一种管廊变形缝错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺

1.本发明属于城市综合管廊运维结构病害防控技术领域，特别涉及一种管廊变形缝错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺。


背景技术：

2.在城市综合管廊建设过程中，明挖现浇施工工艺由于施工方便、造价低等原因，是目前最常用的施工方法。而且，由于管廊为一细长型地下结构，为避免管廊混凝土浇筑与硬化养护过程中产生的纵向伸缩应力，以及为避免管廊结构沿纵向长度范围非均匀沉降引起的结构变形开裂问题，需沿管廊结构纵向长度方向每隔一定距离设置一道变形缝，以提高管廊结构抗变形破坏能力。现行管廊设计规范中规定管廊结构变形缝的纵向间距不宜超过30m。变形缝允许管廊结构主体产生一定纵向伸缩变形与横向沉降变形，但在实际工程中，变形缝两侧如果结构沉降变形差异较大时，也易产生错台变形病害问题，并易诱发变形缝处防水构件开裂破损，产生渗漏水问题。而引起变形缝处错台变形的原因有很多，比如变形缝处混凝土浇筑施作质量、变形缝处地层条件差异或外部环境荷载扰动等因素。其中，受混凝土浇筑施作质量引起的变形缝处错台变形值往往是恒定、不再发生变化的，对结构安全及正常使用不会产生太大影响，而受地层差异或外部环境荷载引起的错台变形，往往是处于动态发展过程，极易对管廊结构安全与正常使用产生影响，需引起注意。然而，目前，在现有常规管廊变形缝错台变形病害预警检测及治理方面，尚存在以下问题需要解决：（1）利用现有常规技术对管廊变形缝错台变形检测时，往往单纯将某一时刻检测得到的错台变形量与允许值进行对比评判，若超过允许值则认为存在错台变形病害；但应注意此种方法得到的仅仅是某一时刻的错台变形量，难以反映出错台变形是否会发生变化，变化趋势是什么；若检测得到错台变形量不再发生变化，且对结构正常使用不产生影响，则常规该种病害检测方法存在一定的片面性；（2）对于不同原因引起的管廊变形缝错台变形病害问题，也将会使错台变形量呈现出不同的过程发展特征与发展趋势，但目前尚缺少合理的技术方法对错台变形病害的过程发展趋势进行合理预测评判，也缺少合理的标准依据对不同种类的错台变形病害进行有效分类，这些技术问题无法解决，也难以指导管廊变形缝错台变形病害的科学检测与有效治理；（3）在管廊变形缝错台变形治理方面，由于管廊埋藏于地下，属于隐蔽性工程，常规地表建筑采用的纠倾或顶升等工艺，尚无法适用于地下结构；即使采用常规注浆加固方式进行治理，但由于管廊变形缝两侧结构的特殊性，注浆范围该取多大，注浆孔如何布设，注浆压力如何取值，这些问题都应结合管廊的纵向治理长度、管廊埋深、管廊结构自重等因素进行综合设计，但目前尚缺少相应理论支撑，更缺乏定量设计依据，还主要依赖经验类比；（4）对于管廊变形缝错台变形修复完成后，目前也缺少有效成套检测工艺与评价方法，对错台变形病害的修复治理效果进行科学检测评价，这对管廊结构健康运维也容易
留下一定隐患。
3.综上，目前对于不同原因引起的管廊变形缝错台变形病害问题，目前尚缺少有效的定量检测工艺、科学分类标准与治理技术，导致变形缝处错台变形病害的治理无章可依，主要依赖经验类比，且治理效果难以精准评价。


技术实现要素：

4.管廊结构变形缝受混凝土浇筑施作质量、地层条件差异或外部环境荷载扰动等系列因素影响，易产生错台变形病害。但对于上述不同原因引起的变形缝错台变形病害问题，目前尚缺乏有效定量检测工艺、科学分类标准与治理技术，导致管廊变形缝错台变形病害的检测治理无章可依，主要依赖经验类比，且治理效果还难以精准评价。针对该问题，本发明提出了一种管廊变形缝错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺，可实现变形缝处错台变形病害的科学识别与治理。
5.本发明采用的技术方案如下：本发明提出的一种管廊变形缝错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺，包括以下步骤：步骤1：在管廊结构变形缝两侧分别布设沉降变形检测点，按设定的时间间隔t定期对变形缝处的错台变形量进行检测记录；步骤2：根据步骤1得到的n个检测时刻ti对应的错台变形量vi，建立错台变形率指标δ,其中，i=1,2,3
