CN114658441B - 一种控制盾构隧道上浮的移动装置及加固方法 - Google Patents
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Abstract
一种控制盾构隧道上浮的移动装置及加固方法，移动装置至少包括电瓶车、储水罐、排水管、片状钢架和型钢连接件，储水罐架设在各个电瓶车车身上；盾构隧道管片上的各个管片孔通过排水管与储水罐连接；片状钢架沿着盾构隧道径向布置若干组，设置在储水罐四周与盾构隧道管片之间；型钢连接件沿着盾构隧道径向与每组片状钢架连接。加固方法包括步骤：1）隧道洞内通过管片孔进行排水；2）隧道内采用若干个电瓶车支撑储水罐，储水罐四周的各组片状钢架及型钢连接件作为钢架支撑，用于加固支撑盾构隧道管片；3）隧道压重加固；4）动态实时调整电瓶车重量。本发明具有快速性、移动性、实时性等特点，可控制盾构隧道上浮，确保盾构隧道结构安全。
Description
技术领域
本发明涉及盾构隧道施工领域，具体涉及一种控制盾构隧道上浮的移动装置及加固方法。
背景技术
目前，临近轨道交通的地下空间的开发越来越多，不可避免的出现在盾构隧道上方进行基坑开挖，导致盾构隧道上方土体卸载的情况出现，地面基坑开挖引起的土体卸载对盾构隧道产生附加应力和变形，同时由于地下水位的上升，土体孔隙水压增大，有效应力减小，土体发生回弹，土体压缩模量变小，在同样的应力水平下土体呈现较大的应变和变形量，上部土体的回弹变形使得下部土层受到向上的应力，导致盾构隧道上浮，引起盾构隧道管片开裂、错台、变形，严重影响盾构隧道结构安全，甚至影响地铁运营的安全。
而现有控制盾构隧道变形的方法主要集中在土体抽条开挖、土体加固、设置板桩锚等，而涉及盾构隧道加固控制方法较少；已有的排水减压方法只能通过降水减压，不能应对基坑开挖造成的隧道上浮；并且现有的排水装置大多为固定式，所需投资较大，因此有必要采取一系列措施在排水减压的同时对盾构隧道进行加固控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有控制盾构隧道变形方法存在的上述不足，提供一种控制盾构隧道上浮的移动装置及加固方法，实时控制盾构隧道变形，解决了原有片面控制盾构隧道上浮变形的缺点，在确保盾构隧道结构安全的同时，具有移动便携性好、应用范围广，可重复利用，投资较小等优势。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种控制盾构隧道上浮的移动装置，至少包括电瓶车、储水罐、排水管、片状钢架和型钢连接件，所述电瓶车设置若干个（电瓶车作为可移动式的支撑装置，数量根据现场实际需要确定），布置在盾构隧道内，所述储水罐架设在各个电瓶车车身上；盾构隧道管片上预留布置若干管片孔，各个管片孔通过排水管与储水罐连接；所述片状钢架沿着盾构隧道径向布置若干组，各组片状钢架设置在储水罐四周与盾构隧道管片之间，片状钢架底部焊接于电瓶车车身上；所述型钢连接件设置在盾构隧道的侧面和顶部，各个型钢连接件沿着盾构隧道径向与每组片状钢架连接。
按上述方案，所述片状钢架由圆环状[14b型钢、工22b型钢、工16型钢焊接而成，工16型钢焊接于电瓶车车身上，工22b型钢与工16型钢焊接，圆环状[14b型钢焊接在工22b型钢及工16型钢的外围。
按上述方案，所述型钢连接件采用若干长条形[14b型钢，各个型钢连接件沿着盾构隧道径向与每组片状钢架外围的圆环状[14b型钢通过螺栓连接。
