[发明专利]一种减少砂土地层深埋跨海盾构管片外水压力的方法

说明书

本发明公开了一种减少砂土地层深埋跨海盾构管片外水压力的方法，首先，盾构管片拼装后，于管片环外周围一定范围内的土体进行注浆加固，减少提高砂土层的强度和降低其渗透性；其次，在隧道纵向上，每隔若干距离在管片环上安装若干限压排水阀；最后，加强监控，确保管片环外周水压力不超过设计值。本发明有利于降低作用在管片上的水压力，也就降低了管片环的厚度，增大了隧道断面有效利用率，大大节省了隧道的造价。

技术领域

本发明是一种减少砂土地层深埋跨海盾构管片外水压力的方法，属于地下工程施工技术领域。

背景技术

随着我国基建技术强大和快速发展，将来有可能修建更多的隧道打通渤海湾海峡、台湾海峡和琼州海峡。将来通过高铁打通洲际之间联系，需要修建更多的更深的跨海隧道，比如亚洲与北美洲的白令海峡海底隧道。考虑海水深度和隧道的稳定性等因素，这些隧道可能承受高达2000-3000kPa的水压力。据目前的管片设计方法，这些隧道管片的厚度需要达到2m以上，将大幅度占用隧道净空，为了达到使用的要求需要扩大隧道开挖直径，大幅度增加隧道的建设成本。

针对海底隧道设计问题，发达国家同样缺乏相关经验。2012年2月7日，日本冈山县海底隧道塌方进水事故隧道及盾构机被海水淹没，5人死亡，事故处理专家组初步认定：管片设计过薄和开挖面稳定控制不当造成的。

发明内容

本发明提出的是一种减少砂土地层深埋跨海盾构管片外水压力的方法，其目的在于解决将来大量深埋跨海隧道建设中由于高水压力带来超厚管片设计的问题，降低隧道的建设成本。针对管片主要承受的超高水压力的特点，考虑地下水渗流时将水压力传递到土颗粒上特性，且土体的渗流系数越低，地下水压力沿着渗透路径的损失越大，最终作用于管片上的水压力越小，提出了新的方法以减少作用在管片上的水压力，土压力可以通过土拱效应传传递到周围土体中，最终使得作用在管片上水压力都大幅度减少，土压力增加不大的目标，减少了管片的厚度，节约了投资。

本发明的技术解决方案：一种减少砂土地层深埋跨海盾构管片外水压力的方法，包括如下步骤：

步骤一、根据隧道埋深和海平面高程确定作用在管片上最大水压力和土压力，采用解析解或者数值计算方法，初步估算管片的厚度；

步骤二、如果管片厚度过大，则重新采用考虑渗流影响的数值分析模型，对管片土压力和水压力进行计算；

步骤三、在新的土压力和水压力作用下，采用步骤一的方法重新进行管片环的设计，确定新的管片厚度；

步骤四、重复以上步骤二和步骤三的计算，直到达到各方都能接受管片厚度；

步骤五、盾构掘进施工过程中，对于脱出盾尾的管片环周边一定范围的地层进行注浆；

步骤六、在管片上预留的排水通道上，安装限压排水阀，调整到限定的排水压力；

步骤七、通过管片上的限压排水阀管路上的孔隙水压力计监测管片外侧的水压力，确保限压排水系统正常，当超过该设定值的20%以上时将自动报警。

所述步骤一中，解析解或者数值计算方法为修正惯用法或者梁-弹簧模型法。

所述步骤二中，考虑渗流影响的数值分析模型为考虑流固耦合的有限元数值分析模型，该模型隧道周边的边界条件为固定位某一水压力下的可透水边界。

所述步骤五中，应考虑管片环周围区域注浆液对地层加固的长期有效性，可采用与地层孔隙特征相适应的水泥浆或者掺有黏粒颗粒的水泥混合浆。

所述步骤五中，管片环周围区域注浆范围应根据考虑隧道内排水能力和设定的作用在管片上水压力来确定。

本发明的有益效果：