CN105370290B - 一种盾构隧道的纠偏加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构隧道的纠偏加固方法。该方法包括：A、对待纠偏加固的盾构隧道进行安全评估，获取当前的管片应力状态；B、当当前的管片应力状态满足规范和结构计算要求时，执行步骤C；当当前的管片应力状态已处于临界状态或已超限时，对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放之后，再执行步骤C；C、根据隧道主要偏移方向确定主要变形回调方向和次要变形回调方向；D、先对主要变形回调方向进行注浆纠偏，再对次要变形回调方向进行注浆纠偏。通过使用本发明所提供的盾构隧道的纠偏加固方法，可以有效地对填海区已发生大范围沉降偏移的已运营地铁盾构隧道进行纠偏加固。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程技术领域，特别涉及一种盾构隧道的纠偏加固方法。
背景技术
随着城市的扩张，沿海城市填海区与既有地铁隧道周边建筑物深基坑开挖情况逐渐增多，由于填海区地层和开发建设的特殊性，周边建筑物群基坑开挖引起刚度较小的盾构隧道发生大范围沉降和偏移的事故也逐渐增多，对于已运营的地铁隧道，对其进行大范围的纠偏和加固的难度极大，目前的现有技术中尚未形成系统的有效的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种盾构隧道的纠偏加固方法，从而可以有效地对填海区已发生大范围沉降偏移的已运营地铁盾构隧道进行纠偏加固。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种盾构隧道的纠偏加固方法，该方法包括：
A、对待纠偏加固的盾构隧道进行安全评估，获取当前的管片应力状态；
B、当当前的管片应力状态满足规范和结构计算要求时，执行步骤C；当当前的管片应力状态已处于临界状态或已超限时，对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放之后，再执行步骤C；
C、根据隧道主要偏移方向确定主要变形回调方向和次要变形回调方向；
D、先对主要变形回调方向进行注浆纠偏，再对次要变形回调方向进行注浆纠偏。
较佳的，所述获取当前的管片应力状态包括：
获得待纠偏加固的盾构隧道的安全状态数据；
建立有限元模型，将所获取的安全状态数据作为边界条件输入所述有限元模型，通过有限元分析反演隧道周边土体参数，反算得到当前的管片应力状态。
较佳的，所述安全状态数据包括：
隧道变形、管片混凝土强度和洞周土体孔洞。
较佳的，所述对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放为：
对待纠偏加固的盾构隧道上方的土体进行初期土体卸载。
较佳的，所述注浆纠偏包括：
水平纠偏和竖向纠偏；
当变形回调方向为水平方向时，所进行的注浆纠偏为水平纠偏；
当变形回调方向为竖直方向时，所进行的注浆纠偏为竖向纠偏。
较佳的，水平纠偏采用竖向袖阀注浆管进行注浆；
竖向纠偏则采用斜向袖阀注浆管进行注浆。
较佳的，在进行水平纠偏时，竖向袖阀注浆管设置于隧道偏移方向；
在进行竖向纠偏时，斜向袖阀注浆管对称设置于隧道的两侧。
较佳的，袖阀注浆管的开孔范围为隧道拱腰至拱底下6m。
较佳的，垂直于隧道纵向方向设置有多排注浆孔，且所述注浆孔沿隧道纵向1m间距布置；
所述注浆孔按梅花形布置，所述注浆孔距离隧道最小距离不小于3m。
较佳的，竖向袖阀注浆管的排距为1米；
斜向袖阀注浆管根据注浆深度及注浆角度确定排距。
较佳的，斜向袖阀注浆管与水平面夹角不小于60°。
较佳的，注浆材料为水泥-水玻璃双浆液；
所述浆液浓度为：水泥浆与水玻璃的体积比为C:S＝1:(0.6～1.0)，水泥浆水灰比为0.8:1～1.5:1，水玻璃模数为2.6～2.8，水玻璃浓度为30～40°Be’
较佳的，该方法还进一步包括：
在进行注浆时，注浆顺序是由隧道外侧往隧道侧进行，外侧止浆墙完成后，先对变形大区域进行注浆纠偏，再对变形小区域进行注浆。
较佳的，注浆压力为0.3～0.8MPa，且不大于2倍水土压力。
较佳的，距离隧道较近的注浆孔采用低压力注浆；
注浆采用自下而上分层压密注浆工艺。
较佳的，通过如下的公式，根据回调目标值N及单次回调最大控制值n，确定注浆管最少排数R及注浆跳孔数s：
进行水平纠偏注浆时：
进行竖向纠偏注浆时：
如上可见，在本发明中的盾构隧道的纠偏加固方法中，使用了管片安全评估方法和注浆纠偏实施方案，从而可以有效地对填海区已发生大范围沉降偏移的已运营地铁盾构隧道进行纠偏加固。该方法具有施工期间不影响地铁运营、占用地面空间少、效率高、纠偏程度可控、纠偏效果能及时反应、纠偏及加固同步进行等优点，对加快抢险进度、保证工程安全、节省工程投资等方面具有实际意义，对于填海软弱地层区域浅埋盾构隧道均可采用。
附图说明
图1为本发明实施例中的盾构隧道的纠偏加固方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中的纠偏加固方法的剖面示意图。
图3为本发明实施例中的纠偏加固方法的注浆管平面布置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本实施例提供了一种盾构隧道的纠偏加固方法。
图1为本发明实施例中的盾构隧道的纠偏加固方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的盾构隧道的纠偏加固方法主要包括如下所述的步骤：