按上述方案，还包括可调节支撑，可调节支撑设置在片状钢架与盾构隧道管片之间，片状钢架与盾构隧道管片通过可调节支撑接触。
按上述方案，所述片状钢架外围的圆环状[14b型钢上开设若干孔，各个开孔处焊接螺母，所述可调节支撑包括螺纹钢管和支撑板，螺纹钢管一端与开孔处焊接的螺母连接，螺纹钢管另一端与支撑板固定连接，支撑板上安装橡胶垫块，片状钢架与盾构隧道管片通过支撑板上的橡胶垫块接触。
按上述方案，所述储水罐为圆形储水罐，储水罐内部通过隔板分为储水区域和辅助压重区域。
本发明还提供了一种采用上述控制盾构隧道上浮的移动装置对盾构隧道的加固方法，包括如下步骤：
（1）地下水位上升时，通过盾构隧道管片上预留的管片孔进行排水，减小地下水对盾构隧道管片的浮力作用，同时排出的地下水通过排水管输入到储水罐中，增加电瓶车重量，起到抵抗浮力的作用；
（2）隧道内采用若干个电瓶车作为可移动式的支撑装置，支撑储水罐，储水罐四周的各组片状钢架及型钢连接件作为钢架支撑，用于加固支撑盾构隧道管片，避免盾构隧道管片变形破坏；
（3）隧道压重加固，当通过管片孔排水后，盾构隧道仍有上浮趋势时，通过向电瓶车上的储水罐中注入水以及在辅助压重区域设置沙袋来增加电瓶车的重量，设置压重之后，于隧道内设置监测点，使用全站仪对监测点进行定期监测。
按上述方案，还包括步骤（4）：动态实时调整电瓶车重量，当盾构隧道上方进行基坑开挖时，根据基坑开挖的重量，通过调节储水罐中的水量实时调整电瓶车重量；若储水罐装满水后仍然不能满足抗浮的要求，则在辅助压重区域设置沙袋，以达到抗浮的要求。
按上述方案，所述步骤（2）中，每片片状钢架外围相应位置焊接螺母并开孔，开孔处装入可调节支撑，支撑板上安装橡胶垫块，片状钢架与盾构隧道管片通过支撑板上的橡胶垫块接触（可调节支撑配合各组片状钢架形成可伸缩调节的钢架支撑，以适用不同直径的盾构隧道，橡胶垫块使可调节支撑与不同弧度的盾构隧道管片均可以贴合）。
按上述方案，所述步骤（3）中辅以监测技术进行压重调整，具体为：监测点包括拱顶沉降监测点和水平位移监测点，拱顶沉降监测点设置于隧道竖向中心线的拱顶处，水平位移监测点设于隧道水平中心线与盾构隧道管片交界处，盾构隧道监测断面间距根据工程实际情况布设，通过全站仪监测的监测数据对压重进行及时调整，监测数据包括沉降量和上浮变形量，当沉降量超过10mm预警值时适当减少压重，当上浮变形量超过10mm预警值时适当增加压重；同时根据上覆开挖土体重量、开挖速度、开挖位置及监测数据动态实时调整电瓶车重量及位置。
本发明与现有技术相比较，具有如下有益效果：
1、本发明地下水位上升时，通过隧道管片孔进行排水，将地下水排入储水罐，既能达到减小水浮力的目的，又能增加储水罐重量，增加抗浮效果；通过多方式有效实现快速实时直接控制盾构隧道上浮变形，解决了原有片面控制盾构隧道上浮变形的缺点，确保盾构隧道结构安全；
2、隧道内采用可移动式的支撑装置电瓶车，电瓶车可根据移动，可以根据上方基坑开挖位置实时自由移动，具有便携的移动功能，通过增加电瓶车数量，增大盾构隧道管片加固范围，储水罐四周为可伸缩的钢架组成，用于加固支撑盾构隧道管片，避免盾构隧道管片变形破坏；储水罐四周安装可伸缩调节的钢架支撑，钢架支撑具有可伸缩功能，且可以适用于不同直径的隧道，具备快速加固隧道的功能，应用范围广，且无需拆卸钢架，速度快；
