CN116792149B - 一种盾构隧道结构变形恢复方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种盾构隧道结构变形恢复方法及系统，方法包括：在管片内表面预埋用于固定钢绞线的螺杆；在道床预埋钢筋和钢绞线夹紧装置；将钢绞线沿环向缠绕在管片内表面上的螺杆上；使用三维激光扫描隧道变形；根据三维激光扫描隧道变形结果，安装隧道变形实时监测装置；用张拉装置张拉隧道变形较大区域的管片上的钢绞线的两端，完成盾构隧道结构变形恢复。本申请提供的方法克服了现有采用钢绞线恢复隧道仅考虑对称变形的缺点，本申请采用环向布置钢绞线，左右两侧分别用张拉装置张拉，属于永久性恢复隧道变形的方式，并且可以在不影响隧道正常运营的情况下有效的恢复隧道变形。

Description

一种盾构隧道结构变形恢复方法及系统

技术领域

本申请涉及地下空间施工技术领域，具体涉及一种盾构隧道结构变形恢复方法及系统。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，越来越多的城市开始建设地下交通工程，其中包括盾构隧道。盾构隧道是一种高效、便捷的地下交通建设方式，在全球各地都开始广泛的应用。然而，由于地层的差异以及隧道上部法突发堆载，常常会造成盾构隧道产生过大的收敛变形。为防止盾构隧道出现过大的收敛变形，现阶段大多数隧道采取的加固隧道的方式。利用注浆填充隧道周围地层或利用钢拱架、粘贴钢板等方式对大变形隧道区域进行加固。然而，这些方法会带来许多问题，如当地下管线过多，隧道变形过大时，注浆的方法将不再适用，并且架设钢拱架易“侵限”、粘贴钢板界面易脱落等。因此，针对如今盾构隧道出现较大的收敛变形情况，如何保证盾构隧道能安全、稳定的工作是地下交通建设的难点之一。

经过对现有文献及技术的检索发现，中国专利号为201611061193.7，专利公开号为CN106761780A，专利名称：一种地面堆载作用下盾构隧道变形修复方法，该发明提供一种地面堆载作用下盾构隧道变形修复的方法。该方法通过隧道监测点监测隧道变形，采用钢绞线相互连接，通过张拉装置在隧道内部张拉隧道两侧，并同时通过注浆填补地层来恢复隧道右侧受压、垂直受压、左侧受压的变形。但在实际工程中，由于多方面因素的影响，隧道变形并非规整，通过注浆填补地层，不仅施工难度大，且费用较高；并且该专利属于临时恢复隧道变形，且影响正常的隧道运营，因此通过注浆和钢绞线局部拉伸的结构变形恢复方式有着工期长、工程量大、费用高，施工不便的缺陷。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种盾构隧道结构变形恢复方法及系统，其可以在不影响隧道正常运营的情况下有效的恢复隧道变形，不仅节省设备，还可以迅速发现隧道出现大变形的区域，及时、快速的恢复隧道变形，保障了盾构隧道施工全过程管片结构的稳定性、完整性，从而可以解决背景技术中涉及的至少一个技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请实施例提供了一种盾构隧道结构变形恢复方法，包括：

