CN109944274A - 一种地铁明挖装配式隧道结构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁明挖装配式隧道结构及其装配方法，包括多个首尾相互装配的管片、依次装配形成隧道结构，各管片的两端分别为首端和尾端，首端的端面靠近背土侧的部分向内凹陷、与未凹陷的部分形成首端台阶，尾端的端面靠近迎土侧的部分向内凹陷、与未凹陷的部分形成尾端台阶，首端台阶和与其对应的尾端台阶相互装配后形成Z形的装配间隙，装配间隙内自迎土侧向背土侧依次设置有多个防水层，多个防水层用于防止隧道结构外侧的水分通过装配间隙进入隧道结构内侧；本发明中通过设置多个防水层，做到四道防水防线设防，达到地下结构的防水效果；本发明可以有效缩短工期、减少施工期间城市拥堵，并通过工厂化生产，提高结构质量。

Description

一种地铁明挖装配式隧道结构及其装配方法

【技术领域】

本发明属于地铁隧道生产领域，尤其涉及一种地铁明挖装配式隧道结构及其装配方法。

【背景技术】

现阶段地铁隧道明挖法多为现浇混凝土箱型框架结构，采用外包防水形式。由于地铁多修建于城市人流、交通量大的繁华区域，传统现浇结构施工工期慢，开挖范围大，且存在现场钢筋绑扎及混凝土浇筑质量不易保证等缺点。

由于地下结构面临地下水的威胁，既有的装配式结构方案无法有效解决地下结构渗漏水问题，故装配式结构的防水问题制约着其在地铁明挖隧道中的大规模使用。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种地铁明挖装配式隧道结构及其装配方法，以解决地铁明挖装配式隧道结构在地下防水困难的问题。

本发明采用以下技术方案：一种地铁明挖装配式隧道结构，包括多个首尾相互装配的管片、依次装配形成隧道结构，各管片的两端分别为首端和尾端，首端的端面靠近背土侧的部分向内凹陷、与未凹陷的部分形成首端台阶，尾端的端面靠近迎土侧的部分向内凹陷、与未凹陷的部分形成尾端台阶，首端台阶和与其对应的尾端台阶相互装配后形成Z形的装配间隙，装配间隙内自迎土侧向背土侧依次设置有多个防水层，多个防水层用于防止隧道结构外侧的水分通过装配间隙进入隧道结构内侧。

进一步地，首端台阶自迎土侧向背土侧依次为第一台面、第一斜面和第二台面，尾端台阶自迎土侧向背土侧依次为第三台面、第二斜面和第四台面，第一台面和对应的第三台面、第一斜面和对应的第二斜面、第二台面和对应的第四台面相互配合形成Z形的装配间隙。

进一步地，装配间隙内自迎土侧向背土侧设置的第一个防水层为表面防水层，表面防水层位于两个相邻管片靠近迎土侧的外沿处，表面防水层由止水条和粘性防水卷材组成，止水条位于两个相邻管片之间，粘性防水卷材覆盖于两个相邻管片的外沿处。

进一步地，装配间隙内自迎土侧向背土侧设置的第二个防水层为台面防水层，台面防水层位于第一台面和第三台面之间，第一台面上设置有第一凹槽，第三台面上对应第一凹槽的位置开设有第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽相互配合形成第一容纳空间，第一容纳空间用于填充三元乙丙橡胶密封垫，第一容纳空间、第一凹槽和第二凹槽相互配合形成台面防水层。

进一步地，装配间隙内自迎土侧向背土侧设置的第三个防水层为楔形防水层，楔形防水层位于第一斜面和第二斜面之间，第二斜面上、靠近第四台面的部分台面向内凹陷形成楔形区域，楔形区域内填充有楔形弹性胶圈，弹性胶圈、第一斜面和第二斜面相互配合形成楔形防水层。

进一步地，装配间隙内自迎土侧向背土侧设置的第四个防水层为密封防水层，密封防水层位于两个相邻管片背土侧的外沿处，第二台面靠近背土侧处开设有第三凹槽，第四台面上对应第三凹槽的位置开设有第四凹槽，第三凹槽和第四凹槽相互配合形成第二容纳空间，第二容纳空间用于填充聚氨酯密封胶，第二容纳空间、第三凹槽和第四凹槽相互配合形成密封防水层。

进一步地，相邻的管片之间均通过纵向螺栓相互螺纹连接，纵向螺栓为圆弧形、且其开口朝向背土侧，纵向螺栓用于紧固两个相邻的管片。

进一步地，第二台面和对应的第四台面、第一台面和对应的第三台面之间铺设有聚乙烯泡沫板，聚乙烯泡沫板用于缓冲两个对应管片之间的碰撞。

进一步地，各管片内壁的底部、外壁的顶部和两侧均安装有预埋件，预埋件为方形钢板，钢板上垂直设置有四个预应力螺栓，相邻的管片对应的预应力螺栓用于预应力张拉设备对其施加预拉力，并对管片进行紧固。

