CN109989769A - 一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构及施工方法，包括断面呈类矩形状的管片本体和设置在管片本体上的临时支撑，管片本体包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段，特点是临时支撑包括设置在管片本体外部的体外预应力筋，体外预应力筋张拉设置在拱顶圆弧段上。优点是结构简单，灵活性强，通过在拱顶圆弧段设置体外预应力筋，预先在管片本体上施加预应力，用于抵消当管片安装到隧道中外部的水土压力、注浆压力等产生的正负弯矩，使得管片能够满足跨度大、刚度好的设计需求，同时操作简便迅速、施工作业时间短、便于加工，可大大缩短工期、降低工程造价。

Description

一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道盾构技术领域，尤其是涉及一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构及施工方法。

背景技术

类矩形盾构隧道在施工阶段中，外部的水土荷载与注浆荷载的作用会使管片结构产生较大的内力及变形响应，为了改善结构在施工阶段的受力及变形表现，通常会在施工前在管片内施加临时支撑，该临时支撑是在隧道开挖过程中，为了防止土体变形或坍落导致盾构隧道结构破坏或变形过大所设置的支护结构。目前，在岩土体中修建的类矩形盾构隧道常用的临时支撑主要为构件支撑，构件支撑的工作原理为：在隧道断面内部设置混凝土或钢结构支撑，在盾构隧道管片出盾尾后与管片共同受力，承担隧道外侧水土荷载及注浆压力，上述临时支撑体系，能有效减小盾构隧道出盾尾后断面的收敛变形量，改善隧道的受力形式，限制隧道管片在最不利荷载工况下的裂缝发展或接缝张开，防止隧道断面变形超限以及管片在施工阶段的破坏。采用上述临时支撑的类矩形盾构隧道用管片大多都存在安装拆卸过程复杂、施工体量大、施工工期长等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种灵活性强、便于安装与拆卸、能够合理控制施工体量、缩短施工工期的带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构及施工方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，包括断面呈类矩形状的管片本体和设置在所述的管片本体上的临时支撑，所述的管片本体包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段，两个所述的拱腰圆弧段的半径相等且均小于所述的拱底圆弧段的半径以及所述的拱顶圆弧段的半径，所述的拱底圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，所述的临时支撑包括设置在所述的管片本体外部的体外预应力筋，所述的体外预应力筋张拉设置在所述的拱顶圆弧段上；未受载状态下，所述的体外预应力筋的中部向下凹陷。

所述的拱顶圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的体外楔形体，所述的体外楔形体上设置有左右贯通的安装孔，所述的体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱顶圆弧段的第一端，所述的体外预应力筋的另一端穿过所述的安装孔固定安装在所述的拱顶圆弧段的第二端。通过体外楔形体给体外预应力筋的中部位置提供一个稳定的安装定位，使得体外预应力筋形成一个左右对称的弯折直线形，形成张拉式，为管片整体提供较好的受力性能和刚度。

所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别设置有锚固构件，所述的体外预应力筋的两个端头分别通过两个所述的锚固构件固定。通过锚固构件用于固定体外预应力筋的两个端头，确保体外预应力筋的稳定安装，从而使其提供较为稳定的受力性能和刚度。

所述的体外楔形体的两侧呈镜像对称设置有两个转向构件，所述的体外预应力筋的两个端头分别穿过所述的转向构件实现转向并分别固定安装在所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端，位于两个所述的转向构件之间的所述的体外预应力筋呈水平设置。使得体外预应力筋形成折线型走线，从而对隧道顶部进行弯矩调幅及收敛限制，能够在成本较低、操作简易的情况下达到提供预应力的支护效果。

所述的临时支撑还包括设置在所述的管片本体内的体内预应力筋，所述的体内预应力筋包括设置在所述的拱底圆弧段内的拱底预应力筋节段和分别设置在两个所述的拱腰圆弧段内的两个拱腰预应力筋节段；未受载状态下，所述的拱腰预应力筋节段呈与所述的拱腰圆弧段弧度相匹配的弧形结构，所述的拱底预应力筋节段的中部向上凸起。在拱腰圆弧段和拱底圆弧段内设置体内预应力筋，使得整个管片的刚度和受力性能更好，通过该体内预应力筋的设置，与体外预应力筋相配合，可以抵消由于外部的水土压力、注浆压力等所产生的正负弯矩，使得管片的跨度能够更大，满足施工要求。

所述的拱腰预应力筋节段布设在所述的拱腰圆弧段靠近外弧面的位置，且所述的拱腰预应力筋节段的中心线曲率半径不小于2000mm；所述的拱底预应力筋节段布设在所述的拱底圆弧段靠近内弧面的位置，且所述的拱底预应力筋节段的中心线曲率半径不小于2000mm。此布设方式能够提高体内预应力筋的轴线与管片中和轴之间的距离，增加预应力对断面收敛变形量的限制，同时有效地减小管片施工过程中的弯矩值，改善管片受力形式，限制断面的收敛变形量。

