CN105781577B - 用于盾构隧道施工的十二边形管片及管片衬砌结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于盾构隧道施工的十二边形管片，十二边形管片的横向两端的边缘为两个共同呈“八”字形的长斜边，十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较长的边缘的一端向另一端依次形成长横边、短斜边、内凹横边、短斜边、长横边，十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较短的边缘的一端向另一端依次形成短横边、短斜边、内凹横边、短斜边、短横边。本发明还公开了一种采用十二边形管片组装的管片衬砌结构，相邻的十二边形管片之间相互嵌入限位。本发明采用特定形状的十二边形管片，其自身形状具有安装导向的功能，管片的定位很容易；本发明采用十二边形管片衬砌结构，能进行连续掘进和拼装，显著提高了施工效率和衬砌整体刚度。

Description

用于盾构隧道施工的十二边形管片及管片衬砌结构

技术领域

本发明涉及一种隧道管片及管片衬砌结构，尤其涉及一种用于盾构隧道施工的十二边形管片及管片衬砌结构。

背景技术

随着中国铁路交通、城市地铁、水利水电、城市地下工程以及国防等的需要，隧道工程的建设得到了迅速的发展。特别是大量的越江越海隧道需要的盾构管片衬砌结构要求越来越高，不仅需要生产简单、安装快，还需要高强度，高防水性等特点。目前国内外所采用的管片有矩形管片、梯形管片、六边形管片、翼形管片、十四边形管片等。其中，矩形管片所需的模具多，需要标准块、连接块、封顶块几种模具，耗费成本高，且装配一般采用螺栓连接，施工速度慢；梯形管片、六边形管片以及十四边形管片都只需一种模具并且能够实现连续推进，但使用梯形管片、六边形管片以及十四边形管片进行装配，所得到的衬砌结构中管片之间的连接比较弱，且容易产生变形出现裂缝。

因此，有必要设计一种便于生产、所需模具少、能够进行连续推进且刚度较大的管片及管片衬砌结构，以满足越来越多的隧道施工需求，特别是越江越海隧道的盾构施工需求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种生产简单、所需模具少、能够进行连续推进且刚度较大的用于盾构隧道施工的十二边形管片及管片衬砌结构。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种用于盾构隧道施工的十二边形管片，以隧道轴向为纵向、与隧道轴向垂直的方向为横向，所述十二边形管片的横向两端的边缘为两个共同呈“八”字形的长斜边，两个等长的所述长斜边对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧，所述十二边形管片的纵向两侧边缘的中部内凹，所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较长的边缘的一端向另一端依次形成长横边、短斜边、内凹横边、短斜边、长横边，所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较短的边缘的一端向另一端依次形成短横边、短斜边、内凹横边、短斜边、短横边，四个等长的短斜边分别两两对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧和横向中轴线的两侧，两个等长的所述内凹横边对称分布于所述十二边形管片的横向中轴线的两侧，两个等长的所述长横边对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧，两个等长的所述短横边对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧，两个所述长斜边、两个所述内凹横边、两个所述长横边、两个所述短横边和四个所述短斜边共同构成所述十二边形管片的十二个边。

进一步，所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较短的边缘所在的端面设有插销或插孔，所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较长的边缘所在的端面设有与所述插销或插孔配套且一一对应的插孔或插销。这种结构可以方便地进行纵向拼装，并减少管片手孔数量。

作为优选，所述插销的内端与置于管片本体内的插销预制接头钢构件连接，所述插销预制接头钢构件与置于该管片本体内的钢筋连接，所述插销的前段靠近前端的位置设有环槽；所述插孔内安装有插孔预制接头钢构件，所述插孔预制接头钢构件与置于管片本体内的钢筋连接，所述插孔预制接头钢构件设有空腔，所述空腔的底部两侧对称安装有两个套筒，所述套筒内安装有圆柱，所述套筒与所述圆柱之间设有空隙且通过只能单向旋转的局部锯齿相互配合，所述圆柱上设有分别穿过所述套筒上的通孔的第一传动条和第二传动条，所述第一传动条靠近所述空腔的底部，所述第二传动条靠近所述空腔的腔壁且所述第二传动条的端头设有能够置于所述插销的环槽内的凸块，两个所述第一传动条、两个所述第二传动条、两个所述凸块均以所述空腔的轴向中心线为中心线对称分布，所述圆柱相对于所述套筒的安装位置满足以下要求：在所述插销插入所述空腔内之前，两个所述第一传动条和两个所述第二传动条分别呈“八”字形，在所述插销插入所述空腔内并接触底部之后，两个所述第一传动条位于同一平面，两个所述第二传动条相互平行。这种插孔结构和插销结构能够实现插销和插孔之间的紧密配合和快速锁定。

