CN106948837A - 一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，所述衬砌环为4+2+1分块型式，所述衬砌环包括4个标准分块、2个邻接分块和1个封顶分块，4个所述标准分块拼接在一起，2个所述邻接分块分别连接于4个所述标准分块的两侧，所述封顶分块连接于2个所述邻接分块之间，其中，所述标准分块和所述邻接分块的圆心角均为54°，所述封顶分块的圆心角为36°。本发明能够满足快速地铁对隧道衬砌环的要求，其提供的分块型式便于施工、纵向刚度高、稳定性好。

Description

一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环。
背景技术
目前，城市地铁已成为我国城市公共交通的重要方式，并逐渐成为城市现代化的重要标志之一。当前，国内地铁普遍的最高运行速度为80km/h，盾构隧道内径一般不超过5.5m。随着城市地铁从核心城区向周边组团或者卫星城市延伸，站间距增长，因此，进一步提高地铁运营速度对于改善城市交通运输效率具有重要意义。特别是各大城市的机场线，由于机场远离市区，对地铁列车运行速度具有更高的要求，很多城市在建或拟建的地铁机场线都是快速线路，设计的地铁运行速度较目前的运行速度大幅度提高，以正在修建的成都地铁18号线为例，其设计的地铁运行速度达到了140km/h。而随着地铁速度的进一步提高，在常规断面尺寸的地铁隧道中，隧道空气动力学效应会相当显著，形成较大的空气压力波和微压波，压力波和微压波进入车厢后，将造成乘车环境的恶化，引起司乘人员产生耳部不适、耳膜疼痛、头晕目弦等身体不良反应，如广州地铁3号线，其最高运行速度可达120km/h，自运营以来，常有乘客反映出现车内压力变化引起耳鸣、头晕等身体不适的情况，严重影响了乘车舒适度，甚至对人体健康也造成了一定程度的危害。同时，地铁列车速度的提高还将导致同等断面隧道内空气阻力的增大，影响列车牵引效能的有效发挥，并可能引起严重的噪声污染。因此，针对城市快速地铁线路区间盾构隧道的建设需求，相应地增大地铁隧道的断面尺寸，减小列车在隧道内的阻塞比，营造舒适的乘车环境非常必要。这就为盾构隧道结构断面构造和几何设计提出了新的要求，为此，需要发明一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环分块结构型式。
众所周知，增大地铁盾构隧道的断面尺寸，必然将改变传统的盾构隧道衬砌环的分块结构型式。而盾构隧道衬砌环分块需要综合考虑每块管片的重量体积、拼装便利性、纵向连接刚度、管片衬砌环的力学特征等因素，这些因素对工程的施工难度和工程造价具有较大的影响。目前，国内地铁盾构隧道的内径一般为5.4m或5.5m，对应外径分别为6.0m、6.2m，管片厚度分别为30.0cm、35.0cm。其管片衬砌环主要采用3+2+1的分块模式，纵向螺栓布置10颗或者12颗，以广州、成都、深圳地铁为例，隧道每环管片分成三块标准块(B)、两块邻接块(L)和一块封顶块(F)，其中管片封顶块圆心角为15°，邻接块圆心角为64.5°，标准块圆心角为72°，纵向连接螺栓共计10颗，按36°等角布置。若进一步扩大盾构隧道的断面尺寸以适应140km/h的快速地铁列车营运速度，则其内径需增至7.5m，外径增至8.3m，厚度增至40.0cm，若仍采用上述的衬砌环分块结构型式，将面临以下问题：
①单块管片的体积和重量将大大增加，不利于管片的搬运、吊装以及拼接等施工操作；②常规管片的10或12颗纵向连接螺栓数量无法保证加大断面盾构隧道的纵向刚度。
发明内容
为了解决现有存在的问题，本发明的目的在于提供一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其能够满足快速地铁对隧道衬砌环的要求，其提供的分块型式便于施工、纵向刚度高、稳定性好。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，该衬砌环为4+2+1分块型式，衬砌环包括4个标准分块、2个邻接分块和1个封顶分块，4个标准分块拼接在一起，2个邻接分块分别连接于4个标准分块的两侧，封顶分块连接于2个邻接分块之间，其中，标准分块和邻接分块的圆心角均为54°，封顶分块的圆心角为36°。