所述的管片本体内设置有与所述的体内预应力筋的布设位置相配合的导向安装钢管。导向安装钢管的设置有利于体内预应力筋的快速准确穿束。

所述的体外预应力筋和所述的体内预应力筋为钢绞线束，每束所述的钢绞线束由至少7根钢绞线构成使所述的钢绞线束的直径不低于15.2mm，每根所述的钢绞线的设计强度为1360MPa使所述的钢绞线束的承载力不低于190kN。上述预应力筋均采用钢绞线使得其具有高强度、高韧性、松弛性能好等特性，同时在展开的时候比较挺直，使得其抗拉强度等级也较高。

所述的拱底圆弧段、所述的拱顶圆弧段和所述的拱腰圆弧段均采用钢板结构。上述设计，使得整个管片本体为一个钢构管片，较传统的混凝土管片而言，钢构管片具有质量轻、加工方便等优点，在确保刚度的前提下，能够明显地缩短工期、降低成本。

一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构的施工方法，包括如下步骤：

（1）管片本体的拼装：将拱顶圆弧段、拱底圆弧段和两个拱腰圆弧段拼接到一起形成断面呈类矩形状的管片本体；

（2）预应力筋的穿索：利用穿索机将体外预应力筋穿接安装在拱顶圆弧段上；

（3）预应力筋的张拉：利用千斤顶对穿接完成的体外预应力筋进行张拉施加预应力。

与现有技术相比，本发明的优点在于：结构简单，灵活性强，通过在拱顶圆弧段设置体外预应力筋，预先在管片本体上施加预应力，用于抵消当管片安装到隧道中外部的水土压力、注浆压力等产生的正负弯矩，使得管片能够满足跨度大、刚度好的设计需求，同时操作简便迅速、施工作业时间短、便于加工，可大大缩短工期、降低工程造价。

附图说明

图1为本发明的实施例一的剖视结构示意图；

图2为本发明实施例二的剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，包括断面呈类矩形状的管片本体1和设置在管片本体1上的临时支撑，管片本体1包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段11、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段12、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段13，两个拱腰圆弧段13的半径相等且均小于拱底圆弧段11的半径以及拱顶圆弧段12的半径，拱底圆弧段11的第一端和第二端分别与两个拱腰圆弧段13光滑相切连接，拱顶圆弧段12的第一端和第二端分别与两个拱腰圆弧段13光滑相切连接，临时支撑包括设置在管片本体1外部的体外预应力筋2，体外预应力筋2张拉设置在拱顶圆弧段12上；未受载状态下，体外预应力筋2的中部向下凹陷。

在此具体实施例中，拱顶圆弧段12的内壁的中间位置上设置有一凸起的体外楔形体14，体外楔形体14上设置有左右贯通的安装孔141，体外预应力筋2的一端固定安装在拱顶圆弧段12的第一端，体外预应力筋2的另一端穿过安装孔141固定安装在拱顶圆弧段12的第二端。

在此具体实施例中，拱顶圆弧段12的第一端和第二端分别设置有锚固构件3，体外预应力筋2的两个端头分别通过两个锚固构件3固定。

在此具体实施例中，体外楔形体14的两侧呈镜像对称设置有两个转向构件4，体外预应力筋2的两个端头分别穿过转向构件4实现转向并分别固定安装在拱顶圆弧段12的第一端和第二端，位于两个转向构件4之间的体外预应力筋2呈水平设置。

在此具体实施例中，体外预应力筋2为钢绞线束，每束钢绞线束由至少7根钢绞线构成使钢绞线束的直径不低于15.2mm，每根钢绞线的设计强度为1360MPa使钢绞线束的承载力不低于190kN。

在此具体实施例中，拱底圆弧段11、拱顶圆弧段12和拱腰圆弧段13均采用钢板结构。

一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构的施工方法，包括如下步骤：

（1）管片本体1的拼装：将拱顶圆弧段12、拱底圆弧段11和两个拱腰圆弧段13拼接到一起形成断面呈类矩形状的管片本体1；

（2）预应力筋的穿索：利用穿索机将体外预应力筋2穿接安装在拱顶圆弧段12上；

（3）预应力筋的张拉：利用千斤顶对穿接完成的体外预应力筋2进行张拉施加预应力。

实施例二：如图2所示，其他部分与实施例一相同，其不同之处在于临时支撑还包括设置在管片本体1内的体内预应力筋5，体内预应力筋5包括设置在拱底圆弧段11内的拱底预应力筋节段51和分别设置在两个拱腰圆弧段13内的两个拱腰预应力筋节段52；未受载状态下，拱腰预应力筋节段52呈与拱腰圆弧段13弧度相匹配的弧形结构，拱底预应力筋节段51的中部向上凸起。

