专利名称：盾构隧道联络通道冻结效果控制法的制作方法
技术领域：
本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种盾构隧道联络通道冻结效果控制法。
背景技术：
冻结法作为一种施工方法，最早于1962年被英国人用于建筑基坑施工中，德国人波茨舒于1883年采用冻结法成功施工了 10 !!深的煤矿井筒，并获得了冻结技术专利。我国自1955年开溧矿区首次应用冻结法凿井，80年代开始，随着我国地下工程的增多，冻结法逐渐由矿山工程向城市各类工程推广应用，北京、上海等地铁由多条隧道采用水平冻结法完成施工，目前，人工冻结法加固已成为盾构隧道联络通道施工常用方法。冻土帷幕的冻胀对冻结效果影响较大，过量冻胀会对联络通道本身、主隧道结构产生负面影响，使冻土帷幕及主隧道内力、变形过大，冻土帷幕的强度安全系数小于《联络通道冻结法技术规程》规定的最小安全系数，增大时开挖施工风险，且过量冻胀可能会引起冻结管挤压变形断裂，发生盐水渗漏，引起冻土帷幕局部强度下降，影响冻结效果。直接对冻土帷幕冻胀进行监测较难实施，故冻结施工时往往无法对冻土帷幕冻胀进行有效控制。
发明内容
本发明的目的是为了克服前述现有技术的不足之处，提供一种盾构隧道联络通道冻结效果控制法，可以对冻土帷幕冻胀进行有效控制。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是一种盾构隧道联络通道冻结效果控制法，其包括分析不同假定冻胀率对主隧道、冻土帷幕的影响；根据影响程度制定出临界冻胀率；对主隧道内不同点位进行变形监测并反馈出实际冻胀率；达到临界冻胀率后进行冻胀释放。进一步，假定冻胀率下所得的主隧道计算变形量接近主隧道相同位置监测值即为实际冻胀率，采用实际冻胀率与临界冻胀率进行对比，若实际冻胀率小于临界值，则冻胀对冻结效果影响较小，若实际冻胀率大于临界值，则冻胀对冻结效果影响较大，需进行冻胀释放。所述冻胀率指冻土帷幕平均冻胀率；不同假定冻胀率是为分析不同冻胀程度对冻土帷幕及主隧道影响而引入的概念，在联络通道所在土层形成的冻土帷幕所能引发的最大和最小冻胀率范围内选择多个不同的冻胀率作为不同假定冻胀率。所述临界冻胀率值根据冻土帷幕强度安全系数判定，若某冻胀率下施工不同阶段冻土帷幕强度安全系数均略大于或等于《联络通道冻结法技术规程》规定的最小安全系数， 则该冻胀率为临界冻胀率。所述对主隧道内不同点位进行变形监测是将主隧道内变形监测点位布置在主隧道内隧顶、隧底及隧道腰部不同测点在同一断面上，并以联络通道处主隧道为中点，向两侧隔一定间距延伸布置监测断面直至冻结施工影响区域边缘。该控制方法具体为分析不同假定冻胀率在冻结不同阶段对主隧道、冻土帷幕的影响，并通过不同假定冻胀率下施工不同阶段冻土帷幕强度安全系数(冻土帷幕强度设计值与冻土帷幕强度计算值之比)与《联络通道冻结法技术规程》规定的最小强度安全系数对比分析，制定出临界冻胀率，而后对联络通道冻结施工影响区域内施工不同阶段主隧道隧顶、隧底及隧道腰部不同点位进行竖向变形监测，通过监测到的竖向变形量与不同冻胀率下主隧道的计算竖向变形量进行对比分析，若某假定冻胀率下所得的主隧道计算变形量接近主隧道相同位置监测值即为实际冻胀率，采用实际冻胀率与临界冻胀率进行对比，若实际冻胀率小于临界值，则冻胀对冻结效果影响较小，若实际冻胀率大于临界值，则冻胀对冻结效果影响较大，需进行冻胀释放。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点通过可观测的主隧道变形结合不同假定冻胀率下对主隧道及冻土帷幕的影响分析能较准确判定较难监测的冻土帷幕冻胀状态，并根据实际冻胀率与临界冻胀率对比有针对性的及时进行冻胀释放。
图1为联络通道冻结效果控制方法流程图。图2为联络通道主隧道变形监测平面图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。土体冻结是一个复杂的物理过程，当温度低于水的冰点时，孔隙水开始集结成冰， 而液态水转变为固态冰时其体积会增加，土颗粒间隙的冰胀作用出现土体的冻胀现象。由于地层差异性，不同联络通道工程冻结施工时土体冻胀程度不一致，对冻土冻胀程度的判定无法依赖以往施工经验，且现场条件复杂，室内试验所得结果也不佳。本发明所采用的方法流程图如图1所示。