CN103526777A - 沉管隧道用半刚性管节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沉管隧道用管节技术领域，尤其涉及一种沉管隧道用半刚性管节；其包括一个管节主体，该管节主体由多个首尾相接的管节节段拼接而成，各所述管节节段之间均设有榫凸结构；在所述管节主体内沿其周向布设有多条预应力管道；所述预应力管道内对应贯穿有用于对各所述管节节段进行预应力度调节的预应力钢束；在所述管节主体两端上设有预应力锚具。本发明采用预应力钢束的设计，可以将多个管节节段串联起来，使各管节节段串联拼接成一个整体，使管节主体在不失整体刚度的前提下具有一定的柔度；半刚性管节比节段式柔性管节具有更高的受力及防水安全度，比整体式刚性管节具有更好的适应地基变形能力。

Description

沉管隧道用半刚性管节

技术领域

本发明涉及一种沉管隧道用管节技术领域，尤其涉及一种沉管隧道用半刚性管节。 

背景技术

目前，国内外已建成的沉管隧道用管节结构主要分为节段式柔性管节和整体式刚性管节两种。 

柔性管节由多个首尾相连管节节段连接而成，管节节段间通过匹配的榫凸结构及跨缝中埋式止水带连接；遇外荷载沉管结构主要呈现柔性特性，管节节段接头发生张开和转动，通过变形释放管节弯矩，结构纵向受力较小，纵向配筋较少，但是管节节段之间为抗剪及防水的薄弱环节，管节节段间的止水存在风险，对于大荷载或软基沉管隧道，风险更大；世界范围内柔性管节节段之间多有漏水案例； 

刚性管节由整体管节或多个首尾相连管节节段通过有粘结预应力连接而成，管节以整体刚性抵抗外荷载，管节结构纵向受力较大，需花费较大代价（配置大量的钢筋或预应力）提高其承载能力；同时，刚性管节不能通过管节柔性变形实施结构内力重分配，结构内受力不均衡，受力较大区域长期高应力存在开裂及漏水风险，此外，刚性管节变形集中于长管节两端，增加该处GINA止水产品要求。 

因此，针对以上问题，本发明急需提供一种新的沉管隧道用半刚性管节。 

发明内容

（一）要解决的技术问题 

本发明的目的是提供一种沉管隧道用半刚性管节，该沉管隧道用半刚性管节通过预应力钢束和榫凸结构具有的半刚性特性，使管节实 现更好的适应海底或河底地基的变形能力的目的。 

（二）技术方案 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种沉管隧道用半刚性管节，包括一个管节主体，该管节主体由多个首尾相接的管节节段拼接而成，各所述管节节段之间均设有榫凸结构；在所述管节主体内沿其周向布设有多条预应力管道；所述预应力管道沿所述管节主体的纵向贯通；所述预应力管道内对应贯穿有用于对各所述管节节段进行预应力度调节的预应力钢束；在所述管节主体两端上设有用于锚固所述预应力钢束的预应力锚具。 

进一步地，所述榫凸结构包括多个键榫和分别与各所述键榫对应设置的多个键槽。 

进一步地，所述预应力管道包括多段分设在各所述管节节段内的波纹管和连接各波纹管的节段连接管；所述节段连接管对应设置在相邻两所述管节节段的拼接处。 

进一步地，所述节段连接管包括与两端的所述波纹管对接的连接外管和设置在该连接外管内的连接内管。 

进一步地，所述连接外管与所述连接内管之间通过止水密封件密封连接。 

进一步地，所述连接外管表面光滑，且其与混凝土呈部分无粘结或弱粘结状态。 

进一步地，所述连接外管中部设有用于安装所述连接内管的内安装管腔，该内安装管腔的内径大于所述波纹管的内管径。 

（三）有益效果 

本发明与现有技术相比具有以下的优点： 

1、本发明采用预应力钢束的设计，可以将多个管节节段串联起来，使各管节节段串联拼接成一个整体；这就使得各管节节段之间允许一定张开变形，使管节主体在不失整体刚度的前提下具有一定的柔度，降低了管节主体的内力，有效改善了各管节节段的受力及变形增大量； 保证在最不利情况时，各管节节段之间具有合适的压力；同时，利用管节节段之间的摩擦力及榫凸结构所提供的抗剪力，可有效提高管节节段的抗剪承载能力，用以确保管节的整体稳固度；使具有预应力钢束和榫凸结构的管节真正具有半刚性的特性，从而使管节具有更好的适应海底或河底地基的变形能力。 

2、本发明通过设置在各管节节段之间的所述榫凸结构配合各管节节段拼接面之间因纵向压力而产生的摩擦力可有效提高管节节段的抗剪能力；用以防止管节节段径向错位，从而整体提高各管节节段的连接稳固度，使拼接后的管节主体整体更加稳定可靠。 

3、本发明可通过部分无粘结或弱粘结的所述连接外管配合所述连接内管用以保证管节节段之间的拼接面具有有限张开的柔性特性，又同时通过波纹管有效约束管节节段间的张开量，防止过度张开；通过管节节段之间的张开或转动变形，实现管节的结构内力合理重分布。 