…
n，n为正整数；步骤3：根据错台变形率指标δ与错台变形率指标允许值[δ]，对变形缝错台变形的稳定程度及发展趋势进行分类预警识别，定量评判变形缝错台变形是否需修复治理；步骤4：针对步骤3中确定的需修复治理的变形缝，选择变形缝处产生沉降变形较严重一侧的管廊结构，根据错台变形量大小，制定顶升治理工艺；步骤5：沿地表向步骤4中需修复治理的该侧管廊结构的底部地层内，均匀间隔施打注浆孔，并在孔内安装注浆管及配套封堵措施；步骤6：通过注浆管对该侧管廊结构底部地层内进行同步压力注浆，实现该侧管廊结构的顶升治理；在注浆顶升治理过程中，实时检测记录该变形缝部位的错台变形量值，待错台变形量值小于设计要求值时，停止注浆，并待浆液凝固后移除相关注浆设施，完成顶升治理；步骤7：在顶升治理完成后设定时间段内，重新对该治理部位变形缝的错台变形量进行定期检测记录，并根据步骤2方法建立治理完成后的错台变形率指标δ；步骤8：在步骤7基础上，根据步骤3中情形分类原理，将治理完成后的错台变形率指标δ与错台变形率指标允许值[δ]进行对比，定量评判该部位变形缝是否需继续进行修复治理；若无需继续修复治理，说明治理效果较优，满足设计要求，若需继续修复治理，说明治理效果不良，应重复上述步骤4~步骤8，直至满足设计要求为止。
[0006]
本发明的有益效果如下：（1）本发明基于管廊结构变形缝处错台变形量的定期检测值，提出了错台变形率指标δ，并给出了具体计算方法，相对于现有的检测错台变形量，错台变形率指标δ可描述错台变形量值随检测时间的变化速率，也可代表错台变形量变化曲线的斜率，并可有效反映
出错台变形量的增长（或减小）快慢幅度与变化速率大小，这对评判变形缝处错台变形病害的过程发展特征与未来发展趋势，提供了有力的技术支撑。
[0007]
（2）本发明基于管廊结构变形缝处错台变形率指标δ，对变形缝处错台变形的发展趋势进行了分类，进而建立了错台变形病害的分类标准与分类依据，可实现变形缝错台变形病害的科学识别与定量检测，弥补了传统单一检测时刻评判方法与经验类比检测方法中存在的不足。
[0008]
（3）本发明提出了管廊变形缝错台变形的顶升治理工艺，并考虑修复治理长度、管廊自重、埋深等因素影响，给出了注浆孔数量、注浆压力及布置方式等参数的理论计算公式与设计依据，可实现注浆顶升治理工艺参数的定量化设计，可有效弥补传统注浆加固设计依赖经验类比的不足，为管廊错台变形病害治理提供了理论与技术支撑。
[0009]
（4）本发明针对治理完成后的变形缝，也给出了治理完成后的错台变形率指标与相应治理效果评价流程，可实现病害修复治理效果的科学定量评价，进而保障了管廊结构的健康运维需要。
[0010]
（5）本发明提出的该种管廊变形缝错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺，通过利用错台变形率指标对错台变形病害科学分类检测，并对修复治理效果科学评价，是一种基于错台变形过程发展特征与发展趋势的全寿命周期的预警治理方法，可有效弥补现有技术存在的不足，为管廊结构健康运维提供了成套理论与技术支撑。
附图说明
[0011]
图1为某双舱矩形断面管廊的横断面示意图；图2为沿管廊纵断面内的变形缝错台变形示意图；图3为图2中
ⅰ‑ⅰ
剖面对应的双舱矩形断面管廊的顶部俯视平面图；图4为本发明提出的一种管廊变形缝错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺流程图；图5为沿地表处的顶升治理注浆孔与管廊的平面位置示意图；图6为图5中
ⅱ‑ⅱ
剖面对应的管廊注浆顶升治理工艺的横断面示意图。
[0012]
其中：1-管廊；2-变形缝；3-沉降变形检测点；4-注浆孔；5-注浆管；6-止浆塞；7-注浆浆液充填区域。
具体实施方式
[0013]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0014]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0015]
