所述的I)中，同步注漿過(guò)程控制參數(shù)包括注漿量和注漿壓力控制，盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中主要以注漿量為控制指標(biāo)，注漿量設(shè)為建筑空隙體積的120%?140%。
[0021 ]作為優(yōu)選，盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡推進(jìn)過(guò)程中，控制參數(shù)需滿足下述公式:
[0022]Fi+F2 = Fzhi+Fzh2
[0023]F3+F4+F5+ff/i=0
[0024]Fi Di ~F+i Di +F^D^-F^Di +F+?Oi =0
[0025]式中-F1為千斤頂對(duì)盾頭上半部的推力在盾頭頂部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)2千斤頂對(duì)盾頭下半部的推力在盾頭底部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)3為盾構(gòu)機(jī)體對(duì)機(jī)頭彈性約束力，W盾為盾構(gòu)本體重量，F(xiàn)4為盾體上部土層對(duì)盾體上浮的阻力，^為盾體下部土層對(duì)盾體的向上浮力，F(xiàn)±1為開(kāi)挖面土體對(duì)盾頭上半部的反作用力在盾頭頂部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)±2為開(kāi)挖面土體對(duì)盾頭下半部的反作用力在盾頭底部的簡(jiǎn)化力，D1為盾頭半徑，D1*盾頭水平方向的半寬。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，雖然盾構(gòu)機(jī)位狀態(tài)平衡分析時(shí)限定上述公式，但其并不一定要求時(shí)刻都滿足，例如盾體推進(jìn)瞬間，千斤頂推力必然會(huì)大于土層反力。因此前后或瞬時(shí)偏差也應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)，發(fā)明的本質(zhì)是在推進(jìn)過(guò)程中盡量保持水平力、垂直力和旋轉(zhuǎn)力矩的平衡。
[0026]作為優(yōu)選，所述的盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中推進(jìn)速度控制在20mm/min以下。
[0027]作為優(yōu)選，所述的盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中連續(xù)監(jiān)測(cè)盾體是否沿設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡前進(jìn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生偏離時(shí)，及時(shí)執(zhí)行所述的2)，調(diào)整盾構(gòu)殼體位置逐漸返到盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。
[0028]作為優(yōu)選，所述的盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中通過(guò)管片注漿孔進(jìn)行二次注漿，并控制注漿壓力和注漿量，減小管片上浮，控制管片安裝質(zhì)量和地鐵縱向線位。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)在于:先做盾構(gòu)機(jī)位狀態(tài)的力學(xué)平衡分析，尋找宏觀定性控制方法;依據(jù)宏觀定性控制方法制定調(diào)整方案，并嚴(yán)格控制;調(diào)整盾構(gòu)殼體位置逐漸返到盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。
【附圖說(shuō)明】
[°03°]圖1是盾構(gòu)行進(jìn)軌跡偏移示意圖；
[0031 ]圖2是盾構(gòu)機(jī)位狀態(tài)力學(xué)分析示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說(shuō)明。本發(fā)明中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒(méi)有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。
[0033]地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮的施工方法，步驟如下:
[0034](I)穿越前技術(shù)準(zhǔn)備
[0035]嚴(yán)格按照盾構(gòu)機(jī)制造商提供的盾構(gòu)機(jī)設(shè)備保養(yǎng)手冊(cè)對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行檢查、維護(hù)和保養(yǎng)，確保盾構(gòu)機(jī)處于良好的狀態(tài)。
[0036](2)穿越時(shí)盾構(gòu)推進(jìn)措施
[0037]在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，同步進(jìn)行如下控制:
[0038](2.1)加強(qiáng)同步注漿管理。向新開(kāi)挖隧道和盾構(gòu)殼體之間的縫隙中進(jìn)行同步注漿，注入的漿液為密度大于盾構(gòu)上部硬土層密度的硬性漿液。同步注漿過(guò)程控制參數(shù)包括注漿量和注漿壓力控制，盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中主要以注漿量為控制指標(biāo)，注漿量設(shè)為建筑空隙(即盾頭新開(kāi)挖隧道壁和盾構(gòu)殼體之間的縫隙)體積的120%?140%，實(shí)現(xiàn)同步增加F4基本控制盾構(gòu)殼體位置。
[0039](2.2)推進(jìn)速度和糾偏控制:此階段推進(jìn)速度不宜太快，一般控制在20mm/min以下，較正常推進(jìn)速度50mm/min慢。推進(jìn)過(guò)程中，連續(xù)監(jiān)測(cè)盾體是否沿設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡前進(jìn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生偏離時(shí)，及時(shí)增加千斤頂對(duì)盾構(gòu)上部的作用力和減少千斤頂對(duì)盾構(gòu)下部的作用力，調(diào)整盾構(gòu)殼體位置逐漸返到盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。通過(guò)增加F1和減少F2，調(diào)整盾構(gòu)殼體位置逐漸返到盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡，但避免過(guò)多、過(guò)量的盾構(gòu)糾偏，以減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)土層的擾動(dòng)，控制地表變形。
