盾构施工引起的管片周围饱和砂土液化判别装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种盾构施工引起的管片周围饱和砂土液化判别装置及方法，属于盾构施工技术领域。
【背景技术】
[0002]盾构法是在地面下暗挖隧道的一种方法。相比其它隧道建设工法，它具有安全、可靠、劳动强度低以及环境影响小等显著优点。在目前城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道建设中得到广泛运用。虽然盾构施工技术和工艺日益完善和提高，但地铁暗挖隧道是在岩土内部进行，无论其埋深大小，施工都不可避免地扰动周围土体，使其原有的平衡状态遭到破坏。尤其是在砂性土层中推进时，因盾构前进、盾构内部设备的振动和其他等因素，容易使周围的砂土发生液化，这在推进速度较慢和推进时间较长等情况下更加明显。盾构施工引起的地层破坏和一定范围的液化，虽然其液化表现规模、范围、影响力等相比地震诱发要小得多，但是对于一个正在施工的工程项目可能会产生较大的，甚至灾难性的后果。砂土液化引起的涌水、涌砂现象使盾构开挖面失去稳定平衡，产生开挖面失稳现象，进而对隧道本身和隧道周边建(构)筑物的安全产生严重影响。因此，必须尽可能准确地预测盾构施工引起的周围可液化土层扰动程度及规律，以求在施工中提前采取能够减少地层扰动的应对及补救措施，选择最佳的施工技术，制定一套完善的保障措施，确保周围建筑物与地下管线等重要设施的安全。
[0003]目前，土体液化判别可分为原位、室内实验及理论计算三种方法。原位试验方法主要将试验得到的标贯锤击数、静力触探的贯入阻力、剪切波速与规范推荐的经验公式计算的可液化结果进行对比，该法依赖于原位试验结果的准确性和经验公式的可靠性；室内实验主要是利用动三轴或动直剪实验，得到循环次数和频率一定时土体的抗液化强度，该法主要受到土样扰动和荷载波形模拟的影响；理论计算包括总应力法和有效应力法，总应力法不考虑孔压的影响，直接计算振动在土中引起的剪应力，而有效应力法则考虑孔压的增长和消散，可计算振动历时的孔压值。对盾构隧道管片周围砂土的液化判别来说，上述三种方法均不存在适用性。原位试验方法的试验条件在管片已经安装好的情况下不具备，且规范推荐的经验公式不是基于土体实际物理力学特性经过逻辑推理得到，存在很强的经验性，实际应用中存在较大误差。对室内实验来说，一是盾构推进引起的荷载波形采集存在难度极大，二是且土体已受到很大扰动，即使能进行实验，测试结果的可靠性已经大大降低。理论计算法对一般技术人员来说，过于复杂。其所依赖的振动参数的采集和选定技术难度极大，且经济成本很高，同样不适用于管片周围土体的液化判别。
[0004]经对现有的技术文献检索，中国专利申请号:201410155332.7，申请日期:2014.4.18，记载了一种“洞内消除盾构隧道地层液化的方法”，该技术主要用于繁华城市中的市政与轨道交通等公共交通工程中的盾构隧道地层液化消除，可在已形成的盾构隧道结构内部，对其周围液化地层进行加固、消除液化，以解决现有技术难以在建构筑物密布条件下实现消除地层液化的问题。但该技术只给出了即将出现或者已经出现液化现象的管片周围地层的加固消除方法，并没有给出地层液化预判的方法。
[0005]对盾构隧道管片周围土体进行液化判别前，需要确定场地土的地质分层和土性参数° 1992 年，Robertson 等(Estimating coefficient of consolidat1n frompiezoconetets, Canadian Geotechnical Journal, 29(4)，551-557;加拿大国家科学委员会主办的《加拿大岩土工程学报》，“用孔隙水压式的静力触探测定土层的固结性状与相关计算公式”)通过应用孔隙水压力的分布规律来确定土层分布及土层的固结性状与相关计算公式(以下简称Robertson方法)。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于现场测试数据的，不影响施工进度的，降低盾构掘进对周边环境影响的，适用于管片周围土体的液化判别的装置；进一步地，本发明提供一种可有效、准确测量管片周围砂土的孔隙水压力值及土压力值，进而判别盾构施工引起的管片周围砂土是否液化及液化程度，进而采取应对措施以消除液化危害的盾构施工引起的管片周围饱和砂土液化判别方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
