[发明专利]一种可调式的盾构隧道矢量支撑装置

说明书

本发明公开了可调式的盾构隧道矢量支撑装置，包括沿隧道纵向设置的中心轴，在中心轴与管片间沿中心轴轴向间隔设有的多组刚性撑杆，每组刚性撑杆均以中心轴为集聚点呈放射状布置；每个刚性撑杆均设有包括控制器及与其相连的角度调节器、力传感器、撑杆长度伸缩结构等位姿和长度控制部件；角度调节器用于调节刚性撑杆相对中心轴的转动及固定；力传感器设置在刚性撑杆与隧道管片之间以监控隧道受力情况，控制器根据力传感器实时监控的隧道受力情况通过撑杆长度伸缩结构控制刚性撑杆的长度及固定。刚性撑杆以隧道纵轴为中心可任意调整支撑方向，以便在隧道单一方向支撑不足时及时增加该方向撑杆数量,调整撑杆的长度，以达到限制隧道变形的目的。

技术领域

本发明涉及一种地下工程的支撑系统，更具体的说，是涉及盾构隧道施工过程中一种可调节的盾构隧道矢量支撑。

背景技术

随着城市功能分区的日益明显，轨道交通作为重要的基础工程建设得到进一步发展。在众多的隧道施工方法中，盾构隧道施工凭借速度快、扰动小、安全性高等特点已经成为国内地铁隧道施工采用的主要方法。但日益增多的地下建筑使得地下空间日趋紧张，越来越复杂的地层环境对盾构隧道的变形控制也提出了越来越严格的要求。

隧道支撑作为隧道变形控制的主要手段，应在保证施工安全的前提下尽量做到简化支撑结构，缩短工期，降低工程造价以期达到良好的综合效益。现行的隧道支撑设备多采用支撑台车，但不同的地层条件支撑台车上各支撑发挥的作用差距较大，且支撑台车结构复杂不利于施工。研究一种可以提高隧道支撑效率、简化支撑结构的支撑方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，针对目前盾构隧道支护灵活性差、结构复杂的缺陷，提供一种新的可自调节的隧道矢量支撑，可以根据管片不同的受力灵活调整支撑形式；由于实际地层条件复杂多变，因此该发明不仅有效的适应了土层条件的变化，提高了隧道横撑的支撑效率，同时引入了力传感器对横撑受力情况进行监测，提高了施工的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种可调式的盾构隧道矢量支撑装置，包括沿隧道纵向设置的中心轴，在所述中心轴与隧道的管片之间沿所述中心轴轴向间隔的设有多组刚性撑杆，每组刚性撑杆均以中心轴为集聚点呈放射状布置；每个刚性撑杆均设有位姿和长度控制部件，所述位姿和长度控制部件包括角度调节器、力传感器、撑杆长度伸缩结构和控制器，所述角度调节器、力传感器、撑杆长度伸缩结构均与所述控制器相连；所述角度调节器用于调节刚性撑杆相对所述中心轴的转动及固定；所述力传感器设置在刚性撑杆与隧道管片之间，以对隧道受力情况进行实时监控，所述控制器根据所述力传感器实时监控的隧道受力情况通过所述撑杆长度伸缩结构控制刚性撑杆的长度及固定。

进一步讲，本发明所述的可调式的盾构隧道矢量支撑装置，其中，所述刚性撑杆采用套筒的方式与所述中心轴连接，方便组装与拆卸，所述刚性撑杆在隧道内相对所述中心轴可方便的做360°转动，根据隧道工况利用角度调节器将刚性撑杆调节到指定位置并与所述中心轴固定。

通过角度调节器确定每组刚性撑杆在相对所述中心轴垂直平面内的布置，使得刚性撑杆的支撑方向与隧道管片受力方向一致，支撑结构简单，传力路径明确。

每组刚性撑杆在同一平面内构成一米字型内撑，以控制隧道整体变形，增加支撑稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在隧道纵向设置一根刚度较大的中心轴作为横撑(即刚性撑杆)的支撑点，代替了原本复杂的台车结构，有效的降低了施工难度，该中心轴可重复利用，节约了施工成本。

(2)本发明刚性撑杆的一端与中心轴连接，另一端与隧道管片连接，传力路径简单明确，传力路径为：土压力传递到隧道管片上，隧道管片将荷载通过刚性撑杆传递到中心轴上。