盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法

技术领域

本发明涉及盾构隧道周围基坑开挖技术领域，特别涉及一种盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法。

背景技术

城市地铁建设过程中，因规划或周边环境影响原因，难免出现先进行地铁隧道施工，再在成型地铁隧道上方进行深基坑土方开挖、开展其他市政工程或建筑工程施工的情况。地铁隧道一般采用盾构法施工，隧道常为圆环状管片结构形式，如图2所示，管片环外径一般为6m或6.2m、内径为5.4m或5.5m、环宽为1.2m或1.5m，每环管片环一般采用6块预制钢筋混凝土管片1与22颗或28颗弯螺栓装配形成整体。当在成型地铁隧道上方进行基坑土方开挖时，因开挖卸荷，地层应力得到释放，基坑底容易隆起变形，导致成型地铁隧道管片结构受力发生变化，引起管片上浮变形、管片错台与破损超限等问题，甚至可能引发隧道安全问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法，保证了在隧道上方进行基坑开挖时，管片不会发生上浮变形、错台与破损超限等问题，避免了基坑底隆起变形，保障了隧道安全。

本发明通过如下方案来实现：一种盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法，包括步骤：

建立数值模型，并根据所述数值模型进行赋值分析计算，得出已成型隧道周围不同地层条件下、基坑不同分段长度与不同分层厚度开挖方式下的隧道管片上浮变形与内应力变化规律；

实施隧道加固措施，所述隧道加固措施包括向隧道周围地层进行注浆、沿隧道长度方向将管片拉结形成整体、对隧道进行反压重补偿，其中，各所述隧道加固措施的参数根据所述隧道管片上浮变形与内应力变化规律综合确定；

在隧道上方对基坑进行分段、分层开挖，且在开挖过程中对隧道变形与基坑变形进行监测，根据监测结果调整基坑开挖方式和/或各所述隧道加固措施的参数。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于：

在开挖基坑之前向隧道周围地层进行注浆、沿隧道长度方向将管片拉结形成整体；

在开挖基坑的同时，将挖出的渣土装箱对隧道进行反压重补偿。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于，在建立数值模型时，采用有限差分软件FLAC 3D建立。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于，在向隧道周围地层注浆时，将管片上预留的注浆孔打开，使用电钻沿隧道径向向管片外侧钻孔并埋入注浆管，通过所述注浆管向隧道周围地层注浆。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于，所述钻孔深度不小于3米。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于，每环管片环通过多片管片围接形成，在沿隧道长度方向将管片拉结形成整体时，于管片环上相邻管片之间的位置布设拉结件。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于，采用渣土箱装土对隧道进行反压重补偿。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于，在对基坑进行分段、分层开挖时，控制每个开挖段长度不超过35m，每个开挖分层厚度不超过2.5m。

本发明盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法的进一步改进在于，在每开挖完一段后，及时对坑底进行垫层、防水及后续结构施工。

本发明通过建模进行数值分析、并根据分析结果有针对性地设计隧道加固措施，同时于开挖的过程中对隧道变形与基坑变形进行监测、调整隧道加固措施等一些列操作，保证了在隧道上方进行基坑开挖时，管片不会发生上浮变形、错台与破损超限等问题，避免了基坑底隆起变形，保障了隧道安全。另外，通过分段分层进行基坑开挖的方式以及向隧道周围地层注浆、沿隧道长度方向将管片拉结形成整体、对隧道进行反压重补偿等多种隧道加固措施的综合设计，使得对隧道的加固更加灵活，且便于调整，经济可行。

附图说明

图1示出了本发明控制方法的流程示意图。

图2示出了本发明隧道加固状态断面示意图。

具体实施方式

为了解决在隧道上方进行开挖时因地层应力得到释放而导致的基坑底隆起变形，隧道管片上浮变形、错台、破损超限等问题，本发明提供了一种盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法。下面以具体实施例结合附图对该盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法作进一步说明，该盾构隧道已成型于黏土地层内，该控制方法主要用于在该已成型的盾构隧道上方竖向小净距开挖基坑时防止管片发生上浮变形，保证盾构隧道的质量。

参阅图1和图2所示，一种盾构隧道竖向开挖卸载管片结构变形的控制方法，包括步骤：

步骤S1、建立数值模型，并根据该数值模型进行赋值分析计算，得出已成型隧道周围不同地层条件下、基坑不同分段长度与不同分层厚度开挖方式下的隧道管片上浮变形与内应力变化规律。