为了对圆柱进行更好的限位，所述套筒的内壁上设有两个对称分布的支撑凸柱，两个所述支撑凸柱顶住所述圆柱以实现限位。

根据需要，所述长横边与所述短横边的长度之和等于所述内凹横边的长度；所述十二边形管片为横向弧形结构或平板结构，一般为横向弧形结构。说明：所述十二边形管片为横向弧形结构时，上述十二边形管片中的十二边形其实是管片边缘投射于同一平面后形成十二边形的意思，因为管片为弧形，管片本身的边缘并不能连接为十二边形，但为了便于表述，本行业和本发明中均直接称为十二边形管片。

一种采用十二边形管片组装的管片衬砌结构，横向相邻且横向中轴线重合的两个所述十二边形管片的相邻长斜边相互契合；纵向相邻的多个所述十二边形管片中，上方横向相邻的两个所述十二边形管片的下部的相互靠近的长横边与短横边所在端面置于下方的所述十二边形管片的上部的内凹横边所在的凹槽内，下方横向相邻的两个所述十二边形管片的上部的相互靠近的长横边与短横边所在端面置于上方的所述十二边形管片的下部的内凹横边所在的凹槽内。

本发明的有益效果在于：

本发明采用特定形状的十二边形管片，其自身形状具有安装导向的功能，管片的定位很容易；本发明采用十二边形管片衬砌结构，管片的纵向采用轴向的插销，管片装配成环状衬砌的速度较快，并且能进行连续掘进和拼装，显著提高了施工效率，管片之间相互咬合，具有自锁能力，能使管片衬砌结构的整体刚度大大增加，稳定性增强，从而可以解决某些情况下盾构隧道装配式衬砌刚度不足的问题；具体优点如下：

1、本发明的十二边形管片衬砌结构由一种十二边形管片通过正反交替拼装组成，通过正反管片交替提供千斤顶作用面实现连续掘进和同步作业，解决了现有等幅宽四边形管片引起的盾构无法连续推进的问题，施工效率得到提高；

2、由于十二边形管片和周围六块管片相互咬合在一起，不用通过错缝拼装来避免盾构隧道环缝和纵缝的贯通，并且这样的接缝形式可以很大程度的提高盾构隧道管结构的整体刚度，增强结构在变形敏感地层中的稳定性；

3、管片纵向连接采用销连接，减少了用于螺栓连接的手孔，并且插销连接比手孔连接的速度更快，可以大大的节约施工时间；

4、十二边形管片只需一种模具，在预制管片的时候可以分别在长边和短边区别安装纵向插销以适应拼装要求，相对于原有的四边形管片所需四种模具而言，可大大的降低模具所需成本，并且便于施工组织时的管片生产和识别；

5、十二边形管片的插孔内与插销配套的装置具有自锁功能，随着插销的推入，与第一传动条接触，使得套筒中的圆柱发生转动，从而使第二传动条同步转动并带动凸块向空腔的轴向中心线移动最终卡入插销的环槽内，并且此时圆柱通过锯齿被套筒卡住，完成自锁。