步骤101，对待纠偏加固的盾构隧道进行安全评估，获取当前的管片应力状态。
在本发明的技术方案中，可以使用多种方式对待纠偏加固的盾构隧道(例如，图2中所示的盾构隧道10)进行安全评估，获取当前的管片应力状态。以下将以其中的一种具体实现方式为例，对本发明的技术方案进行介绍。
例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述获取当前的管片应力状态可以包括：
获得待纠偏加固的盾构隧道的安全状态数据；
建立有限元模型，将所获取的安全状态数据作为边界条件输入所述有限元模型，通过有限元分析反演隧道周边土体参数，反算得到当前的管片应力状态。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述安全状态数据可以包括：隧道变形、管片混凝土强度和洞周土体孔洞等现状数据。
在本发明的技术方案中，上述安全状态数据可以通过多种检测方法(例如，洞内自动化监测、管片混凝土检测、洞周土体雷达探测等)获得。
步骤102，当当前的管片应力状态满足规范和结构计算要求时，执行步骤103；当当前的管片应力状态已处于临界状态或已超限时，对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放之后，再执行步骤103。
在本发明的技术方案中，如果当前的管片应力状态满足规范和结构计算要求，则可以直接进行注浆纠偏的后续流程，即执行步骤103；而如果当前的管片应力状态已处于临界状态或已超限，则需要先对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放，然后再采取后续的纠偏方案，即执行步骤103。
另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放可以是：对待纠偏加固的盾构隧道上方的土体进行初期土体卸载。
在本发明的技术方案中，进行初期土体卸载的目的是：在对待纠偏加固的盾构隧道进行纠偏施工前，开挖所述盾构隧道上方卸载拱范围内土体，减小土体作用到隧道上的应力，从而释放部分管片应力。
较佳的，在本发明的具体实施例中，初期土体卸载的范围应按使管片应力回归到满足规范或结构计算要求的原则来确定，卸载位置位于盾构隧道正上方，卸载宽度可取1D～2D(D为盾构隧道外径)，卸载深度由计算确定。盾构隧道纠偏加固完毕，可对卸载区域进行回填。
当然，在本发明的技术方案中，也可以使用其他的释放应力的方法，在此并不做具体限制。
步骤103，根据隧道主要偏移方向确定主要变形回调方向和次要变形回调方向。
步骤104，先对主要变形回调方向进行注浆纠偏，再对次要变形回调方向进行注浆纠偏。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述注浆纠偏可以包括：水平纠偏和竖向纠偏。
当变形回调方向为水平方向时，所进行的注浆纠偏为水平纠偏；当变形回调方向为竖直方向时，所进行的注浆纠偏为竖向纠偏。
在本发明的技术方案中，较佳的，在本发明的具体实施例中，水平纠偏可以采用竖向袖阀管(例如，图2中所示的左线水平纠偏袖阀管12和右线水平纠偏袖阀管13)进行注浆，而竖向纠偏则可以采用斜向袖阀管(例如，图2中所示的竖向纠偏袖阀管11)进行注浆，因此，袖阀管也可称为袖阀注浆管(例如，图3中所示的袖阀注浆管15)，也可简称为注浆管。
在本发明的技术方案中，在进行水平纠偏或竖向纠偏时，可以通过土内压密注浆对隧道周边土体(例如，图2中所示的注浆区域14)进行加固，并通过浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，对隧道进行纠偏。
较佳的，在本发明的具体实施例中，在进行水平纠偏时，竖向袖阀注浆管设置于隧道偏移方向，而在进行竖向纠偏时，斜向袖阀注浆管对称设置于隧道的两侧。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述袖阀注浆管(包括竖向袖阀注浆管和斜向袖阀注浆管)的开孔范围为隧道拱腰至拱底下6m。
较佳的，在本发明的具体实施例中，垂直于隧道纵向方向设置有多排注浆孔，且所述注浆孔沿隧道纵向1m间距布置。
较佳的，在本发明的具体实施例中，所述注浆孔可以按梅花形布置，所述注浆孔距离隧道最小距离不小于3m。
较佳的，在本发明的具体实施例中，竖向袖阀注浆管的排距可以为1米(m)(即按1m控制)，斜向袖阀注浆管可根据注浆深度及注浆角度确定排距。
较佳的，在本发明的具体实施例中，斜向袖阀注浆管与水平面夹角不小于60°。
较佳的，在本发明的具体实施例中，注浆材料可以为水泥-水玻璃双浆液。
在本发明的技术方案中，所述浆液浓度可以根据注浆现场的实际情况加以调整。例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述浆液浓度初拟可以为：水泥浆与水玻璃的体积比为C:S＝1:(0.6～1.0)，水泥采用425号普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为0.8:1～1.5:1，水玻璃模数为2.6～2.8，水玻璃浓度为30～40°Be’。
另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，在进行注浆时，注浆顺序可以是由隧道外侧往隧道侧进行，外侧止浆墙完成后，先对变形大区域进行注浆纠偏，再对变形小区域进行注浆。
较佳的，在本发明的具体实施例中，注浆压力可以控制在0.3～0.8MPa，且不大于2倍水土压力。
