本发明专利技术公开了一种穿越正断层盾构隧道防转动装置及其安装和控制方法，其包括连接盘，连接盘上设置有注浆孔和若干便于安装的螺栓孔，连接盘上固定设置有第一钢片套筒，第一钢片套筒内滑动设置有可伸缩的第二钢片套筒，第二钢片套筒内滑动设置有可伸缩的第三钢片套筒，第三钢片套筒与设置在第一钢片套筒内的伸缩机构传动连接，第三钢片套筒的前端设置有掘进齿轮，掘进齿轮通过传动皮带与设置在第三钢片套筒内的旋转电机转动连接，第一钢片套筒内设置有土压力传感器和陀螺仪，伸缩机构、旋转电机、土压力传感器和陀螺仪均与电源和控制器电连接；本方案可根据土压力和隧道的转动角度对防转动装置的长度作出适应性调节，以应对不同的断层错动情况。同的断层错动情况。同的断层错动情况。
【技术实现步骤摘要】
一种穿越正断层盾构隧道防转动装置及其安装和控制方法
[0001]本专利技术涉及盾构隧道防转动
，具体涉及一种穿越正断层盾构隧道防转动装置及其安装和控制方法。
技术介绍
[0002]我国活动断层带分布广泛，在西南地区、西北地区、环渤海地区、东南沿海地区及台湾省都有较集中的分布，虽然世界各国的相关规范指出修建结构物时尽量避开活动断层带，但由于大型结构选线受地形地貌限制、大量断层暂未探明等原因，隧道穿越活动断层带难以避免；目前，交通隧道工程中已有丰富的穿越活动断层的案例，断层错动作用下盾构隧道可能发生隧道失稳、接缝张开、管片错台、管片损伤开裂、混凝土压溃、接缝剪切破坏、围岩塌陷、渗漏水或涌突水等多种断层灾害；其中，由于盾构隧道转动过大而造成的隧道失稳最为常见，在断层错动量无法预估的情况下，现有的隧道具有防转动功能的支护结构无法达到最好的效果，亟需一种可以应对不同断层错动情况进行自适应的盾构隧道防转动装置。
技术实现思路
[0003]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种穿越正断层盾构隧道防转动装置及其安装和控制方法，解决了现有技术中支护结构对断层活动带盾构隧道的防转动效果差的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]提供一种穿越正断层盾构隧道防转动装置，其包括连接盘，连接盘上设置有注浆孔和若干便于安装的螺栓孔，连接盘上固定设置有第一钢片套筒，第一钢片套筒内滑动设置有可伸缩的第二钢片套筒，第二钢片套筒内滑动设置有可伸缩的第三钢片套筒，第三钢片套筒与设置在第一钢片套筒内的伸缩机构传动连接，第三钢片套筒的前端设置有掘进齿轮，掘进齿轮通过传动皮带与设置在第三钢片套筒内的旋转电机转动连接，第一钢片套筒内设置有土压力传感器和陀螺仪，伸缩机构、旋转电机、土压力传感器和陀螺仪均与电源和控制器电连接。
[0006]进一步地，第三钢片套筒的前端设置有楔形板头，所述楔形板头的前端呈收缩状，所述掘进齿轮设置在楔形板头的前端。
[0007]进一步地，掘进齿轮为柱状齿轮，所述柱状齿轮的轴向长度与第三钢片套筒前端面的长度相等。
[0008]提供一种穿越正断层盾构隧道防转动装置的安装方法，其包括以下步骤：
[0009]S1：预制隧道管片，并在隧道管片上预留安装孔、注浆孔和若干螺栓孔；
[0010]S2：预制预埋件，预埋件包括分别与连接盘和第一钢片套筒外形一致的预制盘和预制钢片；
[0011]S3：将预制钢片穿过安装孔，并通过螺栓与螺栓孔的螺纹配合，将预制盘固定安装
在隧道管片的内侧壁上，完成预埋件的安装；
[0012]S4：通过盾构机在断层错动带上安装隧道管片，并将带有预埋件的隧道管片安装至设计角度；
[0013]S5：取下预埋件，将第一钢片套筒穿过安装孔，并通过螺栓与螺栓孔的螺纹配合，将连接盘固定安装在隧道管片的内侧壁上，同时将连接盘上的注浆孔与隧道管片的注浆孔对接连通；
[0014]S6：通过注浆孔向土体内注浆，待浆液凝固后，完成防转动装置的安装固定。
[0015]进一步地，预制盘与隧道管片之间、连接盘与隧道管片之间的接触面上均安装有防水胶条。
[0016]提供一种穿越正断层盾构隧道防转动装置的控制方法，其包括以下步骤：
[0017]A1：通过陀螺仪实时检测隧道管片的转动角度dθ，通过土压力传感器实时检测第一钢片套筒受到的土压力P，通过伸缩机构的伸缩量确定防转动装置的长度L；
[0018]A2：当转动角度dθ大于设定转动阈值，且土压力P小于预警压力阈值时，执行步骤A3，否则，执行步骤A4；
[0019]A3：通过控制器计算防转动装置的伸长量ΔL，通过伸缩机构驱动第二钢片套筒和第三钢片套筒延伸，使防转动装置的长度L增加ΔL；
[0020]A4：当土压力P不小于预警压力阈值时，执行步骤A5，否则，防转动装置的长度L保持不变；
[0021]A5：通过控制器计算防转动装置的缩短量ΔL
′
，通过伸缩机构驱动第二钢片套筒和第三钢片套筒收缩，使防转动装置的长度L缩短ΔL
′
