盾構在上軟下硬地層中急曲線施工的軸線控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種盾構隧道工程施工技術領域的軸線控制技術，具體地，涉及一種盾構在上軟下硬地層中急曲線施工的軸線控制方法。
【背景技術】
[0002]盾構工法有著掘進速度快、施工影響小、勞動強度低的特點，是大中型隧道的主要施工方式。該工法中，盾構機體是一個直線形圓筒狀剛體，盾構機身的直線很難與急曲線的切線方向完全吻合，進而帶來超挖、土體擾動范圍加大、地面沉降加大等問題，特別對于上軟下硬地層，軟硬土層切削難易度不同，地面沉降變形控制難度更大，所以，盾構機在上軟下硬地層中急曲線施工的軸線控制是盾構施工中的難點之一。
[0003]經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利號為200810226716.8，專利公開號為101737058A，專利名稱:小半徑盾構隧道施工技術，該發明利用超挖刀、鉸接裝置;管片選型和拼裝;盾構姿態實時控制與調整；以及同步注漿及二次補充注漿的運用來實現小半徑盾構隧道的施工控制，但是該發明是利用超挖為代價并需及時注漿填充超挖孔隙和進行二次注漿來進行軸線控制。然而，如果超挖量過大、同步注漿不及時或者二次注漿不充分將會大大增加地面沉降。而且該發明只適用于簡單地層條件下，沒有考慮在復雜地質條件下，特別是對于盾構穿越上軟下硬地層和小半徑急曲線工程的條件。利用該發明專利的方法不能很好解決在上軟下硬地層中急曲線周圍的地面沉降且難以保證軸線施工質量。所以，現有技術在上軟下硬地層中急曲線施工過程中存在軸線控制不理想、超挖量大和地面沉降大的缺點。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的不足和缺陷，本發明的目的是提出一種盾構在上軟下硬地層中急曲線施工的軸線控制方法，該方法改變了現有技術在急曲線施工中盾構機發生偏轉以后再進行糾偏的被動糾偏方式，而是采用了一種盾構改裝，即在盾構殼體上加裝帽檐裝置的主動糾偏方式，可以有效減少液壓千斤頂各區域的推力比例，使得各區域推力更加協調，大幅度減少管片的側向分力，確保盾構在上軟下硬地層中急曲線施工的連續糾偏，從而減少超挖量，確保軸線控制質量。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0006]—種盾構在上軟下硬地層中急曲線施工的軸線控制方法，包括如下步驟:
[0007]第一步、沿盾構路線進行地層調查:
[0008]在隧道軸線兩側各布置一排勘探孔；
[0009]通過標準貫入試驗得到勘探范圍內土體的實測標貫擊數N，如果實測標貫擊數NS30，劃分為軟土，如果實測標貫擊數N>30，劃分為硬土 ；
[0010]第二步、在盾構機上安裝帽檐裝置，所述帽檐裝置包括至少兩套固定單元、轉動單元、至少三套同步伸縮單元和帽檐，在盾構機殼體的內側安裝固定單元;將轉動單元與固定單元活動連接，使得轉動單元能繞盾構機的軸線實現360度旋轉;將同步伸縮單元的后端與轉動單元的前端固定連接;將每套同步伸縮單元的前端與帽檐的后端固定連接;帽檐沿著固定單元在轉動單元的帶動下在盾構內部旋轉到任意位置，并通過帽檐推出長度的多少來連續不斷調節轉彎糾偏；
[0011 ]第三步、應用帽檐裝置控制盾構及在上軟下硬地層中急曲線施工:
[0012](I)、在急曲線施工中，利用第一步獲得上軟下硬地層分布，然后根據上軟下硬地層分布來確定第二步設計的帽檐裝置中帽檐的伸長量；
[0013](2)、帽檐裝置中帽檐的伸出方向根據具體的施工工況:
[0014]盾構急曲線調整:當盾構在急曲線施工時，需要向左急轉彎時，將帽檐裝置旋轉到盾構機體左側并推出帽檐；當盾構機向右轉彎時，將帽檐裝置旋轉到盾構機體右側并推出帽檐；
[0015]盾構平面糾偏:當盾構軸線出現左偏現象時，將帽檐裝置旋轉到盾構機體右側并推出帽檐;當盾構軸線出現偏右偏現象時，將帽檐裝置旋轉到盾構機體左側并推出帽檐；
