用于隧道群T型联络通道掘进施工的顶推系统的制作方法

用于隧道群t型联络通道掘进施工的顶推系统
技术领域
1.本实用新型涉及地下工程技术领域，具体而言，涉及一种用于隧道群t型联络通道掘进施工的顶推系统。


背景技术：

2.根据《地铁设计规范》规定：两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于600m时，应设联络通道。地铁隧道及市政公路隧道的联络通道大都采用矿山法。例如在地下水较为丰富的区域，通常采用冻结法加固，然后采用矿山法进行联络通道开挖施工。然而，冻结法施工容易导致冻胀、融沉等不良后果，通常会引起一定的地面沉降，地面沉降较大时甚至发生垮塌危险，这对地质条件复杂、环境保护要求高的城市核心区域尤其难以适应。并且这一施工方法建设工期长，通常需要超过100天的冰冻，然后才能开始开挖，使建设工期经常长达4-6个月。另外，对于有砂层和承压水的地层，冻结法效果并不好，容易出事故，对环境影响大、风险很高。
3.近些年提出了采用拼装式联络通道结构，并采用机械法联络通道施工的方法。在始发过程中，需要将预支撑台车张开，在上、下、左、右各个方向支撑于主隧道管片，形成全环整体式预支撑结构，并将反力架支撑在始发方向相对侧的主隧道管片上以作为顶推装置的背靠承担推力。以地铁隧道施工为例，隧道内径通常在5.5m至6m，有些项目中甚至能够扩大至8.1m或更大。对于其他工程的隧道施工作业，隧道内径可能有大有小。而当前的预支撑结构能够适应隧道内径在在5.5m至7.1m之间变化的需求。当隧道直径大于7.1m，例如增加到8.1m时，采用同样的支撑方式将会导致预支撑结构的体系十分庞大。并且由于隧道直径变大，主隧道管片结构与支撑结构的适应性和稳定性，以及在施工过程中的应力变化、结构强度等，均需重新研究。目前的施工方法并不能提供任何借鉴。
4.此外，采用全环整体式预支撑结构，整个主隧道的空间被预支撑结构占用，车辆无法通行，施工位置两侧无法连通。这就导致只有在一条联络通道施工完毕之后才可以进行其他联络通道的施工或主隧道的其他施工，多个施工工序无法同步进行，导致施工进度延长。
5.因此，希望提供一种用于联络通道掘进施工的顶推系统以至少部分地解决上述问题，同时控制设备制造成本和施工成本。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于，提供一种用于隧道群t型联络通道掘进施工的顶推系统，以实现多种工序的同步施工，提高施工效率，缩短工期，同时实现顶推系统的集约化和小型化，减少施工工序，并降低设备制造成本和施工成本。
7.根据本实用新型的一个方面，提供一种用于隧道群t型联络通道掘进施工的顶推系统，所述联络通道用于联络至少一条主隧道，所述顶推系统包括反力架和多个传力拉杆，所述传力拉杆将所述反力架连接至围绕所述联络通道的始发端或接收端的主隧道管片，所
述反力架构造为框架结构并用于在掘进方向上为掘进装备提供支撑，支撑力经由所述传力拉杆传递至所述围绕所述联络通道的始发端或接收端的主隧道管片；
8.其中，所述顶推系统还包括用于沿掘进方向施加顶推力的驱动缸，所述驱动缸安装在所述反力架上并且至少部分地设置在所述反力架的内部。
9.在部分实施方式中，所述驱动缸的配套设备设置在所述反力架的内部，所述配套设备至少包括液压控制元器件、油管、油箱和/或阀件。
10.在部分实施方式中，所述驱动缸包括缸筒和活塞，所述缸筒的前端设置有法兰凸缘并通过所述法兰凸缘沿所述掘进方向的反向抵靠在所述反力架上。
11.在部分实施方式中，所述法兰凸缘通过紧固件连接至所述反力架。
12.在部分实施方式中，所述反力架的表面设置有与所述法兰凸缘抵靠的凸台。
