[发明专利]一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法

权利要求书

1.一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步、沿盾构路线进行地层调查：

(1)在隧道轴线两侧距轴线3-4m处各布置一排勘探孔，相邻勘探孔的间隔40-50m，勘探孔深度为隧道底以下2倍隧道直径；

(2)基于勘探孔通过地质勘探进行土层划分，并确定土层厚度；

(3)通过标准贯入试验得到勘探范围内土体的实测标贯击数N；

(4)在每层土中进行取样，通过密度试验获得该层土的重度γ，通过三轴压缩试验获得该层土的摩擦角；

第二步、在盾构机上安装帽檐装置：

帽檐装置包括固定基座、液压油缸、连接杆、帽檐，其中：固定基座的一侧固定在盾构机壳体正上方的内侧；液压油缸的后端与固定基座固定连接；连接杆的下端与液压油缸的前端固定连接，连接杆上端与帽檐固定连接；

在盾构机上安装帽檐装置具体步骤为：

(1)在盾构机壳体的内侧安装固定基座；

(2)将液压油缸与固定基座固定连接；

(3)将连接杆与液压油缸固定连接；

(4)将帽檐与连接杆固定连接；

第三步、应用帽檐装置于盾构施工：

(1)当盾构机开挖至某段地层时，首先判断该地层是否属于冒顶地层：盾构开挖范围内上软下硬地层属于冒顶地层，其他地层属于非冒顶地层；

(2)在非冒顶地层中、且盾构轴线控制仪显示盾构向上偏移不超过50mm时，利用液压油缸将帽檐装置收缩到刀盘面内；

(3)在冒顶地层中，或盾构轴线控制仪显示盾构向上偏移超过50mm时，利用液压油缸将帽檐装置伸出，起到防止冒顶的作用；

第三步的(3)中，所述帽檐装置的伸长量按照以下公式计算：

式中：

L是帽檐装置的伸长量，单位m；

F是盾构作用于刀盘面的顶推力，单位kN；

γ是上覆土层的重度，单位kN/m³；

h是上覆土层的总厚度，单位m；

是上覆土层每层的摩擦角，单位度；

是指各层土的加权平均值。

2.根据权利要求1所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，第一步的(3)中：

如果实测标贯击数N≤30，划分为软土；

如果实测标贯击数N>30，划分为硬土。

3.根据权利要求1所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，第一步的(4)中，所述密度试验是指测定单位体积v₀的土样质量m，计算得到密度ρ：

ρ＝m/v₀

再将密度ρ乘以重力加速度，得到重度γ。

4.根据权利要求1所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，第一步的(4)中，所述三轴压缩试验，是使用三轴试验仪对土样进行三个轴向的压缩试验，通过确定破坏状态时的大主应力σ₁和小主应力σ₃来间接得到摩擦角：

以为横坐标，以为纵坐标绘出直线，直线的倾角即为摩擦角

5.根据权利要求4所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，所述三轴压缩试验按试验固结、排水情况，分为不固结不排水、固结不排水、固结排水三种条件。

6.根据权利要求1所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，第二步中，所述固定基座的一侧与所述盾构机壳体正上方的内侧焊接；

所述固定基座的前端设有螺栓孔，所述固定基座的前端还设有法兰盘和法兰垫，固定基座与法兰垫与法兰盘通过螺栓栓接；

所述固定基座为整块钢块，或者由钢板组成的盒状刚体。

7.根据权利要求1或6任一项所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，第二步中，所述液压油缸的后端与固定基座通过法兰垫、法兰盘固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，第二步中，所述连接杆是长方体钢杆；

所述连接杆的上端穿出盾构机壳体并设有螺栓孔，所述连接杆的下端与液压油缸的前端通过法兰盘、法兰垫固定连接；

所述连接杆的轴线与液压油缸的轴线垂直。

9.根据权利要求1所述的一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，其特征在于，第二步中，所述帽檐是一块钢板；

所述钢板弯曲成与盾构机壳体外径一致的60°圆弧钢板；

所述帽檐的前端加工成45°刃角、后端设有螺栓孔且该螺栓孔与所述连接杆上端的螺栓孔相吻合，所述帽檐通过螺栓与连接杆上端垂直栓接；

所述帽檐的弧面轴线与盾构机轴线平行。