城市盾构隧道气囊式管片及其作业方法技术

本公开提供一种城市盾构隧道气囊式管片及其作业方法，包括：盾构管片本体，呈弧形，其上设置有注浆孔和排气孔；弧形框架梁，通过可伸缩框架柱连接设置于所述盾构管片本体外；气囊单元，设置于所述弧形框架梁内的空间；以及排气管，一端设置于气囊单元内的顶部区域，另一端连接至所述排气孔。作业时，当盾构管片拼装成环后，关闭排气孔，通过注浆孔向气囊注入气体，使气囊膨胀并带动弧形框架梁向外移动，直至弧形框架梁达到施工高度及气囊达到预设压力后，停止充气；然后打开排气孔，同时通过注浆孔向气囊内注满浆液，从而使气囊内的气体通过排气管完全排出；最后关闭注浆孔及排气孔，完成城市盾构隧道气囊式管片的施工作业。

Air bag segment of urban shield tunnel and its operation method

【技术实现步骤摘要】
城市盾构隧道气囊式管片及其作业方法
本公开涉及盾构及配套构件
，尤其涉及一种城市盾构隧道气囊式管片及其作业方法。
技术介绍
随着我国城市化进程的不断加快，基础设施落后问题显现，城市交通运输矛盾日益突出。盾构隧道以其掘进速度快，自动化作业程度高，对环境影响小等优点，在拓宽城市空间、打造城市快速立体交通网络和改善城市交通环境方面发挥越来越大的作用。盾构管片是盾构施工的主要装配构件，在装配过程中，因盾构开挖直径大于盾构管片外径，故工程中大多以壁后注浆来辅助管片装配，而壁后注浆常存在跑浆与注浆压力无法控制而导致地层沉降过大等工程问题。盾构施工中，盾构机千斤顶需要作用在已安装衬砌环上来实现盾构机的推进与转向，因而衬砌环常囚承受极大的偏心压力而导致管片损伤较大，管片损伤对于管片防水及其承载能力有较大影响，由此带来的隧道涌水也是较为常见的工程问题，且承载能力降低会给隧道施工与运营带来极大的风险。传统的盾构管片存在以下问题：在工程中，由于壁后边界条件未知，可能存在跑浆问题，注浆压力与注浆量也难以控制，致使地层沉降较大，间隙无法被填充完全，进而影响管片整体防水性能，同时跑浆造成严重的环境问题；同步注浆对于浆体的强度和技术要求较高，浆体强度的高低和凝结时间的长短，可造成较大的地表变形；由于浆液的时效性，导致盾尾部分2-4环管片壁后无浆液形成悬臂结构，盾构机调整姿态时，会对盾尾管片受力影响较大且能损坏管片结构，对后续隧道施工、运营中的管片承载与防水能力造成极大影响。以上问题，都会带来城市盾构隧道严重的安全问题、极大的生命和财产安全问题。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供了一种城市盾构隧道气囊式管片及其作业方法，以缓解现有技术中盾构管片存在施工时容易出现跑浆、盾尾位置注浆不足、注浆压力与注浆量难以控制、地层变形大及管片易损坏等技术问题。(二)技术方案本公开的一个方面，提供一种城市盾构隧道气囊式管片，包括：盾构管片本体，呈弧形，其上设置有注浆孔和排气孔；弧形框架梁，通过可伸缩框架柱连接设置于所述盾构管片本体外；气囊单元，设置于所述弧形框架梁内的空间；以及排气管，一端设置于气囊单元内的顶部区域，另一端连接至所述排气孔。在本公开实施例中，所述气囊单元包括：气囊，制备材料包括可降解薄膜；以及碳纤维网格布，粘接于所述气囊外。在本公开实施例中，所述弧形框架梁与所述盾构管片本体外表面保持平行。在本公开实施例中，所述排气管可伸缩。在本公开实施例中，所述可伸缩框架柱包括固定柱与活动柱，固定柱设置有固定滑杆，活动柱设有滑槽12，使活动注通过滑杆和滑槽配合实现滑动。在本公开实施例中，所述可伸缩框架柱包括限位结构，用于控制伸缩程度。在本公开实施例中，所述碳纤维网格布只可由水通过。在本公开实施例中，所述气囊制备材料为PVA薄膜。在本公开实施例中，所述注浆孔连接有注浆控制器，可自动控制每分钟注浆量；所述排气孔连接有排气控制器，可自动控制每分钟排气量。在本公开的另一方面，提供一种城市盾构隧道气囊式管片的作业方法，基于以上任一项所述的城市盾构隧道气囊式管片进行作业，所述作业方法包括：步骤S1：盾构管片拼装成环后，关闭排气孔，通过注浆孔向气囊注入气体，使气囊膨胀并带动弧形框架梁向外移动，直至弧形框架梁达到施工高度及气囊达到预设压力后，停止充气；步骤S2：打开排气孔，同时通过注浆孔向气囊内注满浆液，从而使气囊内的气体通过排气管完全排出；以及步骤S3：关闭注浆孔及排气孔，完成城市盾构隧道气囊式管片的施工作业。