在此具体实施例中，拱腰预应力筋节段52布设在拱腰圆弧段13靠近外弧面的位置，且拱腰预应力筋节段52的中心线曲率半径不小于2000mm；拱底预应力筋节段51布设在拱底圆弧段11靠近内弧面的位置，且拱底预应力筋节段51的中心线曲率半径不小于2000mm。

在此具体实施例中，管片本体1内设置有与体内预应力筋5的布设位置相配合的导向安装钢管6。

在此具体实施例中，体内预应力筋5为钢绞线束，每束钢绞线束由至少7根钢绞线构成使钢绞线束的直径不低于15.2mm，每根钢绞线的设计强度为1360MPa使钢绞线束的承载力不低于190kN。

在此具体实施例中，每个管片本体1内穿接有2根导向安装钢管6，导向安装钢管6的直径不小于50mm，一根导向安装钢管6内穿接有不少于3束钢绞线束，每个管片本体1内穿接有不少于6束的钢绞线束。

拱底圆弧段11上设置有用于张拉体外预应力筋2的张拉端111，导向安装钢管6为两根，其中一根导向安装钢管6的下端固定安装在张拉端111上，其上端固定在其中一个拱腰圆弧段13与拱顶圆弧段12的连接端上，另一根导向安装钢管6的下端固定安装在张拉端111上，其上端固定在另一个拱腰圆弧段13与拱顶圆弧段12的连接端上，体内预应力筋5为整束结构，体内预应力筋5的其中一端设置在张拉端111上，另一端沿着其中一根导向安装钢管6穿设，然后穿出管片本体1，穿过体外楔形体14，沿着另一根导向安装钢管6穿接到管片本体1内，并穿设到张拉端111上，穿设完成后，通过千斤顶在张拉端111张拉该体内预应力筋5施加预应力。

Claims (10)

1.一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，包括断面呈类矩形状的管片本体和设置在所述的管片本体上的临时支撑，所述的管片本体包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段，两个所述的拱腰圆弧段的半径相等且均小于所述的拱底圆弧段的半径以及所述的拱顶圆弧段的半径，所述的拱底圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，其特征在于所述的临时支撑包括设置在所述的管片本体外部的体外预应力筋，所述的体外预应力筋张拉设置在所述的拱顶圆弧段上；未受载状态下，所述的体外预应力筋的中部向下凹陷。

2.如权利要求1所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱顶圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的体外楔形体，所述的体外楔形体上设置有左右贯通的安装孔，所述的体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱顶圆弧段的第一端，所述的体外预应力筋的另一端穿过所述的安装孔固定安装在所述的拱顶圆弧段的第二端。

3.如权利要求2所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别设置有锚固构件，所述的体外预应力筋的两个端头分别通过两个所述的锚固构件固定。

4.如权利要求2所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的体外楔形体的两侧呈镜像对称设置有两个转向构件，所述的体外预应力筋的两个端头分别穿过所述的转向构件实现转向并分别固定安装在所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端，位于两个所述的转向构件之间的所述的体外预应力筋呈水平设置。

5.如权利要求2所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的临时支撑还包括设置在所述的管片本体内的体内预应力筋，所述的体内预应力筋包括设置在所述的拱底圆弧段内的拱底预应力筋节段和分别设置在两个所述的拱腰圆弧段内的两个拱腰预应力筋节段；未受载状态下，所述的拱腰预应力筋节段呈与所述的拱腰圆弧段弧度相匹配的弧形结构，所述的拱底预应力筋节段的中部向上凸起。

6.如权利要求5所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱腰预应力筋节段布设在所述的拱腰圆弧段靠近外弧面的位置，且所述的拱腰预应力筋节段的中心线曲率半径不小于2000mm；所述的拱底预应力筋节段布设在所述的拱底圆弧段靠近内弧面的位置，且所述的拱底预应力筋节段的中心线曲率半径不小于2000mm。

7.如权利要求6所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的管片本体内设置有与所述的体内预应力筋的布设位置相配合的导向安装钢管。

8.如权利要求5所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的体外预应力筋和所述的体内预应力筋为钢绞线束，每束所述的钢绞线束由至少7根钢绞线构成使所述的钢绞线束的直径不低于15.2mm，每根所述的钢绞线的设计强度为1360MPa使所述的钢绞线束的承载力不低于190kN。

9.如权利要求1所述的一种带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱底圆弧段、所述的拱顶圆弧段和所述的拱腰圆弧段均采用钢板结构。

10.一种如权利要求1所述的带临时支撑的类矩形盾构隧道用管片结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）管片本体的拼装：将拱顶圆弧段、拱底圆弧段和两个拱腰圆弧段拼接到一起形成断面呈类矩形状的管片本体；

（2）预应力筋的穿索：利用穿索机将体外预应力筋穿接安装在拱顶圆弧段上；

（3）预应力筋的张拉：利用千斤顶对穿接完成的体外预应力筋进行张拉施加预应力。