控制上浮的盾构管片、管片上浮控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种控制上浮的盾构管 片、管片上浮控制系统及其控制方法。

背景技术

常规盾构管片拼装成型后通过在管片的3、9点位同步注浆控制管 片上浮。但在施工过程中，常因同步注浆的浆液的流动性较大，无法 达到管片上浮的目的。尤其是在地下水丰富的地层，同步注浆的浆液 受到地下水稀释后，大大降低了浆液的初凝时间及失去了通过同步浆 液控制上浮的效果，从而造成管片错台较大、破损较多，大大降低了 盾构隧道成型质量。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种控制上浮的盾构管片、 管片上浮控制系统及其控制方法，以解决常规的盾构管片拼装成型后 同步注浆控制上浮效果差的问题。

为实现上述目的，提供一种控制上浮的盾构管片，包括：

一环管片本体，所述管片本体的外环面形成有沿所述管片本体的圆 周方向设置的条形凹槽，所述条形凹槽位于所述管片本体的顶部，所述 管片本体形成有贯通的充气孔，所述充气孔连通于所述条形凹槽；以及

膨胀气囊，嵌设于所述条形凹槽中，所述膨胀气囊的进气口连接于 所述充气孔，所述膨胀气囊在充气膨胀后伸至所述条形凹槽的外部并支 撑于所述管片本体的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间以调节所述管 片本体的外环面至所述隧道顶部的洞壁之间的距离。

进一步的，所述管片本体形成有注浆贯孔，所述注浆贯孔连通于所 述条形凹槽。

本发明提供一种管片上浮控制系统，包括：

控制上浮的盾构管片；

用于获取管片本体的外环面至开挖的隧道的顶部洞壁之间的距离的 距离传感器，安装于管片本体；

充气装置，管路连接于管片本体的充气孔；以及

控制器，连接于所述距离传感器和所述充气装置。

进一步的，所述充气装置为电动空压机。

本发明提供一种管片上浮控制方法，包括以下步骤：

盾构掘进施工并将一环管片本体拼装成型脱出所述盾构的盾尾；

在一环所述管片本体脱出所述盾构的盾尾后，控制器开启充气装置， 所述充气装置向所述膨胀气囊充气，所述膨胀气囊伸至所述条形凹槽的 外部并支撑于所述管片本体的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间；

在所述控制器开启所述充气装置后，距离传感器实时采集一环所述 管片本体的顶部的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间的实时距离值并 对外发送；

所述控制器接收所述实时距离并在所述实时距离值等于所述控制器 中的预设距离值时，关闭所述充气装置；

在所述实时距离值等于所述控制器中的预设距离值后，所述盾构对 一环所述管片本体的顶部的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间的间隙 进行同步注浆。

进一步的，还包括：

在所述同步注浆的浆液固结后，释放所述膨胀气囊的气体；

在所述膨胀气囊的气体释放后，对所述容置槽内进行二次注浆，使 得所述二次注浆的浆液填充于所述容置槽内、以及所述容置槽与所述隧 道的顶部洞壁之间。

本发明的有益效果在于，本发明的控制上浮的盾构管片，通过在管 片生产过程中在管片的外侧预埋隐藏安装膨胀气囊，在盾构掘进过程中 管片脱出盾尾后及时向膨胀气囊充气，使隐藏的膨胀气囊脱出管片并支 撑于隧道洞壁与管片间间隙，进行同步注浆，从而控制管片上浮，在同 步浆液达到设计强度后再将膨胀气囊中高压气体排除，通过二次补浆对 膨胀气囊释放后空隙进行填充，能达到较好的控制管片上浮的目的，减 少管片破损及错台，提高盾构隧道成型质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描 述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的控制上浮的盾构管片的结构示意图。

图2为本发明实施例的膨胀气囊充气膨胀的状态示意图。

图3为本发明实施例的二次注浆的状态示意图。

图4为本发明实施例的膨胀气囊隐藏于条形凹槽中的控制上浮 的盾构管片的横断面的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解 的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发 明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与 发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例 中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本 申请。

参照图1至图4所示，本发明提供了一种控制上浮的盾构管片，包 括：一环管片本体1和膨胀气囊2。

在本实施例中，管片本体1的外环面形成有沿管片本体1的圆周方 向设置的条形凹槽。条形凹槽位于管片本体1的顶部。管片本体1形成 有贯通的充气孔10。充气孔10连通于条形凹槽。

