CN104790974B - 一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构，由多环管片沿纵向拼装而成；管片两侧均环向预埋有若干钢卡槽，相邻两环管片之间通过若干钢连接件纵向连接，钢连接件两端分别扣入相邻两环管片对应的钢卡槽内。本发明预埋卡扣式工艺的连接件制作、安装简便，连接件组装后形成的空腔采用预埋孔填充密实，以保证连接件紧固可靠及满足其耐久性使用要求。通过此项发明的应用，在重叠隧道的设计中变常规的隧道周边土体被动加固为隧道管片主动加强，使隧道纵向抗拉、抗弯及横向抗剪得到大幅提升，在简化下行盾构隧道加固措施的同时，还有利于降低工程造价，有利于减少上行隧道运营列车动载对下行隧道的影响。

Description

一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构。

背景技术

目前，随着城市轨道交通的发展，由于地质条件、周边建筑、地下空间开发及运营需求等因素，在工程中有时不可避免地产生近距离重叠盾构隧道。这种型式的隧道，可较好解决受限路段的路线布设，但往往由于净距较小产生一些问题，通常上行隧道是在下行隧道完成之后修建的，上行隧道的施工势必影响下行隧道结构的受力状态，引起下行隧道变形，需要盾构隧道纵缝连接具有较大的刚度，而且运营期间由于上行隧道列车荷载的振动，对下行隧道也存在一定的影响。因此，如何提高下行盾构管片纵向刚度、减少上行隧道施工及运营对其影响的技术方案固然十分重要。

如何使提高盾构管片纵向刚度的方法更便利，如何使纵向刚度加强工程既满足工程质量要求又可节约造价，这是工程质量与安全管理的重要目标。根据中国专利检索结果，目前有关提高地铁重叠盾构隧道管片纵向刚度的专项设计和施工技术，总体概况有下行隧道内设支撑系统和盾构管片背后注浆等，但针对提高盾构管片自身纵向连接刚度的方案依然十分局限，有待于提升。

2009年，涂齐亮提出“一种长距离小净距重叠盾构隧道用可移动式轮式台车支撑系统”(发明专利授权公告号：CN101712323A)，该技术包括能在已施工完成盾构隧道内所铺设钢轨上来回移动的一组或多组结构相同的轮式支撑台车，多组轮式支撑台车通过连接杠组装为一体。该发明在使用时在连续不间断支撑的同时，克服了现有十字支撑体系所存在的安装和倒运工作非常困难等难题。

2012年，郭磊提出“一种盾构隧道施工中控制地层沉降的盾构管片背后注浆工艺”(发明专利公开号：CN 103306684A)，该技术包括同步注浆、二次注浆和特殊处理工艺，同步注浆通过盾构机本身同步注浆系统，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时，利用盾构机的注浆泵对称注浆。该发明采用上述工艺，特别是在特殊处理工艺中加入TAC高分子聚合物进行土层改良并压注环氧树脂加强环加固地层，以安全便捷的方式保证注浆效果良好，防止浆液的流动和流失，满足注浆的饱满，同时可以很好的改良土体并加固地层，有效的控制沉降量，保障盾构掘进施工的安全顺利进行。

2013年，徐磊提出“一种叠落式盾构隧道的施工方法”(发明专利公告号：CN103277110A)，该技术主要施工步骤包括：下行盾构隧道掘进施工，隧道结构采用加强型管片；下行隧道在二次注浆孔中通过注浆管向上行隧道和下行隧道之间的所夹土体进行注浆；上行隧道施工前在下行隧道内设置台车支撑体系来保护下行隧道；上行盾构隧道掘进施工，施工过程中下行隧道支撑台车保持与上行隧道掘进同步跟进；上行隧道在二次注浆孔中通过注浆管向上行隧道和下行隧道之间的所夹土体进行注浆。该技术能够保证叠落式盾构隧道的安全施工，使得控制措施的可操作性，可以降低环境安全风险。

上述技术在实际工程应用中虽可较好减少施工时上行隧道对下行隧道的影响，但实施操作相对繁杂且造价高，也未解决重叠上行隧道运营对下行隧道的影响问题，因此，简化重叠盾构隧道加强措施、降低工程造价及减少运营列车动载的影响均具有重要的工程意义。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构，其只需在普通加强管片预制时置入槽口预埋件，管片拼装时置入加强连接构件，在满足提高盾构衬砌纵向刚度的同时，还可减少隧道同步注浆及盾构背后注浆，有利于节约工程造价，且有利于节省施工时间。

一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构，由多环管片沿纵向拼装而成；所述的管片两侧均环向预埋有若干钢卡槽，相邻两环管片之间通过若干钢连接件纵向连接，所述的钢连接件两端分别扣入相邻两环管片对应的钢卡槽内。

进一步地，所述钢连接件的纵截面为山字形结构，钢连接件的三个凸榫等宽齐平；所述钢卡槽内部空腔的纵截面为凹字形结构，空腔的两个凸榫齐平且内侧凸榫宽度为外侧凸榫宽度的两倍；所述钢连接件凸榫的高度与钢卡槽空腔凸榫的高度相同；

