一种盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统的制作方法

1.本实用新型涉及盾构隧道的抗浮技术领域，尤其涉及一种盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统。


背景技术：

2.随着社会经济的飞速发展和城市化水平的大幅提升，为高效缓解交通压力，发掘地下空间的发展潜力，大量依托盾构法施工形成的地铁隧道和公路隧道不断增加。
3.运营期内盾构隧道受邻近建筑基坑、管廊基坑和地下通道开挖、其它线路穿越以及地下水位上升等情况的影响，将随之发生一定程度的上浮。当盾构隧道的上浮量超限时，将引起管片之间出现裂缝或错台，影响行车的平稳性，严重时会导致盾构隧道螺栓断裂、接头部位损坏、管片局部破碎以及裂缝扩张渗水等病害，甚至造成隧道主体结构发生破坏，对盾构隧道内列车或车辆的运营安全造成威胁。
4.目前对于施工期间盾构管片的上浮机理和控制措施有着较为详尽的研究，但仍缺少全面有效的运营期间隧道上浮控制的预警和治理技术。通常是在运营期盾构隧道发生上浮病害后进行整治，一般先在盾构管片上开凿泄水孔进行排水后，再注入双浆液加固，该方法仅适用于盾构隧道壁后脱空或不密实引起的隧道上浮问题，不适用于其他引起隧道上浮的工况；其他运营期间盾构隧道的抗浮措施，例如锚杆和微型桩技术，由于盾构隧道下卧土层散粒性特点、以及锚杆和微型桩截面较小提供的抗拔力有限等条件的制约，上述抗浮技术在盾构隧道中的应用并不广泛。
5.因此，为预防和治理盾构隧道上浮风险及其可能导致的工程危害，亟需一种有效的盾构隧道的减压排水抗浮综合治理技术。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统。
7.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统，包括囊袋扩大式降排水锚杆、降排水泵、蓄水箱和控制系统；
8.所述囊袋扩大式降排水锚杆由锚杆主体、排水通道、注浆体、钢筋和注浆囊袋组成；所述锚杆主体上周向交错贯穿均布注浆孔和排水孔；在所述锚杆主体内侧布设排水通道，其余空间由外向内地置注浆体和钢筋；所述排水通道环向均布贯穿地沿锚杆主体布置在锚杆主体内侧，并紧密嵌入注浆体，通过排水孔与土层中的地下水水力连通，通过密封材料与注浆体水力不连通；部分所述排水孔内设置孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器表面的透水石与土层紧密贴合；
9.所述注浆囊袋包括端头注浆囊袋和中间注浆囊袋；所述端头注浆囊袋布置在锚杆主体的端头，若干所述中间注浆囊袋按一定间距环向布置在锚杆主体外侧；所述端头注浆囊袋和中间注浆囊袋通过注浆孔与注浆体连通；
10.所述囊袋扩大式降排水锚杆通过防水层、环向钢梁和纵向钢梁沿盾构隧道断面径向地布置于蓄水箱下方，囊袋扩大式降排水锚杆的顶部位于蓄水箱内；所述囊袋扩大式降排水锚杆的顶部通过锚头和固定螺栓密封，在排水通道所在的锚头区域留有排水通孔，在注浆体所在的锚头区域留有注浆通孔；
11.所述降排水泵位于蓄水箱内，通过锚头上的排水通孔和水管，与排水通道水力连通；
12.所述蓄水箱位于盾构隧道底部，通过蓄水箱周侧板和隧道底板，与盾构隧道内的交通空间、附属设备空间分隔；所述蓄水箱的底部和周侧铺设防水层，防止蓄水箱内的水渗入土层和盾构隧道的其他区域；通过蓄水箱蓄水和囊袋扩大式降排水锚杆排水协同控制盾构隧道上浮；
13.所述隧道底板和盾构隧道上设置若干位移传感器；
14.所述控制系统包括信号采集仪和报警器；所述控制系统与孔隙水压力传感器、位移传感器和降排水泵连接；采集仪能够通过孔隙水压力传感器自动读取和保存盾构隧道底部土层中孔隙水压力数据，通过位移传感器自动读取和保存盾构隧道的位移数据，所述盾构隧道的位移数据包括隧道的上浮量、上浮速率数据；报警器能够对采集到的孔隙水压力数据和位移数据进行读取和预警。
15.进一步地，所述锚杆主体为钢管；所述注浆囊袋材料为pvc膜袋；所述囊袋扩大式降排水锚杆与盾构隧道底部管片接触处做封闭处理。
16.进一步地，所述排水通道内铺设排水板，并通过pvc板与注浆体隔离、水力不连通。
17.进一步地，所述降排水泵能够在有水或无水条件下正常作业。
18.进一步地，根据盾构隧道各个区间降排水设计的不同，在区间交界处设置分隔板，安装具有不同数量的排水通道和中间注浆囊袋的囊袋扩大式降排水锚杆，选用配套功率的降排水泵，沿盾构隧道形成具有不同蓄排水和抗浮能力的区间蓄水箱。