4、本发明采用止水密封件的设计，可有效防止因管节节段之间张开后，沿拼接面缝隙渗入的水进入管节主体内；充分保证了管节内部的干燥度要求；从而进一步提高管节的止水保障能力。 

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

图1是本发明沉管隧道用半刚性管节的结构示意图（主视图）； 

图2是本发明中所述管节节段的结构示意图（立体图）； 

图3是本发明中位于相邻两所述管节节段之间的所述预应力管道的结构示意图（局部剖视图）； 

图4是本发明中位于所述管节主体两端的所述预应力管道的结构示意图（局部剖视图）。 

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4所示，本发明的一种沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：包括一个管节主体1，该管节主体由多个首尾相 接的管节节段2拼接而成，各所述管节节段之间均设有榫凸结构3；在所述管节主体内沿其周向均匀布设有多条预应力管道4；所述预应力管道沿所述管节主体的纵向贯通；所述预应力管道内对应贯穿有用于对各所述管节节段进行预应力度调节的预应力钢束（图中未显示）；在所述管节主体两端设有用于与相邻管节对接的管节接头5；在所述管节主体两端上还设有用于锚固所述预应力钢束的预应力锚具6，其中，在每一个预应力钢束两端贯穿出所述管节主体外的部分，均通过一个预应力锚具将其与管节主体对应锚固。其中，各所述预应力管道沿管节主体的纵向均布于所述管节主体的混凝土墙内，特别是位于所述管节主体上端的顶墙内和位于所述管节主体底端的底墙内。本实施例中所述预应力锚具是本领域中用于锚固钢束的常用手段，关于其具体的结构此处不再过多赘述。 

在管节组装时，通过管节主体两端的预应力张拉装置（属现有技术，图中未显示）对应拉伸各预应力钢束，并向位于所述管节主体两端的管节节段提供两个相向的纵向推力，使各所述管节节段向中心并拢，并最终拼接成一个整体，在张拉过程中根据实际施工环境，通过预应力钢束张拉力和节段连接管长度的调整，实现管节节段间的最大允许张开量的调节；在组装拼接完成后；再用所述预应力锚具将两端伸出预应力钢束卡死固定，并向所述预应力管道内注浆固定，形成完整的沉管隧道用半刚性管节。本发明采用预应力钢束的设计，可以将多个管节节段串联起来，使各管节节段串联拼接成一个整体；保证在最不利情况时，各所述管节节段之间具有合适的压力；同时，利用所述管节节段之间的摩擦力及所述榫凸结构所提供的抗剪力，可有效提高管节节段的抗剪承载能力，用以确保管节的整体稳固度。本发明采用节段连接管实现预应力钢束与管节节段部分无粘结或弱粘结效果，这就使得各管节节段之间允许一定张开变形，使管节主体在不失整体刚度的前提下具有一定的柔度，降低了管节主体的内力，有效改善了各管节节段的受力及变形增大量；使具有预应力钢束和榫凸结构的管 节真正具有半刚性的特性，从而使管节具有更好的适应海底或河底地基的变形能力。另外，采用半刚性连接的管节节段可有限张开释放内力，其比世界范围内现有的节段式柔性管节具有更高的受力及防水安全度，比整体式刚性管节具有更好的经济性及受力合理性。 

参见图1、图2所示，本实施例中所述榫凸结构包括多个键榫7和分别与各所述键榫对应设置的多个键槽8。其中，若所述键榫设置在其中一个所述管节节段一侧的拼接面上，则在与该管节节段相对应的另一个管节节段的拼接面上设置与所述键榫对应的所述键槽，所述键榫容置在该键槽内；本发明通过设置在各管节节段之间的所述榫凸结构配合各管节节段拼接面之间因纵向压力而产生的摩擦力可有效提高管节节段之间的抗剪能力；用以防止管节节段径向错位，从而整体提高各管节节段的连接稳固度，使拼接后的管节主体整体更加稳定可靠。其中所述管节节段之间主要以摩擦力提供的抗剪能力为主，以键榫提供的抗剪能力为辅。 

参见图3所示，本实施例中所述预应力管道包括多段分设在各所述管节节段内的波纹管9和连接各波纹管的节段连接管；所述节段连接管对应设置在相邻两所述管节节段的拼接处。本实施例中所述节段连接管包括与两端的所述波纹管对接的连接外管10和设置在该连接外管内的连接内管11。本实施例中所述节段连接管呈两段式设置，具体地说，其中一段连接在相邻两管节节段中的一个管节节段中的所述波纹管一端，另一段连接在相邻两管节节段中的另一个所述管节节段中的所述波纹管一端；两段节段连接管对应拼接成一个完整的节段连接管；也就是说，相邻两所述管节节段拼接面拼接后的拼缝位于所述节段连接管中间，并将节段连接管一分为二。 

