CN105178983B - 一种环向预应力加固隧道管片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环向预应力加固隧道管片及制作方法。隧道管片部分主要包括拱底块，拱底块的两端分别设有一相邻块，任一相邻块的端部均紧贴一连接块，两连接块之间为封顶块；所述拱底块、相邻块、连接块和封顶块的外侧均设有预留凹槽，封顶块内部具有预留孔道；钢绞线通过预留凹槽将拱底块、相邻块、连接块和封顶块预紧后，端部贯穿并凸出于封顶块，凸出于封顶块的钢绞线被锁具固定实现预应力的施加；所述拱底块、相邻块、连接块和封顶块共同构成封闭的圆筒型结构。本发明所提供的隧道管片能够有效的提高管片的整体性及抵抗围岩压力的能力，且制作方法省时省料。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通工程相关领域，具体的说，是涉及一种环向预应力加固隧道管片及制作方法。
背景技术
随着我国交通运输业的飞速发展，隧道建设中因盾构施工具有高效、安全、环保等优点，盾构施工法被应用的情况愈来愈多。
盾构隧道在管片拼装时，环向之间的管片通过螺栓连接，相邻环向管片之间的缝隙很难进行有效挤紧。在隧道后期运营期间，由于地下水的侵蚀、地层不均匀沉降及列车运行产生的动荷载，使得环向管片的缝隙成为渗水漏水的脆弱部位，并且管片会发生挤压产生错台等现象，给盾构隧道的安全带来威胁。
现有技术中，已经有部分关于隧道管片的研究，但是整体来说效果均不尽人意。
例如，申请号为2011101251817的中国专利公开了盾构隧洞预应力复合衬砌输水隧洞，它包括盾构施工形成的拼装式管片环为普通钢筋混凝土外衬，同环各块管片通过连接螺栓相连，在拼装式管片环手孔上安装插筋，在外衬上直接浇筑混凝土形成内衬和混凝土填入外衬手孔形成的剪力键，内衬与外衬通过插筋和混凝土剪力键结合为复合衬砌结构。该方法费时、费力，材料消耗大，且现浇内衬混凝土由内部钢筋、波纹管较多造成混凝土不密实，整体效果较差。
又如说，申请号为201210235474一种预应力管片，管片上设有多个沿轴线分布的钢绞线孔道，多个管片组成的圆周上，相应的钢绞线孔道之间互相联通，每条钢绞线孔道上设有一锚具槽。还提供了一种采用上述的预应力管片进行盾构隧道预应力衬砌施工方法，包括以下步骤：一、盾构掘进管片拼装的步骤；二、通过管片上的锚具槽沿钢绞线孔道张拉钢绞线的步骤；三、混凝土回填的步骤；通过上述步骤实现盾构隧道预应力衬砌施工。此方法在管片之间穿钢绞线比较困难，并且预留槽孔会削弱管片的强度。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种环向预应力加固隧道管片，其能够有效的提高管片的整体性及抵抗围岩压力的能力。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案
一种环向预应力加固隧道管片，包括拱底块，拱底块的两端分别设有一相邻块，任一相邻块的端部均紧贴一连接块，两连接块之间为封顶块；
所述拱底块、相邻块、连接块和封顶块的外侧均设有预留凹槽，封顶块内部具有预留孔道；
钢绞线通过预留凹槽将拱底块、相邻块、连接块和封顶块预紧后，端部贯穿并凸出于封顶块，凸出于封顶块的钢绞线被锁具固定实现预应力的施加；
所述拱底块、相邻块、连接块和封顶块共同构成封闭的圆筒型结构。
优选的，所述封顶块的内侧具有凸肋，预留孔道的一部分位于凸肋内部，锁具受到的与预应力相反的作用力施加在凸肋上。
优选的，所述预留凹槽至少为三条。
优选的，所述预留凹槽的直径大于钢绞线的直径，来使得钢绞线嵌入预留凹槽后不高于被嵌入物体的表面。
优选的，位于封顶块内部相对应的预留孔道交叉连通。
优选的，相邻预留凹槽之间的距离相同，来使得预应力被均匀的施加在拱底块、相邻块、连接块和封顶块上。
优选的，所述凸肋与所述封顶块为一体成型的结构。
在隧道管片结构方案的同时，本发明还提供了一种制造上述环向预应力加固隧道管片方法，主要包括如下步骤：
A、在拱底块、相邻块及连接块的背部等间距设置预留凹槽；
B、在封顶块上设置凸肋，并在凸肋上设置预留孔道和预留凹槽；
C、将钢绞线提前按照管片凹槽的位置布置好，通过拉拔钢绞线的两端确保钢绞线位于预留凹槽内；
D、将钢绞线的两端分别插入封顶块内部相应的预留孔道中；
E、插入封顶块，并对钢绞线施加预应力，利用锁具将钢绞线固定在凸肋上；
F、对隧道管片进行背后注浆，完成预应力的施加。
本发明的有益效果为：
(1)通过钢绞线缩紧了环向相邻管片之间的缝隙，能较好的保持住相邻管片之间的应力，有效防止管片之间出现张开或错台，提高了环向管片之间缝隙的抗渗水性能；
(2)通过将预应力钢绞线固定在封顶块上，钢绞线的预应力对封顶块有向上的拉力，抵消一部分作用在封顶块上的围岩压力，提高了管片的稳定性；
(3)钢绞线布置在管片外侧，在张拉锁定钢绞线完成时，通过管片背部注浆，使钢绞线与管片整合为一体，加强了管片预应力的效果，并同时节省了额外的钢绞线注浆材料，节省了人力、工时。
附图说明
图1为本发明的隧道管片的侧视图；