本发明在综合考虑施工便利性的条件下，改变隧道衬砌环的分块方案，设计出4+2+1的分块型式，既能够有效增大衬砌环的断面尺寸，以满足快速地铁对地铁盾构隧道断面的大尺寸要求，又能够确保每个分块重量体积适宜，进而保证拼装的便利性。而且，本发明在满足列车快速运行的同时还能够营造舒适的乘车环境。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，上述衬砌环还包括沿其圆周方向均匀布置的20个纵向螺栓，并且每个标准分块和每个邻接分块上均设有3个纵向螺栓，封顶分块上设有2个纵向螺栓。
本发明适当增加纵向螺栓的数量，提高了衬砌环的纵向连接刚度。并且由于纵向螺栓数量设置合理，使得相邻的两个纵向螺栓形成的圆心角角度适中，能够通过衬砌环之间角度的旋转来实现多点位错缝拼装，从而提高整个隧道的稳定性。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，上述衬砌环还包括沿其圆周方向布置的14个环向螺栓，每个分块的环向两侧各布置一对环向螺栓，每对环向螺栓以分块的中心轴线为对称线对称。
本发明将连接每个分块的环向螺栓对称地设置在每个分块的两侧，有利于安装连接，并且保证每个分块受力平衡，提高衬砌环在圆周方向的稳固性。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，上述环向螺栓和纵向螺栓均为M30弯螺栓。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，上述的衬砌环的外径为8.3m，内径为7.5m，管片厚度为40.0cm，幅宽为2.0m。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，上述标准分块、邻接分块和封顶分块均包括吊装孔，吊装孔分别设置于标准分块、邻接分块和封顶的几何中心处。
本发明具有以下有益效果：
①适当地增加了盾构隧道衬砌环的分块数，在保证加大断面地铁盾构隧道适应快速列车行驶的同时，不会明显增加管片的体积和重量，有利于管片的搬运、吊装以及拼接等施工操作，能有效降低施工难度；
②适当增加了盾构隧道衬砌环环间纵向螺栓数量，确保盾构隧道断面尺寸增大后结构的纵向刚度；
③合理地设置了相邻纵向螺栓的中心角，能够通过衬砌环环间多角度旋转实现多点位错缝拼接，有效减小结构变形，提高盾构隧道的纵向稳定性。
附图说明
图1为本发明的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环的分块示意图；
图2为图1沿a-a剖面线的结构示意图；
图3为图1沿b-b剖面线的结构示意图；
图4为本发明的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环的拼装示意图。
图中：100-衬砌环；110-标准分块；120-邻接分块；130-封顶分块；140-纵向螺栓；150-环向螺栓；160-吊装孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，本发明所指的“分块”，是对封顶分块、邻接分块和标准分块的统称，其可以被理解为封顶分块、邻接分块和标准分块的替代，在没有特别强调时，分块包含封顶分块、邻接分块和标准分块，其限定的特征均适用于封顶分块、邻接分块和标准分块。同时，本发明的分块也可以称之为管片。
本发明所指的“分块的环向两侧”，是指在分块的沿衬砌环圆周方向上的两侧，而不是分块的与衬砌环断面平行的两侧。
实施例
请参照图1所示出的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环100，该衬砌环100为4+2+1分块型式，衬砌环100包括4个标准分块110、2个邻接分块120和1个封顶分块130。封顶分块130、邻接分块120和标准分块110由盾构机拼接成封闭的并且端面平滑的衬砌环100。
