CN110593896A - 一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构与实施方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构，其包括弧形的底部支撑管片和若干弧形的普通支撑管片，底部支撑管片和若干普通支撑管片拼装成隧道，底部支撑管片的外侧上设置有气囊，气囊通过连接头与充气管道连接，充气管道与设置在底部支撑管片内侧的充气装置连接；连接头上设置有气压检测装置。防止盾构隧道不均匀沉降的结构的实施方法包括步骤S1‑S7，由于淤泥地层中淤泥质黏土不稳定，在长期的运营过程中造成隧道的不均匀沉降，利用淤泥质黏土接近流体状，可以对气囊产生托浮效应，通过在隧道底部淤泥地层中设置气囊，使支撑管片底部的气囊承托隧道，通过气囊的气压调节，减缓乃至避免隧道的不均匀沉降。

Description

一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构与实施方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构与实施方法。
背景技术
目前，我国国民经济飞速发展，岩土工程和地下工程建设规模日益扩大，对地基的要求也越来越高，难度也越来越大。而地基的不确定因素相对于上部建筑来说更多、问题更复杂、难度也更大。地基处理不好造成的后果将会十分严重。据调查统计，世界各国发生的各种工程事故，地基问题常常是发生事故的主要原因。地基是根本，它处理得好不仅对建筑安全有益处、对人身安全也是种保障，同时也会产生很大的经济效益。像上海、佛山等城市在盾构隧道修建的时候要面临在淤泥地质，由于所在城市地基软弱，在运营阶段中，盾构隧道很容易产生不均匀沉降，对隧道的运营产生不利影响。
目前，对于隧道沉降的治理，一般都采用注浆加固的方法，即在隧道底部的下方形成刚度大于原状土的加固体。但注浆加固的方法耗费的资金巨大、且限于盾构隧道的狭小空间，很多时候无法有效实施。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能有效避免盾构隧道不均匀沉降的结构与实施方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构，其包括弧形的底部支撑管片和若干弧形的普通支撑管片，底部支撑管片和若干普通支撑管片拼装成隧道，底部支撑管片的外侧上设置有气囊，气囊通过连接头与充气管道连接，充气管道贯穿底部支撑管片，且充气管道与设置在底部支撑管片内侧的充气装置连接；连接头上设置有气压检测装置；充气装置和气压检测装置均与控制器电导线连接。
进一步地，底部支撑管片的外侧开设有凹槽，气囊设置在凹槽内。
进一步地，底部支撑管片的外侧面上设置有若干压力传感器，每个压力传感器上均设置有承力弹片，若干压力传感器在支撑管片上均匀分布；若干所述压力传感器均通过无线通讯模块与控制器连接。
进一步地，若干压力传感器镶嵌在支撑管片上。
一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构的实施方法，其包括以下步骤：
S1：将气囊、充气管道和连接头安装在浇注支撑管片的模型上，再对模型进行浇注，完成底部支撑管片的预制；
S2：将充气装置安装在预制好的底部支撑管片上，并将充气装置的充气口与充气管道连接；
S3：充气装置进行通电，对气囊的密封性进行气压检测，并将气囊密封性良好的支撑管片运送至盾构施工现场；
S4：将底部支撑管片和普通支撑管片安装在拼装机上，在盾构机完成推进后，先将底部支撑管片安装在隧道的最底端，然后再利用普通支撑管片完成隧道的封顶、加固；
S5：打开充气装置向气囊内充气，并使气囊内的气压达到设定的标准气压；
S6：气压检测装置检测气囊内的气压，当气囊内的气压高于或低于标准气压时，充气装置进行放气或充气，使气囊内的气一直处于标准气压。
进一步地，标准气压的值为若干压力传感器检测的压力值的平均值。
进一步地，气囊的刚度大于所处隧道于淤泥质土体的刚度。
