专利名称：盾构近距离下穿复合地基建筑物的变形控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种隧道工程技术领域的施工方法，特别是一种隧道近距离下穿复合地基建筑物的变形控制方法。
背景技术：
盾构法隧道施工是一种在地表以下土层或松软岩层中采用盾构机掘进的施工方法，由于其具有安全性较高、效率较高、危害较小、经济优良等优点，已在能源、交通等领域的隧道建设中得到广泛应用，成为地下隧道施工的重要方法之一。当其用于城市地铁施工中时，一般都会穿过人口密集、房屋集中、交通繁忙、地下管线密布的城市区域，在新建盾构隧道时难免会遇到与上方建筑物或管线近距离下穿的问题，而这种施工所引起的建筑物或管线的沉降有可能会危及到其结构功能的完整性，而且可能会造成严重的经济损失和恶劣的社会影响。同时由于城市房屋所采用的地基加固形式没有统一的标准，十分杂乱，当盾构施工线路上方为复合地基建筑物时，隧道开挖对地基下方土体的扰动，可能导致建筑物下地基或者出现承载力不足并导致基础沉降过大，或者产生不均匀沉降，为了减少建筑物的沉降变形，有必要提出一种施工方便、经济效益高、对环境影响小的盾构近距离下穿复合地基建筑物的变形控制施工方法。
发明内容
本发明的要解决的技术问题在于提供一种有效的盾构近距离下穿复合地基建筑物的变形控制方法。通过在盾构近距离施工下穿前，对建筑物进行调研，得以了解该建筑物的具体情况，然后根据所掌握的建筑物情况(建构特征)，如建筑物保护等级，基础具体形式等，对其进行预保护，对既有建筑地基和基础进行以加固为主的预保护设施；在预保护设施施工之后，通过三维有限元软件对盾构下穿期间的各施工顺序和方法对盾构下穿期间的各种情况进行数值模拟分析；在盾构下穿建筑物之前，还对建筑物和周围地表土体进行沉降监测；在盾构下穿期间，根据监测数据采用合适的推进方案；对已脱出盾尾的管片采用二次注浆和施加支托结构，确保建筑物的后期沉降符合标准。为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的，其具体实施步骤如下( I)对下穿的复合地基建筑物的现有情况进行调研；(2)对既有建筑地基和基础进行以加固为主的预保护设施；(3)对盾构下穿期间各施工顺序和方法进行三维有限元模拟分析，找出建筑物薄弱区域及确定合适的初步盾构推进方案；(4)对建筑物进行施工监测包括建筑物的垂直沉降监测和裂缝观测，周边地表沉降剖面监测；
(5)盾构下穿建筑物期间使用改进推进方案进行推进施工；(6)盾构下穿后的二次注浆及支托结构施工。本发明所述在盾构下穿建筑物之前需对既有建筑地基和基础进行以加固为主的预保护设施。本发明所述对盾构下穿期间的各施工顺序和方法需采用三维有限元软件进行模拟分析，以得到盾构在下穿期间合适的推进参数及建筑物的沉降等数据，然后确定合适的初步盾构推进方案。本发明所述对在盾构下穿建筑物前时设定的土仓压力，为考虑地面荷载，复合地基和建筑物预保护设施影响，再使用土体静压力公式来推算土压力。本发明所述在下穿建筑物期间，控制切口处上方的建筑物沉降需要根据监测数据实时的调整土压力。本发明所述对所述盾构隧道施工下穿复合地基建筑物期间进行同步注浆，其单环管片同步注浆量不需要进行很大幅度的调整，注浆压力实际设定时需加上管道造成的压力损失。本发明所述对盾构近距离下穿复合地基建筑物之后，在建筑物下方对应的管片对管片外部土体施工支托结构。本发明所述对在盾构下穿建筑物期间，推进速度应适当降低，而且还需要根据上方建筑物和地表沉降监测数据实时的调整。本发明所述对在盾构下穿建筑物之后，对所述盾构下穿后的二次注浆，在管片脱离盾尾几个小时后对其进行二次注浆加固，采用先从两端管片上部压注1:1双液浆形成环箍，随后从环箍之间压注水泥浆。本发明通过对盾构近距离施工下穿复合地基建筑物进行前期资料调研，得到数值分析和盾构推进初步方案所需的资料，然后在盾构下穿建筑物之前对既有建筑外进行预保护设施，再根据预保护设施加固效果，利用三维有限元软件对盾构下穿期间的各施工顺序和方法进行模拟分析以确定合适的初步盾构推进方案。设置监测点对建筑物和周边地表进行变形沉降观测。在盾构下穿建筑物期间，采用合适的推进方案。最后在管片脱出盾尾之后，在建筑物下方对应的管片往上施工支托结构，这样能够有效的保证复合地基建筑物后期变形沉降符合标准。该控制方法、施工安全、经济效益高、对周边环境影响小、控制变形效果好。
