一种防治盾构隧道病害的多功能结构及其施工方法

1.本发明属于隧道病害防治领域，特别涉及一种防治盾构隧道病害的多功能结构及其施工方法。


背景技术：

2.随着国家城市化的迅速推进，地铁盾构隧道的发展成为地下空间开发利用的热点，首先，在城市基础建设过程中，多类多项工程建设往往同期进行，盾构隧道周边环境经常会出现地面堆载、周边基坑开挖卸载等工况，地铁盾构隧道管片在这些因素的影响下容易出现横向变形过大、开裂和不均匀沉降等问题，从而引发螺栓断裂、接缝渗漏水、混凝土脱落以及腰部混凝土挤碎等现象，情况严重时则会导致管片整体受力结构的破坏，从而给地铁隧道的施工和运营带来巨大的安全隐患，其次，由于近年来极端天气频发，引发洪水倒灌地铁进入地铁隧道内部，严重威胁着人们的生命和财产安全，最后，因隧道长期受室内外温差大，空气不流通、湿度大等因素影响，施工不当极易诱发有毒有害气体产生，如甲烷、一氧化碳、硫化氢等，有毒有害气体的释放不仅会造成环境的污染，更会引起工人中毒、休克，甚至死亡。
3.目前虽然也有一些针对地铁盾构隧道病害的防治结构及施工方法，如因地面堆载、周边基坑开挖卸载造成的隧道混凝土脱落，常采用内张钢圈加固法进行加固，但是这种加固方法造价高昂，施工复杂；因极端天气引发洪水倒灌地铁隧道内部，采用气囊膨胀堵住水源，但是这种方法气囊会因水流的冲击而发生大量偏转，甚至气囊会被冲垮，堵水效果较差；因隧道施工环境复杂，施工不当会诱发有毒有害气体产生，常采用潜孔钻交替钻孔进行排放，但是这种方法效率较低，且有毒有害气体会随时飘逸到隧道其它地方，威胁人们的生命安全，此外针对地铁盾构隧道病害的防治结构和施工方法也往往是针对单一病害进行防治，而隧道病害经常是两个或两个以上出现，针对单一病害防治的措施不能满足隧道安全要求。
4.因此，有必要不断发明、改进现有的盾构隧道病害防治结构及施工方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种防治盾构隧道病害的多功能结构及其施工方法。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
7.这种防治盾构隧道病害的多功能结构，包括阻水环、气囊、充气孔、充气管、输气口、折叠杆、支撑板、支撑柱体、轴套、驱动器、感应式紫外灯、链条、链接点、涡轮、涡杆、感应式电机、卡环、独立式遥控器、气囊外壁、气囊内壁、树脂玻璃纤维组成；
8.从外部来看，气囊由气囊外壁、气囊内壁、树脂玻璃纤维组成，暴露在空气中的面为气囊外壁，反之为气囊内壁，气囊外壁和气囊内壁之间由树脂玻璃纤维填充；阻水环固定在气囊外壁上；气囊的一个端部开设有充气孔，充气孔和输气口由一条充气管相连接；
9.从内部来看，气囊内壁与支撑板呈活动连接；支撑板通过链接点与轴套相连接，轴套固定在支撑柱体的两端；轴套的环向一侧固定连接着感应式紫外灯；支撑柱体内部固定安装有链条，支撑柱体一端通过卡环安装有驱动器；卡环的环向两端固定连接着折叠杆；
10.从细部来看，驱动器由涡轮、涡杆、感应式电机组成，涡轮和涡杆呈十字交叉式安装，涡杆啮合于涡轮内部；感应式电机固定安装在卡环外侧面，且位于涡杆上方位置处；
11.除此之外，本防治盾构隧道病害的多功能结构设置有独立式遥控器。
12.作为优选：所述气囊为预制结构，扩张完成后能够快速固化。
13.作为优选：所述驱动器具有自锁性，涡杆带动涡轮转动，而不能由涡轮带动涡杆转动，可实现反向自锁。
14.作为优选：所述支撑板呈弧状，能与发生病害的隧道部位紧密贴合。