进一步地，还包括步骤S7：若气压检测装置检测的气压为零，则气囊破裂，取下底部支撑管片上安装的充气装置，通过充气管道更换气囊或直接向破碎的气囊内填充水泥浆。
本发明的有益效果为：由于淤泥地层中淤泥质黏土不稳定，在长期的运营过程中造成隧道的不均匀沉降，利用淤泥质黏土接近流体状，可以对气囊产生托浮效应，通过在隧道底部淤泥地层中设置气囊，使支撑管片底部的气囊承托隧道，通过气囊的气压调节，避免隧道的不均匀沉降。气压检测装置时刻检测气囊内的气压，并反馈给控制器，当气压出现变化时，充气装置进行充气或放气，避免隧道的不均匀沉降，保证气囊承托隧道的稳定性。
底部支撑管片的凹槽在气囊充气后，气囊能陷入凹槽内，确保气囊与底部支撑管片的凹槽紧密咬合在一起；若干压力传感器用于检测不同位置对底部支撑管片的压力值，并通过淤泥的压力值来设定气囊的压力值，同时承力弹片使压力传感器能有效检测要岩土的压力。
本发明的实施方法中将各个装置嵌入底部支撑管片内，使连接稳固，长期在地下不会因为地质的变化而损坏；在整个支撑管片拼装过程完成后，需要对其进行加固处理，然后再开始增大气囊的气压，防止气囊挤坏隧道结构；并且当气囊损坏时，通过注入水泥浆的方式代替气囊的支撑。
附图说明
图1为底部支撑管片的结构示意图。
图2为底部支撑管片和普通支撑管片的安装示意图。
其中，1、底部支撑管片，2、充气装置，3、充气管道，4、连接头，5、气压检测装置，6、气囊，7、凹槽，8、压力传感器，9、承力弹片。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图2所示，防止盾构隧道不均匀沉降的结构包括弧形的底部支撑管片1和若干弧形的普通支撑管片，底部支撑管片1和若干普通支撑管片拼装成隧道，底部支撑管片1安装在隧道的最底端，底部支撑管片1的外侧上安装有气囊6，气囊6通过连接头4与充气管道3连接，充气管道3贯穿底部支撑管片1，且充气管道3与安装在底部支撑管片1内侧的充气装置2连接。
连接头4上设置有气压检测装置5，气压检测装置5采用CYYZ11型压力变送器，并螺纹连接在连接头4的侧面；充气装置2和气压检测装置5均与控制器电导线连接，控制器采用STM32单片机，并与隧道安全监测后台通信连接，发送信息给隧道安全监测后台；充气装置采用0390型嘉西德充气泵。
由于淤泥地层中淤泥质黏土不稳定，在长期的运营过程中造成隧道的不均匀沉降，利用淤泥质黏土接近流体状，可以对气囊6产生托浮效应，通过在隧道底部淤泥地层中设置气囊6，使支撑管片底部的气囊6承托隧道，通过气囊6的气压调节，避免隧道的不均匀沉降。
气压检测装置5时刻检测气囊6内的气压，并反馈给控制器，当气压出现变化时，充气装置2进行充气或放气，避免隧道的不均匀沉降，保证气囊6承托隧道的稳定性。隧道在铺设的过程中，气囊6沿盾构隧道方向布置，每环管片下均设置一个气囊6，若干管片形成气囊组，共同承托隧道。
底部支撑管片1的外侧开设有凹槽7，气囊6设置在凹槽7内，底部支撑管片1的外侧面上设置有若干压力传感器8，每个压力传感器8上均设置有承力弹片9，压力传感器8采用JLBS-M2微型传感器，承力弹片9安装在压力传感器8的接触片上，若干压力传感器8在支撑管片上均匀分布；若干所述压力传感器8均通过无线通讯模块与控制器连接，无线通讯模块采用USR-GPRS232-7S3无线通讯模块，并安装在压力传感器8底部，压力传感器8通过地下电缆取电，进行工作。若干压力传感器8镶嵌在支撑管片上，并通过水泥浇筑固定。
底部支撑管片1的凹槽7在气囊6充气后，气囊6能陷入凹槽7内，确保气囊6与底部支撑管片1的凹槽7紧密咬合在一起；若干压力传感器8用于检测不同位置对底部支撑管片1的压力值，并通过淤泥的压力值来设定气囊6的压力值，同时承力弹片9使压力传感器8能有效检测要岩土的压力。
一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构的实施方法包括以下步骤：
S1：将气囊6、充气管道3和连接头4安装在浇注支撑管片的模型上，再对模型进行浇注，完成底部支撑管片1的预制；
S2：将充气装置2安装在预制好的底部支撑管片1上，并将充气装置2的充气口与充气管道3连接；