[0040]—般來(lái)說(shuō)，盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡推進(jìn)過(guò)程中，控制參數(shù)需同時(shí)滿足下述公式:
[0041]Fi+F2 = Fzhi+Fzh2
[0042]F3+F4+F5+ff/i=0
[0043]Fi Di ~F+i Di +F^D^-F^Di +F+?Oi =0
[0044]式中-F1為千斤頂對(duì)盾頭上半部的推力在盾頭頂部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)2千斤頂對(duì)盾頭下半部的推力在盾頭底部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)3為盾構(gòu)機(jī)體對(duì)機(jī)頭彈性約束力，W盾為盾構(gòu)本體重量，F(xiàn)4為盾體上部土層對(duì)盾體上浮的阻力，^為盾體下部土層對(duì)盾體的向上浮力，F(xiàn)±1為開(kāi)挖面土體對(duì)盾頭上半部的反作用力在盾頭頂部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)±2為開(kāi)挖面土體對(duì)盾頭下半部的反作用力在盾頭底部的簡(jiǎn)化力，D1為盾頭半徑，D1為盾頭水平方向的半寬。
[0045](2.3)做好管片補(bǔ)壓漿措施:通過(guò)管片注漿孔進(jìn)行二次注漿，控制好注漿壓力和注漿量，減小管片上浮，控制管片安裝質(zhì)量和地鐵縱向線位。
[0046](3)信息化施工
[0047]施工時(shí)對(duì)已安裝管片及盾構(gòu)自身均嚴(yán)密進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，做到信息化施工。
[0048]沿隧道軸線縱向監(jiān)測(cè)點(diǎn)需加密，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距3m。監(jiān)測(cè)頻率為每推進(jìn)一環(huán)測(cè)一次，并及時(shí)將信息反饋于施工現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)實(shí)測(cè)上浮量或上浮速率較大時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)和測(cè)頻。
[0049]監(jiān)測(cè)累計(jì)上浮量報(bào)警10mm，預(yù)警8mm;當(dāng)累計(jì)上浮量大于報(bào)警值的60%后，日上浮量2mm報(bào)警。
[0050]每一次監(jiān)測(cè)成果都及時(shí)匯總反饋，以便確定新的施工參數(shù)和注漿量等技術(shù)參數(shù)，最后通過(guò)監(jiān)測(cè)確定效果，從而反復(fù)循環(huán)、驗(yàn)證、完善，確保大堤安全和隧道施工質(zhì)量。
[0051]以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種地鐵穿越下軟上硬軟土地層控制盾構(gòu)上浮的施工方法，其特征在于在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，同步進(jìn)行如下控制: 1)向新開(kāi)挖隧道和盾構(gòu)殼體之間的縫隙中進(jìn)行同步注漿，注入的漿液為密度大于盾構(gòu)上部硬土層密度的硬性漿液； 2)增加千斤頂對(duì)盾構(gòu)上部的作用力和減少千斤頂對(duì)盾構(gòu)下部的作用力，以調(diào)整盾構(gòu)殼體位置有利于維持盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。2.如權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于所述的I)中，同步注漿過(guò)程控制參數(shù)包括注漿量和注漿壓力控制，盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中主要以注漿量為控制指標(biāo)，注漿量設(shè)為建筑空隙體積的120%?140%。3.如權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡推進(jìn)過(guò)程中，控制參數(shù)需滿足下述公式:Fi+F2 = F±1+F±2F3+F4+F5+ff/t=0FiD1-F+iDi+F^D^-F^Di+F+^Di =0 式中=F1為千斤頂對(duì)盾頭上半部的推力在盾頭頂部的簡(jiǎn)化力，^千斤頂對(duì)盾頭下半部的推力在盾頭底部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)3為盾構(gòu)機(jī)體對(duì)機(jī)頭彈性約束力，W盾為盾構(gòu)本體重量，F(xiàn)4為盾體上部土層對(duì)盾體上浮的阻力，^為盾體下部土層對(duì)盾體的向上浮力，F(xiàn)ii為開(kāi)挖面土體對(duì)盾頭上半部的反作用力在盾頭頂部的簡(jiǎn)化力，F(xiàn)i2為開(kāi)挖面土體對(duì)盾頭下半部的反作用力在盾頭底部的簡(jiǎn)化力，D1為盾頭半徑，D1為盾頭水平方向的半寬。4.如權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于所述的盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中推進(jìn)速度控制在20mm/min 以下。5.如權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于所述的盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中連續(xù)監(jiān)測(cè)盾體是否沿設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡前進(jìn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生偏離時(shí)，及時(shí)執(zhí)行所述的2)，調(diào)整盾構(gòu)殼體位置逐漸返到盾構(gòu)軸線設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡。6.如權(quán)利要求1所述的施工方法，其特征在于所述的盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中通過(guò)管片注漿孔進(jìn)行二次注漿，并控制注漿壓力和注漿量，減小管片上浮，控制管片安裝質(zhì)量和地鐵縱向線位。
【文檔編號(hào)】E21D9/00GK105952470SQ201610370293
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】朱漢華, 陳孟沖
【申請(qǐng)人】寧波市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司