一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道盾构施工技术领域，尤其是涉及一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法。
【背景技术】
[0002]盾构推进对周围环境的影响主要表现在盾构推进引起的地表沉降。地表沉降过大时，会影响到盾构隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营，特别是在建筑物、道路、地下管线密集的城市修建地铁，隧道施工引起的地表沉降更应引起高度重视。实际进行地表沉降监测时，采用地表沉降监测系统进行监测，并且需具备地面监测条件，具体是能在监测区域的地面上布设地表沉降监测系统并能布置多个地表沉降监测点，这样才能有效完成地表沉降监测过程。目前，盾构推进引起的地表沉降监测技术已相当成熟。但实际施工过程中，受施工现场周侧环境、地上建筑物等多种因素的限制，经常出现无地面监测条件的情形，相应使施工区域的地表沉降监测无法正常进行。
[0003]地铁施工过程中，盾构下穿既有运营隧道的施工案例较多，但是在富水软土层中，且在无地面监测条件下，盾构小净距斜下穿既有运营隧道的施工实例较少。例如，对下穿既有运营隧道的盾构隧道进行施工时，盾构隧道的施工工况具有以下特点:第一、下穿地层的地基承载力为60kPa?80kPa、孔隙比为1.0?1.2且饱和度为95%?96%，具有高含水量、高压缩性、低强度、高灵敏度和易触变特性的特点，在动力作用下极易破坏土体结构，使土体强度骤然降低，变形量增加；第二、盾构下穿既有运营隧道的最小垂直净距仅为2.1m,为所施工盾构隧道直径的三分之一，盾构下穿既有运营隧道非正交下穿且其和既有运营隧道平面夹角约为22°，盾构下穿既有运营隧道为小角度斜交下穿；第三、地面位置为地火车站地下广场，无地面监测条件，针对上述施工工况，该处于富水软土层中且无地面沉降监测条件的盾构隧道施工过程中，变形控制难度非常大。
[0004]现如今，进行盾构下穿既有运营隧道施工时，通常采取的是既有运营隧道钢环加固与穿越地层提前注浆预加固相结合的施工方法，但采用该方法进行下穿施工时，施工工序复杂、周期长且成本高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、施工效果好，能对盾构下穿既有运营隧道变形进行有效控制，周期短且成本低。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，所施工隧道为下穿既有运营隧道的盾构隧道，所述既有运营隧道为已有的运营隧道，其特征在于:所施工隧道中下穿既有运营隧道的隧道节段为下穿段，所述既有运营隧道中位于所述下穿段上方的隧道节段为需加固段；对所述下穿段进行施工时，过程如下:
[0007]步骤一、既有运营隧道钢环加固:对所述下穿段进行施工之前，先采用隧道内部加固结构对既有运营隧道的需加固段进行加固；
[0008]所述隧道内部加固结构包括多个由前至后支撑于所述需加固段内的钢环，前后相邻两个所述钢环之间通过多道纵向拉结梁紧固连接为一体；
[0009]步骤二、既有运营隧道变形监测点布设:在既有运营隧道的两个变形监测区域内分别布设多组变形监测点，每组所述变形监测点均包括沉降监测点、水平位移监测点和净空收敛监测点；
[0010]两个所述变形监测区域分别为既有运营隧道中位于所述需加固段前侧和后侧的隧道节段，两个所述变形监测区域的长度均为50m?10m ;
[0011]步骤三、试验段盾构施工确定指导性施工参数的基准值:先在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段，并在所述试验段所处的施工区域布设多个地表沉降监测点；再对所述试验段进行盾构施工，盾构施工过程中对各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况进行监测，并根据地表沉降情况监测结果，对所述试验段的盾构施工参数进行确定；
[0012]所述试验段的盾构施工参数为指导性施工参数的基准值且其包括土仓内部压力Ptll、推力F。、同步注浆压力Ptl2和同步注浆量Qtl;
[0013]步骤四、下穿段指导性施工参数确定:根据步骤三中所确定的指导性施工参数的基准值，对所述下穿段的指导性施工参数进行确定；所述下穿段的指导性施工参数包括土仓内部压力Pu、推力F1、同步注浆压力P12和同步注浆量Q 1；
[0014]其中，P11= P Q1-DP1，DP1 = 0.02MPa ?0.05MPa !F1=F 0_DF，DF = 200t ?500t ；P12= P02-DP2, DP2= 0.02MPa ?0.04MPa W1= (l_c) ' Q0，c = 20%?30% ；
[0015]步骤五、下穿段盾构施工:按照步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数，对所述下穿段进行盾构施工；对所述下穿段进行盾构施工时，采用盾构机进行盾构掘进施工，且盾构掘进施工完成一环后进行盾构管片拼装施工；
