專利名稱：盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于隧道工程領域，具體涉及一種盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法。
背景技術：
凍結法作為一種施工方法，最早于1962年被英國人用于建筑基坑施工中，德國人波茨舒于1883年采用凍結法成功施工了 10 !!深的煤礦井筒，并獲得了凍結技術專利。我國自1955年開溧礦區(qū)首次應用凍結法鑿井，80年代開始，隨著我國地下工程的增多，凍結法逐漸由礦山工程向城市各類工程推廣應用，北京、上海等地鐵由多條隧道采用水平凍結法完成施工，目前，人工凍結法加固已成為盾構隧道聯絡通道施工常用方法。凍土帷幕的凍脹對凍結效果影響較大，過量凍脹會對聯絡通道本身、主隧道結構產生負面影響，使凍土帷幕及主隧道內力、變形過大，凍土帷幕的強度安全系數小于《聯絡通道凍結法技術規(guī)程》規(guī)定的最小安全系數，增大時開挖施工風險，且過量凍脹可能會引起凍結管擠壓變形斷裂，發(fā)生鹽水滲漏，引起凍土帷幕局部強度下降，影響凍結效果。直接對凍土帷幕凍脹進行監(jiān)測較難實施，故凍結施工時往往無法對凍土帷幕凍脹進行有效控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服前述現有技術的不足之處，提供一種盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，可以對凍土帷幕凍脹進行有效控制。為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是一種盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，其包括分析不同假定凍脹率對主隧道、凍土帷幕的影響；根據影響程度制定出臨界凍脹率；對主隧道內不同點位進行變形監(jiān)測并反饋出實際凍脹率；達到臨界凍脹率后進行凍脹釋放。進一步，假定凍脹率下所得的主隧道計算變形量接近主隧道相同位置監(jiān)測值即為實際凍脹率，采用實際凍脹率與臨界凍脹率進行對比，若實際凍脹率小于臨界值，則凍脹對凍結效果影響較小，若實際凍脹率大于臨界值，則凍脹對凍結效果影響較大，需進行凍脹釋放。所述凍脹率指凍土帷幕平均凍脹率；不同假定凍脹率是為分析不同凍脹程度對凍土帷幕及主隧道影響而引入的概念，在聯絡通道所在土層形成的凍土帷幕所能引發(fā)的最大和最小凍脹率范圍內選擇多個不同的凍脹率作為不同假定凍脹率。所述臨界凍脹率值根據凍土帷幕強度安全系數判定，若某凍脹率下施工不同階段凍土帷幕強度安全系數均略大于或等于《聯絡通道凍結法技術規(guī)程》規(guī)定的最小安全系數， 則該凍脹率為臨界凍脹率。所述對主隧道內不同點位進行變形監(jiān)測是將主隧道內變形監(jiān)測點位布置在主隧道內隧頂、隧底及隧道腰部不同測點在同一斷面上，并以聯絡通道處主隧道為中點，向兩側隔一定間距延伸布置監(jiān)測斷面直至凍結施工影響區(qū)域邊緣。該控制方法具體為分析不同假定凍脹率在凍結不同階段對主隧道、凍土帷幕的影響，并通過不同假定凍脹率下施工不同階段凍土帷幕強度安全系數(凍土帷幕強度設計值與凍土帷幕強度計算值之比)與《聯絡通道凍結法技術規(guī)程》規(guī)定的最小強度安全系數對比分析，制定出臨界凍脹率，而后對聯絡通道凍結施工影響區(qū)域內施工不同階段主隧道隧頂、隧底及隧道腰部不同點位進行豎向變形監(jiān)測，通過監(jiān)測到的豎向變形量與不同凍脹率下主隧道的計算豎向變形量進行對比分析，若某假定凍脹率下所得的主隧道計算變形量接近主隧道相同位置監(jiān)測值即為實際凍脹率，采用實際凍脹率與臨界凍脹率進行對比，若實際凍脹率小于臨界值，則凍脹對凍結效果影響較小，若實際凍脹率大于臨界值，則凍脹對凍結效果影響較大，需進行凍脹釋放。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點通過可觀測的主隧道變形結合不同假定凍脹率下對主隧道及凍土帷幕的影響分析能較準確判定較難監(jiān)測的凍土帷幕凍脹狀態(tài)，并根據實際凍脹率與臨界凍脹率對比有針對性的及時進行凍脹釋放。


