CN111927473A - 一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法 - Google Patents

一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，属于盾构施工设备技术领域，具体包括以下步骤：S1、确定施工土层环境，S2、通过互联网或本地土地管理机构获取下穿施工土层附近既有线，S3、对施工区域内掘进基坑进行底部稳定性验算。本发明中，通过在掘进前对施工区域以及下穿既有线数据进行收集，与现有技术中相比通过数据监控模块快速判断地面沉降数据安全范围，保证在下穿既有线工程时对地层沉降程度进行有效控制，确保施工工作稳定性，避免地面沉降数据超出预期数据导致影响到顶部既有线状态稳定性，降低因控制误差导致工段长期停工，显著提高整体施工安全性。

Description

一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法
技术领域
本发明属于盾构施工设备技术领域，尤其涉及一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法。
背景技术
盾构机就是使用盾构法的隧道掘进用机械设备，盾构的时哦功能柜方法是掘进机在掘进的过程中同时构建隧道支撑性管片部件的方式，支撑管片部件被称为盾，盾构机掘进施工方法可以用于不同的地层，具备高适应性和施工安全性，且根据盾构机的工作原理分为手掘式、挤压时、半机械式和机械式盾构机构，既有线是指原先已经建造好的线路,通常是要对此线路进行改造时,称之为既有线，盾构施工时容易因地下泥土减少，且地下松散地层固结压缩，导致支撑能力下降，因而导致掘进面顶部地表沉降。
现有的盾构机在下穿有线线情况下施工时容易进地层沉降深度的控制出现偏差，导致下穿掘进时即有线区域出现沉降或隆起，影响到既有线运行状态稳定性，并且传统施工控制方法缺乏有效的数据推断能力，无法根据施工时地面沉降数据进行整体调整控制，进而导致缺乏在盾构下穿既有线掘进工作时对既有线的沉降深度进行有效的控制，在长时间的调整控制过程中会耽误施工工期，影响到盾构下穿既有线掘进工作的正常开展。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决法根据施工时地面沉降数据进行整体调整控制，进而导致缺乏在盾构下穿既有线掘进工作时对既有线的沉降深度进行有效的控制的问题，而提出的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，具体包括以下步骤：
S1、确定施工土层环境，通过对施工区域内取点进行土层取样，并通过取样检测结果对土层进行划分，并将取样后的土层送至室内进行常规土工实验，经过检测得到施工现场各土层的厚度及物理力学参数；
S2、通过互联网或本地土地管理机构获取下穿施工土层附近既有线，将下穿区域既有线辐射半径3-5m范围内土层环境进行数据收集整理；
S3、对施工区域内掘进基坑进行底部稳定性验算，确定是否需要对掘进区域顶部承压含水层进行降水，确定该承压含水层水位下降深度；
S4、坑底夯实后，下穿既有线以下3-5m范围内进行注浆，进行坑底地层加固，对下穿区域既有线辐射半径范围内进行预注浆加固地层，采用多打孔少注浆原则，短距离下注浆一次完成，严格控制注浆压力，加强既有线监控量测，避免结构隆起或变形缝破坏冒浆；
S5、咬合管幕支护，通过使用单层弧形钢板对咬合管幕底部进行超前支护，沿开挖隧道单层断面拱部布置单层弧形钢板，钢板之间采用槽钢和工字钢相互咬合并焊接固定；
S6、下穿施工前，根据试验段取得的参数，以环为单位列出施工参数表，下穿期间应严格按照参数表里每环控制参数进行施工，建立数据监控模型，输入施工范围内土壤数据以及盾构机工作参数，通过理论算法及数值模拟得出施工沉降模拟数据，同时对通过施工参数表进行算法数据实时更新，当每环控制参数更新对数据监控模型进行算法，当数据监控模型得出模拟沉降数据低于或超过实际沉降标准时准许误差时，依据模型结论进行施工阶段控制；
S7、盾构掘进实验段，在掘进现场布置实时监控装置，辅助现场监控人员进行双向对比监控，等待外部注浆预支护工作完成后，盾构机构开始工作进行预掘进实验，掘进深度为50m，当盾构区间风险源下穿施工区域风险源时，通过判断地面沉降数据，进行优化调整，将该实验段数据导入数据监控模型内做数据支撑，实验段掘进工作复合沉降要求后，继续进行掘进工作，对沉降数据实时观测，发现沉降变化速率过快应及时对参数进行合理的调整；
S8、在沉降数据变化速率较快时，采用修复工艺对地层进行支撑补偿，提高地层支撑能力；
