一种新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法技术

一种新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，包括步骤：布置既有隧道变形监测点；计算开挖影响范围；测量放样，安装顶管机机架、后靠、主顶装置，设备调试，顶管机进洞；吊放垫块和管节；顶管顶进及测量；压注土体固结浆液；既有隧道变形监测；判断隧道最大隆起值，根据既有隧道最大拱顶竖向位移值是否大于或等于设定的预警值决定是否采取压载措施；堆载压重；顶管机出洞。本发明专利技术依据计算的开挖影响范围以及隧道变形动态监测结果对既有隧道采取有针对性的变形控制措施，避免因盲目控制造成的人力、物力损耗；根据卸荷平衡法，对管节堆载压重以平衡下方土层产生的卸荷应力，能有效实现控制既有隧道变形的目的；施工效率高，成本低。本低。本低。

【技术实现步骤摘要】
一种新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法


[0001]本专利技术属于地铁盾构隧道
，具体涉及一种新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，尤其适用于软土地区需要严格控制既有隧道变形的矩形顶管上穿既有地铁隧道工程。

技术介绍

[0002]伴随着城市地下交通网络的不断完善，在有限的城市地下空间中将不可避免的遇到新建矩形顶管上穿既有地铁隧道的问题。顶管开挖由于其开挖的土体重量远大于安装的管节重量，会产生卸荷效应，从而引发下方既有地铁隧道出现整体或局部的隆起变形，进而导致下方盾构隧道结构产生诸如管片破损渗水、接头张开、纵向不均匀沉降等一系列病害，严重者将导致机车脱轨等重大安全事故。城市地下矩形顶管隧道穿越施工过程中，传统施工工法是提前对既有隧道周边地层的加固，这种加固方式在工程中成本非常高，因此如何在保证既有地铁隧道正常安全运营以及控制周围土体变形的基础上，开发与既有地铁隧道上方新建矩形顶管施工相适应的新型施工工艺，具有极高的社会经济效益。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是，针对现有顶管隧道开挖存在的上述问题，提供一种新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，有效控制新建矩形顶管上穿施工下既有地铁隧道的变形，避免因盲目控制造成的人力、物力损耗；施工效率高，成本低。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，包括以下步骤：
[0006]S1、布置既有隧道变形监测点；
[0007]S2、计算开挖影响范围，将既有隧道视为搁置于Pasternak地基上的Timoshenko梁模型，得到既有隧道纵向变形受新建顶管隧道影响的主要范围；
[0008]S3、测量放样，安装顶管机机架、后靠、主顶装置，设备调试，顶管机进洞；
[0009]S4、吊放垫块和管节；
[0010]S5、顶管顶进及测量；
[0011]S6、压注土体固结浆液，顶管顶进时通过管壁注浆孔及时压注固结浆液，使浆液渗入顶管周围土层，在土层中硬化，从而加固土层；
[0012]S7、既有隧道变形监测；
[0013]S8、判断隧道最大隆起值，当开挖面在进入主要影响区前，若监测得到的既有隧道最大拱顶竖向位移值小于设定的预警值，则不对管节采取压载措施，后续根据顶管掘进过程中监测得到的既有隧道最大拱顶竖向位移值是否大于或等于设定的预警值决定是否采取压载措施；若不采取压载措施，则重复步骤S4～S7直至步骤S10顶管机出洞；
[0014]S9、堆载压重，当开挖面在进入主要影响区前或在后续掘进过程中，若监测得到的既有隧道最大拱顶竖向位移值大于或等于设定的预警值，则对管节采取压载措施；
[0015]S10、当机头抵达接收井后，顶管机出洞。
[0016]按上述方案，所述步骤S1具体为：在顶管正式施工前1～2个月对既有地铁隧道布置变形监测点，既有地铁隧道变形监测断面布置范围为距离新旧隧道平面交点左右侧60m范围，布置间距从顶管顶进轴线两侧按5m、10m、20m进行布置，各断面内共布置5处棱镜，其中，第一棱镜布置于断面中心最顶部，用于监测隧道拱顶竖向位移；第二、第三棱镜布置于断面的水平方向轴线两端部，用于监测隧道净空收敛；第四、第五棱镜分别布置于道床上，分别用于监测道床水平位移和道床竖向位移。
[0017]按上述方案，所述步骤S2具体为：采用Mindlin解和有限差分法计算既有隧道最大隆起值随开挖距离的变化图，将隆起值无显著变化的区间定为次要影响区，有显著变化的区间定为主要影响区，具体为：开挖面距离既有隧道轴线3倍新建顶管宽度范围内为主要影响区，3倍新建顶管宽度范围外为次要影响区。
[0018]按上述方案，所述步骤S3中顶管机进洞具体为：待完成测量放样，安装顶管机机架、后靠、主顶装置，设备调试，破洞门工作后操作顶管机进洞；吊放垫块和管节具体为：在顶管千斤顶顶进一节管节后，及时吊放垫块和管节，并安装新的管节。
[0019]按上述方案，所述步骤S5顶管顶进及测量具体为：
[0020]顶管顶进速度v在步骤二中计算得到的次要影响区内控制在3.5～4m/d，在主要影响区内控制在2～3m/d，顶推力F结合工程情况按照公式(1)计算，其余施工参数需不断根据地表及隧道变形反馈数据动态调整，以达到最佳状态：
[0021]F＝F1+F2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0022]式中：F为最小顶力，单位kN；F1为管道与土层的摩阻力，单位kN，F1＝(a+b)