3、每节储水罐通过隔板分为储水区和压重区，根据地下水量及上方基坑土体开挖量调节储水区与压重区的分隔容量，压重区通过装入沙袋等压重物质增加电瓶车重量，达到控制隧道上浮的作用；
4、在前述基础上上，辅以监测技术，根据上覆开挖土体重量、开挖速度、开挖位置及监测数据动态实时调整电瓶车重量及位置，原理简单且方法可靠。
附图说明
图1为本发明控制盾构隧道上浮的移动装置的结构示意图；
图2为本发明控制盾构隧道上浮的移动装置的立体结构示意图；
图3为本发明控制盾构隧道上浮的移动装置中片状钢架的横向剖面图；
图4为本发明控制盾构隧道上浮的移动装置中可调节支撑的结构示意图；
图5为本发明控制盾构隧道上浮的移动装置中储水罐的内部构造图；
图6为本发明方法中的监测断面的监测点布置示意图；
图中，1-盾构隧道管片，2-排水管，3-储水罐，4-电瓶车，5-车轮，6-型钢连接件，7-片状钢架，8-螺栓，9-圆环状[14b型钢，10-可调节支撑，11-工22b型钢，12-工16型钢，13-螺纹钢管，14-橡胶垫块，15-支撑板，16-螺母，17-储水区域，18-辅助压重区域，19-拱顶沉降监测点，20-水平位移监测点。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。
本发明实施例隧道内采用盾构隧道移动式排水减压抗浮装置对盾构隧道管片1进行支撑及加固，如图1所示，该盾构隧道移动式排水减压抗浮装置包括排水管2、储水罐3、电瓶车4、片状钢架7、型钢连接件6和可调节支撑10，电瓶车4设置若干个（电瓶车4作为可移动式的支撑装置，数量根据现场实际需要确定），通过车轮5布置在盾构隧道内；储水罐3通过焊接于车身上的钢筋笼架设在各个电瓶车4车身中间，优选为圆形储水罐；盾构隧道管片1上预留布置若干管片孔，各个管片孔通过排水管2与储水罐3连接；如图2-图3所示，片状钢架7沿着盾构隧道径向布置若干组，各组片状钢架7设置在储水罐3四周与盾构隧道管片1之间，片状钢架7底部焊接于电瓶车4车身上，型钢连接件6设置在盾构隧道的侧面和顶部，各个型钢连接件6沿着盾构隧道径向将每片片状钢架7连接起来，整体形成可拆卸的立体型钢门架；片状钢架7由圆环状[14b型钢9、工22b型钢11、工16型钢12焊接而成，工16型钢12焊接于电瓶车4车身上，工22b型钢11与工16型钢12焊接，圆环状[14b型钢9焊接在工22b型钢11及工16型钢12的外围，型钢连接件6采用若干长条形[14b型钢，各个长条形[14b型钢沿着盾构隧道径向与每组片状钢架7外围的圆环状[14b型钢9通过螺栓8连接；如图3~图4所示，每组片状钢架7外围的圆环状[14b型钢9的相应位置焊接螺母15并开孔，开孔处装入可调节支撑10，可调节支撑10包括螺纹钢管13、橡胶垫块14和支撑板15，螺纹钢管13一端与片状钢架7的圆环状[14b型钢9开孔处焊接的螺母16连接，螺纹钢管13另一端与支撑板15固定连接，橡胶垫块14使用螺栓安装于支撑板15上，橡胶垫块14与盾构隧道管片1接触；片状钢架7与盾构隧道管片1通过可调节支撑10接触，使其可以适用于不同直径的盾构隧道。
如图5所示，储水罐3为圆形储水罐，储水罐3内部通过隔板分为储水区域17和辅助压重区域18，隔板根据需要可以设置为可移动调节的，这样可以根据开挖量的大小来计算所需沙袋的重量，在开挖量大的情况下，合理增加沙袋。
本发明实施例采用上述控制盾构隧道上浮的移动装置对盾构隧道的加固方法，包括如下步骤：
