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一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法

申请号 CN202311789185.4 申请日 2023-12-25 公开(公告)号 CN117905943A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 广州海珠湾建设有限公司; 中铁第四勘察设计院集团有限公司; 沈阳建筑大学; 发明人 薛晓杰; 王海君; 邱伟; 胡大伟; 张可心; 薛兴伟;
摘要 本 发明 涉及一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,包括确定盾构隧道与管道平面投影相交 位置 处管道的底部容许最大拉应变增量[Δεt];开挖地基,制作转向台与张拉台座;形成工作面后将 钢 绞线安装固定并通过千斤顶提供预紧 力 ;在盾构隧道与管道平面投影相交位置处的管道底部贴测量管道纵向应变的底部应变片;随着盾构机的掘进,在应变变化累计值εt大于0.5倍[Δεt]时盾构机停止掘进,通过千斤顶逐级张拉钢绞线消除εt;满足在三天内εt小于0.05倍[Δεt]时停止应变观测;在管道纵轴线方向上注浆7~10天后恢复地面。本发明形成了一套有效保证管道安全的高效、低成本的施工方法,该施工方法工艺独特、技术成熟、利于推广。
权利要求

1.一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1:确定在盾构隧道施工时,盾构隧道与管道平面投影相交位置处管道的底部容许最大拉应变增量[Δεt];
步骤2:开挖地基,制作安装固定绞线的转向台与张拉台座;
步骤3:对管道上方的覆土沿盾构隧道方向开挖,形成布设钢绞线的工作面;将钢绞线两端安装并固定在转向台与张拉台座上,钢绞线中部穿过管道底部;在钢绞线两端安装千斤顶并提供预紧
步骤4:在盾构隧道与管道平面投影相交位置处的管道底部贴测量管道纵向应变的底部应变片,底部应变片连接数据采集仪器后回填土方;
以上步骤2~步骤4,要在盾构机朝着管道方向掘进并距离管道4~6倍盾构隧道直径前完成;
步骤5:在盾构机距离管道6~8倍盾构隧道直径时,开始监测底部应变片的应变并得到应变变化累计值εt;在盾构机掘进过程中,随着盾构机的掘进,在应变变化累计值εt大于0.5倍[Δεt]时,盾构机停止掘进,通过千斤顶逐级张拉钢绞线消除应变变化累计值εt,如此反复,在整个盾构机掘进过程中,始终将应变变化累计值εt控制在0.5倍[Δεt]内;
步骤6:盾构机掘进下穿管道后驶离管道,持续观测应变变化累计值εt,如满足在三天内的应变变化累计值εt小于0.05倍[Δεt]时的条件,停止应变观测并开展下一步工作;步骤7:
在管道纵轴线方向上斜向对称地用泥浆对管道底部进行注浆;
步骤8:7~10天后,将千斤顶卸下后回收;将地面以上钢绞线切断后回收;清除张拉台座与转向台,恢复地面。
2.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述步骤一中,采用有限元手段确定盾构隧道与管道平面投影相交位置处管道的底部容许最大拉应变增量。
3.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述步骤二中,开挖地基,在管道的两侧采用混凝土浇筑基座形成钢绞线的转向台,并在转向台中设置弧形的滑槽;滑槽表面安设滑槽钢板并在滑槽钢板表面涂抹润滑油
同时,在两个转向台的外侧即远离管道的一侧采用混凝土浇筑形成张拉台座,并在张拉台座中预留穿设钢绞线用的孔道。
4.根据权利要求3所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述管道两侧的转向台对称布置。
5.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述步骤三中的工作面为V型工作面。
6.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述步骤三中钢绞线的安装固定方式为:将钢绞线从管道一侧的张拉台座的孔道穿过后,布设在滑槽内,然后从管道的底部穿过,再经过管道另一侧的滑槽后穿过张拉台座的孔道中,通过转向台实现钢绞线的转向。
7.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述步骤三中,采用千斤顶给5kN~10kN的力对钢绞线预紧。
8.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述步骤五中,当应变变化累计值εt大于0.5倍[Δεt]盾构机停止掘进后,按照5kN一级采用千斤顶逐级张拉钢绞线,直至应变变化累计值εt消除后停止张拉,盾构机重新掘进。
9.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:所述步骤七中,采用0.5~1.0MPa的压力在管道纵轴线方向上以30°~50°斜向注浆。
10.根据权利要求1所述的一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,其特征在于:
所述步骤七中,在管道纵轴线方向上注浆的长度Lzj为管道直径的10~15倍。

