CN104747207B - 中隔墙矩形隧道管片衬砌及管片拼装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种解决矩形盾构机长距离掘进的工艺问题的设备和方法。一种中隔墙矩形隧道管片衬砌及管片拼装方法，该管片衬砌的隧道断面形式为呈矩形环的直墙曲拱或曲墙曲拱，跨中区域均设有中隔墙，包括L型和R型两种管片环，两者沿隧道方向呈循环交替布置，且两者的管片拼接纵缝呈错缝拼装；同时，通过盾构管片拼装机和形状保持器来实现与之相配套的中隔墙矩形隧道管片衬砌的管片拼装方法。
Description
技术领域
本发明属于隧道掘进技术领域，具体涉及一种中隔墙矩形隧道管片衬砌及管片拼装方法。
背景技术
矩形隧道可以在工程条件比较苛刻的情况下，可有效降低开挖土方，并实现隧道断面的合理化应用，同等开挖截面下，矩形隧道比圆形隧道更能有效利用地下空间，有效使用面积比圆形增加30%以上。
目前的隧道施工多为短距离的类矩形顶管施工案例为主，长距离矩形盾构施工工艺的关键性技术急需解决。随着国家地下管网的发展，大断面矩形盾构在城市轨道和交通隧道的建设将有较大的需求。当地铁轨道线间距要求苛刻即隧道两边有近距离高耸建筑物时而不能采用线间距不易控制的两并行圆形隧道设计时，矩形隧道较短的隧道宽度、对周边环境的影响较小、空间利用率高三大优势就得以发挥。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种能够解决矩形盾构机长距离掘进的工艺问题的中隔墙矩形隧道管片衬砌及管片拼装方法，从而使矩形隧道施工更安全、可靠、高效。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种中隔墙矩形隧道管片衬砌，所述管片衬砌的隧道断面形式为呈矩形环的直墙曲拱或曲墙曲拱，所述的管片衬砌包括L型管片环和R型管片环，所述的L型管片环和R型管片环的上拱和下拱的跨中区域均设置有中隔墙，所述的L型管片环和R型管片环均包括多个呈环形拼装的环形管片分块和中隔墙管片分块，且L型管片环和R型管片环沿隧道方向呈循环交替布置，L型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和R型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝呈错缝拼装结构。
所述的L型管片环和R型管片环均关于隧道中轴线呈180°对称结构，L型管片环和R型管片环均包括分别位于衬砌上拱中部和下拱中部的封顶块和T型块、以及沿着矩形环设置在封顶块和T型块之间的2片曲拱块B、2片曲拱块F、2片过渡块C、2片过渡块E和2片直墙块D，所述的封顶块和T型块之间垂直设置有中隔墙管片分块G和中隔墙管片分块H。
所述的环形管片分块和中隔墙管片分块上均设置有与相邻的管片环连接固定的手孔和预埋孔，同一管片环上相邻的两管片分块之间、分别位于相邻两管片环上的两相邻管片分块之间均采用斜螺栓连接。
所述的同一管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和相邻两管片环的拼接环缝均为榫卯连接或企口连接。
所述的环形管片分块和中隔墙管片分块均为钢筋混凝土浇筑而成。
一种利用上述任一所述的中隔墙矩形隧道管片衬砌的管片拼装方法，使用配套的带有六自由度的管片拼装机的矩形盾构和矩形隧道形状保持器进行拼装，通过L型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和R型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝采用的错缝拼装方法，对L型管片环和R型管片环的各个管片分块的尺寸和相对应的安放拼装位置进行设计，再通过以下步骤进行拼装：
①R型管片环进行拼装：通过管片拼装机对将管片环下拱中部的管片分块进行正向安放，并通过矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧，进行初步连接固定；
②以管片环下拱中部的管片分块为起点，依次在该管片分块左右两侧由下向上交替安放管片分块，安放各个管片分块的同时由矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧并与已安装完成的管片分块进行初步连接固定，直至安装至管片环的上拱中部的管片分块；