S9、当沉降变化速率经修复工艺处理时，需对盾构机进行停机加固时，在停机时可提前几环采用从盾构机超前探孔注入高浓度膨润土泥浆对盾体外则地层进行暂时支护，注浆时，在连接桥处人工拌制膨润土泥浆，采用单液柱塞泵通过前盾的探孔注入盾体外侧，保证盾构机头外壁支撑稳定性；
S10、等待注浆膨润凝固提高支撑能力后，继续盾构掘进工作，并通过数据监控模型进行实时监控处理，在掘进通道绑扎钢筋笼，在隧道侧墙需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，在上方预制隧道底板和下方预制隧道顶板需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，浇灌混凝土，进行养护，拆除摸板，不断循环，直至完成所施工地铁隧道的全部施工过程。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S3中对掘进区域顶部承压水层进行将水为采用非完整井降水，确定该承压含水层水位下降深度。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S1中室内常规土工试验包括密度试验、含水量测定试验、侧限压缩试验和常规渗透试验。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S1和S2中土层数据为隧道掘进部分以及顶部土质土层，区间最大钻探深度，且掘进深度范围内的地下水分布层数。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S8中修复工艺包括盾构掘进操控、洞内二次及多次注浆、径向注浆和浆液配比控制。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S4中下穿既有线短距离范围为30-50m。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S5中使用单层弧形钢板直径依据掘进区域承压选择400-800mm，壁厚14-18mm，长度30-50m。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S5中单层弧形钢板采用槽钢和工字钢型号为10-16号。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S9中膨润土泥浆浓度质量比为1：1，且泥浆注入压力设定为1.0-1.5bar。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S6中施工参数表环数单位为每5环为一阶段。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过在掘进前对施工区域以及下穿既有线数据进行收集，并且对掘进区域含水层进行降水，同时通过对基坑稳定性注浆加固同时配合咬合管幕进行超前支护有效施工环境强度，并且在下穿施工前对施工参数进行数据建模，根据数据监控模型判断施工时地面沉降数据，同时在正式施工前进行实验段施工，并且在作业面设置实时监控装置配合现场监控人员件对比监控，与现有技术中相比通过数据监控模块快速判断地面沉降数据安全范围，保证在下穿既有线工程时对地层沉降程度进行有效控制，确保施工工作稳定性，避免地面沉降数据超出预期数据导致影响到顶部既有线状态稳定性，降低因控制误差导致工段长期停工，显著提高整体施工安全性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明提供一种技术方案：一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，具体包括以下步骤：
S1、确定施工土层环境，通过对施工区域内取点进行土层取样，并通过取样检测结果对土层进行划分，并将取样后的土层送至室内进行常规土工实验，经过检测得到施工现场各土层的厚度及物理力学参数；
S2、通过互联网或本地土地管理机构获取下穿施工土层附近既有线，将下穿区域既有线辐射半径3-5m范围内土层环境进行数据收集整理；
S3、对施工区域内掘进基坑进行底部稳定性验算，确定是否需要对掘进区域顶部承压含水层进行降水，确定该承压含水层水位下降深度；
S4、坑底夯实后，下穿既有线以下3-5m范围内进行注浆，进行坑底地层加固，对下穿区域既有线辐射半径范围内进行预注浆加固地层，采用多打孔少注浆原则，短距离下注浆一次完成，严格控制注浆压力，加强既有线监控量测，避免结构隆起或变形缝破坏冒浆；
