【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于地下隧道工程，涉及考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法。
技術介紹
1、排水隧洞是沿海地區大型核電廠的重要配套建筑物，排水隧洞排水頭部結構通常由一個水平走向的盾構隧道和多個豎直走向的頂管管道組成，垂直頂升法因其工期短、對環境影響小和經濟效益高等優點而在排水隧洞排水頭部結構的頂管管道施工中得到廣泛應用。
2、垂直頂升法施工中的頂升力將對水平走向的盾構隧道造成豎直向下的集中荷載，頂升力值較大時，可能會導致水平盾構隧道下臥地層出現過大的沉降，甚至發生地基承載力破壞。為了保證垂直頂升法施工期間水平盾構隧道的結構安全及其下臥地層的穩定性，常采用劈裂注漿的方式加固下臥地層。但由于排水隧洞排水頭部結構通常處于海底，海底地質環境復雜且相關研究較少，在考慮垂直頂升施工荷載時的盾構隧道地基加固現有方案中，注漿范圍、注漿壓力和漿液注入率等注漿參數憑經驗確定，缺少理論依據，導致注漿效果較差，甚至可能誘發安全事故。
技術實現思路
1、針對現有技術不足，本專利技術提出了考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，為注漿加固圈范圍和厚度d、漿液注入率β、漿液壓力p的計算提供理論依據，能夠有效降低排水隧洞排水頭部的水平盾構隧道地層注漿加固設計的主觀性，提高了垂直頂升施工期間水平盾構隧道的結構安全性。本專利技術所述方法適用于考慮垂直頂升施工荷載時的水平盾構隧道地層劈裂注漿加固設計，且隧道周邊地層近似滿足winkler彈性地基梁理論的假定，即在注漿加固工況下的地層反力大小近似與
2、本專利技術提供如下的技術方案：考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，具體包括以下步驟：
3、s100、確定漿液注入率β的取值范圍：根據注漿加固圈的地基承載力不小于最大頂升力fpmax反作用在垂直頂升弧形擴散基座上的壓應力，漿液注入率β滿足以下表達式：
4、
5、其中，es0為注漿所用水泥凝固成結石體后的壓縮模量，es2為原狀地層的壓縮模量，fak為原狀地層的地基承載力特征值，fpmax為垂直頂升施工中的最大頂升力，bb為垂直頂升弧形擴散基座邊長；
6、確定漿液注入率β后，注漿加固圈的壓縮模量可根據下式確定：
7、
8、其中，es1為注漿加固圈的壓縮模量；
9、s200、確定注漿加固圈厚度d的取值范圍：對于最大頂升力fpmax反作用在垂直頂升弧形擴散基座上并擴散至原狀地層的壓應力，原狀地層應滿足地基承載力要求，于是注漿加固圈厚度d滿足以下表達式：
10、
11、其中α為壓力擴散角；
12、根據葉戈羅夫平面問題解答并結合《建筑地基基礎設計規范》(gb50007-2011)相關條文，壓力擴散角α滿足以下表達式：
13、
14、其中，bb為垂直頂升弧形擴散基座邊長，es2為原狀地層的壓縮模量；
15、s300、確定注漿加固圈設計范圍：所述注漿加固圈布設于盾構隧道下臥地層，在盾構隧道管片外側等厚度分布，根據注漿加固圈范圍不小于垂直頂升施工荷載的壓力擴散范圍的原則，注漿加固圈范圍對應盾構隧道圓心角度θ滿足以下表達式：
16、
17、其中，ro為盾構隧道外輪廓半徑，tp為盾構隧道襯砌厚度；
18、s400、進一步確定注漿加固圈范圍和注漿壓力p的取值范圍：排水隧洞排水頭部結構施工過程中，盾構隧道地層注漿加固施工步驟在順序上先于垂直頂升施工，因此需考慮地層注漿加固施工引發的局部管片上浮位移量過大的問題；在最不利情況下，盾構隧道上浮力fw滿足以下表達式：
19、fw＝fw1+fw2-go
20、其中，fw1為靜態上浮力，fw2為動態上浮力，go為盾構隧道襯砌自重；
21、所述動態上浮力fw2滿足下列表達式：
22、
23、其中p為注漿壓力；
24、盾構隧道地層注漿加固施工引發的局部管片上浮位移量，可根據winkler彈性地基梁理論計算，上浮位移量s(x)為滿足以下微分方程表達式：
25、
26、其中，ei為盾構隧道縱向剛度，η為在盾構隧道縱向剛度計算時考慮橫向接頭折減影響的修正系數，ks為原狀地層的豎直基床系數；
