專利名稱：新型隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道施工領(lǐng)域，涉及隧道聯(lián)絡(luò)通道或體外水泵房等側(cè)向或 底部開口工程施工，尤其是在此工況下隧道管片變形控制與隧道淹沒防護(hù)技術(shù)。
背景技術(shù)：
在公路及鐵路隧道建設(shè)時，考慮到隧道排水、防災(zāi)逃生等因素，通常需設(shè)
置水泵房或聯(lián)絡(luò)通道等輔助設(shè)施，圖l、 2為上海某隧道聯(lián)絡(luò)通道及水泵房共建 結(jié)構(gòu)的示意圖。對于盾構(gòu)隧道而言，修建聯(lián)絡(luò)通道或水泵房就需要在主體隧道 修建完畢后，打開隧道側(cè)向或底部己經(jīng)拼裝好的襯砌管片(通常開口處附近采 用鋼管片拼裝)，進(jìn)行開口施工。在透水性強(qiáng)、自穩(wěn)能力差的松散砂土或飽和軟 粘土地層中，開口工程一般采用基于土體加固的礦山法暗挖施工，常用的土體
加固方法包括注漿法、高壓旋噴法、深層攪拌法、凍結(jié)法等。
隧道開口施工主要存在主體隧道管片變形較大及加固失效開口部涌水涌沙 兩個方面的風(fēng)險。
對于開口處的主體隧道結(jié)構(gòu)，開口后，其環(huán)向整體剛度明顯下降，隧道管 片環(huán)向變形加大，此外，開口處所受荷載由對稱分布轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍ΨQ分布，將引 起局部隧道縱向變形加大。對于釆用凍結(jié)法加固的聯(lián)絡(luò)通道施工，凍漲力的存 在也將造成結(jié)構(gòu)主體隧道襯砌管片的變形。為了控制管片變形、穩(wěn)固隧道結(jié)構(gòu)、 確保隧道安全，有必要在隧道內(nèi)部開口處附近設(shè)置輔助的支撐體系，目前常用
如圖3、 4所示的預(yù)應(yīng)力支架體系。該體系主要包括相鄰開口處布置的幾榀平面 的預(yù)應(yīng)力支架1及縱向連接鋼梁2兩大部分。平面預(yù)應(yīng)力支架由平面環(huán)向鋼架3 與固定在平面環(huán)向鋼架3上的千斤頂4、鋼管5構(gòu)成，通過墊片6支撐隧道管片 7?？v向連接鋼梁2拉接各榀預(yù)應(yīng)力支架1，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)體系，以提高隧道整 體剛度。該系統(tǒng)具有安全可靠、布置靈活、取材及安裝方便、預(yù)應(yīng)力可調(diào)、保 留施工空間大不妨礙施工等優(yōu)點(diǎn)。
另一方面，由于土體加固存在缺陷或開口施工時操作失誤，可能導(dǎo)致大規(guī) 模涌水、涌沙等險情的發(fā)生。通常在隧道開口處設(shè)置防淹門， 一旦出現(xiàn)上述險 情，緊急關(guān)閉防淹門，以阻止水、砂灌入主隧道?，F(xiàn)有防淹門如圖5、 6所示。 防淹門為全鋼結(jié)構(gòu)，包括門框8和蓋板9兩大部分。門框8通過連接鋼板10與 開口處的鋼管片ll焊接在一起，蓋板9的一邊通過折頁12與門框8連接，其 它三邊有閉鎖裝置13，正常施工時候蓋板9開啟，如遇緊急情況可關(guān)閉蓋板9， 通過閉鎖裝置13確保蓋板9和門框8牢固閉合。蓋板9上還設(shè)有加壓孔14，必 要時還可通過加壓孔14注入水或壓縮空氣重新建立壓力平衡來控制險情的發(fā) 展。從國內(nèi)防淹門應(yīng)用的實(shí)際情況來看，這種形式的防淹門構(gòu)造簡單，封水性強(qiáng)。
