CN104612724A - 一种类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，由若干片管片围合拼接形成一个整环，相邻的整环管片拼接形成盾构隧道管片拼装结构，其特征在于：所述盾构隧道管片拼装结构的横断面为带中央立柱的、由4段劣弧组成的双轴对称光滑类椭圆，包括上、下相向对称设置的半径较大的顶弧和底弧各一段，左、右相向对称设置的半径较小的左侧弧和右侧弧各一段。相邻的整环管片在横断面上的拼接缝避开隧道结构受力最不利处，且相邻整环管片拼装采用错缝拼装形式。管片环向接头和纵向接头均由螺栓通过手孔相连，其中环向接头采用面接触拉锚式带花边箱型手孔，具有较高的承载力。本发明的优点是兼顾隧道圆弧承载的结构形式和矩形结构较高的空间利用率；纵向手孔的位置双轴对称布置，使一套管片就能满足错缝拼装的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道管片结构形式，具体涉及一种类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构。
背景技术
目前，盾构法城市隧道施工以其地层适应性强、环境影响性小、机械化效率高、施工信息集成化、超大直径适用性等优点，日益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，取得了长足的进步，从小型的市政管线隧道，到直径数米的地铁隧道，再到直径超过15m的大型越江隧道，都可用盾构法进行施工，特别是圆形盾构隧道，在广泛的工程实践中，已经总结出了十足的经验成果。盾构隧道采用圆形作为基本的几何形状，主要是基于圆形隧道在受力条件、机械设计等方面具有的优势，但是它的问题是空间利用率较低，且在侧压力系数较小的地层或埋深较小的情况下，因隧道所受围压差异较大，无法发挥圆形结构的优势。对于横向跨度较高度比较大的隧道，尽管可以采用双圆隧道形式，但是双圆隧道由于拱部海鸥块受背土效应影响，受力状况不佳，容易造成隧道漏水。另一方面，纯矩形盾构隧道尽管空间利用率高，但其结构受力不甚合理，跨度有限，限制了其应用。而采用带立柱的类椭圆的异形盾构隧道，经估算，每延米土体开挖量较圆形截面可减少约20%，每延米混凝土方量较圆形截面亦可减少约10%。类椭圆异形盾构隧道兼具结构形式和空间利用率的优势，是相对更加合理的一种隧道断面形式，未来，在城市轨道交通以及地下快速路系统等工程中将有更广泛的市场前景。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供一种类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，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：
一种类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，由若干片管片围合拼接形成一个整环管片，相邻的整环管片拼接形成盾构隧道管片拼装结构，其中：所述盾构隧道管片拼装结构的横断面为带中央立柱的、由4段劣弧组成的双轴对称光滑类椭圆，所述光滑类椭圆包括上、下相向对称设置的半径较大的顶弧和底弧各一段，左、右相向对称设置的半径较小的左侧弧和右侧弧各一段；所述顶弧和底弧的弦长大于左侧弧和右侧弧的弦长，且所述顶弧和底弧之间的最大净高小于所述左侧弧和右侧弧之间的最大净宽；相邻的整环管片在横断面上的拼接缝避开隧道结构受力最不利处，且相邻整环管片拼装采用错缝拼装形式，每块管片均设有环向手孔、纵向手孔和注浆孔。
本发明中，所述顶弧和底弧中点各有一棱台，棱台之间竖向设置钢筋混凝土中央立柱，立柱的柱身宽度为300~500mm。
本发明中，所述顶弧、底弧的半径均为12000~18000mm，所述左侧弧和右侧弧的半径均为2000~4000mm。
本发明中，所述整环管片的断面厚度均相等，厚度为400~600mm。
本发明中，各块管片端面均为平直构造，不设置凹凸榫，仅在端面近外缘处设置对称凹槽，于其中布置防水构造。
本发明中，所述每块管片的纵向手孔呈双轴对称布置。
本发明中，相邻管片间均通过螺栓进行连接；环向管片间通过环向手孔用螺栓连接，纵向管片环间通过纵向手孔用螺栓连接。
本发明中，环向手孔采用球墨铸铁制造，其外形为带花边的箱型，箱型内部中央设有螺栓连接孔，花边上设有若干锚筋连接孔；相邻管片上的环向手孔直接面面接触，并采用螺栓予以连接；环向手孔通过若干锚筋与管片混凝土相连使之具备足够的抗拔力。