说明书全文

一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于隧道工程技术领域,尤其涉及一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,在盾构隧道下穿管道时,保证盾构隧道下穿管道安全。

背景技术

[0002] 盾构隧道以其方便、快速、安全、节省空间等优点成为地下建筑的首选。然而,盾构隧道一般都会穿过人口密集、地面建筑物林立、地下管网密布的市中心繁华地段,难以避免穿越城市的各种地下的管道。
[0003] 地下的管道是城市的血管,有各种管、气管、油管等,这些管道对城市的运营起着重要的作用。受到盾构隧道施工的影响,管道可能因变形导致的受过大而引发煤气泄漏、爆炸、水管爆裂等事故。
[0004] 为保证盾构隧道下穿管道的安全,传统的技术方法为:
[0005] (1)盾构隧道施工前,采用旋喷法、深层搅拌法、分层注浆等加固管道周边的土体,达到降低土体变形,进而减少管道变形的目的,实现对管道的保护。
[0006] (2)中国专利(公开号:CN217421213U,公开日期:2022年09月13日)提出一种地换乘浅埋暗挖隧道密贴穿越雨污水管线的加固结构,包括位于管线下方的并排连接的多根管管,且该管幕钢管沿垂直于该管线的方向水平设置,相邻该管幕钢管之间通过扣相互连接,该管幕钢管内填充有水泥砂浆;固定于该管幕钢管底部并沿长度方向间隔设置的多组支撑结构,每组该支撑结构包括位于该管幕钢管下方且位于隧道上方的方钢,以及固定于该方钢与该管幕钢管之间的支撑板,该方钢沿垂直于该管幕钢管的方向且水平设置。该实用新型通过在雨污管线与隧道之间设置管幕钢管和支撑结构,解决了现有技术中浅覆土暗挖隧道密贴穿越雨污水管线时加固体支护效果差的技术问题。
[0007] 但上述传统保证盾构隧道管道安全的方法存在以下问题:
[0008] (1)土体加固的方法主要存在的问题:一是加固范围宽,加固范围深,工程量大,造价高昂。二是土体加固形成的水泥土,其抗拉强度较低,一般只有零点几个兆帕的拉应力,难以承受大的变形与受力;属于被动加固,不能根据管道安全需求进行实时调整。
[0009] (2)中国专利(公开号:CN217421213U,公开日期:2022年09月13日)提出的一种地铁换乘浅埋暗挖隧道密贴穿越雨污水管线的加固结构主要存在的问题:一是仅适用于存在多个、小直径的管道,当管道直径大、单个时,无法解决;属于被动加固,不能根据管道安全需求进行实时调整。