③将管片环上拱中部的管片分块与其左右两侧相邻的管片分块进行匹配拼装安放，并通过矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧并进行初步连接固定，与此同时，将两个分别设置在中隔墙左右两侧的矩形隧道形状保持器撑开，支撑管片环上拱的管片分块保持稳定；
④将中隔墙安装在管片环的下拱中部和上拱中部的管片分块之间，通过管片拼装机的辅助定位油缸顶紧，并对中隔墙进行初步连接固定，通过对矩形隧道形状保持器进行微调，核实整个R型管片环的管片分块之间的密封和定位，逐步进行最终固定，收起矩形隧道形状保持器，R型管片环拼装完毕；
⑤对L型管片环进行拼装：按照预设计，采用管片拼装机和矩形隧道形状保持器对L型管片环按步骤①~④进行拼装固定，完成L型管片环的拼装；
⑥重复①~⑤的步骤，进行L型管片环和R型管片环的错缝交替拼装。
所述的初步连接固定和最终固定为通过设置在各个管片分块上对应的手孔和预埋孔由斜螺栓进行连接固定。
所述的同一管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和相邻两管片环的拼接环缝均为榫卯连接、楔形连接或企口连接。
对于存在一定曲率半径的隧道施工工段时，设计相应匹配的带有弧度的转弯环进行与步骤①~④相同的拼装方法进行拼装。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
本发明中矩形隧道衬砌管片环采用双地铁线设计，设置了中隔墙，减少矩形隧道跨中所受弯矩，从而提高使用寿命；分块的每个管片尺寸分配合理，部分管片有互换性，通过合理安排拼装工艺顺序，提高管片拼装机在隧道中的拼装作业效率，同时R型管片环和L型管片环关于隧道中轴线180°对称，有效的减少了制造模具费用，提高了隧道施工的经济性。
附图说明
图1为本发明L型管片环的结构示意图。
图2为图1中A-A向结构示意图。
图3为本发明R型管片环的结构示意图。
图4为中隔墙矩形隧道管片衬砌的整体结构示意图。
图5为管片拼装机和矩形隧道形状保持器的工作状态结构示意图。
图6为两个矩形隧道形状保持器的支撑状态的结构示意图。
图7为矩形隧道形状保持器的结构示意图。
图中序号：1为L型管片环、2为R型管片环、3为中隔墙、4为手孔、5为斜螺栓、6为T型块P、7为封顶块Q、8为曲拱块B、9为曲拱块F、10为过渡块C、11为过渡块E、12为直墙块D、13为中隔墙管片分块G、14为中隔墙管片分块H、15为T型块R、16为封顶块S、 17为矩形盾构管片拼装机、18为形状保持器、 181为外滑套、182为双向油缸、183为内滑套、184为限位球铰、185为撑靴、186为支撑块、187为撑杆、188为变幅油缸、19为主推油缸。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例一：参见图1-图4，一种中隔墙矩形隧道管片衬砌，其隧道断面形式为呈矩形的直墙曲拱，所述的管片衬砌包括L型管片环1和R型管片环2，且L型管片环1和R型管片环2沿隧道方向呈循环交替布置，所述的L型管片环1和R型管片环2的上拱和下拱的跨中区域均设置有中隔墙3，所述的L型管片环1和R型管片环2均包括多个呈环形拼装的环形管片分块和中隔墙管片分块，所述的环形管片分块和中隔墙管片分块均为钢筋混凝土浇筑而成，L型管片环1上相邻两管片分块的拼接纵缝和R型管片环2上相邻两管片分块的拼接纵缝呈错缝拼装。
本实施例的环形管片分块和中隔墙管片分块上均设置有与相邻的管片环连接固定的手孔4和预埋孔，同一管片环上相邻的两管片分块之间、分别位于相邻两管片环上的两相邻管片分块之间均采用斜螺栓5连接固定。
实施例二：参见图1-图3，本实施例的结构与实施例一基本相同，相同之处不再重述，其不同之处在于：所述的同一管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和相邻两管片环的拼接环缝均为榫卯连接、楔形连接或企口连接。
实施例三：参见图1-图4，本实施例的结构与实施例一或二基本相同，相同之处不再重述，其不同之处在于：所述的L型管片环1和R型管片环2均关于隧道中轴线呈180°对称结构，L型管片环1包括分别位于衬砌上拱中部和下拱中部的封顶块Q7和T型块P6、以及呈矩形环拼装设置在封顶块Q7和T型块P6之间的2片曲拱块B8、2片曲拱块F9、2片过渡块C10、2片过渡块E11和2片直墙块D12，所述的R型管片环2包括分别位于衬砌上拱中部和下拱中部的封顶块S16和T型块R15、以及呈矩形环拼装设置在封顶块S16和T型块R15之间的2片曲拱块B8、2片曲拱块F9、2片过渡块C10、2片过渡块E11和2片直墙块D12，所述的封顶块和T型块之间垂直设置有中隔墙管片分块G13和中隔墙管片分块H14，L型管片环的封顶块Q7和T型块P6与R型管片环上对应的封顶块S16和T型块R15在拼装过程中根据拼装工艺上的不同，其局部存在不同的拼装连接结构，使得L型管片环和R型管片环上对应的T型块或对应的封顶块之间存在结构的不同，其不可相互替换，L型管片环1和R型管片环2上的曲拱块B、曲拱块F、过渡块C、过渡块E、直墙块D、中隔墙管片分块G13和中隔墙管片分块H14存在可互换性，L型管片环和R型管片环上对应位置处设置的曲拱块B与曲拱块F、过渡块C和过渡块E拼接使用的位置相同，但长度尺寸不同，从而使得L型管片环和R型管片环对应拼装时其纵缝相错。