×
2Lf，L为顶管顶进长度，单位m；f为管道外壁与土的平均摩阻力，单位kN/m2，宜取7～12kN/m2；F2为顶管机的迎面阻力，单位kN，F2＝a
×
bR1，R1为顶管机下部1/3处的被动土压力，单位kN；a为顶管机宽，单位m；b为顶管机高，单位m。
[0023]按上述方案，所述步骤S6中压注土体固结浆液的压浆顺序具体为：地面拌浆
→
启动压浆泵
→
总管阀门打开
→
管节阀门打开
→
送浆
→
管节阀门关闭
→
总管阀门关闭
→
井内快速接头拆开
→
下管节
→
接2英寸总管
→
循环复始；注浆材料及配比：胶凝材料采用P042.5水泥，浆液配比控制在以下范围内：0.5:1～1:1。
[0024]按上述方案，所述步骤S7既有隧道变形监测具体为：在顶管顶进过程中，对既有盾构隧道的变形使用智能化全站仪进行监测；当顶管开挖面处于次要影响区时，监测频率为1～2次/天；当顶管开挖面处于主要影响区时，监测频率为3～4次/天。
[0025]按上述方案，所述步骤S8和步骤S9中预警值设定范围是3～5mm。
[0026]按上述方案，所述步骤S9中对管节采取压载措施的具体步骤为：
[0027]S91、若是在顶管开挖面进入主要影响区前实施堆载压重，则待顶管机每次对隧道前方土体开挖一个管节的容量后，及时计算出开挖土体与管节的重量差，采用同等重量差重量的预制C20素砼或铁块对主要影响区内的管节实施堆载压重；；待每一管节土体开挖至堆载压重完成后，方进行后续土体的开挖工作；当已压载的管节离开主要影响区时，将其用于压载的素砼或铁块搬离至后续进入主要影响区的管节上；
[0028]S92、若是在后续掘进过程中实施堆载，则立刻对主要影响区内的所有管节进行堆载压重，具体步骤与上述步骤S91一致。
[0029]按上述方案，所述步骤S10顶管机出洞具体包括两种情况：
[0030]S101、若顶管顶进全程并未采取压载措施，则对顶管机进行分解并吊出接收井，之后进行浆液置换，以及拆除管内设备、嵌缝、清理、接头处理；
[0031]S102、若对顶管采取了压载措施，则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、布置既有隧道变形监测点；S2、计算开挖影响范围，将既有隧道视为搁置于Pasternak地基上的Timoshenko梁模型，得到既有隧道纵向变形受新建顶管隧道影响的主要范围；S3、测量放样，安装顶管机机架、后靠、主顶装置，设备调试，顶管机进洞；S4、吊放垫块和管节；S5、顶管顶进及测量；S6、压注土体固结浆液，顶管顶进时通过管壁注浆孔及时压注固结浆液，使浆液渗入顶管周围土层，在土层中硬化，从而加固土层；S7、既有隧道变形监测；S8、判断隧道最大隆起值，当开挖面在进入主要影响区前，若监测得到的既有隧道最大拱顶竖向位移值小于设定的预警值，则不对管节采取压载措施，后续根据顶管掘进过程中监测得到的既有隧道最大拱顶竖向位移值是否大于或等于设定的预警值决定是否采取压载措施；若不采取压载措施，则重复步骤S4～S7直至步骤S10顶管机出洞；S9、堆载压重，当开挖面在进入主要影响区前或在后续掘进过程中，若监测得到的既有隧道最大拱顶竖向位移值大于或等于设定的预警值，则对管节采取压载措施；S10、当机头抵达接收井后，顶管机出洞。2.根据权利要求1所述的新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：在顶管正式施工前1～2个月对既有地铁隧道布置变形监测点，既有地铁隧道变形监测断面布置范围为距离新旧隧道平面交点左右侧60m范围，布置间距从顶管顶进轴线两侧按5m、10m、20m进行布置，各断面内共布置5处棱镜，其中，第一棱镜布置于断面中心最顶部，用于监测隧道拱顶竖向位移；第二、第三棱镜布置于断面的水平方向轴线两端部，用于监测隧道净空收敛；第四、第五棱镜分别布置于道床上，分别用于监测道床水平位移和道床竖向位移。3.根据权利要求1所述的新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：采用Mindlin解和有限差分法计算既有隧道最大隆起值随开挖距离的变化图，将隆起值无显著变化的区间定为次要影响区，有显著变化的区间定为主要影响区，具体为：开挖面距离既有隧道轴线3倍新建顶管宽度范围内为主要影响区，3倍新建顶管宽度范围外为次要影响区。4.根据权利要求1所述的新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，其特征在于，所述步骤S3中顶管机进洞具体为：待完成测量放样，安装顶管机机架、后靠、主顶装置，设备调试，破洞门工作后操作顶管机进洞；吊放垫块和管节具体为：在顶管千斤顶顶进一节管节后，及时吊放垫块和管节，并安装新的管节。5.根据权利要求1所述的新建矩形顶管上穿既有地铁隧道卸荷平衡施工方法，其特征在于，所述步骤S5顶管顶进及测量具体为：顶管顶进速度v在步骤二中计算得到的次要影响区内控制在3.5～4m/d，在主要影响区内控制在2～3m/d，顶推力F结合工程情况按照公式(1)计算，其余施工参数需不断根据地表及隧道变形反馈数据动态调整，以达到最佳状态：
F＝F1+F2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：F为最小顶力，单位kN；F1为管道与土层的摩阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠超，张志伟，霍超，吴斌，谭冲，梁荣柱，黄超群，刘律，黄栋，李徐德，彭静，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：