发明内容

[0010] 针对现有技术存在的不足,本发明提供一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,实现了在整个盾构施工过程中,通过张拉钢绞线的方法,将底部应变片的应变变化累计值εt控制在0.5倍的盾构隧道1与管道2平面投影相交位置处管道2的底部容许最大拉应变增量[Δεt]内,保证盾构施工过程中管道的安全的目的。
[0011] 一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,具体包括以下步骤:
[0012] 步骤1:确定在盾构隧道施工时,盾构隧道与管道平面投影相交位置处管道的底部容许最大拉应变增量[Δεt];
[0013] 步骤2:开挖地基,制作安装固定钢绞线的转向台与张拉台座;
[0014] 步骤3:对管道上方的覆土沿盾构隧道方向开挖,形成布设钢绞线的工作面;将钢绞线两端安装并固定在转向台与张拉台座上,钢绞线中部穿过管道底部;在钢绞线两端安装千斤顶并提供预紧力;
[0015] 步骤4:在盾构隧道与管道平面投影相交位置处的管道底部贴测量管道纵向应变的底部应变片,底部应变片连接数据采集仪器后回填土方;
[0016] 以上步骤2~步骤4,要在盾构机朝着管道方向掘进并距离管道4~6倍盾构隧道直径前完成;
[0017] 步骤5:在盾构机距离管道6~8倍盾构隧道直径时,开始监测底部应变片的应变并得到应变变化累计值εt;在盾构机掘进过程中,随着盾构机的掘进,在应变变化累计值εt大于0.5倍[Δεt]时,盾构机停止掘进,通过千斤顶逐级张拉钢绞线消除应变变化累计值εt,如此反复,在整个盾构机掘进过程中,始终将应变变化累计值εt控制在0.5倍[Δεt]内;
[0018] 步骤6:盾构机掘进下穿管道后驶离管道,持续观测应变变化累计值εt,如满足在三天内的应变变化累计值εt小于0.05倍[Δεt]时的条件,停止应变观测并开展下一步工作;步骤7:在管道纵轴线方向上斜向对称地用水泥浆对管道底部进行注浆;
[0019] 步骤8:7~10天后,将千斤顶卸下后回收;将地面以上钢绞线切断后回收;清除张拉台座与转向台,恢复地面。
[0020] 所述步骤一中,采用有限元手段确定盾构隧道与管道平面投影相交位置处管道的底部容许最大拉应变增量。
[0021] 所述步骤二中,开挖地基,在管道的两侧采用混凝土浇筑基座形成钢绞线的转向台,并在转向台中设置弧形的滑槽;滑槽表面安设滑槽钢板并在滑槽钢板表面涂抹润滑油
[0022] 同时,在两个转向台的外侧即远离管道的一侧采用混凝土浇筑形成张拉台座,并在张拉台座中预留穿设钢绞线用的孔道。
[0023] 所述管道两侧的转向台对称布置。
[0024] 所述步骤三中的工作面为V型工作面。
[0025] 所述步骤三中钢绞线的安装固定方式为:将钢绞线从管道一侧的张拉台座的孔道穿过后,布设在滑槽内,然后从管道的底部穿过,再经过管道另一侧的滑槽后穿过张拉台座的孔道中,通过转向台实现钢绞线的转向。
[0026] 所述步骤三中,采用千斤顶给5kN~10kN的力对钢绞线预紧。
[0027] 所述步骤五中,当应变变化累计值εt大于0.5倍[Δεt]盾构机停止掘进后,按照5kN一级采用千斤顶逐级张拉钢绞线,直至应变变化累计值εt消除后停止张拉,盾构机重新掘进。
[0028] 所述步骤七中,采用0.5~1.0MPa的压力在管道纵轴线方向上以30°~50°斜向注浆。
[0029] 所述步骤七中,在管道纵轴线方向上注浆的长度Lzj为管道直径的10~15倍。
[0030] 本发明的有益效果是:
[0031] 1.本发明能在整个盾构机掘进过程中实现对管道底部的纵向应变的主动控制,保证了盾构施工过程中管道的安全,且设备简单、工艺成熟、造价低廉。
[0032] 2.本发明中采用的千斤顶、部分钢绞线可回收,克服了传统技术中被动加固、工程量大、造价高昂的不足。
[0033] 3.盾构机掘进下穿管道后驶离管道,如在3天内的应变变化累计值εt小于0.05倍[Δεt],则说明盾构机掘进施工对管道的影响已经十分微小,可停止应变观测并开展下一步工作,可有效保证管道的安全。
[0034] 4.本发明在步骤7中,在管道纵轴线方向上注浆的长度Lzj为管道直径的10~15倍范围内,采用0.5~1.0MPa斜向对管道底部进行注浆,可将钢绞线向上抬升管道时形成的管道下方与土体之间的空隙实现有效填充,避免了在释放钢绞线张拉力后管道发生竖向位移、导致管道处于不利受力情形的出现。
[0035] 5.本发明形成了一套针对盾构隧道下穿管道时,有效保证管道安全的高效、低成本、千斤顶及钢绞线可部分回收的施工方法,该施工方法工艺独特、技术成熟、利于推广。附图说明
[0036] 图1为管道与盾构隧道的断面位置关系示意图;
[0037] 图2为本发明中钢绞线布置方式的立面示意图;
[0038] 图3为本发明中钢绞线布置方式的平面示意图;
[0039] 图4为本发明中施工至恢复地面后的立面示意图;
[0040] 图5为本发明中施工至恢复地面后的平面示意图,图中Lzj表示在管道纵轴线方向上注浆的长度;
[0041] 其中,
[0042] 1‑盾构隧道,2‑管道,3‑钢绞线,4‑转向台,4a‑基座,4b‑滑槽,4c‑滑槽钢板,5‑张拉台座,5a‑孔道,6‑千斤顶,7‑工作面,8‑底部应变片,9‑管道注浆加固体。