附图说明

图1是采用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构组装后的立体图；

图2是采用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构展开后的平面图；

图3是本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片的立体图；

图4-1是本发明所述插销和插孔的剖视结构示意图之一，图中的插销和插孔未连接；

图4-2是本发明所述插销和插孔的剖视结构示意图之二，图中的插销和插孔已连接；

图4-3是本发明所述套筒、圆柱和第一传动条的立体结构示意图；

图4-4是本发明所述套筒和圆柱的连接结构示意图；

图5-1采用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构在连续拼装过程中展开后的平面图之一；

图5-2采用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构在连续拼装过程中展开后的平面图之二；

图5-3采用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构在连续拼装过程中展开后的平面图之三；

图5-4采用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构在连续拼装过程中展开后的平面图之四；

图5-5采用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构在连续拼装过程中展开后的平面图之五。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图3所示，本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片1，以隧道轴向为纵向、与隧道轴向垂直的方向为横向，十二边形管片1的横向两端的边缘为两个共同呈“八”字形的长斜边2，两个等长的长斜边2对称分布于十二边形管片1的纵向中轴线的两侧，十二边形管片1的纵向两侧边缘的中部内凹，十二边形管片1的纵向两侧边缘中横向长度较长的边缘的一端向另一端依次形成长横边8、短斜边5、内凹横边6、短斜边5、长横边8，十二边形管片1的纵向两侧边缘中横向长度较短的边缘的一端向另一端依次形成短横边3、短斜边5、内凹横边6、短斜边5、短横边3，四个等长的短斜边5分别两两对称分布于十二边形管片1的纵向中轴线的两侧和横向中轴线的两侧，两个等长的内凹横边6对称分布于十二边形管片1的横向中轴线的两侧，两个等长的长横边8对称分布于十二边形管片1的纵向中轴线的两侧，两个等长的短横边3对称分布于十二边形管片1的纵向中轴线的两侧，两个长斜边2、两个内凹横边6、两个长横边8、两个短横边3和四个短斜边5共同构成十二边形管片1的十二个边，长横边8与短横边3的长度之和等于内凹横边6的长度，十二边形管片1为横向弧形结构。

图3中还示出了手孔24和环形螺栓孔7，此为常规结构，不作具体说明。

如图4-1至图4-4所示，十二边形管片1的纵向两侧边缘中横向长度较短的边缘所在的端面设有插销4，十二边形管片1的纵向两侧边缘中横向长度较长的边缘所在的端面设有与插销4配套且一一对应的插孔9；插销4的内端与置于管片本体10(即为十二边形管片1的本体)内的插销预制接头钢构件14连接，插销预制接头钢构件14与置于该管片本体10内的钢筋连接，插销4的前段靠近前端的位置设有环槽(图中未标记)；插孔9内安装有插孔预制接头钢构件15，插孔预制接头钢构件15与置于管片本体10内的钢筋连接，插孔预制接头钢构件15设有空腔(图中未标记)，所述空腔的底部两侧对称安装有两个套筒12，套筒12内安装有圆柱27，套筒12与圆柱27之间设有空隙29且通过只能单向旋转的局部锯齿30相互配合，套筒12的内壁上设有两个对称分布的支撑凸柱28，两个支撑凸柱28顶住圆柱27以实现限位，圆柱27上设有分别穿过套筒12上的通孔26的第一传动条13和第二传动条25，第一传动条13靠近所述空腔的底部，第二传动条25靠近所述空腔的腔壁且第二传动条25的端头设有能够置于插销4的环槽内的凸块23，两个第一传动条13、两个第二传动条25、两个凸块23均以所述空腔的轴向中心线为中心线对称分布，圆柱27相对于套筒12的安装位置满足以下要求：在插销4插入所述空腔内之前，两个第一传动条13和两个第二传动条25分别呈“八”字形，在插销4插入所述空腔内并接触底部之后，两个第一传动条13位于同一平面，两个第二传动条25相互平行。

如图1、图2和图3所示，采用本发明所述十二边形管片1组装的管片衬砌结构，横向相邻且横向中轴线重合的两个十二边形管片1的相邻长斜边2相互契合；纵向相邻的多个十二边形管片1中，上方横向相邻的两个十二边形管片1的下部的相互靠近的长横边8与短横边3所在端面置于下方的十二边形管片1的上部的内凹横边6所在的凹槽内，下方横向相邻的两个十二边形管片1的上部的相互靠近的长横边8与短横边3所在端面置于上方的十二边形管片1的下部的内凹横边6所在的凹槽内。纵向相邻的两个十二边形管片1之间的连接结构则如图4-1和图4-2所示；为了实现更好的防漏效果，管片本体10的侧边表面靠近管片外表面的位置设有凹槽11，凹槽11内安装有止水胶条16，这里的图中的管片外表面中的“外”是以管片拼装成环后的内外关系来确定的。

