CN114372310B - 管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法 - Google Patents

管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法；首先，分别取上方加固区和中部加固区为独立体，并建立力学平衡方程；由上方加固区的左侧主动土压力公式，求得土压力为0的高度；然后，对中部加固区沿水平向建立力学平衡方程；上方加固区和中部加固区的宽度B按式前述两个力学平衡方程计算结果取大值；接着，以假定存在的滑动面右侧的三角形区域为独立体，并建立力学平衡方程，计算假定滑动面不存在，加固土体通过现场试验或室内试验所得的c0、满足的条件；最后现场实施。本发明针对管幕法施工的暗挖进洞掌子面因土体扰动引起强度降低问题，使加固区重塑土指标量化，为现场实施提供保障。

Description

管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法
技术领域
本发明涉及地下工程技术领域，特别涉及管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法。
背景技术
在土层中进行顶管、管幕、盾构等顶进穿越施工时，对土层产生扰动，尤其是始发或接收工作井的进出掌子面区域，土体扰动引发土体物理力学指标的急剧降低，进而引发掌子面的滑坡或塌方。
在现有技术中，常用的工程措施是对掌子面一定区域进行土体加固，加固土的力学指标未量化。
因此，如何对加固区土层进行重塑所需达到的指标进行控制，以保证掌子面加固区自身稳定成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法，实现的目的是针对管幕法施工的暗挖进洞掌子面因土体扰动引起强度降低，是掌子面加固区范围的确定及加固区重塑土力学指标的控制方法，使加固区重塑土指标量化，为现场实施提供保障。
为实现上述目的，本发明公开了管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法；在管幕施工工作井顶进上层管幕和下层管幕前，对所述上层管幕和所述下层管幕的掌子面附近的土体进行加固重塑；
所述掌子面附近进行所述加固重塑的所述土体分为上方加固区、中部加固区和下方加固区；所述上方加固区、所述中部加固区和所述下方加固区的宽度B及所需达到的力学指标c0，采用以下方法确定：
步骤1、在所述上层管幕和所述下层管幕顶进完成后，分别取所述上方加固区和所述中部加固区为独立体，并建立以下力学平衡方程：
式中：
f1＝μGt＝μγ0BH1；
由所述上方加固区的左侧主动土压力公式，求得土压力为0的高度，具体如下：
对所述中部加固区沿水平向建立力学平衡方程，具体如下：
所述上方加固区和所述中部加固区的宽度B按式(1)和式(2)计算结果取大值；
式中：
f2＝μG1＝μ(γ0H1+q0)B；
f3＝μ(G1+G2)＝μ(γ0H1+γ0H2+q0)B；
γ为天然容重；
γ0为加固土容重；
c为天然土粘聚力；
为天然土内摩擦角；
H0为上方加固区土压力为0的高度；
H1为上方加固区高度；
μ为加固土体与钢管的摩擦系数；
Gt为上方加固土重量；
q0为上层管幕线荷载；
G1为上方加固区与上层管幕总重量；
G2为中部加固区重量；
H2为中部加固区高度；
p0为上方加固区底面土压力；
p1为中部加固区顶面土压力；
p2为中部加固区底面土压力；
f1为上方加固区底部摩阻力；
f2为中部加固区底部摩阻力；
f3为底部加固区底部摩阻力；
步骤2、以假定存在的滑动面右侧的三角形区域为独立体，沿假定滑动面方向建立以下力学平衡方程：
联立：
sin22α+cos22α＝1；
得：
要使假定存在的所述假定滑动面不存在，即上述式(3)无解，亦即加固土体通过现场试验或室内试验所得的c0、满足/>的条件；
式中：
N＝G cosα；
q＝γ0H1+q0；
式中：
K为安全系数1.25；
c0为加固区粘聚力；
为加固区内摩擦角；
γ0为加固土容重；
L为假定滑动面的长度；
N为假定滑动面的法向力；
G3为假定滑动面右侧滑移体的重量；
G为假定滑动面右侧滑移体与上方覆土、管幕线荷载的总重量；
q为上方加固区与上层管幕总线荷载；
δ、θ和ω均为中间参数；
步骤3、根据式(3)现场实施。
优选的，所述步骤3中根据式(3)现场实施是指在现场的所述上方加固区、所述中部加固区和所述下方加固区实施前，按若干配比对加固土体进行试配，选择能够满足式(3)无解所对应指标c0，的配比作为现场实施依据。
优选的，所述加固重塑过程中由所述工作井的支护结构对所述掌子面进行临时支护。
本发明的有益效果：
本发明针对管幕法施工的暗挖进洞掌子面因土体扰动引起强度降低问题，使加固区重塑土指标量化，为现场实施提供保障。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例的上方加固区、中部加固区和下方加固区示意图。
图2示出本发明一实施例中中部加固区内假定滑动面的示意图。
图3示出本发明一实施例中上方加固区受力示意图。
图4示出本发明一实施例中中部加固区受力示意图。
图5示出本发明一实施例中假定滑动面右侧的三角形区域受力示意图。
具体实施方式
实施例
如图1和图2所示，管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法；在管幕施工工作井顶进上层管幕和下层管幕前，对上层管幕和下层管幕的掌子面附近的土体进行加固重塑；