現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力支架體系與防淹門相互獨(dú)立設(shè)置，防淹門僅焊接在開口處的鋼 管片11上，而預(yù)應(yīng)力支架體系主要支撐在與鋼管片11相鄰一定范圍內(nèi)的鋼筋
混凝土管片上，加強(qiáng)了整體隧道縱向剛度而對鋼管片11開口處局部的變形控制 沒有貢獻(xiàn)，開口施工時， 一旦發(fā)生較嚴(yán)重的涌水、涌沙，可能引起開口處鋼管 片ll較大的變形，導(dǎo)致鋼管片11與鋼筋混凝土管片間的接縫、鋼管片ll與防
淹門連接鋼板10間的接縫張開形成滲水、漏砂通道，此時盡管蓋板9與門框8 已經(jīng)閉合，也無力阻止主隧道內(nèi)的涌水涌沙，防淹門失效，隨著進(jìn)入主隧道水、 砂量的增加，預(yù)應(yīng)力支架體系失效，隧道結(jié)構(gòu)破壞。
此外，防淹門體系還存在其他一些的缺陷，如防淹門自重較大，直接作 用在鋼管片ll上將引起額外的管片變形；蓋板9形大體重，難以迅速關(guān)閉；開啟 的蓋板9占用較大隧道空間，影響施工作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力支架體系與防淹門體系的不足，旨在解決開口施工 管片變形及隧道淹沒防護(hù)兩大關(guān)鍵問題，提供一種新型的盾構(gòu)隧道開口施工管 片變形控制與防淹裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種新型隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置，包括預(yù)應(yīng)力支架、防淹 門，是管片變形控制的預(yù)應(yīng)力支架與防淹門連接合為一體的結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步，防淹門包括門框、滑動式蓋板，門框與開口處鋼管片連接，邊緣 設(shè)置若干連接孔，用于與滑動式蓋板連接固定；滑動式蓋板呈一面弧形， 一面 平板狀的簸箕形，倒扣在左右兩榀預(yù)應(yīng)力支架的弧形鋼導(dǎo)軌之上，滑動式蓋板 邊緣有若干連接孔，用于與弧形鋼導(dǎo)軌及門框連接固定。
開口處左右各一榀環(huán)預(yù)應(yīng)力支架上各有一道弧形鋼導(dǎo)軌，安置配合滑動式 蓋板，弧形鋼導(dǎo)軌上設(shè)置若干連接孔，用于與滑動式蓋板連接固定。
牽引裝置包括繩纜、鐵葫蘆，鐵葫蘆固定在預(yù)應(yīng)力支架上以控制滑動式蓋 板上下移動。
該裝置安裝就位后，在正常施工時，將滑動式蓋板通過牽引裝置沿弧形鋼 導(dǎo)軌提升至某高度，并通過銷釘將其安全固定在弧形鋼導(dǎo)軌上；險情發(fā)生時， 拔出銷釘，將滑動式蓋板迅速放下，將滑動式蓋板通過其上面的連接孔分別與 弧形導(dǎo)軌、門框連接固定，再通過閉鎖裝置使滑動式蓋板與門框鎖定，封閉洞m。連接門框的鋼管片向隧道內(nèi)的變形通過預(yù)應(yīng)力支架本身施加的預(yù)應(yīng)力得到 控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比在實(shí)現(xiàn)管片變形控制和隧道淹沒防護(hù)功能的同時 還具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 滑動式ik的自重荷載由預(yù)應(yīng)力支架承擔(dān)，不會給鋼管片施加不利的附
加荷載，保障了鋼管片的整體性，避免了鋼管片的額外變形；
2. 緊急狀態(tài)下，滑動式蓋板可通過纜繩和鐵葫蘆構(gòu)成的牽引裝置迅速關(guān)閉， 為搶險工作贏得寶貴的時間；
3. 滑動式蓋板平時處于施工作業(yè)范圍之外，不會妨礙施工。