步骤一，在管片内表面预埋用于固定钢绞线的螺杆；

步骤二，在道床预埋钢筋和钢绞线夹紧装置；

步骤三，将钢绞线沿环向缠绕在管片内表面上的螺杆上；

步骤四，使用三维激光扫描隧道变形；

步骤五，根据三维激光扫描隧道变形结果，安装隧道变形实时监测装置；

步骤六，用张拉装置张拉隧道变形较大区域的管片上的钢绞线的两端，完成盾构隧道结构变形恢复。

作为本申请的一种优选改进，步骤一中，所述在管片内表面预埋用于固定钢绞线的螺杆，包括：

根据设计要求和实际情况，确定管片需要预埋螺杆的位置；

确保预埋位置的精确控制和孔的深度符合要求；

将螺杆、螺帽和垫片按照设计要求组装好，然后将螺杆安装到孔中；

在预埋螺杆的位置上浇筑混凝土，并按照设计要求进行振捣和养护；

养护完成后，进行质量检查，检查螺杆的垂直度、水平度和深度是否符合设计要求，同时检查预埋位置的精确控制和孔的深度是否符合要求。

作为本申请的一种优选改进，步骤二中，在完成钢筋和钢绞线夹紧装置的安装后，还包括：

进行道床混凝土的浇筑；

养护和后续处理，确保道床混凝土的质量和稳定性。

作为本申请的一种优选改进，步骤三中，所述将钢绞线沿环向缠绕在管片内表面上的螺杆上，包括：

准备长度合适的钢绞线，将钢绞线的一端固定在道床的钢绞线夹紧装置上；

利用吊机以及张拉装置自下而上的将钢绞线沿着管片环向布置，使其与管片环向重合；

自下而上的将钢绞线沿环向依次利用钢板紧压，再扭紧螺帽，保证钢绞线不脱落；

张拉一次固定一次，直到钢绞线环向布置在管片的内表面上；

最后将钢绞线的另一端固定在该侧的钢绞线夹紧装置上。

作为本申请的一种优选改进，步骤四中，所述使用三维激光扫描隧道变形，包括：

将三脚架和三维激光扫描仪安装在隧道内，根据隧道的形状和尺寸进行调整和固定；

启动三维激光扫描仪，开始对隧道进行扫描数据采集；

将采集到的三维点云数据导入到数据处理软件中，进行数据处理和分析；将处理后的三维模型数据导入到变形分析软件中，进行变形分析，得到隧道变形大小。

作为本申请的一种优选改进，步骤五中，所述根据三维激光扫描隧道变形结果，安装隧道变形实时监测装置，包括：

根据三维激光扫描隧道变形结果，在隧道变形较大区域安装实时监测装置监测隧道变形；

根据盾构隧道的设计参数和实际情况，确定需要安装的监测点位和数量；

在监测点位的合适位置安装实时监测装置支架；

将实时监测装置安装在实时监测装置支架上，并按照设计要求进行校准和调试；

将实时监测装置与数据采集仪相连，将数据采集仪与数据传输设备进行连接，并设置好传输方式和参数。

作为本申请的一种优选改进，所述实时监测装置为激光传感器。

作为本申请的一种优选改进，步骤六中，所述用张拉装置张拉隧道变形较大区域的管片上的钢绞线的两端，完成盾构隧道结构变形恢复，包括：

三维激光扫描隧道，当监测管片变形过大时，利用两台张拉装置对钢绞线两端进行张拉，同时利用实时监测装置实时监测隧道变形数据，通过张拉装置控制张拉速度。

本申请实施例还提供了一种用于实现所述的方法的盾构隧道结构变形恢复系统，包括：

螺杆，其固定安装于管片的内侧表面上；

钢绞线夹紧装置，其固定安装于道床上；

张拉装置，其用于提供张拉力；

钢绞线，其沿环向缠绕在管片内表面上的螺杆上，且一端固定于所述钢绞线夹紧装置上，另一端与所述张拉装置固定连接；

实时监测装置，其用于实时监测隧道变形。

作为本申请的一种优选改进，所述钢绞线通过螺母、垫片以及钢板固设于所述螺杆上。

本申请实施例的有益效果在于：

(1)通过采用三维激光扫描仪监测隧道变形，可以实现一区段隧道变形监测和数据采集，并及时反馈隧道变形情况以便及时调整和控制；并且三维激光不需要每环管片都布置传感器，可以节省设备材料，也减少了对隧道的影响和损害；

(2)利用激光传感器实时监测隧道较大变形区域变形，可以迅速，方便的反应隧道大变形区域的实时变形情况，以便进行及时的调整和控制；并且激光传感器的监测不需要对隧道进行拆解和破坏，可以进行无损检测，减少了对隧道的影响和损害；

(3)利用钢绞线恢复隧道变形可以承受较大的张力和拉力，同时具有较小的伸缩性和蠕变性；当隧道发生变形时，钢绞线的张力会随之产生变化，产生限制隧道变形的反作用力，抵消和平衡隧道的变形，达到恢复隧道稳定状态的目的；并且，左右两侧张拉装置分别与钢绞线两端相连，有效的控制隧道两侧变形恢复速度；

(4)本申请提供的方法克服了现有采用钢绞线恢复隧道仅考虑对称变形的缺点，本申请采用环向布置钢绞线，左右两侧分别用张拉装置张拉，属于永久性恢复隧道变形的方式，并且可以在不影响隧道正常运营的情况下有效的恢复隧道变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本申请一优选实施例的隧道恢复变形示意图；

