[发明专利]新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置及操作方法

说明书

技术领域

本发明属于盾构隧道施工领域，涉及隧道联络通道或体外水泵房等侧向或底部开口工程施工，尤其是在此工况下隧道管片变形控制与隧道淹没防护技术。

背景技术

在公路及铁路隧道建设时，考虑到隧道排水、防灾逃生等因素，通常需设置水泵房或联络通道等辅助设施，图1、2为上海某隧道联络通道及水泵房共建结构的示意图。对于盾构隧道而言，修建联络通道或水泵房就需要在主体隧道修建完毕后，打开隧道侧向或底部已经拼装好的衬砌管片(通常开口处附近采用钢管片拼装)，进行开口施工。在透水性强、自稳能力差的松散砂土或饱和软粘土地层中，开口工程一般采用基于土体加固的矿山法暗挖施工，常用的土体加固方法包括：注浆法、高压旋喷法、深层搅拌法、冻结法等。

隧道开口施工主要存在主体隧道管片变形较大及加固失效开口部涌水涌沙两个方面的风险。

对于开口处的主体隧道结构，开口后，其环向整体刚度明显下降，隧道管片环向变形加大，此外，开口处所受荷载由对称分布转变为非对称分布，将引起局部隧道纵向变形加大。对于采用冻结法加固的联络通道施工，冻涨力的存在也将造成结构主体隧道衬砌管片的变形。为了控制管片变形、稳固隧道结构、确保隧道安全，有必要在隧道内部开口处附近设置辅助的支撑体系，目前常用如图3、4所示的预应力支架体系。该体系主要包括相邻开口处布置的几榀平面的预应力支架1及纵向连接钢梁2两大部分。平面预应力支架由平面环向钢架3与固定在平面环向钢架3上的千斤顶4、钢管5构成，通过垫片6支撑隧道管片7。纵向连接钢梁2拉接各榀预应力支架1，构成空间结构体系，以提高隧道整体刚度。该系统具有安全可靠、布置灵活、取材及安装方便、预应力可调、保留施工空间大不妨碍施工等优点。

另一方面，由于土体加固存在缺陷或开口施工时操作失误，可能导致大规模涌水、涌沙等险情的发生。通常在隧道开口处设置防淹门，一旦出现上述险情，紧急关闭防淹门，以阻止水、砂灌入主隧道。现有防淹门如图5、6所示。防淹门为全钢结构，包括门框8和盖板9两大部分。门框8通过连接钢板10与开口处的钢管片11焊接在一起，盖板9的一边通过折页12与门框8连接，其它三边有闭锁装置13，正常施工时候盖板9开启，如遇紧急情况可关闭盖板9，通过闭锁装置13确保盖板9和门框8牢固闭合。盖板9上还设有加压孔14，必要时还可通过加压孔14注入水或压缩空气重新建立压力平衡来控制险情的发展。从国内防淹门应用的实际情况来看，这种形式的防淹门构造简单，封水性强。

现有预应力支架体系与防淹门相互独立设置，防淹门仅焊接在开口处的钢管片11上，而预应力支架体系主要支撑在与钢管片11相邻一定范围内的钢筋混凝土管片上，加强了整体隧道纵向刚度而对钢管片11开口处局部的变形控制没有贡献，开口施工时，一旦发生较严重的涌水、涌沙，可能引起开口处钢管片11较大的变形，导致钢管片11与钢筋混凝土管片间的接缝、钢管片11与防淹门连接钢板10间的接缝张开形成渗水、漏砂通道，此时尽管盖板9与门框8已经闭合，也无力阻止主隧道内的涌水涌沙，防淹门失效，随着进入主隧道水、砂量的增加，预应力支架体系失效，隧道结构破坏。

此外，防淹门体系还存在其他一些的缺陷，如：防淹门自重较大，直接作用在钢管片11上将引起额外的管片变形；盖板9形大体重，难以迅速关闭；开启的盖板9占用较大隧道空间，影响施工作业。

发明内容

本发明针对现有预应力支架体系与防淹门体系的不足，旨在解决开口施工管片变形及隧道淹没防护两大关键问题，提供一种新型的盾构隧道开口施工管片变形控制与防淹装置。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种新型隧道开口施工管片变形控制与防淹装置，包括预应力支架、防淹门，是管片变形控制的预应力支架与防淹门连接合为一体的结构。

进一步，防淹门包括门框、滑动式盖板，门框与开口处钢管片连接，边缘设置若干连接孔，用于与滑动式盖板连接固定；滑动式盖板呈一面弧形，一面平板状的簸箕形，倒扣在左右两榀预应力支架的弧形钢导轨之上，滑动式盖板边缘有若干连接孔，用于与弧形钢导轨及门框连接固定。

开口处左右各一榀环预应力支架上各有一道弧形钢导轨，安置配合滑动式盖板，弧形钢导轨上设置若干连接孔，用于与滑动式盖板连接固定。

牵引装置包括绳缆、铁葫芦，铁葫芦固定在预应力支架上以控制滑动式盖板上下移动。