圖1是現(xiàn)有聯(lián)絡(luò)通道及水泵房共建結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)通道縱剖面圖2是圖1中A-A剖面圖3是現(xiàn)有隧道預(yù)應(yīng)力支架體系支架縱剖面圖4是圖3中B-B剖面圖； 圖5是現(xiàn)有聯(lián)絡(luò)通道防淹門側(cè)面圖； 圖6是現(xiàn)有聯(lián)絡(luò)通道防淹門正面圖7是本發(fā)明一種實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)變形控制與滑動式防淹密閉門一體化 結(jié)構(gòu)示意圖8是圖7中C-C剖面圖9是本發(fā)明一種實(shí)施例的滑動式蓋板平面示意(l.應(yīng)力支架2.縱向連接鋼梁3.平面環(huán)向鋼架4.千斤頂5.鋼管6.墊 片7.隧道管片8.門框9.蓋板10.連接鋼板11.鋼管片12.折頁13.閉 鎖裝置14.加壓孔15.滑動式蓋板16.弧形鋼導(dǎo)軌與蓋板間連接孔17.弧 形鋼導(dǎo)軌18.門框與蓋板間連接孔19.纜繩20.鐵葫蘆21.連接孔22.纜 繩孔23.弧形翼緣)
具體實(shí)施例方式
一種新型的盾構(gòu)隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置，包括預(yù)應(yīng)力支架、 門框8、滑動式蓋板15、牽引裝置19、 20，隧道防淹門的關(guān)閉和門框8及其連 接的鋼管片11的穩(wěn)固通過管片變形控制體系的預(yù)應(yīng)力支架1得以實(shí)現(xiàn)。
防淹門由門框8、滑動式蓋板15組成。門框8通過焊接，鉚釘?shù)确绞脚c開 口處鋼管片11連接，邊緣有各有一排一定數(shù)目連接孔，用于與滑動式蓋板15 鉚接固定；滑動式蓋板15呈一面弧形， 一面平板狀的簸箕形，倒扣在左右兩榀 預(yù)應(yīng)力支架1的弧形鋼導(dǎo)軌17之上，并且可以通過牽引裝置19、 20控制其沿 著弧形鋼導(dǎo)軌17上下移動，滑動式蓋板15同樣邊緣有各有兩排一定數(shù)目連接 孔，用于與弧形鋼導(dǎo)軌17及門框8鉚接固定。
開口處左右各一榀環(huán)預(yù)應(yīng)力支架1上各有一道弧形鋼導(dǎo)軌17,用作滑動式 蓋板15安置及上下移動，弧形鋼導(dǎo)軌17上有一定數(shù)目連接孔，用于與滑動式 蓋板15鉚接固定。
牽引裝置由繩纜19和鐵葫蘆20組成，鐵葫蘆20固定在預(yù)應(yīng)力支架1上， 用以控制滑動式蓋板15上下移動。
連接門框28的鋼管片11向隧道內(nèi)的變形通過預(yù)應(yīng)力支架1本身施加的預(yù)應(yīng) 力得到控制。
本發(fā)明主要包括以下部件預(yù)應(yīng)力支架l、滑動式蓋板15、牽引裝置19、 20、門框8等。預(yù)應(yīng)力支架體系是整個構(gòu)件的框架，由原來單一用作支撐隧道 管片的支架體系加以改進(jìn)而成，與原來支架體系相比，安全門兩側(cè)的兩榀預(yù)應(yīng) 力支架1上各有一道弧形鋼導(dǎo)軌17，用作防淹門滑動式蓋板15的導(dǎo)軌和支撐。 而門框8仍可采用鋼制，通過連接鋼板10固定，例如焊接在開口周圍的鋼管片 11上?；瑒邮缴w板15呈三角簸箕形(其形狀與門框和鋼梁之間的空間吻合)， 倒扣在聯(lián)絡(luò)通道兩旁預(yù)應(yīng)力支架1的弧形鋼導(dǎo)軌17上，可通過牽引裝置19、 20 控制沿弧形鋼導(dǎo)軌17滑動。牽引裝置包括纜繩19、鐵葫蘆20，鐵葫聲20連接 在支架1另外一側(cè)，通過人力控制纜繩19可操縱滑動式蓋板15沿著弧形鋼導(dǎo)
