深圳地铁工程软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护施工工法

'软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护技术工法发明1 说明书摘要本发明公开一种软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，该方法首先获取含隧道在内的浅层土的土层划分信息，确定土层的渗透系数，通过土层的渗透系数和衬砌的渗透系数获得理论最大渗水量，并在隧道理论最大渗水量的位置、隧道结构纵向反弯点的位置和隧道衬砌接缝处布设检测点，当在检测点处发生渗漏时，及时采取堵漏措施，隧道防水防漏效果明显，该方法简单，运行成本低。1 摘要附图1 权利要求书1、一种软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，获取含隧道在内的浅层土的土层划分信息，确定土层的渗透系数；第二步，确定衬砌的渗透系数；第三步，根据第一步和第二步得到的结果，确定隧道结构理论最大渗水量的位置；第四步，确定隧道结构纵向反弯点的位置；第五步，在检测点布设渗漏检测仪，所述的检测点是指第三步确定的隧道结构理论最大渗水量的位置和第四步确定的隧道纵向结构反弯点的位置；第六步，布设在检测点的渗漏检测仪进入报警状态时，在隧道渗漏处内外采取堵漏措施。2、根据权利要求1所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的浅层土的土层划分是指：利用孔压式静力触探确定土体的贯入阻力、孔隙水压力与深度的关系曲线，检测深度为隧道中心线埋深的1.5倍，沿隧道纵向每75m布置一个检测孔，画出以孔隙水压力与贯入阻力之比为横轴，以贯入阻力与初始地层应力之比为纵轴的关系图，并将该图划分若干不同土性特征区以此代表不同土的类型；将实测的静力触探曲线的数据标于该图以判断场地土层的类型；再根据土的类型对照贯入阻力曲线与孔隙水压力分布曲线，确定现场土层划分信息。3、根据权利要求1或2所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的渗透系数满足以下公式：其中，k为土体的渗透系数；KD为无量纲渗透系数指标；a为孔压静力触探探头横截圆面的半径；g为水的容重；U为锥入速率；s‘为初始竖向有效应力。所述的无量纲渗透系数指标满足以下公式：1 其中，Bq为无量纲孔隙压力比；Qt为标准化无量纲锥入阻力；所述的无量纲孔隙压力比满足以下公式：其中，ua为绝对孔隙压力；us为初始静孔隙水压；qt为修正的锥尖阻力；s为初始总的竖向压力；所述的标准化无量纲锥入阻力满足以下公式：。4、根据权利要求1所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的衬砌的渗透系数满足如下公式：其中，Dm为衬砌的平均渗水高度；T为恒压时间；HL为以水柱高度表示的水压力；l为混凝土的吸水率。5、根据权利要求4所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的衬砌的平均渗水高度通过以下步骤获得：取3个隧道衬砌试件安装在混凝土抗渗仪上，将水压力加压至1.2MPa并记录时间，8小时后取出试件；用压力机将试件切开，将切开面的底边按长度十等分，查看出线水痕的位置，在各等分点处量出渗水高度；取单个试件各等分点处的渗水高度平均值作为单个隧道衬砌试件的渗水高度；取3个单个隧道衬砌试件的渗水高度的平均值作为衬砌的平均渗水高度；6、根据权利要求1所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的理论最大渗水量的位置通过以下步骤获得：①根据隧道设计图及第一步获得的土层划分确定隧道所穿越的土层；②确定隧道结构的理论渗水量；所述的隧道结构的理论渗水量满足以下公式：1 其中H为地表压力水头；h为隧洞中心埋深；hr为内壁水压力；R为隧道外径；r为隧道内径；a为半无限介质映射在平面内圆形孔口的内径；k是第一步中获得的土体的渗透系数；KL是第二步中获得的衬砌的渗透系数；③确定第三步②所确定的隧道结构的理论渗水量的最大值，所对应的位置即为隧道结构理论最大渗水量的位置。