本发明对联络通道所在土层进行室内试验所得冻土强度值作为冻土帷幕设计强度，并根据冻结设计方案建立有限元计算模型，考虑联络通道所在土层所能产生的最小至最大冻胀率范围，根据该冻胀率范围设定若干具有代表性的典型冻胀率作为不同假定冻胀率，分析在不同假定冻胀率下联络通道冻结、暗挖联络通道、暗挖泵房不同阶段冻土帷幕最大压力、拉力和剪力值及主隧道不同点位变形量。根据计算结果提取不同假定冻胀率下冻土帷幕冻结施工影响区域内的冻结、暗挖阶段联络通道处垂直于隧道设计轴线不同断面内的主隧道隧顶、隧底和隧道腰部处的竖向变形量；并通过冻结、暗挖阶段冻土帷幕计算强度与冻土帷幕设计强度对比得出的不同冻胀率下不同施工阶段的强度安全系数。由于冻胀率越大，计算所得冻土帷幕的内力越大，冻土帷幕强度安全系数越低，故通过不同假定冻胀率下施工不同阶段的计算所得的安全系数与《联络通道冻结法技术规程》规定的最小允许安全系数对比，可得出施工不同阶段略大于或等于最小允许安全系数的临界冻胀率。对联络通道施工时主隧道变形量进行监测，在联络通道冻结施工影响区域内垂直于隧道设计轴线不同断面内的主隧道隧顶、隧底和隧道腰部处布置竖向监测点，如图2所示，其中标号1 7代表的是隧道内壁顶部变形监测点1、隧道内壁远离冻土帷幕的腰部变形监测点2、隧道内壁底部变形监测点3、隧道内壁靠近冻土帷幕的腰部变形监测点4、冻土帷幕区域5、联络通道区域6、主隧道7，通过主隧道变形测点监测联络通道冻结施工影响区域施工不同阶段主隧道内典型断面隧顶、隧底及隧道腰部处监测点竖向变形量。根据不同施工阶段实际监测所得的主隧道内隧顶、隧底及隧道腰部竖向变形量对比不同假定冻胀率下计算所得的主隧道内隧顶、隧底及隧道腰部竖向变形量，得出的与监测结果相近或相同的计算主隧道变形量值所对应的冻胀率为实际冻胀率，若实际冻胀率小于临界冻胀率，则冻胀对冻结效果影响较小，若实际冻胀率大于临界冻胀率，则冻胀会对冻结效果产生较大影响，增加开挖施工风险，影响施工安全性，需及时进行冻胀释放，通过冻胀释放减小冻胀，控制冻结效果。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
1.一种盾构隧道联络通道冻结效果控制法，其特征在于其包括分析不同假定冻胀率对主隧道、冻土帷幕的影响；根据影响程度制定出临界冻胀率；对主隧道内不同点位进行变形监测并反馈出实际冻胀率；达到临界冻胀率后进行冻胀释放。
2.如权利要求1所述的盾构隧道联络通道冻结效果控制法，其特征在于假定冻胀率下所得的主隧道计算变形量接近主隧道相同位置监测值即为实际冻胀率，采用实际冻胀率与临界冻胀率进行对比，若实际冻胀率小于临界值，则冻胀对冻结效果影响较小，若实际冻胀率大于临界值，则冻胀对冻结效果影响较大，需进行冻胀释放。
3.如权利要求1所述的盾构隧道联络通道冻结效果控制法，其特征在于所述冻胀率指冻土帷幕平均冻胀率；不同假定冻胀率是为分析不同冻胀程度对冻土帷幕及主隧道影响而引入的概念，在联络通道所在土层形成的冻土帷幕所能引发的最大和最小冻胀率范围内选择多个不同的冻胀率作为不同假定冻胀率。
4.如权利要求1所述的盾构隧道联络通道冻结效果控制法，其特征在于所述临界冻胀率值根据冻土帷幕强度安全系数判定，若某冻胀率下施工不同阶段冻土帷幕强度安全系数均略大于或等于《联络通道冻结法技术规程》规定的最小安全系数，则该冻胀率为临界冻胀率。
5.如权利要求1所述的盾构隧道联络通道冻结效果控制法，其特征在于所述对主隧道内不同点位进行变形监测是将主隧道内变形监测点位布置在主隧道内隧顶、隧底及隧道腰部不同测点在同一断面上，并以联络通道处主隧道为中点，向两侧隔一定间距延伸布置监测断面直至冻结施工影响区域边缘。
全文摘要
本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种盾构隧道联络通道冻结效果控制法，其包括分析不同假定冻胀率对主隧道、冻土帷幕的影响；根据影响程度制定出临界冻胀率；对主隧道内不同点位进行变形监测并反馈出实际冻胀率；达到临界冻胀率后进行冻胀释放。本发明实现了通过可观测的主隧道变形结合不同假定冻胀率下对主隧道及冻土帷幕的影响分析能较准确判定较难监测的冻土帷幕冻胀状态，并根据实际冻胀率与临界冻胀率对比有针对性的及时进行冻胀释放。
文档编号G05B19/048GK102193515SQ20111002934
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者代仁平, 周顺华, 季昌, 宫全美, 李博 申请人:同济大学