CN103527208A

CN103527208A - 超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法

Info

Publication number: CN103527208A
Application number: CN201310461449.3A
Authority: CN
Inventors: 周勇; 刘群英
Original assignee: SHENZHEN ZHONGHAI CONSTRUCTION CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN ZHONGHAI CONSTRUCTION CO Ltd
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明公布超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法，包括以下步骤：步骤1：安装具有切削刀头的仿形刀；步骤2：设置仿形刀的超挖模式，所述超挖模式分为内侧超挖模式和外侧超挖模式；步骤3：设置仿形刀的超挖量，超挖量由仿形刀伸出距离确定；步骤4：按照步骤2及步骤3的设置启动仿形刀进行超挖。本发明公开的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法可以利用仿形刀的切削刀头突出盾构外周，刀盘旋转，在局部范围完成超挖，满足盾构转向的需要。

Description

超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法

技术领域

本发明涉及隧道工程，特别涉及到小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法。

背景技术

二十世纪60年代开始，国外逐渐采用盾构法施工城市隧洞，城市隧道常因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、地下管网密布、交通繁忙、施工条件受到限制等，对环境影响的控制要求十分严格。进入80年代后，城市发展带动了城市隧道的建设，在隧道线路的选择上，由于受规划及建、构筑物的制约，使得隧道线形越来越复杂，小曲线半径隧道应用也变得越来越多，国内外也开始对小曲线半径施工进行相关研究。

盾构机在曲线施工时，一般使用铰接式盾构机，并且需根据推进轴线情况进行超挖，超挖量过小将不能充分发挥铰接装置的作用，对盾构机掘进有干涉，以至达不到所要求设计轴线的半径，超挖量越大，曲线施工越容易。但超挖量过大将严重地扰动土体，超挖会使同步注浆浆液因土体的松动绕入开挖面，加上曲线推进时反力下降的因素，会产生隧道变形增大的问题。目前部分盾构机配备有超挖刀进行超挖，但是超挖刀是在盾构刀盘外周全体超挖，盾构机在曲线施工时，转向容易，但方向难以控制，对土体扰动大，土体沉降难以控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法，采用仿形刀将超挖量控制在超挖范围的最小限度内，使对地层的损失和干扰降到最低。

为实现上述目的，本发明提供超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：安装具有切削刀头的仿形刀；

步骤2：设置仿形刀的超挖模式，所述超挖模式分为内侧超挖模式和外侧超挖模式；

步骤3：设置仿形刀的超挖量，超挖量由仿形刀伸出距离确定；

步骤4：按照步骤2及步骤3的设置启动仿形刀进行超挖。

所述内侧超挖模式在盾构机前后体铰接进入曲线隧道直至出曲线隧道时，对该曲线半径方向的内侧进行超挖，内侧超挖模式下仿形刀在位于半径方向的内侧上伸出。

外侧超挖模式在盾构机前后体铰接由曲线隧道进直线隧道时，对该曲线半径的外侧进行超挖，外侧超挖模式下仿形刀在位于半径方向的外侧上伸出。

本发明的有益效果：本发明公开的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法可以利用仿形刀的切削刀头突出盾构外周，刀盘旋转，在局部范围完成超挖，满足盾构转向的需要。

该超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法可以使得盾构机在小曲率半径的隧道施工中遵循隧道曲线进行挖掘，不易造成偏离，减少误差。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。

附图中，

图1为本发明超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法执行步骤示意图；

图2至图5为本发明超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法中仿形刀的使用过程示意图；

图6为本发明超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法中仿形刀的收缩过程示意图；

图7为本发明超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法中仿形刀的位置示意图；

图8A、8B及8C为本发明超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法中仿形刀的结构示意图；

图9为本发明超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法中仿形刀的伸出距离计算原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

为实现上述目的，请参阅图1，本发明提供的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法主要应用于铰链结构的盾构机在小曲率半径隧道施工中，其应用包括以下步骤:

步骤1：安装仿形刀1。该仿形刀1的切削刀头安装在盾构前体的盾构外周上。其盾构的旋转可以带动切削刀头实现对外壁土壤的局部超挖。

步骤2：设置仿形刀1的超挖模式，所述超挖模式分为内侧超挖模式和外侧超挖模式。

盾构机处于曲线隧道的不同位置时采用不同的超挖模式。

参阅图2至图4，所述内侧超挖模式在盾构机前后体铰接进入曲线隧道直至出曲线隧道时，对该曲线半径方向的内侧进行超挖，内侧超挖模式下仿形刀1在位于半径方向的内侧上伸出。此时的内侧超挖的结果是该曲线隧道的截面不再是圆形，而是椭圆形，这样的形状特别是在该盾构机后体进入该曲线隧道安装管片时更加的方便、顺畅。

