一种盾构隧道复杂掘进环境下控制地层变形的方法

摘要

本发明涉及盾构领域，特别是一种盾构隧道复杂掘进环境下控制地层变形的方法，其包括：A、勘察目标地层结构并确定试验段距离；B、准备若干套土仓压力比和同步注浆压力比参数，使盾构采用所述参数在试验段掘进；C、监控试验段变形情况，转换不同套的参数，选择出最优参数，继续掘进直到下一地层结构；D、在后续与试验段地层相同特性的地层中，使用对应的所述最优参数；本发明的发明目的在于提供一种适应复杂地层结构便于提高整体工程效率，更安全的盾构隧道复杂掘进环境下控制地层变形的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及盾构领域，特别是一种盾构隧道复杂掘进环境下控制地层变形的方法。

背景技术

现复合地层盾构掘进单元控制的主要目标就是控制地层变形的影响，减小对周边土体的扰动。

现有业界认可的盾构掘进过程中产生的地层变形主要由以下五部分组成：

(1)盾构达到前的地层变形；

(2)盾构到达时的地层变形；

(3)盾构通过时的地层变形；

(4)脱出盾尾后的地层变形；

(5)地层后期固结沉降。

前述各阶段变形盾构掘进施工阶段主要是土仓压力和同步注浆两个参数指标来进行控制。

通常某一城市或地区地层历史沉积分布较为均匀，盾构小范围连续穿越多种典型地层的案例非常少见，故上述的两个参数在单个区间得到某一范围的修正经验系数后，能实用于本地区内其他区段地层。

但随着国家经济的发展，越来越多的中西部城市也开始建造地铁，这些盾构隧道在穿越地层的过程中，有可能掘进断面连续遭遇粘土、粉质粘土、粉砂、砂土、圆砾、膨胀泥岩等不同特性的地层，如果这两个参数控制不当，极易发生地面塌陷、房屋开裂、刀盘卡死等严重的工程事故。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的发明目的在于提供一种适应复杂地层结构便于提高整体工程效率，更安全的盾构隧道复杂掘进环境下控制地层变形的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种盾构隧道复杂掘进环境下控制地层变形的方法，其包括：

A、勘察目标地层结构并确定试验段距离；

B、准备若干套土仓压力比和同步注浆压力比参数，使盾构采用所述参数在试验段掘进；

C、监控试验段变形情况，转换不同套的参数，选择出最优参数，继续掘进直到下一地层结构；

D、在后续与试验段地层相同特性的地层中，使用对应的所述最优参数。

通过A-D，在到达新的地层结构中时，不用像背景技术中所述的那样每次都进行土仓压力比和同步注浆压力比参数的修正，效率低，而且容易造成不合格段，后续补浆很影响效率，通过A-D的方式，可以在若干不同地层结构交叉的情况下，每种地层结构的经历过一次最优参数选择后，后续再次遇到该种地层结构，盾构可直接采用最优参数进行掘进，在复杂掘进环境下，提高整体工程效率，同时减小整体参数修正的次数，减小不合格段的范围，更安全。