7、根据权利要求1所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的隧道结构纵向反弯点的位置通过以下步骤获得：①确定隧道纵向弯矩和隧道环向弯矩与曲线参数坐标的关系所述的隧道纵向弯矩和隧道环向弯矩分别满足以下公式：其中，M1为隧道纵向弯矩；M12为隧道环向弯矩；r、f为曲线参数坐标；m为泊松比；b为隧道计算半径；l为参数，满足以下公式：其中，m为纵向计算长度;D为参数，满足以下公式：其中，h‘为隧道衬砌弯曲刚度修正系数；E为弹性模量；c为隧道衬砌厚度；v0、w0为变形系数；②确定反弯点坐标令纵向弯矩M1=0，令隧道环向弯矩M12=0，获得r、f的值，（r，f）即为反弯点的坐标。8、根据权利要求1所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的渗漏检测仪按以下步骤布设：1 ①在隧道结构理论最大渗水量的位置，沿隧道内侧环向每隔60度设置一个渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道结构理论最大渗水量的位置渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态；②在隧道纵向结构反弯点的位置，设置渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道纵向结构反弯点的位置渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态；③在隧道衬砌接缝处，沿隧道内侧环向每隔120度设置一个渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道衬砌接缝处渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态。9、根据权利要求1或8所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述在隧道渗漏处内外采取堵漏措施，具体措施如下：①在隧道外侧采用二管旋喷法加固地基；②当隧道渗漏位置发生在衬砌接缝处时，需在隧道衬砌接缝处内侧采用钢板处理；③当隧道渗漏位置发生在隧道衬砌内表面缺陷处时，在缺陷处采用速凝修补砂浆进行修补，砂浆初凝后，在修补处涂布防水涂层。10、根据权利要求9所述的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，其特征在于：所述的二管旋喷法是指在单管旋喷法的基础上加以压缩空气，并在管的底部侧面设置双重喷嘴，注浆压力设置为20～30MPa，射流外围的压缩空气压力设置为0.6～0.8MPa，在高压浆液与压缩空气共同作用下，土体造成局部破坏，使得浆液进入土体中孔隙，达到堵水效果；浆液与土体形成固结体，防止日后土体的开裂，固结体边缘存在剩余压力，对地基起到加固作用；所述的钢板处理是指在沿隧道纵向方向的相邻衬砌接缝处设置宽度为40～60mm，厚度为3～5mm的钢板，钢板与衬砌之间压注亲水性速凝型浆液，浆液均布在钢板与衬砌之间，且注浆压力不大于0.3MPa。1 说明书软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法技术领域本发明涉及一种隧道工程技术领域的隧道防渗漏保护方法，具体是一种软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法。背景技术近年来，随着中国城市化进程的不断推进，城市交通的拥堵问题也越来越严重。越江隧道的建设可以解决或改善城市交通现状，因此得到了广泛的应用。但由于越江隧道所处位置的水文地质条件通常比较复杂，且在隧道投入使用过程中，隧道结构反弯点处和隧道衬砌接缝处材料易发生老化，越江隧道就会出现渗漏的问题。隧道渗漏会影响隧道结构本身的强度，不仅缩短了隧道的使用寿命，同时也时刻威胁着隧道工程的质量安全。隧道发生渗漏的位置不容易确定，渗漏水量的多少也难也预估，发现渗漏后补漏工艺复杂，这都给越江隧道保护技术提出了不小的难题。经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号CN2.7，发明名称：一种处治隧道渗漏水的方法：采用化学浆液注浆封堵，并利用电防渗控制箱处理渗漏水的处置隧道渗水方法。