CN111236990B - 小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，包括设在隧道底部的台车轨道和渣土车轨道以及分别与两者配合的台车和渣土车；台车轨道采用原有的盾构台车行走的轨道；台车包括车架、行走机构和支撑机构，车架上部能容纳通风管道、下部横跨在渣土车上且不与之干涉，支撑机构包括弧形板撑、滑动铰接件和伸缩顶件，弧形板撑分布在隧道的上部及两侧且相邻间存在间隙，弧形板撑通过滑动铰接件与车架可滑动的铰接、通过伸缩顶件与车架可伸缩的连接，伸缩顶件带动弧形板撑顶出和缩回时，滑动铰接件起到导向和限位的作用。该系统避免了管片破损，留出了通风管道以及渣土的行进空间，对先发线隧道的影响降到了最小。

Description

小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统

技术领域

本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统。

背景技术

盾构法施工以其具有机械化程度高、掘进安全高效、对绝大部分地质地形适应能力强等特点而成为如今隧道修建的主流方法。然而，近年来随着城市发展的不断深化，对于城市轨道交通的建设提出了更多的要求。受城市发展规划、既有建筑物基础、天然气及供水管线等等诸多条件的约束，城市地铁隧道正逐步朝着浅覆土、小间距、小半径的方向发展。除少数城市之外，大多数城市轨道交通位于软土地层中，软土地层条件下浅覆土、小间距、小半径的盾构施工存在着严重的安全风险，极大制约着施工进度。

对于软土地层下浅覆土、小间距、小半径盾构施工而言，先发线隧道掘进与后发线隧道掘进时将对地层造成两次扰动，且后发线掘进将对隧道中间土体造成破坏式影响。《地铁设计规范》GB50157-2003第10.1.9条及10.1.10条分别规定盾构隧道上覆土层厚度及相邻隧道间距均应大于1.0D(一倍隧道直径)。对于此类隧道，目前国内常用的是施工前土体加固、后发线掘进时在先发线隧道内架设内支撑的方法来保障施工安全。其中，如何设计一种经济实用、安全可靠、拆卸方便、不影响先发线隧道掘进施工的内支撑体系成为了各城市隧道施工现场普遍关注的问题。

文献调研结果表明，目前对于隧道内支撑台车装置的研发相对较少，已有装置均存在着较为明显的缺陷，例如，中国发明专利(公开号CN104314588A)和中国实用新型专利(公开号CN209040834U)提出的一种盾构隧道内圆支撑体系，分别采用了十字支撑与预加应力的方法加固圆形环撑达到内支撑效果，然而该方法支撑均为一次性装卸装置，无法随后发线隧道掘进向前移动，且未留有渣土车出行空间；再如中国发明专利(公开号CN108590679)提出的一种内支撑应力台车，采用机械折叠方法实现内圆支撑且留出充足的空间给渣土车出土，但此台车的行走需要预加轨道、支撑模板与底部枕木的配合完成，并且未留有通风管道的空间，整个台车支撑装置的造价较高且内圆支撑上受力不均匀，机械圆撑易发生损坏。

鉴于现存的盾构隧道内支撑体系及方法存在上述缺陷，难以兼顾先发线隧道的持续施工与随后发线隧道掘进而移动的现场实际需要。因此，开发出具有普适性并且对于施工现场可行性较高的软土地层条件下浅覆土、小间距、小半径的盾构隧道台车内支撑装置显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，该系统减小施工风险，为其它操作留出了空间，避免了应力过大而造成的管片破损，留出了先发线隧道的通风管道以及渣土车的行进空间，避免了轨道的二次搭建，对先发线隧道的影响降到了最小。