（1）如图1所示，地下水位上升时，盾构隧道管片1上预留管片孔，隧道洞内通过管片孔连接排水管2进行排水，减小地下水对盾构隧道管片1的浮力作用，排出的地下水通过排水管2输入到储水罐3中，增加电瓶车4重量，起到抵抗浮力的作用；
（2）隧道内采用若干个电瓶车4作为可移动式的支撑装置，支撑储水罐3，储水罐3四周的各组片状钢架7及型钢连接件6作为钢架支撑，用于加固支撑盾构隧道管片1，避免盾构隧道管片1变形破坏；每片片状钢架7外围相应位置焊接螺母16并开孔，开孔处装入可调节支撑10，片状钢架7与盾构隧道管片1通过可调节支撑10接触，可调节支撑10配合各组片状钢架7形成可伸缩调节的钢架支撑，以适用不同直径的盾构隧道，支撑板15上的橡胶垫块14使可调节支撑与不同弧度的盾构隧道管片均可以贴合。
（3）隧道压重加固，当通过管片孔排水后，盾构隧道仍有上浮趋势时，通过向电瓶车4上的储水罐的储水区域17中注入水以及在辅助压重区域18设置沙袋等来增加电瓶车4的重量，设置压重之后，辅以监测技术进行压重调整，于隧道内设置监测点，使用全站仪对监测点进行定期监测；如图6所示，监测点包括拱顶沉降监测点19和水平位移监测点20，拱顶沉降监测点19设置于隧道竖向中心线的拱顶处，水平位移监测点20设于隧道水平中心线与盾构隧道管片1交界处，盾构隧道监测断面间距根据工程实际情况布设，具体为：当盾构隧道顶距基坑底部小于等于一倍盾构隧道直径时，每4.5m布设1个监测断面，即每3环盾构隧道管片1布设1个监测断面；当盾构隧道顶距基坑底部大于一倍盾构隧道直径小于等于二倍盾构隧道直径时，每7.5m布设1个监测断面，即每5环盾构隧道管片1布设1个监测断面；当盾构隧道顶距基坑底部大于二倍盾构隧道直径时，每9m布设1个监测断面，即每6环盾构隧道管片1布设1个监测断面；对于存在错台问题的盾构隧道管片1的易发生变形区域进行加密点位布设，同时，针对隧道区间与车站连接处洞门等易发生变形区域进行加密点位布设；
（4）通过全站仪监测的监测数据动态实时调整电瓶车4重量，当盾构隧道上方进行基坑开挖时，根据基坑开挖的重量，通过调节储水罐3中的水量与辅助压重实时调整电瓶车4重量，具体为：当沉降量超过10mm预警值时适当减少压重，当上浮变形量超过10mm预警值时适当增加压重；若盾构隧道上方需进行基坑开挖，先通过大致计算得到基坑开挖的重量，根据开挖速度和监测数据，通过调节储水罐3中的水量与辅助压重实时调整电瓶车4重量，比如逐渐增加沙袋重量；若储水罐储水区域17装满水后仍然不能满足抗浮的要求，则在辅助压重区域18设置沙袋，以达到抗浮的要求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种控制盾构隧道上浮的移动装置，其特征在于，至少包括电瓶车、储水罐、排水管、片状钢架和型钢连接件，所述电瓶车设置若干个，布置在盾构隧道内，所述储水罐架设在各个电瓶车车身上；盾构隧道管片上预留布置若干管片孔，各个管片孔通过排水管与储水罐连接；所述片状钢架沿着盾构隧道径向布置若干组，各组片状钢架设置在储水罐四周与盾构隧道管片之间，片状钢架底部焊接于电瓶车车身上；所述型钢连接件设置在盾构隧道的侧面和顶部，各个型钢连接件沿着盾构隧道径向与每组片状钢架连接；还包括可调节支撑，可调节支撑设置在片状钢架与盾构隧道管片之间，片状钢架与盾构隧道管片通过可调节支撑接触；所述片状钢架外围的圆环状[14b型钢上开设若干孔，各个开孔处焊接螺母，所述可调节支撑包括螺纹钢管和支撑板，螺纹钢管一端与开孔处焊接的螺母连接，螺纹钢管另一端与支撑板固定连接，支撑板上安装橡胶垫块，片状钢架与盾构隧道管片通过支撑板上的橡胶垫块接触；所述储水罐为圆形储水罐，储水罐内部通过隔板分为储水区域和辅助压重区域。
