CN107842373B - 一种压力可调管片恒载支护系统及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力可调管片恒载支护系统及其施工方法，包括压力囊及其联通装置、加压阀、恒压阀及施工步骤；所述的压力囊为柔性可折叠空腔体，在管片安装前固定于管片外侧，并通过连接管在管片内侧进行连接形成联通结构，所述的加压阀用于给压力囊加压，所述的恒压阀用于保持压力囊内压力恒定；所述的施工步骤包括压力囊的固定、联通、安装加压阀和恒压阀以及给压力囊加压；本发明可以对管片外围岩进行快速支护，有效减少围岩变形。

Description

一种压力可调管片恒载支护系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及地下工程围岩变形控制领域，具体是隧道开挖管片外围岩快速支护结构及施工方法。
背景技术
TBM开挖掘进技术由于其安全高效性已越来越多的用于深埋长隧洞工程建设中。隧洞(道)工程岩体开挖后，围岩由于开挖卸荷应力重新调整而变形。新奥法施工理念中考虑围岩自身稳定性，通过释放洞壁岩体一定的变形量降低所需支护强度，进而降低工程成本。双护盾TBM施工设计中考虑了这一设计理念，即利用刀盘与管片段较长无支护距离使得围岩变形逐渐趋于稳定进而降低后期作用于管片衬砌上的围岩压力，减小对于管片的强度和刚度要求，但在挤压变形洞段或软弱岩体洞段，当刀盘与护盾段变形量过大时易于发生围岩抱死护盾导致的卡机灾害，影响工程进度、增加建设成本的同时在后续卡机脱困处理中亦对现场施工人员人身安全造成较大威胁。为解决这一难题，根据结构力学简支梁变形原理，提出一种压力可调管片恒载支护系统，该系统可快速给管片段围岩提供支护力，约束围岩变形，并能根据围岩变形大小调整所需支护力量值，增加围岩稳定性的同时降低刀盘至管片段岩体临空段收敛变形量，降低围岩与护盾接触可能性，减小挤压接触力与TBM推进所需克服的摩阻力，进而达到有效降低挤压变形洞段或软弱岩体洞段围岩抱死护盾发生卡机灾害的可能性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压力可调管片恒载支护系统及其施工方法，能够对隧道施工中管片外围岩进行快速支护，限制围岩变形，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种压力可调管片恒载支护系统,包括管片、压力囊、压力囊连接管、加压阀、恒压阀、压力囊连接管槽、压力囊槽、压力囊进出口孔、压力囊进出口、压力囊连接管阀门、压力囊连接管连接口、加压阀连接口、加压阀开关、恒压阀压力调节螺栓和恒压阀卸压孔。
进一步地，所述的压力囊为柔性可折叠空腔体，折叠时尺寸与管片上压力囊槽一致，分别固定于管片外侧压力囊槽内。压力囊加压后能展开形成连续的支撑体。所述的压力囊槽位于管片外侧中部，可浇筑形成或浇筑完成后开凿形成。
进一步地，所述的压力囊在其两端设有压力囊进出口，通过管片上压力囊进出口孔伸入管片内部；相邻管片上的压力囊通过压力囊连接管进行联通，在管片外侧形成完整相连通的一圈压力囊，以保证加压后在管片四周形成均匀的支撑压力；所述的管片上设有压力囊连接管槽，压力囊连接管置于压力囊连接管槽内，后期可进行密封，不影响管道内壁平整；所述的压力囊连接管槽可浇筑形成或浇筑完成后开凿形成。
进一步地，所述的压力囊通过压力囊连接管进行联通，在其最后一处连接处两端压力囊进出口孔分别连接加压阀和恒压阀，加压阀用于给压力囊加压，使其展开形成支撑，恒压阀用于保持压力囊内的压力，保证需要的支撑强度；恒压阀的压力强度可以根据需要，通过恒压阀压力调节螺栓进行调节。
进一步地，所述的加压阀设有加压阀连接口和加压阀开关，加压阀连接口用于连接加压泵给压力囊充气或者液体进行加压，加压阀开关用于压力囊加压后关闭加压阀防止压力外泄。
进一步地，所述的恒压阀设有恒压阀压力调节螺栓和恒压阀卸压孔，恒压阀压力调节螺栓用于调节恒压阀所需保持的压力大小，恒压阀卸压孔用于内压大于恒压阀设定值时泄压排气或液体。