軌17上下滑動。
本發(fā)明將管片變形控制的預(yù)應(yīng)力支架體系與防淹門合為一體。如圖7、圖8， 預(yù)應(yīng)力支架體系仍支撐在鋼管片相鄰一定范圍內(nèi)的鋼筋混凝土管片上以增加隧 道整體剛度，同時，考慮將防淹門的蓋板9改為滑動式蓋板15，如圖9，在防 淹門兩側(cè)的預(yù)應(yīng)力支架1上設(shè)置弧形鋼導(dǎo)軌17，開啟時滑動式蓋板15通過牽引 系統(tǒng)——纜繩19、鐵葫蘆20置于門框8上方，在緊急狀態(tài)下滑動式蓋板15可 迅速關(guān)閉。滑動式蓋板15關(guān)閉狀態(tài)下，預(yù)應(yīng)力支架1通過滑動式蓋板15向門 框8及固定門框的鋼管片11提供支撐，抑止鋼管片11的變形，防止鋼管片11 與鋼筋混凝土管片間的接縫以及鋼管片11與防淹門連接鋼板10間的接縫張開。
本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)及工作方式請參閱圖7、圖8、圖9所示，
一種新型的盾構(gòu)隧道開口施工管片變形控制與隧道淹沒防護(hù)一體裝置，包 括預(yù)應(yīng)力支架體l、門框8、滑動式蓋板15、牽引裝置19、 20等。
預(yù)應(yīng)力支架1 一方面用作提高隧道局部的整體剛度抑止隧道變形，同時也 是承擔(dān)防淹門滑動式蓋板15的支架及實(shí)現(xiàn)滑動式蓋板15開閉的滑軌，并在滑 動式蓋板15閉合時控制開口處鋼管片11變形。在正常施工情況下，預(yù)應(yīng)力支 架1通過對開口處附近一定范圍內(nèi)隧道管片7的支撐，提高了隧道局部的整體 剛度，有效的抑止了開口周圍隧道管片7的變形，提高施工安全性； 一旦涌水、 涌沙等險情，滑動式蓋板15閉合，預(yù)應(yīng)力支架1能夠通過滑動式蓋板15對門 框8及臨近鋼管片11提供支撐，有效抑止險情進(jìn)一步發(fā)展。而對于原先的防淹 門結(jié)構(gòu)，開口處鋼管片11變形得不到有效控制，險情發(fā)生時，鋼管片11將發(fā) 生較大變形，固定在鋼管片11上的防淹門無法起到安全作用。
滑動式蓋板15呈三角簸箕形，倒扣在開口左右兩榀預(yù)應(yīng)力支架1的弧形鋼 導(dǎo)軌17上，通過牽引裝置19、 20可控制其沿著弧形鋼導(dǎo)軌17上下滑動。
防淹門閉合時，預(yù)應(yīng)力支架1通過滑動式蓋板15向與門框8相連的鋼管片 11提供支撐，抑止鋼管片11發(fā)生向隧道內(nèi)側(cè)的變形。
隧道開口施工變形控制與防淹一體裝置的操作方法如下該裝置安裝就位 后，在正常施工時，將滑動式蓋板15通過牽引裝置19、 20沿弧形鋼導(dǎo)軌17提 升至某高度，并通過銷釘將其安全固定在弧形鋼導(dǎo)軌17上，如圖7、圖8所示; 險情發(fā)生時，拔出銷釘，將滑動式蓋板15迅速放下，用鉚釘將滑動式蓋板15 通過其上面的兩排連接孔21分別與弧形鋼導(dǎo)軌17、門框8鉚接固定，再通過閉 鎖裝置13使滑動式蓋板15與門框8鎖定，封閉洞口。
上述對實(shí)施例描述的目的便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本 發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這里的實(shí)施例做出各種修改， 并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此， 本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明 