图2为图1中A处的放大示意图；

图3为本申请一优选实施例的预埋螺杆立面图；

图4为本申请一优选实施例的固定钢绞线装置的正视图；

图5为本申请一优选实施例的固定钢绞线装置的立面图；

图6为本申请提供的盾构隧道结构变形恢复方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

请参见图1-5所示，本申请实施例提供了一种盾构隧道结构变形恢复系统，包括：螺杆1、螺帽2、钢绞线4、垫片6、钢板7、钢绞线夹紧装置9、实时监测装置10以及张拉装置11。

所述螺杆1固定安装于管片3的内侧表面上。

具体的，在浇筑所述管片3时，预埋所述螺杆1，预埋位置在管片3的中央位置。在安装所述螺杆1时，要注意控制螺杆1的垂直度和水平度，保证螺杆1垂直于管片3内表面。同时检查预埋位置的精确控制和孔的深度是否符合要求。

所述钢绞线夹紧装置9固定安装于道床8上。

具体的，将钢筋5和钢绞线夹紧装置9预埋在道床8浇筑模具的指定位置，在完成钢筋5和钢绞线夹紧装置9的安装后，再进行道床混凝土的浇筑，养护道床混凝土。

所述张拉装置11用于提供张拉力，在本申请中，所述张拉装置11选用液压千斤顶。

所述钢绞线4沿环向缠绕在管片3内表面上的螺杆1上，且一端固定于所述钢绞线夹紧装置9上，另一端与所述张拉装置11固定连接。

具体的，首先将所述钢绞线4一端固定在管片3一侧的所述钢绞线夹紧装置9上，保证所述钢绞线4不被拔出。

将所述钢绞线4依次穿过管片3上的所述螺杆1，利用所述张拉装置11张拉所述钢绞线4，保证所述钢绞线4不松弛，且紧贴于所述管片3上的所述螺杆1之间。

自下而上的将所述钢绞线4沿环向依次利用钢板7紧压所述钢绞线4，值得注意在所述钢板7上放上所述垫片6后，再扭紧所述螺帽2，保证固定所述钢绞线4不脱落。

张拉一次固定一次，直到所述钢绞线4环向布置在所述管片3的内表面上。

最后再将所述钢绞线4的另一侧固定在该侧的所述钢绞线夹紧装置9上，如若钢绞线4过长，可环绕在所述钢筋5后，再固定于所述钢绞线夹紧装置9上。

所述实时监测装置10用于实时监测隧道变形。在本申请提供的具体实施例中，所述实时监测装置10选用激光传感器。

具体的，所述实时监测装置10安装于能覆盖隧道的各个关键部位的监测点位上，先在该监测点位上安装实时监测装置支架，然后将所述实时监测装置10安装在传感器支架上，保证所述实时监测装置10与支架之间的接触紧密，同时应注意保护所述实时监测装置10免受外力干扰和损坏，并按照设计要求进行校准和调试。之后，将所述实时监测装置10与数据采集仪相连，将数据采集仪与数据传输设备进行连接，并设置好传输方式和参数。

