三面封闭结构下长距离盾构推进方法

摘要

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种三面封闭结构下长距离盾构推进方法，该方法包括有如下步骤：在敞开段的前段区域设置至少二个监测断面，然后进行盾构施工，通过监测断面对其进行监测；对监测数据进行分析，以调整盾构掘进参数；在敞开段的后段区域内设置至少二个监测断面，以调整后的盾构掘进参数进行盾构施工，并通过监测断面对其进行监测；后段区域盾构完成后，对监测数据进行分析，以优化盾构掘进参数；在暗埋段内设置至少二个监测断面；以优化后的盾构掘进参数在其内进行盾构施工，并通过其中设置的监测断面进行监测；本发明的优点是：有效的降低甚至是消除了盾构推进施工时对下立交结构尤其是底板和两侧结构产生的不利影响。

说明书

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种三面封闭结构下长距离盾构推进方法。

背景技术

随着地铁的持续建设，地铁网络不断完善、城市地下空间开发利用的规模也不断扩大，进而使得新建盾构法隧道近距离穿越已建地铁隧道及其它各种地下建(构)筑物的现象越来越多。国外较著名的例如日本京都四条近间距、平行施工的盾构法地铁隧道，隧道间最小间距0.6m；国内近年来主要近距离施工项目包括上海地铁二号线河南中路站至人民公园站区间垂直穿越地铁一号线，最小净距1.2m；上海地铁四号线浦电路站至张扬路站区间斜向穿越运营中的地铁二号线等等。如何控制盾构近距离穿越地下建(构)筑物时所引起的地层位移，以确保已建地下空间设施的正常使用和盾构的顺利掘进，对于我国的地铁建设和城市地下空间开发利用，具有重要的指导作用。

但是对于单、双圆盾构在下立交隧道下三面封闭的环境中(下立交底板及两侧地连墙构成的半封闭结构)长距离近接施工，国内外目前尚无有效地施工方案。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种三面封闭结构下长距离盾构推进方法，该方法通过并在盾构掘进前设置在下立交底板下预设试验段和优化段，在盾构推进时对盾构掘进参数进行调整优化，达到了较好的控制地表沉降和对三面封闭结构产生较小扰动的目的。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种三面封闭结构下长距离盾构推进方法，该方法涉及一种其下方有隧道穿越的三面封闭结构，所述三面封闭结构由下立交底板及于所述下立交底板两侧垂直设置的地连墙组成，所述下立交底板下方为隧道施工区段中的暗埋段，所述暗埋段前的施工区域为敞开段，其特征在于该方法包括有如下步骤：

a)在所述敞开段的前段区域设置至少二个监测断面；

b)于所述前段区域进行盾构施工，并通过其中设置的监测断面对所述前段区域进行监测；

c)所述前段区域盾构完成后，对监测数据进行分析，以调整盾构掘进参数；

d)在所述敞开段的后段区域内设置至少二个监测断面；

e)以步骤c)中调整后的盾构掘进参数在所述后段区域进行盾构施工，通过所述监测断面对所述后段区域进行监测；

f)所述后段区域盾构完成后，对监测数据进行分析，以优化步骤c)中所述盾构掘进参数；

g)在所述暗埋段内设置至少二个监测断面；

h)以步骤f)中优化后的盾构掘进参数在所述暗埋段进行盾构施工，并通过其中设置的监测断面进行监测。

步骤h)中所述盾构施工还包括有结构补强工序，所述结构补强工序指的是所述同步注浆施工过程中，在所述隧道上部的注浆孔中打入预埋注浆管，之后通过所述预埋注浆管进行双液注浆加固。

所述预埋管长度为1.5m。

所述注浆孔位于隧道水平中心线上方，且与水平中心线夹角为0度-180度的范围内。

所述与水平中心线夹角的最佳范围值为45度-135度。

所述监测断面内布置有测斜仪、分层沉降仪、土压力盒、孔隙水压力计、钢筋计。

所述监测断面等距设置，其间距不小于隧道埋深。

所述前段区域、后段区域和暗埋段设置的监测断面的数量均为三个。

所述下立交底板上预埋卸压孔，所述卸压孔在盾构隧道施工完成后，进行封堵处理。

所述卸压孔的预埋步骤为：首先在所述下立交底板的垫层浇筑时，利用预制件插入土体中作为卸压孔的预留安装位，然后将钢管套装入并固定于所述预留安装位中，之后将所述钢管与底板钢筋笼结构固定连接，并采用塞子封闭所述钢管两端开口，之后进行混凝土浇筑，最后于盾构施工前去除所述塞子。