一种地铁明挖装配式隧道结构的装配方法，由以下步骤组成：

在第二台面和对应的第四台面、第一台面和对应的第三台面之间铺设有聚乙烯泡沫板；

在管片的第一凹槽或对应管片的第二凹槽内放置三元乙丙橡胶密封垫；

在管片的楔形区域填充弹性胶圈；

将多个管片相互首尾依次排列；

通过预应力张拉设备对相邻的管片对应的预应力螺栓进行紧固；

对相邻的管片之间的纵向螺栓进行紧固；

在靠近管片迎土侧的外沿处、两个相邻管片之间安装止水条；

在管片的迎土侧、两个相邻管片的外沿处覆盖粘性防水卷材；

在两个相邻管片形成的第二容纳空间填充聚氨酯密封胶。

发明的有益效果是：待预埋件对管片施加预拉力后，紧固管片螺栓，从而使管片接头处防水措施发挥作用，做到四道防水防线设防，达到地下结构的防水效果；本发明可以有效缩短工期、减少施工期间城市拥堵，并通过工厂化生产，提高结构质量。

【附图说明】

图1为本发明的安装后结构示意图；

图2为本发明的未安装后结构示意图；

图3为本发明安装后纵向螺栓的结构示意图。

其中：1.管片；2.首端；3.尾端；4.表面防水层；5.台面防水层；6.楔形防水层；7.密封防水层；8.聚乙烯泡沫板；9.迎土侧；10.背土侧；11.装配间隙；12.第一台面；13.第一斜面；14.第二台面；15.第三台面；16.第二斜面；17.第四台面；18.纵向螺栓。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种地铁明挖装配式隧道结构及其装配方法，如图1所示，包括多个首尾相互装配的管片1，管片1为圆形或者方形均可，依次首尾相接装配形成隧道结构，各管片1的两端分别为首端2和尾端3，首端2的端面靠近背土侧10的部分向内凹陷，与未凹陷的部分形成首端台阶，尾端3的端面靠近迎土侧9的部分向内凹陷，与未凹陷的部分形成尾端台阶，首端台阶和与其对应的尾端台阶相互装配后形成Z形的装配间隙11，装配间隙11内自迎土侧9向背土侧10依次设置有多个防水层，多个防水层用于防止隧道结构外侧的水分通过装配间隙进入隧道结构内侧，多个防水层包括表面防水层4、台面防水层5、楔形防水层6和密封防水层7；其中，迎土侧9指的是管片1靠近土的一侧，背土侧10指的是管片1不靠近土的一侧，即管片1相互装配后的地铁行驶的一侧。

由于地下结构面临地下水的威胁，既有的装配式结构方案无法有效解决地下结构渗漏水问题，故装配式结构的防水问题制约着其在地铁明挖隧道中的大规模使用，而本发明设置了四个防水层，可以很好的解决地铁明挖装配式隧道结构在地下防水困难的问题。

Z形的装配间隙11由以下结构形成：

如图2所示，首端台阶自迎土侧9向背土侧10依次为第一台面12、第一斜面13和第二台面14，尾端台阶自迎土侧9向背土侧10依次为第三台面15、第二斜面16和第四台面17，第一台面12和对应的第三台面15、第一斜面13和对应的第二斜面16、第二台面14和对应的第四台面17相互配合形成Z形的装配间隙11，即第一台面12和第四台面17向外凸出，第二台面14和第三台面15向内凹陷。将Z形的装配间隙11分为三段，其中，某个管片1的第一台面12和相邻管片1的第三台面15相互配合形成Z形的第一段，某个管片1的第一斜面13和相邻管片1的第二斜面16相互配合形成Z形的第二段，某个管片1的第二台面14和相邻管片1的第四台面17相互配合形成Z形的第三段，第一段、第二段和第三段组合形成Z形的装配间隙11。

Z形的装配间隙11内自迎土侧9向背土侧10依次为表面防水层4、台面防水层5、楔形防水层6和密封防水层7，下面依次介绍。

表面防水层4：

装配间隙11内自迎土侧9向背土侧10设置的第一个防水层为表面防水层4，表面防水层4用于进行第一次防水，表面防水层4位于两个相邻管片1靠近迎土侧9的外沿处，表面防水层4由止水条和粘性防水卷材组成，止水条位于两个相邻管片1之间，粘性防水卷材覆盖于两个相邻管片1的外沿处，防水卷材和止水条相互配合用于对地下水进行第一次防御。