13.在部分实施方式中，所述驱动缸的包括缸筒和活塞，所述缸筒的底部抵靠在所述反力架上。
14.在部分实施方式中，所述顶推系统还包括设置在所述始发端的台车，所述反力架由所述台车支撑，其中，所述反力架设置有调节所述反力架与所述台车的相对位置的调节单元。
15.在部分实施方式中，所述调节单元包括沿着三个相互正交的调节方向设置的调节驱动缸，所述调节方向之一为所述掘进方向。
16.在部分实施方式中，所述反力架在掘进方向上的左右两侧设置有凸耳部，至少一部分所述调节驱动缸设置在所述凸耳部上。
17.在部分实施方式中，所述调节单元至少在所述掘进方向上包括第一调节驱动缸和第二调节驱动缸，所述第二调节驱动缸的调节行程大于所述第一调节驱动缸的调节行程。
18.在部分实施方式中，所述第二调节驱动缸设置在所述反力架的底部。
19.在部分实施方式中，所述驱动缸设置有多个并围绕所述联络通道的中心轴线以象限对称的方式布置。
20.在部分实施方式中，每个所述驱动缸的自由端与环形的抵接件连接，所述抵接件用于与所述掘进装备或所述联络通道的管片抵接。
21.根据本实用新型的顶推系统具有如下有益的技术效果：
22.顶推系统取消了背靠支撑，不仅简化了结构，使整个顶推系统集约化，而且将反力架的背靠空间释放，为多条联络通道同步施工、机械法联络通道施工与主隧道施工同步进行提供了空间便利。另外，驱动缸设置在反力架的内部，可以减小反力架及相关配件的尺寸，有利于顶推系统的进一步集约化，并且可以减少现场连接管路、安装液压装置的工作量，同时便于吊装运输。
23.本实用新型提出的这种顶推系统不仅制造成本低，而且由于其操作方便，节约施工空间，可以使多道施工工序同步进行，从而使施工成本明显降低。
附图说明
24.为了更好地理解本实用新型的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本实用新型的优选实施方式，对本实用新型的范围没有任何限
制作用，图中各个部件并非按比例绘制。其中，
25.图1为根据本实用新型的一种优选实施方式的顶推系统的立体图；
26.图2为图1所示的顶推系统的侧视图；
27.图3为主隧道管片与联络通道洞门环的受力分析模型；
28.图4和图5分别为主隧道管片与联络通道洞门环在不同顶推压力下的受力分析结果；
29.图6为使用根据本实用新型的顶推系统进行机械法联络通道施工时主隧道断面的示意图；
30.图7为根据本实用新型的实施方式的反力架应用于顶推系统的立体图；
31.图8为用于图7所示的反力架的驱动缸的立体图；
32.图9为图7所示的反力架的局部图；以及
33.图10为图7所示的顶推系统的另一角度的立体图，其中示出了主隧道管片和台车。
具体实施方式
34.现在参考附图，详细描述本实用新型的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围。
35.为了实现地下空间网络互通，需要建设大量的t字型连接隧道。比如：地铁、公路区间联络通道、地铁出入口及风井、市政管廊检修井、长隧道中间风井、水务隧道连接线等等。本实用新型提供一种适用于机械法进行隧道群t型联络通道施工的顶推系统。其中，联络通道可以是由管片或管节等拼装单元构成的拼装式联络通道。在一些应用示例中，该联络通道可以用于联络两条地铁主隧道。
36.根据图1和图2所示，根据一种优选实施方式的顶推系统10包括反力架11和多个传力拉杆12。在进行机械法联络通道施工时，顶推系统10固定在主隧道1中与拟掘进的联络通道相对应的位置。多个传力拉杆12沿联络通道的周向间隔排布，用于将反力架11与围绕联络通道的始发端的主隧道1的相应管片(可以称为主隧道管片)连接。反力架11用于为掘进装备提供支撑。其中，支撑力最终通过传力拉杆12传递至围绕联络通道的始发端的主隧道管片上。因此，支撑掘进装备向前掘进的力由同一侧的主隧道管片提供。