如图5-1至图5-5所示，利用本发明所述用于盾构隧道施工的十二边形管片环向交替拼装的管片衬砌结构进行隧道施工的工作原理如下：

如图5-1所示，在具体的隧道中盾构机拼装中，千斤顶20的底部置于钢环19上，千斤顶20的顶部置于十二边形管片1上，盾构隧道先前进行程大于一倍环宽；如图5-2和图5-3所示，收回一半千斤顶，即回缩形成回缩千斤顶(即处于回缩状态的千斤顶)21，进行反向的十二边形管片1的拼装，每拼好一块反向的十二边形管片1，相应位置的回缩千斤顶21推出，处于顶推状态的千斤顶称为顶推千斤顶22，顶推千斤顶22将反向的十二边形管片1顶在已拼接好的衬砌上，用摩擦力平衡重力以固定管片位置；如图5-4和图5-5所示，接着顶在反向的十二边形管片1上的顶推千斤顶22开始工作推动盾构机前进，同时收回其他十二根千斤顶形成回缩千斤顶21，进行的十二边形管片1的拼装，每拼好一块正向的十二边形管片1，相应位置的千斤顶推出形成顶推千斤顶22，将反向的十二边形管片1顶在已拼接好的衬砌上，用摩擦力平衡重力以固定管片位置。一整环管片都拼装好后，全部千斤顶20一起工作推动刀盘掘进一倍环宽以上距离，从而完成一个工作循环。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于盾构隧道施工的十二边形管片，其特征在于：以隧道轴向为纵向、与隧道轴向垂直的方向为横向，所述十二边形管片的横向两端的边缘为两个共同呈“八”字形的长斜边，两个等长的所述长斜边对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧，所述十二边形管片的纵向两侧边缘的中部内凹，所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较长的边缘的一端向另一端依次形成长横边、短斜边、内凹横边、短斜边、长横边，所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较短的边缘的一端向另一端依次形成短横边、短斜边、内凹横边、短斜边、短横边，四个等长的短斜边分别两两对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧和横向中轴线的两侧，两个等长的所述内凹横边对称分布于所述十二边形管片的横向中轴线的两侧，两个等长的所述长横边对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧，两个等长的所述短横边对称分布于所述十二边形管片的纵向中轴线的两侧，两个所述长斜边、两个所述内凹横边、两个所述长横边、两个所述短横边和四个所述短斜边共同构成所述十二边形管片的十二个边；所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较短的边缘所在的端面设有插销或插孔，所述十二边形管片的纵向两侧边缘中横向长度较长的边缘所在的端面设有与所述插销或插孔配套且一一对应的插孔或插销；所述插销的内端与置于管片本体内的插销预制接头钢构件连接，所述插销预制接头钢构件与置于该管片本体内的钢筋连接，所述插销的前段靠近前端的位置设有环槽；所述插孔内安装有插孔预制接头钢构件，所述插孔预制接头钢构件与置于管片本体内的钢筋连接，所述插孔预制接头钢构件设有空腔，所述空腔的底部两侧对称安装有两个套筒，所述套筒内安装有圆柱，所述套筒与所述圆柱之间设有空隙且通过只能单向旋转的局部锯齿相互配合，所述圆柱上设有分别穿过所述套筒上的通孔的第一传动条和第二传动条，所述第一传动条靠近所述空腔的底部，所述第二传动条靠近所述空腔的腔壁且所述第二传动条的端头设有能够置于所述插销的环槽内的凸块，两个所述第一传动条、两个所述第二传动条、两个所述凸块均以所述空腔的轴向中心线为中心线对称分布，所述圆柱相对于所述套筒的安装位置满足以下要求：在所述插销插入所述空腔内之前，两个所述第一传动条和两个所述第二传动条分别呈“八”字形，在所述插销插入所述空腔内并接触底部之后，两个所述第一传动条位于同一平面，两个所述第二传动条相互平行。

2.根据权利要求1所述的用于盾构隧道施工的十二边形管片，其特征在于：所述套筒的内壁上设有两个对称分布的支撑凸柱，两个所述支撑凸柱顶住所述圆柱以实现限位。

3.根据权利要求1或2所述的用于盾构隧道施工的十二边形管片，其特征在于：所述长横边与所述短横边的长度之和等于所述内凹横边的长度；所述十二边形管片为横向弧形结构或平板结构。

4.一种采用如权利要求3所述的用于盾构隧道施工的十二边形管片组装的管片衬砌结构，其特征在于：横向相邻且横向中轴线重合的两个所述十二边形管片的相邻长斜边相互契合；纵向相邻的多个所述十二边形管片中，上方横向相邻的两个所述十二边形管片的下部的相互靠近的长横边与短横边所在端面置于下方的所述十二边形管片的上部的内凹横边所在的凹槽内，下方横向相邻的两个所述十二边形管片的上部的相互靠近的长横边与短横边所在端面置于上方的所述十二边形管片的下部的内凹横边所在的凹槽内。