CN113309527A - 一种双层导洞的上导洞预拱度施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双层导洞的上导洞预拱度施工方法，属于隧道施工技术领域。该方法首先在上下导洞所处区域进行地质钻孔勘探，确定各土层的力学参数，基于注浆压力试验确定各土层注浆后土体弹性模量相对注浆前土体弹性模量比例系数的变化曲线，然后，利用数值模拟的方法确定下导洞开挖引起的上导洞拱顶沉降值，以此作为上导洞的预拱度进行施工；在下导洞分段开挖时，基于土体弹性模量比例系数的变化曲线实现下导洞注浆土体参数的实时优化，从而使由于下导洞开挖引起的上导洞拱顶沉降至顶板平直。该方法有效避免了施工误差。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种双层导洞的上导洞预拱度施工方法。
背景技术
目前，PBA工法在地铁隧道建设中广泛应用，PBA工法(洞桩法)的设计理念注重以较小的环境扰动代价尽快完成主要结构框架受力构件，其工法设计理念构思巧妙、工序转换严谨，实现方法灵活，施工安全性高，是当下国内外较为先进的暗挖施工方法。张海明在《地下空间与工程学报》2017，(13):469-476中的《地铁车站PBA法导洞施工诱发地表沉降规律研究》，公开了PBA工法中先上后下的导洞开挖顺序可有效减小地表沉降，纪文杰在《安徽理工大学学报》2020，(40):21-26中的《PBA工法横通道及导洞施工对地表沉降的影响》，公开了先开挖上层横通道相较先开挖下层横通道所引起的地表沉降量大幅降低。任建喜在《铁道工程学报》2018，(9):88-92中的《PBA法地铁车站施工诱发地表变形规律研究》，公开了PBA工法的6导洞形式采用“先上后下”的开挖工序可有效减少由于群洞效应而引起的地表沉降。综上所述，PBA工法中先上后下的导洞开挖顺序可有效控制地表沉降，但其存在着由于下导洞开挖而引发上导洞沉降的问题。
针对这一问题，本发明提供了一种双层导洞的上导洞预拱度施工方法，本方法的核心是在上导洞的开挖过程中对上导洞设置一定高度的开挖预拱度，在进行下导洞的开挖时通过不断实时优化注浆参数的方式以使上导洞沉降至顶板平直，从而避免了由于上导洞沉降所造成的安全性问题。
发明内容
本发明针对当地铁隧道施工中采用“先上后下”的双层导洞开挖顺序时，难以较好地解决由于下导洞开挖所引起的上导洞拱顶沉降的问题，提供一种双层导洞的上导洞预拱度施工方法。
该方法包括步骤如下：
S1：在上下导洞所处区域进行地质钻孔勘探，提取土体钻芯，得到土样；
S2：测量土样力学参数，根据力学参数对土体进行分层，并对注浆设计范围内土样进行0.1、0.2、0.3、0.4、0.5MPa注浆压力实验，测量注浆结石体的力学参数，建立注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K；
S3：根据设计注浆压力，由弹性模量比例系数曲线K确定注浆后土体的力学参数，将下导洞分为多个施工段，利用数值模拟方法计算下导洞施工完成后导致上导洞的拱顶沉降值；
S4：以S3中计算的各区段拱顶沉降值作为上导洞各区段开挖时的预拱度，并在上导洞拱顶中心线中点布置拱顶沉降监测点；
S5：下导洞按照S3中划分的施工段，分段进行注浆加固、开挖和支护施工并监测上导洞拱顶沉降值；
S6：一个施工段完成后，计算下导洞开挖引起的上导洞拱顶沉降监测值和S3中计算的上导洞拱顶沉降值的比值α,当前施工段注浆土体弹性模量的比例系数为k，计算下一施工段所需的弹性模量比例系数
根据弹性模量比例系数曲线K确定下一施工段的注浆压力，以此循环，逐步向前施工，完成下导洞的施工。
其中，S1中在上下导洞所处区域进行地质钻孔勘探时钻孔深度至少应达到下导洞底板3米以下位置处。
S2中土体分层是根据土样的粘聚力、内摩擦角、弹性模量等力学参数进行分层；注浆结石体的力学参数包括粘聚力、内摩擦角、泊松比、弹性模量。
S2中的注浆设计范围内土样为上下导洞预注浆区域所在的土层。
S2中的注浆结石体是指注浆后浆液和土体形成的固体，注浆压力试验，需要对注浆设计范围内每层土进行实验。
S2中的注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K是指不同注浆压力下，注浆结石体弹性模量相对注浆前土体弹性模量的比例系数随注浆压力的变化曲线K。