4个标准分块110拼接在一起，2个邻接分块120分别连接于4个标准分块110的两侧，封顶分块130连接于2个邻接分块120之间。4个标准分块110依次连接，2个邻接块分别与标准分块110两端连接，封顶分块130位于2个邻接分块120之间。封顶块为楔形，楔形量为64.0mm。
标准分块110和邻接分块120的圆心角均为54°，封顶分块130的圆心角为36°。衬砌环100的外径为8.3m，内径为7.5m，分块厚度为40.0cm，幅宽为2.0m。
本发明的4+2+1分块型式，通过合理地设置每个分块的圆心角，使得衬砌环100的外径和内径可以分别达到8.3m和7.5m，增大了衬砌环100的断面尺寸，能够适应140km/h的快速地铁列车营运速度，并且在分块厚度为40.0cm的情况下，该分块型式也不会导致每个分块的体积和重量过大，不会影响分块的搬运、吊装以及拼接等施工操作。
标准分块110、邻接分块120和封顶分块130均包括吊装孔160。吊装孔160分别设置于标准分块110、邻接分块120和封顶的几何中心处，用于吊装。
请参照图2或图3，衬砌环100还包括沿其圆周方向均匀布置的20个纵向螺栓140。纵向螺栓140用于连接相邻两个衬砌环100，其设置在分块的与衬砌环100断面平行的端面上，如图1所示。20颗纵向螺栓140沿衬砌环100的圆周方向按18°等角布置。并且每个标准分块110和每个邻接分块120上均设有3个纵向螺栓140，封顶分块130上设有2个纵向螺栓140。
请参照图2或图3，衬砌环100还包括沿其圆周方向布置的14个环向螺栓150，每个分块的环向两侧各布置一对环向螺栓150，每对环向螺栓150以分块的中心轴线为对称线对称。根据一个优选实施方式，环向螺栓150和纵向螺栓140均为M30弯螺栓。
如图4所示，在分块的拼装过程中，沿着盾构的掘进方向(图中箭头所指方向)，相邻的衬砌环100之间旋转18°，可以实现环与环之间良好的错缝拼装，可以有效提高结构的纵向连接刚度。
综上所示，本发明结构简单，方便实用，能够保证加大断面地铁盾构隧道适应快速列车行驶的同时，不会明显增加管片的体积和重量，便于施工，加上纵向连接螺栓数量以及布置合理，能够实现多点错位拼装，确保盾构隧道断面尺寸增大后结构的纵向刚度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其特征在于，所述衬砌环为4+2+1分块型式，所述衬砌环包括4个标准分块、2个邻接分块和1个封顶分块，4个所述标准分块拼接在一起，2个所述邻接分块分别连接于4个所述标准分块的两侧，所述封顶分块连接于2个所述邻接分块之间，其中，所述标准分块和所述邻接分块的圆心角均为54°，所述封顶分块的圆心角为36°。
2.根据权利要求1所述的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其特征在于，所述衬砌环还包括沿其圆周方向均匀布置的20个纵向螺栓，并且每个所述标准分块和每个所述邻接分块上均设有3个所述纵向螺栓，所述封顶分块上设有2个所述纵向螺栓。
3.根据权利要求2所述的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其特征在于，所述衬砌环还包括沿其圆周方向布置的14个环向螺栓，每个分块的环向两侧各布置一对所述环向螺栓，每对所述环向螺栓以所述分块的中心轴线为对称线对称。
4.根据权利要求3所述的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其特征在于，所述环向螺栓和所述纵向螺栓均为M30弯螺栓。
5.根据权利要求1所述的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其特征在于，所述的衬砌环的外径为8.3m，内径为7.5m，分块厚度为40.0cm，幅宽为2.0m。
6.根据权利要求1所述的适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其特征在于，所述标准分块、所述邻接分块和所述封顶分块均包括吊装孔，所述吊装孔分别设置于所述标准分块、所述邻接分块和所述封顶的几何中心处。
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