一种地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统及安装方法与流程

本发明涉及一种环形应力支架系统及安装方法。

背景技术：

在规划和设计城市地铁隧道中，当隧道具备一定长度时，需在区间中部设置联络通道，联络通道与集水泵房合建，共同担负着两条隧道之间的连接、防火、以及集排水等作用。常规施工方案中，先进行区间盾构施工，隧道洞通后再进行联络通道冷冻、开挖及构筑施工，在富水软土地质条件下需要进行土体冷冻和开挖，土体在冷冻和开挖过程中应力释放会引起成型隧道内盾构管片发生一定的变形，因此需要在联络通道施工影响范围内的相应位置的混凝土管片接缝处设置环向应力支架，以抵抗土体冷冻和开挖过程中应力释放引起的成型盾构管片变形。图1为联络通道的设置位置示意图，9为左线盾构，10为右线盾构，8为盾构左线和盾构右线内设置的环形盾构管片，环形盾构管片由多个弧形管片拼接而成；11为联络通道施工过程中土体冷冻区域，12为土体冷冻区域内联络通道的设置位置；

但是，传统的环向应力支架构件存在笨重、结构复杂、施工过程中运输不便和安装拆卸难度大的问题；同时，环向应力支架过高导致盾构水平运输通道受阻，环向应力支架安装后将切断盾构内水平运输的轨道线路，进而导致必须在区间盾构掘进完成后再进行联络通道施工，对整体工期及后续工程影响较大。可见，提出一种能实现地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业的应力支架显得非常必要。

技术实现要素：

本发明为了解决现有环向应力支架结构笨重、结构复杂、施工过程中运输不便和安装拆卸难度大的问题，以及现有环向应力支架安装后切断盾构内配套的水平运输线路的问题，提出一种地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统及安装方法。

本发明地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统由环状应力支架主体、数个楔形钢板和数个垫板构成；

所述环状应力支架主体由数个弧形构件和数个千斤顶构成；千斤顶设置于相邻的弧形构件之间，千斤顶的底座一侧的弧形构件端部固接有连接钢板，千斤顶的底座上固接有连接钢板，千斤顶的底座上固接的连接钢板与相邻的弧形构件端部固接的连接钢板的平面贴合且通过螺栓连接；千斤顶的顶盘一侧的弧形构件端部固接有连接钢板，千斤顶的顶盘上固接有连接钢板，千斤顶的顶盘上固接的连接钢板与相邻的弧形构件端部固接的连接钢板的平面贴合且通过螺栓连接；

所述千斤顶的底座与固接的连接钢板之间、千斤顶的顶盘与固接的连接钢板之间和弧形构件端部与固接的连接钢板之间设置有加劲肋；

所述环状应力支架主体外圆周上均匀设置有数个楔形钢板，楔形钢板的两个表面上设置有垫板；

所述垫板为聚氨酯垫板；

所述千斤顶为螺旋式千斤顶；

所述环状应力支架主体由3～5个弧形构件和3～5个千斤顶构成；

所述弧形构件主体为20B工字钢；

所述环状应力支架主体外圆周上均匀设置有9～15个楔形钢板；

所述环状应力支架主体的内径为4950～5000mm，外径为4990～5400mm；

所述连接钢板的厚度为20～30mm；连接钢板上设置有8～12个φ20mm螺栓孔；

上述地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统的安装方法按以下步骤进行：

将弧形构件和千斤顶连接通过螺栓连接构成环状应力支架主体，在左线盾构内联络通道两侧设置环状应力支架主体，在右线盾构内联络通道两侧设置环状应力支架主体，环状应力支架主体的外圆周覆盖相邻的环形盾构管片，环状应力支架主体外圆周与环形盾构管片内壁的间隙为50mm，在间隙内塞入楔形钢板，在楔形钢板的两个表面塞入垫板，然后同时展开所有千斤顶向弧形构件施加推力至环状应力支架主体外圆周、楔形钢板和环形盾构管片内壁紧密贴合，即完成环形应力支架系统的安装；

所述环状应力支架主体外圆周与环形盾构管片内壁的间隙内塞入9～15个楔形钢板。

其中在间隙内塞入楔形钢板时要避免将楔形钢板与弧形管片的横向接缝处重合；

本发明原理及有益效果为：

1、本发明通过优化应力支架的结构形式，将传统的应力支架的千斤顶由竖向布置改为环向布置，施加预加应力后，支架整体为轴向受力，工字钢自身即可满足受力要求，可省去复杂的辅助构件，使结构更加简单、受力更加合理；在应力支架与盾构管片之间增设楔形钢板代替传统应力支架竖向布置的千斤顶作为传力结构，增加支撑受力点位，使应力支架的结构受力更为合理；环形应力支架系统结构构件尺寸小，便于洞内长距离运输，同时安装和拆卸便捷、迅速；将传统的应力支架的千斤顶由竖向布置改为环向布置后环形应力支架内的净空变大，可通过抬高轨道满足盾构后配套运输所需要的空间，能够满足截面尺寸较大的电瓶机车通过，联络通道可以提前冷冻，实现联络通道冷冻与区间盾构掘进同步作业，极大地加快盾构区间整体施工进度，为后续施工赢得宝贵时间；

