CN106869963B - 一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，包括基体、反力钢板、切削体，所述基体包括素混凝土区域和钢筋混凝土区域；所述反力钢板铺设在所述的素混凝土区域内，所述的切削体位于反力钢板的外表面，所述的切削体、反力钢板以及基体通过连接件相连；在所述的反力钢板的中心区域设有一个钻掘孔洞，管棚通过位于钢板中心地带的所述钻掘孔洞钻出、掘进。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道扩建施工用复合式管片，具体涉及一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片。
技术背景
盾构法是一项优秀的城市隧道机械化施工方法，其可以在几乎不影响地面正常通行的情况下进行隧道的开挖，隧道施工机械化程度高，隧道成型质量好，近年来在我国软土地区城市隧道修建过程中的应用越来越广泛。然而随着我国经济的迅猛发展，城市地面空间利用率逐渐提高，在地面空间趋于饱和的情况下，地铁盾构隧道车站的修建或双公路盾构隧道车辆合流段的施工将会成为制约盾构法高效施工的关键因素。
针对于地铁盾构隧道车站的修建或双公路盾构隧道车辆合流段的施工，在不影响地面交通的前提下，需要对盾构隧道管片进行扩挖施工，而后修建相应的地下结构。现有盾构隧道扩挖工艺主要有明挖扩挖法和暗挖扩挖法两种，两种施工工艺主要包括如下流程：在已修建盾构隧道基础上首先进行双盾构隧道间土体预处理、管片人工破除、中间土体开挖以及主体结构施作。由于盾构隧道管片为工厂预制钢筋混凝土管片，成型质量较好，无法进行机械化破除施工，只能采用人工破除的方式进行，管片破除过程中风险较高、破除施工时间较长，严重影响了盾构隧道扩挖施工的进程。
发明内容
本发明的目的是为克服以上现有技术的不足，提供一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，该管片具有“短期强度高、抗渗性能好、易于开展机械化盾构隧道扩挖施工”等特点，应用到盾构隧道扩建曲线管棚施工中，可以有效保障扩建工程的安全性，大大提高扩建工程的施工效率，减少施工操作人员数量，降低工程造价。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，包括基体、反力钢板、切削体所述基体包括素混凝土区域和钢筋混凝土区域；所述反力钢板铺设在所述的素混凝土区域内，所述的切削体位于反力钢板的外表面，所述的切削体、反力钢板以及基体通过连接件相连；在所述的反力钢板的中心区域设有一个钻掘孔洞，管棚通过位于钢板中心地带的所述钻掘孔洞钻出、掘进。
进一步的，在所述的切削体内部设有孔洞。
进一步的，所述钢筋混凝土区域为所述基体上除所述素混凝土区域以外的区域。
进一步的，所述反力钢板为根据设计要求在曲线管棚穿过管片的区域铺设的一块钢板，其四周连同所述素混凝土区域相同位置预制有螺栓孔、中心区域有一钻掘孔洞。
进一步的，所述切削体与所述反力钢板密贴，位于所述一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片内侧，为空心预制构件；在所述切削体四周分布有四个螺栓通道。
进一步的，所述基体浇注材料为普通管片浇筑用常规混凝土。
进一步的，所述素混凝土区域为混凝土预制而成，该区域内部无钢筋。
进一步的，所述钢筋混凝土区域与常规管片制作工艺相似，预制时提前绑扎钢筋骨架，而后浇筑混凝土，其力学性能与常规管片一致。
进一步的，所述反力钢板为常规低碳钢，其两端与两侧所述基体钢筋混凝土区域钢筋骨架连接到一起，与基体形成一个整体。
进一步的，所述反力钢板与钢筋混凝土区域的钢筋骨架焊接在一起，以确保整块管片内部钢筋构件受力连续。
进一步的，所述钻掘孔洞为根据设计情况，在所述反力钢板中心地带钻出的孔洞，以供管棚掘进钻出。
进一步的，所述钻掘孔洞大小应根据管棚钻出管片所留钻掘孔洞大小及钻掘施工误差来确定，并留有一定的余地，确保掘进机能够完全通过。
进一步的，所述切削体由高强度复合材料GFRP预制而成，该材料具有短期强度高、质轻、易切削的特点。
进一步的，所述切削体在安装到基体上之前，内部孔洞利用砂浆进行填充。
进一步的，所述切削体安装到基体上时，在其与基体、反力钢板接触部分通过聚氨酯材料进行粘结，以确保成型后的抗渗性能。
