阅读说明：本技术 超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置及防护方法 (Protection device and protection method for shield tunneling machine to pass through ditch in ultra-shallow soil-covered area ) 是由 杨箭亮 张进科 马良 于 2019-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于土木工程施工技术领域,涉及一种超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置,包括盖板、压制机构以及动力机构；盖板覆盖待穿越沟渠以及待穿越沟渠两侧的基体,压制机构对称置于盖板的两端；动力机构与压制机构相连带动压制机构向下压制盖板,压制机构包括压制杆、地锚杆以及三脚架；所述压制杆的一端与三脚架铰接；压制杆的另一端与动力机构铰接；地锚杆铰接固定在靠近三脚架一端的压制杆上；三脚架置于盖板上,当动力机构带动压制杆的另一端向上运动时,压制杆一端的三脚架向下压制盖板。本发明能有效降低隧道盾构施工中盾构机穿越沟渠对其产生的向上的破坏力,保护沟渠的原有状态,有效避免盾构机施工作业时的不安全风险。(The invention belongs to the technical field of civil engineering construction, and relates to a protective device for a shield tunneling machine to pass through a ditch in an ultra-shallow soil-covered area, which comprises a cover plate, a pressing mechanism and a power mechanism; the cover plate covers the ditch to be penetrated and the matrix on the two sides of the ditch to be penetrated, and the pressing mechanisms are symmetrically arranged at the two ends of the cover plate; the power mechanism is connected with the pressing mechanism to press the cover plate downwards, and the pressing mechanism comprises a pressing rod, a ground anchor rod and a tripod; one end of the pressing rod is hinged with the tripod; the other end of the pressing rod is hinged with the power mechanism; the ground anchor rod is hinged and fixed on the pressing rod close to one end of the tripod; the tripod is arranged on the cover plate, and when the power mechanism drives the other end of the pressing rod to move upwards, the tripod at one end of the pressing rod presses the cover plate downwards. The invention can effectively reduce the upward destructive power of the tunnel shield machine on the tunnel shield machine when the tunnel shield machine passes through the ditch, protect the original state of the ditch and effectively avoid the unsafe risk of the tunnel shield machine during the construction operation.)

超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置及防护方法

技术领域

本发明属于土木工程施工技术领域，涉及一种盾构机穿越沟渠的防护装置及方法，特别涉及一种超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置及防护方法。

背景技术

盾构隧道施工法指的是利用盾构机，一方面控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳事故，一方面进行隧道掘进、出渣，并在机内完成拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，不扰动围岩而修筑隧道的一种方法。

盾构机在浅覆土段长度80米，覆土厚度为2.45米～6米的区域施工时，施工区域的土质情况较好，无地下水；但是施工的危险源在于盾构区间始发端头覆土厚度仅为2.45米，远低于规范要求的大于1倍盾构直径的覆土厚度要求(6.24米)；在始发穿越浅覆土段，盾构掘进过程中盾构机旋转对地面产生向上的离心力，对拱顶土体造成的扰动大，尤其在超浅覆土区，由于土层浅，盾构机产生向上的离心力，刀盘前方土仓压力平衡不容易建立，使得黏土地层易产生裂缝，造成地表***；因此，施工区域沟渠内的大气降水及地面冲洗水流从产生裂缝位置流入刀盘位置，从刀盘开口处进入盾构机；在盾构机正常推进情况下可能会造成螺旋机喷涌，掌子面失稳造成地面坍塌等风险，严重影响施工过程，存在安全隐患。

发明内容

基于上述施工过程中存在的技术问题，本发明提供了一种有效降低了隧道盾构施工中盾构机穿越沟渠对其产生的向上的破坏力，保护了沟渠的原有状态，有效避免了盾构机施工作业时的不安全风险的超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置及防护方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置，其特征在于：所述超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置包括盖板、压制机构以及动力机构；所述盖板覆盖待穿越沟渠以及待穿越沟渠两侧的基体，所述压制机构对称置于盖板的两端；所述动力机构与压制机构相连带动压制机构向下压制盖板。

上述压制机构包括压制杆、地锚杆以及三脚架；所述压制杆的一端与三脚架铰接；所述压制杆的另一端与动力机构铰接；所述地锚杆铰接固定在靠近三脚架一端的压制杆上；所述三脚架置于盖板上，当动力机构带动压制杆的另一端向上运动时，压制杆一端的三脚架向下压制盖板。

上述三脚架的截面是由第一支板、第二支板以及第三支板组成的三角形结构；所述第二支板的底面与盖板相接触。

上述三脚架是锐角三角形结构，且第一支板的长度大于第三支板的长度。

上述地锚杆的一端铰接固定在压制杆上；所述地锚杆的另一端***地下。

上述动力机构为液压缸、气压缸或电动推杆；所述动力机构的移动端与压制杆的另一端铰接固定；所述动力机构的固定端通过底板1固定在地面上。

一种超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置的防护方法，其特征在于：所述防护方法包括以下步骤：

将盖板覆盖在待穿越的沟渠以及待穿越的沟渠两侧的基体上；动力机构与压制机构连接且对称设置在盖板两侧，且压制机构置于盖板两端随着盖板压制待穿越的沟渠以及待穿越的沟渠两侧的基体；当动力机构向上运动时，带动压制机构向下运动压制盖板，从而使得待穿越沟渠得到防护。

上述动力机构的实现过程是，当盾构机在沟渠下方的隧道内施工并产生向上的力推动沟渠时，此时启动动力机构，动力机构的移动端向上移动使得压制杆的另一端也向上运动，最终压制杆一端的三脚架产生向下的压力压制盖板，当动力机构的作用力达到设定值时，三脚架产生的向下的压力能够平衡盾构机施工时产生向上的推力，使得穿越沟渠得到防护。

