一種盾構區間隧道組段劃分方法
【專利摘要】本發明公開了一種盾構區間隧道組段劃分方法包括以下步驟：(1)對盾構掘進的影響區域進行數據分析、理論計算，根據盾構施工環境的組合安全風險因素與盾構隧道穿越的土層性質建立盾構掘進模型，并對所述盾構掘進模型進行掘進實驗研究；(2)盾構隧道穿越的土層進行劃分等級；(3)盾構施工環境組合安全風險因素進行劃分等級；(4)根據盾構隧道穿越的土層等級和所述的盾構施工環境組合安全風險因素等級綜合設定相應的盾構區間隧道組段；(5)根據不同的盾構區間隧道組段，設置盾構刀盤、刀具等相關設備，通過土壓力、刀盤扭矩、盾構推力、推進速度、貫入度、刀盤轉速等掘進參數的設定與優化對對滲流量、滲流系數及噴涌工況等進行修正。
【專利說明】一種盾構區間隧道組段劃分方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種盾構工程【技術領域】，特別是涉及一種盾構區間隧道組段劃分方法。
【背景技術】
[0002]近年來由于城市地鐵具有大容量、高速、安全、可靠的特點，逐步發展成為解決日趨緊張的城市交通問題的首選方案。而隧著城市地鐵建設的逐步深入，地鐵區間不可避免的會面對多種地質情況、多種地下管線和多種地面建筑的情況。
[0003]在盾構施工時，盾構施工參數的合理選取和控制是有效減少和避免盾構施工安全風險的必要措施。建立適宜不同工程地質條件、水文地質條件、地層環境條件和其它特殊條件下盾構施工參數控制標準和/或控制范圍，實現盾構施工的規范化和施工管理的標準化，對有效控制盾構施工安全風險是非常有必要的。
[0004]盾構施工參數必須根據項目環境條件(包括地面和地下建構筑物等)和工程、水文地質條件來確定。盾構施工過程中穿越的地層及其工程地質、水文地質條件并非一成不變，當項目環境條件或工程地質、水文地質條件發生變化時，盾構施工參數也必須相應調整，因此必須根據盾構施工過程中的工程、水文地質條件、地面和地下環境條件以及隧道埋深等因素對盾構法施工的區間隧道進行組段劃分，確定適宜各個組段的盾構施工參數控制標準和/或控制范圍。
[0005]現有技術中城市地鐵工程安全風險識別研究起步較晚，關于盾構施工區間隧道阻段劃分的施工參數研究更少，通常的研究中，操作者根據地層條件、建筑物情況，通過數值模擬和經驗分析判斷盾構施工參數。
[0006]因此希望有一種盾構區間隧道組段劃分方法來克服或至少減輕上述的缺陷。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種盾構區間隧道組段劃分方法來克服現有技術中存在的上述問題。
[0008]為實現上述目的，本發明提供一種盾構區間隧道組段劃分方法包括以下步驟:
[0009](I)對盾構掘進的影響區域進行數據分析、理論計算，根據盾構施工環境的組合安全風險因素與盾構隧道穿越的土層性質以及滲流量、滲流系數、噴涌工況等建立盾構掘進模型，并對所述盾構掘進模型進行掘進實驗研究；
[0010](2)根據所述掘進實驗研究結果，綜合考慮初勘資料、詳勘資料和補勘資料中盾構隧道穿越的土層性質對所述構隧道穿越的土層進行劃分等級；
[0011](3)根據盾構施工環境參數的要求，考慮盾構隧道填埋深度，地面與地下建筑基礎、管線和既有軌道線路的條件，盾構特殊地質情況，地面沉降控制要求，盾構穿越底層的上覆蓋土層性質進行所述盾構施工環境組合安全風險因素劃分等級；
[0012](4)根據所述的盾構隧道穿越的土層等級和所述的盾構施工環境組合安全風險因素等級綜合設定相應的盾構區間隧道組段；