所述一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片在预制螺栓孔时，考虑避让曲线管棚掘进路径。
本发明具有以下优点：
(1)由于采用GFRP作为切削体材料，因此所设计的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片具有高强、轻质的特点，通过材料试验可知其临时单轴抗压强度达到100MPa，远远高于常规管片混凝土强度，可在管棚掘进过程中有效保障管片结构的安全性；
(2)通过聚氨酯材料的贴合作用，使本发明各部件之间实现较好的密贴，可以有效杜绝地下水通过部件之间缝隙渗透进隧道，再辅以盾构隧道常规防水措施，本发明具有及其优越的防水性能；
(3)本发明的投入使用，可使盾构隧道扩挖暗挖施工得以实现机械化，可大大提高盾构隧道扩建质量，加快盾构隧道扩建施工进度，缩短工程周期，降低工程造价；
(4)由于基体结构钢筋骨架通过反力钢板得以有效连接，通过构件力学性能试验可以发现，本构件无应力集中区域，整体受力较为均匀，具有较好的力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明基体示意图；
图3为本发明反力钢板示意图；
图4、图5、图6为本发明切削体示意图；
图7为本发明应用示意图。
图中：1：素混凝土区域；2：钢筋混凝土区域；3：反力钢板；4：反力钢板上螺栓孔；5：钻掘孔洞；6：切削体；7：螺栓通道；8：切削体内部孔洞。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释部分:本发明中所述内侧、外侧划分标准为：管片接触土体侧为外侧，车辆通行侧为内侧。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在由于盾构隧道管片为工厂预制钢筋混凝土管片，成型质量较好，无法进行机械化破除施工，只能采用人工破除的方式进行，管片破除过程中风险较高、破除施工时间较长，严重影响了盾构隧道扩挖施工的进程。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片。
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
如图1-6所示，一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，包括基体、反力钢板3、切削体6等三部分组成。按照“管片接触土体侧为外侧，车辆通行侧为内侧”的方向划分标准，其从外到内依次为：基体、反力钢板3、切削体6。
基体包括素混凝土区域和钢筋混凝土区域；所述反力钢板铺设在所述的素混凝土区域内，所述的切削体位于反力钢板的外表面，所述的切削体、反力钢板以及基体通过连接件相连；在所述的反力钢板的中心区域设有一个钻掘孔洞，管棚通过位于钢板中心地带的所述钻掘孔洞钻出、掘进。
具体如下：
所述基体为常规管片区域，包括素混凝土区域1和钢筋混凝土区域2。所述素混凝土区域1为与所述反力钢板3接触的区域，所述钢筋混凝土区域2为所述基体上除所述素混凝土区域1以外的区域。
所述基体浇注材料为普通管片浇筑用常规混凝土。
所述素混凝土区域1为混凝土预制而成，该区域内部无钢筋。
所述钢筋混凝土区域2与常规管片制作工艺相似，预制时提前绑扎钢筋骨架，而后浇筑混凝土，其力学性能与常规管片一致。
所述反力钢板3为根据设计要求在曲线管棚穿过管片的区域铺设的一块钢板，其四周连同所述素混凝土区域1相同位置预制有螺栓孔4、中心地带有一钻掘孔洞5，管棚通过位于钢板中心地带的所述钻掘孔洞5钻出、掘进。
所述反力钢板3为常规低碳钢，其两端与两侧所述基体钢筋混凝土区域钢筋骨架连接到一起，与基体形成一个整体。
所述反力钢板3与钢筋骨架连接方式为焊接，以确保整块管片内部钢筋构件受力连续。
所述螺栓孔为固定所述切削体用高强螺栓固定孔。
所述钻掘孔洞为根据设计情况，在所述反力钢板中心地带钻出的孔洞，以供管棚掘进钻出。
所述钻掘孔洞大小应根据管棚钻出管片所留钻掘孔洞大小及钻掘施工误差来确定，并留有一定的余地，确保掘进机能够完全通过。
所述切削体6由高强度复合材料GFRP预制而成，该材料具有短期强度高、质轻、易切削的特点，其内部设有孔洞8。
所述切削体6在安装到基体上之前，内部孔洞利用砂浆进行填充。
所述切削体6安装到基体上时，在其与基体、反力钢板3接触部分通过聚氨酯材料进行粘结，以确保成型后的抗渗性能。