15.作为优选：所述独立式遥控器设置有四种操控键位，与主体结构配合使用，能轻松、高效完成操作人员发放的指令。
16.这种防治盾构隧道病害的多功能结构的施工方法，包括以下步骤：
17.s1、施工前准备：根据隧道病害发生的位置和严重程度，确定气囊的膨胀尺寸；
18.s2、设备分配：现场将气囊沿隧道纵向放置；独立式遥控器由工作人员操控；
19.s3、现场施工：按压独立式遥控器的a按钮，使驱动器内的感应式电机开始正向工作；随后涡杆带动涡轮转动，使得涡轮在支撑柱体内部的链条上进行啮合与滚动；随后驱动器带动卡环在支撑柱体的轴向进行滑动；卡环的滑动会带动折叠杆的扩张；待支撑柱体两端与轴套通过链接点连接的支撑板贴合至隧道内壁时，按压独立式遥控器的b按钮，折叠杆停止扩张；随后通过输气口对气囊充入常温气体，气体经充气管顺向进入充气孔，使气囊膨胀，将隧道缝隙填充密实，此时气囊外壁固定的阻水环紧密贴合于隧道内壁；随后按压独立式遥控器的c按钮，开启感应式紫外灯照射气囊内壁和气囊外壁之间的树脂玻璃纤维，使树脂玻璃纤维进行固化；
20.s4、场地清理：待隧道病害恢复至正常状态后，再次按压独立式遥控器的c按钮，使感应式紫外灯熄灭，随后通过输气口输入热气体，解除树脂玻璃纤维的固化性能；随后按压独立式遥控器的d按钮，使驱动器内的感应式电机开始逆向工作；待折叠杆收缩至初始状态后，检查气囊状态，整理现场，设备退场。
21.本发明的特别之处和有益效果是：
22.1、本发明的防治盾构隧道病害的多功能结构，通过阻水环、气囊、折叠杆、驱动器、感应式紫外灯和独立式遥控器之间的相互配合，能够针对隧道多种病害同时处治，如隧道混凝土剥落、突遇大水、有毒有害气体急速扩散等，处治效果强，施工高效便捷；
23.2、本发明的防治盾构隧道病害的多功能结构，通过涡杆、涡轮、感应式电机共同工作，扩张尺寸可根据实际情况自动调节，扩张效率高，涡杆和涡轮相互啮合，传动非常平稳，驱动器具有自锁性，可实现反向自锁，其反向自锁性更提高了整体结构的安全性能；
24.3、本发明的防治盾构隧道病害的多功能结构，通过感应式紫外灯固化气囊内壁和气囊外壁之间的树脂玻璃纤维，不仅增强了气囊与隧道内壁的贴合度，还能有效的降低隧道病害的严重程度。
附图说明
25.图1为一种防治盾构隧道病害的多功能结构未扩张示意图；
26.图2为一种防治盾构隧道病害的多功能结构扩张后示意图；
27.图3为一种防治盾构隧道病害的多功能结构内部结构示意图；
28.图4为一种防治盾构隧道病害的多功能结构内部结构横断面示意图；
29.图5为驱动器局部放大示意图；
30.图6为气囊横断面示意图；
31.图7为独立式遥控器示意图。
32.图中：1、阻水环；2、气囊；3、充气孔；4、充气管；5、输气口；6、折叠杆；7、支撑板；8、支撑柱体；9、轴套；10、驱动器；11、感应式紫外灯；12、链条；13、链接点；14、涡轮；15、涡杆；16、感应式电机；17、卡环；18、独立式遥控器；201、气囊外壁；202、气囊内壁；203、树脂玻璃纤维。
具体实施方式
33.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
34.实施例一
35.如图1所示，一种防治盾构隧道病害的多功能结构未扩张示意图，包括气囊2，阻水环1，充气孔3，充气管4，输气口5；气囊2由气囊外壁201、气囊内壁202、树脂玻璃纤维203组成，暴露在空气中的面为气囊外壁201，反之为气囊内壁202，气囊外壁201和气囊内壁202之间由树脂玻璃纤维203填充；阻水环1固定连接在气囊外壁201上；气囊2的一个端部开设有充气孔3，充气孔3和输气口5由一条充气管4相连接。