19.进一步地，所述防水层为柔性防水层。
20.进一步地，所述控制系统预留接口连接地下空间智能监测系统，提供盾构隧道服役期的运维监测数据。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
22.1、本实用新型中的盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统是在盾构隧道施工期进行安装，与整个盾构隧道同时完成交付并投入使用，可有效避免盾构隧道运营期间发生上浮病害但整治时间少(运营盾构地铁隧道的整治只能在夜间非列车运营的天窗时间进行，实施难度大、工效低、要求高)的现状，将有效地服务于盾构隧道运营阶段的全寿命周期。
23.2、本实用新型中囊袋扩大式降排水锚杆既能通过降排水减压有效防止隧道上浮，又能通过扩大式囊袋提供足够的抗拔力，进一步地防止盾构隧道上浮灾害。其中，扩大式囊袋不仅增大了囊袋扩大式降排水锚杆与盾构隧道下方土层的接触面积，增加抗拔阻力，而且囊袋加压注浆后嵌固于土体中，充分利用嵌固土体的强度提供抗拔阻力，进一步地增加了囊袋扩大式降排水锚杆的抗拔效果。
24.3、本实用新型采用环向钢梁和纵向钢梁，使得囊袋扩大式降排水锚杆提供的抗拔反力均布于盾构隧道底部的蓄水箱区域处的管片上，使得变形协调，有效防止管片不均匀
受力导致的变形和错台或局部破损，使得囊袋扩大式降排水锚杆能够安全地防治盾构隧道上浮。
25.4、采用的蓄水箱充分利用盾构隧道的底部预留空间，将蓄水箱布置在隧道底部，与囊袋扩大式降排水锚杆连接，内置降排水泵，通过控制系统有效地控制复杂水文地质条件和周边地下开挖施工引起的盾构隧道的上浮。
26.5、本实用新型中囊袋扩大式降排水锚杆和蓄水箱联合作用，通过降排水降低盾构隧道底部土层中的孔隙水压力以减少盾构隧道的浮力，同时增加蓄水箱中的储水量以增加盾构隧道的自重，综合防治盾构隧道上浮。
27.6、本实用新型蓄水箱在各个隧道区间段交界处设置分隔板，通过调整囊袋扩大式降排水锚杆的排水通道和中间注浆囊袋的数量、以及降排水泵的功率，根据盾构隧道各个区间段的降排水设计的不同，沿盾构隧道形成具有不同蓄排水能力的区间蓄水箱，因地制宜，有效地控制盾构隧道的上浮。
28.7、本实用新型中采集仪实时采集和保存的土层中的超静孔隙水压力和盾构隧道的位移数据，可用于分析监测区域盾构隧道下部土层中的孔压响应和隧道位移响应特点，开展隧道应力场和位移场分布的科学研究；同时，结合盾构隧道位移控制过程中的实时反馈数据和有效的位移控制成果，可建立盾构隧道的周边工程环境和上浮控制的大数据库，并为该区域或类似区域其他盾构隧道的上浮控制设计与施工提供一定的参考和指导。
附图说明
29.图1是盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统的结构示意图；
30.图2是囊袋扩大式降排水锚杆的示意图；
31.图3是a
‑
a的剖面图；
32.图4是b
‑
b的剖面图；
33.图中，囊袋扩大式降排水锚杆1、锚杆主体1
‑
1、注浆孔1
‑1‑
1、锚头1
‑1‑
2、固定螺栓1
‑1‑
3、排水通道1
‑
2、排水孔1
‑2‑
1、注浆体1
‑
3、钢筋1
‑
4、端头注浆囊袋1
‑5‑
1、中间注浆囊袋1
‑5‑
2、环向钢梁1
‑
6、纵向钢梁1
‑
7、降排水泵2、蓄水箱3、防水层3
‑
1、隧道底板4、盾构隧道5。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
35.如图1
‑
4所示，本实施例提供的一种盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统，包括囊袋扩大式降排水锚杆1、降排水泵2、蓄水箱3和控制系统。
36.所述囊袋扩大式降排水锚杆1由锚杆主体1
‑
1、排水通道1
‑
2、注浆体1
‑
3、钢筋1
‑
4和注浆囊袋组成；所述锚杆主体1
‑
1上周向交错贯穿均布注浆孔1
‑1‑
1和排水孔1
‑2‑
1；在所述锚杆主体1
‑
1内侧布设排水通道1
‑
2，其余空间由外向内地置注浆体1
‑
3和钢筋1
‑
4。所述排水通道1
‑
2环向均布贯穿地沿锚杆主体1
‑
1布置在锚杆主体1
‑
1内侧，并紧密嵌入注浆体1
‑
3，通过排水孔1
‑2‑
1与土层中的地下水水力连通，通过密封材料与注浆体1
