CN104213928B - 一种马蹄形盾构隧道的衬砌结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马蹄形盾构隧道的衬砌结构。该种形式的衬砌的一环由10块7类管片组成，包括第一标准块和第二标准块、第一转角块和第二转角块、第一过渡块和第二过渡块以及封顶块组成。管片的拼装，首先拼装底部的第二标准块，然后依次向两侧拼装第一转角块和第二转角块、第二标准块、第一过渡块和第二过渡块、第一标准块和封顶块。管片环向和径向均由螺栓通过手孔相连。本发明的优点是，考虑到马蹄形衬砌结构的受力特点，盾构隧道马蹄形管片结构设计为变截面，充分利用了结构空间和材料强度；对部分管片边缘做了梯形设计，以改善其承受剪力的能力；单环管片的数量和形式较少；径向手孔的位置满足一定的几何关系，使一套管片就能满足错缝拼装的要求。

Description

一种马蹄形盾构隧道的衬砌结构

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道衬砌结构的形式，特别涉及一种马蹄形盾构隧道的衬砌结构。

背景技术

目前，盾构法已经成为城市隧道掘进的主要方式之一。我国的盾构技术经过几十年的发展，取得了巨大进步，特别是轨道交通工程的大量建设，更是推动我国盾构技术发展至世界先进水平。盾构法的发展已经相当成熟，通过对其开挖面平衡方式、刀盘形式等主要技术方案的调整，盾构法已经具有很强的地层适应性。从小型的市政管线隧道，到直径几米的地铁隧道，再到直径超过15m的大型越江隧道，都可用盾构法进行施工。虽然盾构技术突飞猛进，但其几何形状仍然以圆形为主，圆形隧道虽然在受力条件、机械设计等方面具有很大的优势，但它的问题是空间利用率较低；另一方面，在侧压力系数较小的土层中，圆形隧道便无法发挥出其结构优势。近年来，矩形盾构隧道逐渐被用于一些对空间利用率要求较高的工程中，如城市地下快速路系统。矩形隧道具有空间利用方面的优势，但其结构形式不如圆形隧道，特别是在软弱地层中。马蹄形是处于矩形和圆形之间的，兼具结构形式和空间利用率的一种结构形式，是相对合理的一种隧道断面形式。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供一种适用于马蹄形盾构隧道的衬砌结构，使其能够发挥圆形的结构优势和矩形的空间优势。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种马蹄形盾构隧道的衬砌结构，所述衬砌的主体形状由一个半圆形和一个矩形组成，每环初砌由封顶块、第一标准块、第一过渡块、第二标准块、第一拐角块、第二标准块、第二拐角块、第二标准块、第二过渡块和第一标准块共计10个管片依次首尾连接组成一体，其中：封顶块、连接于其两边的第一标准块以及分别与两块第一标准块连接的第一过渡块和第二过渡块的上部构成衬砌的半圆形结构，所述半圆形结构的外围构成衬砌的外轮廓线的第一段圆弧，第一拐角块的外围构成衬砌的外轮廓线的第二段圆弧，第二拐角块的外围构成衬砌的外轮廓线的第三段圆弧；衬砌的其余部分外轮廓线为直线；封顶块、连接于其两边的第一标准块构成衬砌的内轮廓线的第一段圆弧，第一过渡块的上部构成衬砌的内轮廓线的第二段圆弧，第二过渡块的上部构成衬砌的内轮廓线的第三段圆弧；衬砌的其余部分内轮廓线为直线；所述衬砌的外轮廓线与内轮廓线不平行，其目的是为了增加矩形部分的衬砌厚度以满足其抗弯要求；侧墙和底板交界处衬砌进行倒角，以提高角部的受力性能。