由于该方法设备工艺复杂，对施工人员操作水平有较高要求，在现有条件下难以普及。且没有对渗漏发生位置和渗流量进行预测，防渗过程具有盲目性。发明内容本发明的目的在于提供一种解决既有越江隧道渗漏问题的软土地层既有盾构法隧道防渗漏保护方法，该方法简单，运行成本低。本发明是通过以下技术方案实现的，1 本发明通过土层的渗透系数和衬砌的渗透系数获得理论最大渗水量，并在隧道理论最大渗水量的位置、隧道结构纵向反弯点的位置和隧道衬砌接缝处布设检测点，当在检测点处发生渗漏时，及时采取堵漏措施，隧道防水防漏效果明显。本发明上述方法包括以下步骤：第一步，获取含隧道在内的浅层土的土层划分信息，确定土层的渗透系数。所述的浅层土的土层划分是指：利用孔压式静力触探确定土体的贯入阻力、孔隙水压力与深度的关系曲线，检测深度为隧道中心线埋深的1.5倍，沿隧道纵向每75m布置一个检测孔。画出以孔隙水压力与贯入阻力之比为横轴，以贯入阻力与初始地层应力之比为纵轴的关系图，并将该图划分若干不同土性特征区以此代表不同土的类型；将实测的静力触探曲线的数据标于该图以判断场地土层的类型；再根据土的类型对照贯入阻力曲线与孔隙水压力分布曲线，确定现场土层划分信息；所述的渗透系数满足以下公式：其中，k为土体的渗透系数；KD为无量纲渗透系数指标；a为孔压静力触探探头横截圆面的半径；g为水的容重；U为锥入速率；s‘为初始竖向有效应力。所述的无量纲渗透系数指标满足以下公式：其中，Bq为无量纲孔隙压力比；Qt为标准化无量纲锥入阻力。所述的无量纲孔隙压力比满足以下公式：其中，ua为绝对孔隙压力；us为初始静孔隙水压；qt为修正的锥尖阻力；s为初始总的竖向压力。所述的标准化无量纲锥入阻力满足以下公式：第二步，确定衬砌的渗透系数1 所述的衬砌的渗透系数通过如下步骤获得：①确定衬砌的平均渗水高度。所述的衬砌的平均渗水高度通过以下步骤获得：取3个隧道衬砌试件安装在混凝土抗渗仪上，将水压力加压至1.2MPa并记录时间，8小时后取出试件。用压力机将试件切开，将切开面的底边按长度十等分，查看出线水痕的位置，在各等分点处量出渗水高度。取单个试件各等分点处的渗水高度平均值作为单个隧道衬砌试件的渗水高度。取3个单个隧道衬砌试件的渗水高度的平均值作为衬砌的平均渗水高度。②衬砌的渗透系数满足如下公式：其中，Dm为平均渗水高度；T为恒压时间；HL为以水柱高度表示的水压力；l为混凝土的吸水率。第三步，确定隧道结构理论最大渗水量的位置。所述的理论最大渗水量的位置通过以下步骤获得：①根据隧道设计图及第一步获得的土层划分确定隧道所穿越的土层。②确定隧道结构的理论渗水量。所述的隧道结构的理论渗水量满足以下公式：其中H为地表压力水头；h为隧洞中心埋深；hr为内壁水压力；R为隧道外径；r为隧道内径；a为半无限介质映射在平面内圆形孔口的内径；k是第一步中获得的土体的渗透系数；KL是第二步中获得的衬砌的渗透系数。③确定第三步②所确定的隧道结构的理论渗水量的最大值，所对应的位置即为隧道结构理论最大渗水量的位置。第四步，确定隧道结构纵向反弯点的位置。所述的隧道结构纵向反弯点的位置通过以下步骤获得：①确定隧道纵向弯矩和隧道环向弯矩与曲线参数坐标的关系。1 所述的隧道纵向弯矩和隧道环向弯矩分别满足以下公式：其中，M1为隧道纵向弯矩；M12为隧道环向弯矩；r、f为曲线参数坐标；m为泊松比；b为隧道计算半径；l为参数，满足以下公式：其中，m为纵向计算长度。D为参数，满足以下公式：其中，h‘为隧道衬砌弯曲刚度修正系数；E为弹性模量；c为隧道衬砌厚度；v0、w0为变形系数，分别满足以下公式：其中，︱J︱为方程系数矩阵行列式，满足以下公式：其中，A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2为系数，分别满足以下公式：1 其中，K为地基刚度；sd0为地基总的竖向变形量；C满足下式：其中x‘为隧道衬砌剪切刚度修正系数。②确定反弯点坐标。所述的反弯点坐标按以下步骤确定：令纵向弯矩M1=0，令隧道环向弯矩M12=0，获得r、f的值，（r，f）即为反弯点的坐标。第五步，确定隧道结构上的渗漏检测点，并在检测点布设渗漏检测仪。所述的检测点是指第三步确定的隧道结构理论最大渗水量的位置和第四步确定的隧道纵向结构反弯点的位置。