具体的，拼接成型的一环管片本体包括标准块、临接块和封顶块。 其中，标准块有三块，临接块有两块和一块封顶块。三块标准块沿隧道 洞的圆周方向拼接在一起。两块临接块分别连接于拼接在一起的三块标 准块的两端。封顶块连接于两块临接块之间以拼接成一整环管片本体

在本实施例中，两块临接块以及一封顶块的外弧面分别开设形成有 容置槽。两块临接块以及一封顶块的外弧面的容置槽拼接形成一个条形 凹槽。两块临接块以及一封顶块分别开设有充气孔。

膨胀气囊2嵌设于拼接成型的一环管片本体的条形凹槽中。膨胀气 囊2的进气口连接于充气孔10。

膨胀气囊由氯丁胶、天然橡胶加工制作。膨胀气囊内径向设置的尼 龙线密集排列，膨胀气囊内横向设置的棉纱线稀疏排列，强度高、柔韧 性好、耐磨性能较高。膨胀气囊充气压力≥5mpa。膨胀气囊绕管片本体 的外径成半环布置。

在充气膨胀后，膨胀气囊2伸至条形凹槽的外部并支撑于管片本体1 的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间，用于调节管片本体1的外环面 至隧道顶部的洞壁之间的距离。

本发明的控制上浮的盾构管片，通过在管片(临接块和封顶块)生 产过程中在管片(临接块和封顶块)的外侧预埋隐藏安装膨胀气囊，在 盾构掘进过程中管片脱出盾尾后及时向膨胀气囊充气，使隐藏的膨胀气 囊脱出管片并支撑于隧道洞壁与管片间间隙，进行同步注浆，从而控制 管片上浮，在同步浆液达到设计强度后再将膨胀气囊中高压气体排除， 通过二次补浆对膨胀气囊释放后空隙进行填充，能达到较好的控制管片 上浮的目的，减少管片破损及错台，提高盾构隧道成型质量。

在本实施例中，管片本体1形成有注浆贯孔。注浆贯孔连通于条形 凹槽。具体的，如图4所示，两块临接块以及一封顶块分别开设 有注浆贯孔。在膨胀气囊释放出高压气体后，通过注浆贯孔对膨胀气囊 空留出来的空缺空间进行二次注浆，二次注浆的浆液6填充空缺空间。

本发明提供一种管片上浮控制系统，包括：控制上浮的盾构管片、 距离传感器、充气装置和控制器。

其中，控制上浮的盾构管片包括：一环管片本体1和膨胀气囊2。

在本实施例中，管片本体1的外环面形成有沿管片本体1的圆周方 向设置的条形凹槽。条形凹槽位于管片本体1的顶部。管片本体1形成 有贯通的充气孔10。充气孔10连通于条形凹槽。膨胀气囊2嵌设于拼接 成型的一环管片本体的条形凹槽中。膨胀气囊2的进气口连接于充气孔 10。

距离传感器安装于管片本体1。距离传感器用于获取管片本体1的外 环面至开挖的隧道的顶部洞壁之间的距离(实时距离值)。

充气装置管路连接于管片本体1的充气孔10。控制器连接于距离传 感器和充气装置。

作为一种较佳的实时方式，充气装置为电动空压机。

本发明提供一种管片上浮控制方法，包括以下步骤：

S1：盾构掘进施工并将一环管片本体1拼装成型脱出盾构的盾尾3。

S2：在一环管片本体1的1/2长度脱出盾构的盾尾3后，控制器开启 充气装置，充气装置向膨胀气囊2充气，膨胀气囊2伸至条形凹槽的外 部并支撑于管片本体1的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间。

S3：在控制器开启充气装置后，距离传感器实时采集一环管片本体1 的顶部的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间的实时距离值并对外发 送。

S4：控制器接收实时距离并在实时距离值等于控制器中的预设距离 值时，关闭充气装置。

S5：在实时距离值等于控制器中的预设距离值后，盾构对一环管片 本体1的顶部的外环面与开挖的隧道的顶部洞壁之间的间隙进行同步注 浆。

S6：在同步注浆的浆液5固结后，释放膨胀气囊2的气体。

S7：在膨胀气囊2的气体释放后，对容置槽内进行二次注浆，使得 二次注浆的浆液6填充于容置槽内、以及容置槽与隧道的顶部洞壁之间 (空缺空间)。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说 明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限 于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离 所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合 而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。