(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011289138.X
(22)申请日 2020.11.17
(71)申请人 上海市机械施工集团有限公司
地址 200072 上海市静安区洛川中路701号
5号楼108室
(72)发明人 裘水根 孙林 姜小强 翁晨刚
罗鑫 黄炜焱 徐佳乐 张峥
方华 蔡异冰
(74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务
所(普通合伙) 31237
代理人 曹廷廷
(51)Int.Cl.
E21D 11/04(2006.01)
E21D 11/08(2006.01)
E21D 11/10(2006.01)
E21D 11/40(2006.01)E21D 11/38(2006.01)
(54)发明名称一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法(57)摘要本发明提供了一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法。所述装置包括顶升设备和两块以上的垂直顶升分载梁；垂直顶升分载梁包括下弦弧板和第一轨枕板，下弦弧板与隧道内壁贴合，第一轨枕板与台车轨道的轨枕板在同一高度，两块以上的垂直顶升分载梁的圆弧形的端面依次连接组成底座机构，底座机构的径向宽度大于一环。垂直顶升分载梁可以与台车的轨枕板同时铺设，不用拉开台车再铺设垂直顶升分载梁，减小了盾构机的停机时间；两块以上的垂直顶升分载梁组成的底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片的宽度，可以把顶升设备所受的反力分散到多环隧道衬砌环管片上， 防止隧道出现沉降。权利要求书2页 说明书11页 附图12页CN 112177630 A 2021.01.05
C N 112177630
A
1.一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述装置包括顶升设备和两块以上的垂直顶升分载梁；
所述垂直顶升分载梁包括下弦弧板和第一轨枕板，所述下弦弧板的纵截面形状为圆弧形，所述圆弧形的弯曲程度与隧道内壁的弯曲程度相同，所述第一轨枕板沿平行于所述圆弧形的弦的方向设置在所述下弦弧板的开口位置；
当所述垂直顶升分载梁放置在隧道内时，所述下弦弧板与所述隧道内壁贴合，所述下弦弧板的最低位置与所述隧道内的最低位置重合，所述下弦弧板关于所述下弦弧板的最低位置对称；所述第一轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离等于盾构机的台车的第二轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离；所述两块以上的垂直顶升分载梁的圆弧形的端面依次连接组成底座机构，所述底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片的宽度，所述径向宽度的延长线与所述隧道轴线方向平行，所述顶升设备安装在所述底座机构上。
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述垂直顶升分载梁还包括上弦板、腹板、肋板和隔板；所述腹板的一端与所述上弦板连接，另一端与所述下弦弧板连接；所述上弦板与所述第一轨枕板相互垂直且位于同一平面；所述肋板与所述腹板连接，所述肋板用于加固所述腹板和所述上弦板；所述隔板的一端与所述第一轨枕板连接，另一端与所述下弦弧板连接。
3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述垂直顶升分载梁的径向宽度等于一环所述隧道衬砌环管片的宽度。
4.根据权利要求2所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述垂直顶升分载梁的块数为5块、7块或9块，多块所述垂直顶升分载梁依次焊接组成所述底座机构，所述顶升设备安装在中间位置的所述垂直顶升分载梁上；中间位置的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度大于位于两侧的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度。
5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述顶升设备包括四个主顶升千斤顶，四个所述主顶升千斤顶采用一个具有四个独立液压控制阀的同步液压泵站提供液压，并且四个所述主顶升千斤顶均设置行程仪，用于判断四个所述主顶升千斤顶是否同步顶进；四个所述主顶升千斤顶分别位于矩形的四个顶点位置。