2、本发明中，弧形构件和千斤顶构成环状环状应力支架主体，楔形钢板作为环形盾构管片与环状应力支架主体之间的传力结构，能够减轻相邻的盾构管片之间由于土体冷冻产生的挤压力而发生错位；

3、本发明中，弧形构件和千斤顶的连接通过连接钢板和螺栓连接，便于现场拼装和连接；垫板能够使弧形构件和楔形钢板的接触面，以及楔形钢板与环形盾构管片内壁的接触更为紧密，使楔形钢板更加牢固；

4、本发明地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统安装完成后便可以进行后续抬高轨道、安装轨枕和盾构掘进后的配套运输路线恢复。

附图说明：

图1为现有联络通道的设置位置示意图，9为盾构左线，10为盾构右线，8为盾构左线和盾构右线内设置的环形盾构管片，11为联络通道施工过程中土体冷冻区域，12为土体冷冻区域内联络通道的设置位置；

图2为本发明环形应力支架系统结构示意图，其中，a为轨枕，b为轨道，c为电瓶机车，8为盾构管片，轨枕，轨道，电瓶机车和盾构管片为现有结构；

图3为环形应力支架系统中楔形钢板4和垫板5处放大图；

图4为环形应力支架系统中弧形构件1与千斤顶2连接处示意图；

图5为图4的A-A处左视图；

图6为环形应力支架系统安装位置示意图，e为环状应力支架主体。

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。

具体实施方式一：结合图1～6说明本实施方式，本实施方式地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统由环状应力支架主体、数个楔形钢板4和数个垫板5 构成；

所述环状应力支架主体由数个弧形构件1和数个千斤顶2构成；千斤顶2设置于相邻的弧形构件1之间，千斤顶2的底座一侧的弧形构件1端部固接有连接钢板3，千斤顶2 的底座上固接有连接钢板3，千斤顶2的底座上固接的连接钢板3与相邻的弧形构件1端部固接的连接钢板3的平面贴合且通过螺栓7连接；千斤顶2的顶盘一侧的弧形构件1 端部固接有连接钢板3，千斤顶2的顶盘上固接有连接钢板3，千斤顶2的顶盘上固接的连接钢板3与相邻的弧形构件1端部固接的连接钢板3的平面贴合且通过螺栓7连接；

所述千斤顶2的底座与固接的连接钢板3之间、千斤顶2的顶盘与固接的连接钢板3 之间和弧形构件1端部与固接的连接钢板3之间设置有加劲肋6；

所述环状应力支架主体外圆周上均匀设置有数个楔形钢板4，楔形钢板4的两个表面上设置有垫板5。

本实施方式原理及有益效果为：

1、本实施方式通过优化应力支架的结构形式，将传统的应力支架的千斤顶由竖向布置改为环向布置，施加预加应力后，支架整体为轴向受力，工字钢自身即可满足受力要求，可省去复杂的辅助构件，使结构更加简单、受力更加合理；在应力支架与盾构管片之间增设楔形钢板3代替传统应力支架竖向布置的千斤顶作为传力结构，增加支撑受力点位，使应力支架的结构受力更为合理；环形应力支架系统结构构件尺寸小，便于洞内长距离运输，同时安装和拆卸便捷、迅速；将传统的应力支架的千斤顶由竖向布置改为环向布置后环形应力支架内的净空变大，可通过抬高轨道满足盾构后配套运输所需要的空间，能够满足截面尺寸较大的电瓶机车通过，联络通道可以提前冷冻，实现联络通道冷冻与区间盾构掘进同步作业，极大地加快盾构区间整体施工进度，为后续施工赢得宝贵时间；

2、本实施方式中，弧形构件1和千斤顶2构成环状环状应力支架主体，楔形钢板4 作为环形盾构管片8与环状应力支架主体之间的传力结构，能够减轻相邻的盾构管片之间由于土体冷冻产生的挤压力而发生错位；

3、本实施方式中，弧形构件1和千斤顶2的连接通过连接钢板3和螺栓7连接，便于现场拼装和连接；垫板5能够使弧形构件1和楔形钢板4的接触面，以及楔形钢板4 与环形盾构管片8内壁的接触更为紧密，使楔形钢板4更加牢固；

4、本实施方式地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统安装完成后便可以进行后续抬高轨道、安装轨枕和盾构掘进后的配套运输路线恢复。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述垫板5为聚氨酯垫板。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述千斤顶2为螺旋式千斤顶。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述环状应力支架主体由3～5个弧形构件1和3～5个千斤顶2构成。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述弧形构件1 主体为20B工字钢。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述环状应力支架主体外圆周上均匀设置有9～15个楔形钢板4。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述环状应力支架主体的内径为4950～5000mm，外径为4990～5400mm。其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述连接钢板3 的厚度为20～30mm；连接钢板3上设置有8～12个螺栓孔。其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本本实施方式地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统的安装方法按以下步骤进行：