所述钢卡槽的厚度与钢连接件厚度匹配，长度为钢连接件长度的一半，高度比钢连接件高度高出a厘米，a为钢卡槽空腔凸榫的高度。

进一步地，所述的钢卡槽上预开有插销孔，所述的钢连接件上开有两个与相邻两环管片上钢卡槽插销孔所对应的预留孔。

进一步地，所述的钢连接件扣入相邻两环管片对应的钢卡槽内后，利用钢插销贯穿插销孔和预留孔后通过螺母紧固。

所述的钢插销插入钢卡槽内部空腔的深度不小于该空腔厚度的1/3。

进一步地，所述的钢连接件扣入相邻两环管片对应的钢卡槽内后，钢卡槽剩余的空腔采用填充材料充填密实。

进一步地，所述的管片由三个标准块、两个邻接块和一个封顶块沿环向拼装组成；其中，下半环由三个标准块拼装而成，所述的封顶块设于两个邻接块之间且通过两个邻接块与下半环的标准块对应衔接以组成上半环。

进一步地，所述的管片单侧环向预埋有五个钢卡槽，五个钢卡槽沿环向按72°间隔均匀分布，且五个钢卡槽分别对应分布于三个标准块和两个邻接块上。

进一步地，相邻两环管片采用错缝拼装方式，即管片两侧钢卡槽错开36°布置，能够提高隧道管片结构的整体抗弯刚度。

进一步地，所述的钢卡槽在绑扎管片衬砌钢筋时设置于预留位置处，钢卡槽周边设置加强筋并与管片主筋焊接，钢卡槽与管片一次浇筑成型。

进一步地，所述的钢卡槽布置于管片原有的纵向螺栓孔旁边且与纵向螺栓孔处于同一圆环，两者环距为12～15cm。

进一步地，所述的钢卡槽与管片内环的垂直距离根据管片厚度的不同可设为12～15cm。

本发明通过在盾构隧道管片内预埋连接卡槽，采取环向旋转扣入式纵向连接拼装管片，通过连接构件以提高管片纵向抗拉、抗弯及横向抗剪能力，还可根据隧道所处不同地层特性和重叠净距调整其大小；在后一环管片拼装前将钢连接构件插入并扣住前一环管片的卡槽，旋入插销以固定连接构件，接着将后一环管片的卡槽空腔对准连接构件套住，然后略微旋转管片至凸榫卡槽扣住连接构件，旋入插销，最后通过预留孔将剩余卡槽空腔充填密实。

本发明预埋卡扣式工艺的连接件制作、安装简便，连接件组装后形成的空腔采用预留孔填充密室，以保证连接件紧固可靠及满足其耐久性使用要求。通过此项发明的应用，在重叠隧道的设计中变常规的隧道周边土体被动加固为隧道管片主动加强，使隧道纵向抗拉、抗弯及横向抗剪得到大幅提升，在简化下行盾构隧道加固措施的同时，还有利于降低工程造价，有利于减少上行隧道运营列车动载对下行隧道的影响。

此外，本发明为工程现场加固施工有效减少注浆等不可控的技术风险，同时为城市地铁盾构重叠隧道加固提供了经济、安全、耐久、可靠的技术方案。

附图说明

图1(a)为本发明管片的结构示意图。

图1(b)为图1(a)的局部放大图；其中，①为常规纵向螺栓孔；②为预埋的钢卡槽。

图2(a)为前一环预埋钢卡槽的截面示意图。

图2(b)为卡扣式钢连接构件的截面示意图。

图2(c)为后一环预埋钢卡槽的截面示意图。

图3(a)～(e)为本发明管片加强连接件的组合次序示意图。

图4(a)～(c)为本发明管片分步拼装示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明城市地铁重叠盾构隧道管片结构，由多环管片沿纵向拼装而成；相邻两环管片之间通过纵向加强连接件连接，加强连接件由呈扁平“山”字形连接构件和两个一组的卡槽组成，而卡槽内含可插入空腔和可扣入凸榫；其具体包含置于管片环缝的预埋钢卡槽、卡扣式钢连接构件、预埋插销孔管、中空钢插销、垫板和固紧螺母；中空钢插销、垫板和固紧螺母，对应插销孔管为一套。

如图3所示，后一环管片拼装前将钢连接构件插入并扣住前一环管片的卡槽，旋入插销以固定连接构件，接着将后一环管片的卡槽空腔对准连接构件套住，然后略微旋转管片至凸榫卡槽扣住连接构件，旋入插销，最后通过中空插销注浆将剩余卡槽空腔充填密实，两次插销的作用略有区别，前一次插销除了作为注浆孔外还兼具固定连接构件的作用。

本实施方式中的地铁盾构管片按照“3块标准管片+2块邻接管片+1块封顶块”组成的5+1分块组合方式；本实施方式的管片加强连接件，在除封顶块外，其余管片均设置，沿衬砌圆环按72°均匀分布，每环单侧5个；对于两环一组的通缝或错缝拼装管片均可适用，错缝拼装的管片前后侧连接件错开36°布置，布置在盾构隧道管片结构的环缝处，与纵向螺栓孔处于同一圆环，环距控制在12～15cm，此外与内环面垂直距离根据管片厚度的不同可设为12～15cm。