S5、咬合管幕支护，通过使用单层弧形钢板对咬合管幕底部进行超前支护，沿开挖隧道单层断面拱部布置单层弧形钢板，钢板之间采用槽钢和工字钢相互咬合并焊接固定；
S6、下穿施工前，根据试验段取得的参数，以环为单位列出施工参数表，下穿期间应严格按照参数表里每环控制参数进行施工，建立数据监控模型，输入施工范围内土壤数据以及盾构机工作参数，通过理论算法及数值模拟得出施工沉降模拟数据，同时对通过施工参数表进行算法数据实时更新，当每环控制参数更新对数据监控模型进行算法，当数据监控模型得出模拟沉降数据低于或超过实际沉降标准时准许误差时，依据模型结论进行施工阶段控制；
S7、盾构掘进实验段，在掘进现场布置实时监控装置，辅助现场监控人员进行双向对比监控，等待外部注浆预支护工作完成后，盾构机构开始工作进行预掘进实验，掘进深度为50m，当盾构区间风险源下穿施工区域风险源时，通过判断地面沉降数据，进行优化调整，将该实验段数据导入数据监控模型内做数据支撑，实验段掘进工作复合沉降要求后，继续进行掘进工作，对沉降数据实时观测，发现沉降变化速率过快应及时对参数进行合理的调整；
S8、在沉降数据变化速率较快时，采用控制掘进速度、对渣土进行改良、二次注浆以及浆液配比控制对地层进行调整支撑补偿，提高地层支撑能力；
S9、当沉降变化速率经修复工艺处理时，需对盾构机进行停机加固时，在停机时可提前几环采用从盾构机超前探孔注入高浓度膨润土泥浆对盾体外则地层进行暂时支护，注浆时，在连接桥处人工拌制膨润土泥浆，采用单液柱塞泵通过前盾的探孔注入盾体外侧，保证盾构机头外壁支撑稳定性；
S10、等待注浆膨润凝固提高支撑能力后，继续盾构掘进工作，并通过数据监控模型进行实时监控处理，在掘进通道绑扎钢筋笼，在隧道侧墙需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，在上方预制隧道底板和下方预制隧道顶板需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，浇灌混凝土，进行养护，拆除摸板，不断循环，直至完成所施工地铁隧道的全部施工过程。
所述S3中对掘进区域顶部承压水层进行将水为采用非完整井降水，确定该承压含水层水位下降深度。
所述S1中室内常规土工试验包括密度试验、含水量测定试验、侧限压缩试验和常规渗透试验。
所述S1和S2中土层数据为隧道掘进部分以及顶部土质土层，区间最大钻探深度，且掘进深度范围内的地下水分布层数。
所述S4中下穿既有线短距离范围为30-50m。
所述S5中使用单层弧形钢板直径依据掘进区域承压选择400-800mm，壁厚14-18mm，长度30-50m。
所述S5中单层弧形钢板采用槽钢和工字钢型号为10-16号。
所述S9中膨润土泥浆浓度质量比为1：1，且泥浆注入压力设定为1.0-1.5bar。
所述S6中施工参数表环数单位为每5环为一阶段。
实施方式具体为：通过在掘进前对施工区域以及下穿既有线数据进行收集，收集数据包括对土层数据为隧道掘进部分以及顶部土质土层，区间最大钻探深度，且掘进深度范围内的地下水分布层数，并且对掘进区域含水层进行降水，同时通过对基坑稳定性注浆加固同时配合咬合管幕进行超前支护有效施工环境强度，并且在下穿施工前对施工参数进行数据建模，数据建模采用算法为贝叶斯分类器，且条件概率式为：
P（A|B）=P（AB）/P（B）；
式中：P为概率，A和B为条件，根据贝叶斯分类器输入不同条件下沉降数据，依据条件对概率进行算法更正，给定一个实体，求解这个实体属于某一类的概率，这个实体用一个长度为n的向量来表示，向量中的每一个元素表示相互独立的特征值的量，进而能够获得该施工端沉降数据数值，根据数据监控模型判断施工时地面沉降数据，同时在正式施工前进行实验段施工，并且在作业面设置实时监控装置配合现场监控人员件对比监控，保证在下穿既有线工程时对地层沉降程度进行有效控制，确保施工工作稳定性。
对掘进区域修复工艺包括当掘进速度控制：发现掘进区域沉降值超过预警值时，能够通过控制掘进速度，使得掘进速度小于±3-8mm/min，且掘进速度不宜大于30-40mm/min，对渣土进行改良：对掌子面地址进行添加剂改良，膨润土浆液在地面完成拌制之后，静置13~20h后，泵送至盾构机上的泥浆罐内，推进过程中由两台挤压式注入泵加注到渣土之中，通过刀盘的搅拌作用与渣土均匀混合，从而改善渣土的流塑性，在掘进穿越段采用二次注浆控制后期沉降，二次注浆双液浆配比如下表所示：
注浆材料 配比 备注
水泥浆液 水灰比=0.85:1 超细水泥
水玻璃 30 Be 无
水泥浆：水玻璃 3:1 根据初凝进行调整
当沉降变化速率经修复工艺处理时，能够通过对盾体外侧地层注入高浓度膨润土泥浆进行支护，泥浆诸如量通过盾体与地层间隙总量计算可得，且盾体与地层间隙总量为：
