[發明專利]負覆土工況下盾構隧道抗浮壓重的方法

有效

• 申請號: 201310150784.1
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103244134A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 于亞磊;葉冠林;王建華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種隧道工程技術領域的施工方法，具體地，涉及一種負覆土工況下盾構隧道抗浮壓重的方法。

背景技術

隨著城市發展，城市的擁擠，各種用途的隧道也紛紛出現。一般情況下，在人員密集區域修建隧道，均采用盾構施工法。傳統地盾構工程中工作井的建設時必不可少的，而工作井的修建不僅耗費大量的工時、資金，而且對周圍的環境造成很大破壞。

無工作井盾構隧道是一種新型盾構工法，與傳統盾構工法不同，它不需要工作井，盾構直接從地面出發和到達。其優點是除了節省工作井投資外，還能縮短工期，降低整體投資；但是，由于需要從地面直接出發和到達，隧道在掘進過程中將遇到各種覆土厚度工況，包括負覆土、零覆土和淺覆土。尤其是在負覆土的受力條件下，隧道的受力尤其不利，在地下水浮力作用下，隧道管片會發生上浮，可能會在局部出現較大的上浮量。隧道的上浮會影響隧道管片的拼裝，同時會影響管片間的密封作用，甚至危及隧道安全。因此，隧道在負覆土工況下的抗浮已成為這類新型盾構施工的重點和難點。

經對現有技術的文獻檢索發現，對于隧道抗浮和壓重有以下相關專利：

（1）專利申請號201220322442.4，發明名稱：淺埋盾構法隧道的抗浮結構；

（2）專利申請號201210488590.8，發明名稱：一種明挖隧道抗浮結構；

（3）專利申請號200620049257.7，發明名稱為：門式抗浮結構；

（4）專利申請號200510029898.6，發明名稱：雙圓盾構施工中側向滾動的壓重糾偏方法；其中：

專利（1）用錨桿、專利（2）用圍護樁及其上部的圍護結構冠梁來限制隧道的上浮量，而專利（3）設計并使用抗浮樁及基坑底板解決上浮問題。這3個專利沒有給出抗如何計算浮力大小，只能通過預估的方法對抗浮樁或者圍護樁進行設計。專利（4）則用鉛塊壓重來對雙圓盾構進行糾偏，但在偏轉角度較大時，壓重鉛塊只能糾正部分偏轉角，因此需要結合現有技術共同解決。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種負覆土工況下盾構隧道抗浮壓重的方法，將鉛塊壓重物置于需要抗浮的隧道底部，使隧道管片承受額外的鉛塊重力，進而減少隧道管片的上浮量；抗浮方法簡單實用，大大的減少隧道的上浮量。

根據本發明的一個方面，提供一種負覆土工況下盾構隧道抗浮壓重的方法，具體步驟如下：

（1）針對隧道管片在實際施工程中所承受的荷載、地層條件，應用有限元法計算得出壓重荷載的大小，壓重的重物采用鉛塊；

（2）鉛塊的形狀設計：每塊鉛塊重200千克，鉛塊尺寸為底面半徑0.12m、高度0.4m的圓柱體。圓柱形鉛塊一端設置凹槽，另一端設置搭頭，凹槽需與搭頭相吻合。施工過程中把相鄰鉛塊連接一起，使之成為一個整體，防止個別鉛塊自由滾動而出現安全事故。同時在圓柱體鉛塊側面設置把手，以方便搬運。

（3）鉛塊的設置位置：鉛塊設置于需要抗浮的隧道底部。

優選地，所述有限元法的得出壓重荷載的大小，具體如下：

1）采用三維有限元數值分析法；

2）有限元的建模范圍寬度為10D（D為隧道直徑），長度為隧道的負覆土部分長度，隧道置于模型的中間，地表距離考慮隧道的實際埋深，底面距隧道的中心為1D；

3）計算中邊界條件設定如下：模型兩側約束水平位移，模型底部同時約束豎向位移與水平位移；

4）根據隧道管片的覆土深度計算出隧道管片所受的主動土壓力，根據地下水位的高度計算出隧道管片所受浮力的大小，將得到的荷載施加于模型上，計算得出隧道的上浮量，然后在模型中加入壓重荷載，再次計算隧道的上浮量，經過多次試算得到隧道上浮量與壓重荷載之間的關系曲線，根據工程的抗浮標準，在關系曲線圖上確定壓重荷載的準確數值。

優選地，根據隧道管片所承受的荷載，由上述有限元法迅速的算出對應的壓重荷載的大小，進而確定所述鉛塊的數量，并將所述鉛塊設置在隧道上浮部位的底部。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

1、本發明將鉛塊壓重物置于需要抗浮的隧道底部，使管片承受額外的鉛塊重力，進而減少管片的上浮量；

2、本發明抗浮方法簡單實用，可以大大的減少隧道的上浮量；

3、本發明在設計階段就可以預測管片抗浮所需的壓重重物的重量，為制定合理的施工方案服務，適用于所有盾構施工隧道的抗浮。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：