S3中将下导洞划分为多个施工段确保上导洞拱顶沉降数值模拟结果的准确性，下导洞应至少划分为四个施工段。
S3中数值模拟方法计算的上导洞拱顶沉降值包括上导洞1/4、1/2、3/4跨度的拱顶点，用于预拱度的放样。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，基于注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K确定了注浆后土体的力学参数，通过数值模拟方法确定下导洞开挖引起的上导洞拱顶沉降值，以此作为上导洞的预拱度；在下导洞分段开挖时，通过实时优化注浆后土体弹性模量，使上导洞拱顶沉降至顶板平直，从而避免了由于上导洞沉降所造成的施工误差问题。
附图说明
图1为本发明的双层导洞的上导洞预拱度施工方法流程图；
图2为本发明实施例中上下导洞模型图；
图3为本发明实施例中导洞横向断面图；
图4为图3中的A-A剖面图各土层纵向剖面图；
图5为图3中的A-A剖面图土体数值模拟有限元模型；
图6为图3中的A-A剖面图下导洞开挖示意图。
其中：1-上导洞注浆范围，2-上导洞，3-支护结构，4-下导洞，5-下导洞注浆范围，6-拱顶沉降放样点，7-地质钻孔，8-沉降监测点。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对当地铁隧道施工中采用“先上后下”的双层导洞开挖顺序时，难以较好地解决由于下导洞开挖所引起的上导洞拱顶沉降的问题，提供一种双层导洞的上导洞预拱度施工方法。
如图1所示，该方法包括步骤如下：
S1：在上下导洞所处区域进行地质钻孔勘探，提取土体钻芯，得到土样；
S2：测量土样力学参数，根据力学参数对土体进行分层，并对注浆设计范围内土样进行0.1、0.2、0.3、0.4、0.5MPa注浆压力实验，测量注浆结石体的力学参数，建立注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K；
S3：根据设计注浆压力，由弹性模量比例系数曲线K确定注浆后土体的力学参数，将下导洞分为多个施工段，利用数值模拟方法计算下导洞施工完成后导致上导洞的拱顶沉降值；
S4：以S3中计算的各区段拱顶沉降值作为上导洞各区段开挖时的预拱度，并在上导洞拱顶中心线中点布置拱顶沉降监测点；
S5：下导洞按照S3中划分的施工段，分段进行注浆加固、开挖和支护施工并监测上导洞拱顶沉降值；
S6：一个施工段完成后，计算下导洞开挖引起的上导洞拱顶沉降监测值和S3中计算的上导洞拱顶沉降值的比值α,当前施工段注浆土体弹性模量的比例系数为k，计算下一施工段所需的弹性模量比例系数
根据弹性模量比例系数曲线K确定下一施工段的注浆压力，以此循环，逐步向前施工，完成下导洞的施工。
下面结合具体实施例予以说明。
在具体施工中，流程主要包括如下步骤：
S1：对图2和图3所示两层导洞施工情况，在上导洞2和下导洞4的跨中位置打一地质钻孔7进行地质勘探，提取土体钻芯，得到土样；同时确定上导洞注浆范围1和下导洞注浆范围5，上导洞2周边为支护结构3；
S2：测量土样力学参数，根据力学参数对土体进行分层，进而得到A、B、C、D等分层土层，如图4所示，并对注浆设计范围内土样即对土层B、C中的两种土样分别进行0.1、0.2、0.3、0.4、0.5MPa注浆压力实验，测量注浆结石体的力学参数，建立注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K；
S3：根据设计注浆压力，由弹性模量比例系数曲线确定注浆后土体的力学参数，将下导洞4分为4个施工段，利用数值模拟方法计算下导洞4施工完成后导致上导洞2的拱顶沉降值，并记录1/4、1/2、3/4跨度的拱顶沉降放样点6的沉降值；其土体数值模拟有限元模型如图5所示；
S4：以S3中计算的上导洞2中1/4、1/2、3/4跨度的拱顶点处的沉降值作为上导洞2相应区段开挖时的预拱度，并在上导洞2拱顶中心线中点布置拱顶沉降监测点8；
S5：下导洞4按照S3中划分的施工段，分段进行注浆加固、开挖和支护施工并监测上导洞2拱顶沉降值；如图6所示；
S6：一个施工段完成后，计算下导洞4开挖引起的上导洞2拱顶沉降监测值和S3中计算的上导洞拱顶沉降值的比值α,当前施工段注浆土体弹性模量的比例系数为k，计算下一施工段所需的弹性模量比例系数
