CN113339064B - 一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，在隧道需要进行变形调控位置的外侧、环隧道布置与注浆装置连接的密闭柔体，同时在隧道需要进行变形调控位置的内侧、隧道周边布置实时监测装置，柔体采用高弹性高强度材料制成，形状、尺寸、结构、布置方式和连接方式依据隧道变形分析结果和变形控制需求确定，注浆顺序、时间及浆量依据监测数据进行调节。本发明可实现精准调控隧道变形，柔体的初始的设计形状决定该措施完全启动后的状态，柔性结构根据隧道变形的数据分析结果个性化定制；柔体能够约束浆液的活动区域，按预期方向膨胀变形，注入的浆液体积可控。

Description

一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，尤其是涉及一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法。

背景技术

近年，地铁逐渐得到各大城市的重视。随着城市中大量隧道建成并投入运营，既有隧道的保护已成为一个不可回避的难题。在地铁修建过程中，不可避免的许多隧道会穿越软弱地层。在软弱地层中，由于隧道自重压力、运营等扰动下，隧道下部土体次固结会长期进行，因而产生沉降量。若产生差异沉降等病害，隧道可能发生剪切断裂等灾害问题。

同时，现代城市建设过程中用地日趋紧张，大型综合多功能建筑群不断涌现，出现了大量邻近既有隧道工程施工。隧道附近有可能出现存在堆载、临近工程基坑开挖和施工等扰动，伴随着隧道周边土体出现的加载固结或卸荷变形，引起隧道随着土体一同产生相应位移变形，有可能造成隧道弯曲破坏等问题。

上述隧道变形问题对地铁的运营带来极大的安全隐患，因此有必要对其进行研究控制。传统补偿注浆技术的控制能力存在局限性，粗放注浆缺乏对注浆量、注浆位置等有效精准的控制，难以量化估计采取措施后隧道的变形量；易出现跑浆、窜浆等现象，对周边工程的建设造成潜在的影响，对临近地下水和土壤有一定的污染性，不利于环境保护。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，该方法能对隧道变形进行精细化的有效控制。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，在隧道需要进行变形调控位置的外侧、环隧道布置与注浆装置连接的密闭柔体，同时在隧道需要进行变形调控位置的内侧、隧道周边布置实时监测装置，所述柔体，采用高弹性高强度材料制成，形状、尺寸、结构、布置和连接方式依据隧道变形分析结果和变形控制需求确定，注浆顺序、时间及浆量依据监测数据进行调节。

所述柔体，包含多个，形状和尺寸根据其设置点位的隧道变形情况确定。

所述柔体，包含多个，分区块布置，位置和间距取决于隧道的矢量变形趋势以及设置位置的变形量。

所述柔体，包含多个，采用串联或并联结构或串并联组合结构。

所述柔体分阶段控制隧道变形。

所述柔体是采用可降解材料制成的。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)本发明可实现精准调控：柔体的初始形状决定该措施完全启动后的状态，柔性结构可根据隧道变形的数据分析结果个性化定制；柔体选取具备高弹性高强度的材料制作，后期加压注入浆液，柔体能够约束浆液的活动区域，按预期方向膨胀变形；柔体的尺寸亦可按需设计，使得注入的浆液体积可控，实现隧道变形的方向和调节量的精准控制。

2)本发明可实现多维控制：由于采用定制柔体，可控制注浆的最终形状，相比传统的控制技术，本方法可以实现立体变形控制；同时柔体的布置位置和个数可以依据变形的需求串联或并联组合，定向性强，可提高隧道变形控制的效率。

3)本发明可实现绿色环保：柔体的材质可选用可降解的环保材料；柔体对浆液的约束避免了浆液在未固化时与周边环境接触，如地下水或周围土体。

附图说明

图1为本发明采用单柔体布置在隧道底部的示意图；

图2为本发明采用多柔体串联与隧道相对位置关系示意图；

图3为本发明采用多柔体并联与隧道相对位置关系示意图；

图4为本发明采用单柔体布置在隧道一侧下部的示意图。

图中：1-隧道，2-柔体，3-接头，4-硬管，5-压力表，6-注浆设备，7-软管。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图4，一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，在隧道1需要进行变形调控位置的外侧、环隧道布置与注浆装置6连接的密闭柔体2，同时在隧道1需要进行变形调控位置的内侧、隧道周边布置实时监测装置，所述柔体2，采用高弹性高强度材料制成，形状、尺寸、结构、布置和连接方式依据隧道变形分析结果和变形控制需求确定，注浆顺序、时间及浆量依据监测数据进行调节。

更加具体地方案，所述柔体2，包含多个，形状和尺寸根据其设置点位的隧道变形情况确定；位置和间距取决于隧道的矢量变形趋势以及设置位置的变形量；采用串联或并联结构或串并联组合结构。所述柔体分阶段控制隧道变形。为了实现绿色环保，推荐所述柔体2采用可降解材料制成。

本发明的应用：

1)在隧道区段各个指定断面预设监测点位布置传感器，确保对隧道变形的实时监测。

2)依据监测数据，分析隧道的变形情况，包括：变形的方向(水平、竖向)、变形量等，同时需结合周边水文地质条件，以及周边是否有工程施工等有可能导致隧道变形的因素，考虑时空效应设计主动控制方案。

3)定制柔体2，其形状取决于监测变形数据的水平和竖向变形量，其尺寸大小意味着启动时注入浆量的多少，取决于隧道的变形；

4)柔体的布置位置与个数取决周边环境和主动控制需求，实现分级分阶段主动控制。

5)通过注浆装置6注入浆液实现柔体的变形启动，压力表5用于监测注入压力，通过控制注浆压力和速率控制调节；

如图1，柔体2采用单体。如图2，柔体2采用多个串联，每个的形状和尺寸都可以不同，可以实现分区块、分阶段、分部位控制。如图3，柔体2采用多个并联，每个的形状和尺寸都可以不同，可以实现分区块、分阶段、分部位控制。柔体2还采用串、并联组合结构。