6.根据权利要求5所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述顶升设备还包括四个铰接千斤顶、第一管节和第二管节，所述第一管节和所述第二管节之间采用活动承插口式连接，所述四个铰接千斤顶环绕所述活动承插口均匀设置在所述活动承插口的内侧；每个所述铰接千斤顶的一端与所述第一管节的内壁连接，另一端与所述第二管节的内壁连接。
7.根据权利要求6所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述顶升设备还包括止退机构，所述止退机构包括两个立柱、多根横档和两个止退插销，每个所述立柱上分别间隔设置多个所述横档，两个所述立柱上的横档的个数和高度相等；所述顶升设备包括多根标准管节和顶升架；四个所述主顶升千斤顶安装在所述顶升架内；两个所述立柱分别安装在所述顶升架的两侧，两个所述立柱之间的连线垂直隧道轴线方向；所述立柱的一端安装在所述垂直顶升分载梁上，另一端向隧道的顶部延伸；所述标准管节连接在所述第二管节的下方，每根所述标准管节和所述第二管节分别设置有两个止退槽，所述两个止退插
销分别从两个所述立柱上的两个所述横档之间的间隙插入至所述两个止退槽中以固定所述标准管节或所述第二管节。
8.根据权利要求1所述的一种盾构隧道垂直顶升的装置，其特征在于，所述顶升设备包括圆锥形预留闷盖，在所述预留闷盖上环绕所述预留闷盖的轴线对称设置多个冲水孔，每个所述冲水孔中设置有单向阀，单向阀的流通方向由隧道内指向隧道外，所述预留闷盖的轴线位置设置有用于安装激光笔的安装口。
9.一种盾构隧道垂直顶升的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、通过地面勘察和隧道内的土层粘度确定垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号和台车之间临时拆除连接板的目标连接板位置；
S2、盾构机推进到所述垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号时，安装预制的垂直顶升专用钢管片和隧道衬砌环管片组成的组合管片；
S3、当所述目标连接板与所述组合管片上下对齐时，所述盾构机停机保压，拆除所述目标连接板、送泥管路和排泥管路，并用临时管路分别接通拆除的所述送泥管路和所述排泥管路；
S4、对所述组合管片周边的土体进行注浆加固；
S5、在所述组合管片内安装权利要求1-8任一项所述的装置；
S6、利用所述装置进行垂直顶升。
10.根据权利要求9所述的一种盾构隧道垂直顶升的方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
在所述组合管片内安装垂直顶升分载梁；
在所述垂直顶升分载梁上焊接楔形钢板和调平钢板，所述楔形钢板位于所述调平钢板和所述垂直顶升分载梁之间，所述调平钢板与水平面平行；
在所述调平钢板上安装顶升设备；
所述步骤S6具体包括：
利用预留闷盖内的冲水孔对所述垂直顶升专用钢管片上方的土体冲水，以减小所述顶升设备所受的压力；其中，在垂直顶升过程中，当所述预留闷盖进入土体的深度小于或等于5米时，采用主顶进千斤顶和铅垂线调节垂直顶升的垂直度；当所述预留闷盖进入土体的深度大于5米时，采用铰接千斤顶和激光笔调节垂直顶升的垂直度。
一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及盾构工程施工技术领域，特别涉及一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法。
背景技术
[0002]随着城市基础设施建设技术的飞速发展，越来越多的管线通过地下隧道进行铺设。小直径盾构法作为对地面影响较小，受环境限制较小的施工工艺被越来越广泛地运用，常用来穿越江海等天堑。小直径盾构法的施工对象是隧道内径≤4m的隧道。
[0003]长度≥4km的超长距离盾构隧道设置有多个测量点，测量传递误差大，在盾构进洞前必须经过专项进洞测量以达到隧道贯通的目的。垂直顶升是直接从隧道里面打出一个出地面的孔，通过该孔可以方便对隧道内坐标进行观测，是一种有效的超长距离盾构隧道进洞测量措施。盾构进洞测量要求垂直顶升垂直度达到可以使铅垂线无障碍悬挂至隧道内，使隧道内坐标可以在地面被直接观测。
[0004]垂直顶升目前在大直径长距离盾构中已有应用，通常是在隧道内放置钢箱梁，然后在钢箱梁上安装顶升设备，但是在顶升过程具有垂直度难以控制和重复顶升的通病。而在小直径盾构中，垂直顶升施工难度更高。超长距离小直径盾构隧道尚缺乏单次掘进超过4km的工程实例。超长距离小直径盾构隧道具有隧道承载力较小，垂直顶升设备布置更难，台车超长等特点。所以超长距离小直径盾构隧道垂直顶升还有以下难题未解决：