V=开挖轮廓体积-前盾体积-中盾体积-后看体积，且泥浆填充饱满后，每环需注入泥浆量为：1.2V。
能够通过对盾体外壁注入膨润土泥浆避免地面沉降数据超出预期数据导致影响到顶部既有线状态稳定性，降低因控制误差导致工段长期停工，提高整体施工安全性。
实施例二：
与实施例一不同的是，本发明还提供一种技术方案：一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，具体包括以下步骤：
S1、确定施工土层环境，通过对施工区域内取点进行土层取样，并通过取样检测结果对土层进行划分，并将取样后的土层送至室内进行常规土工实验，经过检测得到施工现场各土层的厚度及物理力学参数；
S2、通过互联网或本地土地管理机构获取下穿施工土层附近既有线，将下穿区域既有线辐射半径3-5m范围内土层环境进行数据收集整理；
S3、对施工区域内掘进基坑进行底部稳定性验算，确定是否需要对掘进区域顶部承压含水层进行降水，确定该承压含水层水位下降深度；
S4、坑底夯实后，下穿既有线以下3-5m范围内进行注浆，进行坑底地层加固，对下穿区域既有线辐射半径范围内进行预注浆加固地层，采用多打孔少注浆原则，短距离下注浆一次完成，严格控制注浆压力，加强既有线监控量测，避免结构隆起或变形缝破坏冒浆；
S5、咬合管幕支护，通过使用单层弧形钢板对咬合管幕底部进行超前支护，沿开挖隧道单层断面拱部布置单层弧形钢板，钢板之间采用槽钢和工字钢相互咬合并焊接固定；
S6、下穿施工前，根据试验段取得的参数，以环为单位列出施工参数表，下穿期间应严格按照参数表里每环控制参数进行施工，建立数据监控模型，输入施工范围内土壤数据以及盾构机工作参数，通过理论算法及数值模拟得出施工沉降模拟数据，同时对通过施工参数表进行算法数据实时更新，当每环控制参数更新对数据监控模型进行算法，当数据监控模型得出模拟沉降数据低于或超过实际沉降标准时准许误差时，依据模型结论进行施工阶段控制；
S7、盾构掘进实验段，在掘进现场布置实时监控装置，辅助现场监控人员进行双向对比监控，等待外部注浆预支护工作完成后，盾构机构开始工作进行预掘进实验，掘进深度为50m，当盾构区间风险源下穿施工区域风险源时，通过判断地面沉降数据，进行优化调整，将该实验段数据导入数据监控模型内做数据支撑，实验段掘进工作复合沉降要求后，继续进行掘进工作，对沉降数据实时观测，发现沉降变化速率过快应及时对参数进行合理的调整；
S8、在沉降数据变化速率较快时，采用径向注浆对地层进行调整支撑补偿，提高地层支撑能力；
S9、当沉降变化速率经修复工艺处理时，需对盾构机进行停机加固时，在停机时可提前几环采用从盾构机超前探孔注入高浓度膨润土泥浆对盾体外则地层进行暂时支护，注浆时，在连接桥处人工拌制膨润土泥浆，采用单液柱塞泵通过前盾的探孔注入盾体外侧，保证盾构机头外壁支撑稳定性；
S10、等待注浆膨润凝固提高支撑能力后，继续盾构掘进工作，并通过数据监控模型进行实时监控处理，在掘进通道绑扎钢筋笼，在隧道侧墙需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，在上方预制隧道底板和下方预制隧道顶板需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，浇灌混凝土，进行养护，拆除摸板，不断循环，直至完成所施工地铁隧道的全部施工过程。
所述S3中对掘进区域顶部承压水层进行将水为采用非完整井降水，确定该承压含水层水位下降深度。
所述S1中室内常规土工试验包括密度试验、含水量测定试验、侧限压缩试验和常规渗透试验。
所述S1和S2中土层数据为隧道掘进部分以及顶部土质土层，区间最大钻探深度，且掘进深度范围内的地下水分布层数。
所述S4中下穿既有线短距离范围为30-50m。
所述S5中使用单层弧形钢板直径依据掘进区域承压选择400-800mm，壁厚14-18mm，长度30-50m。
所述S5中单层弧形钢板采用槽钢和工字钢型号为10-16号。
所述S9中膨润土泥浆浓度质量比为1：1，且泥浆注入压力设定为1.0-1.5bar。
所述S6中施工参数表环数单位为每5环为一阶段。
实施方式具体为：当沉降数据变化较快时，采用径向注浆和浆液配比控制对地层进行支撑补偿，即通过进行管片顶部径向注浆，每环打设3-4个径向注浆管注入水泥浆，水泥浆配比为水灰比1:1，注浆压力控制在0.65MPA，本实施例能够提高管片填充地层损失和加固地层的作用，进一步提高对掘进面地层支撑能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、确定施工土层环境，通过对施工区域内取点进行土层取样，并通过取样检测结果对土层进行划分，并将取样后的土层送至室内进行常规土工实验，经过检测得到施工现场各土层的厚度及物理力学参数；