所述一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片在预制螺栓孔时，考虑避让曲线管棚掘进路径。
所述切削体6与所述反力钢板3密贴，为空心预制构件。所述切削体6四周分布有四个螺栓通道7。
其中所述反力钢板3通过与所述基体内部钢筋骨架的焊接实现与基体连为整体的目的，使基体受力性能更为优越，所述切削体6与所述基体、所述反力钢板6通过高强螺栓固定到一起，所述反力钢板3与上述两者之间的接触部分利用聚氨酯材料进行粘结，是指能够满足盾构隧道的防水要求。
所述一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片与周边常规管片的连接方式与常规管片间连接方式相同，均为螺栓连接，在设计螺栓孔时需要避让曲线管棚掘进路径。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)由于采用GFRP作为切削体材料，因此所设计的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片具有高强、轻质的特点，通过材料试验可知其临时单轴抗压强度达到100MPa，远远高于常规管片混凝土强度，可在管棚掘进过程中有效保障管片结构的安全性；
(2)通过聚氨酯材料的贴合作用，使本发明各部件之间实现较好的密贴，可以有效杜绝地下水通过部件之间缝隙渗透进隧道，再辅以盾构隧道常规防水措施，本发明具有及其优越的防水性能；
(3)本发明的投入使用，可使盾构隧道扩挖暗挖施工得以实现机械化，可大大提高盾构隧道扩建质量，加快盾构隧道扩建施工进度，缩短工程周期，降低工程造价；
(4)由于基体结构钢筋骨架通过反力钢板得以有效连接，通过构件力学性能试验可以发现，本构件无应力集中区域，整体受力较为均匀，具有较好的力学性能。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，包括基体、反力钢板、切削体，所述基体包括素混凝土区域和钢筋混凝土区域；所述反力钢板铺设在所述的素混凝土区域内，所述的切削体位于反力钢板的外表面，所述的切削体、反力钢板以及基体通过连接件相连；在所述的反力钢板的中心区域设有一个钻掘孔洞，管棚通过位于钢板中心地带的所述钻掘孔洞钻出、掘进；所述反力钢板为根据设计要求在曲线管棚穿过管片的区域铺设的一块钢板，其四周连同所述素混凝土区域相同位置预制有螺栓孔、中心区域有一钻掘孔洞。
2.如权利要求1所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，所述切削体与基体、反力钢板接触部分通过聚氨酯材料进行粘结；在所述切削体四周分布有螺栓孔。
3.如权利要求1所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，所述素混凝土区域为混凝土预制而成，该区域内部无钢筋。
4.如权利要求1所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，所述钢筋混凝土区域由钢筋骨架和混凝土一起浇筑而成。
5.如权利要求1所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，所述反力钢板为常规低碳钢，其两端与两侧所述基体钢筋混凝土区域钢筋骨架连接到一起，与基体形成一个整体。
6.如权利要求1所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，所述钻掘孔洞大小应根据管棚钻出管片所留钻掘孔洞大小及钻掘施工误差来确定，并留有一定的余地，确保掘进机能够完全通过。
7.如权利要求1所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，所述切削体由高强度复合材料GFRP预制而成，在所述的切削体内部设有孔洞。
8.如权利要求7所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，在所述的切削体在安装到基体上之前，内部孔洞利用砂浆进行填充。
9.如权利要求1所述的一种曲线管棚施工用盾构隧道预制复合管片，其特征在于，在预制螺栓孔时，所述的螺栓孔避让曲线管棚掘进路径。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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