[发明专利]临近侧面有地下结构时的盾构隧道轴线的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种临近侧面有地下结构 时的盾构隧道轴线的控制方法。

背景技术

由于城市建设速度加快、建设规模不断扩大，地下空间的利用率日益提高， 各种地下结构日益密集。另外为了缓解城市交通压力，同时也加速了地铁建设的 步伐以及地铁路线网状结构的形成。城市发展过程中，受到规划设计滞后性的影 响及建设资金的限制，地铁建设近距离穿越已建地下结构的情况将会日益普遍。

盾构法隧道施工是用盾构一边防止土砂的坍塌，一边进行开挖、推进，并在 盾尾进行衬砌作业从而修建隧道的方法，是目前地铁建设和市政工程建设中的主 要施工方法。盾构推进是采用盾构法建造隧道施工发案中很重要的一道工序，其 中盾构轴线的控制是盾构推进施工的一项关键技术。一条优质的隧道需要满足其 使用功能，减小对周围环境的影响，隧道轴线的控制质量是主要技术指标之一。 在保证临近地下结构安全的前提下，如何减少其对盾构隧道轴线质量的影响进行 超前预控，以及如何采取有效措施调整出现的盾构隧道轴线质量问题的解决，对 于加强我国的地铁建设和城市地下空间开发利用，具有非常重要的指导作用。

经对现有的技术文献检索发现，吕宏权在《铁道勘察》2007年发表的“盾 构法施工过程中隧道轴线的控制分析”，该文针对某地铁区间隧道，分析了始发 阶段、掘进阶段、到达阶段影响盾构机的掘进姿态和衬砌管片姿态的原因，指出 施工过程中开挖和衬砌管片轴线数据的直接反映就是盾构机的掘进姿态和衬砌 管片姿态，这两个姿态从盾构机的始发、推进到最后到达始终相互关联，相辅相 成。归纳出主要从姿态控制、背衬注浆、管片选型三方面采取相应措施，进行隧 道轴线控制。该文没有考虑隧道临近存在地下结构情况以及施工中孔隙水压力积 累的释放作用，在周围地层中没有采取任何减弱影响盾构轴线的控制的高压力的 措施。另外，对隧道轴线进行纠偏的措施的也不够完善。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种临近侧面有地下结构时 的盾构隧道轴线的控制方法。本发明解决了地下结构的存在对盾构隧道轴线控制 的影响问题，保证了地下结构的正常使用和盾构隧道轴线的质量控制，适用于同 类工况。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

(1)采用三维有限元模型对盾构近距离通过地下结构的整个穿越过程进行 数值模拟，确定地下结构对盾构近距离穿越开始产生影响的范围L₁以及隧道轴线 需要重点控制的区段长度L₂。三维有限元模型范围：水平方向应大于(2H+3D+L)， 深度方向应大于(2H+2D)，长度据工程实际确定。其中，H为隧道的顶部埋深，D 为隧道的外直径，L为隧道和地下结构的最小净间距；隧道置于模型的中间，底 面距隧道底为2D。边界条件设定如下：隧道内侧采用自由边界，模型两侧约束 水平位移，模型底部同时约束竖向与水平位移。土体的本构关系采用考虑弹塑性 应变的修正剑桥模型，隧道结构取为弹性体。

(2)在步骤(1)有限元分析确定L₁~L₂范围内，将距离重点保护区段L₂前20 环作为盾构的试掘进区间。通过在此区间内的试推进，确定盾构的施工参数，主 要包括：盾构的推力、推进速度、注浆量、注浆压力、注浆液的配合比。

(3)在盾构隧道和临近地下结构之间的由步骤(1)确定的L₂范围内的土体中 安装侧面开孔的直径为d₁的PVC管，增加孔隙水排出的通路，减少孔隙水压力的 积聚。PVC管埋深为H+2D，管侧壁对称开四排孔径为d₂、孔距为d₂+30mm的孔， 管长方向开孔位置距离隧道顶部和底部各D，PVC排水管安装方法：

①采用钻孔埋设，在土层中预钻孔同时泥浆护壁，孔径为d₁+20mm。

②将开孔PVC管外裹一层涤纶衬布，用尼龙绳系紧放入钻好的孔内，送至 预定深度，且管顶需高出地面10mm。

③管与孔壁之间的间隙由下而上逐段用透水性较好的细砂填实，以固定排 水管。

④在排水管周围地表开一条200mm深400mm宽的引水槽将排水管冒出的引 走。

(4)对控制隧道轴线质量的各项重要指标进行精确测量，包括：

①地面测量