[发明专利]盾构在上软下硬地层中急曲线施工的轴线控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道工程施工技术领域的轴线控制技术，具体地，涉及一种盾构在上软下硬地层中急曲线施工的轴线控制方法。

背景技术

盾构工法有着掘进速度快、施工影响小、劳动强度低的特点，是大中型隧道的主要施工方式。该工法中，盾构机体是一个直线形圆筒状刚体，盾构机身的直线很难与急曲线的切线方向完全吻合，进而带来超挖、土体扰动范围加大、地面沉降加大等问题，特别对于上软下硬地层，软硬土层切削难易度不同，地面沉降变形控制难度更大，所以，盾构机在上软下硬地层中急曲线施工的轴线控制是盾构施工中的难点之一。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利号为200810226716.8，专利公开号为101737058A，专利名称：小半径盾构隧道施工技术，该发明利用超挖刀、铰接装置；管片选型和拼装；盾构姿态实时控制与调整；以及同步注浆及二次补充注浆的运用来实现小半径盾构隧道的施工控制，但是该发明是利用超挖为代价并需及时注浆填充超挖孔隙和进行二次注浆来进行轴线控制。然而，如果超挖量过大、同步注浆不及时或者二次注浆不充分将会大大增加地面沉降。而且该发明只适用于简单地层条件下，没有考虑在复杂地质条件下，特别是对于盾构穿越上软下硬地层和小半径急曲线工程的条件。利用该发明专利的方法不能很好解决在上软下硬地层中急曲线周围的地面沉降且难以保证轴线施工质量。所以，现有技术在上软下硬地层中急曲线施工过程中存在轴线控制不理想、超挖量大和地面沉降大的缺点。

发明内容

针对现有技术中的不足和缺陷，本发明的目的是提出一种盾构在上软下硬地层中急曲线施工的轴线控制方法，该方法改变了现有技术在急曲线施工中盾构机发生偏转以后再进行纠偏的被动纠偏方式，而是采用了一种盾构改装，即在盾构壳体上加装帽檐装置的主动纠偏方式，可以有效减少液压千斤顶各区域的推力比例，使得各区域推力更加协调，大幅度减少管片的侧向分力，确保盾构在上软下硬地层中急曲线施工的连续纠偏，从而减少超挖量，确保轴线控制质量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种盾构在上软下硬地层中急曲线施工的轴线控制方法，包括如下步骤：

第一步、沿盾构路线进行地层调查：

在隧道轴线两侧各布置一排勘探孔；

通过标准贯入试验得到勘探范围内土体的实测标贯击数N，如果实测标贯击数N≤30，划分为软土，如果实测标贯击数N>30，划分为硬土；

第二步、在盾构机上安装帽檐装置，所述帽檐装置包括至少两套固定单元、转动单元、至少三套同步伸缩单元和帽檐，在盾构机壳体的内侧安装固定单元；将转动单元与固定单元活动连接，使得转动单元能绕盾构机的轴线实现360度旋转；将同步伸缩单元的后端与转动单元的前端固定连接；将每套同步伸缩单元的前端与帽檐的后端固定连接；帽檐沿着固定单元在转动单元的带动下在盾构内部旋转到任意位置，并通过帽檐推出长度的多少来连续不断调节转弯纠偏；

第三步、应用帽檐装置控制盾构机在上软下硬地层中急曲线施工：

(1)、在急曲线施工中，利用第一步获得上软下硬地层分布，然后根据上软下硬地层分布来确定第二步设计的帽檐装置中帽檐的伸长量；

(2)、帽檐装置中帽檐的伸出方向根据具体的施工工况：

盾构急曲线调整：当盾构在急曲线施工时，需要向左急转弯时，将帽檐装置旋转到盾构机体左侧并推出帽檐；当盾构机向右转弯时，将帽檐装置旋转到盾构机体右侧并推出帽檐；

盾构平面纠偏：当盾构轴线出现左偏现象时，将帽檐装置旋转到盾构机体右侧并推出帽檐；当盾构轴线出现偏右偏现象时，将帽檐装置旋转到盾构机体左侧并推出帽檐；

盾构垂直纠偏：当盾构轴线出现抬头现象时，将帽檐装置旋转到盾构机体下侧并推出帽檐；当盾构轴线出现低头现象时，将帽檐装置旋转到盾构机体上侧并推出帽檐。

优选地，第一步中，在隧道轴线两侧距轴线3-4m处各布置一排勘探孔，相邻勘探孔的间隔40-50m，勘探孔深度为隧道底以下2倍隧道直径。

优选地，第二步中，所述固定单元平行设置且相邻两个所述固定单元之间有一间距；所述同步伸缩单元相互平行设置且相邻间距相等。所述间距可以是300-500mm。

更优选的，所述固定单元包括支座底板、支座竖板和钢轨道，其中：所述支座底板的一面与盾构机壳体的内侧固定连接；所述支座竖板的一端焊接在所述支座底板的另一面上、另一端与所述钢轨道的内侧固定连接。