37.如图3所示，以主隧道管片的直径为r1，在该主隧道管片上开挖直径为r2的联络通道，对主隧道管片和形成联络通道的洞门环的受力分析。结果显示，采用上述顶推系统10，主隧道管片的局部集中应力最高达10-20mpa，且主要集中在传力拉杆周边，可通过对传力拉杆周边进行局部加固的方式应对。在250-450kpa顶推分布力作用下，对联络通道开口位置水平侧向位移最大达-1.0mm至-1.5mm，且为横向向内收敛趋势，对邻近该主隧道管片的未切削的整环影响较小。具体地，以r1为8.1m，r2为3.65m为例，主隧道管片和形成联络通道的洞门环的受力分析结果分别如图4和图5所示。可以看到，当承受最大450kpa的顶推力时，主隧道管片的最大位移变形为-1.2mm，形成联络通道的洞门环的最大位移变形为-1.2mm。由此可知，利用根据本实用新型的顶推系统10进行机械法联络通道施工能够满足联络通道破洞过程中的主隧道管片应力重分配，可保证结构受力的安全稳定，因此是可行的。即使对于大直径隧道(例如8.0m及以上直径)，同样适用。
38.利用根据本实用新型的顶推系统10进行机械法联络通道施工，可以省略在主隧道1的背离联络通道的始发端一侧与反力架11之间设置的支撑结构(也即，反力架11是无背靠的反力架)，从而使得主隧道1在进行机械法联络通道施工的同时仍然能够保留有足够的通行空间(参见图6)。车辆、人员、物料等可以利用位于反力架11的背离联络通道一侧的通行空间在主隧道1的不同位置之间转移，使得多种施工工序可以同步进行，尤其是可以在已经完成的主隧道的不同位置同时进行多条联络通道施工，可以大大缩短施工周期。优选地，反力架的背离联络通道一侧与主隧道的管片壁面之间的最大距离可以设置为不小于主隧道的径向尺寸的三分之一，以确保通行空间具有足够的尺寸可供通行。在主隧道直径较大时，该通行空间的最大距离甚至可以设置为不小于主隧道径向尺寸的二分之一。
39.优选地，在图示的实施方式中，顶推系统10还包括始发套筒13，其固定连接(例如通过焊接的方式)至主隧道管片，传力拉杆12与始发套筒13连接。以此方式，传力拉杆12间接地连接至主隧道管片。可以理解，在部分实施方式中，传力拉杆还可以与主隧道管片直接连接。
40.根据本实用新型的顶推系统可以适用于盾构法和顶管法两种施工方式。相对应地，掘进装备分别为盾构法掘进机(即盾构机)和顶管法掘进机。对应于盾构法，拼装单元为管片。对应于顶管法，拼装单元为管节。为了满足对掘进装备的支撑作用，反力架11为使用刚性材料制成，例如钢或复合材料等。反力架11的尺寸与用于开挖联络通道的掘进装备的尺寸相适应，并且刚度设置为能够满足顶推掘进施工时抗变形的要求。在附图中，反力架11示出为大致矩形的形状。然而，可以理解，作为替代实施方式，反力架11可以构造为圆形、圆环形或其他任何满足施工需求的形状。
41.从前文可知，传力拉杆12作为在反力架11与主隧道管片之间传力的机构，其沿着联络通道的周向间隔设置有多个，以提供均衡的传力效果。在图1和图2示出的实施方式中，传力拉杆12为无动力拉杆，其仅起到连接和传力的作用，而不会提供任何驱动作用。优选地，无动力拉杆可以是钢结构拉杆，具体可以是圆钢、方钢、钢管或型钢等。
42.在部分实施方式中，传力拉杆还可以是能够提供驱动力的动力拉杆。例如，传力拉杆可以是反拉油顶拉杆，具体为一种以提供反拉力为主动力的液压千斤顶系统，中心杆长度与反拉力能够满足推动顶管法掘进机掘进的要求。以此方式，传力拉杆构造为能够以拉动反力架移动的方式提供顶推掘进装备的驱动力。