6)注浆完成后将水管插至注浆管底，清洗管内残留浆液，以备下一阶段启动。

采用柔体膨胀的方式调控隧道的变形，依据监测的隧道变形量设计柔体的结构、形状和尺寸，实现多维主动控制。

如面向工程施工邻近的既有隧道变形调控，设计柔体时需要考虑工程的施工工序、时间等，从而实现分级分阶段主动控制。

采用注浆施工使柔体膨胀，在柔体2内部采用软管7，如橡胶软管；柔体外部采用硬管4，如材质较硬的PVC管或钢套管，硬管4与柔体2采用接头3固定在一起。

柔体2的位置布置取决于隧道的变形情况，可实现任意位置的多点布置，密集度个数依据变形量调节。

依据实测数据设计，完成相关各部署后，首次启动前需要在隧道1内部、周边布置相应监测仪器，能够实时的监测隧道的变形；注浆压力根据传感器检测到的载荷调节泥浆泵；随后的注浆方案依据每次启动后监测的数据制定。

上述控制方法包括柔体的形状设计、布置方式、监测装置，具体按照以下步骤实施：

1)首先获取隧道变形的监测数据，分析隧道的变形情况及周围环境特点；

2)结合隧道变形情况和变形控制需求设计柔体，包括柔体的几何形状和尺寸；

3)依据隧道的变形曲线、现场情况和工程需求，决定柔体的组合方式，包括单柔体并联、多柔体串并联其他排列组合形式；同时依据变形分析结果，决定组合柔体的布置位置及间距；

4)在隧道变形区段附近、隧道断面位置须安装实时监测装置，用于监测和反馈采用柔体调控时的隧道变形；

5)在完成柔体和监测装置的布置后，开始注浆施工，依据监测的隧道变形情况启动注浆布置在隧道周围的柔体，同时对注浆压力、速率以及注浆量进行实时调整，依此实现多维主动控制隧道变形。

其中，步骤1)和2)中所述柔体几何形状，须依据监测的隧道变形数据设计，可为规则的圆柱体、或尺寸不规则的其他形状组合而成；柔体的尺寸取决于隧道的变形量及实际主动控制量的需求、或结合既有隧道旁的工程施工情况及施工要求。步骤3)中所述柔体的布置方式、位置及间距，柔体可直接并联控制，亦可依据实际情况串联组合后再并联布置，实现分区、分阶段的变形控制，达到多维主动变形目的；柔体间距和位置，取决于隧道的矢量变形趋势、以及具***置的变形量。步骤5)中所述柔体内的注浆施工，注浆压力、速率以及注浆量须进行实时调整，各阶段的柔体注浆施工方案依据实时监测装置采集的隧道变形数据制定。

综上所述，上述控制方法是一种通过单柔体并联/多柔体串并结合膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，依赖柔体的膨胀调控隧道变形。在需变形调控位置，依据隧道变形设计定制不同形态的柔体，并环隧道布置。柔体可依据实际需求在隧道变形的区段单柔体并联布置，或多柔体先串联再并联布置于隧道周围。同时，在变形区段附近、隧道断面等位置需安装实时监测装置，用于监测和反馈采用柔性体调控时的隧道变形。结合监测数据，调节柔体内注浆的顺序、时间及浆量；依据隧道变形及现场情况分阶段进行注浆，通过浆液进一步控制柔体的膨胀体积和膨胀速率，达到控制隧道变形的目的。本发明的隧道变形控制方法可以任意控制柔体的体积和形状，布置任意需求位置，达到多维控制隧道矢量变形的目的；同时通过分阶段注浆，柔体的包裹避免了浆液对周围环境的影响，实现主动、精准的靶向控制隧道变形，能对隧道变形进行精细化的有效控制。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，其特征在于，在隧道需要进行变形调控位置的隧道外侧土体内、环绕隧道布置与注浆装置连接的至少一个密闭柔体，所述密闭柔体采用高弹性高强度材料制成，形状、尺寸、结构、布置位置和连接方式依据隧道变形分析结果和变形控制需求具体确定；所述注浆装置位于隧道外部，注浆顺序、时间及浆量依据监测数据进行调节；同时在隧道需要进行变形调控位置的内侧、隧道周边布置实时监测装置；

多维主动控制方法具体实施步骤如下：

1）利用实时监测装置对隧道变形进行实时监测；

2）依据监测数据，分析隧道的变形情况，同时结合周边水文地质条件以及其他有可能导致隧道变形的因素，考虑时空效应设计主动控制方案；

3）定制密闭柔体，密闭柔体为单个或多个，多个密闭柔体串联或构成串、并联组合结构，多个密闭柔体能够实现分区块、分阶段、分部位控制；

4）密闭柔体的布置位置与个数取决于周边环境和主动控制需求，实现分级分阶段主动控制；

5）通过注浆装置注入浆液实现密闭柔体的膨胀，控制注浆压力和速率；

6）注浆完成后，所有密闭柔体构成环绕隧道的弧形注浆体。

2.根据权利要求1所述的通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，其特征在于，通过注浆管使密闭柔体膨胀，在密闭柔体内部采用软管，在密闭柔体外部采用硬管，硬管采用接头与密闭柔体固定在一起。

3.根据权利要求1所述的通过柔体膨胀调控隧道矢量变形的多维主动控制方法，其特征在于，所述密闭柔体选用可降解的环保材料。

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