[0005]1、盾构隧道由钢筋混凝土衬砌管片(简称管片)拼装而成，外侧土体压力(向心力)由每环管片承受，管片之间采用螺栓连接，隧道实为柔性结构。在垂直顶升过程中，隧道内受到局部较大反力时，大直径隧道由于其底部覆土面积大，隧道强度高，受到影响小；而小直径隧道其底部覆土面积小，隧道沉降大，隧道永久结构将受到不利影响，盾构隧道实际隧道坡度和隧道旋转控制难度较高，增加了垂直顶升的垂直度控制难度。
[0006]2、超长距离小直径隧道专用盾构机的台车较长，达到150～200m，若考虑在台车后垂直顶升，则在垂直顶升点位和进洞工作井之间已经损失了150～200m的纠偏空间，不利于盾构进洞纠偏；若在台车之间采用台车临时断开并拉开的方式腾出空间再进行垂直顶升，盾构机完全停机风险大，且台车在隧道内临时拉开后重新连接的难度高。若垂直顶升第一次失败，将带来第二次停机风险。
发明内容
[0007]本发明提供了一种盾构隧道垂直顶升的装置及方法，以解决盾构隧道在垂直顶升时隧道出现沉降、垂直度难控制或台车要拉开的技术问题。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供了一种盾构隧道垂直顶升的装置，所述装置包括顶升设备和两块以上的垂直顶升分载梁；
[0009]所述垂直顶升分载梁包括下弦弧板和第一轨枕板，所述下弦弧板的纵截面形状为圆弧形，所述圆弧形的弯曲程度与隧道内壁的弯曲程度相同，所述第一轨枕板沿平行于所
述圆弧形的弦的方向设置在所述下弦弧板的开口位置；
[0010]当所述垂直顶升分载梁放置在隧道内时，所述下弦弧板与所述隧道内壁贴合，所述下弦弧板的最低位置与所述隧道内的最低位置重合，所述下弦弧板关于所述下弦弧板的最低位置对称；所述第一轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离等于盾构机的台车的第二轨枕板与所述下弦弧板的最低位置之间的距离；所述两块以上的垂直顶升分载梁的圆弧形的端面依次连接组成底座机构，所述底座机构的径向宽度大于一环隧道衬砌环管片的宽度，所述径向宽度的延长线与所述隧道轴线方向平行，所述顶升设备安装在所述底座机构上。
[0011]可选的，所述垂直顶升分载梁还包括上弦板、腹板、肋板和隔板；所述腹板的一端与所述上弦板连接，另一端与所述下弦弧板连接；所述上弦板与所述第一轨枕板相互垂直且位于同一平面；所述肋板与所述腹板连接，所述肋板用于加固所述腹板和所述上弦板；所述隔板的一端与所述第一轨枕板连接，另一端与所述下弦弧板连接。
[0012]可选的，所述垂直顶升分载梁的径向宽度等于一环所述隧道衬砌环管片的宽度。[0013]可选的，所述垂直顶升分载梁的块数为5块、7块或9块，多块所述垂直顶升分载梁依次焊接组成所述底座机构，
所述顶升设备安装在中间位置的所述垂直顶升分载梁上；中间位置的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度大于位于两侧的所述垂直顶升分载梁的肋板的密集程度。
[0014]可选的，所述顶升设备包括四个主顶升千斤顶，四个所述主顶升千斤顶采用一个具有四个独立液压控制阀的同步液压泵站提供液压，并且四个所述主顶升千斤顶均设置行程仪，用于判断四个所述主顶升千斤顶是否同步顶进；四个所述主顶升千斤顶分别位于矩形的四个顶点位置。
[0015]可选的，所述顶升设备还包括四个铰接千斤顶、第一管节和第二管节，所述第一管节和所述第二管节之间采用活动承插口式连接，所述四个铰接千斤顶环绕所述活动承插口均匀设置在所述活动承插口的内侧；每个所述铰接千斤顶的一端与所述第一管节的内壁连接，另一端与所述第二管节的内壁连接。
[0016]可选的，所述顶升设备还包括止退机构，所述止退机构包括两个立柱、多根横档和两个止退插销，每个所述立柱上分别间隔设置多个所述横档，两个所述立柱上的横档的个数和高度相等；所述顶升设备包括多根标准管节和顶升架；四个所述主顶升千斤顶安装在所述顶升架内；两个所述立柱分别安装在所述顶升架的两侧，两个所述立柱之间的连线垂直隧道轴线方向；所述立柱的一端安装在所述垂直顶升分载梁上，另一端向隧道的顶部延伸；所述标准管节连接在所述第二管节的下方，每根所述标准管节和所述第二管节分别设置有两个止退槽，所述两个止退插销分别从两个所述立柱上的两个所述横档之间的间隙插入至所述两个止退槽中以固定所述标准管节或所述第二管节。
[0017]可选的，所述顶升设备包括圆锥形预留闷盖，在所述预留闷盖上环绕所述预留闷盖的轴线对称设置多个冲水孔，每个所述冲水孔中设置有单向阀，单向阀的流通方向由隧道内指向隧道外，所述预留闷盖的轴线位置设置有用于安装激光笔的安装口。
[0018]本发明还提供了一种盾构隧道垂直顶升的方法，所述方法包括以下步骤：[0019]S1、通过地面勘察和隧道内的土层粘度确定垂直顶升对应的隧道衬砌环管片环号和台车之间临时拆除连接板的目标连接板位置；
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