对于以上技术方案，具体解释如下：

上述出现的盾构推进区域，其指的是盾构推进至三面封闭结构前，预留出敞开段，并加上暗埋段后的一个总体施工区域，该区域从敞开段第一个检测断面前不小于30m处起，至暗埋段尾止。其中敞开段包括有下立交结构前，自然路面倾斜下降的一段盾构施工区域，敞开段的长度应根据检测断面数量和间距进行选择。检测断面的数量和间距应根据地质情况而定，其具体选择见下文。

上述注浆孔位于隧道上部0度-180度范围内，其具体指的是在隧道(包括双圆和单圆隧道)横截面建立坐标系(如图6所示)，以其隧道中心为原点，以其水平中心线为X轴方向，在与X轴夹角为0度-180度范围内的隧道水平中心线以上的区域，同理，所述注浆孔位于隧道上部45度-135度范围内指的是在隧道水平中心线上部与X轴夹角为45度-135度范围内，即为一呈90度的扇形区域。根据具体施工监测状况，选择加固注浆范围，可有效支撑下立交底板，以避免塌陷。

上述检测断面的设置规则是监测断面等距均匀设置，其间距不小于隧道埋深，这样设置的目的是：考虑盾构推进时产生的剪应力作用，使监测断面间距大于隧道埋深，可避免监测断面由于剪应力的存在而产生相互影响。在自然地面倾斜处，该数值应选择该段内所有监测断面中对应的最大隧道埋深。

上述预埋卸压孔时，为防止地下水沿卸压孔钢管外侧进入下立交底板的钢筋混凝土结构的内部，混凝土浇筑前，该钢管外壁于近两端部处环焊有止水钢板。

上述卸压孔的封堵方式是，首先对所述卸压孔的内部进行清理，采用素混凝土填充，之后采用封头钢板环焊封闭所述卸压孔的两端部，最后于所述钢板外部浇筑素混凝土。

本发明的优点是：有效的降低甚至是消除了盾构推进施工时对下立交结构尤其是底板和两侧结构产生的不利影响。

附图说明

附图1a是本发明实施例单圆盾构与三面封闭结构相对位置示意图；

附图1b是本发明实施例双圆盾构与三面封闭结构相对位置示意图；

附图2a是本发明实施例单圆盾构施工监测断面测点布置示意图I；

附图2b是本发明实施例双圆盾构施工监测断面测点布置示意图I；

附图3a是本发明实施例单圆盾构施工监测断面测点布置示意图II；

附图3b是本发明实施例双圆盾构施工监测断面测点布置示意图II；

附图4a是本发明实施例单圆盾构施工监测断面测点布置示意图III；

附图4b是本发明实施例双圆盾构施工监测断面测点布置示意图III；

附图5是本发明实施例监测断面整体布置示意图；

附图6是本发明实施例注浆孔分布范围示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-6所示，标号1-11分别表示：底板1、地连墙2、自然地面3、双圆隧道4、单圆隧道5、监测断面6、分层沉降仪7、孔隙水压力计8、钢筋计9、土压力盒10、测斜仪11。

本实施例中将敞开段前段称为试验段，其后段称为优化段，这两段的长度取决于监测断面6的数量和间距。监测断面6的分布如图5所示，监测断面6均匀等距设置，其间距大于隧道埋深5M。在优化段自然路面倾斜的区域内，该数值应选择该段内所有监测断面6中对应的最大隧道埋深。

如图1-6所示，本发明施工流程如下：

(1)对下立交结构的底板，按一定的间距设置卸压孔，对减小土体的挤压力和孔隙水压力有很好的效果，另外，卸压孔也为后期补压浆提供方便。

(2)盾构施工前即进行详细合理的监测方案论证，根据具体的工况设置试验段，在试验段中设置3个监测断面6，监测断面6中预埋测斜仪11、分层沉降仪7、土压力盒10、孔隙水压力计8、钢筋计9等监测设备。

