CN111335916B - 一种用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法，涉及地下隧道施工技术领域，其包括在初期支护后铺设防水板，在防水板上分区安置若干弹性气包群再施作二次衬砌，待二次衬砌的强度不低于70％后向气囊内充入加压气体并根据监测的上覆物实时沉降值有针对性地分区调整气包群中一部分气包的的气压值，通过气包群的联动动态调控使上覆物的沉降在施工全过程中始终在沉降控制允许范围内且尽量减少波动，待二次衬砌的强度达到100％且监测的上覆物实时沉降值趋于稳定后将气囊内的气体置换为水泥浆液。解决了现有技术中零距离下穿既有地铁车站施工中上覆结构物的沉降不容易控制且补偿效果差的问题。

Description

一种用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制 方法

技术领域

本发明涉及地下隧道施工技术领域，特别是涉及一种用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法。

背景技术

随着我国城市化进程不断加快，地下交通的建设也在如火如荼的进行着。而零距离下穿地下隧道的施工总会面临着上覆结构物的沉降问题。目前新建地下隧道多采用小断面多部开挖，一步一支护，同时加大支护刚度和强度等方法来减少下方施工对上覆土层或结构物的沉降影响。而仅仅从加大支护刚度或强度的方式并不能有效减少施工开挖对地层的扰动，且难以判断是否能满足沉降控制要求。因此工程上往往需要额外措施作为补充。

在一些隧道施工中会在新建结构物顶板处采用预埋千斤顶或直接注浆的方式，对上覆土层或既有结构物提供抬升力，从而减少其沉降。预埋千斤顶的方式固然能实现主动抬升，但是对于千斤顶的数量需求、多个千斤顶之间的顶升力联动设计难度极大，千斤顶的点状给力、长期使用漏油问题等等都是不利因素。采用直接注浆方式可以填补新建结构物与上覆结构物之间的间隙，从而减少沉降，但现阶段常用注浆方法多为经验式注浆，偏安全过量式注浆，不能做到实时监测上覆地层或结构物沉降变形值进行动态控制。同时无法控制浆液四处流散问题，注浆效果难以保证且不经济。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法，解决了现有技术中零距离下穿既有地铁车站施工中上覆结构物的沉降不容易控制且补偿效果差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法，其包括：

在初期支护后铺设防水板，在防水板上分区安置若干弹性气包群；

施工二次衬砌，并将与气包连通的进气管、排气管和注浆管引到二次衬砌外；

当二次衬砌的强度不低于70％后，向气包内充入加压气体并根据监测的上覆物实时沉降值有针对性地分区调整气包群一部分气包内的气压值，通过气包群的联动动态抬升作用使上覆物的沉降始终在沉降控制的允许范围内；

当二次衬砌的强度达到100％且监测的上覆物实时沉降值在设定时间内均位于允许范围内时，将气包内的气体置换为同体积的水泥浆液。

进一步地，弹性气包群由若干四周分别与上防水板和下防水板固定连接的气包组成，相邻气包之间固定连接。将气包固定于防水板上，防止在充、放气过程中气包移动，以便于气包能够始终位于同一个地点并提供稳定的支撑力，提高了可靠性；将所有气包固定连接成一个整体，增加受力面，减小应力集中，控制沉降效果更好。

进一步地，每个气包上均连接有进气管、排气管和注浆管，进气管、排气管和注浆管上分别安装有充气控制阀、放气控制阀和注浆控制阀，排气管设置在气包的最高处，通过管道将充气控制阀连接到充气泵上，通过管道将注浆控制阀连接到注浆泵上。

进一步地，上覆物的实时沉降值通过静力水准自动化监测系统将沉降值实时传输到控制器中，通过控制器判断实时沉降值是否在允许的范围内，气包内的实时气压值通过设置的气压传感器检测后传输至控制器，

若实时沉降值大于允许沉降范围，则关闭放气控制阀并打开充气控制阀向气包内充气；

若实时沉降值等于允许沉降范围，则关闭充气控制阀以稳定气包内的气压值；

若实时沉降值小于允许沉降范围，则关闭充气控制阀并打开放气控制阀来减小气包内的气压值。

上述调节气包内气体压力的逻辑简单，控制器容易实现，提高了稳定性和可靠性。

进一步地，进气管、排气管和注浆管贯穿二次衬砌后分别连接充气控制阀、放气控制阀和注浆控制阀。以便于充气控制阀、放气控制阀和注浆控制阀在使用完成以后能够拆卸后继续使用。