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开城市盾构隧道气囊式管片及其作业方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)能够控制壁后注浆量与注浆压力；(2)减少因形成悬臂结构而带来的盾尾管片损伤，提高了隧道施工运营的安全性；(3)能够控制土体变形量，降低对管片周围土体环境的污染和壁后注浆工程造价；(4)占用空间小，适合在盾构机密闭环境中使用；(5)可解决跑浆问题，减少了环境污染；(6)简单且实施可行性高，可降低工程造价并提高施工效率，具有良好应用前景。附图说明图1为本公开实施例城市盾构隧道气囊式管片的侧视结构示意图。图2为本公开实施例城市盾构隧道气囊式管片的俯视结构示意图。图3为本公开实施例城市盾构隧道气囊式管片的仰视结构示意图。图4为本公开实施例可伸缩框架柱的结构示意图。图5为本公开实施例可伸缩框架柱中滑动柱的结构示意图。图6为本公开实施例可伸缩框架柱中固定柱的结构示意图。图7为本公开实施例基于城市盾构隧道气囊式管片的作业方法流程图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】1-碳纤维网格布；2-气囊；3-可伸缩框架柱；4-活动柱；5-固定柱；6-螺栓；7-框架梁；8-排气孔；9-注浆孔；10-盾构管片本体；11-排气管；12-滑槽；13-滑杆；14-固定柱底部预留螺栓孔；15-金属限位片；16-弹簧片。具体实施方式本公开提供了一种城市盾构隧道气囊式管片及其作业方法，通过气囊结构为注浆提供已知边界条件来控制壁后注浆量和注浆压力，从而控制地层变形和降低壁后注浆工程造价；早期通过气压支承围岩以保证盾尾部分管片与周围土体形成整体，降低管片损伤，提高了隧道施工运营的安全性；后期利用浆液-气体等强置换控制地层沉降。另外，本公开的框架系统占用空间小，适合在盾构机密闭环境中使用；本公开使用PVA薄膜为可降解材料且可解决跑浆问题，减少了环境污染；本公开可对地层变形严格控制，上下或左右并行隧道可同时施工，提高工程施工效率。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开实施例中，提供一种城市盾构隧道气囊式管片，结合图1至图6所示，所述城市盾构隧道气囊式管片，包括：盾构管片本体，呈弧形，其上设置有注浆孔和排气孔；弧形框架梁，通过可伸缩框架柱连接设置于所述盾构管片本体外；气囊单元，设置于所述弧形框架梁内的空间；以及排气管，一端设置于气囊单元内的顶部区域，另一端连接至所述排气孔。所述气囊单元包括：气囊，制备材料包括：PVA薄膜、或其它可降解薄膜碳纤维网格布，粘接于所述气囊外；所述弧形框架梁7与所述盾构管片本体外表面保持平行；所述弧形框架梁7的制备材料包括：铝合金、或其他轻便且具备一定强度的金属、非金属材料。所述可伸缩框架柱3包括：固定柱5与活动柱4，固定柱5设置有固定滑杆13，活动柱5设有滑槽12，使活动注5通过滑杆13和滑槽12配合实现滑动；进一步地，所述可伸缩框架柱包括限位结构，用于控制伸缩程度。在本公开实施例中，所述限位结构为一弹簧片，如图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市盾构隧道气囊式管片，包括：/n盾构管片本体，呈弧形，其上设置有注浆孔和排气孔；/n弧形框架梁，通过可伸缩框架柱连接设置于所述盾构管片本体外；/n气囊单元，设置于所述弧形框架梁内的空间；以及/n排气管，一端设置于气囊单元内的顶部区域，另一端连接至所述排气孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种城市盾构隧道气囊式管片，包括：
盾构管片本体，呈弧形，其上设置有注浆孔和排气孔；
弧形框架梁，通过可伸缩框架柱连接设置于所述盾构管片本体外；
气囊单元，设置于所述弧形框架梁内的空间；以及
排气管，一端设置于气囊单元内的顶部区域，另一端连接至所述排气孔。


2.根据权利要求1所述的城市盾构隧道气囊式管片，所述气囊单元包括：
气囊，制备材料包括可降解薄膜；以及
碳纤维网格布，粘接于所述气囊外。


3.根据权利要求1所述的城市盾构隧道气囊式管片，所述弧形框架梁与所述盾构管片本体外表面保持平行。


4.根据权利要求1所述的城市盾构隧道气囊式管片，所述排气管可伸缩。


5.根据权利要求1所述的城市盾构隧道气囊式管片，所述可伸缩框架柱包括固定柱与活动柱，固定柱设置有固定滑杆，活动柱设有滑槽，使活动注通过滑杆和滑槽配合实现滑动。


6.根据权利要求1所述的城市盾构隧道气囊式管片，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张稳军，曹文振，王博达，来涛涛，张高乐，王祎，上官丹丹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12