36.如图2-4所示，一种防治盾构隧道病害的多功能结构扩张后、内部结构及内部结构横断面示意图，包括充气孔3，充气管4，输气口5，折叠杆6，支撑板7，支撑柱体8，轴套9，驱动器10，感应式紫外灯11，链条12，链接点13；气囊内壁202与支撑板7呈活动连接；支撑板7通过链接点13与轴套9相连接，轴套9固定在支撑柱体8的两端；轴套9的环向一侧固定连接着感应式紫外灯11；支撑柱体8内部固定安装有链条12，支撑柱体8一端通过卡环17安装有驱动器10；卡环17的环向两端固定连接着折叠杆6；
37.如图5所示，驱动器局部放大示意图，包括驱动器10，链条12，涡轮14，涡杆15，感应式电机16，卡环17；驱动器10由涡轮14、涡杆15、感应式电机16组成，涡轮14和涡杆15呈十字交叉式安装，涡杆15啮合于涡轮14内部；感应式电机16固定安装在卡环17外侧面，且位于涡杆15上方位置处。
38.如图6所示，气囊横断面示意图，包括气囊2，气囊外壁201，气囊内壁202，树脂玻璃纤维203；树脂玻璃纤维203填充在气囊外壁201和气囊内壁202的内部空间内。
39.如图7所示，独立式遥控器示意图，包括独立式遥控器18，独立式遥控器18上设置有四个功能不同的按钮，分别为a、b、c、d按钮。
40.实施例二
41.具体实施：某盾构隧道直径6.1m，隧道每环由1片22.5
°
和5片67.5
°
管片组成，管片长度2m，管片厚度0.3。隧道中某处因施工不当引发大量水体喷涌与有毒有害气体扩散，隧
道管片混凝土存在剥落现象。
42.具体施工时，按照以下施工步骤：
43.s1、施工前准备：根据隧道病害发生的位置和严重程度，确定气囊2的膨胀尺寸为直径6.1m，长度为3m；
44.s2、设备分配：现场将气囊2沿隧道纵向放置；独立式遥控器18由工作人员操控；
45.s3、现场施工：按压独立式遥控器18的a按钮，使驱动器10内的感应式电机16开始正向工作，感应式电机16的功率为70kw；随后涡杆15带动涡轮14转动，使得涡轮14在支撑柱体8内部的链条12上进行啮合与滚动，每个气囊2内部设置8根支撑柱体8，每个支撑柱体8的直径为60mm，长度为1.75m，每个支撑柱体8内部设置1条链条；随后驱动器10带动卡环17在支撑柱体8的轴向进行滑动；卡环17的滑动会带动折叠杆6的扩张，折叠杆6的直径为20mm，长度为1.48m，每个卡环17上固定安装2根折叠杆6；待支撑柱体8两端与轴套9通过链接点13连接的支撑板7贴合至隧道内壁时，按压独立式遥控器18的b按钮，折叠杆6停止扩张，支撑板7的长度为1.8m，宽为120mm，厚为20mm，支撑板7的数量为8块；随后通过输气口5对气囊2充入常温气体，气体经充气管4顺向进入充气孔3，使气囊2膨胀，将隧道缝隙填充密实，此时气囊外壁201固定的阻水环1紧密贴合于隧道内壁；随后按压独立式遥控器18的c按钮，开启感应式紫外灯11照射气囊内壁202和气囊外壁201之间的树脂玻璃纤维203，使树脂玻璃纤维203进行固化；
46.s4、场地清理：待隧道病害恢复至正常状态后，再次按压独立式遥控器18的c按钮，使感应式紫外灯11熄灭，随后通过输气口5输入热气体，解除树脂玻璃纤维203的固化性能；随后按压独立式遥控器18的d按钮，使驱动器10内的感应式电机16开始逆向工作；待折叠杆6收缩至初始状态后，检查气囊2状态，整理现场，设备退场。
47.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。