将弧形构件1和千斤顶2连接通过螺栓7连接构成环状应力支架主体，在左线盾构9 内联络通道12两侧设置环状应力支架主体，在右线盾构10内联络通道12两侧设置环状应力支架主体，环状应力支架主体的外圆周覆盖相邻的环形盾构管片8，环状应力支架主体外圆周与环形盾构管片8内壁的间隙为50mm，在间隙内塞入楔形钢板4，在楔形钢板 4的两个表面塞入垫板5，然后同时展开所有千斤顶2向弧形构件1施加推力至环状应力支架主体外圆周、楔形钢板4和环形盾构管片8内壁紧密贴合，即完成环形应力支架系统的安装。

本实施方式原理及有益效果为：

1、本实施方式通过优化应力支架的结构形式，将传统的应力支架的千斤顶由竖向布置改为环向布置，施加预加应力后，支架整体为轴向受力，工字钢自身即可满足受力要求，可省去复杂的辅助构件，使结构更加简单、受力更加合理；在应力支架与盾构管片之间增设楔形钢板3代替传统应力支架竖向布置的千斤顶作为传力结构，增加支撑受力点位，使应力支架的结构受力更为合理；环形应力支架系统结构构件尺寸小，便于洞内长距离运输，同时安装和拆卸便捷、迅速；将传统的应力支架的千斤顶由竖向布置改为环向布置后环形应力支架内的净空变大，可通过抬高轨道满足盾构后配套运输所需要的空间，能够满足截面尺寸较大的电瓶机车通过，联络通道可以提前冷冻，实现联络通道冷冻与区间盾构掘进同步作业，极大地加快盾构区间整体施工进度，为后续施工赢得宝贵时间；

2、本实施方式中，弧形构件1和千斤顶2构成环状环状应力支架主体，楔形钢板4 作为环形盾构管片8与环状应力支架主体之间的传力结构，能够减轻相邻的盾构管片之间由于土体冷冻产生的挤压力而发生错位；

3、本实施方式中，弧形构件1和千斤顶2的连接通过连接钢板3和螺栓7连接，便于现场拼装和连接；垫板5能够使弧形构件1和楔形钢板4的接触面，以及楔形钢板4 与环形盾构管片8内壁的接触更为紧密，使楔形钢板4更加牢固；

4、本实施方式地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统安装完成后便可以进行后续抬高轨道、安装轨枕和盾构掘进后的配套运输路线恢复。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是：所述环状应力支架主体外圆周与环形盾构管片8内壁的间隙内塞入9～15个楔形钢板4。其他步骤和参数与具体实施方式九相同。

实施例1：

本实施例地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统由环状应力支架主体、数个楔形钢板4和数个垫板5构成；

所述环状应力支架主体由数个弧形构件1和数个千斤顶2构成；千斤顶2设置于相邻的弧形构件1之间，千斤顶2的底座一侧的弧形构件1端部固接有连接钢板3，千斤顶2 的底座上固接有连接钢板3，千斤顶2的底座上固接的连接钢板3与相邻的弧形构件1端部固接的连接钢板3的平面贴合且通过螺栓7连接；千斤顶2的顶盘一侧的弧形构件1 端部固接有连接钢板3，千斤顶2的顶盘上固接有连接钢板3，千斤顶2的顶盘上固接的连接钢板3与相邻的弧形构件1端部固接的连接钢板3的平面贴合且通过螺栓7连接；

所述千斤顶2的底座与固接的连接钢板3之间、千斤顶2的顶盘与固接的连接钢板3 之间和弧形构件1端部与固接的连接钢板3之间设置有加劲肋6；

所述环状应力支架主体外圆周上均匀设置有数个楔形钢板4，楔形钢板4的两个表面上设置有垫板5；

所述垫板5为聚氨酯垫板；所述千斤顶2为螺旋式千斤顶；

所述环状应力支架主体由4个弧形构件1和4个千斤顶2构成；

所述弧形构件1主体为20B工字钢；

所述环状应力支架主体外圆周上均匀设置有12个楔形钢板4；

所述环状应力支架主体的内径为5000mm，外径为5400mm；

所述连接钢板3的厚度为20mm；连接钢板3上设置有8个φ20mm螺栓孔；

上述地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统的安装方法按以下步骤进行：将弧形构件1和千斤顶2连接通过螺栓7连接构成环状应力支架主体，在左线盾构9内联络通道12两侧设置环状应力支架主体，在右线盾构10内联络通道12两侧设置环状应力支架主体，环状应力支架主体的外圆周覆盖相邻的环形盾构管片8，环状应力支架主体外圆周与环形盾构管片8内壁的间隙为50mm，在间隙内塞入楔形钢板4，在楔形钢板4的两个表面塞入垫板5，然后同时展开所有千斤顶2向弧形构件1施加推力至环状应力支架主体外圆周、楔形钢板4和环形盾构管片8内壁紧密贴合，即完成环形应力支架系统的安装。

本实施例环形应力支架系统安装完成后允许通过的轨道车最大截面尺寸宽为 1500mm,高为3100mm，满足了联络通道冷冻与区间盾构掘进同步作业的需求，极大地加快盾构区间整体施工进度，为后续施工赢得宝贵时间。