参见图3所示，其中，所述预应力钢束贯穿各波纹管和各连接内管；所述连接外管和所述连接内管的外壁均呈光滑设置；由于所述预应力管道整体浇筑在所述管节主体的混凝土墙内，因此，浇筑后所述波纹管通过其外壁的螺纹与所述管节节段的混凝土呈粘结设置；而表 面光滑的所述连接外管与所述管节节段的混凝土呈部分无粘结或弱粘结状态；以此实现半刚性管节只在管节节段接缝两侧有一定长度的与管节混凝土墙呈无粘结或弱粘结的连接外管；而在预应力管道的其他区域为有粘结的波纹管。采用这样的设计，可通过部分无粘结或弱粘结的所述连接外管配合所述连接内管用以保证管节节段之间的拼接面具有有限张开的柔性特性，又同时通过波纹管有效约束管节节段间的张开量，防止过度张开；通过管节节段之间的张开或转动变形，实现管节的结构内力合理重分布。 

参见图3所示，本实施例中所述连接外管与所述连接内管之间通过止水密封件12密封连接。由于沉管隧道用的管节，多被用于河底或海底隧道铺设之用，因此，本发明的半刚性管节在通过预应力钢束和榫凸结构满足管节铺设姿态微调整的需求同时，可能也会出现微调后水会沿各管节节段之间渗入节段连接管的问题；因此，采用止水密封件的设计，可有效防止因管节节段之间张开后，沿拼接面缝隙渗入的水进入预应力管道内；充分保证了预应力管道内部的干燥度要求；从而进一步提高预应力钢束的耐久性。 

参见图3所示，本实施例中所述连接外管中部设有用于安装所述连接内管的内安装管腔13，该内安装管腔的内径大于所述波纹管的内管径。所述连接内管被所述内安装管腔整体限制在其内；采用这样的设计，主要是为了在装配管节时，便于连接内管的装配和便于连接内管在连接外管中的定位。 

本发明沉管隧道用半刚性管节的设计施工步骤如下： 

1、综合工程建设条件，确定临时施工阶段（包括系泊、浮运、沉放等阶段）和运营阶段控制半刚性管节的各项验算指标，比如各管节节段之间允许的最大张开量、管节接头允许的最大张开量、管节节段裂缝宽度及承载能力允许值等； 

2、设计阶段：根据临时施工阶段和运营阶段的最不利工况条件，计算半刚性管节所需的预应力钢束的数量；其中临时施工阶段需保证 管节主体始终具有一定的压应力，运营阶段需保证管节主体、管节节段、管节接头等构件满足半刚性管节的受力特征。 

3、预制阶段：单个管节分成若干个管节节段，采用工厂法或干坞法对单个管节节段进行逐个预制。其预制过程主要包含以下工序：绑扎钢筋、定位安装波纹管、节段连接管、预应力锚具等构件，浇注榫凸结构及结构混凝土墙。所有管节节段预制完成且强度达标后，通过预应力管道穿入预应力钢束，实现预应力钢束贯通整个管节主体。通过预应力张拉装置张拉预应力钢束，将多个管节节段串连在一起，并成为一个整体的管节。预应力钢束张拉并被锚固在预应力锚具上后，将所有的预应力管道进行注浆。 

4、临时施工阶段：系泊、浮运、沉放等临时施工阶段，各管节节段均不允许张开且具有一定的压应力储备。 

5、运营阶段：通过设置的预应力钢束增加了管节的纵向力，保证最不利情况相邻两管节节段拼接处有合适的压力，利用管节节段间的摩擦力及管节节段的榫凸结构提供抗剪力；同时，两管节节段衔接处所呈现的局部无粘结状态，可允许拼接处有限张开或转动，实现管节整体的内力释放自调节。 

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本发明范围内。 

Claims (7)

1.一种沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：包括一个管节主体，该管节主体由多个首尾相接的管节节段拼接而成，各所述管节节段之间均设有榫凸结构；在所述管节主体内沿其周向布设有多条预应力管道；所述预应力管道沿所述管节主体的纵向贯通；所述预应力管道内对应贯穿有用于对各所述管节节段进行预应力度调节的预应力钢束；在所述管节主体两端上设有用于锚固所述预应力钢束的预应力锚具。

2.根据权利要求1所述沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：所述榫凸结构包括多个键榫和分别与各所述键榫对应设置的多个键槽。

3.根据权利要求2所述沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：所述预应力管道包括多段分设在各所述管节节段内的波纹管和连接各波纹管的节段连接管；所述节段连接管对应设置在相邻两所述管节节段的拼接处。

4.根据权利要求3所述沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：所述节段连接管包括与两端的所述波纹管对接的连接外管和设置在该连接外管内的连接内管。

5.根据权利要求4所述沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：所述连接外管与所述连接内管之间通过止水密封件密封连接。

6.根据权利要求5所述沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：所述连接外管表面光滑，且其与混凝土呈部分无粘结或弱粘结状态。

7.根据权利要求6所述沉管隧道用半刚性管节，其特征在于：所述连接外管中部设有用于安装所述连接内管的内安装管腔，该内安装管腔的内径大于所述波纹管的内管径。

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