下面结合附图和实施例以双舱矩形断面管廊1为例对本发明做进一步说明，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清
楚明确的界定。
[0016]
本实施例中，图1列出了某双舱矩形断面管廊1的横断面示意图。其中，管廊1结构主体横断面总宽度为b，横断面高度为h，管廊1上方覆土厚度为h。图2列出了该管廊1沿纵断面方向内的变形缝2错台变形示意图。如图2所示，左侧变形缝2处对应的错台变形量为v
左
，右侧变形缝2对应的错台变形量为v
右
。图3为图2中
ⅰ‑ⅰ
剖面对应的双舱矩形断面管廊1的顶部俯视平面图。如图2-图3所示，为实现管廊1变形缝2处错台变形量的有效监测，在左侧变形缝2两侧管廊1结构内部底板表面处设置了沉降变形检测点a0与沉降变形检测点b0，在右侧变形缝2两侧管廊1结构内部底板表面处设置了沉降变形检测点c0与沉降变形检测点d0。具体的，变形缝2部位的错台变形量是指布设于变形缝2两侧的沉降变形检测点3的相对高差值，具体可在变形缝2两侧的沉降变形检测点3处，利用水准仪进行量测。应当注意，为保障检测数据的可靠性与有效性，沉降变形检测点3应在变形缝2两侧进行对称设置，且应固定于变形缝2两侧管廊1结构主体上。
[0017]
以右侧变形缝2为例，对本实施例中提出的管廊1变形缝2错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺，做进一步阐述说明。如图4所示，本实施例提出的工艺具体包括以下步骤：（1）步骤1：利用右侧变形缝2两侧设置的沉降变形检测点c0与沉降变形检测点d0，按某一时间间隔t定期对该侧变形缝2处的错台变形量进行检测记录，这里所述的时间间隔t的大小可以根据实际情况进行选择，一般时间间隔t越小，精确度越大，时间间隔t越大，精确度越小。
[0018]
（2）步骤2：根据步骤1得到的n个检测时刻ti（i=1,2,3
…
n，n为正整数）对应的错台变形量vi（i=1,2,3
…
n，n为正整数），建立错台变形率指标δ。其中，错台变形率指标δ的大小代表了变形缝2处错台变形量的发展速率与发展趋势，计算公式为：；其中，为n个检测时刻ti（i=1,2,3
…
n）的平均值，计算公式为：；为n个检测时刻ti（i=1,2,3
…
n）对应的错台变形量vi（i=1,2,3
…
n）的平均值，计算公式为：;
本步骤基于管廊结构变形缝处错台变形量的定期检测值，提出了错台变形率指标δ，并给出了具体计算方法（具体参见公式1），相对于现有的检测错台变形量，错台变形率指标δ可描述错台变形量值随检测时间的变化速率，也可代表错台变形量变化曲线的斜率，并可有效反映出错台变形量的增长（或减小）快慢幅度与变化速率大小，这对评判变形缝处错台变形病害的过程发展特征与未来发展趋势，提供了有力的技术支撑。
[0019]
（3）步骤3：根据错台变形率指标δ与错台变形率指标允许值[δ]，对变形缝2错台变形的稳定程度及发展趋势进行分类预警识别，定量评判变形缝2错台变形是否需修复治理，具体包括以下三类情形：情形ⅰ：δ≥[δ]，属于不稳定错台变形，代表变形缝2两侧的错台变形量处于不稳定增加发展变化过程，需进行修复治理；情形ⅱ：0＜δ＜[δ]，属于基本稳定错台变形，代表变形缝2两侧的错台变形量处于长期缓慢增加发展变化过程，需对其进行定期检测，若错台变形量在设计允许值范围之内可不进行修复治理，若超过设计允许值范围，则需进行修复治理；情形ⅲ：δ≤0，属于稳定错台变形，代表变形缝2两侧的错台变形量不再发展变化或处于减小发展变化过程，无需进行修复治理；应当注意，步骤3中错台变形率指标允许值[δ]应由满足管廊1正常使用要求对应的允许错台变形程度、变形缝2处防水构件对应的允许错台变形程度、管廊1内管道对应的允许错台变形程度及管廊1上方地表对应的允许沉降程度进行综合确定。
[0020]
本步骤中基于管廊结构变形缝处错台变形率指标δ，对变形缝处错台变形的发展趋势进行了分类，进而建立了错台变形病害的分类标准与分类依据，可实现变形缝错台变形病害的科学识别与定量检测，弥补了传统单一检测时刻评判方法与经验类比检测方法中存在的不足。