做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、新型隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置，包括預(yù)應(yīng)力支架、防淹門，其特征是是管片變形控制的預(yù)應(yīng)力支架與防淹門連接合為一體的結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置，其 特征是防淹門包括門框(8)、滑動式蓋板(15)，門框(8)與開口處鋼管片(11)連接，邊緣設(shè)置若干連接孔，用于與滑動式蓋板(15)連接固定；滑動 式蓋板(15)呈一面弧形， 一面平板狀的簸箕形，倒扣在左右兩榀預(yù)應(yīng)力支架(1)的弧形鋼導(dǎo)軌(17)之上，滑動式蓋板(15)邊緣有若干連接孔，用于與 弧形鋼導(dǎo)軌(17)及門框(8)連接固定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置，其 特征是開口處左右各一榀環(huán)預(yù)應(yīng)力支架(1)上各有一道弧形鋼導(dǎo)軌(17)， 安置配合滑動式蓋板(15)，弧形鋼導(dǎo)軌(17)上設(shè)置若干連接孔，用于與滑動 式蓋板(15)連接固定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置，其 特征是牽引裝置包括繩纜(19)、鐵葫蘆(20)，鐵葫蘆(20)固定在預(yù)應(yīng)力 支架(1)上以控制滑動式蓋板(15)上下移動。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一所述的新型隧道開口施工管片變形控制與防 淹裝置的操作方法，其特征是該裝置安裝就位后，在正常施工時，將滑動式 蓋板(15)通過牽引裝置(19、 20)沿弧形鋼導(dǎo)軌17提升至某高度，并通過銷 釘將其安全固定在弧形鋼導(dǎo)軌(17)上；險情發(fā)生時，拔出銷釘，將滑動式蓋 板(15)迅速放下，將滑動式蓋板(15)通過其上面的連接孔(21)分別與弧 形導(dǎo)軌(17)、門框(8)連接固定，再通過閉鎖裝置(13)使滑動式蓋板(15) 與門框(8)鎖定，封閉洞口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置的操 作方法，其特征是連接門框(8)的鋼管片(11)向隧道內(nèi)的變形通過預(yù)應(yīng)力支 架(1)本身施加的預(yù)應(yīng)力得到控制。
全文摘要
一種盾構(gòu)隧道開口施工管片變形控制與防淹裝置，其功能是隧道開口施工過程中管片變形控制和在發(fā)生涌水、涌沙等災(zāi)情時迅速阻止水、砂，防止管片坍塌和主隧道淹沒，確保主隧道安全。結(jié)構(gòu)主要包括預(yù)應(yīng)力支架體系，門框，滑動式蓋板，牽引裝置。門框通過焊接與開口處鋼管片相連；滑動式蓋板倒扣在開口兩旁各一榀平面環(huán)形支架的弧形鋼導(dǎo)軌上；牽引裝置由纜繩和鐵葫蘆組成，通過人力控制纜繩可以使蓋板沿著支架弧形鋼梁上下移動以實(shí)現(xiàn)防淹門的迅速關(guān)閉。防淹門蓋板上的荷載通過蓋板的簸箕形構(gòu)造由預(yù)應(yīng)力支撐承擔(dān)，從而避免固定門框的鋼管片及其相連管片產(chǎn)生過大變形甚至坍塌。
文檔編號E21D11/04GK101100944SQ20061002875
公開日2008年1月9日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者嚴(yán)長征, 肖忠華, 胡向東 申請人:同濟(jì)大學(xué)