。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1.本方案防转动装置运用于穿越正断层的隧道管片处，在断层发生错动过程中，隧道结构被一侧土体的摩擦力带动发生转动，通过防转动装置的土压力形成一个反力矩，同时盾构隧道转动角度越大，防转动装置上的土压力就越大，形成的反力矩就越大，从而阻碍盾构隧道发生进一步的转动，避免隧道因为失稳发生内部结构的位移和破坏。
[0024]2.防转动装置采用分段式结构，由第一钢片套筒、第二钢片套筒和第三钢片套筒构成，以便于调整防转动装置的长度，从而为盾构隧道提供不同大小的反力矩；同时，控制器通过监测的土压力P、防转动装置的长度L和隧道的转动角度dθ，可计算得到防转动装置长度的伸长量和收缩量，从而对防转动装置的长度作出适应性调节，以应对不同的断层错动情况。
[0025]3.在楔形板头和掘进齿轮的共同作用下，有效地减少了第三钢片套筒向土体内延伸过程中的动摩擦力，从而便于本方案在土体内的长度调节。
[0026]4.本方案在安装过程中，由于防转动装置为装配式结构，便于防转动装置的施工安装以及后期更换，在隧道管片安装前安装预埋件，当隧道管片安装完成并封闭成环后，拆下预埋件，再安装防转动装置，避免了隧道管片在安装过程中对防转动装置造成损坏，同时预埋件的设置，可对安装初期隧道管片预制的孔洞进行封闭，避免隧道管片发生渗漏而导致隧道内积水，从而提高施工的安全性。
[0027]5.通过设置防水胶条以及向注浆孔内填充砂浆的双重密封方式，使防转动装置安装处的密封效果良好，避免发生渗漏的风险。
附图说明
[0028]图1为本方案防转动装置的结构示意图。
[0029]图2为本方案防转动装置内部的结构示意图。
[0030]图3为隧道管片的结构示意图。
[0031]图4为预埋件的结构示意图。
[0032]图5为防转动装置与隧道管片配合的结构示意图。
[0033]图6为预埋件设置角度的结构示意图。
[0034]图7为防转动装置的参数标注示意图。
[0035]其中，1、连接盘，2、注浆孔，3、螺栓孔，4、第一钢片套筒，5、第二钢片套筒，6、第三钢片套筒，7、掘进齿轮，8、传动皮带，9、旋转电机，10、土压力传感器，11、陀螺仪，12、楔形板头，13、隧道管片，14、预埋件，15、预制盘，16、预制钢片，17、电动伸缩杆，18、电源，19、控制器，20、安装孔。
具体实施方式
[0036]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种穿越正断层盾构隧道防转动装置，其特征在于，包括连接盘(1)，所述连接盘(1)上设置有注浆孔(2)和若干便于安装的螺栓孔(3)，所述连接盘(1)上固定设置有第一钢片套筒(4)，所述第一钢片套筒(4)内滑动设置有可伸缩的第二钢片套筒(5)，所述第二钢片套筒(5)内滑动设置有可伸缩的第三钢片套筒(6)，所述第三钢片套筒(6)与设置在第一钢片套筒(4)内的伸缩机构传动连接，所述第三钢片套筒(6)的前端设置有掘进齿轮(7)，所述掘进齿轮(7)通过传动皮带(8)与设置在第三钢片套筒(6)内的旋转电机(9)转动连接，所述第一钢片套筒(4)内设置有土压力传感器(10)和陀螺仪(11)，所述伸缩机构、旋转电机(9)、土压力传感器(10)和陀螺仪(11)均与电源(18)和控制器(19)电连接。2.根据权利要求1所述的穿越正断层盾构隧道防转动装置，其特征在于，所述第三钢片套筒(6)的前端设置有楔形板头(12)，所述楔形板头(12)的前端呈收缩状，所述掘进齿轮(7)设置在楔形板头(12)的前端。3.根据权利要求1所述的穿越正断层盾构隧道防转动装置，其特征在于，所述掘进齿轮(7)为柱状齿轮，所述柱状齿轮的轴向长度与第三钢片套筒(6)前端面的长度相等。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的穿越正断层盾构隧道防转动装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：预制隧道管片(13)，并在隧道管片(13)上预留安装孔(20)、注浆孔(2)和若干螺栓孔(3)；S2：预制预埋件(14)，预埋件(14)包括分别与连接盘(1)和第一钢片套筒(4)外形一致的预制盘(15)和预制钢片(16)；S3：将预制钢片(16)穿过安装孔(20)，并通过螺栓与螺栓孔(3)的螺纹配合，将预制盘(15)固定安装在隧道管片(13)的内侧壁上，完成预埋件(14)的安装；S4：通过盾构机在断层错动带上安装隧道管片(13)，并将带有预埋件(14)的隧道管片(13)安装至设计角度；S5：取下预埋件(14)，将第一钢片套...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚超凡，张逸飞，何川，杨文波，耿萍，晏启祥，程天健，王天强，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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