CN104675409B - 减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置及方法 - Google Patents

减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置及方法,包括暗格箱体,所述暗格箱体的一侧设有自动隔离装置,所述暗格箱体的另一侧设有推射装置,所述暗格箱体设有开口供伸缩自锁装置进入其中,所述推射装置能够在暗格箱体内往复运动,并推动伸缩自锁装置在暗格箱体内运动,将伸缩自锁装置推出暗格箱体,完成推射装置的一次推动动作。通过在盾构机推进时同步推射出伸缩自锁钢筋框起到填充盾尾间隙,临时支撑管片和地层避免产生较大的地层变形的作用,从根本上减小了盾尾间隙引起的地层损失,真正在盾尾间隙产生时做到同步支护,可以更好的控制地表变形。而且本发明的推射伸缩自锁装置构造简单、可靠度高、操作方便、经济有效。

Description

减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置及方法
技术领域
本发明涉及一种减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置。
背景技术
盾构法施工是城市轨道交通地下区间修建应用较广的一种施工技术方法,但由于管片安装和施工工艺的要求,管片同盾构外壳存在约14cm的间隙,即盾尾间隙。盾尾间隙引起较大的地层损失从而导致地层变形增大,威胁周围管线和建筑物安全,现在主要有两种处理措施:一是同步注浆,二是地层预加固,但同步注浆浆液的扩散和凝固需要时间,且填充率一般不理想,并不能及时约束地层变形,而地层预加固则会大大增加工程造价并延长施工工期。除了以上不足,当地层较软弱或对变形要求严格时,这些措施均不能满足控制变形的需要,严重影响了盾构法在变形控制严格条件下的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置,该装置可以解决由于盾尾间隙引起地层损失导致较大地层变形的问题。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置,包括暗格箱体,所述暗格箱体的一侧设有自动隔离装置,自动隔离装置起到防止外部地下水、土体和注浆液进入暗格箱体的作用,所述暗格箱体的另一侧设有推射装置,所述暗格箱体设有开口供伸缩自锁装置进入其中,所述推射装置能够在暗格箱体内往复运动,并推动伸缩自锁装置在暗格箱体内运动,将伸缩自锁装置推出暗格箱体,完成推射装置的一次推动动作。
所述暗格箱体位于盾构机护盾内。
所述推射装置为推射活塞。
所述伸缩自锁装置为伸缩自锁钢筋框。
所述伸缩自锁装置包括主框架,所述主框架内设置多个分隔柱,所述每个分隔柱上均连接能绕其转动的支腿,所述每个支腿均连接自锁装置,所述自锁装置设置在分隔柱与主框架之间或分隔柱与分隔柱之间。
所述自锁装置包括锯齿形滑道,锯齿形滑道保证滑块只能向右滑动,所述锯齿形滑道内设有滑块,所述滑道两端设有向滑道内的凸起,以限定滑块只在锯齿形滑道内运动,所述滑块设有弹性凸起,滑块右端连接有尺寸小于滑块宽度的第一连杆,所述第一连杆右端连接有弹性元件,所述弹性元件连接在分隔柱上,所述第一连杆与第二连杆相连接,所述第二连杆能绕与第一连杆相接处转动,所述第二连杆连接到支腿上。
所述分隔柱之间间隔相等。
所述支腿绕支腿与分隔柱的连接处转动的角度为0~90度,自锁装置保证支腿只能向更大角度开启。
减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置的工作方法为:
首先将伸缩自锁钢筋框装入盾构机护盾暗格箱体内,自锁装置随即启动,推射活塞将伸缩自锁钢筋框推至盾尾自动隔离装置处;
待千斤顶推动盾构机前进时,自动隔离装置开启,推射活塞同时将伸缩自锁钢筋框推出盾尾,伸缩自锁钢筋框脱离暗格箱体进入盾尾间隙,处于伸长状态的弹簧将拉动滑块向右运动,滑块通过第二连杆同时带动支腿转动使支腿同步撑开,并支撑在管片和地层之间,且保持自锁状态,在盾尾间隙产生的同时进行及时的临时支护,从根本上解决地层变形较大的问题;
伸缩自锁钢筋框推出后,自动隔离装置关闭以防止地下水、土体或注浆浆液进入暗格,推射活塞回位,完成一次循环;
待盾构机完成下一次开挖时再进行同样的操作;