27、求解前述微分方程表達式之后，最大上浮位移量smax滿足以下表達式：
28、
29、其中[smax]為上浮位移量限值；
30、進一步確定注漿加固圈范圍和注漿壓力p的取值范圍，并完成水平盾構隧道地層注漿加固設計。
31、進一步地，在步驟s200中，頂升力fp隨垂直頂升施工進度而不斷變化并且在某一狀態下達到最大頂升力fpmax，且所述頂升力fp滿足以下表達式：
32、fp＝gp+ff+fh
33、其中，gp為頂管自重，ff為管壁摩擦阻力，fh為迎面阻力。
34、進一步地，在步驟s400中，靜態上浮力fw1為水平盾構隧道結構所受靜水壓力，滿足以下表達式：
35、fw1＝πro2γw
36、其中，γw為水的重度。
37、本專利技術基于如下原理分析：在排水隧洞排水頭部結構垂直頂升施工過程中，水平盾構隧道地層的注漿加固圈設計目的是承擔垂直頂升施工荷載，避免水平盾構隧道下臥地層的地基承載力不足或出現會影響結構安全的沉降。當采用劈裂注漿的方式加固水平盾構隧道地層時，注漿加固圈的范圍和厚度d、漿液注入率β和漿液壓力p是需要重點關注的設計參數，設計中應避免出現地基承載力不足或沉降過大的問題，同時也要注意注漿抬升效應引起的抗浮穩定問題。其中，對于地基承載力不足的問題，除了對注漿加固圈進行地基承載力驗算，也要將注漿加固圈下方原狀土層視為軟弱下臥層并進行地基承載力驗算；對于注漿抬升效應引起的抗浮穩定問題，可根據winkler彈性地基梁理論計算局部管片最大上浮位移量smax，并要求所述最大上浮位移量smax不得大于上浮位移量限值[smax]，從而實現對注漿加固圈設計參數的控制。
38、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：提出了考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，根據注漿加固圈和原狀地層的地基承載力要求、注漿抬升效應引起的局部管片最大上浮位移量閾值，為注漿加固圈范圍和厚度d、漿液注入率β、漿液壓力p的設計提供理論依據，解決了現有技術中憑經驗確定注漿設計參數進而導致注漿效果差、可能存在安全隱患的問題。本專利技術所依據的理論更合理且計算過程較為簡單，可用于實際垂直頂升施工中的隧道地層注漿加固設計，具有較強的實用性。
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1.考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于，所述步驟S100中，注漿加固圈的壓縮模量Es1可根據下式確定：
3.根據權利要求1所述的考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于，所述步驟S200中，壓力擴散角α滿足以下表達式：
4.根據權利要求1所述的考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于，所述步驟S200中，頂升力Fp隨垂直頂升施工進度而不斷變化并且在某一狀態下達到最大頂升力Fpmax，且所述頂升力Fp滿足以下表達式：
5.根據權利要求1所述的考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于，所述步驟S400中，靜態上浮力Fw1為水平盾構隧道結構所受靜水壓力，滿足以下表達式：
【技術特征摘要】
1.考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于，所述步驟s100中，注漿加固圈的壓縮模量es1可根據下式確定：
3.根據權利要求1所述的考慮垂直頂升施工荷載的隧道地層注漿加固設計方法，其特征在于，所述步驟s200中，壓力擴散角α滿足以下表達式：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：單良，單雪強，鐘天建，吳會君，石龍，李振東，魏海燕，黃國忠，馮光華，黃泉文，曹玉紅，
申請(專利權)人：中交四航局第一工程有限公司，
類型：發明
國別省市：
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