具体地，采用有限差分软件FLAC 3D建立该数值模型，在根据该数值模型进行赋值之前，预设基坑分段分层的开挖方案，在进行赋值时，将地质报告中的地层参数以及基坑的分段长度等信息输入到该数值模型中，分析计算出每个分段的不同分层厚度下隧道管片上浮变形与内应力的变化规律。

步骤S2、实施隧道加固措施，该隧道加固措施包括向隧道周围地层进行注浆、沿隧道长度方向将管片拉结形成整体、对隧道进行反压重补偿，其中，各该隧道加固措施的参数根据该隧道管片上浮变形与内应力变化规律综合确定，以保证在开挖过程中隧道管片不会发生上浮变形为基准。

具体地，在向隧道周围地层注浆时，将管片1上预留的注浆孔打开，使用电钻沿隧道径向向管片1外侧钻3m深孔并埋入注浆钢花管，通过该注浆钢花管向隧道周围3m范围地层2注入水泥净浆，形成宽度D＝3m的注浆环，以增加地层土体重度、变形模量、内摩擦角等特性参数，尤其适用于黏土地层条件下成型的盾构隧道，使周围地层2与管片1结构更好的形成包络整体，增加管片环的整体稳固性。本实施例中每环管片环通过6片管片1围接形成，在沿隧道长度方向将管片1拉结形成整体时，于管片环上相邻管片1之间的位置布设拉结件3，具体地，采取6道14b槽钢将管片1拉结形成整体，以增加管片抵抗变形的能力。在进行反压重补偿时，沿隧道长度方向均匀间隔设置多个同等重力的反压重补偿点。上述各隧道加固措施的参数主要包括：向隧道周围地层注浆的注浆范围，主要涉及到注浆孔的数量、深度和布设位置；沿隧道长度方向拉结管片1的拉结件的数量、布设位置和拉结强度；对隧道进行反压重补偿的反压重点位数量、布设位置、每个点位的反压重量以及反压持续时间。

步骤S3、在隧道上方对基坑进行分段、分层开挖，且在开挖过程中对隧道变形与基坑变形进行监测，获取管片变形量及变化趋势、基坑底土体隆起变形趋势等信息并反馈至现场，以便于及时根据上述监测结果调整基坑开挖方式和/或各该隧道加固措施的参数，确保隧道质量和施工安全。

本实施方式优选利用基坑开挖出的渣土对隧道进行反压重补偿，一方面免去了另外准备反压重装置，另一方面可以节省开挖出的渣土的存放空间，具体地，在对基坑进行分段、分层开挖之前，可以按照设计参数向隧道周围地层进行注浆以及沿隧道长度方向将管片拉结呈整体，而在对基坑进行分段、分层开挖时，同步将挖出的渣土装箱形成设计重量的箱装土4，并利用小车运至隧道内设计位置处。另外，在根据监测结果调整各该隧道加固措施的参数时，可优先调整箱装土4的数量、重量、布设位置以及反压持续时间，兼顾调整拉结件的拉结强度和基坑开挖方式，该调整方式较为灵活方便。

较佳地，为了更好的检测基坑变形与隧道变形情况并能够及时准确地调整隧道加固措施，本实施方式预设基坑开挖方案时，控制每个开挖段长度不超过35m，每个开挖分层厚度不超过2.5m。且在每开挖完一段后，及时对坑底进行垫层、防水及后续结构施工，防止边壁出现超挖或造成边壁土体松动或挡土结构的破坏，减少土体的不稳定性，尽可能缩短基坑底暴露时间，进一步减少坑底隆起变形的风险。

为了进一步保证已成型隧道不被上方基坑开挖所影响，在利用盾构法进行隧道施工时优选以掘进控制、出土量控制、注浆量、管片拼装质量管理为重点，控制盾构掘进的刀盘扭矩与刀盘转速、油缸总推力，以减少对周围地层的扰动，控制盾构掘进过程出土量，保障同步注浆量及注浆效果，合理选择管片拼装点位，确保管片连接螺栓复紧，保证管片拼装质量，确保成型隧道施工质量。

本发明通过建模进行数值分析、并根据分析结果有针对性地设计隧道加固措施，同时于开挖的过程中对隧道变形与基坑变形进行监测、调整隧道加固措施等一些列操作，保证了在隧道上方进行基坑开挖时，管片不会发生上浮变形、错台与破损超限等问题，避免了基坑底隆起变形，保障了隧道安全。另外，通过分段分层进行基坑开挖的方式以及向隧道周围地层注浆、沿隧道长度方向将管片拉结形成整体、对隧道进行反压重补偿等多种隧道加固措施的综合设计，使得对隧道的加固更加灵活，且便于调整，经济可行。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。