一种矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置及矫正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矩形盾构技术领域，主要涉及一种矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置及矫正方法。
【背景技术】
[0002]在盾构施工过程中，隧道衬砌脱出盾尾后，由于受到土压力作用，衬砌将发生不同程度的变形，如图1所示。在图1中，已拼装完成的衬砌环3，4和5在脱出盾尾1后，在土压作用下发生变形，当拼衬砌环3的变形超过规定值时，，将导致无法正常拼装衬砌环2。(在盾构施工中，衬砌先由一块块预制的管片拼装成衬砌环，然后由一环环的上述衬砌环最终形成隧道的衬砌)。
[0003]圆形盾构采用整圆器对衬砌环的形状进行保持和矫正，如图2和图3所示。圆形盾构的整圆器由上曲梁7、顶推液压顶升油缸8、下曲梁11、移动液压顶升油缸10和轨道9组成，整圆器安装在盾构机中心平台6上。
[0004]如图2所示，当衬砌环3安装完成且变形不超过规定值时，整圆器此时处于衬砌形状保持模式。衬砌环顶升液压顶升油缸8伸出，使上曲梁7和下曲梁11分别支撑已安装好的衬砌环3并施加支撑力，盾构机正常推进，整圆器的移动液压顶升油缸10随着盾构机前进而伸出，整圆器上曲梁7和下曲梁11与已安装好的衬砌环3不发生相对位移，保证了盾构推进过程中衬砌环的形状。盾构推进完成后，整圆器顶升液压顶升油缸8缩回，上曲梁7和下曲梁11与衬砌环3脱离，待新的衬砌环拼装完成后，整圆器在移动油缸10的作用下沿轨道9向盾构机头部方向进行轴向移动，对新完成的衬砌环进行形状保持。
[0005]当衬砌环3的变形超过规定值时，待安装衬砌环2无法正常安装，此时整圆器处于衬砌形状矫正模式。整圆器的顶升液压顶升油缸8缩回，上曲梁7和下曲梁11与衬砌环3脱离，在移动油缸10的作用下沿隧道轴线方向移动至需要进行形状矫正的衬砌环下。顶升液压顶升油缸8伸出，使得上曲梁7和下曲梁11作用在衬砌环3的内表面上。从图2中可以看出，整圆器仅能矫正一环衬砌环的形状，无法对其它对施工有影响的多环衬砌环和未完成的衬砌环进行形状矫正和管片姿态调整。
[0006]对于矩形盾构而言，特别是跨度较大的矩形断面，由于矩形衬砌承受的弯矩较大，因此矩形衬砌形状容易发生更大的变形。整圆器采用上下曲梁顶推衬砌环以实现衬砌形状矫正的方法在应用至矩形衬砌的形状保持和矫正时，将有以下缺点和不足:
[0007](1)随着矩形断面跨度的增加，为了保证支撑梁有足够的刚度，支撑梁的尺寸需要成倍增加，这将导致整个结构由于尺寸过大而无法使用。同时，整圆器的曲梁由于有拱效应，在尺寸较小时可以保证有足够的刚度，而矩形盾构的衬砌上部近似直线，在结构尺寸变化不大的情况下增加直梁的刚度困难。
[0008](2)在矫正过程中只能对一环衬砌环的形状进行矫正，而隧道衬砌是由多环衬砌环通过高强环间螺栓连接在一起，因此衬砌变形是多环衬砌环共同变形的反映，需要对上述多环衬砌环同时进行矫正才能达到衬砌形状矫正的目的。
[0009](3)无法对拼装状态下的管片进行支撑和姿态调整。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置及矫正方法，能够解决由于矩形盾构隧道衬砌变形而影响施工的问题。
[0011]为了实现上述目的，本发明提出了一种矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置，包括:包括:机架、导向装置、顶撑动力装置及顶撑梁，其中，所述顶撑动力装置与顶撑梁通过铰支座连接，所述导向装置固定在所述机架上，所述顶撑动力装置通过所述导向装置和机架安装在矩形盾构机内的喂片机上，所述顶撑梁与衬砌接近的表面上间隔设有多个顶撑支座，通过所述顶撑动力装置带动顶撑梁对矩形盾构隧道的衬砌形状进行矫正。
[0012]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述机架包括中柱和固定装置，所述中柱通过所述固定装置固定于所述喂片机的立柱上。
[0013]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述固定装置的个数为2个，分别为上部底座和下部底座，所述固定装置焊接在所述中柱上。
[0014]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述导向装置由4个导向套组成，4个导向套均匀分布在所述中柱的两侧，并分别位于所述中柱的上下两端。
[0015]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述导向套焊接在中柱上。