本发明还提供了一种压力可调管片恒载支护系统的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：
步骤1：在管片上预制压力囊连接管槽、压力囊槽和压力囊进出口孔，或在制作好的管片上开凿钻孔制作压力囊连接管槽、压力囊槽和压力囊进出口孔；
步骤2：将压力囊固定于管片外侧压力囊槽中，使压力囊进出口穿过压力囊进出口孔；
步骤3：安装管片；
步骤4：管片安装完成后，用压力囊连接管在压力囊连接管槽中将相邻压力囊的压力囊进出口分别连接，只在最后一处连接处不进行连接；
步骤5：在最后一处连接处相邻两个压力囊的压力囊进出口分别安装加压阀和恒压阀；
步骤6：调节恒压阀压力调节螺栓至目标值，在加压阀连接口连接加压泵给压力囊加压，至恒压阀卸压孔有气体或液体排出，关闭加压阀开关，施工步骤完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单、设计合理、施工高效；本发明可以在相对较为封闭的双护盾TBM施工空间和已有完善的施工流程中，在不影响工程进度情况下，有效控制围岩变形量，降低发生挤压变形卡机风险，极大地体现出双护盾TBM快速、安全施工的优势。
附图说明
图1为本发明中压力囊加压后整体图。
图2为本发明中压力囊未加压整体图。
图3为本发明中压力囊连接管安装图。
图4为本发明中压力囊连接管细节图。
图5为本发明中加压阀及恒压阀安装图。
图6为本发明中压力囊整体图。
图7为本发明中管片外侧面图。
图8为本发明中管片内侧面图。
图9为本发明中加压阀细节图。
图10为本发明中恒压阀细节图。
其中，1-管片；2-压力囊；3-压力囊连接管；4-加压阀；5-恒压阀；101-压力囊连接管槽；102-压力囊槽；103-压力囊进出口孔；201-压力囊进出口；301-压力囊连接管阀门；302-压力囊连接管连接口；401-加压阀连接口；402-加压阀开关；501-恒压阀压力调节螺栓；502-恒压阀卸压孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。
如图1和2所示，本发明的一种压力可调管片恒载支护系统,包括管片1，设置在管片1外侧的压力囊2；管片1外侧设有压力囊槽102，可以在浇筑管片时预制，或者在现有的管片1上开凿形成；管片1外侧两端压力囊槽102内设有压力囊进出口孔103，可以在浇筑管片时预制，或者在现有的管片1上开凿形成；压力囊2为柔性可折叠空腔体，折叠时尺寸与对应管片1外侧的压力囊槽102一致，分别固定于管片1外侧压力囊槽102内。
如图6所示，压力囊2在其两端设有压力囊进出口201，通过管片1上的压力囊进出口孔103伸入管片内部；相邻管片1上的压力囊2通过压力囊连接管3连接深入管片1内部的压力囊进出口孔103进行联通，在管片1外侧形成内部连通的一圈压力囊2，压力囊2加压后能展开形成连续的支撑体。
如图1、图2、图3和图5所示，管片1内侧设有压力囊连接管槽101，可以在浇筑管片时预制，或者在现有的管片1上开凿形成；压力囊连接管3置于压力囊连接管槽101内，压力囊连接管槽101后期可填充磨平，以免影响管片1内侧光滑程度，进而影响过水能力或其牢固程度。
如图1、图2和图5所示，压力囊2通过压力囊连接管3进行联通，在其最后一处相邻的两个管片1内侧两个压力囊进出口孔103处分别连接加压阀4和恒压阀5，加压阀4用于给压力囊2加压，使其展开形成支撑；恒压阀5用于保持压力囊2内的压力，保证需要的支撑强度；恒压阀5上设有恒压阀压力调节螺栓501，用于调节目标压力。如图9和10所示，加压阀连接口401用于连接加压泵给压力囊2充气或者液体进行加压，加压阀开关402用于压力囊2加压后关闭加压阀4防止压力外泄。恒压阀压力调节螺栓501用于调节恒压阀5所需保持的压力大小，恒压阀卸压孔502用于内压大于恒压阀5设定值时泄压排气或液体。
本发明的一种压力可调管片恒载支护系统的施工方法，包括以下施工步骤：
步骤1：在管片1上预制压力囊连接管槽101和压力囊槽102，可浇筑形成或浇筑完成后开凿形成，同时预制压力囊进出口孔103；也可在制作好的管片1上开凿钻孔制作压力囊连接管槽101，压力囊槽102，压力囊进出口孔103；