实施例四：参见图1-图7，一种利用实施例一到实施例四中任一种中隔墙矩形隧道管片衬砌的管片拼装方法，使用配套的带有六自由度的管片拼装机的矩形盾构和矩形隧道形状保持器进行拼装，通过L型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和R型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝采用的错缝拼装方法，对L型管片环和R型管片环的各个管片分块的尺寸和相对应的安放拼装位置进行设计，再通过以下步骤进行拼装：
①对R型管片环进行拼装：通过管片拼装机对将管片环下拱中部的管片分块进行正向安放，并通过矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧并进行初步连接固定；
②以管片环下拱中部的管片分块为起点，依次在该管片分块左右两侧由下向上交替安放管片分块，安放各个管片分块的同时由矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧并采用斜螺栓初步连接，直至安装至管片环的上拱中部的管片分块；
③将管片环上拱中部的管片分块与其左右两侧相邻的管片分块进行匹配拼装安放，并通过矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧并采用斜螺栓初步连接，与此同时，将两个分别设置在中隔墙左右两侧的矩形隧道形状保持器撑开，支撑管片环上拱的管片分块保持稳定；
④将中隔墙安装在管片环的上拱中部和下拱中部的管片分块之间，通过管片拼装机的辅助定位油缸顶紧，并采用斜螺栓初步连接，通过对矩形隧道形状保持器进行微调，核实整个R型管片环的管片分块之间的密封和定位，逐步拧紧斜螺栓，收起矩形隧道形状保持器，R型管片环拼装完毕；
⑤对L型管片环进行拼装：按照预设计，采用管片拼装机和矩形隧道形状保持器对L型管片环按步骤①~④进行拼装固定，完成L型管片环的拼装；
⑥重复①~⑤的步骤，进行L型管片环和R型管片环的错缝交替拼装。
如图6、图7所示：其中所述的矩形隧道形状保持器包括铰接在设备桥上的外滑套181、固定设置在外滑套181内的双向油缸182、分别铰接在双向油缸182两端且均匹配套装在外滑套181内的两内滑套183、以及设置在两内滑套183端部的撑张装置，所述的撑张装置包括位于内滑套183顶部的中部顶推机构、以及分别位于内滑套183前后两侧的前变幅机构和后变幅机构，所述的中部顶推机构包括固定设置在内滑套183顶部的限位球铰184和压设在限位球铰184上的撑靴185，所述的前变幅机构和后变幅机构均包括撑靴185、与撑靴185匹配压接的限位球铰184、支撑限位球铰184的支撑块186、两端分别与支撑块186和内滑套183铰接的撑杆187、以及设置在支撑块186与内滑套183之间的变幅油缸188。
所述的支撑块186的截面呈三角形，所述的支撑块186与内滑套183之间铰接的撑杆187为等长且相互平行设置的两组，所述的限位球铰184与支撑块186的其中一端固定连接，两组撑杆187与支撑块186的两个铰接点分别位于支撑块186的另外两端，所述的变幅油缸188与支撑块186的铰接点和靠近撑靴一侧的撑杆的铰接点同轴。
其形状保持器的工作原理是：1、启动中部顶推机构：将双向油缸行程分别向上和向下逐步伸出，使橡胶式撑靴紧贴在刚完全拼装完毕的管片环的上拱和下拱区域，并使双向油缸保压；2、再启动后变幅装置：将变幅油缸行程伸出，使撑靴紧贴前述管片环的后一环管片，并变幅油缸保压；3、然后调节前变幅装置：将变幅油缸行程伸出，逐步调整撑靴与前述管片环的前一环（未拼装完毕的）管片的距离，待两者紧贴后，经多次测量比对距离误差，并使曲拱块B、曲拱块F、封顶块与目标矩形轮廓吻合后，令变幅油缸保压；4、再次用管片拼装机对中隔墙管片分块G、中隔墙管片分块H进行拼装作业，期间需配合拼装机微调变幅油缸行程，辅助中隔墙的楔形拼装，最后将所有连接螺栓拧紧；5、将双向油缸和变幅油缸行程全部回缩，使形状保持器回到待命状态。
