CN111271082A - 一种可调式的盾构隧道矢量支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可调式的盾构隧道矢量支撑装置，包括沿隧道纵向设置的中心轴，在中心轴与管片间沿中心轴轴向间隔设有的多组刚性撑杆，每组刚性撑杆均以中心轴为集聚点呈放射状布置；每个刚性撑杆均设有包括控制器及与其相连的角度调节器、力传感器、撑杆长度伸缩结构等位姿和长度控制部件；角度调节器用于调节刚性撑杆相对中心轴的转动及固定；力传感器设置在刚性撑杆与隧道管片之间以监控隧道受力情况，控制器根据力传感器实时监控的隧道受力情况通过撑杆长度伸缩结构控制刚性撑杆的长度及固定。刚性撑杆以隧道纵轴为中心可任意调整支撑方向，以便在隧道单一方向支撑不足时及时增加该方向撑杆数量,调整撑杆的长度，以达到限制隧道变形的目的。

Description

一种可调式的盾构隧道矢量支撑装置

技术领域

本发明涉及一种地下工程的支撑系统，更具体的说，是涉及盾构隧道施工过程中一种可调节的盾构隧道矢量支撑。

背景技术

随着城市功能分区的日益明显，轨道交通作为重要的基础工程建设得到进一步发展。在众多的隧道施工方法中，盾构隧道施工凭借速度快、扰动小、安全性高等特点已经成为国内地铁隧道施工采用的主要方法。但日益增多的地下建筑使得地下空间日趋紧张，越来越复杂的地层环境对盾构隧道的变形控制也提出了越来越严格的要求。

隧道支撑作为隧道变形控制的主要手段，应在保证施工安全的前提下尽量做到简化支撑结构，缩短工期，降低工程造价以期达到良好的综合效益。现行的隧道支撑设备多采用支撑台车，但不同的地层条件支撑台车上各支撑发挥的作用差距较大，且支撑台车结构复杂不利于施工。研究一种可以提高隧道支撑效率、简化支撑结构的支撑方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，针对目前盾构隧道支护灵活性差、结构复杂的缺陷，提供一种新的可自调节的隧道矢量支撑，可以根据管片不同的受力灵活调整支撑形式；由于实际地层条件复杂多变，因此该发明不仅有效的适应了土层条件的变化，提高了隧道横撑的支撑效率，同时引入了力传感器对横撑受力情况进行监测，提高了施工的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种可调式的盾构隧道矢量支撑装置，包括沿隧道纵向设置的中心轴，在所述中心轴与隧道的管片之间沿所述中心轴轴向间隔的设有多组刚性撑杆，每组刚性撑杆均以中心轴为集聚点呈放射状布置；每个刚性撑杆均设有位姿和长度控制部件，所述位姿和长度控制部件包括角度调节器、力传感器、撑杆长度伸缩结构和控制器，所述角度调节器、力传感器、撑杆长度伸缩结构均与所述控制器相连；所述角度调节器用于调节刚性撑杆相对所述中心轴的转动及固定；所述力传感器设置在刚性撑杆与隧道管片之间，以对隧道受力情况进行实时监控，所述控制器根据所述力传感器实时监控的隧道受力情况通过所述撑杆长度伸缩结构控制刚性撑杆的长度及固定。

进一步讲，本发明所述的可调式的盾构隧道矢量支撑装置，其中，所述刚性撑杆采用套筒的方式与所述中心轴连接，方便组装与拆卸，所述刚性撑杆在隧道内相对所述中心轴可方便的做360°转动，根据隧道工况利用角度调节器将刚性撑杆调节到指定位置并与所述中心轴固定。

通过角度调节器确定每组刚性撑杆在相对所述中心轴垂直平面内的布置，使得刚性撑杆的支撑方向与隧道管片受力方向一致，支撑结构简单，传力路径明确。

每组刚性撑杆在同一平面内构成一米字型内撑，以控制隧道整体变形，增加支撑稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在隧道纵向设置一根刚度较大的中心轴作为横撑(即刚性撑杆)的支撑点，代替了原本复杂的台车结构，有效的降低了施工难度，该中心轴可重复利用，节约了施工成本。

(2)本发明刚性撑杆的一端与中心轴连接，另一端与隧道管片连接，传力路径简单明确，传力路径为：土压力传递到隧道管片上，隧道管片将荷载通过刚性撑杆传递到中心轴上。

(3)由于本发明具有位姿和长度控制部件，角度调节器可使套在中心轴上的刚性撑杆根据实际管片各方向的受力情况绕中心轴在360°范围内做任意角度的转动，对于隧道管片的主要受力方向，可将同一组内的多个刚性撑杆调节在该受力区域内对隧道管片进行支撑，即布置在主要受力区域内的刚性撑杆相对较密(即相邻刚性撑杆之间的中心角较小)，从而可以提高支撑效率与支撑刚度；在刚性撑杆与遂道管片的接触位置设置力传感器，对隧道管片主受力方向的变化进行监控，以便对刚性撑杆的方向和长度进行相应调整。

(4)使用本发明进行隧道管片的支撑，其原理简单，方法可靠，使用方向和长度可调的刚性撑杆使隧道支护更加高效，同时用刚度较大的中心轴代替传统台车，简化了整个支撑系统的结构，采用力传感器对隧道各方向的受力情况进行实时监控，使施工更加安全。