参阅图5，外侧超挖模式在盾构机前后体铰接由曲线隧道进直线隧道时，对该曲线半径的外侧进行超挖，外侧超挖模式下仿形刀1在位于半径方向的外侧上伸出。

同样的在盾构机出曲线隧道进入直线隧道时，对曲线外侧进行超挖，超挖的结果是在曲线隧道与直线隧道的连接处其隧道为椭圆形，利于盾构机后体的管片的安装。

参阅图6，该图是仿形刀1的超挖伸缩过程的示意图，其适用于内侧超挖模式。同时如果将超挖的伸开始的位置放在图中缩开始的位置，则必然的是所述缩开始的位置设置在图中伸开始的位置，就可以适用于外侧超挖模式。

参阅图7，仿形刀1在盾构上的安装位置示意图，该仿形刀1主要是在盾构的外侧面与盾构共同转动带动超挖。其中仿形刀1的伸出高度为δ。

所述图8A至图8C为仿形刀1的具体结构示意图，仿形刀1的伸缩有位于该仿形刀1下部的液压油泵11控制，该液压油泵11为电子控制。其中在内侧超挖模式下，当该仿形刀1位于该盾构切割刀盘的顶部时，液压油泵11对该仿形刀1加压，使方形刀1突出于该盾构切割刀盘，当该仿形刀1位于该盾构切割刀盘的底部时，液压油泵11对该仿形刀1减压，使该仿形刀1缩回该盾构切割刀盘内部；在外侧超挖模式下，当该仿形刀1位于该盾构切割刀盘的底部时，液压油泵11对该仿形刀1加压，使方形刀1突出于该盾构切割刀盘，当该仿形刀1位于该盾构切割刀盘的顶部时，液压油泵11对该仿形刀1减压，使该仿形刀1缩回该盾构切割刀盘内部。

步骤3：设置仿形刀1的超挖量，超挖量由仿形刀1伸出距离确定。

参阅图9，以圆心作为坐标轴原点，

那么图中P点的坐标为：

X_{p} = L_{2} + \frac{D}{2} \tan \frac{θ}{2}, Y_{p} = R_{o};

Q点坐标为：

X_{Q} = X_{P} + (\frac{D}{2} \tan \frac{D}{2} + L_{1}) \cos θ, Y_{Q} = Y_{P} - (\frac{D}{2} \tan \frac{θ}{2} + L_{1}) \sin θ;

V点坐标为：

X_{V} = X_{P} + (\frac{D}{2} \tan \frac{θ}{2} + L_{1} - 1) \cos θ - \frac{D}{2} \sin θ, Y_{V} = X_{P} - (\frac{D}{2} \tan \frac{θ}{2} + L_{1} - 1) \sin θ - \frac{D}{2} \cos θ;

V点与坐标轴Y轴的夹角α_v：av=tan^-i(Y_v/Y_v);

最小内接半径R_min为：

R_{\min} = \sqrt{{(\frac{L_{2} \tan^{2} θ + (R_{O} + D / 2) \tan θ}{1 + \tan^{2} θ})}^{2} + {(\frac{L_{2} \tan θ + R_{O} - D / 2}{1 - \tan^{2} θ})}^{2}};

由以上基本的参数，最终计算出仿形刀1的伸出高度δ为：

δ = \frac{R_{V} - R_{\min}}{\cos (a_{v} - θ)} = \frac{\sqrt{x_{V}^{2} - Y_{V}^{2}} - R_{\min}}{\cos (a_{v} - θ)} .

步骤4：按照步骤2及步骤3的设置启动仿形刀1进行超挖。

综上所述，本发明公开的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀1的使用方法本发明公开的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀1的使用方法可以利用仿形刀1的切削刀头突出盾构外周，刀盘旋转，在局部范围完成超挖，满足盾构转向的需要。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：安装具有切削刀头的仿形刀；

步骤4：按照步骤2及步骤3的设置启动仿形刀进行超挖。

2.根据权利要求1所述的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法，其特征在于，所述内侧超挖模式在盾构机前后体铰接进入曲线隧道直至出曲线隧道时，对该曲线半径方向的内侧进行超挖，内侧超挖模式下仿形刀在位于半径方向的内侧上伸出。

3.根据权利要求1所述的超小曲率半径隧道盾构施工中仿形刀的使用方法，其特征在于，外侧超挖模式在盾构机前后体铰接由曲线隧道进直线隧道时，对该曲线半径的外侧进行超挖，外侧超挖模式下仿形刀在位于半径方向的外侧上伸出。