[發明專利]囊袋擴張電滲法隧道沉降高效調控系統及方法

在審

• 申請號: 202310482912.6
• 申請日: 2023-04-28
• 公開（公告）號: CN116398175A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 孟凡衍;趙榮;陳仁朋;陳曈;楊微;劉源;吳懷娜;程紅戰;王瀚霖
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10;E21F17/18
• 代理公司: 北京智宇正信知識產權代理事務所(普通合伙) 11876
• 代理人: 黃敏華

本發明提供了囊袋擴張電滲法隧道沉降高效調控系統及方法，包括注漿系統、監測系統、控制系統以及數據顯示及處理系統，注漿系統包括漿液裝置、多個注漿管、以及對應于注漿管設置的多個可擴張囊袋結構，囊袋結構包括囊袋和覆蓋在其外周且與其協同變形的若干電極和吸水材料，注漿管與漿液裝置連通，且貫入土地層并嵌入囊袋中在控制系統的作用下向囊袋中注入漿液；控制系統包括電源控制系統和注漿控制系統；通過囊袋擴張避免漿液無序擴散，并通過電滲實時消散擴張引起的超孔壓并加固土體，兩者聯合作用有效提高隧道抬升效率、降低隧道結構損傷。

技術領域

本發明涉及隧道與地下工程技術領域，具體涉及一種囊袋擴張電滲法隧道沉降高效調控系統。此外，本發明還涉及一種囊袋擴張電滲法隧道沉降高效調控方法。

背景技術

盾構法是建造城市軌道交通、市政管廊等地下線狀基礎設施的最主要工法。盾構隧道為管片拼裝結構，其環間接頭易發生張開和錯臺，引起環縫滲漏水和結構開裂破損，進而威脅隧道結構安全和列車運行，縮短隧道服役壽命。截至上一年年底，全國已有53座城市開通軌道交通，其中以上海、杭州等為代表的軟土地區城市運營里程約占全國總運營里程的40％。我國濱海地區廣泛分布結構性軟黏土，其具有含水率高、壓縮性強、靈敏度高等特點。盾構掘進、地質環境變化、近接施工等極易強烈擾動該類地層，進而產生超孔壓并破壞土體膠結特性和天然組構，導致運營盾構隧道發生過大沉降和病害。

下臥地層注漿是盾構隧道過大沉降治理的常用技術手段，但目前對結構性黏土地層尚面臨三個方面的技術瓶頸：(1)漿液流動不可控，效率低；(2)超孔壓消散緩慢，易造成隧道抬升后再沉降；(3)抬升過程隧道上覆地層土拱不斷演化，導致抬升阻力不斷增大，加劇隧道橫截面不利受力狀態和結構損傷。例如，為控制和調整某市地鐵2號線某區間雙圓盾構隧道過大不均勻沉降，在隧道底部進行分階段微擾動注漿，隧道在各注漿階段結束后均發生明顯再沉降，最終抬升量相比峰值抬升量減少53％。

因此，目前亟需一套適用于結構性軟黏土地層盾構隧道沉降高效調控方法。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中結構性軟黏土地層的盾構隧道在抬升后再沉降的缺陷，從而提供一種適用于結構性軟黏土地層的囊袋擴張電滲法隧道沉降高效調控系統。

本發明要解決的另一個技術問題在于提供一種上述隧道沉降高效調控系統的調控方法。

囊袋擴張電滲法隧道沉降高效調控系統，包括注漿系統、監測系統、控制系統以及數據顯示及處理系統，

所述注漿系統包括漿液裝置、多個注漿管、以及對應于所述注漿管設置的多個可擴張囊袋結構，所述囊袋結構包括囊袋和覆蓋在其外周且與其協同變形的若干電極和吸水材料，所述注漿管與所述漿液裝置連通，且貫入土地層并嵌入所述囊袋中在所述控制系統的作用下向所述囊袋中注入漿液；

所述控制系統包括電源控制系統和注漿控制系統，所述電源控制系統與所述囊袋的各個電極相連，對電極的電勢、陰陽極屬性、以及各回路中的電壓、電流參數進行調節，所述注漿控制系統對各個所述注漿管的注入量、注入流速和注漿壓力或其他注入參數進行調節；

所述數據顯示及處理系統，實時顯示所述監測系統的監測數據并對所述電源控制系統和所述注漿控制系統進行調控。

還包括抽水系統，所述抽水系統包括抽水泵以及抽水管，所述囊袋上的吸水材料所吸收的水通過所述抽水系統排出。

所述監控系統包括根據監測點設于隧道內的多個隧道變形傳感器，對隧道豎向位移和收斂變形進行實時監測；所述隧道變形傳感器的設置位置至少包括隧道管片的頂部和隧道道床。

所述囊袋采用橡皮膜材質制成。

基于如上所述的囊袋擴張電滲法隧道沉降高效調控系統的調控方法，包括以下步驟：

S1.確定需要進行抬升的區域范圍和抬升目標值；