軸向的壓縮試驗，通過確定破壞狀態時的大主應力〇1和小主應力〇3來間接得到摩擦角與； 具體的：
[0073] W
為橫坐標，W
為縱坐標繪出直線，直線的傾角即為摩擦 角《3。
[0074] 本實施例中，分別對五個±層做固結不排水(CU)=軸壓縮試驗，并分別計算各± 層的摩擦角鷄;然后，將得到的摩擦角與的化n值加權平均得到；
[0075] 第二步、在盾構機上安裝帽檐裝置，具體的：
[0076] (I)在盾構機殼體的內側安裝固定基座；
[0077] (2)將液壓油缸與固定基座固定連接；
[0078] (3)將連接桿與液壓油缸固定連接；
[0079] (4)將帽檐與連接桿固定連接；
[0080] 其中；
[0081] 如圖1所示，帽檐裝置10固定在盾構機前端，包括:固定基座2、液壓油缸3、連接桿4 和帽檐5,其連接關系為:所述固定基座2的一側固定在盾構機殼體1正上方內側;所述液壓 油缸3的后端與所述固定基座2固定連接;所述連接桿4的下端與所述液壓油缸3的前端固定 連接，所述連接桿4上端與所述帽檐5固定連接(圖2)。
[0082] 作為一個實施方式，所述固定基座2的一側與所述盾構機殼體1正上方的內側焊 接，所述固定基座2的前端設有螺栓孔，螺栓孔的直徑為20mm，所述固定基座2與法蘭盤6、法 蘭墊7栓接。如圖3所示，具體的：
[0083] 所述固定基座2是一塊長300mm、寬300mm、高300mm的鋼塊，材料為Q235。所述固定 基座2與所述盾構機殼體1采用角焊縫焊接，焊縫高度8mm;
[0084] 所述法蘭盤6外徑220mm、公稱通徑100mm、厚度22mm，材質20#，使用4顆M18螺栓8- Io
[0085] 作為一個實施方式，所述液壓油缸3的后端通過法蘭盤6、法蘭墊7與所述固定基座 2固定連接。如圖3所示，具體的：
[0086] 所述液壓油缸由合金鋼制成，外直徑100mm。
[0087] 作為一個實施方式，所述連接桿4是長方體鋼桿;所述連接桿4的下端與液壓油缸3 通過法蘭盤6、法蘭墊7、螺栓8-2固定連接，其中螺栓8-2規格與螺栓8-1相同；所述連接桿4 的上端穿出盾構機殼體1并設有螺栓孔;所述連接桿4的軸線與所述液壓油缸3的軸線垂直。 如圖3與圖4所示，具體的:所述連接桿4長350mm，截面規格200mm X 50mm，螺栓孔內徑20mm。
[0088] 作為一個實施方式，所述帽檐5是一塊厚度為30mm、寬度為300mm、長度為盾構圓周 的六分之一的鋼板，鋼板彎曲成與盾構機殼體1外徑一致的60°圓弧鋼板，所述帽檐5鋼板的 前端加工成45°刃角、后端設有螺栓孔9且該螺栓孔9與所述連接桿4上設有的螺栓孔相吻 合;所述帽檐10通過螺栓8-3與所述連接桿4栓接;所述帽檐5與所述連接桿4垂直。如圖5所 示，具體的:所述螺栓孔9內徑20mm;所述螺栓8-3規格M18。
[0089] 第S步、應用帽檐裝置于盾構施工：
[0090] (1)當盾構機開挖至某段地層時，首先判斷該地層是否屬于冒頂地層;具體的，盾 構開挖范圍內上軟下硬地層屬于冒頂地層，其他地層屬于非冒頂地層。
[0091 ]本實施例中，上覆±層為軟±，下邸±層為硬±，屬于上軟下硬地層，因此屬于冒 頂地層。
[0092] (2)在非冒頂地層中，且盾構軸線控制儀顯示盾構向上偏移不超過50mm時，利用所 述液壓油缸3將所述帽檐裝置10收縮到刀盤11面內。
[0093] (3)在冒頂地層中，或盾構軸線控制儀顯示盾構向上偏移超過50mm時，利用所述液 壓油缸3將所述帽檐裝置10伸出，起到防止冒頂的作用。
[0094] 如圖2所示，所述帽檐裝置10的伸長量L按照W下公式計算：
[0096] 式中；
[0097] L是帽檐裝置的伸長量，單位m;
[0098] F是盾構作用于刀盤面的頂推力，單位kN;
[0099] 丫是上覆±層的重度，單位kN/m3;
[0100] h是上覆±層的總厚度，單位m;