图1为复合地基建筑物进行变形控制施工流程图；图2为对复合地基建筑物进行复合地基底部土体加固示意图；图3为盾构上方支托结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。附图1 附图3中附图标记1-4表示的是建筑物1、建筑物复合地基2、预保护设施3、支托结构4。同时结合图1至图3，在本发明的实施例中，结合发明人的一实践情况，对盾构近距离下穿复合地基建筑物的变形控制方法实施步骤说明如下。(I)对下穿的复合地基建筑物的现有情况进行调研；确定了该建(构)筑物I的保护等级为一级；建筑物I的上部结构为钢结构房屋，使用深层搅拌桩进行地基加固；盾构区间隧道主要通过土层为淤泥质粉质粘土，土质情况非常差，且属于高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性、高灵敏度，具有明显的触变性，隧道为正穿建筑物，穿越区域平面为直线段。建筑物周边无其他重要建筑，地下环境良好，无较大直径管线。(2)对复合地基建筑物进行预保护设施(预加固)，桩底加固示意图见图2。此处选预保护设施3的其中一种桩底注浆加固为例。在形成预保护设施3时，注浆管端部加工成多口喷射的注浆头，喷射孔用防水止水胶带封闭，再用橡胶皮封闭包扎，且注浆头端部往上每隔5cm钻射4排喷射小孔，孔径为8mm，每排对称布置2孔，呈梅花状布置。桩底开始注浆时间选在盾构下穿前I 2个月进行，注浆一经开始连续进行，避免中断。注浆量综合考虑桩底、桩侧土层的性质、桩长、桩径、承载力要求、施工工艺及盾构机型等诸多因素。(3)对盾构下穿期间各施工顺序和方法进行三维有限元模拟分析，找出建筑物薄弱地区及确定合适的初步盾构推进方案；使用调研所得的资料，得到模拟所需参数，使用三维有限元软件进行有限元模拟分析。计算中，按照盾构下穿前，下穿期，下穿后的施工工况对盾构设置的掘进参数进行模拟，例如在盾构下穿建筑物期间，土仓压力的设定值考虑了地面建筑物荷载、深层搅拌桩和注浆加固的影响下土体的静止侧压力。以得到初步合适的初步盾构推进方案使得建筑物在盾构下穿前，下穿期，下穿后的各个工况下的变形沉降均符合标准。( 4 )综合现有情况调研、预加固以及三维有限元分析结果确定盾构推进初步方案。(5)在盾构过程中，对复合地基建筑物进行施工监测，其包括建筑物的垂直沉降监测和裂缝观测，周边地表沉降剖面监测。根据盾构施工的区域和影响范围，监测范围为横向为距两条隧道中心线向外30米范围，纵向为盾构推进施工段前20米、后30米长度范围，考虑盾构机长度，纵向上设定总长度为60米。建筑物的垂直沉降监测和裂缝观测；具体是指所述建筑物的垂直沉降监测通过在建筑物内布置的监测点进行监测，及墙体裂缝观测。在盾构下穿期间，监测频率2次/天，如若发现建筑物有较大垂直变形，则需要增加监测频率。正常情况下在盾构下穿建筑物0 10天内，监测频率可设为I次/3天，10 30天内，监测频率为I次/7天，待到I月后，如沉降速率变化±5mm/周内时，设监测频率为I次/月。房屋及地表沉降累积值-30mm报警，房屋差异沉降报警指标0.3 %。根据建筑物极地表沉降监测数据来改进盾构推进初步方案。(6)盾构下穿复合地基建筑物期间使用改进推进方案进行推进施工。盾构在下穿建筑物前后隧道端面内土层情况基本一致，均为淤泥质粉质粘土，在下穿期，根据区间上方监测数据实时修正盾构掘进参数，其包括推进速度、土仓压力、出土量、注浆量以及注浆压力；注浆压力通过太沙基土压力理论计算及考虑实际运输管道的压力损失；每环管片推进速度控制在3cm/min内。
(7)采取盾构穿越后措施，即盾构下穿后的二次注浆及支托结构施工。在盾构下穿建筑物之后，需要通过利用隧道内管片上部二次注浆孔对土体进行注浆加固，同时在壁后注浆对建筑物及地表进行监测，根据监测数据及时调整壁后注浆参数。另外考虑到房屋基础下土体非常软，壁后压注水泥浆浆液可能会乱窜，对周边土体造成较大扰动，采用先从两端管片上部压注1:1双液浆形成环箍，随后从环箍之间压注水泥浆。图3为支托结构施工示意图。在此处，选用支托结构4的一种土层锚杆。在管片脱离盾尾后2 4天后，从管片内打孔，对管片外部土体施工支土层锚杆，尽早对复合地基建筑物进行保护。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种盾构近距离下穿复合地基建筑物的变形控制方法，其特征在于，包括以下步骤1)确定对下穿的建筑物的建构特征，该建构特征包括建筑物保护登记、基础形式；2)根据前述建构特征，对建筑物的既有建筑地基和基础进行以加固为主的预保护设施；3)对盾构下穿期间各施工顺序和方法进行三维有限元模拟分析，找出建筑物的建筑物薄弱区域及确定初步盾构推进方案；4)对建筑物进行施工监测，包括建筑物的垂直沉降监测和裂缝观测，周边地表沉降剖面监测，并调整初步盾构推进方案得到改进推进方案；5)盾构下穿建筑物期间使用改进推进方案进行推进施工；6)进行盾构下穿后的二次注浆及支托结构施工。