掌子面附近进行加固重塑的土体分为上方加固区、中部加固区和下方加固区；上方加固区、中部加固区和下方加固区的宽度B及所需达到的力学指标c0，采用以下方法确定：
步骤1、在上层管幕和下层管幕顶进完成后，分别取上方加固区和中部加固区为独立体，并建立以下力学平衡方程：
如图3所示，对上方加固区沿水平向建立力学平衡方程：
式中：
f1＝μGt＝μγ0BH1；
由上方加固区左侧主动土压力公式，求得土压力为0的高度：
如图4所示对中部加固区沿水平向建立力学平衡方程：
加固区宽度B按式(1)、(2)计算结果取大值。
式中：
f2＝μG1＝μ(γ0H1+q0)B
f3＝μ(G1+G2)＝μ(γ0H1+γ0H2+q0)B
γ：天然容重；
γ0：加固土容重；
c：天然土粘聚力；
天然土内摩擦角；
H0：上方加固区土压力为0的高度；
H1：上方加固区高度；
μ:加固土体与钢管的摩擦系数；
Gt：上方加固土重量；
q0：上层管幕线荷载；
G1：上方加固区与上层管幕总重量；
G2：中部加固区重量；
H2：中部加固区高度；
p0：上方加固区底面土压力；
p1：中部加固区顶面土压力；
p2：中部加固区底面土压力；
f1：上方加固区底部摩阻力；
f2：中部加固区底部摩阻力；
f3：底部加固区底部摩阻力；
如图5所示，步骤2、以假定存在的滑动面右侧的三角形区域为独立体，沿假定滑动面方向建立以下力学平衡方程：
联立：
sin22α+cos22α＝1；
得：
要使假定滑动面不存在，即上述式(3)无解，亦即加固土体通过现场试验或室内试验所得的c0、满足/>的条件。
式中：
N＝G cosα；
q＝γ0H1+q0；
式中：
K：安全系数1.25；
c0：加固区粘聚力；
加固区内摩擦角；
γ0：加固土容重；
L：假定滑动面的长度；
N：假定滑动面的法向力；
G3：假定滑动面右侧滑移体的重量；
G：假定滑动面右侧滑移体与上方覆土、管幕线荷载的总重量；
q：上方加固区与上层管幕总线荷载；
δ、θ、ω：中间参数；
步骤3、根据式(3)现场实施。
在某些实施例中，步骤3中根据式(3)现场实施是指在现场的上方加固区、中部加固区和下方加固区实施前，按若干配比对加固土体进行试配，选择能够满足式(3)无解所对应指标c0，的配比作为现场实施依据。
在某些实施例中，加固重塑过程中由工作井的支护结构对掌子面进行临时支护。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法；其特征在于，在管幕施工工作井顶进上层管幕和下层管幕前，对所述上层管幕和所述下层管幕的掌子面附近的土体进行加固重塑；
所述掌子面附近进行所述加固重塑的所述土体分为上方加固区、中部加固区和下方加固区；所述上方加固区、所述中部加固区和所述下方加固区的宽度B及所需达到的力学指标c0，采用以下方法确定：
步骤1、在所述上层管幕和所述下层管幕顶进完成后，分别取所述上方加固区和所述中部加固区为独立体，并建立以下力学平衡方程：
式中：
f1＝μGt＝μγ0BH1；
由所述上方加固区的左侧主动土压力公式，求得土压力为0的高度，具体如下：
对所述中部加固区沿水平向建立力学平衡方程，具体如下：
所述上方加固区和所述中部加固区的宽度B按式(1)和式(2)计算结果取大值；
式中：
f2＝μG1＝μ(γ0H1+q0)B；
f3＝μ(G1+G2)＝μ(γ0H1+γ0H2+q0)B；
γ为天然容重；
γ0为加固土容重；
c为天然土粘聚力；
为天然土内摩擦角；
H0为上方加固区土压力为0的高度；
H1为上方加固区高度；
μ为加固土体与钢管的摩擦系数；
Gt为上方加固土重量；
q0为上层管幕线荷载；
G1为上方加固区与上层管幕总重量；
G2为中部加固区重量；
H2为中部加固区高度；
p0为上方加固区底面土压力；
p1为中部加固区顶面土压力；
p2为中部加固区底面土压力；
f1为上方加固区底部摩阻力；
f2为中部加固区底部摩阻力；
f3为底部加固区底部摩阻力；
步骤2、以假定存在的滑动面右侧的三角形区域为独立体，沿假定滑动面方向建立以下力学平衡方程：
联立：
sin22α+cos22α＝1；
得：
要使假定存在的所述假定滑动面不存在，即上述式(3)无解，亦即加固土体通过现场试验或室内试验所得的c0、满足/>的条件；
式中：
N＝Gcosα；
q＝γ0H1+q0；
式中：
K为安全系数1.25；
c0为加固区粘聚力；
为加固区内摩擦角；
γ0为加固土容重；
L为假定滑动面的长度；
N为假定滑动面的法向力；
G3为假定滑动面右侧滑移体的重量；
G为假定滑动面右侧滑移体与上方覆土、管幕线荷载的总重量；
q为上方加固区与上层管幕总线荷载；
δ、θ和ω均为中间参数；
步骤3、根据式(3)现场实施。
2.根据权利要求1所述的管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法，其特征在于，所述步骤3中根据式(3)现场实施是指在现场的所述上方加固区、所述中部加固区和所述下方加固区实施前，按若干配比对加固土体进行试配，选择能够满足式(3)无解所对应指标c0，的配比作为现场实施依据。
3.根据权利要求1所述的管幕法的暗挖进洞掌子面加固区重塑土力学指标的控制法，其特征在于，所述加固重塑过程中由所述工作井的支护结构对所述掌子面进行临时支护。
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