[0101] 夢是上覆±層每層的摩擦角，單位度；
是指各層±
的加權平均值。
[0103]本實施例中，盾構所處地層屬于冒頂地層，因此應利用所述液壓油缸3將所述帽檐 裝置10伸出，所述帽檐裝置10的伸長量L計算如下：
[01化]所述施工方法的工作原理為：
[0106] 所述帽檐裝置10未被使用時，所述帽檐裝置10利用所述液壓油缸3收縮到刀盤11 面內；當盾構進入易冒頂地層時，所述帽檐裝置10能夠利用所述液壓油缸3伸出，伸出長度 根據地層情況確定;盾構在掘進過程中，由于所述帽檐5的阻擋作用，±體會對所述帽檐5產 生作用力，從而有效抵抗盾構機冒頂的趨勢;所述帽檐5伸出長度越大，相互作用越大，抵抗 盾構機冒頂的能力越強。因此當在易冒頂的地層施工時，所述帽檐裝置10伸出，并通過所述 帽檐5伸出長度的多少來防止冒頂，如圖6所示。
[0107] 本發明從盾構設備的改裝即設計帽檐裝置，克服了現有施工方法在復雜地質條件 下防止盾構機冒頂效果不佳、±體擾動大、地面變形大等缺點和不足。本裝置將使得防止盾 構在各種地質條件中冒頂變得更加工藝簡單，操作方便，提高了軸線控制質量，減少了±體 擾動和地面變形。
[0108] W上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述 特定實施方式，本領域技術人員可W在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，運并不影 響本發明的實質內容。
【主權項】
1. 一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，所述方法包括W下步驟： 第一步、沿盾構路線進行地層調查： (1) 在隧道軸線兩側距軸線3-4m處各布置一排勘探孔，相鄰勘探孔的間隔40-50m，勘探 孔深度為隧道底W下2倍隧道直徑； (2) 基于勘探孔通過地質勘探進行±層劃分，并確定±層厚度； (3) 通過標準貫入試驗得到勘探范圍內±體的實測標貫擊數N; (4) 在每層±中進行取樣，通過密度試驗獲得該層±的重度丫，通過=軸壓縮試驗獲得 該層±的摩擦角游； 第二步、在盾構機上安裝帽檐裝置： 帽檐裝置包括固定基座、液壓油缸、連接桿、帽檐，其中：固定基座的一側固定在盾構機 殼體正上方的內側;液壓油缸的后端與固定基座固定連接;連接桿的下端與液壓油缸的前 端固定連接，連接桿上端與帽檐固定連接； 在盾構機上安裝帽檐裝置具體步驟為： (1) 在盾構機殼體的內側安裝固定基座； (2) 將液壓油缸與固定基座固定連接； (3) 將連接桿與液壓油缸固定連接； (4) 將帽檐與連接桿固定連接； 第=步、應用帽檐裝置于盾構施工： (1) 當盾構機開挖至某段地層時，首先判斷該地層是否屬于冒頂地層:盾構開挖范圍內 上軟下硬地層屬于冒頂地層，其他地層屬于非冒頂地層； (2) 在非冒頂地層中、且盾構軸線控制儀顯示盾構向上偏移不超過50mm時，利用液壓油 缸將帽檐裝置收縮到刀盤面內； (3) 在冒頂地層中，或盾構軸線控制儀顯示盾構向上偏移超過50mm時，利用液壓油缸將 帽檐裝置伸出，起到防止冒頂的作用。2. 根據權利要求1所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，第一步 的(3)中： 如果實測標貫擊數N ^ 30，劃分為軟±; 如果實測標貫擊數N〉30，劃分為硬±。3. 根據權利要求1所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，第一步 的(4)中，所述密度試驗是指測定單位體積vo的±樣質量m，計算得到密度P: P=m/vo 再將密度P乘W重力加速度，得到重度丫。4. 