[0016]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述顶撑动力装置包括液压顶升油缸、上部传力杆、下部传力杆和杆端支座，所述上部传力杆的一端与所述液压顶升油缸的活塞端固定连接，所述上部传力杆的另一端通过所述杆端支座与所述上梁相连，所述下部传力杆的一端与液压顶升油缸的底座固定连接，所述下部传力杆的另一端通过所述杆端支座与所述下梁相连。
[0017]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述上部传力杆和下部传力杆分别穿过同侧的两个导向套，所述导向套对上部传力杆和下部传力杆起导向作用。
[0018]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述杆端支座与上部传力杆相连处设有轴向限位台阶。
[0019]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述轴向限位台阶对矫正装置的竖向位置进行限位。
[0020]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述顶撑动力系统有2套，分别位于所述中柱的两侧。
[0021]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述顶撑梁包括上梁、下梁、梁铰支座和千斤顶支座，所述梁铰支座分别连接在所述上梁与杆端支座之间及下梁与杆端支座之间，所述千斤顶支座位于所述上梁的上表面上。
[0022]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述顶撑梁为直梁，所述上梁的长度大于下梁的长度。
[0023]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述上梁和下梁上的顶撑支座分别有3个。
[0024]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述顶撑支座为橡胶支座。
[0025]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置中，所述顶撑梁的长度方向与隧道轴线平行。
[0026]在本发明中，还提出了一种矩形盾构隧道的衬砌形状矫正方法，采用如上文所述的任一项矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置，顶撑动力装置带动顶撑梁向靠近衬砌内表面方向延伸，使所述顶撑梁上的多个顶撑支座分别顶撑在两环衬砌环内表面的接缝处，通过顶撑梁对衬砌内表面施加顶撑力，对衬砌的形状进行矫正。
[0027]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正方法中，所述顶撑动力装置包括液压顶升油缸、上部传力杆、下部传力杆和杆端支座，在进行矫正时，所述液压顶升油缸伸出，通过上部传力杆和下部传力杆带动所述顶撑梁逐渐靠近衬砌的内表面，使所述顶撑梁的多个顶撑支座分别顶撑在衬砌环的环间接缝处，通过顶撑梁对衬砌环施加顶撑力，对衬砌形状进行矫正。
[0028]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正方法中，使用2套矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置对矩形盾构隧道衬砌的形状进行保持和矫正。
[0029]进一步的，在所述的矩形盾构隧道的衬砌形状矫正方法中，2套矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置分别布置在矩形盾构隧道的两侧。
[0030]与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在:通过顶撑动力装置带动支撑梁在竖直方向上向外延伸对多环衬砌环进行顶撑，从而对多环衬砌环起到支撑和形状矫正的作用，操作流程简单可靠，并且顶撑梁通过顶撑支座作用在多环衬砌环的接缝处，不会对衬砌产生危害，确保施工安全。
【附图说明】
[0031]图1为盾构衬砌发生变形的结构示意图；
[0032]图2为现有技术中圆形盾构整圆器的主视图；
[0033]图3为现有技术中圆形盾构整圆器的侧视图；
[0034]图4为本发明一实施例中矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置的主视图；
[0035]图5为本发明一实施例中矩形盾构隧道的衬砌形状矫正装置的侧视图；
[0036]图6为本