2.根据权利要求1所述的一种控制盾构隧道上浮的移动装置，其特征在于，所述片状钢架由圆环状[14b型钢、工22b型钢、工16型钢焊接而成，工16型钢焊接于电瓶车车身上，工22b型钢与工16型钢焊接，圆环状[14b型钢焊接在工22b型钢及工16型钢的外围。
3.根据权利要求1所述的一种控制盾构隧道上浮的移动装置，其特征在于，所述型钢连接件采用若干长条形[14b型钢，各个型钢连接件沿着盾构隧道径向与每组片状钢架外围的圆环状[14b型钢通过螺栓连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种控制盾构隧道上浮的移动装置对盾构隧道的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）地下水位上升时，通过盾构隧道管片上预留的管片孔进行排水，减小地下水对盾构隧道管片的浮力作用，同时排出的地下水通过排水管输入到储水罐中，增加电瓶车重量，起到抵抗浮力的作用；
（2）隧道内采用若干个电瓶车作为可移动式的支撑装置，支撑储水罐，储水罐四周的各组片状钢架及型钢连接件作为钢架支撑，用于加固支撑盾构隧道管片，避免盾构隧道管片变形破坏；
（3）隧道压重加固，当通过管片孔排水后，盾构隧道仍有上浮趋势时，通过向电瓶车上的储水罐中注入水以及在辅助压重区域设置沙袋来增加电瓶车的重量，设置压重之后，于隧道内设置监测点，使用全站仪对监测点进行定期监测；
（4）动态实时调整电瓶车重量，当盾构隧道上方进行基坑开挖时，根据基坑开挖的重量，通过调节储水罐中的水量实时调整电瓶车重量；若储水罐装满水后仍然不能满足抗浮的要求，则在辅助压重区域设置沙袋，以达到抗浮的要求。
5.根据权利要求4所述的一种控制盾构隧道上浮的移动装置对盾构隧道的加固方法，其特征在于，所述步骤（2）中，每片片状钢架外围相应位置焊接螺母并开孔，开孔处装入可调节支撑，支撑板上安装橡胶垫块，片状钢架与盾构隧道管片通过可调节支撑上的橡胶垫块接触。
6.根据权利要求4所述的一种控制盾构隧道上浮的移动装置对盾构隧道的加固方法，其特征在于，所述步骤（3）中辅以监测技术进行压重调整，具体为：监测点包括拱顶沉降监测点和水平位移监测点，拱顶沉降监测点设置于隧道竖向中心线的拱顶处，水平位移监测点设于隧道水平中心线与盾构隧道管片交界处，盾构隧道监测断面间距根据工程实际情况布设，通过全站仪监测的监测数据对压重进行及时调整，监测数据包括沉降量和上浮变形量，当沉降量超过10mm预警值时适当减少压重，当上浮变形量超过10mm预警值时适当增加压重；同时根据上覆开挖土体重量、开挖速度、开挖位置及监测数据动态实时调整电瓶车重量及位置。
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| CN113982637A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-28 | 广西大学 | 一种控制基坑开挖引起下卧盾构隧道上浮变形的隧道加固方法 |
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