2.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，所述步骤I)中确定建筑物的建构特征还包括确定建筑物基础埋深及尺寸，建筑物所处位置的地质勘探情况，建筑物与隧道的相对位置，建筑物周边地上与地下两方面的建筑物环境。
3.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，所述步骤6)中所述支托结构施工是在盾构下穿上方建筑物之后，从建筑物下方对应的管片对管片外部土体施工支托结构。
4.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，在所述步骤3)中，采用三维有限元软件、摩尔-库伦模型，按照盾构施工顺序，对盾构下穿已经进行土体加固后的建筑物的各个工况进行模拟分析。
5.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，所述步骤4)中，所述建筑物的垂直沉降监测通过在建筑物内布置的监测点进行监测，及墙体裂缝观测通过人工或者墙体裂缝观测系统进行观测。
6.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，所述步骤4)中，建筑物的所述周边地表沉降剖面监测通过在下穿建筑物两侧范围内地表沿盾构轴线推进方向和垂直盾构轴线推进方向布置的监测点进行监测。
7.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，在步骤5)中，对所述盾构隧道施工下穿期间进行同步注浆，在盾构下穿建筑物期间，其单环管片同步注浆量实质上不需要进行调整，注浆压力通过太沙基土压力理论计算，并加上管道造成的压力损失。
8.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是还包括在步骤4)中，在盾构下穿建筑物前根据在考虑地面超载，深层搅拌桩加固和注浆加固的情况下的土体静压力公式来推算土压力，以确定盾构切口刚进入建筑物区域时的土压力设定值；在步骤5)中，在下穿建筑物期间，还根据监测数据适时的调整土压力以控制切口处上方的建筑物沉降。
9.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，在步骤6)中，对所述盾构下穿后的二次注浆是在管片脱离盾尾数个小时后对其进行二次注浆加固，为防止璧后压注水泥浆浆液会乱窜对周边土体造成较大扰动，采用先从两端管片上部压注1:1双液浆形成环箍，随后从环箍之间压注水泥浆。
10.根据权利要求1所述的变形控制方法，其特征是，在步骤5)中，在盾构下穿建筑物期间，推进速度适当降低，而且推进速度还根据上方建筑物和地表沉降监测数据实时的调難
全文摘要
本发明提供一种有效的盾构近距离下穿复合地基建筑物的变形控制方法。其中，通过在盾构近距离施工下穿前，对建筑物进行调研，得以了解该建筑物的具体情况，然后根据所掌握的建筑物情况(建构特征)，如建筑物保护等级，基础具体形式等，对其进行预保护，对既有建筑地基和基础进行以加固为主的预保护设施；在预保护设施施工之后，通过三维有限元软件对盾构下穿期间的各施工顺序和方法对盾构下穿期间的各种情况进行数值模拟分析；在盾构下穿建筑物之前，还对建筑物和周围地表土体进行沉降监测；在盾构下穿期间，根据监测数据采用合适的推进方案；对已脱出盾尾的管片采用二次注浆和施加支托结构，确保建筑物的后期沉降符合标准。
文档编号E21D9/14GK102996136SQ20121047882
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者袁翔, 邓文全, 胡方剑, 吴永敏, 陈文祥, 袁琳, 李涵军, 胡震敏 申请人:宏润建设集团股份有限公司