专利名称：新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置及操作方法
技术领域：
本发明属于盾构隧道施工领域，涉及隧道联络通道或体外水泵房等侧向或 底部开口工程施工，尤其是在此工况下隧道管片变形控制与隧道淹没防护技术。
背景技术：
在公路及铁路隧道建设时，考虑到隧道排水、防灾逃生等因素，通常需设
置水泵房或联络通道等辅助设施，图l、 2为上海某隧道联络通道及水泵房共建 结构的示意图。对于盾构隧道而言，修建联络通道或水泵房就需要在主体隧道 修建完毕后，打开隧道侧向或底部己经拼装好的衬砌管片(通常开口处附近采 用钢管片拼装)，进行开口施工。在透水性强、自稳能力差的松散砂土或饱和软 粘土地层中，开口工程一般采用基于土体加固的矿山法暗挖施工，常用的土体
加固方法包括注浆法、高压旋喷法、深层搅拌法、冻结法等。
隧道开口施工主要存在主体隧道管片变形较大及加固失效开口部涌水涌沙 两个方面的风险。
对于开口处的主体隧道结构，开口后，其环向整体刚度明显下降，隧道管 片环向变形加大，此外，开口处所受荷载由对称分布转变为非对称分布，将引 起局部隧道纵向变形加大。对于釆用冻结法加固的联络通道施工，冻涨力的存 在也将造成结构主体隧道衬砌管片的变形。为了控制管片变形、稳固隧道结构、 确保隧道安全，有必要在隧道内部开口处附近设置辅助的支撑体系，目前常用
如图3、 4所示的预应力支架体系。该体系主要包括相邻开口处布置的几榀平面 的预应力支架1及纵向连接钢梁2两大部分。平面预应力支架由平面环向钢架3 与固定在平面环向钢架3上的千斤顶4、钢管5构成，通过垫片6支撑隧道管片 7。纵向连接钢梁2拉接各榀预应力支架1，构成空间结构体系，以提高隧道整 体刚度。该系统具有安全可靠、布置灵活、取材及安装方便、预应力可调、保 留施工空间大不妨碍施工等优点。
另一方面，由于土体加固存在缺陷或开口施工时操作失误，可能导致大规 模涌水、涌沙等险情的发生。通常在隧道开口处设置防淹门， 一旦出现上述险 情，紧急关闭防淹门，以阻止水、砂灌入主隧道。现有防淹门如图5、 6所示。 防淹门为全钢结构，包括门框8和盖板9两大部分。门框8通过连接钢板10与 开口处的钢管片ll焊接在一起，盖板9的一边通过折页12与门框8连接，其 它三边有闭锁装置13，正常施工时候盖板9开启，如遇紧急情况可关闭盖板9， 通过闭锁装置13确保盖板9和门框8牢固闭合。盖板9上还设有加压孔14，必 要时还可通过加压孔14注入水或压縮空气重新建立压力平衡来控制险情的发 展。从国内防淹门应用的实际情况来看，这种形式的防淹门构造简单，封水性强。
现有预应力支架体系与防淹门相互独立设置，防淹门仅焊接在开口处的钢 管片11上，而预应力支架体系主要支撑在与钢管片11相邻一定范围内的钢筋
混凝土管片上，加强了整体隧道纵向刚度而对钢管片11开口处局部的变形控制 没有贡献，开口施工时， 一旦发生较严重的涌水、涌沙，可能引起开口处钢管 片ll较大的变形，导致钢管片11与钢筋混凝土管片间的接缝、钢管片ll与防
淹门连接钢板10间的接缝张开形成渗水、漏砂通道，此时尽管盖板9与门框8 已经闭合，也无力阻止主隧道内的涌水涌沙，防淹门失效，随着进入主隧道水、 砂量的增加，预应力支架体系失效，隧道结构破坏。
此外，防淹门体系还存在其他一些的缺陷，如防淹门自重较大，直接作 用在钢管片ll上将引起额外的管片变形；盖板9形大体重，难以迅速关闭；开启 的盖板9占用较大隧道空间，影响施工作业。
发明内容
本发明针对现有预应力支架体系与防淹门体系的不足，旨在解决开口施工 管片变形及隧道淹没防护两大关键问题，提供一种新型的盾构隧道开口施工管 片变形控制与防淹装置。
为达到上述目的，本发明的解决方案是
一种新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，包括预应力支架、防淹 门，是管片变形控制的预应力支架与防淹门连接合为一体的结构。
进一步，防淹门包括门框、滑动式盖板，门框与开口处钢管片连接，边缘 设置若干连接孔，用于与滑动式盖板连接固定；滑动式盖板呈一面弧形， 一面 平板状的簸箕形，倒扣在左右两榀预应力支架的弧形钢导轨之上，滑动式盖板 边缘有若干连接孔，用于与弧形钢导轨及门框连接固定。
开口处左右各一榀环预应力支架上各有一道弧形钢导轨，安置配合滑动式 盖板，弧形钢导轨上设置若干连接孔，用于与滑动式盖板连接固定。
牵引装置包括绳缆、铁葫芦，铁葫芦固定在预应力支架上以控制滑动式盖 板上下移动。
该装置安装就位后，在正常施工时，将滑动式盖板通过牵引装置沿弧形钢 导轨提升至某高度，并通过销钉将其安全固定在弧形钢导轨上；险情发生时， 拔出销钉，将滑动式盖板迅速放下，将滑动式盖板通过其上面的连接孔分别与 弧形导轨、门框连接固定，再通过闭锁装置使滑动式盖板与门框锁定，封闭洞m。连接门框的钢管片向隧道内的变形通过预应力支架本身施加的预应力得到 控制。