进一步地，将气包内的气体换成同体积的水泥浆液的方法为：

控制器关闭充气控制阀并联动控制放气控制阀和注浆控制阀的开度，边注浆边排气，并确保置换过程的稳定，直至排气管中有浆液溢出且超注至设计的注浆压力；待浆液硬化后，拆除充气控制阀、放气控制阀和注浆控制阀。

本发明的有益效果为：通过在初期支护和二次衬砌之间的防水层上设置气包，通过气包内加压气体产生的压力抬升上覆物，气包内的气体能够根据上覆物的沉降程度进行动态调节，若干弹性气包群的设置使得可以针对性地局部抬升上覆物的某一区域的沉降，使上覆物的沉降始终处于允许的范围内，且控制更加准确，并在二次衬砌具有足够的支撑强度以后，向气包内注入水泥浆替换掉原来的加压气体，使气包成为能够提供稳定支撑的水泥块。气包结构施工过程简单，施工难度小，气包内加压气体量的控制通过智能化控制，且控制过程简单，需要的智能化部件均为现有技术中常用器械，成本较低，易于实现。

该方法相比设置千斤顶顶升的方式，从单点受力改变为面受力，减小应力集中，控制沉降效果更佳；解决了传统注浆方式浆液四处流散的问题，实现超压抬升补偿沉降的效果；采用气压式控制沉降，根据上覆既有结构物的沉降变形数据，动态调节气包内气压值，同时多分块封闭气包的设计可局部抬升隧道某一区段沉降变形；将抬升地层，控制沉降所需气压值，注浆量量化，为后期实现“以浆换气”做足准备，具备材料易得性，施工便捷性，工程经济性的同时兼备优良的控制沉降效果。

附图说明

图1为零距离下穿既有地铁车站施工中的结构示意图。

图2为图1中A处的放大图。

其中，1、气包；2、防水板；3、围岩；4、初期支护；5、二次衬砌；6、进气管；7、充气控制阀；8、注浆管；9、注浆控制阀；10、排气管；11、放气控制阀；12、控制器；13、上覆物；14、沉降监测点。

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、图2所示，该用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法包括：

新建地下隧道开挖，支护紧跟，即及时施作初期支护4，要求初期支护结构尽量平整，如有凸起异物，需要处理后再进行下一步；

根据常规防水施工步骤，在初期支护4表面先铺设一层无纺布，然后再铺设防水板2，防水板2的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，强度大，耐久性好，而且具有一定弹性。防水板2在初期支护表面铺设一层后折回再形成一层，在两层防水板之间分区安置若干弹性气包群，每个弹性气包群又由若干四周分别与上防水板和下防水板固定连接的气包组成，相邻所述气包之间固定连接。气包1需铺满整个初期支护4的下方。气包1的四周分别与上防水板和下防水板粘接，便于将气包1固定在防水板2上，避免在充放气过程中气包1移动；相邻气包1之间粘接，使所有气包1相互牵扯，便于气包1在水平面上舒展开。粘接点采用点粘，尽量避免粘接部位影响气包1充气后的弹性变形。

气包2优先采用涂层为聚氯乙烯(PVC)或热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)的网架复合材料，其是一种高强度柔性材质，内部设置土工布一类加筋材料，通过热合等技术制作成各种容量和形状的浆液包容容器，类比与现有市场中的水囊。气包1具有不透水性、柔韧性以及一定的机械强度和延展性。为了满足工程要求，气包1各处的厚度不能够小于5mm，其材料拉伸屈服强度不低于100MPa，材料的弹性模量位于3.14～3.92GPa的区间里。

每个气包1的底端独立开有充气口和注浆口且顶端开口放气口，并对应密封连接有进气管8、排气管10和注浆管8，进气管8、排气管10和注浆管8的长度需要保证能够贯穿后面的二次衬砌5的厚度。在进气管8、排气管10和注浆管8邻近二次衬砌5的一端分别安装充气控制阀7、放气控制阀11和注浆控制阀9。通过管道将充气控制阀7连接到充气泵上，通过管道将注浆控制阀9连接到注浆泵上。

同时在上覆物13底部间隔布置若干沉降监测点14，每个沉降监测点14通过静力水准自动化监测系统将沉降值实时传输到控制器中，通过控制器判断实时沉降值是否在允许的范围内，气包1内的实时气压值通过设置的气压传感器检测后传输至控制器12，气压传感器用于监测气包1内的气压，根据安装方便，优选安装位置为排气管10内且靠近放气控制阀11处，因为排气管10在控制阀内侧的气压值与气包1内的气压值相同。