盾构机推进过程中也进行同步注浆,同步注浆的浆液包裹住已经撑开的伸缩自锁钢筋框,凝固后形成永久支护,起到充填地层间隙和防止后期变形的目的。
盾构机不断向前开挖土体,并安装管片,再通过千斤顶推动盾构机向前开挖,盾构机外壳比管片大出一圈,产生盾尾间隙,引起地层变形,盾尾间隙是施工工艺造成,是相对封闭的空间,因此只能在护盾中放入伸缩自锁装置,在盾构机向前的同时推射出该装置;盾尾间隙是随着盾构机开挖前进不断产生的,伸缩自锁装置也是不断被推射出来支护地层,减小变形的。
本发明的有益效果为:
通过在盾构机推进时同步推射出伸缩自锁钢筋框起到填充盾尾间隙,临时支撑管片和地层之间的间隙,避免产生较大的地层变形的作用,从根本上减小了盾尾间隙引起的地层损失,真正在盾尾间隙产生时做到同步支护,可以更好的控制地表变形。而且本发明的推射伸缩自锁装置构造简单、可靠度高、操作方便、经济有效。
附图说明
图1为本发明推射伸缩自锁装置示意图;
图2为本发明推射伸缩自锁装置在盾尾布置位置示意图;
图3为本发明伸缩自锁钢筋框刚刚进入盾壳暗格箱体示意图;
图4为本发明伸缩自锁钢筋框即将推射出盾壳暗格箱体示意图;
图5为本发明伸缩自锁钢筋框被推出在盾尾间隙自动撑开示意图;
图6为本发明伸缩自锁钢筋框俯视图;
图7为本发明伸缩自锁钢筋框支腿未撑开时的俯视图;
图8为本发明伸缩自锁钢筋框支腿撑开时的俯视图;
图9为本发明伸缩自锁钢筋框支腿撑开时A-A剖面图;
图10为本发明伸缩自锁钢筋框支腿撑开时B-B剖面图(未示出左侧主框架和右下侧支腿);
图中,1为盾构机护盾,2为刷型密封,4为管片,5为暗格箱体,5-1为开口,6为盾尾间隙,7为自动隔离装置,8为伸缩自锁钢筋框,8-1为主框架,8-2为锯齿形滑道,8-3为滑块,8-4为滑块与连杆连接螺栓,8-5为弹簧,8-6为支腿,8-7为第二连杆,8-8为分隔柱,8-9为第一连杆,9为推射活塞。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示,减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置,包括在盾构机盾尾钢护盾内设置暗格箱体5,暗格箱体内装入伸缩自锁钢筋框,它包括暗格箱体5、自动隔离装置7、伸缩自锁钢筋框8、推射活塞9。暗格箱体5的一侧设有自动隔离装置7,自动隔离装置7起到防止外部地下水、土体和注浆液进入暗格箱体的作用,暗格箱体5的另一侧设有推射活塞9,暗格箱体5设有开口5-1供伸缩自锁钢筋框8进入其中,推射活塞9能够在暗格箱体内往复运动,并推动伸缩自锁钢筋框8在暗格箱体5内运动,将伸缩自锁钢筋框8推出暗格箱体5,完成推射活塞9的一次推动动作。
如图2所示,减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置分布设置在盾构机盾尾钢护盾的上部,一般情况可设置三个,三个暗格箱体5位于盾构机护盾1内。
如图3-图5所示,分别为伸缩自锁钢筋框8刚进入暗格箱体5、即将被推出暗格箱体5和进入盾尾间隙6的三个状态示意图,首先通过暗格箱体开口5-1将伸缩自锁钢筋框8装入暗格箱体5,伸缩自锁钢筋框8上的自锁装置随即启动,推射活塞9将伸缩自锁钢筋框8推至盾尾自动隔离装置7处,待千斤顶推动盾构机前进时,该装置的自动隔离装置7开启,推射活塞9同时将伸缩自锁钢筋框8推出盾尾,一旦伸缩自锁钢筋框8脱离暗格箱体进入盾尾间隙6,由于盾尾间隙6比暗格箱体5空间稍大,其支腿8-6将同步撑开,并支撑在管片4和地层之间,且保持自锁状态,在盾尾间隙6产生的同时进行及时的临时支护,从根本上解决地层变形较大的问题,伸缩自锁钢筋框8推出后,自动隔离装置7关闭以防止地下水、土体或注浆浆液进入暗格,推射活塞9回位,完成一次循环,待盾构机完成下一次开挖再进行同样的操作。
如图6所示,为伸缩自锁钢筋框8俯视图,伸缩自锁钢筋框8包括主框架8-1,主框架8-1内竖向设置3个分隔柱8-8,每个分隔柱8-8上均连接能绕其转动的支腿8-6,主框架8-1的右端也连接支腿8-6,每个支腿8-6均连接自锁装置,四套自锁装置独立,自锁装置设置在分隔柱8-8与主框架8-1之间或分隔柱8-8与分隔柱8-8之间。