步骤2：将压力囊2固定于管片1外侧压力囊槽102中，使压力囊进出口201穿过压力囊进出口孔103；
步骤3：安装管片1；
步骤4：管片1安装完成后，用压力囊连接管3在压力囊连接管槽101中将相邻压力囊2的压力囊进出口201分别连接，只在最后一处连接处不进行连接；
步骤5：在最后一处连接处相邻两个压力囊2的压力囊进出口201分别安装加压阀4，恒压阀5；
步骤6：调节恒压阀压力调节螺栓501至目标值，在加压阀连接口401连接加压泵给压力囊2加压，至恒压阀卸压孔502有气体或液体排出，关闭加压阀开关402，施工步骤完成。

Claims (6)

1.一种压力可调管片恒载支护系统,包括管片(1)，压力囊(2)，压力囊连接管(3)，加压阀(4)，恒压阀(5)，管片(1)上设置有管槽(101)、位于管片(1)外侧的压力囊槽(102)、压力囊进出口孔(103)和压力囊进出口(201)，其特征在于，压力囊连接管(3)处设置有压力囊连接管阀门(301)、压力囊连接管连接口(302)，加压阀(4)处设置有加压阀连接口(401)和加压阀开关(402)，恒压阀(5)处设置有恒压阀压力调节螺栓(501)和恒压阀卸压孔(502)；所述的压力囊(2)在其两端设有压力囊进出口(201)，通过管片(1)上的压力囊进出口孔(103)伸入管片内部；相邻管片(1)上的压力囊(2)通过压力囊连接管(3)连接压力囊进出口孔(103)进行联通，在管片(1)外侧形成完整相连通的一圈压力囊(2)；所述管片(1)上设有压力囊连接管槽(101)，压力囊连接管(3)置于压力囊连接管槽(101)内；所述压力囊(2)通过所述压力囊连接管(3)进行联通，在其最后一处连接处两端压力囊进出口孔(103)处分别连接加压阀(4)和恒压阀(5)，加压阀(4)用于给压力囊(2)加压，使其展开形成支撑，恒压阀(5)用于保持压力囊(2)内的压力，保证需要的支撑强度；恒压阀(5)通过恒压阀压力调节螺栓(501)进行调节。
2.根据权利要求1所述的压力可调管片恒载支护系统，其特征在于，所述的压力囊(2)为柔性可折叠空腔体，折叠时尺寸与对应管片(1)外侧的压力囊槽(102)一致，分别固定于管片(1)外侧压力囊槽(102)内；所述压力囊(2)加压后能展开形成连续的支撑体。
3.根据权利要求1所述的压力可调管片恒载支护系统，其特征在于，所述加压阀连接口(401)用于连接加压泵给压力囊(2)充气或者液体进行加压，加压阀开关(402)用于压力囊(2)加压后关闭加压阀(4)防止压力外泄。
4.根据权利要求1所述的压力可调管片恒载支护系统，其特征在于，所述恒压阀压力调节螺栓(501)用于调节恒压阀(5)所需保持的压力大小，恒压阀卸压孔(502)用于内压大于恒压阀(5)设定值时泄压排气或液体。
5.一种如权利要求1-4任一所述的压力可调管片恒载支护系统的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：
步骤1：在管片(1)上预制压力囊连接管槽(101)和压力囊槽(102)，可浇筑形成或浇筑完成后开凿形成，同时预制压力囊进出口孔(103)；
步骤2：将压力囊(2)固定于管片(1)外侧压力囊槽(102)中，使压力囊进出口(201)穿过压力囊进出口孔(103)；
步骤3：安装管片(1)；
步骤4：管片(1)安装完成后，用压力囊连接管(3)在压力囊连接管槽(101)中将相邻压力囊(2)的压力囊进出口(201)分别连接，只在最后一处连接处不进行连接；
步骤5：在最后一处连接处相邻两个压力囊(2)的压力囊进出口(201)分别安装加压阀(4)，恒压阀(5)；
步骤6：调节恒压阀压力调节螺栓(501)至目标值，在加压阀连接口(401)连接加压泵给压力囊(2)加压，至恒压阀卸压孔(502)有气体或液体排出，关闭加压阀开关(402)，施工步骤完成。
6.一种如权利要求5所述的压力可调管片恒载支护系统的施工方法，其特征在于步骤1也可在制作好的管片(1)上开凿钻孔制作压力囊连接管槽(101)，压力囊槽(102)，压力囊进出口孔(103)。
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