具体实施方式

[0043] 为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明的技术方案和效果作详细描述。
[0044] 一种保证盾构隧道下穿管道安全的施工方法,具体包括以下步骤:
[0045] 步骤1:管道2与盾构隧道1的断面位置关系如图1所示,首先采用有限元手段,确定在盾构隧道1施工时,盾构隧道1与管道2平面投影相交位置处管道2的底部容许最大拉应变增量[Δεt]。
[0046] 步骤2:制作转向台4与张拉台座5
[0047] 开挖地基,在管道2的两侧采用混凝土浇筑基座4a形成钢绞线3的转向台4,并在转向台4中设置弧形的滑槽4b,管道2两侧的转向台4对称布置;滑槽4b表面安设滑槽钢板4c并在滑槽钢板4c表面涂抹润滑油;
[0048] 同时,在两个转向台4的外侧即远离管道2的一侧采用混凝土浇筑形成张拉台座5,并在张拉台座5中预留穿设钢绞线3用的孔道5a。
[0049] 步骤3:对管道2上方的覆土沿盾构隧道1方向开挖,形成布设钢绞线3的V型工作面7;将钢绞线3从管道2一侧的张拉台座5的孔道5a穿过后,布设在滑槽4b内,然后从管道2的底部穿过,再经过管道2另一侧的滑槽4b后穿过张拉台座5的孔道5a中,通过转向台4实现钢绞线3的转向;之后在钢绞线3两端安装千斤顶6,采用千斤顶6给5kN~10kN的力对钢绞线3预紧,利用张拉台座5提供张拉时所需的反力,张拉台座5能够提供千斤顶6张拉钢绞线3时所需的支撑。如图2‑图3所示。
[0050] 步骤4:在盾构隧道1与管道2平面投影相交位置处的管道2底部贴测量管道2纵向应变的底部应变片8,底部应变片8连接数据采集仪器后回填土方,监测底部应变片8的应变并得到应变变化累计值εt。
[0051] 以上步骤2~步骤4,要在盾构机朝着管道2方向掘进并距离管道4~6倍盾构隧道1直径前完成。
[0052] 步骤5:在盾构机距离管道6~8倍盾构隧道1直径时,开始监测底部应变片8的应变并得到应变变化累计值εt;随着盾构机的掘进,当应变变化累计值εt大于0.5倍[Δεt]时,盾构机停止掘进,按照5kN一级采用千斤顶6逐级张拉钢绞线3,直至应变变化累计值εt消除后停止张拉,盾构机重新掘进;如此反复,在整个盾构机掘进过程中,始终将应变变化累计值εt控制在0.5倍[Δεt]内。
[0053] 依据施工经验与有限元计算发现,盾构机距离大于管道6~8倍盾构隧道1直径时,盾构朝着管道2方向掘进,在管道2处产生的土体竖向位移均较小。因此,把盾构机距离管道6~8倍盾构隧道1直径作为盾构机掘进与对管道2处产生的土体竖向位移影响的控制距离。
[0054] 步骤6:盾构机掘进下穿管道2后驶离管道2,持续观测应变变化累计值εt,如满足在3天内的应变变化累计值εt小于0.05倍[Δεt]时的条件,停止应变观测并开展下一步工作。
[0055] 步骤7:采用0.5~1.0MPa的压力在管道2纵轴线方向上以30°~50°斜向对称地用水泥浆对管道2底部进行注浆,在管道2纵轴线方向上注浆的长度Lzj为管道2直径的10~15倍,在管道2底部形成管道注浆加固体9,如图4‑图5所示。
[0056] 步骤8:7~10天后,水泥浆强度已经发展了70%~85%,因此可开展下一步工序,将千斤顶6卸下后回收;将地面以上钢绞线3切断后回收;清除张拉台座5与转向台4,恢复地面;实现盾构隧道1施工时对管道2的保护工作。
[0057] 其中,采用千斤顶6张拉钢绞线3,通过钢绞线3的在管道2处产生的竖向向上的力来克服盾构下穿管道2时管道2所产生的竖向位移,实现对管道2竖向向下位移的主动的、有效的控制,避免管道2因盾构施工下穿时,管道2因竖向位移过大、在管道2中产生过大应力引发的事故的发生。