[0013](5)根據不同的所述盾構區間隧道組段，設置盾構設備的推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、盾構推力、土壓力、土倉溫度、螺旋輸送機轉速，并對滲流量、滲流系數、噴涌工況進行修正。
[0014]優選地，所述步驟(2)中的所述盾構隧道穿越的土層等級劃分為6種組段:A組段:盾構穿越的地層為粘土、粉質粘土、粘質粉土和/或粉土以及這四種土層組成的復合地層組段:盾構穿越的地層為沙層，包括粉沙、細沙、中沙和/或粗沙；C組段:盾構穿越的地層為礫石層；D組段:盾構穿越的地層為土與沙的復合土層；E組段:盾構穿越的地層為土、沙和/或礫石的復合地層；F組段:盾構穿越的地層為土、巖混合地層。
[0015]優選地，所述步驟(3)中的所述盾構施工環境組合安全風險等級劃分為3種等級:I級:盾構下穿或者上穿既有軌道線路，或下穿或者臨近重要建筑物，或下穿重要市政管線和河流工程，或土層中有漂石、孤石等特殊地質情況，或隧道埋深小于9m的淺埋隧道，或以上兩種及以上情況的組合；11級:隧道埋深大于9m且小于13m，或隧道上方地層中有一般的市政管線，或隧道臨近或者下穿一般建筑物，或下穿重要市政道路，或地層中的不良地質情況對盾構施工影響較小并沒有特殊地質情況；ΙΠ級:隧道埋深大于13m，或隧道上方地層中沒有管線或者只有對沉降不敏感的管線且管線埋深較淺，或隧道與建筑物基礎和重要市政道路距離較遠，或地層中無不良地質情況等特殊地質情況。
[0016]優選地，所述步驟(4)中的所述盾構組段，即在所述盾構隧道穿越的土層的6種組段的基礎上進一步按照所述盾構施工環境組合安全風險的3種等級進行劃分，形成Al、AI1、Am、B1、BI1、Bm、C1、CI1、Cm、...FI'FII'FIII 共計 18 個盾構區間隧道組段。
[0017]根據本申請的方法將盾構施工區間綜合劃分成18個盾構區間隧道組段，對任何一個盾構區間隧道而言，都是由以上18個構區間隧道組段中的一種或幾種組段組合而成，方便盾構施工過程中根據水文地質條件、地面和地下環境條件以及隧道埋深等因素對盾構法施工的區間隧道進行組段劃分，確定適宜各個組段的盾構施工參數控制標準和/或控制范圍，方便設置盾構設備的推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、盾構推力、土壓力、、土倉溫度、螺旋輸送機轉速，并方便對滲流量、滲流系數、噴涌工況進行修正，提高盾構施工的安全性，實現盾構施工的規范化和施工管理的標準化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是根據本發明一實施例的盾構區間隧道組段劃分的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0020]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。
[0021]根據本發明一寬泛實施例的盾構區間隧道組段劃分方法包括以下步驟:
[0022](I)對盾構掘進的影響區域進行數據分析、理論計算，根據盾構施工環境的組合安全風險因素與盾構隧道穿越的土層性質以及滲流量、滲流系數、噴涌工況等建立盾構掘進模型，并對所述盾構掘進模型進行掘進實驗研究；
[0023](2)根據所述掘進實驗研究結果，綜合考慮初勘資料、詳勘資料和補勘資料中盾構隧道穿越的土層性質對所述構隧道穿越的土層進行劃分等級；
[0024](3)根據盾構施工環境參數的要求，考慮盾構隧道填埋深度，地面與地下建筑基礎、管線和既有軌道線路的條件，盾構特殊地質情況，地面沉降控制要求，盾構穿越底層的上覆蓋土層性質進行所述盾構施工環境組合安全風險因素劃分等級；