作为本发明的优选方案，还包括步骤E，当盾构到达地层特性未施工过的地层时，重复A-D，进行新的地层结构的最优参数的得出。

作为本发明的优选方案，步骤C中，试验段变形情况判定因素包括地面沉降参数。

作为本发明的优选方案，步骤C中，监控试验段变形情况的同时，进行实际土仓压力的量测，便于记录同时也便于土仓压力的调整。

作为本发明的优选方案，步骤C中，监控试验段变形情况的同时，进行实际同步注浆压力的量测，便于记录同时也便于同步注浆压力的调整。

作为本发明的优选方案，步骤C中，试验段变形情况判定因素包括地质雷达扫描空洞现象的参数，对试验段变形情况掌握更准确。

作为本发明的优选方案，步骤C中，实际土仓压力的量测时，在盾构中的土仓隔板上布置4个或5个土压力传感器，土仓压力测量效果更好。

作为本发明的优选方案，步骤C中，实际同步注浆压力的量测时，在盾构的盾尾的管片的注浆孔布设传感器，同步注浆压力测量效果更好。

本发明的有益效果是：

通过A-D，在到达新的地层结构中时，不用像背景技术中所述的那样每次都进行土仓压力比和同步注浆压力比参数的修正，效率低，而且容易造成不合格段，后续补浆很影响效率，通过A-D的方式，可以在若干不同地层结构交叉的情况下，每种地层结构的经历过一次最优参数选择后，后续再次遇到该种地层结构，盾构可直接采用最优参数进行掘进，在复杂掘进环境下，提高整体工程效率，同时减小整体参数修正的次数，减小不合格段的范围，更安全。

附图说明

图1为土仓压力比——地表变形拟合曲线图，

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明的发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种盾构隧道复杂掘进环境下控制地层变形的方法，其包括：

A、勘察目标地层结构并确定试验段距离；

B、准备若干套土仓压力比和同步注浆压力比参数，使盾构采用所述参数在试验段掘进；

C、监控试验段变形情况(试验段变形情况判定因素包括地面沉降参数和地质雷达扫描空洞现象的参数，同时，监控试验段变形情况的同时，进行实际土仓压力的量测和实际同步注浆压力的量测)，转换不同套的参数，选择出最优参数，继续掘进直到下一地层结构；

D、在后续与试验段地层相同特性的地层中，使用对应的所述最优参数；

E，当盾构到达地层特性未施工过的地层时，重复A-D。

具体的，步骤C中，实际土仓压力的量测时，划分掘进单元区段，每隔十环衬砌管片作为一个计算与实际量测断面，在盾构中的土仓隔板上布置4个或5个土压力传感器，在对应量测断面的地表布置位移传感器，用于量测地表沉降，在盾构机掘进过程中，不断提取土压力传感器的数据，计算土仓压力比参数，计算公式：土仓压力比＝实测土压力值/静止侧向土压力值，其中，实测土压力值通过土压力传感器实测得出，静止土压力力通过水土分算或者水土合算得出；

分盾构推进土层区域，在二维平面图内绘制出”土仓压力比——地表沉降”散点图，并采用最小二成拟合法用直线拟合“土仓压力比——地表沉降”，该直线与横轴的交点即为该土层最优土仓压力比；

实际同步注浆压力的量测时，划分掘进单元区段，每隔十环衬砌管片作为一个计算与实际量测断面，在盾构的盾尾的管片的注浆孔布设传感器，在对应量测断面的地表布置位移传感器，用于量测地表沉降；在盾构机掘进过程中，不断提取传感器中同步注浆压力数据，计算注浆压力比参数，计算公式：同步注浆压力比＝实测同步注浆力值/计算注浆力值，其中，实测土压力值通过传感器实测得出，计算注浆压力值可采用考虑土拱效应的隧道上覆土压力计算公式计算得出；分盾构推进土层区域，在二维平面图内绘制出“注浆压力比——地表沉降”散点图，并采用最小二成拟合法用直线拟合”注浆土仓压力比——地表沉降”，该直线与横轴的交点即为该图层最优注浆压力比。

具体应用中，举例土仓压力参数优化的一个实际例子：

a)首先通过前述实测土仓压力比、地表沉降数据绘制出散点图，并分土层进行拟合，具体见图1

b)根据拟合曲线，导出各掘进土层趋势线方程，具体见表1(不同土层土仓压力比——地表变形拟合曲线方程表)；

表1

c)根据方程，求出交点，汇总后得出成套土仓压力比参数表，具体见表2(不同土层土仓压力比系数建议值)；

表2

单元α建议值粘土单元1.17砂土单元1.21卵砾石单元0.91岩石单元1.09粘土、卵砾石复合单元1.18砂土、卵砾石复合单元1.25卵砾石、岩土复合单元0.93

对于同步注浆压力，和上述步骤相似。