一种改变盾构机滚动角的千斤顶的制作方法

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是一种改变盾构机滚动角的千斤顶。

背景技术：

土压平衡盾构长距离穿越淤泥质土等复杂地层时，盾构机滚动角有可能出现失控，需要及时纠偏。

现有的方案为

1、反转刀盘

以往盾构施工中当滚动角过大时，最常用的操作即反转刀盘以纠正滚动角；但在淤泥质图等复杂地层中，特别是当盾构机本身出现重心偏位等故障时，反转刀盘并不能改变及时纠正盾构滚动角甚至不能纠正盾构滚动角。

2、盾构开仓复位方案

当反转刀盘不能纠正盾构滚动角时，采取盾构开仓，通过采取措施使刀盘固定在掌子面上，反转刀盘，从而达到改变盾构滚动角的目的，但与本专利相比，此类方案有如下风险：①固定刀盘若操作不当，会使刀盘变形；②盾构开仓作业风险较大。

技术实现要素：

本发明提出一种改变盾构机滚动角的千斤顶，特别适用于土压平衡盾构长距离穿越淤泥质土等复杂地层中时盾构机滚动角出现失控后的及时纠偏。

本发明采用以下技术方案。

一种改变盾构机滚动角的千斤顶，用于盾构施工时的盾构机滚动角纠偏，所述盾构机包括前端的刀盘、与刀盘相连的盾壳和盾壳后方的管片；盾壳尾部设有盾构机油泵，盾构机油泵撑靴伸展时与管片相接；所述千斤顶设于管片与盾构机油泵撑靴的接触点处；所述千斤顶包括摩擦板和固定于摩擦板边缘处的调节螺栓；当千斤顶工作时，所述千斤顶摩擦板置于管片与伸展状态的盾构机油泵撑靴之间；千斤顶调节螺栓的非固定端支撑于支撑点处；操作人员旋转调节螺栓使摩擦板在管片与撑靴间移动，使千斤顶摩擦板经撑靴向盾壳施力，以对盾构机的滚动角纠偏。

所述千斤顶在施工时的使用方法包括以下步骤；

a1、计算所需千斤顶的数量；

a2、把千斤顶调节螺栓的非固定端支撑于支撑点处，在盾构机油泵撑靴收缩时，把千斤顶摩擦板置于管片与盾构机油泵撑靴的接触点处，以使盾构机油泵撑靴伸展时能压于千斤顶摩擦板上；

a3、反转刀盘使刀盘对盾壳形成第一纠偏力；

a4、旋转调节螺栓使摩擦板在管片与撑靴间移动，使千斤顶摩擦板经撑靴向盾壳施以第二纠偏力；

a5、当盾构机滚动角在第一纠偏力和第二纠偏力作用下发生变化时，视变化情况对调节螺栓的旋转速度进行调节。

当调节螺栓的调节长度用尽时，收缩盾构机油泵撑靴，反向旋转调节螺栓以恢复调节长度，然后再次把千斤顶摩擦板置于管片与盾构机油泵撑靴的接触点处；然后使盾构机油泵撑靴伸展以压于千斤顶摩擦板上。