本实施方式根据隧道所对应的地质条件和重叠净距，预制合适刚度的连接件，总体按钢连接构件长度为预埋卡槽两倍、高度和厚度略小于卡槽空腔来控制，连接件制作材料材质，强度不宜低于管片自身其他纵环向螺栓，卡槽壁厚3mm，连接构件与卡槽扣死后形成的空腔采用填充材料充填密实。

本实施方式在绑扎管片衬砌钢筋时将钢卡槽、插销孔管放置在预留位置处，卡槽周边设加强筋，并与主筋焊接，卡槽与管片一次浇筑成型；一个卡槽设一个内壁带有丝扣的插销孔管，两者垂直，对应处设预留孔，孔径与孔管直径相当，可按φ10mm考虑，预留孔设在连接构件扣好后其底端附近；在管片浇筑时需注意卡槽周边混凝土的密实。

本实施方式在加强段隧道拼装前拼一环单侧设连接件的管片，然后在管片预留卡槽内插入钢连接构件，旋入插销并紧固，插销进入卡槽空腔不小于空腔厚度的1/3。如图4所示，下一环管片拼装时，卡槽空腔对准连接构件套入，然后略微旋转使连接构件扣住凸榫卡槽，旋入插销并紧固，插销要求同上。最后，通过预留孔将剩余卡槽空腔充填密实。进而按常规进行剩余管片螺栓安装和其他施工步骤。

本发明管片加强连接件能够提高重叠下行盾构隧道管片自身纵向刚度，减少盾构管片背后注浆，有效降低上行隧道列车动载对下行隧道的影响；在盾构隧道管片内预埋连接卡槽，采取环向旋转扣入式纵向连接拼装管片，通过连接构件以提高隧道纵向抗拉、抗弯及横向抗剪能力。

本发明的具体施工过程如下：

第一步，根据管片的分块组合和拼装方式，确定分块管片连接件卡槽预埋位置；

第二步，根据隧道所对应的地质条件和重叠净距，制作合适刚度的连接件；

第三步，制作带钢卡槽、插销孔管的盾构管片；

第四步，在盾构隧道正常段与重叠加强段间设一环单侧有预埋卡槽的管片；

第五步，在预埋卡槽内插入连接构件，并使用钢插销逐一固定；

第六步，双侧设卡槽的管片根据连接构件的位置，将卡槽套住连接构件，并略微旋转管片至凸榫卡槽扣住连接构件，按此步骤使管片成环后旋入插销固定连接构件；

第七步，通过预留孔将剩余卡槽空腔充填密实；

第八步，固定管片其他螺栓和背后注浆等。

上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构，由多环管片沿纵向拼装而成；其特征在于：所述的管片两侧均环向预埋有若干钢卡槽，相邻两环管片之间通过若干钢连接件纵向连接，所述的钢连接件两端分别扣入相邻两环管片对应的钢卡槽内；

所述钢连接件的纵截面为山字形结构，钢连接件的三个凸榫等宽齐平；所述钢卡槽内部空腔的纵截面为凹字形结构，空腔的两个凸榫齐平且内侧凸榫宽度为外侧凸榫宽度的两倍；所述钢连接件凸榫的高度与钢卡槽空腔凸榫的高度相同；

所述钢卡槽的厚度与钢连接件厚度匹配，长度为钢连接件长度的一半，高度比钢连接件高度高出a厘米，a为钢卡槽空腔凸榫的高度；

所述的钢卡槽上预开有插销孔，所述的钢连接件上开有两个与相邻两环管片上钢卡槽插销孔所对应的预留孔；

所述的钢连接件扣入相邻两环管片对应的钢卡槽内后，利用钢插销贯穿插销孔和预留孔后通过螺母紧固；

所述的钢连接件扣入相邻两环管片对应的钢卡槽内后，钢卡槽剩余的空腔采用填充材料充填密实；

所述的管片由三个标准块、两个邻接块和一个封顶块沿环向拼装组成；其中，下半环由三个标准块拼装而成，所述的封顶块设于两个邻接块之间且通过两个邻接块与下半环的标准块对应衔接以组成上半环；

所述的管片单侧环向预埋有五个钢卡槽，五个钢卡槽沿环向按72°间隔均匀分布，且五个钢卡槽分别对应分布于三个标准块和两个邻接块上；

相邻两环管片采用错缝拼装方式，即管片两侧钢卡槽错开36°布置。

2.根据权利要求1所述的城市地铁重叠盾构隧道管片结构，其特征在于：所述的钢插销插入钢卡槽内部空腔的深度不小于该空腔厚度的1/3。

3.根据权利要求1所述的城市地铁重叠盾构隧道管片结构，其特征在于：所述的钢卡槽在绑扎管片衬砌钢筋时设置于预留位置处，钢卡槽周边设置加强筋并与管片主筋焊接，钢卡槽与管片一次浇筑成型。