[发明专利]盾构空推现场试验方法

说明书

本发明公开了一种盾构空推现场试验方法，包括如下步骤：(1)千斤顶顶推和螺栓预紧的影响监测；(2)隧道纵向变形分析；(3)管片环缝处的防水性能监测。本发明采用上述盾构空推现场试验方法，能够分析千斤顶推力和螺栓预紧力的分布特征及变化规律、盾构隧道衬砌结构的三维空间受力和变形特征，对于未来地下交通的建设与发展有着至关重要的意义。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，特别是涉及一种盾构空推现场试验方法。

背景技术

盾构隧道施工过程中导致管片上浮的主导因素是盾构掘进速度过快、浆液凝结时间长、注浆压力过大、千斤顶推力偏心、上覆土厚度较小等。同样，盾构隧道运营期间，受到附加超载和卸荷作用，也会产生不均匀沉降和上浮，而管片需要上浮和沉降势必会导致环缝处错台的发生。从力学原理上分析，管片产生错台，需要克服环缝处的摩擦力和连接螺栓的剪切抗力。而在常规的盾构管片设计中，为了拼装方便，往往使螺栓孔的尺寸大于螺栓的直径，以致在实际工程中管片发生错台，首先克服的是环缝处的摩擦力。而环缝处摩擦力的大小主要取决于管片接缝处的垂直压力和混凝土界面摩擦系数。这其中，混凝土界面摩擦系数往往可以通过室内试验得到。而管片接缝处的垂直压力大小主要与盾构拼装施工中螺栓上施加的预紧力和千斤顶推力有关。千斤顶推力对管片环缝处产生的压力并非始终保持不变，管片拼装过程中，千斤顶收缩往往会使管片环缝处的压力衰减。

目前，大多根据施工经验给出了环缝处管片压力的衰减幅度，但是并没有任何数据支撑。国内外对盾构隧道纵向变形的试验研究，仅有室内模型试验，并且所有试验均未考虑千斤顶推力的作用，以致现有理论计算模型中涉及到千斤顶推力的计算取值，仅是一个估算值。

在附加外力作用下，隧道会产生收敛变形。伴随着隧道收敛变形的发展，在同一环管片不同位置纵缝连接处将产生不同程度的错台和张开现象，管片同样需要克服纵缝处螺栓的剪切抗力和混凝土界面的摩擦力，除此之外，还需要克服环缝处混凝土界面的摩擦阻力。而对于纵缝处受力性能的研究，目前无现场试验和室内模型试验的支撑。

衬砌结构受力和变形是一个三维空间问题，不同位置处千斤顶推力的变化，以及螺栓预紧力的改变将会影响衬砌结构整体的受力和变形效果，没有实际工程数据和室内模型试验数据的支撑，进而导致目前的设计相对保守，同时在特殊环境下存在结构安全隐患。

由于衬砌结构的受力与变形密切相关，具有空间性。随着隧道纵向不均匀变形形态的改变，力在环缝与纵缝间不断分配与传递，各环缝与各纵缝的受力特征也在随之变化，并且相辅相成，彼此间相互影响与相互作用。目前研究多数忽视了横纵向性能间的相互作用机理，将衬砌结构三维空间受力问题分离为横向与纵向两个独立的问题单独研究，很少考虑剪切荷载传递效应与接缝处错台变形的相关性问题。

管片厂进行的高水压下密封垫防水试验，是在管片接缝不发生张开和错台的工况下进行的。当盾构隧道产生纵向不均匀沉降和收敛变形时，往往导致接缝错台和张开，这势必影响接缝处的防水性能。该问题的解决对于运营地铁盾构隧道安全具有至关重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构空推现场试验方法，能够分析千斤顶推力和螺栓预紧力的分布特征及变化规律、盾构隧道衬砌结构的三维空间受力和变形特征，对于未来地下交通的建设与发展有着至关重要的意义。

为实现上述目的，本发明提供了一种盾构空推现场试验方法，包括如下步骤：

(1)千斤顶顶推和螺栓预紧的影响监测

a.在管片的环面和侧面安装压力传感器，相邻的管片之间通过侧缝压力环连接，侧缝压力环与压力传感器均通过传感器导线与实验设备连接；

b.在管片第14环和第30环的顶部放置千斤顶，第14环管片和第30环管片的封顶块位于1点钟位置；

c.在管片第11环和第18环的顶部放置千斤顶，第11环管片的封顶块位于4点钟位置，第18环管片位于封顶块的1点钟位置；