本发明中，衬砌的半圆形结构厚度略薄于矩形结构，两种厚度的管片由第一过渡块和第二过渡块平滑连接。

本发明中，所述每个管片上均设有纵向手孔、环向手孔和注浆孔。

本发明中，第一过渡块、第二标准块、第一转角块的环向边缘为台阶型设计，以利于每片管片和螺栓共同承担剪力。

本发明中，第二过渡块、第二标准块、第二转角块的环向边缘为台阶型设计，以利于每片管片和螺栓共同承担剪力。

本发明中，每环衬砌的纵向手孔左右对称布置，使得互为镜像的相邻两环衬砌能够通过纵向手孔相连，满足错缝拼装的要求。

本发明中，相邻衬砌的环向和纵向均通过弯螺栓进行连接。由于隧道形状为单轴对称，故纵向螺栓手孔的位置满足一定的几何关系，拼装成环后能够左右对称，使得只需一套衬砌管片就能满足错缝拼装的要求。

在衬砌管片环向连接的几何设计方面，由于侧墙和底板受土压力作用，将承担较大的剪力并向内变形，所以除第一标准块和封顶块以外，其他管片相接处均为台阶形设计，使混凝土结构与螺栓共同承担剪力。第一过渡块、第二过渡块与第一标准块相连处为直线设计，同时第一标准块内弧长度小于外弧长度，进而使得封顶块的内弧长度大于外弧长度，以保证管片可沿着径向拼装成环。

该马蹄形隧道衬砌的拼装顺序是：首先拼装底部第二标准块，然后向两侧拼装第一拐角块和第二拐角块，接着向上拼装第二标准块，随后拼装第一过渡块和第二过渡块，再拼装第一标准块，最后拼装封顶块。

根据上述技术方案，本发明具有以下优点：

1.合理利用材料强度，拱顶管片受弯矩较小，衬砌较薄，侧墙及底板管片受弯矩较大，衬砌较厚，并用过渡块平滑连接不同厚度的衬砌管片。

2.侧墙及底板管片连接处为阶梯型设计，可使接头与连接螺栓共同承受剪力和弯矩，改善螺栓受力条件；

3.优化衬砌管片的几何设计，减少每环管片的数量和种类；

4.由于隧道断面为单轴对称形状，因此对纵向连接的手孔位置进行了特殊布置，使得同一套管片就能满足错缝拼装的要求。

附图说明

图1为几何设计及为管片分块示意图；其中：(a)为管片几何设计示意图，(b)为管片分块设计示意图；

图2为手孔布置图；

图3为封顶块剖面图及平面图；其中：(a)为剖面图，(b)为平面图；

图4为第一标准块剖面图及平面图；其中：(a)为剖面图，(b)为平面图；

图5为第二标准块剖面图及平面图；其中：(a)为剖面图，(b)为平面图；

图6为第一过渡块剖面图及平面图；其中：(a)为剖面图，(b)为平面图；

图7为第二过渡块剖面图及平面图；其中：(a)为剖面图，(b)为平面图；

图8为第一拐角块剖面图及平面图；其中：(a)为剖面图，(b)为平面图；

图9为第二拐角块剖面图及平面图；其中：(a)为剖面图，(b)为平面图；

图10为管片拼装顺序图；

图中标号：1为封顶块，2为第一标准块，3为第一过渡块，4为第二过渡块，5为第二标准块，6为第一拐角块，7为第二拐角块，8为纵向手孔，9为环向手孔，10为注浆孔。

具体实施方式

下面通过实例结合附图进一步描述本发明。

实施例1：如图1至图9所示，本发明的马蹄形盾构隧道衬砌结构一环包括10块7类管片，分别为封顶块1、第一标准块2、第一过渡块3、第二过渡块4、第二标准块5、第一拐角块6和第二拐角块7。每块管片上均有纵向手孔8、环向手孔9和注浆孔10。首先拼装底部第二标准块4，然后向两侧拼装第一拐角块6和第二拐角块7，接着向上拼装第二标准块5，随后拼装第一过渡块3和第二过渡块4，再拼装第一标准块2，最后拼装封顶块1。所述封顶块1、连接于其两边的第一标准块2以及分别与两块第一标准块2连接的第一过渡块3和第二过渡块4的上部构成衬砌的半圆形结构，所述半圆形结构的外围构成衬砌的外轮廓线的第一段圆弧AB，第一拐角块的外围构成衬砌的外轮廓线的第二段圆弧CD，第二拐角块的外围构成衬砌的外轮廓线的第三段圆弧EF；衬砌的其余部分外轮廓线为直线，由三段直线（BC、DE、FA）组成；封顶块、连接于其两边的第一标准块构成衬砌的内轮廓线的第一段圆弧，第一过渡块的上部构成衬砌的内轮廓线的第二段圆弧，第二过渡块的上部构成衬砌的内轮廓线的第三段圆弧；其余内轮廓线为直线，由5段直线（、、、和）组成。同一环管片之间通过环向手孔用螺栓连接。衬砌的半圆形结构厚度略薄于矩形结构，两种厚度的管片由第一过渡块和第二过渡块平滑连接。第一过渡块、第二标准块、第一转角块的环向边缘为台阶型设计，以利于每片管片和螺栓共同承担剪力。第二过渡块、第二标准块、第二转角块的环向边缘为台阶型设计，以利于每片管片和螺栓共同承担剪力。每环衬砌的纵向手孔左右对称布置，使得互为镜像的相邻两环衬砌能够通过纵向手孔相连，满足错缝拼装的要求。