[0016]盾構垂直糾偏:當盾構軸線出現抬頭現象時，將帽檐裝置旋轉到盾構機體下側并推出帽檐;當盾構軸線出現低頭現象時，將帽檐裝置旋轉到盾構機體上側并推出帽檐。
[0017]優選地，第一步中，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以下2倍隧道直徑。
[0018]優選地，第二步中，所述固定單元平行設置且相鄰兩個所述固定單元之間有一間距;所述同步伸縮單元相互平行設置且相鄰間距相等。所述間距可以是300-500mm。
[0019]更優選的，所述固定單元包括支座底板、支座豎板和鋼軌道，其中:所述支座底板的一面與盾構機殼體的內側固定連接;所述支座豎板的一端焊接在所述支座底板的另一面上、另一端與所述鋼軌道的內側固定連接。
[0020]更優選地，所述支座底板兩側設有螺栓孔，螺栓通過螺栓孔實現支座底板與盾構機殼體的固定連接;多塊所述支座底板首尾焊接相連呈環狀，且該環狀的圓心位于盾構機的軸線上。所述支座底板可以采用厚度10-12_的鋼板。
[0021]更優選的，多塊所述支座豎板首尾焊接相連呈環狀，且該環的圓心與多塊所述支座底板形成的環的圓心重合。所述支座豎板可以采用厚度10-12mm的鋼板。
[0022]更優選地，所述鋼軌道的橫截面為矩形，多塊所述鋼軌道首尾焊接相連呈環狀，且該環狀的圓心與多塊所述支座底板形成的環狀的圓心重合。
[0023]優選地，所述轉動單元包括底盤、導向架、主輪、側輪、底輪和制動夾，其中:所述導向架、所述底輪、所述制動夾均安裝在所述底盤上;所述主輪和所述側輪均安裝在所述導向架上，且所述主輪設置于所述鋼軌道的內側，所述側輪設置于所述鋼軌道的左、右兩側，所述底輪設置于所述鋼軌道的外側，所述制動夾設置于所述鋼軌道的垂直轉角處;通過控制所述制動夾與所述鋼軌道的接觸與否來控制所述轉動單元的轉動。
[0024]更優選地，所述同步伸縮單元包括液壓油缸、法蘭盤和法蘭墊，其中:所述液壓油缸的后端與所述轉動單元固定連接，所述液壓油缸的前端與所述帽檐連接，并在所述液壓油缸與所述帽檐的連接部位設置所述法蘭盤和所述法蘭墊。
[0025]更優選地，所述帽檐由帽檐鋼板和帽檐固定底板組成，其中:所述帽檐固定底板上設置有螺栓孔，螺栓穿過所述螺栓孔和所述法蘭盤上的螺栓孔實現所述同步伸縮單元與所述帽檐的連接固定;所述帽檐鋼板與所述帽檐固定底板焊接在一起，且所述帽檐鋼板與所述帽檐固定底板垂直焊接連接。
[0026]更優選地，所述帽檐鋼板彎曲成與盾構刀盤外徑一致的圓弧;所述帽檐鋼板的前端為一刃角、后端與所述帽檐固定底板固定連接。較好的，所述圓弧為60°的圓弧;所述刃角為45°的刃角。
[0027]本發明的工作原理為:
[0028]所述帽檐裝置未被使用時，所述帽檐裝置利用所述伸縮單元收縮到盾構內。當盾構需要轉彎時，所述帽檐裝置能夠沿著所述固定單元在所述轉動單元的帶動下在盾構內部360°旋轉到任意位置。當旋轉到理想位置時，把所述帽檐推到盾構機體外，推出長度的多少根據上軟下硬地層分布情況確定。盾構在掘進過程中，由于所述帽檐的阻擋作用，土體會對所述帽檐產生作用力，從而使盾構兩側推力的差距加大，轉彎更加迅速。所述帽檐推出長度越大，相互作用越大，兩側推力差越大，盾構轉彎的弧度越大。因此當在上軟下硬地層中急曲線施工時，盾構需要進行連續不斷的向一側轉彎糾偏，而帽檐裝置方向也在該側推出，并通過帽檐推出長度的多少來連續不斷調節轉彎糾偏。
[0029]與現有技術和其他相關專利相比，本發明具有如下的優點:
[0030]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上軟下硬地層中急曲線軸線控制質量不高、糾偏不及時、超挖量過大導致地面沉降大等缺點和不足。所述帽檐裝置不僅只是在隧道軸線是急曲線的情況下能夠使用，對于盾構掘進過程中隧道軸線出現偏差，需進行糾偏的情況下，也能夠使用。本裝置將