CN104329097A - 矩形盾构隧道的断面结构 - Google Patents

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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/14—Layout of tunnels or galleries; Constructional features of tunnels or galleries, not otherwise provided for, e.g. portals, day-light attenuation at tunnel openings

Abstract

本发明公开了一种矩形盾构隧道的断面结构，依次由顶仰拱、第一角部、第一侧墙、第二角部、底仰拱、第三角部、第二侧墙和第四角部串联组成，且所述第四角部还与所述顶仰拱相连，整体围合形成一闭合环，所述闭合环的内轮廓和外轮廓均光滑连续，所述闭合环的环宽呈连续变化状，处在隧道受力较大区域的环宽大于处在隧道受力较小区域的环宽。本申请人提出了矩形盾构隧道变壁厚的理念，开发出了一种矩形盾构隧道的断面结构，设置处在隧道受力较大区域的环宽大于处在隧道受力较小区域的环宽，实现在不造成自重增加和截面浪费，以及不影响内部使用空间的前提下，更为精确的匹配隧道受力特征。

Description

矩形盾构隧道的断面结构
技术领域
本发明涉及隧道断面结构设计的技术领域，尤其涉及一种矩形盾构隧道的断面结构。
背景技术
在软土地区中，传统的盾构隧道由单圆盾构机施工完成，其截面形式为圆形。随着人们对地下道路、轨道交通通行要求的不断提升，盾构规模不断增大，但几乎均采用圆形断面形式。圆形断面的盾构隧道虽然技术成熟，但仍有如下不利因素：(1)圆形断面的有效使用面积小，无法充分利用结构断面；(2)盾构在开挖过程中产生的土方量大，直接增大了隧道的工程造价；(3)盾构隧道埋深在1.0D(D为盾构直径)左右，增加了盾构工作井、明挖暗埋段的开挖深度，间接提高了工程风险及造价；(4)对于软土地区城市内需要暗挖通过的浅埋地道适用性不强。
随着科学技术的发展，国内外一种适用于软土地区的矩形盾构隧道工法得到了深入的研究。矩形盾构隧道能够充分利用结构断面，有效减少隧道埋深及造价。如本申请人在先申请的实用新型专利“大断面隧道横断面结构”(授权公告号为CN203347801U)，实现在满足隧道使用功能的前提下还能够克服传统盾构隧道存在的缺陷。
本申请人在工程实践中发现矩形盾构隧道虽然能够较好的利用地下空间，适用于软土地区的浅埋暗挖要求，然而矩形隧道与圆隧道受力条件截然不同，断面以受弯为主，现有技术中的隧道断面结构与其实际受力特点不完全匹配，造成自重增加、截面浪费的不足，需进一步加以改进。
发明内容
有鉴于现有技术的上述不足，本发明提出了一种矩形盾构隧道的断面结构，在不造成自重增加和截面浪费，以及不影响内部使用空间的前提下，实现更为精确的匹配隧道受力特征。
为实现上述目的，本发明提供了一种矩形盾构隧道的断面结构，依次由顶仰拱、第一角部、第一侧墙、第二角部、底仰拱、第三角部、第二侧墙和第四角部串联组成，且所述第四角部还与所述顶仰拱相连，整体围合形成一闭合环，所述闭合环的内轮廓和外轮廓均光滑连续，所述闭合环的环宽呈连续变化状，处在隧道受力较大区域的环宽大于处在隧道受力较小区域的环宽。
较佳的，所述顶仰拱和所述底仰拱的最大环宽均为700mm，所述第一侧墙和所述第二侧墙的最大环宽均为650mm，所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部的最小环宽均为550mm。
较佳的，所述顶仰拱和所述底仰拱结构相同且呈上下对称布置，所述第一侧墙和所述第二侧墙结构相同且呈左右对称布置。
较佳的，所述顶仰拱的内轮廓曲率半径不小于25000mm，所述顶仰拱的外轮廓曲率半径不小于15000mm；所述第一侧墙的内轮廓曲率半径不小于15000mm，所述第一侧墙的外轮廓曲率半径不小于8000mm。
较佳的，所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部结构相同且呈中心对称布置，所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部结构的内轮廓曲率半径均为2000mm，所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部结构的外轮廓曲率半径均为2700mm。
本发明的矩形盾构隧道的断面结构的有益效果如下：
1、本申请人提出了矩形盾构隧道变壁厚的理念，开发出了一种矩形盾构隧道的断面结构，设置处在隧道受力较大区域的环宽大于处在隧道受力较小区域的环宽，实现在不造成自重增加和截面浪费，以及不影响内部使用空间的前提下，更为精确的匹配隧道受力特征。
2、本发明可通过调整内外轮廓各弧线半径，可以实现盾构隧道断面的壁厚连续变化，从而更为精确的匹配隧道受力特征，而且不影响内部使用空间。