‑
3水力不连通；部分所述排水孔1
‑2‑
1内设置孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器表面的透水石与土层紧密贴合。
37.所述注浆囊袋包括端头注浆囊袋1
‑5‑
1和中间注浆囊袋1
‑5‑
2；所述端头注浆囊袋1
‑5‑
1布置在锚杆主体1
‑
1的端头，若干所述中间注浆囊袋1
‑5‑
2按一定间距环向布置在锚杆主体1
‑
1外侧；所述端头注浆囊袋1
‑5‑
1和中间注浆囊袋1
‑5‑
2通过注浆孔1
‑1‑
1与注浆体1
‑
3连通。
38.所述囊袋扩大式降排水锚杆1通过防水层3
‑
1、环向钢梁1
‑
6和纵向钢梁1
‑
7沿盾构隧道5断面径向地布置于蓄水箱3下方，囊袋扩大式降排水锚杆1的顶部位于蓄水箱3内；所述囊袋扩大式降排水锚杆1的顶部通过锚头1
‑1‑
2和固定螺栓1
‑1‑
3密封，在排水通道1
‑
2所在的锚头1
‑1‑
2区域留有排水通孔，在注浆体1
‑
3所在的锚头1
‑1‑
2区域留有注浆通孔。
39.所述降排水泵2位于蓄水箱3内，通过锚头1
‑1‑
2上的排水通孔和水管，与排水通道1
‑
2水力连通；所述降排水泵2的功率由降排水设计流量确定，可在有水或无水条件下正常作业。
40.所述蓄水箱3位于盾构隧道5底部，通过蓄水箱3周侧板和隧道底板4，与盾构隧道5内的交通空间、附属设备空间分隔；所述蓄水箱3的底部和周侧铺设防水层3
‑
1，防止蓄水箱3内的水渗入土层和盾构隧道5的其他区域；所述蓄水箱3的体积由降排水设计需求、盾构隧道5的交通空间和附属设备空间确定；所述蓄水箱3的周侧板强度以及各个连接处强度应满足设计需求；所述蓄水箱3具有一定的蓄排水能力，通过蓄水箱3蓄水和囊袋扩大式降排水锚杆1排水协同控制盾构隧道5的上浮。
41.所述隧道底板4和盾构隧道5上设置若干位移传感器。
42.所述控制系统包括信号采集仪和报警器；所述控制系统与孔隙水压力传感器、位移传感器和降排水泵2连接；采集仪能够通过孔隙水压力传感器自动读取和保存盾构隧道5底部土层中孔隙水压力数据，通过位移传感器自动读取和保存盾构隧道5的位移数据，所述盾构隧道5的位移数据包括隧道的上浮量、上浮速率数据；报警器能够对采集到的孔隙水压力数据和位移数据进行读取、预警和处理。
43.具体地，所述锚杆主体1
‑
1为钢管；所述注浆囊袋材料为pvc膜袋或其他高强度高聚合物膜袋；所述囊袋扩大式降排水锚杆1的长度、数量和外径、所述排水孔1
‑2‑
1的直径、间距与数量、所述排水通道1
‑
2的水流通量由降排水设计流量确定；所述注浆囊袋的体积、所述中间注浆囊袋1
‑5‑
2的数量和间距由抗拔设计确定；所述孔隙水压力传感器和位移传感器的数量和分布由盾构隧道5的监测设计确定；所述囊袋扩大式降排水锚杆1与盾构隧道5底部管片接触处做封闭处理，防止漏水事故发生。
44.具体地，所述排水通道1
‑
2内铺设排水板，并通过pvc板或其他高强度高聚合物材料，与注浆体1
‑
3隔离、水力不连通。
45.具体地，根据盾构隧道5各个区间的降排水设计的不同，在区间交界处设置分隔板，安装具有合适数量的排水通道1
‑
2和中间注浆囊袋1
‑5‑
2的囊袋扩大式降排水锚杆1，选用配套功率的降排水泵2，沿盾构隧道5形成具有不同蓄排水和抗浮能力的区间蓄水箱3。
46.具体地，所述防水层3
‑
1为柔性防水层，便于长期运营阶段的养护和更换。
47.本实用新型系统的工作过程如下：
48.(1)在盾构隧道经过的地下水丰富、地下空间开发建设活动密集等存在上浮风险的区间段设置所述盾构隧道的减压排水抗浮综合治理系统。
49.(2)通过囊袋扩大式降排水锚杆1、降排水泵2、蓄水箱3和控制系统的协同作用控
制盾构隧道上浮；
50.当控制系统的采集仪采集到的土层中的超静孔隙水压力或隧道的上浮量或上浮速率超过隧道上浮预警值时，警报器报警并自动启动降排水泵2抽水，及时降低盾构隧道5底部土层中的孔隙水压力以减少盾构隧道5的浮力，同时增加蓄水箱3中的储水量以增加盾构隧道5的自重；根据实时采集到的超静孔隙水压力或隧道的上浮量或上浮速率的数据，实时调整降排水泵2作业功率，直至排除盾构隧道5的上浮风险；
51.当控制系统的采集仪采集到的土层中的超静孔隙水压力与隧道的位移(上浮量或上浮速率)数据冲突时，以隧道的位移(上浮量或上浮速率)数据为准。
52.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。