[發明專利]一種富水軟弱地層盾構掘進土壓確定方法

有效

• 申請號: 201310499670.8
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103556999A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 袁大軍;王占生;李興高;施毅
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: E21C39/00
• 分類號: E21C39/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于盾構隧道工程技術領域，特別涉及一種富水軟弱地層盾構掘進土壓確定方法。

背景技術

隨著我國經濟的高速發展，城市人口迅速增加，車輛增多，我國各大城市都面臨著“乘車難”和“行路難”的問題，發展城市公共交通、緩解交通擁擠、是當前我國各大城市迫切需要解決的問題，地鐵因運量大、速度快、無污染，已成為現代化大都市的重要交通工具。盾構法修建地鐵隧道因其安全性較好、效率較高，已成為地下隧道施工的重要方法之一。當盾構在富水軟弱地層中掘進時，因隧道中心點上覆土含有砂性土和粘性土，地層經擾動后會發生沉降且不易控制，地表長期沉降危害將會更大。如盾構上方有建筑物時沉降過大將危及建筑物安全，致使建筑物開裂甚至傾斜、倒塌，造成負面社會影響和巨大的經濟損失。現有技術運用水土分算和水土合算所算土壓與盾構掘進土壓偏差較大，水土合算所得土壓較盾構掘進土壓小，水土分算所得土壓較盾構掘進土壓大。而實際工程實踐中土倉壓力經常采用經驗法，往往會出現土倉壓力設定時偏大或偏小，如盾構掘進過程中土壓設定偏小，刀盤前方地表將產生較大沉降；土壓設定偏高時，刀盤前方將產生隆起，加劇地層擾動。如簡單以試驗段得出盾構土壓，則在不同區間都要開展試驗段研究，費時費力。如何確定富水軟弱地層中盾構最佳土壓，是一個亟待解決的工程難題。本發明試圖在水土分算及水土合算的基礎上，為富水軟弱地層中土壓確定提供一種計算方法，盡可能減小盾構掘進中因土壓設定不當導致的地層擾動，有利于施工期間沉降控制。

發明內容

針對上述現有技術的缺點，本發明提供一種富水軟弱地層盾構掘進土壓確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）試驗段得出盾構掘進土壓

a)盾構掘進過程前，設定土壓力為2.0～2.6bar，掘進速度2～3cm/min，同步注漿為惰性漿液，坍落度為24～26cm之間，注入量為4m³，二次注水泥、水玻璃雙液漿，注漿量控制值為1.2m³；

b)盾構掘進過程中，監測刀盤前方8～10環地表點隆沉情況，調整土壓使監測點隆起2～3mm，記錄此時盾構掘進土壓和隧道中心點上覆土中砂性土和粘性土土層分布情況及隧道埋深、地下水情況。

（2）根據盾構掘進土壓反算η值

結合本地區盾構試驗段中盾構掘進土壓與隧道中心點上覆土中砂性土和粘性土所占比例及隧道埋深，在水土分算的基礎上引入調整系數η，由式P₀=K₀(γ′H+q)+ηγ_wH_w反算出η值，其中P₀為盾構掘進土壓；K₀為靜止側壓力系數；γ'為土的有效重度；H為隧道中心處深度；q為地面超載；γ_w為水重度；H_w為水位面到隧道中心處距離；η為調整系數。

（3）由η確定最佳掘進土壓

本地區其他標段盾構掘進前，參考試驗段中土層性質與η關系，由本標段砂性土和粘性土所占比例計算本標段η，然后由公式P₀=K₀(γ′H+q)+ηγ_wH_w計算本區間最佳盾構土壓。

所述步驟（3）中土層性質與η關系為：當砂性土占隧道中心點上覆土比例為0～10%時0.6<η<0.65，當砂性土占隧道中心點上覆土比例為10%～20%時0.65<η<0.7，當砂性土占隧道中心點上覆土比例為20%～30%時0.7<η<0.8，當砂性土占隧道中心點上覆土比例為30%～40%時0.8<η<0.9。

發明的有益效果：本方法運用理論計算公式，通過一個試驗段研究，結合盾構隧道中心點上覆土層分布及地下水位情況，能較為準確的計算盾構掘進土壓，減小因土壓設定不當對地層造成的擾動，有利于地表沉降控制。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，凡基于本發明的內容所實現的技術都屬于本發明的范圍。