專利名稱：負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道工程技術(shù)領(lǐng)域的施工方法，具體地，涉及一種負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法。
背景技術(shù)：
隨著城市發(fā)展，城市的擁擠，各種用途的隧道也紛紛出現(xiàn)。一般情況下，在人員密集區(qū)域修建隧道，均采用盾構(gòu)施工法。傳統(tǒng)地盾構(gòu)工程中工作井的建設(shè)時(shí)必不可少的，而工作井的修建不僅耗費(fèi)大量的工時(shí)、資金，而且對(duì)周圍的環(huán)境造成很大破壞。無工作井盾構(gòu)隧道是一種新型盾構(gòu)工法，與傳統(tǒng)盾構(gòu)工法不同，它不需要工作井，盾構(gòu)直接從地面出發(fā)和到達(dá)。其優(yōu)點(diǎn)是除了節(jié)省工作井投資外，還能縮短工期，降低整體投資；但是，由于需要從地面直接出發(fā)和到達(dá)，隧道在掘進(jìn)過程中將遇到各種覆土厚度工況，包括負(fù)覆土、零覆土和淺覆土。尤其是在負(fù)覆土的受力條件下，隧道的受力尤其不利，在地下水浮力作用下，隧道管片會(huì)發(fā)生上浮，可能會(huì)在局部出現(xiàn)較大的上浮量。隧道的上浮會(huì)影響隧道管片的拼裝，同時(shí)會(huì)影響管片間的密封作用，甚至危及隧道安全。因此，隧道在負(fù)覆土工況下的抗浮已成為這類新型盾構(gòu)施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，對(duì)于隧道抗浮和壓重有以下相關(guān)專利:(I)專利申請(qǐng)?zhí)?01220322442.4，發(fā)明名稱:淺埋盾構(gòu)法隧道的抗浮結(jié)構(gòu)；(2)專利申請(qǐng)?zhí)?01210488590.8，發(fā)明名稱:一種明挖隧道抗浮結(jié)構(gòu)；(3)專利申請(qǐng)?zhí)?00620049257.7，發(fā)明名稱為:門式抗浮結(jié)構(gòu)；(4)專利申請(qǐng) 號(hào)200510029898.6，發(fā)明名稱:雙圓盾構(gòu)施工中側(cè)向滾動(dòng)的壓重糾偏方法；其中:專利(I)用錨桿、專利(2)用圍護(hù)樁及其上部的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁來限制隧道的上浮量，而專利(3)設(shè)計(jì)并使用抗浮樁及基坑底板解決上浮問題。這3個(gè)專利沒有給出抗如何計(jì)算浮力大小，只能通過預(yù)估的方法對(duì)抗浮樁或者圍護(hù)樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。專利(4)則用鉛塊壓重來對(duì)雙圓盾構(gòu)進(jìn)行糾偏，但在偏轉(zhuǎn)角度較大時(shí)，壓重鉛塊只能糾正部分偏轉(zhuǎn)角，因此需要結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)共同解決。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法，將鉛塊壓重物置于需要抗浮的隧道底部，使隧道管片承受額外的鉛塊重力，進(jìn)而減少隧道管片的上浮量；抗浮方法簡(jiǎn)單實(shí)用，大大的減少隧道的上浮量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法，具體步驟如下:(I)針對(duì)隧道管片在實(shí)際施工程中所承受的荷載、地層條件，應(yīng)用有限元法計(jì)算得出壓重荷載的大小，壓重的重物采用鉛塊；(2)鉛塊的形狀設(shè)計(jì):每塊鉛塊重200千克,鉛塊尺寸為底面半徑0.12m、聞度0.4m的圓柱體。圓柱形鉛塊一端設(shè)置凹槽，另一端設(shè)置搭頭，凹槽需與搭頭相吻合。