本发明与现有技术相比在实现管片变形控制和隧道淹没防护功能的同时 还具有如下优点
1. 滑动式ik的自重荷载由预应力支架承担，不会给钢管片施加不利的附
加荷载，保障了钢管片的整体性，避免了钢管片的额外变形；
2. 紧急状态下，滑动式盖板可通过缆绳和铁葫芦构成的牵引装置迅速关闭， 为抢险工作赢得宝贵的时间；
3. 滑动式盖板平时处于施工作业范围之外，不会妨碍施工。
图1是现有联络通道及水泵房共建结构联络通道纵剖面图2是图1中A-A剖面图3是现有隧道预应力支架体系支架纵剖面图4是图3中B-B剖面图； 图5是现有联络通道防淹门侧面图； 图6是现有联络通道防淹门正面图7是本发明一种实施例的隧道结构变形控制与滑动式防淹密闭门一体化 结构示意图8是图7中C-C剖面图9是本发明一种实施例的滑动式盖板平面示意(l.应力支架2.纵向连接钢梁3.平面环向钢架4.千斤顶5.钢管6.垫 片7.隧道管片8.门框9.盖板10.连接钢板11.钢管片12.折页13.闭 锁装置14.加压孔15.滑动式盖板16.弧形钢导轨与盖板间连接孔17.弧 形钢导轨18.门框与盖板间连接孔19.缆绳20.铁葫芦21.连接孔22.缆 绳孔23.弧形翼缘)
具体实施例方式
一种新型的盾构隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，包括预应力支架、 门框8、滑动式盖板15、牵引装置19、 20，隧道防淹门的关闭和门框8及其连 接的钢管片11的稳固通过管片变形控制体系的预应力支架1得以实现。
防淹门由门框8、滑动式盖板15组成。门框8通过焊接，铆钉等方式与开 口处钢管片11连接，边缘有各有一排一定数目连接孔，用于与滑动式盖板15 铆接固定；滑动式盖板15呈一面弧形， 一面平板状的簸箕形，倒扣在左右两榀 预应力支架1的弧形钢导轨17之上，并且可以通过牵引装置19、 20控制其沿 着弧形钢导轨17上下移动，滑动式盖板15同样边缘有各有两排一定数目连接 孔，用于与弧形钢导轨17及门框8铆接固定。
开口处左右各一榀环预应力支架1上各有一道弧形钢导轨17,用作滑动式 盖板15安置及上下移动，弧形钢导轨17上有一定数目连接孔，用于与滑动式 盖板15铆接固定。
牵引装置由绳缆19和铁葫芦20组成，铁葫芦20固定在预应力支架1上， 用以控制滑动式盖板15上下移动。
连接门框28的钢管片11向隧道内的变形通过预应力支架1本身施加的预应 力得到控制。
本发明主要包括以下部件预应力支架l、滑动式盖板15、牵引装置19、 20、门框8等。预应力支架体系是整个构件的框架，由原来单一用作支撑隧道 管片的支架体系加以改进而成，与原来支架体系相比，安全门两侧的两榀预应 力支架1上各有一道弧形钢导轨17，用作防淹门滑动式盖板15的导轨和支撑。 而门框8仍可采用钢制，通过连接钢板10固定，例如焊接在开口周围的钢管片 11上。滑动式盖板15呈三角簸箕形(其形状与门框和钢梁之间的空间吻合)， 倒扣在联络通道两旁预应力支架1的弧形钢导轨17上，可通过牵引装置19、 20 控制沿弧形钢导轨17滑动。牵引装置包括缆绳19、铁葫芦20，铁葫声20连接 在支架1另外一侧，通过人力控制缆绳19可操纵滑动式盖板15沿着弧形钢导
轨17上下滑动。
本发明将管片变形控制的预应力支架体系与防淹门合为一体。如图7、图8， 预应力支架体系仍支撑在钢管片相邻一定范围内的钢筋混凝土管片上以增加隧 道整体刚度，同时，考虑将防淹门的盖板9改为滑动式盖板15，如图9，在防 淹门两侧的预应力支架1上设置弧形钢导轨17，开启时滑动式盖板15通过牵引 系统——缆绳19、铁葫芦20置于门框8上方，在紧急状态下滑动式盖板15可 迅速关闭。滑动式盖板15关闭状态下，预应力支架1通过滑动式盖板15向门 框8及固定门框的钢管片11提供支撑，抑止钢管片11的变形，防止钢管片11 与钢筋混凝土管片间的接缝以及钢管片11与防淹门连接钢板10间的接缝张开。
本发明具体结构及工作方式请参阅图7、图8、图9所示，
一种新型的盾构隧道开口施工管片变形控制与隧道淹没防护一体装置，包 括预应力支架体l、门框8、滑动式盖板15、牵引装置19、 20等。
预应力支架1 一方面用作提高隧道局部的整体刚度抑止隧道变形，同时也 是承担防淹门滑动式盖板15的支架及实现滑动式盖板15开闭的滑轨，并在滑 动式盖板15闭合时控制开口处钢管片11变形。在正常施工情况下，预应力支 架1通过对开口处附近一定范围内隧道管片7的支撑，提高了隧道局部的整体 刚度，有效的抑止了开口周围隧道管片7的变形，提高施工安全性； 一旦涌水、 涌沙等险情，滑动式盖板15闭合，预应力支架1能够通过滑动式盖板15对门 框8及临近钢管片11提供支撑，有效抑止险情进一步发展。而对于原先的防淹 门结构，开口处钢管片11变形得不到有效控制，险情发生时，钢管片11将发 生较大变形，固定在钢管片11上的防淹门无法起到安全作用。