若实时沉降值大于允许沉降范围，则关闭放气控制阀11并打开充气控制阀7向气包1内充气；

若实时沉降值在允许沉降范围内，则关闭充气控制阀7以稳定气包1内的气压值；

若实时沉降值小于允许沉降范围，则关闭充气控制阀7并打开放气控制阀11来减小气包1内的气压值。

水准仪优选型号为HX-SZY100。放气控制阀11与充气控制阀7结构相同，均包括型号为2W15-80的电磁阀和型号为943-1C-12DS的继电器，控制器12控制放气控制阀11的通断来决定是否对气包1进行放气。控制器12优选型号为stm32f103c8t6的单片机。注浆控制阀9包括液用常闭电磁阀DF-15和控制该电磁阀的继电器，继电器优选优选型号为943-1C-12DS。水准仪电连接于控制器12的输入端，放气控制阀11、充气控制阀7和注浆控制阀9电连接在控制器12的输出端。

绑扎二次衬砌的钢筋，浇筑混凝土，形成二次衬砌5。待二次衬砌5的强度不低于70％后向气包1内充入加压气体并根据监测的上覆物实时沉降值调整气包内的加压气体量，通过气包的抬升作用使上覆物的沉降始终在允许范围内，待二次衬砌的强度达到100％且监测的上覆物实时沉降值在设定时间内均在允许范围内后将气包内的气体换成同体积的浆液。

二次衬砌的强度通过回弹法进行测量。回弹法测量混凝土的强度所检测的数据可靠性高，不会损坏二次衬砌的结构。将气包1内的气体换成同体积的浆液的方法为：控制器12关闭充气控制阀7并联动控制放气控制阀11和注浆控制阀9的开度，边注浆边排气，并确保置换过程的稳定，直至排气管10中有浆液溢出且超注至设计的注浆压力；待浆液硬化后，拆除充气控制阀7、放气控制阀11和注浆控制阀9。

Claims (4)

1.一种用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法，其包括：

在初期支护后铺设防水板，在防水板上分区安置若干弹性气包群；

施工二次衬砌，并将与气包连通的进气管、排气管和注浆管引到二次衬砌外；

当二次衬砌的强度不低于70％后，向气包内充入加压气体并根据监测的上覆物实时沉降值有针对性地分区调整气包群一部分气包内的气压值，通过气包群的联动动态抬升作用使上覆物的沉降始终在沉降控制的允许范围内；

当二次衬砌的强度达到100％且监测的上覆物实时沉降值在设定时间内均位于允许范围内时，将气包内的气体置换为同体积的水泥浆液；

所述弹性气包群由若干四周分别与上防水板和下防水板固定连接的气包组成，相邻所述气包之间固定连接；

所述上覆物的实时沉降值通过静力水准自动化监测系统将沉降值实时传输到控制器中，通过控制器判断实时沉降值是否在允许的范围内，气包内的实时气压值通过设置的气压传感器检测后传输至控制器，

若实时沉降值大于允许沉降范围，则关闭放气控制阀并打开充气控制阀向气包内充气；

若实时沉降值等于允许沉降范围，则关闭充气控制阀以稳定气包内的气压值；

若实时沉降值小于允许沉降范围，则关闭充气控制阀并打开放气控制阀来减小气包内的气压值。

2.根据权利要求1所述的用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法，其特征在于，每个所述气包上均连接有进气管、排气管和注浆管，所述进气管、排气管和注浆管上分别安装有充气控制阀、放气控制阀和注浆控制阀，所述排气管设置在所述气包的最高处，通过管道将充气控制阀连接到充气泵上，通过管道将注浆控制阀连接到注浆泵上。

3.根据权利要求2所述的用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法，其特征在于，所述进气管、排气管和注浆管贯穿所述二次衬砌后分别连接所述充气控制阀、放气控制阀和注浆控制阀。

4.根据权利要求1所述的用于零距离下穿既有地铁车站施工沉降的智能动态控制方法，其特征在于，所述将气包内的气体换成同体积的水泥浆液的方法为：

控制器关闭充气控制阀并联动控制放气控制阀和注浆控制阀的开度，边注浆边排气，并确保置换过程的稳定，直至排气管中有浆液溢出且超注至设计的注浆压力；待浆液硬化后，拆除充气控制阀、放气控制阀和注浆控制阀。

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