该类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构的拼装顺序是：首先拼装底部第三标准块，其次向两侧分别拼装第二标准块和第四标准块，然后向上拼装第一标准块和第五标准块，接着拼装第一邻接块和第六标准块，随后拼装第七标准块和第二邻接块，再拼装封顶块，最后拼装中央立柱。
根据上述技术方案，本发明具有以下优点：
充分发挥圆弧结构的承载能力以及类椭圆的空间利用率，改善顶拱中部的受力条件，减少土方开挖量和管片混凝土用量。
管片端面为平直构造，可有效防止管片拼装过程中的施工磕碰对混凝土构件的损伤。
优化隧道拼装管片的几何设计，减少隧道管片的数量和种类，节省制作模具。
管片拼装结构的纵向手孔双轴对称布置，使得同一套管片就能满足错缝拼装的要求。
附图说明
图1为类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构实施例的横断面示意图；
图2为类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构实施例的分块示意图；
图3为面接触拉锚式带花边箱型环向手孔；其中（a）为正视图，（b）为侧视图；
图4为类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构实施例的错缝拼装示意图。
图5为类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构实施例的管片拼装顺序。
图中标号：1为顶弧，2为底弧，3为左侧弧，4为右侧弧，5为棱台，6为中央立柱，7为封顶块，8为第一邻接块，9为第二邻接块，10为第一标准块，11为第二标准块，12为第三标准块，13为第四标准块，14为第五标准块，15为第六标准块，16为第七标准块，17为环向手孔，18为纵向手孔，19为花边，20为螺栓连接孔，21为锚筋连接孔，22为锚筋。
具体实施方式
图1为类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构实施例的横断面示意图，图2为分块示意图。如图2所示，本发明的一具体实施例，一种类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，包括若干管片，管片围合拼接形成一整环。其中，如图1所示，所述整环的横断面为双轴对称的异形面，所述异形面由四段劣弧围合形成，分别为上下相向对称设置的顶弧1和底弧2、左右相向对称设置的左侧弧3和右侧弧4。顶弧1和底弧2的弦长大于左侧弧3和右侧弧4的弦长，所述顶弧1和底弧2之间的最大净高H1小于所述左侧弧3和右侧弧4之间的最大净宽H2。
具体的，本实施例的顶弧1和底弧2的内弧面曲率半径R1和R2不小于12000mm，左侧弧3和右侧弧4的内弧面曲率半径R3和R4不小于2000mm，顶弧1和底弧2之间的最大净高H1不小于6000mm，左侧弧3和右侧弧4之间的最大净宽H2不小于10000mm。若干管片的断面厚度均相等，所述厚度尺寸为400mm～600mm。
示例性的，本实施例的顶弧1和底弧2的内弧面曲率半径R1和R2均为15000mm，左侧弧3和右侧弧4的内弧面曲率半径R3和R4均为2850mm，顶弧1和底弧2之间的最大净高H1为6240mm，左侧弧3和右侧弧4之间的最大净宽H2为10800mm，圆弧面光滑连接。所有管片的断面厚度均为500mm。
本实施例的整环管片拼装结构包括封顶块7、第一邻接块8、第二邻接块9、第一标准块10、第二标准块11、第三标准块12、第四标准块13、第五标准块14、第六标准块15、第七标准块16共10个管片和1个中央立柱。其中，封顶块7的左右两侧分别连接第一邻接块10和第二邻接块11。第一邻接块10的另一侧依次连接第一标准块10、第二标准块11、第三标准块12、第四标准块13、第五标准块14、第六标准块15和第七标准块16，第七标准块16的另一侧连接第二邻接块9。其中，封顶块7下端、第一邻接块8、第一标准块10、第二标准块11上端组成左侧弧3，第二标准块11下端、第三标准块12、第四标准块13下端组成底弧2，第四标准块13上端、第五标准块14、第六标准块15、第七标准块16下端组成右侧弧4，封顶块7上端、第二邻接块9、第七标准块16上端组成顶弧1。所述整环管片分块形式避开了隧道受力最不利处。