实施例五：参见图1-图7，本实施例的方法与实施例四基本相同，相同之处不再重述，其不同之处在于：所述的同一管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和相邻两管片环的拼接环缝均为榫卯连接、楔形连接或企口连接。
实施例六：参见图1-图7，本实施例的方法与实施例四或五基本相同，相同之处不再重述，其不同之处在于：对于存在一定曲率半径的隧道施工工段时，设计相应匹配的带有弧度的转弯环进行与步骤①~④相同的拼装方法进行拼装。
Claims (4)
1.一种中隔墙矩形隧道管片衬砌的管片拼装方法，其特征在于：所述管片衬砌的隧道断面形式为呈矩形环的直墙曲拱或曲墙曲拱，所述的管片衬砌包括L型管片环和R型管片环，所述的L型管片环和R型管片环的上拱和下拱的跨中区域均设置有中隔墙，所述的L型管片环和R型管片环均包括多个呈环形拼装的环形管片分块和中隔墙管片分块，且L型管片环和R型管片环沿隧道方向呈循环交替布置，L型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和R型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝呈错缝拼装结构；
使用配套的带有六自由度的管片拼装机的矩形盾构和矩形隧道形状保持器进行拼装，所述的矩形隧道形状保持器包括铰接在设备桥上的外滑套、固定设置在外滑套内的双向油缸、分别铰接在双向油缸两端且均匹配套装在外滑套内的两内滑套、以及设置在两内滑套端部的撑张装置，所述的撑张装置包括位于内滑套顶部的中部顶推机构、以及分别位于内滑套前后两侧的前变幅机构和后变幅机构，所述的中部顶推机构包括固定设置在内滑套顶部的限位球铰和压设在限位球铰上的撑靴，所述的前变幅机构和后变幅机构均包括撑靴、与撑靴匹配压接的限位球铰、支撑限位球铰的支撑块、两端分别与支撑块和内滑套铰接的撑杆、以及设置在支撑块与内滑套之间的变幅油缸；通过L型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和R型管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝采用的错缝拼装方法，对L型管片环和R型管片环的各个管片分块的尺寸和相对应的安放拼装位置进行设计，再通过以下步骤进行拼装：
①R型管片环进行拼装：通过管片拼装机对将管片环下拱中部的管片分块进行正向安放，并通过矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧，进行初步连接固定；
②以管片环下拱中部的管片分块为起点，依次在该管片分块左右两侧由下向上交替安放管片分块，安放各个管片分块的同时由矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧并与已安装完成的管片分块进行初步连接固定，直至安装至管片环的上拱中部的管片分块；
③将管片环上拱中部的管片分块与其左右两侧相邻的管片分块进行匹配拼装安放，并通过矩形盾构盾体上的主推油缸顶紧并进行初步连接固定，与此同时，将两个分别设置在中隔墙左右两侧的矩形隧道形状保持器撑开，支撑管片环上拱的管片分块保持稳定；
④将中隔墙安装在管片环的下拱中部和上拱中部的管片分块之间，通过管片拼装机的辅助定位油缸顶紧，并对中隔墙进行初步连接固定，通过对矩形隧道形状保持器进行微调，核实整个R型管片环的管片分块之间的密封和定位，逐步进行最终固定，收起矩形隧道形状保持器，R型管片环拼装完毕；
⑤对L型管片环进行拼装：按照预设计，采用管片拼装机和矩形隧道形状保持器对L型管片环按步骤①~④进行拼装固定，完成L型管片环的拼装；
⑥重复①~⑤的步骤，进行L型管片环和R型管片环的错缝交替拼装。
2.根据权利要求1所述的管片拼装方法，其特征在于，所述的初步连接固定和最终固定为通过设置在各个管片分块上对应的手孔和预埋孔由斜螺栓进行连接固定。
3.根据权利要求1所述的管片拼装方法，其特征在于，所述的同一管片环上相邻两管片分块的拼接纵缝和相邻两管片环的拼接环缝均为榫卯连接或企口连接。
4.根据权利要求1所述的管片拼装方法，其特征在于，对于存在一定曲率半径的隧道施工工段时，设计相应匹配的带有弧度的转弯环进行与步骤①~④相同的拼装方法进行拼装。
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