[0025](4)根據所述的盾構隧道穿越的土層等級和所述的盾構施工環境組合安全風險因素等級綜合設定相應的盾構區間隧道組段；
[0026](5)根據不同的所述盾構區間隧道組段，設置盾構設備的推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、刀盤推力、土壓力、、土倉溫度、螺旋輸送機轉速，并方便對滲流量、滲流系數、噴涌工況進行修正。根據本申請的方法將盾構施工區間綜合劃分成18個盾構區間隧道組段，對任何一個盾構區間隧道而言，都是由以上18個構區間隧道組段中的一種或幾種組段組合而成，方便盾構施工過程中根據水文地質條件、地面和地下環境條件以及隧道埋深等因素對盾構法施工的區間隧道進行組段劃分，確定適宜各個組段的盾構施工參數控制標準和/或控制范圍，方便設置盾構設備的推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、盾構推力、土壓力、、土倉溫度、螺旋輸送機轉速，并方便對滲流量、滲流系數、噴涌工況進行修正，提高盾構施工的安全性，實現盾構施工的規范化和施工管理的標準化。
[0027]圖1是根據本發明一實施例的盾構區間隧道組段劃分的示意圖。
[0028]參見圖1，盾構法施工的區間隧道組段劃分主要基于以下兩點:
[0029]I)盾構隧道穿越的土層性質:盾構施工參數確定的基本原則，首先是依據盾構開挖的地層情況。
[0030]2)盾構施工環境條件的組合影響:除考慮盾構隧道穿越的地層情況外，還須充分考慮盾構施工環境條件的組合效應，亦即盾構隧道上方地層情況及是否有重要管線，盾構隧道上方地面和地下建構筑物存在與否，盾構隧道下方地下建構筑物存在與否，地面沉降控制要求，盾構隧道穿越特殊地層條件，如巨型漂石、水體下穿越等，都會影響到盾構區間組段的劃分。
[0031]綜合考慮項目初勘資料、詳勘資料和補勘資料中盾構隧道穿越的地層特性，對盾構施工區間隧道進行組段劃分如下:
[0032]A段:盾構穿越的地層為粘土、粉質粘土、粘質粉土和粉土以及這四種土層組成的復合地層；
[0033]B段:盾構穿越的地層為沙層，包括粉沙、細沙、中沙和粗沙；
[0034]C段:盾構穿越的地層為礫石(卵石)層；
[0035]D段:盾構穿越的地層為土與沙的復合土層；
[0036]E段:盾構穿越的地層為土、沙、礫石(卵石)的復合地層；
[0037]F段:盾構穿越的地層為土巖混合地層。
[0038]進行盾構施工環境的組合安全風險因素劃分時主要考慮以下四點因素:
[0039]I)隧道的埋深；
[0040]2)地面和地下環境條件(建筑基礎、管線、既有軌道線路)；
[0041]3)特殊地質情況(漂石、隧道上方有河流等水體)；
[0042]4)盾構穿越地層的上覆土層性質。
[0043]盾構施工環境組合安全風險因素分為以下三級:
[0044]I級:盾構下穿或上穿既有軌道線路，或下穿或者臨近重要建(構)筑物，或下穿重要市政管線和河流工程，或土層中有漂石、孤石等特殊地質情況，或隧道埋深小于9m的淺埋隧道，或以上兩種及以上情況的組合。
[0045]II級:隧道埋深大于9m，或隧道上方地層中有一般的市政管線，或隧道臨近或者下穿一般建筑物，或下穿重要市政道路，或地層中的不良地質情況對盾構施工影響較小并沒有特殊地質情況。
[0046]III級:隧道埋深大于13m，或隧道上方地層中沒有管線或者只有對沉降不敏感的管線(如電力管線、電信管線、廣播管線等)且管線埋深較淺，或隧道與建筑物基礎和重要市政道路距離較遠，或地層中無不良地質情況等特殊地質情況。