施工過程中把相鄰鉛塊連接一起，使之成為一個(gè)整體，防止個(gè)別鉛塊自由滾動(dòng)而出現(xiàn)安全事故。同時(shí)在圓柱體鉛塊側(cè)面設(shè)置把手，以方便搬運(yùn)。(3)鉛塊的設(shè)置位置:鉛塊設(shè)置于需要抗浮的隧道底部。優(yōu)選地，所述有限元法的得出壓重荷載的大小，具體如下:I)采用三維有限元數(shù)值分析法；2)有限元的建模范圍寬度為IOD (D為隧道直徑),長(zhǎng)度為隧道的負(fù)覆土部分長(zhǎng)度，隧道置于模型的中間，地表距離考慮隧道的實(shí)際埋深，底面距隧道的中心為ID ；3)計(jì)算中邊界條件設(shè)定如下:模型兩側(cè)約束水平位移，模型底部同時(shí)約束豎向位移與水平位移；4)根據(jù)隧道管片的覆土深度計(jì)算出隧道管片所受的主動(dòng)土壓力，根據(jù)地下水位的高度計(jì)算出隧道管片所受浮力的大小，將得到的荷載施加于模型上，計(jì)算得出隧道的上浮量，然后在模型中加入壓重荷載，再次計(jì)算隧道的上浮量，經(jīng)過多次試算得到隧道上浮量與壓重荷載之間的關(guān)系曲線，根據(jù)工程的抗浮標(biāo)準(zhǔn)，在關(guān)系曲線圖上確定壓重荷載的準(zhǔn)確數(shù)值。優(yōu)選地，根據(jù)隧道管片所承受的荷載，由上述有限元法迅速的算出對(duì)應(yīng)的壓重荷載的大小，進(jìn)而確定所述鉛塊的數(shù)量，并將所述鉛塊設(shè)置在隧道上浮部位的底部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
1、本發(fā)明將鉛塊壓重物置于需要抗浮的隧道底部，使管片承受額外的鉛塊重力，進(jìn)而減少管片的上浮量；2、本發(fā)明抗浮方法簡(jiǎn)單實(shí)用，可以大大的減少隧道的上浮量；3、本發(fā)明在設(shè)計(jì)階段就可以預(yù)測(cè)管片抗浮所需的壓重重物的重量，為制定合理的施工方案服務(wù)，適用于所有盾構(gòu)施工隧道的抗浮。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:圖1為本發(fā)明一實(shí)施例某隧道模型；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例隧道壓重與上浮量關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本實(shí)施例提供一種負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法用于某盾構(gòu)隧道建立的三維有限元模型，模型的長(zhǎng)度為30m，寬度為70m，深度為24m。本實(shí)施例具體步驟如下:(I)針對(duì)隧道管片在實(shí)際施工程中所承受的荷載、地層條件，應(yīng)用有限元法計(jì)算得出壓重荷載的大小，壓重的重物采用鉛塊；(2)鉛塊的形狀設(shè)計(jì):每塊鉛塊重200千克,鉛塊尺寸為底面半徑0.12m、聞度0.4m的圓柱體，所述鉛塊的兩端設(shè)置有凹槽和搭頭以使相鄰的所述鉛塊連接在一起，所述鉛塊的柱面上設(shè)置有方便搬運(yùn)的把手。(3)鉛塊的設(shè)置位置:鉛塊設(shè)置于需要抗浮的隧道底部。本實(shí)施例中，所述有限元法的得出壓重荷載的大小，具體步驟如下:I)采用三維有限元數(shù)值分析法；2)有限元的建模范圍寬度為IOD (D為隧道直徑)，長(zhǎng)度為隧道的負(fù)覆土部分長(zhǎng)度，隧道置于模型的中間，地表距離考慮隧道的實(shí)際埋深，底面距隧道的中心為ID ；3)計(jì)算中邊界條件設(shè)定如下:模型兩側(cè)約束水平位移，模型底部同時(shí)約束豎向位移與水平位移；4)根據(jù)隧道管片的覆土深度計(jì)算出隧道管片所受的主動(dòng)土壓力，根據(jù)地下水位的高度計(jì)算出隧道管片所受浮力的大小，將得到的荷載施加于模型上，計(jì)算得出隧道的上浮量，然后在模型中加入壓重荷載，再次計(jì)算隧道的上浮量，經(jīng)過多次試算得到隧道上浮量與壓重荷載之間的關(guān)系曲線。