[发明专利]一种储能式自适应隧道支撑端头

说明书

本发明公开了一种储能式自适应隧道支撑端头，包括设置在隧道管片支撑装置内的液压油储存筒；液压油储存筒包括多级环形储油筒，每个环形储油筒的顶部均设有凸字截面环形活塞，每个环形储油筒内通过油压，将压缩可恢复储能零件压缩于环形筒内，存储筒底盘内设有N条油道，每条油道分别自核心筒连通至每个环形储油筒，每条油道的位于核心筒底面的端口处均设有油道阀门；核心筒顶盖的上面设有N个高度依次减小的液压触发开关，在支撑端头受荷载前通过预加外力，使端头内存储能量，根据所受外部荷载的程度逐级释放能量支撑管片，限制管片变形，甚至恢复径缩位移，以达到控制隧道不变形的目的。

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道管片内支撑装置，尤其涉及一种应用于盾构隧道内撑的自适应端头。

背景技术

在城市地下空间开发过程中，隧道占有主要比例，由于盾构法隧道是由若干管片拼装成环、由大量环拼装成整条隧道，大量的接头降低了隧道的整体性。在外部应力作用下，盾构隧道易产生径向变形，导致接头渗漏水引起隧道周围土体应力场的改变，继而造成隧道产生更大的径向变形，接头进一步展开将引起砂土的流失。若隧道变形初期未得到有效控制，变形进一步增大时，将引起接头处混凝土的压碎及接头螺栓的拉断，严重情况下将引发类似上海地铁四号线、南京地铁二号线的隧道连续坍塌的事故。国内外已发生多起严重的盾构隧道坍塌的事故。隧道快速支撑技术，作为快速抢险的手段之一，需在考虑综合效益确保安全的前提下主要考虑快速高效，方便智能，与快速抢险的其它技术目标得到合理的平衡,以期取得最佳的综合经济效益。现在常用的隧道支撑技术存在着操作不方便、占用工期长、一次性使用投资大、综合效益差的缺点。目前尚没有智能、快速、高效的隧道支撑方法在隧道变形初期控制隧道变形，防止变形进一步恶化造成严重事故。提出一种智能化的新型隧道支撑技术对盾构隧道的安全性控制具有重要意义。

盾构隧道施工过程中，现有隧道支撑主要是台车、钢撑、液压千斤顶等常用支撑技术，以上技术在隧道支撑过程中需有隧道变形监测设备监测隧道变形超过界限值，由人工确定支撑主要方向，属于人工开启主动支撑的方式。人工控制启动过程中时间成本较高，精确度较差，不利于快速抢险。

隧道管片施工完成后，导致隧道变形的根本原因是管片内力的平衡状态被打破，支撑的目的是保证管片在允许变形之内不被压碎的前提下达到一个新的内力平衡状态。现有的台车支撑形式为刚度固定的撑杆预先被放置于指定位置，被动预防隧道变形。隧道在外力作用下有变形趋势时，瞬时能量较大，预先架设的刚性撑杆来不及适应较大的弹性变形。需要刚性支撑发挥后续变形能力。直杆不充分利用其有效刚度，支撑的有效反力不能充分利用。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种储能式自适应隧道支撑端头，由多级预压弹簧储存能量，考虑能量守恒，提前储存变形来代替管片变形，支撑端头随着隧道变形外力的增加，保证端头在大变形下始终贴合。支撑过程中端头随着隧道变形的增加刚度持续增大，端头内第一级弹簧刚度K小，保证柔性支撑，可以抵抗大变形，保证端头与管片一直贴合，结构形式对于制成性能的需求。支撑外力定向施加，助力逐渐减小，缓冲过程降低管片损坏概率，属于触发释放端头变形能力。储存能量根据弹簧压缩长度而定。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种储能式自适应隧道支撑端头，包括设置在隧道管片支撑装置内的液压油储存筒；所述液压油储存筒包括核心筒、核心筒顶盖和储存筒底盘；所述核心筒的外围自内而外的设置有N个套筒，从而在核心筒外形成了N个环形储油筒，每个环形储油筒的顶部均设有凸字截面环形活塞，每个环形储油筒内设有一个弹簧；所述存储筒底盘内设有N条油道，每条油道分别自核心筒连通至每个环形储油筒，每条油道的位于核心筒底面的端口处均设有油道阀门；所述核心筒顶盖的上面设有N个高度依次减小的凸起。

进一步讲，本发明所述的储能式自适应隧道支撑端头，其中，N＝3。