如图2和图3所示，管片的环向手孔17用于管片同一环内管片块与块之间的连接，其采用球墨铸铁制造，其外形为带花边19的箱型，箱型内部中央设有螺栓连接孔20，花边上设有若干锚筋连接孔21；相邻管片上的手孔直接面面接触，并采用螺栓予以连接；手孔通过若干锚筋22与管片混凝土相连使之具备足够的抗拔力。管片的纵向手孔18用于管片环与环之间的连接，其布置方式为双轴对称形式（水平轴和竖直轴），整环左右镜像后，纵向手孔位置仍然保持不变。
如图4所示，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。环与环之间用螺栓通过图2中的纵向手孔18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，应适时通过注浆孔进行同步注浆，以填补盾尾间隙。
如图5所示，管片拼装前，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，首先拼装底部第三标准块12，其次向两侧分别拼装第二标准块11和第四标准块13，然后向上拼装第一标准块10和第五标准块14，接着拼装第一邻接块8和第六标准块15，随后拼装第七标准块16和第二邻接块8，再拼装封顶块7，最后拼装中央立柱6。
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作出诸多修改和变化。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。
Claims (8)
1.一种类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，由若干片管片围合拼接形成一个整环管片，相邻的整环管片拼接形成盾构隧道管片拼装结构，其特征在于：所述盾构隧道管片拼装结构的横断面为带中央立柱的、由4段劣弧组成的双轴对称光滑类椭圆，所述光滑类椭圆包括上、下相向对称设置的半径较大的顶弧和底弧各一段，左、右相向对称设置的半径较小的左侧弧和右侧弧各一段；所述顶弧和底弧的弦长大于左侧弧和右侧弧的弦长，且所述顶弧和底弧之间的最大净高小于所述左侧弧和右侧弧之间的最大净宽；相邻的整环管片在横断面上的拼接缝避开隧道结构受力最不利处，且相邻整环管片拼装采用错缝拼装形式，每块管片均设有环向手孔、纵向手孔和注浆孔。
2.根据权利要求1所述的类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，其特征在于所述顶弧和底弧中点各有一棱台，棱台之间竖向设置钢筋混凝土中央立柱，立柱的柱身宽度为300~500mm。
3.根据权利要求1所述的类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，其特征在于所述顶弧、底弧的半径均为12000~18000mm，所述左侧弧和右侧弧的半径均为2000~4000mm。
4.根据权利要求1所述的类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，其特征在于所述整环管片的断面厚度均相等，厚度为400~600mm。
5.根据权利要求1所述的类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，其特征在于各块管片端面均为平直构造，不设置凹凸榫，仅在端面近外缘处设置对称凹槽，于其中布置防水构造。
6.根据权利要求1所述的类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，其特征在于所述每块管片的纵向手孔呈双轴对称布置。
7.根据权利要求1所述的类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，其特征在于相邻管片间均通过螺栓进行连接；环向管片间通过环向手孔用螺栓连接，纵向管片环间通过纵向手孔用螺栓连接。
8.根据权利要求1所述的类椭圆带立柱盾构隧道管片拼装结构，其特征在于环向手孔采用球墨铸铁制造，其外形为带花边的箱型，箱型内部中央设有螺栓连接孔，花边上设有若干锚筋连接孔；相邻管片上的环向手孔直接面面接触，并采用螺栓予以连接；环向手孔通过若干锚筋与管片混凝土相连使之具备足够的抗拔力。
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