[0021]
（4）步骤4：针对步骤3中三种分类情形，评判确定该处变形缝2是否需修复治理。若需修复治理，应选择变形缝2处产生沉降变形较严重一侧的管廊1结构，根据错台变形量大小，制定顶升治理工艺，确定顶升所需注浆孔4数量、布置方式及顶升注浆压力等参数。
[0022]
进一步的，图5列出了沿地表处施打的顶升治理注浆孔4与该侧管廊1的平面位置示意图，图6列出了图5中
ⅱ‑ⅱ
剖面对应的管廊1注浆顶升治理工艺的横断面示意图。所述的注浆孔4应沿需修复治理的该侧管廊1结构的纵向修复治理长度范围内，进行均匀间隔布设，且应沿管廊1结构横断面内对称布置（以图5与图6为例，管廊结构横断面内左右两侧沿管廊长度方向各设置三个注浆孔4，且左右两侧注浆孔的施打位置、施打角度、钻孔直径、深度按对称进行设置），以防止注浆提升治理过程中管廊1结构在横断面内产生旋转或倾斜。
[0023]
同时，在步骤4中，注浆孔4数量、顶升注浆压力由需修复治理的该侧管廊1结构的横断面宽度、纵向修复治理长度以及修复治理范围内结构自重、上方覆土重量共同决定，为确保实现该侧管廊1结构在注浆压力作用下的有效顶升，应满足以下公式：；其中，m为修复治理范围内注浆孔4的总数量；pj为第j个注浆孔4对应的顶升注浆压力；aj为第j个注浆孔4的顶升注浆压力作用在管廊1结构底部表面的有效作用面积，由单
个注浆孔4的有效浆液扩散半径决定；g
管廊
为修复治理范围内管廊1结构自重；γ为修复治理范围内管廊1结构上方覆土的重度；h为修复治理范围内管廊1结构上方覆土的厚度；b、l分别为需修复治理的该侧管廊1结构的横断面宽度与纵向修复治理长度。
[0024]
（5）步骤5：沿地表向步骤4中需修复治理的该侧管廊1结构的底部地层内，均匀间隔施打注浆孔4，并在孔内安装注浆管5及配套止浆塞6等封堵措施（如图6所示）。
[0025]
（6）步骤6：在步骤5基础上，通过注浆孔4中的注浆管5对该侧管廊1结构底部地层内进行同步压力注浆，注浆浆液扩散后在地层内形成注浆浆液充填区域7 ，并在浆液压力持续作用下，该侧管廊1结构可实现顶升治理效果（如图6所示）。
[0026]
上述步骤（4）-步骤（6）提出了管廊变形缝错台变形的顶升治理工艺，并考虑修复治理长度、管廊自重、埋深等因素影响，给出了注浆孔数量、注浆压力及布置方式等参数的理论计算公式与设计依据，可实现注浆顶升治理工艺参数的定量化设计，可有效弥补传统注浆加固设计依赖经验类比的不足，为管廊错台变形病害治理提供了理论与技术支撑。
[0027]
（7）步骤7：在注浆顶升治理过程中，利用提前布设好的沉降变形检测点3，实时检测记录该变形缝2部位的错台变形量值，待错台变形量值小于设计要求值时，停止注浆，并待浆液凝固后移除相关注浆设施，完成顶升治理。
[0028]
（8）步骤8：在顶升治理完成后某一时间段内，重新对该治理部位变形缝2的错台变形量进行定期检测记录，并根据步骤2方法建立治理完成后的错台变形率指标δ。
[0029]
（9）步骤9：在步骤8基础上，根据步骤3中情形分类原理，将治理完成后的错台变形率指标δ与错台变形率指标允许值[δ]进行对比，定量评判该部位变形缝2是否需继续进行修复治理；若无需继续修复治理，说明治理效果较优，满足设计要求，若需继续修复治理，说明治理效果不良，应重复上述步骤4~步骤9，直至满足设计要求为止。
[0030]
上述步骤（7）-步骤（9）针对治理完成后的变形缝，也给出了治理完成后的错台变形率指标与相应治理效果评价流程，可实现病害修复治理效果的科学定量评价，进而保障了管廊结构的健康运维需要。
[0031]
本实施例中提出的该种管廊变形缝错台变形的分类预警识别及顶升治理工艺，通过利用错台变形率指标对错台变形病害科学分类检测，并对修复治理效果科学评价，是一种基于错台变形过程发展特征与发展趋势的全寿命周期的预警治理方法，可有效弥补现有技术存在的不足，为管廊结构健康运维提供了成套理论与技术支撑。
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以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。