[發(fā)明專利]一種儲(chǔ)能式自適應(yīng)隧道支撐端頭

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010197893.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN111287766A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?zhí)炱?/a>;王瑞坤;鄭剛;佟婧博;范奇;孫基斌;張曉凱;邱惠敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D11/08
• 分類號(hào): E21D11/08;E21D11/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種儲(chǔ)能式自適應(yīng)隧道支撐端頭，包括設(shè)置在隧道管片支撐裝置內(nèi)的液壓油儲(chǔ)存筒；液壓油儲(chǔ)存筒包括多級(jí)環(huán)形儲(chǔ)油筒，每個(gè)環(huán)形儲(chǔ)油筒的頂部均設(shè)有凸字截面環(huán)形活塞，每個(gè)環(huán)形儲(chǔ)油筒內(nèi)通過油壓，將壓縮可恢復(fù)儲(chǔ)能零件壓縮于環(huán)形筒內(nèi)，存儲(chǔ)筒底盤內(nèi)設(shè)有N條油道，每條油道分別自核心筒連通至每個(gè)環(huán)形儲(chǔ)油筒，每條油道的位于核心筒底面的端口處均設(shè)有油道閥門；核心筒頂蓋的上面設(shè)有N個(gè)高度依次減小的液壓觸發(fā)開關(guān)，在支撐端頭受荷載前通過預(yù)加外力，使端頭內(nèi)存儲(chǔ)能量，根據(jù)所受外部荷載的程度逐級(jí)釋放能量支撐管片，限制管片變形，甚至恢復(fù)徑縮位移，以達(dá)到控制隧道不變形的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)隧道管片內(nèi)支撐裝置，尤其涉及一種應(yīng)用于盾構(gòu)隧道內(nèi)撐的自適應(yīng)端頭。

背景技術(shù)

在城市地下空間開發(fā)過程中，隧道占有主要比例，由于盾構(gòu)法隧道是由若干管片拼裝成環(huán)、由大量環(huán)拼裝成整條隧道，大量的接頭降低了隧道的整體性。在外部應(yīng)力作用下，盾構(gòu)隧道易產(chǎn)生徑向變形，導(dǎo)致接頭滲漏水引起隧道周圍土體應(yīng)力場的改變，繼而造成隧道產(chǎn)生更大的徑向變形，接頭進(jìn)一步展開將引起砂土的流失。若隧道變形初期未得到有效控制，變形進(jìn)一步增大時(shí)，將引起接頭處混凝土的壓碎及接頭螺栓的拉斷，嚴(yán)重情況下將引發(fā)類似上海地鐵四號(hào)線、南京地鐵二號(hào)線的隧道連續(xù)坍塌的事故。國內(nèi)外已發(fā)生多起嚴(yán)重的盾構(gòu)隧道坍塌的事故。隧道快速支撐技術(shù)，作為快速搶險(xiǎn)的手段之一，需在考慮綜合效益確保安全的前提下主要考慮快速高效，方便智能，與快速搶險(xiǎn)的其它技術(shù)目標(biāo)得到合理的平衡,以期取得最佳的綜合經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)在常用的隧道支撐技術(shù)存在著操作不方便、占用工期長、一次性使用投資大、綜合效益差的缺點(diǎn)。目前尚沒有智能、快速、高效的隧道支撐方法在隧道變形初期控制隧道變形，防止變形進(jìn)一步惡化造成嚴(yán)重事故。提出一種智能化的新型隧道支撐技術(shù)對(duì)盾構(gòu)隧道的安全性控制具有重要意義。

盾構(gòu)隧道施工過程中，現(xiàn)有隧道支撐主要是臺(tái)車、鋼撐、液壓千斤頂?shù)瘸Ｓ弥渭夹g(shù)，以上技術(shù)在隧道支撐過程中需有隧道變形監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測隧道變形超過界限值，由人工確定支撐主要方向，屬于人工開啟主動(dòng)支撐的方式。人工控制啟動(dòng)過程中時(shí)間成本較高，精確度較差，不利于快速搶險(xiǎn)。

隧道管片施工完成后，導(dǎo)致隧道變形的根本原因是管片內(nèi)力的平衡狀態(tài)被打破，支撐的目的是保證管片在允許變形之內(nèi)不被壓碎的前提下達(dá)到一個(gè)新的內(nèi)力平衡狀態(tài)。現(xiàn)有的臺(tái)車支撐形式為剛度固定的撐桿預(yù)先被放置于指定位置，被動(dòng)預(yù)防隧道變形。隧道在外力作用下有變形趨勢時(shí)，瞬時(shí)能量較大，預(yù)先架設(shè)的剛性撐桿來不及適應(yīng)較大的彈性變形。需要?jiǎng)傂灾伟l(fā)揮后續(xù)變形能力。直桿不充分利用其有效剛度，支撐的有效反力不能充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出一種儲(chǔ)能式自適應(yīng)隧道支撐端頭，由多級(jí)預(yù)壓彈簧儲(chǔ)存能量，考慮能量守恒，提前儲(chǔ)存變形來代替管片變形，支撐端頭隨著隧道變形外力的增加，保證端頭在大變形下始終貼合。支撐過程中端頭隨著隧道變形的增加剛度持續(xù)增大，端頭內(nèi)第一級(jí)彈簧剛度K小，保證柔性支撐，可以抵抗大變形，保證端頭與管片一直貼合，結(jié)構(gòu)形式對(duì)于制成性能的需求。支撐外力定向施加，助力逐漸減小，緩沖過程降低管片損壞概率，屬于觸發(fā)釋放端頭變形能力。儲(chǔ)存能量根據(jù)彈簧壓縮長度而定。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種儲(chǔ)能式自適應(yīng)隧道支撐端頭，包括設(shè)置在隧道管片支撐裝置內(nèi)的液壓油儲(chǔ)存筒；所述液壓油儲(chǔ)存筒包括核心筒、核心筒頂蓋和儲(chǔ)存筒底盤；所述核心筒的外圍自內(nèi)而外的設(shè)置有N個(gè)套筒，從而在核心筒外形成了N個(gè)環(huán)形儲(chǔ)油筒，每個(gè)環(huán)形儲(chǔ)油筒的頂部均設(shè)有凸字截面環(huán)形活塞，每個(gè)環(huán)形儲(chǔ)油筒內(nèi)設(shè)有一個(gè)彈簧；所述存儲(chǔ)筒底盤內(nèi)設(shè)有N條油道，每條油道分別自核心筒連通至每個(gè)環(huán)形儲(chǔ)油筒，每條油道的位于核心筒底面的端口處均設(shè)有油道閥門；所述核心筒頂蓋的上面設(shè)有N個(gè)高度依次減小的凸起。

進(jìn)一步講，本發(fā)明所述的儲(chǔ)能式自適應(yīng)隧道支撐端頭，其中，N＝3。