较佳的，在本发明的具体实施例中，距离隧道较近的注浆孔可以采用低压力注浆。注浆采用自下而上分层压密注浆工艺。
较佳的，在本发明的具体实施例中，可以通过如下的公式，根据回调目标值N及单次回调最大控制值n，确定注浆管最少排数R及注浆跳孔数s：
进行水平纠偏注浆时：
进行竖向纠偏注浆时：
例如，当回调目标值为30mm，单次回调最大控制值为2mm/d，按跳2孔注浆时，则进行水平注浆纠偏至少需要5排注浆管，而进行竖向注浆纠偏则需要10排注浆管(两侧各需要5排注浆管)。
综上可知，在本发明中的盾构隧道的纠偏加固方法中，使用了管片安全评估方法和注浆纠偏实施方案，从而具有施工期间不影响地铁运营、占用地面空间少、效率高、纠偏程度可控、纠偏效果能及时反应、纠偏及加固同步进行等优点，对加快抢险进度、保证工程安全、节省工程投资等方面具有实际意义，对于填海软弱地层区域浅埋盾构隧道均可采用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (16)
1.一种盾构隧道的纠偏加固方法，其特征在于，该方法包括：
A、对待纠偏加固的盾构隧道进行安全评估，获取当前的管片应力状态；
B、当当前的管片应力状态满足规范和结构计算要求时，执行步骤C；当当前的管片应力状态已处于临界状态或已超限时，对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放之后，再执行步骤C；
C、根据隧道主要偏移方向确定主要变形回调方向和次要变形回调方向；
D、先对主要变形回调方向进行注浆纠偏，再对次要变形回调方向进行注浆纠偏。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取当前的管片应力状态包括：
获得待纠偏加固的盾构隧道的安全状态数据；
建立有限元模型，将所获取的安全状态数据作为边界条件输入所述有限元模型，通过有限元分析反演隧道周边土体参数，反算得到当前的管片应力状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述安全状态数据包括：
隧道变形、管片混凝土强度和洞周土体孔洞。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对待纠偏加固的盾构隧道进行应力释放为：
对待纠偏加固的盾构隧道上方的土体进行初期土体卸载。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注浆纠偏包括：
水平纠偏和竖向纠偏；
当主要变形回调方向或次要变形回调方向为水平方向时，所进行的注浆纠偏为水平纠偏；
当主要变形回调方向或次要变形回调方向为竖直方向时，所进行的注浆纠偏为竖向纠偏。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
水平纠偏采用竖向袖阀注浆管进行注浆；
竖向纠偏则采用斜向袖阀注浆管进行注浆。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
在进行水平纠偏时，竖向袖阀注浆管设置于隧道偏移方向；
在进行竖向纠偏时，斜向袖阀注浆管对称设置于隧道的两侧。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
袖阀注浆管的开孔范围为隧道拱腰至拱底下6m。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
垂直于隧道纵向方向设置有多排注浆孔，且所述注浆孔沿隧道纵向1m间距布置；
所述注浆孔按梅花形布置，所述注浆孔距离隧道最小距离不小于3m。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
竖向袖阀注浆管的排距为1米；
斜向袖阀注浆管根据注浆深度及注浆角度确定排距。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
斜向袖阀注浆管与水平面夹角不小于60°。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
注浆材料为水泥-水玻璃双浆液；
所述浆液浓度为：水泥浆与水玻璃的体积比为C:S＝1:(0.6～1.0)，水泥浆水灰比为0.8:1～1.5:1，水玻璃模数为2.6～2.8，水玻璃浓度为30～40°Be’。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还进一步包括：
在进行注浆时，注浆顺序是由隧道外侧往隧道侧进行，外侧止浆墙完成后，先对变形大区域进行注浆纠偏，再对变形小区域进行注浆。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：
注浆压力为0.3～0.8MPa，且不大于2倍水土压力。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
距离隧道较近的注浆孔采用低压力注浆；
注浆采用自下而上分层压密注浆工艺。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过如下的公式，根据回调目标值N及单次回调最大控制值n，确定注浆管最少排数R及注浆跳孔数s：
进行水平纠偏注浆时：
进行竖向纠偏注浆时：
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