再结合图6所示，本申请实施例提供的一种盾构隧道结构变形恢复方法，包括：

步骤S1，在管片3内表面预埋用于固定钢绞线4的螺杆1；

步骤S2，在道床预埋钢筋5和钢绞线夹紧装置9；

步骤S3，将钢绞线4沿环向缠绕在管片3内表面上的螺杆1上；

步骤S4，使用三维激光扫描隧道变形；

步骤S5，根据三维激光扫描隧道变形结果，安装隧道变形实时监测装置10；

步骤S6，用张拉装置11张拉隧道变形较大区域的管片3上的钢绞线4的两端，完成盾构隧道结构变形恢复。

步骤一中，所述在管片3内表面预埋用于固定钢绞线4的螺杆1，包括：

根据设计要求和实际情况，确定管片3需要预埋螺杆1的位置；

确保预埋位置的精确控制和孔的深度符合要求；

将螺杆1、螺帽2和垫片6按照设计要求组装好，然后将螺杆1安装到孔中；

在预埋螺杆1的位置上浇筑混凝土，并按照设计要求进行振捣和养护；

养护完成后，进行质量检查，检查螺杆1的垂直度、水平度和深度是否符合设计要求，同时检查预埋位置的精确控制和孔的深度是否符合要求。

步骤二中，在完成钢筋和钢绞线夹紧装置的安装后，还包括：

进行道床混凝土的浇筑；

养护和后续处理，确保道床混凝土的质量和稳定性。

步骤三中，所述将钢绞线4沿环向缠绕在管片3内表面上的螺杆1上，包括：

准备长度合适的钢绞线4，将钢绞线4的一端固定在道床8的钢绞线夹紧装置9上；

利用吊机以及张拉装置11自下而上的将钢绞线4沿着管片3环向布置，使其与管片3环向重合；

自下而上的将钢绞线4沿环向依次利用钢板7紧压，再扭紧螺帽2，保证钢绞线4不脱落；

张拉一次固定一次，直到钢绞线4环向布置在管片3的内表面上；

最后将钢绞线4的另一端固定在该侧的钢绞线夹紧装置9上。

步骤四中，所述使用三维激光扫描隧道变形，包括：

将三脚架（未图示）和三维激光扫描仪（未图示）安装在隧道内，根据隧道的形状和尺寸进行调整和固定；

启动三维激光扫描仪，开始对隧道进行扫描数据采集；

将采集到的三维点云数据导入到数据处理软件中，进行数据处理和分析；将处理后的三维模型数据导入到变形分析软件中，进行变形分析，得到隧道变形大小。

步骤五中，所述根据三维激光扫描隧道变形结果，安装隧道变形实时监测装置，包括：

根据三维激光扫描隧道变形结果，在隧道变形较大区域安装实时监测装置10监测隧道变形；

根据盾构隧道的设计参数和实际情况，确定需要安装的监测点位和数量，监测点位应覆盖隧道的各个关键部位，并考虑激光测量的范围和精度；

在监测点位的合适位置安装实时监测装置支架，支架的安装应按照设计要求进行，包括安装位置、固定方式和角度调整等；

将实时监测装置10安装在实时监测装置支架上，并按照设计要求进行校准和调试，实时监测装置10的安装应保证与支架之间的接触紧密，同时应注意保护传感器免受外力干扰和损坏；

将实时监测装置10与数据采集仪相连，将数据采集仪与数据传输设备进行连接，并设置好传输方式和参数。

在本申请提供的具体实施例中，所述实时监测装置10为激光传感器，利用激光传感器实时监测隧道较大变形区域变形，可以迅速，方便的反应隧道大变形区域的实时变形情况，以便进行及时的调整和控制；并且激光传感器的监测不需要对隧道进行拆解和破坏，可以进行无损检测，减少了对隧道的影响和损害。

步骤六中，所述用张拉装置11张拉隧道变形较大区域的管片3上的钢绞线4的两端，完成盾构隧道结构变形恢复，包括：

三维激光扫描隧道，当监测管片变形过大时，利用两台张拉装置11对钢绞线4两端进行张拉，同时利用实时监测装置10实时监测隧道变形数据，通过张拉装置11控制张拉速度。

具体的，通过操作液压千斤顶的控制阀门，逐步施加张拉力，通过保持输油管阀门打开大小来保持液压千斤顶拉力大小的稳定，从而保证隧道变形恢复的稳定、安全。在施加张拉力的过程中，需要注意控制张拉速度和张拉力的大小，避免对钢绞线和结构造成损伤。

本申请实施例的有益效果在于：

(1)通过采用三维激光扫描仪监测隧道变形，可以实现一区段隧道变形监测和数据采集，并及时反馈隧道变形情况以便及时调整和控制；并且三维激光不需要每环管片都布置传感器，可以节省设备材料，也减少了对隧道的影响和损害；

(2)利用激光传感器实时监测隧道较大变形区域变形，可以迅速，方便的反应隧道大变形区域的实时变形情况，以便进行及时的调整和控制；并且激光传感器的监测不需要对隧道进行拆解和破坏，可以进行无损检测，减少了对隧道的影响和损害；

(3)利用钢绞线恢复隧道变形可以承受较大的张力和拉力，同时具有较小的伸缩性和蠕变性；当隧道发生变形时，钢绞线的张力会随之产生变化，产生限制隧道变形的反作用力，抵消和平衡隧道的变形，达到恢复隧道稳定状态的目的；并且，左右两侧张拉装置分别与钢绞线两端相连，有效的控制隧道两侧变形恢复速度；