S3：充气装置2进行通电，对气囊6的密封性进行气压检测，若连接头4上的气压检测装置5检测到的气压五分钟内无变化，证明气囊6的密封性好，并将气囊6密封性良好的支撑管片运送至盾构施工现场；若连接头4上的气压检测装置5检测到气压变化，证明气囊6密封性不好，需重新安装气囊6；
S4：将底部支撑管片1和普通支撑管片安装在拼装机上，在盾构机完成推进后，先将底部支撑管片安装在隧道的最底端，然后再利用普通支撑管片完成隧道的封顶、加固；
S5：打开充气装置2向气囊6内充气，并使气囊6内的气压达到设定的标准气压；
S6：气压检测装置5检测气囊6内的气压，当气囊6内的气压高于或低于标准气压时，充气装置2进行放气或充气，使气囊6内的气一直处于标准气压。
S7：若气压检测装置5检测的气压为零，则气囊6破裂，取下底部支撑管片1上安装的充气装置2，通过充气管道3更换气囊6或直接向破碎的气囊6内填充水泥浆。
本发明的实施方法中将各个装置嵌入底部支撑管片1内，使连接稳固，长期在地下不会因为地质的变化而损坏；在整个支撑管片拼装过程完成后，需要对其进行加固处理，然后再开始增大气囊6的气压，防止气囊6挤坏隧道结构；并且当气囊6损坏时，通过注入水泥浆的方式代替气囊6的支撑。

Claims (8)

1.一种防止盾构隧道不均匀沉降的结构，其特征在于，包括弧形的底部支撑管片(1)和若干弧形的普通支撑管片，所述底部支撑管片(1)和若干普通支撑管片拼装成隧道，所述底部支撑管片(1)的外侧上设置有气囊(6)，所述气囊(6)通过连接头(4)与充气管道(3)连接，所述充气管道(3)贯穿底部支撑管片(1)，且充气管道(3)与设置在底部支撑管片(1)内侧的充气装置(2)连接；所述连接头(4)上设置有气压检测装置(5)；所述充气装置(2)和气压检测装置(5)均与控制器电导线连接。
2.根据权利要求1所述的防止盾构隧道不均匀沉降的结构，其特征在于，所述底部支撑管片(1)的外侧开设有凹槽(7)，所述气囊(6)设置在凹槽(7)内。
3.根据权利要求1所述的防止盾构隧道不均匀沉降的结构，其特征在于，所述底部支撑管片(1)的外侧面上设置有若干压力传感器(8)，每个所述压力传感器(8)上均设置有承力弹片(9)，若干所述压力传感器(8)在支撑管片上均匀分布；若干所述压力传感器(8)均通过无线通讯模块与控制器连接。
4.根据权利要求3所述的防止盾构隧道不均匀沉降的结构，其特征在于，若干所述压力传感器(8)镶嵌在支撑管片上。
5.一种权利要求1-4任一项所述的防止盾构隧道不均匀沉降的结构的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将气囊(6)、充气管道(3)和连接头(4)安装在浇注支撑管片的模型上，再对模型进行浇注，完成底部支撑管片(1)的预制；
S2：将充气装置(2)安装在预制好的底部支撑管片(1)上，并将充气装置(2)的充气口与充气管道(3)连接；
S3：充气装置(2)进行通电，对气囊(6)的密封性进行气压检测，并将气囊(6)密封性良好的支撑管片运送至盾构施工现场；
S4：将底部支撑管片(1)和普通支撑管片安装在拼装机上，在盾构机完成推进后，先将底部支撑管片安装在隧道的最底端，然后再利用普通支撑管片完成隧道的封顶、加固；
S5：打开充气装置(2)向气囊(6)内充气，并使气囊(6)内的气压达到设定的标准气压；
S6：气压检测装置(5)检测气囊(6)内的气压，当气囊(6)内的气压高于或低于标准气压时，充气装置(2)进行放气或充气，使气囊(6)内的气一直处于标准气压。
6.根据权利要求5所述的防止盾构隧道不均匀沉降的结构的实施方法，其特征在于，所述标准气压的值为若干压力传感器(6)检测的压力值的平均值。
7.根据权利要求5所述的防止盾构隧道不均匀沉降的结构的实施方法，其特征在于，所述气囊(6)的刚度大于所处隧道于淤泥质土体的刚度。
8.根据权利要求5所述的防止盾构隧道不均匀沉降的结构的实施方法，其特征在于，还包括步骤S7：若气压检测装置(5)检测的气压为零，则气囊(6)破裂，取下底部支撑管片(1)上安装的充气装置(2)，通过充气管道(3)更换气囊(6)或直接向破碎的气囊(6)内填充水泥浆。
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