根據(jù)實(shí)際工況施加荷載，計(jì)算隧道上浮量，然后施加lt、2t、4t、8t壓重，得到隧道上浮量與隧道壓重之間的關(guān)系圖(如圖2所示)。如圖2所示，可以 看出壓重6t時(shí)，隧道上浮量小于5mm，滿足了設(shè)計(jì)要求。因此，只需要在隧道上浮部位底部放置==3+&塊鉛塊就可以滿足隧道的抗浮要求，并將鉛塊設(shè)置在隧道上浮部位的底部。本發(fā)明抗浮方法簡(jiǎn)單實(shí)用，將鉛塊壓重物置于需要抗浮的隧道底部，使管片承受額外的鉛塊重力，可以大大的減少隧道的上浮量，適用于所有盾構(gòu)施工隧道的抗浮。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法，其特征在于，所述方法具體步驟如下: (1)針對(duì)隧道管片在實(shí)際施工程中所承受的荷載、地層條件，應(yīng)用有限元法計(jì)算得出壓重荷載的大小，壓重的重物采用鉛塊； 所述有限元法的得出壓重荷載的大小，具體如下: 1)采用三維有限元數(shù)值分析法； 2)有限元的建模范圍寬度為10D,D為隧道直徑,長(zhǎng)度為隧道的負(fù)覆土部分長(zhǎng)度,隧道置于模型的中間，地表距離考慮隧道的實(shí)際埋深，底面距隧道的中心為ID ； 3)計(jì)算中邊界條件設(shè)定如下:模型兩側(cè)約束水平位移，模型底部同時(shí)約束豎向位移與水平位移； 4)根據(jù)隧道管片的覆土深度計(jì)算出隧道管片所受的主動(dòng)土壓力，根據(jù)地下水位的高度計(jì)算出隧道管片所受浮力的大小，將得到的荷載施加于模型上，計(jì)算得出隧道的上浮量，然后在模型中加入壓重荷載，再次計(jì)算隧道的上浮量，經(jīng)過多次試算得到隧道上浮量與壓重荷載之間的關(guān)系曲線，根據(jù)工程的抗浮標(biāo)準(zhǔn)，在關(guān)系曲線圖上確定壓重荷載的準(zhǔn)確數(shù)值； (2)鉛塊的形狀設(shè)計(jì):每塊鉛塊重200千克，鉛塊尺寸為底面半徑0.12m、高度0.4m的圓柱體，圓柱形鉛塊一端設(shè)置凹槽，另一端設(shè)置搭頭，凹槽需與搭頭相吻合，施工過程中把相鄰鉛塊連接一起，使之成 為一個(gè)整體，防止個(gè)別鉛塊自由滾動(dòng)而出現(xiàn)施工事故，同時(shí)在圓柱體鉛塊側(cè)面設(shè)置把手； (3)鉛塊的設(shè)置位置:鉛塊設(shè)置于需要抗浮的隧道底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法，其特征在于，根據(jù)隧道管片所承受的荷載，由上述有限元法算出對(duì)應(yīng)的壓重荷載的大小，進(jìn)而確定所述鉛塊的數(shù)量，并將所述鉛塊設(shè)置在隧道上浮部位的底部。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種負(fù)覆土工況下盾構(gòu)隧道抗浮壓重的方法，該方法步驟包括(1)針對(duì)隧道管片在實(shí)際施工程中所承受的荷載、地層條件，應(yīng)用有限元法計(jì)算得出壓重荷載的大小，壓重的重物采用鉛塊；(2)鉛塊的形狀設(shè)計(jì)；(3)鉛塊的設(shè)置位置鉛塊設(shè)置于需要抗浮的隧道底部。本發(fā)明將鉛塊壓重物置于需要抗浮的隧道底部，使隧道管片承受額外的鉛塊重力，進(jìn)而減少隧道管片的上浮量；抗浮方法簡(jiǎn)單實(shí)用，大大的減少隧道的上浮量，適用于所有盾構(gòu)施工隧道的抗浮。
文檔編號(hào)E21D9/06GK103244134SQ20131015078
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者于亞磊, 葉冠林, 王建華 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)