上述压制机构实现压制的过程是：当动力机构向上运动时，压制杆一端的三脚架在杠杆原理作用下向下运动，由于三脚架为锐角三角形结构，第二支板的底面置于盖板的上表面上，第一支板的长度大于第三支板的长度，使得三脚架向下产生的压力最大，很好的平衡盾构机向上的推力，防护沟渠避免沟渠出现裂缝。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的防护装置包括盖板、压制机构以及动力机构；盖板覆盖住待穿越沟渠以及待穿越沟渠两侧的基体上时，压制机构对称置于盖板的两端；动力机构与压制机构相连带动压制机构向下压制盖板。本发明结构简单，能对沟渠起到防护作用，避免沟渠下方盾构机施工时向上破坏沟渠。

2、本发明提供的压制机构包括压制杆、地锚杆以及三脚架；所述压制杆的一端与三脚架铰接；所述压制杆的另一端与动力机构铰接；所述地锚杆铰接固定在靠近三脚架一端的压制杆上；所述三脚架置于盖板上，当动力机构带动压制杆的另一端向上运动时，压制杆一端的三脚架向下压制盖板，三脚架结构是由第一支板、第二支板以及第三支板组成的三角形结构；第二支板固定在盖板上。本发明利用压制杆的杠杆原理以及三角形结构的支架对沟渠进行防护，防护效果稳定，保护了沟渠的原始状态。

3、本发明提供的在靠近三脚架一端的压制杆上铰接固定地锚杆，且地锚杆的一端固定在压制杆上，地锚杆的另一端***沟渠一侧的基体中，通过增加地锚杆使得压制机构有三个支点，整个防护装置更加稳定。

4、本发明中当盾构机在沟渠下方的隧道内施工并产生向上的力推动沟渠时，此时启动动力机构的移动端向上运动，且当向上的动力达到设定的数值时，压制杆另一端的三脚架向下运动且能产生最大的压力向下压制盖板，如此防护装置向下的压力与盾构机向上的力能够相互抵抗、平衡，能很好的避免盾构机施工时机头上扬，损坏沟渠的形态。

附图说明

图1为本发明提供的防护装置结构示意图；

其中：

1、底板；2、液压缸；3、转轴；4、杠杆；5、地锚杆；6、支点；7、接头；8、盖版；9、沟渠；10、第一支板；11、第二支板；12、第三支板；13、盾构机。

具体实施方式

实施例1

参见图1，本发明提供的超浅覆土区盾构机穿越沟渠的防护装置，包括覆盖在沟渠9以及沟渠9两侧基体上的盖板8，在盖板8两端对称设置有压制机构以及与压制机构相连的动力机构，压制机构包括压制杆4、地锚杆以及三脚架；压制杆4一端铰接有三脚架，且三脚架的底面与盖板8的上表面相接触，压制杆4的另一端铰接有动力机构且动力机构的底部固定端通过底板1固定地面基体上，压制杆4与地面相平行，三脚架结构是由第一支板10、第二支板11以及第三支板12依次连接组成的三角形结构；第二支板11与盖板8相接触，第一支板10与第三支板12均通过接头7与压制杆4铰接，且第一支板10的长度大于与第三支板12的长度；动力机构的移动端通过转轴3铰接固定在压制杆4的上，动力机构的固定端通过底板1固定在地面上；压制杆4上靠近三脚架的一端还设置有地锚杆5，地锚杆5的一端通过支点6铰接固定在压制杆4上，地锚杆5的另一端***沟渠9两侧的基体地面中。

实施例2

本发明提供防护装置的防护方法是：首先在沟渠9之上设置盖板8，且盖板8覆盖整个沟渠以及沟渠两侧的部分基体地面，在盖板8上的两端分别设置第一支板10、第二支板11以及第三支板12组成的稳定性良好的三角架机构，三脚架的第一支板10以及第三支板12均通过接头7与压制杆4的一端进行铰接固定，同时在靠近接头7一端设置有支点6，压制杆4沿着支点6可以转动一定角度。

当检测到盾构机13在施工中产生向上的破坏力时，这时启动动力机构，顶起压制杆4的另一端，就会使压制杆4的一端沿着支点6并对三角机构施加预压力，由于地锚杆5上设置支点6,支点6靠近沟渠的一端主要是利用杠杆的原理，由于动力机构的作用力是达到设定数值后，在压制杆4的预压力端，压制杆4产生的预压力要比动力机构的作用力大的多，所以用很小缸径的动力机构就可以起到很好的防护作用。

因此，本发明通过在沟渠之上设置专用的压制机构，来抵抗和平衡由于盾构机产生的向上的破坏力，本发明结构简单，有效降低了盾构机穿越沟渠对其产生的向上的破坏力，保护了沟渠的原有状态，避免了盾构机施工作业时的不安全风险。

实施例3

本发明提供的动力机构是气压缸、液压缸或移动推杆，能产生向上的推力。具体实施时，本发明采用液压缸2，液压缸2的移动端铰接在压制杆4上，液压缸2的固定端通过底板1固定在地面上，底板1的作用是为了更好的支撑动力机构。当盾构机在超浅附图区穿越沟渠施工时，盾构机机头产生上扬的离心力作用在超浅覆土区的沟渠上会破坏沟渠，此时开启液压缸2使移动端向上运动，在杠杆原理的作用下，使得压制杆的一端的三脚架在地锚杆支点的作用下产生向下的力，平衡盾构机向上的破坏力，防止沟渠以及沟渠两侧的基体发生裂缝。