所述的渗漏检测仪按以下步骤布设：①在隧道结构理论最大渗水量的位置，沿隧道内侧环向每隔60度设置一个渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道结构理论最大渗水量的位置渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态。②在隧道纵向结构反弯点的位置，设置渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道纵向结构反弯点的位置渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态。③1 在隧道衬砌接缝处，沿隧道内侧环向每隔120度设置一个渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道衬砌接缝处渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态。第六步，布设在检测点的渗漏检测仪进入报警状态，此时，需在隧道渗漏处内外采取堵漏措施。具体措施如下：①在隧道外侧采用二管旋喷法加固地基。所述的二管旋喷法是指在单管旋喷法的基础上加以压缩空气，并在管的底部侧面设置双重喷嘴。注浆压力设置为20～30MPa，射流外围的压缩空气压力设置为0.6～0.8MPa。在高压浆液与压缩空气共同作用下，土体造成局部破坏，使得浆液进入土体中孔隙，达到堵水效果。浆液与土体形成固结体，防止日后土体的开裂。固结体边缘存在剩余压力，对地基起到加固作用。②当隧道渗漏位置发生在衬砌接缝处时，需在隧道衬砌接缝处内侧采用钢板处理。所述的钢板处理是指在沿隧道纵向方向的相邻衬砌接缝处设置宽度为40～60mm，厚度为3～5mm的钢板，钢板与衬砌之间压注亲水性速凝型浆液，浆液均布在钢板与衬砌之间，且注浆压力不大于0.3MPa。③当隧道渗漏位置发生在隧道衬砌内表面缺陷处时，在缺陷处采用速凝修补砂浆进行修补，砂浆初凝后，在修补处涂布防水涂层。与现有技术相比，本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明方法设备工艺简单，对施工人员操作水平要求不高，可以普及使用，运行成本低，同时对渗漏发生位置和渗流量进行预测，可以很好的改善越江隧道的渗漏问题，本发明提出的渗漏保护技术可以有效防治软土地层既有越江隧道的渗漏问题。附图说明图1隧道衬砌接缝内侧钢板处理示意图具体实施方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例1 以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。某软土地层越江隧道，隧道长约1462米，隧道管片外径11.22米，采用钢筋混凝土管片错缝拼装成环。隧道中心线埋深为29.8米。本实施例的实施过程如下：（1）获取含隧道在内的浅层土的土层划分信息，确定土层的渗透系数。①利用孔压式静力触探法获取含隧道在内的浅层土的土层划分信息。具体地，检测深度为44.7米，沿隧道纵向每75米布置一个检测孔，共20个。画出以孔隙水压力与贯入阻力之比为横轴，以贯入阻力与初始地层应力之比为纵轴的关系图，根据该图划分土体类型，由上至下依次为：人工填土、全新世Q4沉积层土、上更新世Q3沉积层土、硬质土。②确定土层的渗透系数。根据如下公式确定20个检测孔的土层的渗透系数：其中，k为土体的渗透系数；KD为无量纲渗透系数指标；a为孔压静力触探探头横截圆面的半径；g为水的容重；U为锥入速率；s‘为初始竖向有效应力。由此得到20个检测孔的土的渗透系数依次为：1.12、0.89、2.16、1.86、2.45、2.11、1.56、0.98、0.86、1.15、1.03、0.76、0.56、0.76、0.99、1.68、1.99、2.43、1.87、1.51m/d。（2）确定衬砌的渗透系数。①分别取3个隧道衬砌试件安装在混凝土抗渗仪上，将水压力加压至1.2MPa并记录时间，8小时后取出试件。用压力机将第一个试件切开，将切开面的底边按长度十等分，查看出线水痕的位置，各等分点处量出的渗水高度分别为：0.5、2.3、4.2、2.2、2.5、3.7、2.0、0.9、1.1、1.8cm。