43.另外，顶推系统10设置有驱动缸14，其能够对所抵接的掘进装备以及/或者联络通道的拼装单元(管片或管节)提供沿掘进方向的顶推力。在传力拉杆为无动力拉杆且掘进装备为应用顶管法的掘进机的实施方式中，驱动缸14可以作为主驱动单元，以提供联络通道向前掘进所需的驱动力。而在传力拉杆为动力拉杆的实施方式，或者传力拉杆为无动力拉杆但掘进装备为盾构机的实施方式中，驱动缸14可以作为辅助驱动单元，或角度调节单元。驱动缸14可以是液压缸，并且可以设置多个，其围绕联络通道的中心轴线以象限对称的方式布置，以便在圆周方向上提供均匀的驱动力。在用作角度调节单元时，可以通过控制不同位置的液压缸的行程，以调整掘进装备的掘进方向相对于联络通道的中心轴线的角度，使掘进方向与中心轴线一致。
44.图7示出了能够进一步实现集约化的顶推系统的实施方式。在图7所示的顶推系统20中，大部分机构的布置方式与图1和图2示出的相同机构的布置方式大致类似，区别在于，
驱动缸24的大部分结构设置在反力架21的内部，例如驱动杆24沿掘进方向穿设在反力架21上。同时，驱动缸24的配套设备也设置在反力架21的内部，其中，配套设备可以是液压控制元器件、油管、油箱和阀件等。
45.这样的设置方式有利于减小反力架21在厚度方向的尺寸，使整个系统更加集约化，并且允许在将顶推系统20吊装入主隧道之前，在空间较大的车间等场所将驱动杆24及相关配套设备预先安装在反力架21上，可以大大减少了在主隧道内的狭小空间中现场连接管路、安装液压装置的工作量，同时便于吊装运输等。另外，驱动缸24的液压管路以及控制元器件的连接布置非常复杂。施工现场的环境较为恶劣，驱动缸24的整套液压系统暴露在恶劣的施工环境中，容易导致较高的故障率。而根据本实用新型，驱动缸24的大部分设备隐藏在反力架21中，由反力架21提供保护，有利于降低故障率，保证施工效率。
46.图8示出了驱动缸24的立体图。其中，驱动缸24包括缸筒241和可伸缩地设置在缸筒241中的活塞242。另外，在缸筒241的前端设置有法兰凸缘243。相应地，可以在反力架21上设置安装孔位，将驱动缸24的缸筒241出入到安装孔位中，使法兰凸缘243沿着掘进方向的反向抵靠在反力架21上。由此，反力架21可以为驱动缸24提供支撑。优选地，参考图9，反力架21的朝向联络通道的表面可以设置一圈围绕安装孔位的凸台212，法兰凸缘243抵靠在凸台212上。进一步地，还可以使用紧固件26将法兰凸缘243和凸台212紧固连接。其中，紧固件26可以是螺钉或铆钉。在部分实施方式中，可以省略法兰凸缘，而使缸筒241的底部直接抵靠在反力架21上，以便由反力架21提供支撑。
47.优选地，如图7所示，反力架21上设置有贯通其的物料运输孔211。在盾构法施工过程中，所需的拼装用的联络通道管片等物料可以通过物料运输孔211输送至掘进装备。与图1和图2示出的实施方式类似，多个驱动缸24可以围绕物料运输孔211，相对于联络通道的中心轴线以象限对称的方式布置。优选地，为了提高驱动缸24与所抵接的掘进装备或拼装单元之间的贴合度，可以设置一个环形的抵接件(未示出)，多个驱动缸24的自由端(也即活塞242的末端)同时与该抵接件连接，并通过抵接件与掘进装备或拼装单元抵接。抵接件可以增加与掘进装备或拼装单元之间的接触面积，即使驱动缸24与掘进装备或拼装单元未能精确对齐，也可以实现良好地贴合，以便传递顶推驱动力。在部分实施方式中，抵接件具体可以为环形的顶铁。