本发明所采用的技术方案是：

一种小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，包括设在隧道底部的台车轨道和渣土车轨道以及分别与两者配合的台车和渣土车；台车轨道采用原有的盾构台车行走的轨道；台车包括车架、行走机构和支撑机构，车架上部能容纳通风管道、下部横跨在渣土车上且不与之干涉，支撑机构包括弧形板撑、滑动铰接件和伸缩顶件，弧形板撑分布在隧道的上部及两侧且相邻间存在间隙，弧形板撑通过滑动铰接件与车架可滑动的铰接、通过伸缩顶件与车架可伸缩的连接，伸缩顶件带动弧形板撑顶出和缩回时，滑动铰接件起到导向和限位的作用。

进一步地，每个弧形板撑都与一个滑动铰接件和两个伸缩顶件连接；对于隧道上部的弧形板撑，滑动铰接件的导向方向为上下，两个伸缩顶件的一端铰接在车架上的同一位置、另一端分别与弧形板撑铰接形成三角形，相对于伸缩顶件，滑动铰接件在弧形板撑上的连接位置更靠近隧道纵剖面；对于隧道侧面的弧形板撑，滑动铰接件的导向方向为左右，两个伸缩顶件分别位于滑动铰接件的上下方。

进一步地，弧形板撑关于隧道纵剖面对称分布，位于隧道上部的弧形板撑弧度小，位于隧道两侧的弧形板撑弧度大。

进一步地，在隧道横剖面上，位于隧道上部的弧形板撑共有4块且各30°，位于隧道侧面的弧形板撑共有4块且各40°。

进一步地，车架包括门型架、附加框架和纵向框架，门型架为车架的主体受力结构，行走机构安装在门型架底部，渣土车能容纳在门型架下部空间内，附加框架附加在门型架外侧，起到加强门型架、传递弧形板撑的力和对放置在门型架顶部的通风管道进行限位的作用，一套门型架、附加框架和环弧形板撑连接成一环支撑，纵向框架将多环支撑纵向连接形成一榀台车的车架。

进一步地，伸缩顶件包括两个分别与弧形板撑和车架可拆卸连接的螺栓头以及两端分别与两个螺栓头连接的螺栓套筒，转动螺栓套筒时两个螺栓头同步伸缩。

进一步地，螺栓套筒上设有外接加力螺杆的螺杆孔。

进一步地，台车之间能串联接长，多榀台车串联后，行走机构共用驱动机构。

进一步地，弧形板撑外侧设有橡胶层。

进一步地，伸缩顶件作用时，能使弧形板撑在径向产生15cm的伸缩量。

本发明的有益效果是：

该系统能够有效减小此复杂地层环境中盾构对先发线隧道以及地表沉降的影响，减小施工风险，结合内支撑的应力监测手段可以实现对隧道管片受力问题进行量化评估。

弧形板撑可以人工调节伸缩量，因此能有效避开安装在管片上的自动化监测系统器械，给隧道内的照明灯具、自动化测量系统管片棱镜留出空间，同时可以使管片受力更加均匀，增大了受力面积，避免了由于钢支撑直接撑在混凝土管片上应力过大而造成的管片破损。