圖1為聯絡通道凍結效果控制方法流程圖。圖2為聯絡通道主隧道變形監(jiān)測平面圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。土體凍結是一個復雜的物理過程，當溫度低于水的冰點時，孔隙水開始集結成冰， 而液態(tài)水轉變?yōu)楣虘B(tài)冰時其體積會增加，土顆粒間隙的冰脹作用出現土體的凍脹現象。由于地層差異性，不同聯絡通道工程凍結施工時土體凍脹程度不一致，對凍土凍脹程度的判定無法依賴以往施工經驗，且現場條件復雜，室內試驗所得結果也不佳。本發(fā)明所采用的方法流程圖如圖1所示。本發(fā)明對聯絡通道所在土層進行室內試驗所得凍土強度值作為凍土帷幕設計強度，并根據凍結設計方案建立有限元計算模型，考慮聯絡通道所在土層所能產生的最小至最大凍脹率范圍，根據該凍脹率范圍設定若干具有代表性的典型凍脹率作為不同假定凍脹率，分析在不同假定凍脹率下聯絡通道凍結、暗挖聯絡通道、暗挖泵房不同階段凍土帷幕最大壓力、拉力和剪力值及主隧道不同點位變形量。根據計算結果提取不同假定凍脹率下凍土帷幕凍結施工影響區(qū)域內的凍結、暗挖階段聯絡通道處垂直于隧道設計軸線不同斷面內的主隧道隧頂、隧底和隧道腰部處的豎向變形量；并通過凍結、暗挖階段凍土帷幕計算強度與凍土帷幕設計強度對比得出的不同凍脹率下不同施工階段的強度安全系數。由于凍脹率越大，計算所得凍土帷幕的內力越大，凍土帷幕強度安全系數越低，故通過不同假定凍脹率下施工不同階段的計算所得的安全系數與《聯絡通道凍結法技術規(guī)程》規(guī)定的最小允許安全系數對比，可得出施工不同階段略大于或等于最小允許安全系數的臨界凍脹率。對聯絡通道施工時主隧道變形量進行監(jiān)測，在聯絡通道凍結施工影響區(qū)域內垂直于隧道設計軸線不同斷面內的主隧道隧頂、隧底和隧道腰部處布置豎向監(jiān)測點，如圖2所示，其中標號1 7代表的是隧道內壁頂部變形監(jiān)測點1、隧道內壁遠離凍土帷幕的腰部變形監(jiān)測點2、隧道內壁底部變形監(jiān)測點3、隧道內壁靠近凍土帷幕的腰部變形監(jiān)測點4、凍土帷幕區(qū)域5、聯絡通道區(qū)域6、主隧道7，通過主隧道變形測點監(jiān)測聯絡通道凍結施工影響區(qū)域施工不同階段主隧道內典型斷面隧頂、隧底及隧道腰部處監(jiān)測點豎向變形量。根據不同施工階段實際監(jiān)測所得的主隧道內隧頂、隧底及隧道腰部豎向變形量對比不同假定凍脹率下計算所得的主隧道內隧頂、隧底及隧道腰部豎向變形量，得出的與監(jiān)測結果相近或相同的計算主隧道變形量值所對應的凍脹率為實際凍脹率，若實際凍脹率小于臨界凍脹率，則凍脹對凍結效果影響較小，若實際凍脹率大于臨界凍脹率，則凍脹會對凍結效果產生較大影響，增加開挖施工風險，影響施工安全性，需及時進行凍脹釋放，通過凍脹釋放減小凍脹，控制凍結效果。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，其特征在于其包括分析不同假定凍脹率對主隧道、凍土帷幕的影響；根據影響程度制定出臨界凍脹率；對主隧道內不同點位進行變形監(jiān)測并反饋出實際凍脹率；達到臨界凍脹率后進行凍脹釋放。
2.如權利要求1所述的盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，其特征在于假定凍脹率下所得的主隧道計算變形量接近主隧道相同位置監(jiān)測值即為實際凍脹率，采用實際凍脹率與臨界凍脹率進行對比，若實際凍脹率小于臨界值，則凍脹對凍結效果影響較小，若實際凍脹率大于臨界值，則凍脹對凍結效果影響較大，需進行凍脹釋放。
3.如權利要求1所述的盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，其特征在于所述凍脹率指凍土帷幕平均凍脹率；不同假定凍脹率是為分析不同凍脹程度對凍土帷幕及主隧道影響而引入的概念，在聯絡通道所在土層形成的凍土帷幕所能引發(fā)的最大和最小凍脹率范圍內選擇多個不同的凍脹率作為不同假定凍脹率。
4.如權利要求1所述的盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，其特征在于所述臨界凍脹率值根據凍土帷幕強度安全系數判定，若某凍脹率下施工不同階段凍土帷幕強度安全系數均略大于或等于《聯絡通道凍結法技術規(guī)程》規(guī)定的最小安全系數，則該凍脹率為臨界凍脹率。
5.如權利要求1所述的盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，其特征在于所述對主隧道內不同點位進行變形監(jiān)測是將主隧道內變形監(jiān)測點位布置在主隧道內隧頂、隧底及隧道腰部不同測點在同一斷面上，并以聯絡通道處主隧道為中點，向兩側隔一定間距延伸布置監(jiān)測斷面直至凍結施工影響區(qū)域邊緣。
全文摘要
本發(fā)明屬于隧道工程領域，具體涉及一種盾構隧道聯絡通道凍結效果控制法，其包括分析不同假定凍脹率對主隧道、凍土帷幕的影響；根據影響程度制定出臨界凍脹率；對主隧道內不同點位進行變形監(jiān)測并反饋出實際凍脹率；達到臨界凍脹率后進行凍脹釋放。本發(fā)明實現了通過可觀測的主隧道變形結合不同假定凍脹率下對主隧道及凍土帷幕的影響分析能較準確判定較難監(jiān)測的凍土帷幕凍脹狀態(tài)，并根據實際凍脹率與臨界凍脹率對比有針對性的及時進行凍脹釋放。
文檔編號G05B19/048GK102193515SQ20111002934
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權日2011年1月27日
發(fā)明者代仁平, 周順華, 季昌, 宮全美, 李博 申請人:同濟大學