如图2所示，管片的纵向手孔8用于环与环之间的连接，其布置方式为左右对称形式，整环左右镜像后，纵向手孔8位置仍然保持不变。

如图10所示，现场拼装前，应先对管片进行全身清洗，确保管片表面无杂质。在盾壳的保护下，先安装底部的第二标准块5，然后向两侧同步拼装第一拐角块6和第二拐角块7，再向上依次拼装第二标准块5以及第一过渡块3和第二过渡块4，接下来拼装拱顶的第一标准块2，最后拼装位于最高处的封顶块1。单环管片间用螺栓通过环向手孔9连接。

为满足错缝拼装的要求，第二环管片需左右镜像后拼装，即将整环管片位置左右镜像，按照镜像之后的新位置进行拼装，拼装顺序不变。环与环之用螺栓通过纵向手孔8连接。同理，第三环管片位置为第二环的镜像，如此往复，保证相邻环的管片位置互为镜像。如需通缝拼装，则无需对第二环管片进行镜像。根据施工进度的安排，应适时通过注浆孔10进行同步注浆，以填补盾尾间隙。

Claims (7)

1.一种马蹄形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于所述衬砌的主体形状由一个半圆形和一个矩形组成，每环衬砌由封顶块、第一标准块、第一过渡块、第二标准块、第一拐角块、第二标准块、第二拐角块、第二标准块、第二过渡块和第一标准块共计10个管片依次首尾连接组成一体，其中：封顶块、连接于其两边的第一标准块以及分别与两块第一标准块连接的第一过渡块和第二过渡块的上部构成衬砌的半圆形结构，所述半圆形结构的外围构成衬砌的外轮廓线的第一段圆弧，第一拐角块的外围构成衬砌的外轮廓线的第二段圆弧，第二拐角块的外围构成衬砌的外轮廓线的第三段圆弧；衬砌的其余部分外轮廓线为直线；封顶块、连接于其两边的第一标准块构成衬砌的内轮廓线的第一段圆弧，第一过渡块的上部构成衬砌的内轮廓线的第二段圆弧，第二过渡块的上部构成衬砌的内轮廓线的第三段圆弧；衬砌的其余部分内轮廓线为直线；所述衬砌的外轮廓线与内轮廓线不平行，以增加矩形部分的衬砌厚度以满足其抗弯要求；侧墙和底板交界处衬砌进行倒角，以提高角部的受力性能。

2.根据权利要求1所述的马蹄形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于衬砌的半圆形结构厚度略薄于矩形结构，两种厚度的管片由第一过渡块和第二过渡块平滑连接。

3.根据权利要求1所述的马蹄形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于所述每个管片上均设有纵向手孔、环向手孔和注浆孔。

4.根据权利要求1所述的马蹄形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于第一过渡块、第二标准块、第一转角块的环向边缘为台阶型设计。

5.根据权利要求1所述的马蹄形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于第二过渡块、第二标准块、第二转角块的环向边缘为台阶型设计。

6.根据权利要求1所述的马蹄形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于每环衬砌的纵向手孔左右对称布置。

7.根据权利要求1所述的马蹄形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于相邻衬砌的环向和纵向均通过弯螺栓进行连接。