(3)盾构通过试验段的前后，及时分析监测数据，使用分层沉降仪测定土体内部不同深度沉降，不同深度、不同土层沉降量、地表沉降量，确定盾构到达前、通过时、通过后不同阶段对土体竖向扰动。并将监测数值与施工管理标准值、允许值比较，将比较结果反馈给工程师；同步记录盾构机密封仓土压力、盾构掘进速度、同步注浆压力、注浆量等数据反馈给工程师。工程师采用数理统计的原理，找出上述参数之间的关联，从而进行穿越段土压力设定、推进速度和同步注浆等关键参数的初始设定。

(4)之后在优化段设置3个监测断面6，该监测断面6与实验段相同。盾构施工后，将其数据与试验段对比，再次优化施工参数。

(5)在暗埋段设置3个监测断面6，之后以优化后的施工参数进行暗埋段的盾构施工。

(6)在暗埋段的多点同步注浆施工过程中，从隧道上部预留注浆孔中打入适当数量的预埋注浆管，预埋注浆管深度为1.5m。预埋注浆管打入后，根据监测数据和实际要求，随时准备进行跟踪注浆加固。加固后的土体应有良好的均匀性和较小的渗透系数，注浆加固后土体强度要求Ps≥1.2Mpa。隧道推进结束后，根据实测资料，可对变形较大的部分，打开预留的注浆孔进行二次双液注浆，以减小固结沉降引起的下立交结构变形。

(7)盾构通过后，根据监测资料，判断底板是否与土体脱离，从而决定是否需要通过卸压孔补浆。

(8)待底板1下注浆填充密实、土体沉降稳定后，清空卸压孔内部杂物，用素混凝土填充密实，采用封头钢板对卸压孔的孔口进行密封焊接，之后在其上方用素混凝土浇筑，达到防水设计要求。

上述施工流程中，涉及底板1中预埋卸压孔的工序，在条件不允许的情况下可省略，同时本发明方法所涉及的施工流程，包括但不限于上述的八个步骤。具体施工中还应根据具体的工况，结合其他常见的施工方法。

结合上述施工流程，本实施例中的施工要求如下：

如图2-4所示，监测断面6内布置测斜仪11、分层沉降仪7、土压力盒10、孔隙水压力计8、钢筋计9，以综合分析盾构推进对下立交的影响，调整盾构推进施工参数，以保证下立交的结构安全。施工过程中对盾构前方20m，后方30m范围内的测点进行监测，每天测量两次，如数据变化较大，增加监测频率。同时在布置上述监测断面6外，为保证下立交的安全，在下立交底板1下，隧道中心轴线位置上每10m布置一组分层沉降仪7，每30m布置一组土压力盒10与孔隙水压力计8；在地连墙2侧每30m布置一组测斜仪11。

使用测斜仪11测定盾构四周土体水平位移，判断盾构推进方向两侧挤土、双圆盾构海鸥块管片上部背土效应，引起土体沿纵向走动，量化分析土体位移和土层损失。

使用分层沉降仪7测定土体内部不同深度沉降，不同深度、不同土层沉降量、地表沉降量，确定盾构到达前、通过时、通过后不同阶段对土体竖向扰动。

使用孔隙水压力计8测定土体孔隙水压力变化，确定土体瞬时及后期沉降参数。

使用土压力盒10、钢筋计9测定下立交顶板、底板1、地连墙2、中墙在立交施工过程、盾构推进过程及施工完成后一定时间的受力变化规律。

土压力设定时，要考虑隧道上部土体损失以及已建下立交的附加应力的影响。通过对每环推进的实际出土量与理论出土重量进行比较，严格控制开挖面的土压平衡，减少对土体的扰动，防止超挖及欠挖。

在下立交下方推进时，将多点同步注浆量由常规的150％增加到200％左右，并根据实际情况做适当调整，以减少管片脱出盾尾后的地面沉降；同时加大盾尾油脂的压注量，确保盾尾不漏浆。注浆压力略大于静止土压力，以控制地表变形与不漏浆为原则。