矩形隧道盾构施工中的形状保持装置研制与应用（论文）.pdf

壁 矩 形 隧 道 盾 构 施 工 中 的 形 状 保 持 装 置 研 制 与 应 用 滕 延 锋 上海市机械施工集团有限公司 上海 200072 摘要：对矩形隧道盾构施工过程中衬砌产生变形的原因进行了分析 ， 研制了可以减弱矩形隧道衬砌变形的新型隧道形 状保持装置。该隧道形状保持装置在隧道断面的两侧分别布置 。通过液压油缸驱动纵向布置的上梁和下梁 ， 从隧道内 部对多环衬砌进行支撑和顶紧，最终实现减轻或消除隧道衬砌的变形 ， 保持隧道断面形状在设计范围内。经实践证 明，整个隧道形状保持装置具有效果明显、适应性强和操作简便的特点 ， 为隧道施工质量提供了保证。 关键词：矩形隧道 ；盾构施工；衬砌；变形；形状保持装置 中图分类号：TU621 文献标志码：B DOI：10 ． 14144／j．cnk¨zsg．2017．04．049 Development and Application of Shape。。Keeping Device to Rectangular Tunnel Shield Construction TENGYanfeng Shanghai Mechanized Construction Group Co ．， Ltd． Shanghai 200072 1 研 究 背 景 在盾构施 工过程 中，随着 盾构机 向前推进 ， 已拼 装 完成 的管片逐渐从盾尾 内脱出，开始承受盾构机外部的水 土压力。在上述压力作用 下，盾构隧道的衬砌环 出现变形 (图1)。对于圆形盾构隧道 而言，表现为隧道 的断面 由 圆形变为竖直径小 、水平径大的椭圆形，从而对隧道的防 水、衬砌的受力都造成严重的危害，还导致待安装的管片 纵向螺栓无法安装，从而对盾构施工造成严重危害 。 图1盾构隧道衬砌发生变形 隧道断面形状发生较大改变的主要原 因是刚脱离盾尾 的衬砌环在没有支撑的情况下承受水土荷载，发生了较大 变形 。为 了防止上述不利情况 ，在 圆形盾构施工中，一般 设置 了隧道形状整圆器，如图2所示 。整圆器 的上环部分和 下环部分为 圆弧形，与隧道 的内环轮廓线一致，中间部分 为液压油缸。在使用时，通过液压油缸对上环 部分和下环 部分施加竖向力 ，使得上环部分与下环部分分别与隧道 内 轮廓线的上部和下部紧贴和顶紧，为隧道衬砌提供 固定支 撑 ，防止隧道形状发生过大改变。 基金项目：上海市国有资产监督管理委员会企业技术创新 和能级提升项 目(2013010)。 作者简介：滕延锋 (197’7- )，男，博士，高级工程师。 通信地址：上海市静安区洛川中路701号 (200072)。 收稿 日期：2017—02"17 图2 圆形盾构隧道的整圆器 缸 矩形盾 构隧道 的衬砌环从盾尾 内脱 出后 也会发生类 似的变形情况 。矩形盾构隧道的上部和下部近似为水平直 梁，由于起拱较少 ，水平直梁以承受弯矩为主。直接采用 类似圆形盾构的整圆器的方式将会导致矩形隧道形状保持 器 的上部和下部支撑直梁的刚度要求较高。同时随着矩形 盾构隧道宽度 的增加，直梁的刚度随着宽度的增加呈指数 级上升 ，在实际施工 中难以设计和制作 。最后 ，矩形盾构 隧道的衬砌环变形大 ，推进过程 中需要对多环衬砌进行支 撑才能实现形状保持作用 。因此 ，在矩形盾构隧道施工 中 无法直接套用圆形隧道的形状保持装置。 2 新 型 隧 道 形 状 保 持 装 置 的构 成 为了解决矩形隧道盾构施工中实际存在的隧道衬砌变 形问题，提供一种新的隧道形状保持装置，如图3所示 。新 装置采用纵 向布置 的上梁和下梁对矩形盾构隧道 的衬砌进 行支撑 ，为 了防止上粱和下梁对衬砌环的结构产生损坏 ， 在上梁和下梁上设置了橡胶板。上梁和 下梁通过2个液压油 缸实现加载，2个液压油缸分别安装在立柱两侧 。上述的隧 -t T -^^l -．- c ■ 滕延锋： 矩形隧道盾构施工中的形状保持装置研制与应用 ／ 懒 黄 —— 油缸 ● ： I接柱 硅接 军 ／ (a)正视 (b)侧视 图3 矩形隧道形状保持装置 道形状保持装置通过上法兰和 下法兰固定在移动小车上 ， 不需要使用时，液压油缸 回缩 ，整个保持装置悬挂在小车 上，跟随小车在隧道内实现轴向移动。 为 了实现对矩形隧道衬砌的支撑作用 ，采用在隧道断 面的两侧各布置一套保持装置 ，如图4所示 。左保持装置和 右保持装置在液压油缸伸 出时分别对隧道衬砌 的上梁和下 梁 同时进行支撑 ，相当于增加 了上梁和下梁的固定支座 ， 大幅度地降低了上梁和 下梁的变形。相对于圆形盾构整圆 器 ，本装置使用轴 向布置 的直梁代替横 向直梁 ，不仅 刚度 要求低，还可以实现对 多环衬砌进行支撑 ，满足矩形盾构 隧道的形状保持要求。 图4 形状保持装置在隧道内的布置 3 新 型 形 状保 持 装 置 工 作 模 式 本装置采用保持模式和矫正模式这2种工作模式。 保持模 式工作在盾构机推进状态，为 了防止盾尾 内的 衬砌环在脱 出盾尾后发生较大变形，使用形状保持装置 的 保持模式对待脱 出的衬砌环进行预先支撑。保持模式如图5 所示，当矩形盾构机开始推进前，隧道形状保持装置