台面防水层5：

装配间隙11内自迎土侧9向背土侧10设置的第二个防水层为台面防水层5，台面防水层5用于进行第二次防水，台面防水层5位于第一台面12和第三台面15之间，第一台面12上设置有第一凹槽，第三台面15上对应第一凹槽的位置开设有第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽相互配合形成第一容纳空间，第一容纳空间用于填充三元乙丙橡胶密封垫，第一容纳空间、第一凹槽和第二凹槽相互配合形成台面防水层5，三元乙丙橡胶密封垫用于对通过表面防水层4的地下水进行防御，保证地铁隧道内的防水安全。

楔形防水层6：

装配间隙11内自迎土侧9向背土侧10设置的第三个防水层为楔形防水层6，楔形防水层6用于进行第三次防水，楔形防水层6位于第一斜面13和第二斜面16之间，第二斜面16上、靠近第四台面17的部分台面向内凹陷形成楔形区域，楔形区域内填充有楔形弹性胶圈，弹性胶圈、第一斜面13和第二斜面16相互配合形成楔形防水层6，弹性胶圈用于对通过表面防水层4和台面防水层5的地下水进行防御，保证地铁隧道内的防水安全。

密封防水层7：

装配间隙11内自迎土侧9向背土侧10设置的第四个防水层为密封防水层7，密封防水层7用于进行第四次防水，密封防水层7位于两个相邻管片1背土侧10的外沿处，第二台面14靠近背土侧10处开设有第三凹槽，第四台面17上对应第三凹槽的位置开设有第四凹槽，第三凹槽和第四凹槽相互配合形成第二容纳空间，第二容纳空间用于填充聚氨酯密封胶，第二容纳空间、第三凹槽和第四凹槽相互配合形成密封防水层7，聚氨酯密封胶用于对经过以上表面防水层4、台面防水层5和楔形防水层6三个防水区域的地下水进行密封，保证地铁隧道内的防水安全。

如图3所示，多个管片1形成的隧道结构后，相邻的管片1之间均通过纵向螺栓18相互螺纹连接，纵向螺栓18为圆弧形、且其开口朝向背土侧10，纵向螺栓18用于紧固两个相邻的管片1；这样设置方便后续安装和操作，如果将管片1底部的纵向螺栓18的开口迎土侧9设置的话，后续加载预应力后，就需要开挖管片1所处的土层进行操作，非常不方便，如果将其设置在背土侧10，只需进入隧道结构，直接紧固即可，操作方便省力；在通过预应力加载预加力后，及时连接纵向螺栓18，结构防水主要通过预埋的预应力张拉设备提供张力，从而挤压防水条，并紧固纵向螺栓18来达到防水效果。

第二台面14和对应的第四台面17、第一台面12和对应的第三台面15之间铺设有聚乙烯泡沫板8，聚乙烯泡沫板8用于缓冲两个对应管片1之间的碰撞，管片1在预应力张拉设备提供张力时，会相互挤压以便达到防水效果，因此在相邻管片1的两个台面之间设置聚乙烯泡沫板8，可以对相邻管片1之间的碰撞进行缓冲，避免管片1相互碰撞产生破损影响防水的效果。

各管片1内壁的底部、外壁的顶部和两侧均安装有预埋件，预埋件为方形钢板，钢板上垂直设置有四个预应力螺栓，相邻的管片1对应的预应力螺栓用于预应力张拉设备对其施加预拉力，并对管片1进行紧固。对首尾相互装配的管片1施加预拉力，待首尾管片1紧密连接、并使台面防水层5和楔形防水层6通过挤压达到防水效果后，便对管片1的纵向螺栓18进行紧固。

本发明还公开了一种地铁明挖装配式隧道结构的装配方法，由以下步骤组成：

步骤1：在第二台面14和对应的第四台面17、第一台面12和对应的第三台面15之间铺设有聚乙烯泡沫板8。

步骤2：在管片1的第一凹槽或对应管片1的第二凹槽内放置三元乙丙橡胶密封垫。

步骤3：在管片1的楔形区域填充弹性胶圈。

步骤4：将多个管片1相互首尾依次排列。

步骤5：通过预应力张拉设备对相邻的管片1对应的预应力螺栓进行紧固。

步骤6：对相邻的管片1之间的纵向螺栓18进行紧固。

步骤7：在靠近管片1迎土侧9的外沿处、两个相邻管片1之间安装止水条。

步骤8：在管片1的迎土侧9、两个相邻管片1的外沿处覆盖粘性防水卷材。

步骤9：在两个相邻管片1形成的第二容纳空间填充聚氨酯密封胶。

Claims (10)

1.一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，包括多个首尾相互装配的管片(1)、依次装配形成隧道结构，各所述管片(1)的两端分别为首端(2)和尾端(3)，所述首端(2)的端面靠近背土侧(10)的部分向内凹陷、与未凹陷的部分形成首端台阶，所述尾端(3)的端面靠近迎土侧(9)的部分向内凹陷、与未凹陷的部分形成尾端台阶，所述首端台阶和与其对应的尾端台阶相互装配后形成Z形的装配间隙(11)，所述装配间隙(11)内自迎土侧(9)向背土侧(10)依次设置有多个防水层，多个所述防水层用于防止隧道结构外侧的水分通过装配间隙进入隧道结构内侧。