自锁装置包括锯齿形滑道8-2,锯齿形滑道8-2保证滑块8-3只能向右滑动,锯齿形滑道8-2内设有滑块8-3,锯齿形滑道8-2两端设有向滑道内的凸起,以限定滑块8-3只在锯齿形滑道8-2内运动,滑块8-3设有弹性凸起,滑块8-3右端连接有尺寸小于滑块8-3宽度的第一连杆8-9,第一连杆右端连接有弹簧8-5,弹簧8-5连接第一连杆8-9和分隔柱8-8,弹簧8-5处于拉伸状态,第二连杆8-7连接第一连杆8-9和支腿8-6,第二连杆8-7能绕与第一连杆8-9相接处转动,并带动支腿转动。支腿8-6绕支腿8-6与分隔柱8-8的连接处转动的角度为0~90度,自锁装置保证支腿8-6只能向更大角度开启。
如图7-8所示,一开始伸缩自锁钢筋框8处于暗格箱体5中,支腿8-6未撑开,弹簧8-5处于最大拉伸状态,滑块8-3位于锯齿状滑道的最左端,当伸缩自锁钢筋框8被推入盾尾间隙6后,拉伸状态的弹簧8-5将拉动滑块8-3向右滑动,直到支腿8-6开启高度达到盾尾间隙6的高度,锯齿状滑道保证滑块8-3只能向右侧滑动,不能产出反向的滑动。自锁装置被推射出暗格箱体5进入盾尾间隙6,处于伸长状态的弹簧8-5将拉动滑块8-3向右运动,滑块8-3通过第二连杆8-7同时带动支腿8-6转动,有多大的空间支腿8-6就开启多大的角度,且锯齿状滑道会阻止滑块8-3反向运动(即保证支腿不会再弹回),保证进入盾尾间隙的自锁装置可以根据间隙的大小提供及时的临时支护。伸缩自锁钢筋框8对盾尾间隙6有初步支撑作用,防止由于二次注浆材料存在凝固时间无法提供有效支护力引起地层变形,而后伸缩自锁钢筋框8被二次注浆材料所包裹在管片外形成永久充填支护。
如图9-10所示,为伸缩自锁钢筋框8上支腿8-6撑开时的剖面图,滑块8-3上的第一连杆8-9和支腿8-6通过第二连杆8-7连接,第二连杆8-7起到协调滑块8-3滑动和支腿8-6转动的作用。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种减小盾尾间隙引起地层损失的推射伸缩自锁装置,其特征是,包括暗格箱体,所述暗格箱体的一侧设有自动隔离装置,所述暗格箱体的另一侧设有推射装置,所述暗格箱体设有开口供伸缩自锁装置进入其中,所述推射装置能够在暗格箱体内往复运动,并推动伸缩自锁装置在暗格箱体内运动,将伸缩自锁装置推出暗格箱体,完成推射装置的一次推动动作;
所述伸缩自锁装置为伸缩自锁钢筋框;所述伸缩自锁装置包括主框架,所述主框架内设置多个分隔柱,所述每个分隔柱上均连接能绕其转动的支腿,所述每个支腿均连接自锁装置;所述支腿绕支腿与分隔柱的连接处转动的角度为0~90度,自锁装置限制支腿只能向更大角度开启。
2.如权利要求1所述的推射伸缩自锁装置,其特征是,所述暗格箱体位于盾构机护盾内。
3.如权利要求1所述的推射伸缩自锁装置,其特征是,所述推射装置为推射活塞。
4.如权利要求1所述的推射伸缩自锁装置,其特征是,所述自锁装置设置在分隔柱与主框架之间或分隔柱与分隔柱之间。
5.如权利要求3所述的推射伸缩自锁装置,其特征是,所述自锁装置包括锯齿形滑道,锯齿形滑道限制滑块只能向右滑动,所述锯齿形滑道内设有滑块,所述滑道两端设有向滑道内的凸起,以限定滑块只在锯齿形滑道内运动,所述滑块设有弹性凸起,滑块右端连接有尺寸小于滑块宽度的第一连杆,所述第一连杆右端连接有弹性元件,所述弹性元件连接在分隔柱上,所述第一连杆与第二连杆相连接,所述第二连杆能绕与第一连杆相接处转动,所述第二连杆连接到支腿上。
6.如权利要求1所述的推射伸缩自锁装置,其特征是,所述分隔柱之间间隔相等。
7.基于权利要求5所述的推射伸缩自锁装置的工作方法,其特征是,
首先将伸缩自锁钢筋框装入盾构机护盾暗格箱体内,自锁装置随即启动,推射活塞将伸缩自锁钢筋框推至盾尾自动隔离装置处;
待千斤顶推动盾构机前进时,自动隔离装置开启,推射活塞同时将伸缩自锁钢筋框推出盾尾,伸缩自锁钢筋框脱离暗格箱体进入盾尾间隙,处于伸长状态的弹性元件将拉动滑块向右运动,滑块通过第二连杆同时带动支腿转动使支腿同步撑开,并支撑在管片和地层之间,且保持自锁状态,在盾尾间隙产生的同时进行及时的临时支护;
伸缩自锁钢筋框推出后,自动隔离装置关闭以防止地下水、土体或注浆浆液进入暗格,推射活塞回位,完成一次循环;
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盾构机推进过程中也进行同步注浆,同步注浆的浆液包裹住已经撑开的伸缩自锁钢筋框,凝固后形成永久支护,实现了充填地层间隙和防止后期变形。
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