滑动式盖板15呈三角簸箕形，倒扣在开口左右两榀预应力支架1的弧形钢 导轨17上，通过牵引装置19、 20可控制其沿着弧形钢导轨17上下滑动。
防淹门闭合时，预应力支架1通过滑动式盖板15向与门框8相连的钢管片 11提供支撑，抑止钢管片11发生向隧道内侧的变形。
隧道开口施工变形控制与防淹一体装置的操作方法如下该装置安装就位 后，在正常施工时，将滑动式盖板15通过牵引装置19、 20沿弧形钢导轨17提 升至某高度，并通过销钉将其安全固定在弧形钢导轨17上，如图7、图8所示; 险情发生时，拔出销钉，将滑动式盖板15迅速放下，用铆钉将滑动式盖板15 通过其上面的两排连接孔21分别与弧形钢导轨17、门框8铆接固定，再通过闭 锁装置13使滑动式盖板15与门框8锁定，封闭洞口。
上述对实施例描述的目的便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本 发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这里的实施例做出各种修改， 并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此， 本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明 做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，包括预应力支架、防淹门，其特征是是管片变形控制的预应力支架与防淹门连接合为一体的结构。
2、 根据权利要求1所述的新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，其 特征是防淹门包括门框(8)、滑动式盖板(15)，门框(8)与开口处钢管片(11)连接，边缘设置若干连接孔，用于与滑动式盖板(15)连接固定；滑动 式盖板(15)呈一面弧形， 一面平板状的簸箕形，倒扣在左右两榀预应力支架(1)的弧形钢导轨(17)之上，滑动式盖板(15)边缘有若干连接孔，用于与 弧形钢导轨(17)及门框(8)连接固定。
3、 根据权利要求2所述的新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，其 特征是开口处左右各一榀环预应力支架(1)上各有一道弧形钢导轨(17)， 安置配合滑动式盖板(15)，弧形钢导轨(17)上设置若干连接孔，用于与滑动 式盖板(15)连接固定。
4、 根据权利要求2所述的新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，其 特征是牵引装置包括绳缆(19)、铁葫芦(20)，铁葫芦(20)固定在预应力 支架(1)上以控制滑动式盖板(15)上下移动。
5、 根据权利要求2至4中任一所述的新型隧道开口施工管片变形控制与防 淹装置的操作方法，其特征是该装置安装就位后，在正常施工时，将滑动式 盖板(15)通过牵引装置(19、 20)沿弧形钢导轨17提升至某高度，并通过销 钉将其安全固定在弧形钢导轨(17)上；险情发生时，拔出销钉，将滑动式盖 板(15)迅速放下，将滑动式盖板(15)通过其上面的连接孔(21)分别与弧 形导轨(17)、门框(8)连接固定，再通过闭锁装置(13)使滑动式盖板(15) 与门框(8)锁定，封闭洞口。
6、 根据权利要求5所述的新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置的操 作方法，其特征是连接门框(8)的钢管片(11)向隧道内的变形通过预应力支 架(1)本身施加的预应力得到控制。
全文摘要
一种盾构隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，其功能是隧道开口施工过程中管片变形控制和在发生涌水、涌沙等灾情时迅速阻止水、砂，防止管片坍塌和主隧道淹没，确保主隧道安全。结构主要包括预应力支架体系，门框，滑动式盖板，牵引装置。门框通过焊接与开口处钢管片相连；滑动式盖板倒扣在开口两旁各一榀平面环形支架的弧形钢导轨上；牵引装置由缆绳和铁葫芦组成，通过人力控制缆绳可以使盖板沿着支架弧形钢梁上下移动以实现防淹门的迅速关闭。防淹门盖板上的荷载通过盖板的簸箕形构造由预应力支撑承担，从而避免固定门框的钢管片及其相连管片产生过大变形甚至坍塌。
文档编号E21D11/04GK101100944SQ20061002875
公开日2008年1月9日 申请日期2006年7月7日 优先权日2006年7月7日
发明者严长征, 肖忠华, 胡向东 申请人:同济大学