2.根据权利要求1所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，所述首端台阶自迎土侧(9)向背土侧(10)依次为第一台面(12)、第一斜面(13)和第二台面(14)，所述尾端台阶自迎土侧(9)向背土侧(10)依次为第三台面(15)、第二斜面(16)和第四台面(17)，所述第一台面(12)和对应的第三台面(15)、第一斜面(13)和对应的第二斜面(16)、第二台面(14)和对应的第四台面(17)相互配合形成Z形的装配间隙(11)。

3.根据权利要求2所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，所述装配间隙(11)内自迎土侧(9)向背土侧(10)设置的第一个防水层为表面防水层(4)，所述表面防水层(4)位于两个相邻管片(1)靠近迎土侧(9)的外沿处，所述表面防水层(4)由止水条和粘性防水卷材组成，所述止水条位于两个相邻管片(1)之间，所述粘性防水卷材覆盖于两个相邻管片(1)的外沿处。

4.根据权利要求3所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，所述装配间隙(11)内自迎土侧(9)向背土侧(10)设置的第二个防水层为台面防水层(5)，所述台面防水层(5)位于第一台面(12)和第三台面(15)之间，所述第一台面(12)上设置有第一凹槽，所述第三台面(15)上对应第一凹槽的位置开设有第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽相互配合形成第一容纳空间，所述第一容纳空间用于填充三元乙丙橡胶密封垫，所述第一容纳空间、第一凹槽和第二凹槽相互配合形成台面防水层(5)。

5.根据权利要求4所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，所述装配间隙(11)内自迎土侧(9)向背土侧(10)设置的第三个防水层为楔形防水层(6)，所述楔形防水层(6)位于第一斜面(13)和第二斜面(16)之间，第二斜面(16)上、靠近第四台面(17)的部分台面向内凹陷形成楔形区域，所述楔形区域内填充有楔形弹性胶圈，所述弹性胶圈、第一斜面(13)和第二斜面(16)相互配合形成楔形防水层(6)。

6.根据权利要求5所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，所述装配间隙(11)内自迎土侧(9)向背土侧(10)设置的第四个防水层为密封防水层(7)，所述密封防水层(7)位于两个相邻管片(1)背土侧(10)的外沿处，所述第二台面(14)靠近背土侧(10)处开设有第三凹槽，所述第四台面(17)上对应第三凹槽的位置开设有第四凹槽，所述第三凹槽和第四凹槽相互配合形成第二容纳空间，所述第二容纳空间用于填充聚氨酯密封胶，所述第二容纳空间、第三凹槽和第四凹槽相互配合形成密封防水层(7)。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，相邻的管片(1)之间均通过纵向螺栓(18)相互螺纹连接，所述纵向螺栓(18)为圆弧形、且其开口朝向背土侧(10)，所述纵向螺栓(18)用于紧固两个相邻的管片(1)。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，所述第二台面(14)和对应的第四台面(17)、第一台面(12)和对应的第三台面(15)之间铺设有聚乙烯泡沫板(8)，所述聚乙烯泡沫板(8)用于缓冲两个对应管片(1)之间的碰撞。

9.根据权利要求1-6任一所述的一种地铁明挖装配式隧道结构，其特征在于，各所述管片(1)内壁的底部、外壁的顶部和两侧均安装有预埋件，所述预埋件为方形钢板，所述钢板上垂直设置有四个预应力螺栓，相邻的所述管片(1)对应的预应力螺栓用于预应力张拉设备对其施加预拉力，并对管片(1)进行紧固。

10.一种如权利要求1-9任一所述地铁明挖装配式隧道结构的装配方法，其特征在于，由以下步骤组成：

在所述第二台面(14)和对应的第四台面(17)、第一台面(12)和对应的第三台面(15)之间铺设有聚乙烯泡沫板(8)；

在所述管片(1)的第一凹槽或对应管片(1)的第二凹槽内放置三元乙丙橡胶密封垫；

在所述管片(1)的楔形区域填充弹性胶圈；

将多个所述管片(1)相互首尾依次排列；

通过预应力张拉设备对相邻的所述管片(1)对应的预应力螺栓进行紧固；

对相邻的管片(1)之间的纵向螺栓(18)进行紧固；

在靠近管片(1)迎土侧(9)的外沿处、两个相邻管片(1)之间安装止水条；

在管片(1)的迎土侧(9)、两个相邻管片(1)的外沿处覆盖粘性防水卷材；

在两个相邻所述管片(1)形成的第二容纳空间填充聚氨酯密封胶。