[发明专利]负覆土工况下盾构隧道抗浮压重的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道工程技术领域的施工方法，具体地，涉及一种负覆土工况下盾构隧道抗浮压重的方法。

背景技术

随着城市发展，城市的拥挤，各种用途的隧道也纷纷出现。一般情况下，在人员密集区域修建隧道，均采用盾构施工法。传统地盾构工程中工作井的建设时必不可少的，而工作井的修建不仅耗费大量的工时、资金，而且对周围的环境造成很大破坏。

无工作井盾构隧道是一种新型盾构工法，与传统盾构工法不同，它不需要工作井，盾构直接从地面出发和到达。其优点是除了节省工作井投资外，还能缩短工期，降低整体投资；但是，由于需要从地面直接出发和到达，隧道在掘进过程中将遇到各种覆土厚度工况，包括负覆土、零覆土和浅覆土。尤其是在负覆土的受力条件下，隧道的受力尤其不利，在地下水浮力作用下，隧道管片会发生上浮，可能会在局部出现较大的上浮量。隧道的上浮会影响隧道管片的拼装，同时会影响管片间的密封作用，甚至危及隧道安全。因此，隧道在负覆土工况下的抗浮已成为这类新型盾构施工的重点和难点。

经对现有技术的文献检索发现，对于隧道抗浮和压重有以下相关专利：

（1）专利申请号201220322442.4，发明名称：浅埋盾构法隧道的抗浮结构；

（2）专利申请号201210488590.8，发明名称：一种明挖隧道抗浮结构；

（3）专利申请号200620049257.7，发明名称为：门式抗浮结构；

（4）专利申请号200510029898.6，发明名称：双圆盾构施工中侧向滚动的压重纠偏方法；其中：

专利（1）用锚杆、专利（2）用围护桩及其上部的围护结构冠梁来限制隧道的上浮量，而专利（3）设计并使用抗浮桩及基坑底板解决上浮问题。这3个专利没有给出抗如何计算浮力大小，只能通过预估的方法对抗浮桩或者围护桩进行设计。专利（4）则用铅块压重来对双圆盾构进行纠偏，但在偏转角度较大时，压重铅块只能纠正部分偏转角，因此需要结合现有技术共同解决。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种负覆土工况下盾构隧道抗浮压重的方法，将铅块压重物置于需要抗浮的隧道底部，使隧道管片承受额外的铅块重力，进而减少隧道管片的上浮量；抗浮方法简单实用，大大的减少隧道的上浮量。

根据本发明的一个方面，提供一种负覆土工况下盾构隧道抗浮压重的方法，具体步骤如下：

（1）针对隧道管片在实际施工程中所承受的荷载、地层条件，应用有限元法计算得出压重荷载的大小，压重的重物采用铅块；

（2）铅块的形状设计：每块铅块重200千克，铅块尺寸为底面半径0.12m、高度0.4m的圆柱体。圆柱形铅块一端设置凹槽，另一端设置搭头，凹槽需与搭头相吻合。施工过程中把相邻铅块连接一起，使之成为一个整体，防止个别铅块自由滚动而出现安全事故。同时在圆柱体铅块侧面设置把手，以方便搬运。

（3）铅块的设置位置：铅块设置于需要抗浮的隧道底部。

优选地，所述有限元法的得出压重荷载的大小，具体如下：

1）采用三维有限元数值分析法；

2）有限元的建模范围宽度为10D（D为隧道直径），长度为隧道的负覆土部分长度，隧道置于模型的中间，地表距离考虑隧道的实际埋深，底面距隧道的中心为1D；

3）计算中边界条件设定如下：模型两侧约束水平位移，模型底部同时约束竖向位移与水平位移；

4）根据隧道管片的覆土深度计算出隧道管片所受的主动土压力，根据地下水位的高度计算出隧道管片所受浮力的大小，将得到的荷载施加于模型上，计算得出隧道的上浮量，然后在模型中加入压重荷载，再次计算隧道的上浮量，经过多次试算得到隧道上浮量与压重荷载之间的关系曲线，根据工程的抗浮标准，在关系曲线图上确定压重荷载的准确数值。

优选地，根据隧道管片所承受的荷载，由上述有限元法迅速的算出对应的压重荷载的大小，进而确定所述铅块的数量，并将所述铅块设置在隧道上浮部位的底部。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明将铅块压重物置于需要抗浮的隧道底部，使管片承受额外的铅块重力，进而减少管片的上浮量；

2、本发明抗浮方法简单实用，可以大大的减少隧道的上浮量；

3、本发明在设计阶段就可以预测管片抗浮所需的压重重物的重量，为制定合理的施工方案服务，适用于所有盾构施工隧道的抗浮。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：