S2、通过互联网或本地土地管理机构获取下穿施工土层附近既有线，将下穿区域既有线辐射半径3-5m范围内土层环境进行数据收集整理；
S3、对施工区域内掘进基坑进行底部稳定性验算，确定是否需要对掘进区域顶部承压含水层进行降水，确定该承压含水层水位下降深度；
S4、坑底夯实后，下穿既有线以下3-5m范围内进行注浆，进行坑底地层加固，对下穿区域既有线辐射半径范围内进行预注浆加固地层，采用多打孔少注浆原则，短距离下注浆一次完成，严格控制注浆压力，加强既有线监控量测，避免结构隆起或变形缝破坏冒浆；
S5、咬合管幕支护，通过使用单层弧形钢板对咬合管幕底部进行超前支护，沿开挖隧道单层断面拱部布置单层弧形钢板，钢板之间采用槽钢和工字钢相互咬合并焊接固定；
S6、下穿施工前，根据试验段取得的参数，以环为单位列出施工参数表，下穿期间应严格按照参数表里每环控制参数进行施工，建立数据监控模型，输入施工范围内土壤数据以及盾构机工作参数，通过理论算法及数值模拟得出施工沉降模拟数据，同时对通过施工参数表进行算法数据实时更新，当每环控制参数更新对数据监控模型进行算法，当数据监控模型得出模拟沉降数据低于或超过实际沉降标准时准许误差时，依据模型结论进行施工阶段控制；
S7、盾构掘进实验段，在掘进现场布置实时监控装置，辅助现场监控人员进行双向对比监控，等待外部注浆预支护工作完成后，盾构机构开始工作进行预掘进实验，掘进深度为50m，当盾构区间风险源下穿施工区域风险源时，通过判断地面沉降数据，进行优化调整，将该实验段数据导入数据监控模型内做数据支撑，实验段掘进工作复合沉降要求后，继续进行掘进工作，对沉降数据实时观测，发现沉降变化速率过快应及时对参数进行合理的调整；
S8、在沉降数据变化速率较快时，采用修复工艺对地层进行支撑补偿，提高地层支撑能力；
S9、当沉降变化速率经修复工艺处理时，需对盾构机进行停机加固时，在停机时可提前几环采用从盾构机超前探孔注入高浓度膨润土泥浆对盾体外则地层进行暂时支护，注浆时，在连接桥处人工拌制膨润土泥浆，采用单液柱塞泵通过前盾的探孔注入盾体外侧，保证盾构机头外壁支撑稳定性；
S10、等待注浆膨润凝固提高支撑能力后，继续盾构掘进工作，并通过数据监控模型进行实时监控处理，在掘进通道绑扎钢筋笼，在隧道侧墙需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，在上方预制隧道底板和下方预制隧道顶板需进行螺栓连接部位预留螺栓孔，浇灌混凝土，进行养护，拆除摸板，不断循环，直至完成所施工地铁隧道的全部施工过程。
2.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S3中对掘进区域顶部承压水层进行将水为采用非完整井降水，确定该承压含水层水位下降深度。
3.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S1中室内常规土工试验包括密度试验、含水量测定试验、侧限压缩试验和常规渗透试验。
4.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S1和S2中土层数据为隧道掘进部分以及顶部土质土层，区间最大钻探深度，且掘进深度范围内的地下水分布层数。
5.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S8中修复工艺包括盾构掘进操控、洞内二次及多次注浆、径向注浆和浆液配比控制。
6.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S4中下穿既有线短距离范围为30-50m。
7.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S5中使用单层弧形钢板直径依据掘进区域承压选择400-800mm，壁厚14-18mm，长度30-50m。
8.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S5中单层弧形钢板采用槽钢和工字钢型号为10-16号。
9.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S9中膨润土泥浆浓度质量比为1：1，且泥浆注入压力设定为1.0-1.5bar。
10.根据权利要求1所述的一种盾构下穿既有线时确定地层沉降深度的施工控制方法，其特征在于，所述S6中施工参数表环数单位为每5环为一阶段。
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