3、本发明进一步构筑的扁平的矩形断面能够被充分利用，提高了使用率。
4、本发明的断面面积减小，施工中开挖产生的土方量减少，有利于降低造价。
5、本发明同规格矩形断面的高度小于圆形，故其埋深可减小，工作井及明挖暗埋段等结构开挖深度相应减少，增加了工程安全性，且有明显的经济效应。
6、本发明断面轮廓采用圆弧形式避免了断面在转角处结构内力过大的缺陷，延续了圆形断面结构受力均匀的优点。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为具体实施例矩形盾构隧道的断面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的一种矩形盾构隧道的断面结构，依次由顶仰拱10、第一角部20、第一侧墙30、第二角部40、底仰拱50、第三角部60、第二侧墙70和第四角部80串联组成，且第四角部80还与顶仰拱10相连，整体围合形成一闭合环(图中为标出)，所述闭合环的内轮廓和外轮廓均光滑连续，所述闭合环的环宽呈连续变化状，处在隧道受力较大区域的环宽大于处在隧道受力较小区域的环宽。
具体的，本实施例的顶仰拱10和底仰拱50结构相同且呈上下对称布置，第一侧墙30和第二侧墙70结构相同且呈左右对称布置，第一角部20、第二角部40、第三角部60和第四角部80结构相同且呈中心对称布置，八段不同曲率的弧段围合形成的闭合环呈中心对称及轴对称形状。
在本实施例中，顶仰拱10和底仰拱50的最大环宽均为700mm，第一侧墙30和第二侧墙70的最大环宽均为650mm，第一角部20、第二角部40、第三角部60和第四角部80的最小环宽均为550mm。本实施例的顶仰拱10的内轮廓曲率半径R1不小于25000mm，顶仰拱10的外轮廓曲率半径R2不小于15000mm；第一侧墙30的内轮廓曲率半径R3不小于15000mm，第一侧墙30的外轮廓曲率半径R4不小于8000mm。第一角部20、第二角部40、第三角部60和第四角部80结构的内轮廓曲率半径R5均为2000mm，第一角部20、第二角部40、第三角部60和第四角部80结构的外轮廓曲率半径R6均为2700mm。
示例性的，如图1所示，本实施例的顶仰拱10和底仰拱50的最大环宽位置处于跨中位置上，即闭合环的垂直中线处，并由跨中位置向两侧连续降低。第一侧墙30和第二侧墙70的最大环宽位置处于跨中位置上，即闭合环的水平中线处，并由跨中位置向两侧连续降低。
通过本实施例对于各角部圆弧半径的合理取值，进一步有效地克服了半径过大后断面将侵入车行限界，无法满足通行要求；以及半径太小时角部易产生更大的结构内力，不利于结构安全的缺陷。
如上设置的本实施例于内轮廓上的8节弧段相交后的中心区域最大净宽不小于9200mm，净高不小于6600mm，更加符合车行限界要求，满足一般道路单向两车道的通行要求，断面对称布置则有利于盾构开挖时的管片拼装工作。
本实施例中断面为变壁厚断面结构，更易与结构受力特征相匹配，具有良好的抵抗外界土体荷载的能力、节约材料并满足结构自防水要求，在具体应用过程中，可以根据埋深情况、限界要求等实际需要计算确定其厚度。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种矩形盾构隧道的断面结构，依次由顶仰拱、第一角部、第一侧墙、第二角部、底仰拱、第三角部、第二侧墙和第四角部串联组成，且所述第四角部还与所述顶仰拱相连，整体围合形成一闭合环，所述闭合环的内轮廓和外轮廓均光滑连续，其特征在于：所述闭合环的环宽呈连续变化状，处在隧道受力较大区域的环宽大于处在隧道受力较小区域的环宽。
2.如权利要求1所述的矩形盾构隧道的断面结构，其特征在于：所述顶仰拱和所述底仰拱的最大环宽均为700mm，所述第一侧墙和所述第二侧墙的最大环宽均为650mm，所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部的最小环宽均为550mm。
3.如权利要求1所述的矩形盾构隧道的断面结构，其特征在于：所述顶仰拱和所述底仰拱结构相同且呈上下对称布置，所述第一侧墙和所述第二侧墙结构相同且呈左右对称布置。
4.如权利要求1至3任一项所述的矩形盾构隧道的断面结构，其特征在于：所述顶仰拱的内轮廓曲率半径不小于25000mm，所述顶仰拱的外轮廓曲率半径不小于15000mm；所述第一侧墙的内轮廓曲率半径不小于15000mm，所述第一侧墙的外轮廓曲率半径不小于8000mm。
5.如权利要求4所述的矩形盾构隧道的断面结构，其特征在于：所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部结构相同且呈中心对称布置，所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部结构的内轮廓曲率半径均为2000mm，所述第一角部、第二角部、第三角部和第四角部结构的外轮廓曲率半径均为2700mm。
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