台车沿隧道轴线进行移动，一次加工即可保证全线需要，提高了机械利用率，降低了成本。

充分留出了先发线隧道的通风管道以及渣土车的行进空间，将支撑系统对先发线隧道掘进施工的影响降到最低。

避免了轨道的二次搭建，提高了盾构机台车轨道的利用率。

在台车轨道间留出了渣土车(也可作为管片运输电瓶车)的移动空间，在保障后发线隧道安全施工的同时将对先发线隧道的影响降到了最小。

附图说明

图1是本发明实施例的正视图。

图2是本发明实施例的侧视图。

图3是本发明实施例中伸缩顶件的示意图。

图4是图1的局部放大图。

图中：1-管片；2-通风管道；3-伸缩顶件(图1和图4中虚线表示)；4-门型架；5-弧形板撑；6-滑动铰接件；7-附加框架；8-行走机构；9-台车轨道；10-渣土车；11-渣土车轨道；12-纵向框架；13-驱动机构；14-螺栓套筒；15-螺杆孔；16-螺栓头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，包括设在隧道底部的台车轨道9和渣土车轨道11以及分别与两者配合的台车和渣土车10；台车轨道9采用原有的盾构台车行走的轨道；台车包括车架、行走机构8和支撑机构，车架上部能容纳通风管道2、下部横跨在渣土车10上且不与之干涉，支撑机构包括弧形板撑5、滑动铰接件6和伸缩顶件3，弧形板撑5分布在隧道的上部及两侧且相邻间存在间隙，弧形板撑5通过滑动铰接件6与车架可滑动的铰接、通过伸缩顶件3与车架可伸缩的连接，伸缩顶件3带动弧形板撑5顶出和缩回时，滑动铰接件6起到导向和限位的作用。

该系统能够有效减小此复杂地层环境中盾构对先发线隧道以及地表沉降的影响，减小施工风险，结合内支撑的应力监测手段可以实现对隧道管片1受力问题进行量化评估。弧形板撑5可以人工调节伸缩量，因此能有效避开安装在管片1上的自动化监测系统器械，给隧道内的照明灯具、自动化测量系统管片1上安装的棱镜留出空间，同时可以使管片1受力更加均匀，增大了受力面积，避免了由于钢支撑直接撑在混凝土管片1上应力过大而造成的管片1破损。台车沿隧道轴线进行移动，一次加工即可保证全线需要，提高了机械利用率，降低了成本。充分留出了先发线隧道的通风管道2以及渣土车10的行进空间，将支撑系统对先发线隧道掘进施工的影响降到最低。避免了轨道的二次搭建，提高了盾构机台车轨道的利用率。在台车轨道间留出了渣土车10的移动空间，在保障后发线隧道安全施工的同时将对先发线隧道的影响降到了最小。

如图1和图4所示，在本实施例中，每个弧形板撑5都与一个滑动铰接件6和两个伸缩顶件3连接；对于隧道上部的弧形板撑5，滑动铰接件6的导向方向为上下，两个伸缩顶件3的一端铰接在车架上的同一位置、另一端分别与弧形板撑5铰接形成三角形，相对于伸缩顶件3，滑动铰接件6在弧形板撑5上的连接位置更靠近隧道纵剖面；对于隧道侧面的弧形板撑5，滑动铰接件6的导向方向为左右，两个伸缩顶件3分别位于滑动铰接件6的上下方。既能承受弧形板撑5的重力，又方便承受弧形板撑5的伸缩，伸缩时不会乱窜。

如图1所示，在本实施例中，弧形板撑5关于隧道纵剖面对称分布，位于隧道上部的弧形板撑5弧度小，位于隧道两侧的弧形板撑5弧度大，方便调整和克服重力。优选的，在隧道横剖面上，位于隧道上部的弧形板撑5共有4块且各30°，位于隧道侧面的弧形板撑5共有4块且各40°。

如图1和图2所示，在本实施例中，车架包括门型架4、附加框架7和纵向框架12，门型架4为车架的主体受力结构，行走机构8安装在门型架4底部，渣土车10能容纳在门型架4下部空间内，附加框架7附加在门型架4外侧，起到加强门型架4、传递弧形板撑5的力和对放置在门型架4顶部的通风管道2进行限位的作用(滑动铰接件6作为附加框架7的一部分)，一套门型架4、附加框架7和环弧形板撑5连接成一环支撑，纵向框架12将多环支撑纵向连接形成一榀台车的车架。具体的，门型架4的横梁和立柱均采用H294×200型钢，以4M24螺栓连接而成，结构对称，受力稳定；附加框架7的立柱采用H294×200型钢，横梁采用工20b钢，以4M24螺栓连接，成为应力传递的第一通道；纵向框架12有效加强内支撑台车的纵向刚度，避免了因为相邻管片1受力不均而造成管片1破损、错台等情况的发生。

如图3所示，在本实施例中，伸缩顶件3包括两个分别与弧形板撑5和车架可拆卸连接的螺栓头16以及两端分别与两个螺栓头16连接的螺栓套筒14，转动螺栓套筒14时两个螺栓头16同步伸缩，方便人工操作。优选的，螺栓套筒14上设有外接加力螺杆的螺杆孔15。