取该试件各等分点处的渗水高度平均值2.1cm作为第一个试件的单个隧道衬砌试件的渗水高度。用相同的方法得到第二个试件和第三个试件的单个隧道衬砌试件的渗水高度，分别为2.0cm、2.8cm。取3个单个隧道衬砌试件的渗水高度的平均值2.3cm作为衬砌的平均渗水高度。②根据如下公式确定衬砌的渗透系数：1 其中，KL为衬砌的渗透系数；Dm为平均渗水高度；T为恒压时间；HL为以水柱高度表示的水压力；l为混凝土的吸水率。由此得到衬砌的渗透系数为0.05m/d。（3）确定隧道结构理论最大渗水量的位置。根据如下公式确定隧道结构理论渗水量：其中H为地表压力水头；h为隧洞中心埋深；hr为内壁水压力；R为隧道外径；r为隧道内径；a为半无限介质映射在平面内圆形孔口的内径；k是（1）中获得的土体的渗透系数；KL是（2）中获得的衬砌的渗透系数。由此得到20个检测孔处隧道结构理论渗水量分别为：0.012、0.009、0.026、0.019、0.030、0.024、0.017、0.011、0.010、0.012、0.011、0.008、0.006、0.008、0.010、0.018、0.023、0.030、0.021、0.015L/（m2·d）。其中隧道结构理论渗水量为0.030L/（m2·d）的两个位置即为隧道结构理论最大渗水量位置。（4）确定隧道结构纵向反弯点的位置。当隧道纵向弯矩M1和隧道环向弯矩M12等于0时，得到的曲线参数坐标（r，f）即为反弯点的位置。具体地，根据下式：其中，m为泊松比；b为隧道计算半径；l、D为参数;v0、w0为变形系数。由此得到的隧道结构纵向反弯点的位置为（427.m，0。）和（836.6m，180。）。（5）确定隧道结构上的渗漏检测点，并在检测点布设渗漏检测仪。隧道结构上的渗漏检测点分别为（3）中确定的隧道结构理论渗水量为0.030L/（m2·d）的两个隧道结构理论最大渗水量位置，和（4）中确定的隧道结构纵向反弯点的位置：（427.m，0。）和（836.6m，180。）。①在隧道结构理论渗水量为0.030L/（m2·d）的两个隧道结构理论最大渗水量位置，沿隧道内侧环向每隔60度设置一个渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道结构理论最大渗水量的位置渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态。1 ②在隧道纵向结构反弯点的位置（427.m，0。）和（836.6m，180。），设置渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道纵向结构反弯点的位置渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态。③在隧道衬砌接缝处，沿隧道内侧环向每隔120度设置一个渗漏检测仪，渗漏检测仪渗漏限值设定为0.05L/(m2·d)，当隧道衬砌接缝处渗水量超过0.05L/(m2·d)时，渗漏检测仪进入报警状态。（6）在检测点渗漏检测仪进入报警状态的位置，采取堵漏措施。该越江隧道在渗漏检测过程中，共有3处渗漏检测仪进入报警状态。分别是隧道结构纵向反弯点（427.m，0。）、第146号衬砌与第147号衬砌接缝处、第323号衬砌与第324号衬砌接缝处。①在进入警报状态的渗漏点的隧道外侧进行二管旋喷法加固地基。在单管旋喷法的基础上加以压缩空气，并在管的底部侧面设置双重喷嘴。从发生渗漏位置垂直向上直至地表处开始旋喷加固，加固方向由上至下，加固深度为44.7m，浆液注浆压力设置为25MPa，射流外围的压缩空气压力设置为0.7MPa。②在第146号衬砌与第147号衬砌接缝处、第323号衬砌与第324号衬砌接缝处内侧采用钢板处理。图1为隧道衬砌接缝内侧钢板处理示意图。在沿隧道纵向方向的相邻衬砌接缝处设置宽度为50mm，厚度为4mm的圆环形钢板，钢板与衬砌之间压注亲水性速凝型浆液，浆液均布在钢板与衬砌之间，注浆压力控制在0.25MPa。本实施例的实施效果：该方法简单，运行成本低。越江隧道渗漏发生点与之前的预测完全吻合；越江隧道的渗漏问题得到根本改善；按照本发明提出的渗漏保护技术可以有效防治软土地层既有越江隧道的渗漏问题。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。1 说明书附图1'