[0016]盾构施工过程中，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，对既有运营隧道的隧道变形情况进行监测，并根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整；所调整的盾构施工参数包括土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量；
[0017]步骤六、下穿后分阶段补充注浆:步骤五中所述下穿段盾构施工完成后，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，分多次对既有运营隧道的隧道变形情况进行监测；每次监测完成后，均根据监测结果且通过步骤五中拼装施工好的盾构管片上开设的注浆孔，对所述下穿段进行补充注浆。
[0018]上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是:步骤一中多个所述钢环通过多道所述纵向拉结梁紧固连接为一体，所述纵向拉结梁沿所述需加固段的纵向长度方向布设且其长度不小于所述需加固段的长度，多道所述纵向拉结梁沿圆周方向由左至右布设。
[0019]上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是:步骤一中所述钢环支撑在所述需加固段的拱顶和左右两个侧墙上，所述钢环包括由多个弧形支撑钢板沿圆周方向从前至后拼装而成的支撑架和两个分别支撑在所述支撑架左右两侧底部的基座，两个所述基座分别支撑在既有运营隧道的仰拱左右两侧上方；多个所述弧形支撑钢板和两个所述基座均布设在既有运营隧道的同一个隧道横断面上。
[0020]上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是:所述既有运营隧道的仰拱上设置有供钢轨铺装的混凝土平台，所述混凝土平台的上部左右两侧分别设置有一个排水沟；
[0021]两个所述基座分别支撑在两个所述排水沟内；多个所述弧形支撑钢板的宽度均为0.4m?0.6m，相邻两个所述弧形支撑钢板之间以及所述弧形支撑钢板与基座之间均通过多个连接螺栓进行紧固连接，每个所述弧形支撑钢板均通过多个锚栓固定在既有运营隧道内的管片环上，每个所述弧形支撑钢板上均开有多个供所述锚栓安装的锚栓安装孔；
[0022]每个所述弧形支撑钢板的外侧均设置有第一加固框架，每个所述第一加固框架的左右两侧均开有多个分别供所述连接螺栓安装的第二螺栓安装孔；所述基座包括水平钢板和安装在水平钢板上的第二加固框架，所述第二加固框架的外侧开有多个供所述连接螺栓安装的第一螺栓安装孔。
[0023]上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是:步骤三中所述的推力F。和步骤四中所述的推均为盾构机的总推力；步骤三中所确定的盾构施工参数还包括同步注浆浆液配合比Ctl以及所述盾构机的出土量M ^、推进速度Vtl和刀盘扭矩T ^，步骤四中所述下穿段的指导性施工参数还包括同步注浆浆液配合比C1以及所述盾构机的出土量M1、推进速度V1和刀盘扭矩T:，其中C。= C M0= M1, V0= V T0= T 1；
[0024]步骤三中对所述试验段的盾构施工参数进行确定时，根据各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况，将累计沉降量控制在5mm以内且沉降日变量控制在3mm以内所选取的盾构施工参数作为所述试验段的盾构施工参数。
[0025]上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是:步骤三中在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段后，还需对所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件进行对比:当所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件相同时，指导性施工参数的基准值为所述试验段的盾构施工参数；反之，指导性施工参数的基准值为对所述试验段的盾构施工参数进行调整后的盾构施工参数；
[0026]对所述试验段的盾构施工参数进行调整时，根据所述下穿段的地质条件与所述试验段的地质条件之间差异进行调整；所述地质条件包括地面覆土厚度、地层类型和地下水压力。
[0027]上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是:步骤二中每组所述变形监测点均布设在所述变形监测区域的同一个隧道横断面上，各组所述变形监测点布设的隧道横断面均为隧道监测面；
[0028]步骤