盾构施工引起的管片周围饱和砂土液化判别装置，其特征在于:包括:预设在管片内的无缝钢管预埋件和T形预埋件，所述无缝钢管预埋件的一端在所述管片外表面设置有无缝钢管临时封盖，所述无缝钢管预埋件的另一端延伸至所述管片内表面；所述T形预埋件的一端在所述管片外表面设置有T形预埋件临时封盖，所述T形预埋件的另一端延伸至所述管片内表面，所述T形预埋件的头部放置有土压力传感器；所述无缝钢管预埋件和T形预埋件的外部均由锚筋固定于所述管片内；孔隙水压计导线穿过外径小于所述无缝钢管预埋件的内径的第一导管后，所述第一导管顶端的第一导管插口与位于孔隙水压计下表面的孔隙水压计卡口相连，所述孔隙水压计的外径小于所述无缝钢管预埋件的内径；所述第一导管的底端设置有用于连接若干第一连接导管的第一螺口 ； 土压力传感器导线穿过外径小于所述T形预埋件的垂直管内径的第二导管后，所述第二导管顶端的第二导管插口与位于所述土压力传感器下表面的土压力传感器卡口相连，所述第二导管的底端设置有用于连接若干第二连接导管的第二螺口。
[0008]所述T形预埋件的头部和所述土压力传感器之间填充有防振材料。
[0009]所述防振材料包括碎泡沫。
[0010]所述第一导管、第二导管、第一连接导管和第二连接导管的外面均设置有防水层。
[0011]所述防水层的材质为防水橡胶。
[0012]所述第一导管和第二导管的规格相同；所述第一连接导管和第二连接导管的规格相同。
[0013]盾构施工引起的管片周围饱和砂土液化判别方法，其特征在于:包括以下步骤: S01，采用Robertson方法对盾构隧道的管片周围至地表的土体进行包括土层分布、土体物理力学指标勘探；
S02，根据步骤SOl的勘探结果，对土体地质分层及土性参数进行分析，以确定管片周围液化判别测点的安装数量及位置；
以下情况土层可初判为不发生液化，无需设置测点: a，埋深大于15m或者初始约束应力大于200kPa的地层； b，地下水位低于-10米的地层；
S03，在步骤S02确定的安装位置分别安装孔隙水压计和土压力传感器；
孔隙水压计的安装方法为:将孔隙水压计从管片内表面装入无缝钢管预埋件，将孔隙水压计导线穿过第一导管后，所述第一导管顶端的第一导管插口与位于孔隙水压计下表面的孔隙水压计卡口相连，从而将孔隙水压计和第一导管固定在一起，握住第一导管的下部并在管片内表面的一端加力，将孔隙水压计顺着无缝钢管预埋件往外侧顶，在顶出无缝钢管临时封盖后，再穿过管片外侧包裹的注浆层后即可进入测试土层；第一导管的长度通过螺纹连接若干第一连接导管而接长，直至将孔隙水压计送入测点；依次在步骤S02确定的测点处将孔隙水压计按照上述方法安装完毕；
土压力传感器的安装方法为:将土压力传感器导线穿过第二导管后，所述第二导管顶端的第二导管插口与位于所述土压力传感器下表面的土压力传感器卡口相连，从而将土压力传感器与第二导管固定在一起，握住第二导管的下部并在管片内表面的一端加力，将土压力传感器往外侧顶，在顶出T形预埋件临时封盖后，再穿过管片外侧包裹的注浆层后即可进入测试土层；第二导管的长度通过螺纹连接若干第二连接导管而接长，直至将土压力传感器送入测点；依次在步骤S02确定的测点处将土压力传感器按照上述方法安装完毕；S04，在盾构掘进过程中，及时采集步骤S02确定的各测点处的孔隙水压力值u及土压力值σ，将每一测点处的σ及u进行对比，对该测点处的土体进行液化判别；如果0=u，则判定该处土体发生初步液化，需采取应对措施。
[0014]所述T形预埋件的头部为一中空薄壁圆柱形预埋件，所述土压力传感器装入所述中空薄壁圆柱形预埋件，所述土压力传感器的直径较所述中空薄壁圆柱形预埋件的直径小10~15_;所述压力传感器与中空薄壁圆柱形预埋件之间填充有碎泡沫。
[0015]所述无缝钢管预埋件的内径较所述孔隙水压计的最大外直径大2~5mm。
[0016]本发明提供的一种盾构施工引起的管片周围饱和砂土液