图2为封顶块剖视图；
图3为图2中A-A断面图；
图4为图2中B-B断面图；
图5为封顶块仰视图；
图6为封顶块安装预应力钢绞线示意图；
图7为拱底块、相邻块和连接块的仰视图；
图8为拱底块、相邻块合连接块的断面图；
图中：1、拱底块，2、相邻块，3、连接块，4、封顶块，5、凸肋，6、预留孔道，7、预留凹槽，8、钢绞线，9、锁具。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例：一种环向预应力加固隧道管片，其侧向结构如图1和图6所示，包括拱底块1，拱底块1的两端分别设有一相邻块2，任一相邻块2的端部均紧贴一连接块3，两连接块3之间为封顶块4；
拱底块1、相邻块2、连接块3和封顶块4的外侧均设有预留凹槽7，所述预留凹槽7至少为三条。每一条预留凹槽的端部进行延长后，均能够形成一个闭合的纯圆型。
参考图2-图4所示，封顶块4内部具有预留孔道6，在具有三条预留凹槽7的基础上，预留孔道6的数量即为6条，每两条预留孔道6相对应，且该相对应的预留孔道6的方向相反，并且交叉；
参考图5-8所示，在预留凹槽7的内部放置有3条钢绞线8，每条钢绞线8均通过一条预留凹槽7将拱底块1、相邻块2、连接块3和封顶块4进行预紧，每条钢绞线8的端部贯穿并凸出于封顶块4，每条钢绞线8的端部均被锁具9固定；
一个拱底块1、两个相邻块2、两个连接块3和一个封顶块4共同构成封闭的圆筒型结构。
继续参考图6所示，为了防止封顶块4出现局部应力集中，封顶块4的内侧具有与封顶块4相一体成型的凸肋5，预留孔道6的一部分位于凸肋5内部，每条预留孔道6的一个端部均位于凸肋5上，锁具9位于凸肋5外侧，锁具9受到的与预应力相反的作用力施加在凸肋5上，使得钢绞线8的预应力对封顶块4有向上的拉力，抵消一部分作用在封顶块4上的围岩压力。
预留凹槽7的直径大于钢绞线8的直径，来使得钢绞线8嵌入预留凹槽7后没有凸出于被嵌入物体的表面，来保证管片的各部分均具有较高的圆整度。
相邻预留凹槽7之间的距离相同，来使得预应力被均匀的施加在拱底块1、相邻块2、连接块3和封顶块4上。
同时，本实施例还提供了一种制造上述环向预应力加固隧道管片方法，主要包括如下步骤：
A、在拱底块1、相邻块2及连接块3的背部等间距设置三条预留凹槽7，中心预留凹槽与两侧预留凹槽的距离相同，均为400mm，且中心预留凹槽位于拱底块1、相邻块2、连接块3及封顶块4的中间位置；
B、在封顶块4上设置凸肋5，并在凸肋5上设置预留孔道6和预留凹槽7；
C、在铺设拱底块1、相邻块2、连接块3之前，将三条钢绞线8提前按照预留凹槽7的位置布置好，在每一部分铺设完成后，通过拉拔钢绞线8的两端进行检查钢绞线8是否在预留凹槽7内；
D、在插入封顶块4之前，将钢绞线8的两端分别插入封顶块4相应的预留孔道6中；
E、插入封顶块4，并对钢绞线8施加预应力，利用锁具9将钢绞线8固定在凸肋5上；
F、对成型的管片进行背后注浆，完成预应力的施加。
上述制造方法中，预留凹槽7沿拱底块1、相邻块2、连接块3的环向方向通长设置，在封顶块4上，预留凹槽6在由预留孔道7到管片的边缘进行布置。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种环向预应力加固隧道管片，其特征在于，包括拱底块，拱底块的两端分别设有一相邻块，任一相邻块的端部均紧贴一连接块，两连接块之间为封顶块；
所述拱底块、相邻块、连接块和封顶块的外侧均设有预留凹槽，封顶块内部具有预留孔道；
钢绞线通过预留凹槽将拱底块、相邻块、连接块和封顶块预紧后，端部贯穿并凸出于封顶块，凸出于封顶块的钢绞线被锁具固定实现预应力的施加；
所述拱底块、相邻块、连接块和封顶块共同构成封闭的圆筒型结构；
所述封顶块的内侧具有凸肋，预留孔道的一部分位于凸肋内部，锁具受到的与预应力相反的作用力施加在凸肋上。
2.根据权利要求1所述的环向预应力加固隧道管片，其特征在于，所述预留凹槽至少为三条。
3.根据权利要求1所述的环向预应力加固隧道管片，其特征在于，所述预留凹槽的直径大于钢绞线的直径。
4.根据权利要求1所述的环向预应力加固隧道管片，其特征在于，位于封顶块内部相对应的预留孔道交叉连通。
5.根据权利要求2所述的环向预应力加固隧道管片，其特征在于，相邻预留凹槽之间的距离相同。
6.根据权利要求1所述的环向预应力加固隧道管片，其特征在于，所述凸肋与所述封顶块为一体成型的结构。
7.一种制造权利要求1-6任一项所述环向预应力加固隧道管片方法，其特征在于，步骤如下：
A、在拱底块、相邻块及连接块的背部等间距设置预留凹槽；
B、在封顶块上设置凸肋，并在凸肋上设置预留孔道和预留凹槽；
C、将钢绞线提前按照管片凹槽的位置布置好，通过拉拔钢绞线的两端确保钢绞线位于预留凹槽内；
D、将钢绞线的两端分别插入封顶块内部相应的预留孔道中；
E、插入封顶块，并对钢绞线施加预应力，利用锁具将钢绞线固定在凸肋上；
F、对隧道管片进行背后注浆，完成预应力的施加。
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