附图说明

图1是本发明可调式的盾构隧道矢量支撑装置的剖面示意图；

图2是图1所示本发明支撑装置的纵向示意图；

图3是图2中A部局部放大图；

图4是图2中B部局部放大图。

图中：1-中心轴，2-刚性撑杆，3-角度调节器，4-力传感器，5-隧道管片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明提出的一种可调式的盾构隧道矢量支撑装置，包括沿隧道纵向设置的中心轴1，在所述中心轴1与隧道的管片5之间沿所述中心轴1轴向间隔的设有多组刚性撑杆2，图2中仅是示意的画出了部分刚性支撑2，每组刚性撑杆2均以中心轴1为集聚点呈放射状布置，如图1所示。

如图1和图2所示，每个刚性撑杆2均设有位姿和长度控制部件，所述位姿和长度控制部件包括角度调节器3、力传感器4、撑杆长度伸缩结构和控制器，所述角度调节器3、力传感器4、撑杆长度伸缩结构均与所述控制器相连；所述角度调节器3用于调节刚性撑杆2相对所述中心轴1的转动及固定。

如图2和图4所示，所述刚性撑杆2采用套筒的方式与所述中心轴1连接，所述刚性撑杆2相对所述中心轴1做360°转动，根据隧道工况利用角度调节器3将刚性撑杆2调节到指定位置并与所述中心轴1固定，通过角度调节器确定每组刚性撑杆2在相对所述中心轴1垂直平面内的布置，使得刚性撑杆2的支撑方向与隧道管片受力方向一致，支撑结构简单，传力路径明确。在隧道支撑过程中，控制器根据力传感器4反馈的不同方向力的大小通过角度调节器使刚性长杆2的支撑方向更好的与隧道管片5受力方向吻合，最大程度的发挥刚性撑杆2的支撑作用。在实际工程中，构件设置形式可根据隧道尺寸及地层情况调整。例如，当隧道受力较均时，每组刚性撑杆2在同一平面内可以构成如图1所示的一米字型的内撑，以控制隧道整体变形，增加支撑稳定性；当隧道管片5有主要受力方向时，可将同一组内的多个刚性撑杆2调节在该受力区域内对隧道管片5进行支撑，即将主要受力区域内的相邻刚性撑杆2之间的中心角调小后并固定，从而可以提高支撑效率与支撑刚度。

如图2和图3所示，所述力传感器4设置在刚性撑杆2与隧道管片5之间的接触位置，以对隧道受力情况进行实时监控，尤其是能及时的掌握隧道管片主受力方向的变化，以便对刚性撑杆2的方向和长度进行相应调整，本发明中，所述控制器如何实现根据所述力传感器4实时监控的隧道受力情况并通过所述撑杆长度伸缩结构控制刚性撑杆2的长度及固定属于本领域内的公知常识，在此不再赘述。

综上，本发明的可调式的盾构隧道矢量支撑装置，针对现有隧道支撑方向不可灵活调节、支撑极限刚度不可随隧道变形而及时增减等缺陷，设计了多组共轴隧道撑杆，可以随隧道变形而调整支撑臂的方向和长短，在刚性撑杆与隧道管片接触处设力学传感器，同时，在中心轴与刚性撑杆之间设置有角度调节器，刚性撑杆以隧道纵轴为中心可任意调整支撑方向，角度调节器可转动并固定刚性撑杆，可方便的调节刚性撑杆间的夹角(即调节并确定刚性撑杆的支撑方向)，而且刚性撑杆的长度可调，本发明可以便于在隧道单一方向变形过大而该方向已有撑杆刚度不足时及时增加该方向撑杆数量,调整撑杆的长度，以达到限制隧道变形的目的。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，例如，为了实现本发明中调节刚性撑杆的长短及调节刚性撑杆的支撑方向，本领域技术人员能够设计出撑杆长度伸缩结构和角度调节器的具体结构，本发明中对于撑杆长度伸缩结构和角度调节器的具体形式不受限制。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种可调式的盾构隧道矢量支撑装置，包括沿隧道纵向设置的中心轴(1)，其特征在于，在所述中心轴(1)与隧道的管片(5)之间沿所述中心轴(1)轴向间隔的设有多组刚性撑杆(2)，每组刚性撑杆(2)均以中心轴(1)为集聚点呈放射状布置；

每个刚性撑杆(2)均设有位姿和长度控制部件，所述位姿和长度控制部件包括角度调节器(3)、力传感器(4)、撑杆长度伸缩结构和控制器，所述角度调节器(3)、力传感器(4)、撑杆长度伸缩结构均与所述控制器相连；所述角度调节器用于调节刚性撑杆(2)相对所述中心轴(1)的转动及固定；所述力传感器(4)设置在刚性撑杆(2)与隧道管片(5)之间，以对隧道受力情况进行实时监控，所述控制器根据所述力传感器(4)实时监控的隧道受力情况通过所述撑杆长度伸缩结构控制刚性撑杆的长度及固定。

2.根据权利要求1所述的可调式的盾构隧道矢量支撑装置，其特征在于，所述刚性撑杆(2)采用套筒的方式与所述中心轴(1)连接，所述刚性撑杆(2)相对所述中心轴(1)做360°转动，根据隧道工况利用角度调节器(3)将刚性撑杆(2)调节到指定位置并与所述中心轴(1)固定。

3.根据权利要求2所述的可调式的盾构隧道矢量支撑装置，其特征在于，通过角度调节器(3)确定每组刚性撑杆(2)在相对所述中心轴(1)垂直平面内的布置，使得刚性撑杆(2)的支撑方向与隧道管片(5)受力方向一致。

4.根据权利要求3所述的可调式的盾构隧道矢量支撑装置，其特征在于，每组刚性撑杆在同一平面内构成一米字型内撑。

Images