(4)本申请提供的方法克服了现有采用钢绞线恢复隧道仅考虑对称变形的缺点，本申请采用环向布置钢绞线，左右两侧分别用张拉装置张拉，属于永久性恢复隧道变形的方式，并且可以在不影响隧道正常运营的情况下有效的恢复隧道变形。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和系统的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (8)

1.一种盾构隧道结构变形恢复方法，其特征在于，包括：

步骤一，在管片内表面预埋用于固定钢绞线的螺杆，包括：

根据设计要求和实际情况，确定管片需要预埋螺杆的位置；

确保预埋位置的精确控制和孔的深度符合要求；

将螺杆、螺帽和垫片按照设计要求组装好，然后将螺杆安装到孔中；

在预埋螺杆的位置上浇筑混凝土，并按照设计要求进行振捣和养护；

养护完成后，进行质量检查，检查螺杆的垂直度、水平度和深度是否符合设计要求，同时检查预埋位置的精确控制和孔的深度是否符合要求；

步骤二，在道床预埋钢筋和钢绞线夹紧装置；

步骤三，将钢绞线沿环向缠绕在管片内表面上的螺杆上，包括：

准备长度合适的钢绞线，将钢绞线的一端固定在道床的钢绞线夹紧装置上；

利用吊机以及张拉装置自下而上的将钢绞线沿着管片环向布置，使其与管片环向重合；

自下而上的将钢绞线沿环向依次利用钢板紧压，再扭紧螺帽，保证钢绞线不脱落；

张拉一次固定一次，直到钢绞线环向布置在管片的内表面上；

最后将钢绞线的另一端固定在该侧的钢绞线夹紧装置上；

步骤四，使用三维激光扫描隧道变形；

步骤五，根据三维激光扫描隧道变形结果，安装隧道变形实时监测装置；

步骤六，用左右两侧张拉装置分别与钢绞线两端相连，通过张拉隧道变形较大区域的管片上的钢绞线的两端，控制隧道两侧变形恢复速度，完成盾构隧道结构变形恢复。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，在完成钢筋和钢绞线夹紧装置的安装后，还包括：

进行道床混凝土的浇筑；

养护和后续处理，确保道床混凝土的质量和稳定性。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，所述使用三维激光扫描隧道变形，包括：

将三脚架和三维激光扫描仪安装在隧道内，根据隧道的形状和尺寸进行调整和固定；

启动三维激光扫描仪，开始对隧道进行扫描数据采集；

将采集到的三维点云数据导入到数据处理软件中，进行数据处理和分析；将处理后的三维模型数据导入到变形分析软件中，进行变形分析，得到隧道变形大小。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五中，所述根据三维激光扫描隧道变形结果，安装隧道变形实时监测装置，包括：

根据三维激光扫描隧道变形结果，在隧道变形较大区域安装实时监测装置监测隧道变形；

根据盾构隧道的设计参数和实际情况，确定需要安装的监测点位和数量；

在监测点位的合适位置安装实时监测装置支架；

将实时监测装置安装在实时监测装置支架上，并按照设计要求进行校准和调试；

将实时监测装置与数据采集仪相连，将数据采集仪与数据传输设备进行连接，并设置好传输方式和参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实时监测装置为激光传感器。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤六中，所述用张拉装置张拉隧道变形较大区域的管片上的钢绞线的两端，完成盾构隧道结构变形恢复，包括：

三维激光扫描隧道，当监测管片变形过大时，利用两台张拉装置对钢绞线两端进行张拉，同时利用实时监测装置实时监测隧道变形数据，通过张拉装置控制张拉速度。

7.一种用于实现权利要求1-6任意一项所述的方法的盾构隧道结构变形恢复系统，其特征在于，包括：

螺杆，其固定安装于管片的内侧表面上；

钢绞线夹紧装置，其固定安装于道床上；

张拉装置，其用于提供张拉力；

钢绞线，其沿环向缠绕在管片内表面上的螺杆上，两端固定于所述钢绞线夹紧装置上，且在进行隧道结构变形恢复时，其两端分别固定于左右两侧的张拉装置上；

实时监测装置，其用于实时监测隧道变形。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述钢绞线通过螺母、垫片以及钢板固设于所述螺杆上。