根据比例系数随注浆压力的变化曲线K确定下一施工段的注浆压力，以此循环，逐步向前施工，完成下层导洞4的施工。
采用双层导洞的上导洞预拱度施工方法，在上下导洞所处区域进行地质钻孔勘探时钻孔深度至少应达到下导洞底板3米以下位置处。
土体分层是根据土样的粘聚力、内摩擦角、弹性模量等力学参数进行分层；注浆结石体的力学参数包括粘聚力、内摩擦角、泊松比、弹性模量。
注浆设计范围内土样为上下导洞预注浆区域所在的土层。
注浆结石体是指注浆后浆液和土体形成的固体，注浆压力试验，需要对注浆设计范围内每层土进行实验。
注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K是指不同注浆压力下，注浆结石体弹性模量相对注浆前土体弹性模量的比例系数随注浆压力的变化曲线K。
将下导洞划分为多个施工段确保上导洞拱顶沉降数值模拟结果的准确性，下导洞应至少划分为四个施工段。
利用数值模拟方法计算的上导洞拱顶沉降值至少包括上导洞1/4、1/2、3/4跨度的拱顶点，用于预拱度的放样。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：在上下导洞所处区域进行地质钻孔勘探，提取土体钻芯，得到土样；
S2：测量土样力学参数，根据力学参数对土体进行分层，并对注浆设计范围内土样进行0.1、0.2、0.3、0.4、0.5MPa注浆压力实验，测量注浆结石体的力学参数，建立注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K；
S3：根据设计注浆压力，由弹性模量比例系数曲线K确定注浆后土体的力学参数，将下导洞分为多个施工段，利用数值模拟方法计算下导洞施工完成后导致上导洞的拱顶沉降值；
S4：以S3中计算的各区段拱顶沉降值作为上导洞各区段开挖时的预拱度，并在上导洞拱顶中心线中点布置拱顶沉降监测点；
S5：下导洞按照S3中划分的施工段，分段进行注浆加固、开挖和支护施工并监测上导洞拱顶沉降值；
S6：一个施工段完成后，计算下导洞开挖引起的上导洞拱顶沉降监测值和S3中计算的上导洞拱顶沉降值的比值α,当前施工段注浆土体弹性模量的比例系数为k，计算下一施工段所需的弹性模量比例系数
根据弹性模量比例系数曲线K确定下一施工段的注浆压力，以此循环，逐步向前施工，完成下导洞的施工。
2.根据权利要求1所述的双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：所述S1中在上下导洞所处区域进行地质钻孔勘探时钻孔深度至少达到下导洞底板3米以下位置处。
3.根据权利要求1所述的双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：所述S2中土体分层是根据土样的粘聚力、内摩擦角、弹性模量力学参数进行分层；注浆结石体的力学参数包括粘聚力、内摩擦角、泊松比、弹性模量。
4.根据权利要求1所述的双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：所述S2中的注浆设计范围内土样为上下层导洞预注浆区域所在的土层。
5.根据权利要求1所述的双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：所述S2中的注浆结石体是指注浆后浆液和土体形成的固体，注浆压力试验，需要对注浆设计范围内每层土进行实验。
6.根据权利要求1所述的双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：所述S2中的注浆结石体的弹性模量比例系数曲线K是指不同注浆压力下，注浆结石体弹性模量相对注浆前土体弹性模量的比例系数随注浆压力的变化曲线K。
7.根据权利要求1所述的双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：所述S3中将下导洞划分为多个施工段确保上导洞拱顶沉降数值模拟结果的准确性，下导洞至少划分为四个施工段。
8.根据权利要求1所述的双层导洞的上导洞预拱度施工方法，其特征在于：所述S3中数值模拟方法计算的上导洞拱顶沉降值包括上导洞1/4、1/2、3/4跨度的拱顶点，用于预拱度的放样。
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