[0047]盾構施工區間隧道組段的綜合劃分是在盾構穿越土層組段劃分的基礎上按照盾構施工環境的組合安全風險級別對各個組段進行更詳細的劃分，將A、B、C等六個土層組段劃分為 Al、AU、Am、B1、BH、Bill、Cl、CU、CII1、...FI'FII'FIII 等 18 個組段，即將每個土層組段按照盾構施工環境安全風險級別劃分為1、I1、III三個組段。盾構施工區間隧道組段的綜合劃分對任何一個盾構區間隧道而言，都是由以上18種組段中的一種或幾種組段組合而成。
[0048]最后需要指出的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種盾構區間隧道組段劃分方法，其特征在于包括以下步驟: (1)對盾構掘進的影響區域進行數據分析、理論計算，根據盾構施工環境的組合安全風險因素與盾構隧道穿越的土層性質建立盾構掘進模型，并對所述盾構掘進模型進行掘進實驗研究； (2)根據所述掘進實驗研究結果，綜合考慮初勘資料、詳勘資料和補勘資料中盾構隧道穿越的土層性質對所述構隧道穿越的土層進行劃分等級； (3)根據盾構施工環境參數的要求，考慮盾構隧道填埋深度，地面與地下建筑基礎、管線和既有軌道線路的條件，盾構特殊地質情況，地面沉降控制要求，盾構穿越底層的上覆蓋土層性質進行所述盾構施工環境組合安全風險因素劃分等級； (4)根據所述的盾構隧道穿越的土層等級和所述的盾構施工環境組合安全風險因素等級綜合設定相應的盾構區間隧道組段； (5)根據不同的所述盾構區間隧道組段，設置盾構設備的推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、盾構推力、土壓力、、土倉溫度、螺旋輸送機轉速，并對滲流量、滲流系數、噴涌工況進行修正。
2.根據權利要求1所述的盾構區間隧道組段劃分方法，其特征在于:所述步驟(2)中的所述盾構隧道穿越的土層等級劃分為6種組段:A組段:盾構穿越的地層為粘土、粉質粘土、粘質粉土和/或粉土以及這四種土層組成的復合地層；B組段:盾構穿越的地層為沙層，包括粉沙、細沙、中沙和/或粗沙；C組段:盾構穿越的地層為礫石層；D組段:盾構穿越的地層為土與沙的復合土層；E組段:盾構穿越的地層為土、沙和/或礫石的復合地層；F組段:盾構穿越的地層為土、巖混合地層。
3.根據權利要求1所述的盾構區間隧道組段劃分方法，其特征在于:所述步驟(3)中的所述盾構施工環境組合安全風險等級劃分為3種等級:1級:盾構下穿或者上穿既有軌道線路，或下穿或者臨近重要建筑物，或下穿重要市政管線和河流工程，或土層中有漂石、孤石等特殊地質情況，或隧道埋深小于9m的淺埋隧道，或以上兩種及以上情況的組合；11級:隧道埋深大于9m且小于13m，或隧道上方地層中有一般的市政管線，或隧道臨近或者下穿一般建筑物，或下穿重要市政道路，或地層中的不良地質情況對盾構施工影響較小并沒有特殊地質情況；ΙΠ級:隧道埋深大于13m，或隧道上方地層中沒有管線或者只有對沉降不敏感的管線且管線埋深較淺，或隧道與建筑物基礎和重要市政道路距離較遠，或地層中無不良地質情況等特殊地質情況。
4.根據權利要求1所述的盾構區間隧道組段劃分方法，其特征在于:所述步驟(4)中的所述盾構組段，即在所述盾構隧道穿越的土層的6種組段的基礎上進一步按照所述盾構施工環境組合安全風險的3種等級進行劃分，形成Al、All、AII1、B1、BH、BII1、Cl、CU、CII1、...FI'FII'FIII共計18個盾構區間隧道組段。
【文檔編號】E21D9/00GK104329093SQ201410397082
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】江玉生, 江華, 楊志勇 申請人:中國礦業大學(北京)