在步骤a1中，所述计算方法包括以下步骤；

b1、设为刀盘反转时施加给盾壳的反扭矩，为土层作用于盾壳上的摩擦阻力扭矩，为千斤顶作用于油泵撑靴后对盾壳产生的扭矩。满足，即可达到纠偏滚动角的效果；

b2、当不考虑盾构机自重时，将作用于盾壳面上的竖向土压力和水平土压力分解为垂直于盾壳侧表面上的正压力；

在盾壳侧表面取一微面ds，

则ds上由水平土压力分解的正压力为

(公式1)；

ds上由竖向土压力分解的正压力为

(公式2)；

式中，为土体重力密度，为土体侧压力系数，为盾壳外径，为盾构机长度；

水平土压力作用在盾壳侧表面上的摩阻力扭矩为

(公式3)；

竖向土压力作用在盾壳侧表面上的摩阻力扭矩为

(公式4)；

式中，为盾壳与土体间摩擦系数。

当考虑盾构机重力时，则总摩擦扭矩为

（公式5）；

b3、以盾构机油泵油缸为受力分析对象，固定在摩擦板上的千斤顶推力为，克服撑靴与摩擦板间的摩擦力产生对油泵的环向力，即

(公式6)；

设为为摩擦板与管片间的摩擦系数，为摩擦板与撑靴间的摩擦系数，随着千斤顶作用力不断增大，当摩擦板与管片间摩擦力达到临界状态时，千斤顶作用力达最大，且，则

(公式7)；

设n为千斤顶数量，由此得单组油泵顶推力为

（公式8）；

把公式（5）和公式（8）代入，

即得

（公式9）；

可得所需千斤顶数量

（公式10）。

所述摩擦板为钢板；摩擦板朝向盾构机油泵撑靴一侧涂有机油。

当盾构机油泵撑靴伸展并压向摩擦板时，盾构机油泵推力设为最大。

操作人员以风动板手旋转调节螺栓。

本发明适用于各类复杂地层，且不用开仓作业，操作风险极低，且能及时有效达到调整盾构滚动角的目的。

本发明具有如下技术优点：

1、施工风险低。本技术并不用盾构开仓作业，能规避因盾构开仓作业导致的一系列风险，同时避免开仓作业中导致的刀盘变形。

2、操作简单。本技术只需在油泵撑靴和管片间固定住千斤顶后，用风动扳手扭动螺栓即可达到纠正盾构滚动角的目的，无需开仓作业中焊接刀盘等操作。

3、效率高。本技术千斤顶可进行场外焊接制作，进场后即可操作；且技术已算出千斤顶所需数量，一次成功率较高，能及时纠正盾构滚动角。

4、成本低。本技术中千斤顶由235型号钢板和m32型号螺栓焊接制作而成，成本较低；且技术已算出千斤顶所需数量，能避免过多千斤顶同时操作导致人力、财力浪费。

5、适用范围广。本技术适用于各类复杂地层下的盾构滚动角纠偏，特别适用于当盾构机自身重心发生偏移时，采取反转刀盘并不能纠正盾构滚动角的情况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是千斤顶的示意图；

附图2是千斤顶用于于盾构机纠编时的示意图；

附图3是千斤顶用于于盾构机纠编时的放大示意图；

附图4是步骤a1的受力分析示意图；

附图5是步骤a1的另一受力分析示意图；

图中：1-摩擦板；2-调节螺栓；3-刀盘；4-盾壳；5-管片；6-盾构机油泵撑靴；7-千斤顶。

具体实施方式

如图1-5所示，一种改变盾构机滚动角的千斤顶，用于盾构施工时的盾构机滚动角纠偏，所述盾构机包括前端的刀盘、与刀盘相连的盾壳和盾壳后方的管片；盾壳尾部设有盾构机油泵，盾构机油泵撑靴伸展时与管片相接；所述千斤顶设于管片与盾构机油泵撑靴的接触点处；所述千斤顶包括摩擦板和固定于摩擦板边缘处的调节螺栓；当千斤顶工作时，所述千斤顶摩擦板置于管片与伸展状态的盾构机油泵撑靴之间；千斤顶调节螺栓的非固定端支撑于支撑点处；操作人员旋转调节螺栓使摩擦板在管片与撑靴间移动，使千斤顶摩擦板经撑靴向盾壳施力，以对盾构机的滚动角纠偏。

所述千斤顶在施工时的使用方法包括以下步骤；

a1、计算所需千斤顶的数量；

a2、把千斤顶调节螺栓的非固定端支撑于支撑点处，在盾构机油泵撑靴收缩时，把千斤顶摩擦板置于管片与盾构机油泵撑靴的接触点处，以使盾构机油泵撑靴伸展时能压于千斤顶摩擦板上；

a3、反转刀盘使刀盘对盾壳形成第一纠偏力；

a4、旋转调节螺栓使摩擦板在管片与撑靴间移动，使千斤顶摩擦板经撑靴向盾壳施以第二纠偏力；

a5、当盾构机滚动角在第一纠偏力和第二纠偏力作用下发生变化时，视变化情况对调节螺栓的旋转速度进行调节。

当调节螺栓的调节长度用尽时，收缩盾构机油泵撑靴，反向旋转调节螺栓以恢复调节长度，然后再次把千斤顶摩擦板置于管片与盾构机油泵撑靴的接触点处；然后使盾构机油泵撑靴伸展以压于千斤顶摩擦板上。

在步骤a1中，所述计算方法包括以下步骤；

b1、设为刀盘反转时施加给盾壳的反扭矩，为土层作用于盾壳上的摩擦阻力扭矩，为千斤顶作用于油泵撑靴后对盾壳产生的扭矩。满足，即可达到纠偏滚动角的效果；

b2、当不考虑盾构机自重时，将作用于盾壳面上的竖向土压力和水平土压力分解为垂直于盾壳侧表面上的正压力；

在盾壳侧表面取一微面ds，

则ds上由水平土压力分解的正压力为

(公式1)；

ds上由竖向土压力分解的正压力为

(公式2)；

式中，为土体重力密度，为土体侧压力系数，为盾壳外径，为盾构机长度；

水平土压力作用在盾壳侧表面上的摩阻力扭矩为

(公式3)；

竖向土压力作用在盾壳侧表面上的摩阻力扭矩为

(公式4)；

式中，为盾壳与土体间摩擦系数。

当考虑盾构机重力时，则总摩擦扭矩为

（公式5）；

b3、以盾构机油泵油缸为受力分析对象，固定在摩擦板上的千斤顶推力为，克服撑靴与摩擦板间的摩擦力产生对油泵的环向力，即

(公式6)；

设为为摩擦板与管片间的摩擦系数，为摩擦板与撑靴间的摩擦系数，随着千斤顶作用力不断增大，当摩擦板与管片间摩擦力达到临界状态时，千斤顶作用力达最大，且，则

(公式7)；

设n为千斤顶数量，由此得单组油泵顶推力为

（公式8）；

把公式（5）和公式（8）代入，

即得

（公式9）；

可得所需千斤顶数量

（公式10）。

所述摩擦板为钢板；摩擦板朝向盾构机油泵撑靴一侧涂有机油。

当盾构机油泵撑靴伸展并压向摩擦板时，盾构机油泵推力设为最大。

操作人员以风动板手旋转调节螺栓。