48.如图10所示，在将顶推系统20吊装至联络通道的始发位置之前，可以预先将台车27布置在该位置。台车27在移动到位之后可以通过自身的支撑柱及液压支撑系统等结构支撑在主隧道管片上进行固定。然后可以将始发套筒23、反力架21等结构吊装到位，安装固定之后，可以由台车27为反力架21提供支撑。优选地，反力架21设置有调节单元28，其可以包括调节驱动缸，以便相对于台车27对反力架21的位置进行微调。
49.优选地，调节单元28包括沿三个相互正交的调节方向设置的调节驱动缸。例如，调节方向可以包括沿着掘进方向的前后调节方向、沿竖直方向的上下调节方向，以及与这两个方向正交的左右调节方向。相应地，在图10示出的实施方式中，调节单元28包括前后调节驱动缸281、上下调节驱动缸282以及左右调节驱动缸283。调节驱动缸可以安装在反力架21上，通过支撑台车27的方式(例如可以在台车27的与驱动调节缸对应的位置设置挡板，以对其提供支撑)实现反力架21相对于台车27的相对移动，从而实现位置的微调。
50.优选地，反力架21在沿着左右调节方向的两侧分别设置有左侧和右侧凸出的凸耳
部213。以此方式，可以利用凸耳部213安装上述调节驱动缸，节省反力架21的正对联络通道部分的安装空间。例如，在图示的实施方式中，前后调节驱动缸281和上下调节驱动缸282安装在凸耳部213。当然，在不影响其他零部件安装的情况下，调节驱动缸也可以安装在反力架21的主体部分，例如左右调节驱动缸283设置在反力架21的下方并靠近侧部的位置。并且，与用于施加顶推力的驱动缸24类似，左右调节驱动缸283设置在反力架21的内部。
51.优选地，调节单元28在每个调节方向上可以对称地设置两组调节驱动缸。该两组调节驱动缸分别设置在反力架21的相对于掘进方向的左右两侧。具体地，左右调节驱动缸283在反力架21的左右两侧以相反的顶推方向设置，以便分别在向左和向右两个方向上提供调节驱动力。对于上下调节驱动缸282，其在反力架21的左右两侧以相同的顶推方向设置，例如用于将反力架21向上顶推。对于前后调节驱动缸281，在部分实施方式中，其可以包括将反力架21朝向靠近始发套筒23的方向顶推的向前调节驱动缸和将反力架21朝向远离始发套筒23的方向顶推的向后调节驱动缸。在另外的部分实施方式中，前后调节驱动缸281可以仅包括单向驱动缸，其缸筒和活塞分别与反力架21和台车27固定连接，实现在前后方向上的顶推和拉动两种调节功能。
52.可以理解，上述调节驱动缸均为小行程的驱动缸，其用于对反力架21的位置进行微调。此外，反力架21在前后方向上对调节幅度的需求大于在另外两个调节方向上的需求。因此，调节单元28还包括沿前后方向设置的附加调节驱动缸284，其具有比前后调节驱动缸281更大的行程，因此能够在更大的位移上对反力架21的位置进行调节。附加调节驱动缸284具体可以是推拉油缸，其一端与反力架21连接，另一端可以可以与台车27连接，例如连接至台车27的托架。优选地，附加调节驱动缸284优选地可以设置在底部，这样不会对掘进过程中物料运输等操作产生干涉。当然，当反力架21在另外的方向对调节幅度具有较大的需求时，也可以在另外的方向上设置与附加调节驱动缸284类似的大行程调节驱动缸。
53.本实用新型的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本实用新型排他或局限于单个公开的实施方式。如上，在本领域中的普通技术人员将明白本实用新型的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本实用新型旨在包括这里描述的本实用新型的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本实用新型的精神和范围内的其他实施方式。