根據權利要求1所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，第一步 的（4)中，所述=軸壓縮試驗，是使用=軸試驗儀對±樣進行=個軸向的壓縮試驗，通過確 定破壞狀態時的大主應力Ol和小主應力03來間接得到摩擦角餐 W為橫坐標，W為縱坐標繪出直線，直線的傾角即為摩擦角 嫁，5. 根據權利要求4所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，所述= 軸壓縮試驗按試驗固結、排水情況，分為不固結不排水、固結不排水、固結排水=種條件。6. 根據權利要求1所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，第二步 中，所述固定基座的一側與所述盾構機殼體正上方的內側焊接； 所述固定基座的前端設有螺栓孔，所述固定基座的前端還設有法蘭盤和法蘭墊，固定 基座與法蘭墊與法蘭盤通過螺栓栓接； 所述固定基座為整塊鋼塊，或者由鋼板組成的盒狀剛體。7. 根據權利要求1或6任一項所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在 于，第二步中，所述液壓油缸的后端與固定基座通過法蘭墊、法蘭盤固定連接。8. 根據權利要求1所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，第二步 中，所述連接桿是長方體鋼桿;所述連接桿的上端穿出盾構機殼體并設有螺栓孔，所述連接 桿的下端與液壓油缸的前端通過法蘭盤、法蘭墊固定連接； 所述連接桿的軸線與液壓油缸的軸線垂直。9. 根據權利要求1所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，第二步 中，所述帽檐是一塊鋼板;所述鋼板彎曲成與盾構機殼體外徑一致的60°圓弧鋼板;所述帽 檐的前端加工成45°刃角、后端設有螺栓孔且該螺栓孔與所述連接桿上端的螺栓孔相吻合， 所述帽檐通過螺栓與連接桿上端垂直栓接； 所述帽檐的弧面軸線與盾構機軸線平行。10. 根據權利要求1所述的一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，其特征在于，第= 步的(3)中，所述帽檐裝置的伸長量按照W下公式計算：式中： L是帽檐裝置的伸長量，單位m; F是盾構作用于刀盤面的頂推力，單位kN; 丫是上覆±層的重度，單位kN/m3; h是上覆±層的總厚度，單位m; #是上覆±層每層的摩擦角，單位度；是指各層±的加權平均值。
【專利摘要】本發明提供了一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，所述施工方法的步驟包括：第一步、沿盾構路線進行地層調查；第二步、在盾構機上安裝帽檐裝置；第三步、應用帽檐裝置于盾構施工。帽檐裝置未被使用時，帽檐裝置利用液壓油缸收縮到刀盤面內；當盾構進入冒頂地層時，帽檐裝置能夠利用液壓油缸伸出，伸出長度可根據地層情況確定，并通過帽檐伸出長度的多少來防止冒頂。采用本發明所述施工方法使得防止盾構在各種地質條件中冒頂變得更加工藝簡單，操作方便，提高了軸線控制質量，減少了土體擾動和地面變形。
【IPC分類】G01N9/36, E02D1/02, E21D9/08, G01N19/00
【公開號】CN105649640
【申請號】
【發明人】張偉森, 趙守憲, 王耀東, 吳大勇, 沈水龍, 劉曉雪, 吳懷娜, 劉元鵬, 張志坤, 周全, 葉華, 王志新, 榮浩然, 滕海波, 張桂彬
【申請人】中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司, 中鐵十六局集團有限公司, 上海交通大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年2月1日