如图2所示，在本实施例中，台车之间能串联接长，多榀台车串联后，行走机构8共用驱动机构13。

在本实施例中，弧形板撑5外侧设有橡胶层(可以采用10mm厚度)，伸缩顶件3作用时，能使弧形板撑在5在径向产生15cm的伸缩量(可以采用其它的伸缩量，根据实际需要调整)。

工作时，将橡胶层用胶水粘贴在弧形板撑5对应位置；安装门型架4，并按照顺序将附加框架7、伸缩顶件3和弧形板撑5安装在门型架4上形成一环支撑；将三环支撑安装纵向框架7形成一榀台车，并安装行走机构8；将台车吊装下井，将五榀台车一字连接并安装共用的驱动机构13；将伸缩顶件3缩至极值，台车行走进入台车轨道9，将伸缩顶件3伸出使弧形板撑5承载在管片1上；等待后发线盾构机掘进超出加固范围后松开伸缩顶件3，台车向前行走，进行下一区间段的掘进。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，其特征在于：包括设在隧道底部的台车轨道和渣土车轨道以及分别与两者配合的台车和渣土车；台车轨道采用原有的盾构台车行走的轨道；台车包括车架、行走机构和支撑机构，车架上部能容纳通风管道、下部横跨在渣土车上且不与之干涉，支撑机构包括弧形板撑、滑动铰接件和伸缩顶件，弧形板撑分布在隧道的上部及两侧且相邻间存在间隙，弧形板撑通过滑动铰接件与车架可滑动的铰接、通过伸缩顶件与车架可伸缩的连接，伸缩顶件带动弧形板撑顶出和缩回时，滑动铰接件起到导向和限位的作用；

每个弧形板撑都与一个滑动铰接件和两个伸缩顶件连接；对于隧道上部的弧形板撑，滑动铰接件的导向方向为上下，两个伸缩顶件的一端铰接在车架上的同一位置、另一端分别与弧形板撑铰接形成三角形，相对于伸缩顶件，滑动铰接件在弧形板撑上的连接位置更靠近隧道纵剖面；对于隧道侧面的弧形板撑，滑动铰接件的导向方向为左右，两个伸缩顶件分别位于滑动铰接件的上下方；

弧形板撑关于隧道纵剖面对称分布，位于隧道上部的弧形板撑弧度小，位于隧道两侧的弧形板撑弧度大；

在隧道横剖面上，位于隧道上部的弧形板撑共有4块且各30°，位于隧道侧面的弧形板撑共有4块且各40°；

车架包括门型架、附加框架和纵向框架，门型架为车架的主体受力结构，行走机构安装在门型架底部，渣土车能容纳在门型架下部空间内，附加框架附加在门型架外侧，起到加强门型架、传递弧形板撑的力和对放置在门型架顶部的通风管道进行限位的作用，一套门型架、附加框架和环弧形板撑连接成一环支撑，纵向框架将多环支撑纵向连接形成一榀台车的车架。

2.如权利要求1所述的小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，其特征在于：伸缩顶件包括两个分别与弧形板撑和车架可拆卸连接的螺栓头以及两端分别与两个螺栓头连接的螺栓套筒，转动螺栓套筒时两个螺栓头同步伸缩。

3.如权利要求2所述的小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，其特征在于：螺栓套筒上设有外接加力螺杆的螺杆孔。

4.如权利要求1所述的小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，其特征在于：台车之间能串联接长，多榀台车串联后，行走机构共用驱动机构。

5.如权利要求1所述的小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，其特征在于：弧形板撑外侧设有橡胶层。

6.如权利要求1所述的小间距浅覆土小半径条件下盾构隧道内部支撑台车系统，其特征在于：伸缩顶件作用时，能使弧形板撑在径向产生15cm的伸缩量。

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