CN110130905B - 一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，该盾构隧道包括沿纵向设置的多个整环管片单元，每个整环管片单元由多个弧形的衬砌管片拼装而成，该盾构隧道环缝抗剪结构包括钢筋接驳器、连接钢筋和抗剪键，对于任意相邻的两个抗剪键而言，其中一个抗剪键设置有凸隼而另一个抗剪键设置有凹槽，凸隼越过环缝后伸入该凹槽内，并且连接钢筋不伸入凸隼内，凸隼与另一个抗剪键在凹槽处的内壁之间存在沿竖直方向的竖向间隙，以允许相邻两个整环管片单元在环缝处发生错台并限制错台量。本发明能允许相邻两个整环管片单元在环缝处发生错台，但又不会因为造成太大的错台量而引起接缝渗漏，可更好地适应活动断层竖直的断错作用。

Description

一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，更具体地，涉及一种盾构隧道环缝抗剪结构。
背景技术
隧道工程穿越活动断层时，为了避免地层错动造成隧道结构的损坏，一般采用可适应较大纵向变形的“链式”结构，即隧道纵向变形缝加密，在变形缝位置通过一定的构造措施适应一定的剪切位移。为了避免变形缝处剪切位移太大引起严重的渗漏，防止因结构错台太大造成后期修复的难度增加，需要对剪切位移进行限制，即发生一定位移后，结构变形缝处需有足够大的抗剪刚度，防止剪切位移持续增加。盾构法隧道由于采用预制管片拼装结构，每1-2m就有一道环缝，穿越活动断层时适应剪切变形能力更强，但由于纵向连接的抗剪刚度较小，容易造成环间错台太大、结构渗漏、后期修复困难等难题。
既有盾构隧道环缝抗剪除了纵向螺栓外，结构上有两种型式：全环凹凸榫抗剪和分布式凹凸榫抗剪。全环凹凸榫抗剪型式的缺点是：由于凹凸榫的凹面和凸面的半径不同，在衬砌环环间发生错动时，全环只有一个接触点，因而抗剪能力弱。分布式凹凸榫在全环凹凸榫的基础上进行了改进，可以形成多点接触，大幅提高抗剪能力，但受管片钢筋布置的制约，凹凸榫的凹面深度(或凸面高度)较小，因而单个凹凸榫的抗剪能力仍较弱。当隧道穿越活动断层时，在允许环间发生较大错动时，还需要提供较大的环间抗剪能力，既有抗剪结构不能满足受力要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，其保证盾构隧道衬砌环缝处在发生一定错位后有足够的抗剪能力，避免在活动断层竖直断错作用下环间错位量太大。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，该盾构隧道包括沿纵向设置的多个整环管片单元，相邻两个整环管片单元之间具有环缝，每个整环管片单元由多个弧形的衬砌管片拼装而成，其特征在于，该盾构隧道环缝抗剪结构包括钢筋接驳器、连接钢筋和抗剪键，其中，
所述钢筋接驳器设置有多个，它们分别预埋在盾构隧道的整环管片单元的内弧面上；所述盾构隧道的整环管片单元的内弧面与建筑限界之间的空间为富余空间；
所述连接钢筋的数量与钢筋接驳器的数量一致并且这些连接钢筋均位于富余空间内，每根所述连接钢筋分别连接一个所述钢筋接驳器；
所述抗剪键的数量与整环管片单元的数量一致，每个所述抗剪键均设于盾构隧道拱腰处的富余空间内，并且每个所述抗剪键分别通过所述连接钢筋与一所述整环管片单元连接；
对于任意相邻的两个抗剪键而言，其中一个抗剪键设置有凸隼而另一个抗剪键在对应于凸隼的位置设置有凹槽，凸隼越过环缝后伸入该凹槽内，并且连接钢筋不伸入凸隼内，凸隼与另一个抗剪键在凹槽处的内壁之间存在沿竖直方向的竖向间隙，以允许相邻两个整环管片单元在环缝处发生错台并限制错台量。
优选地，凸隼与另一个抗剪键在凹槽处的内壁之间还存在沿盾构隧道纵向的水平间隙。
优选地，凸隼与另一个抗剪键在凹槽处的内顶壁和内底壁之间均存在沿竖直方向的竖向间隙。
优选地，根据工程地质条件、活动断层竖直断错量、断层宽度等条件，以及隧道结构设计、防水设计等因素，计算环间允许的错动量以及需要提供的剪切力Q2；用总剪切力Q减去管片环缝抗剪设施能够提供的抗剪强度Q1，得到需要提供的剪切力Q2；根据Q2获得抗剪键的参数，该参数包括抗剪键的强度、厚度和凸隼高度；根据Q2获得抗剪键与整环管片单元之间所需的连接钢筋的数量和直径。
优选地，每个所述抗剪键上的凸隼的数量为多个并且它们上下布置，相应地，另一个抗剪键上的凹槽的数量也为多个。
优选地，在盾构隧道每一侧的拱腰处均设置所述抗剪键。
优选地，所述抗剪键由钢筋混凝土制成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本发明通过在盾构隧道内利用拱腰处的富余空间设置抗剪键，与既有的仅通过衬砌管片纵向螺栓和凹凸隼抗剪相比，可大幅度提高整环管片单元的竖向抗剪能力，在活动断层竖向断错作用下，能允许相邻两个整环管片单元在环缝处发生一定的错台，但又不会因为造成太大的错台量而引起接缝渗漏，可更好地适应活动断层竖直的断错作用。
2)本发明的抗剪键通过连接钢筋与所对应衬砌管片中预埋接驳器连接，抗剪键能够与衬砌管片环缝上既有的抗剪措施共同作用，而且越过环缝的凸隼不与管片预埋接驳器连接，从而能够较好地适应允许范围内的错台量。
附图说明
图1是本发明环缝抗剪结构横剖面；
图2是图1中沿A-A线的剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1、图2所示，一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，该盾构隧道包括沿纵向设置的多个整环管片单元1，相邻两个整环管片单元1之间具有环缝4，每个整环管片单元1由多个弧形的衬砌管片拼装而成，该盾构隧道环缝抗剪结构包括钢筋接驳器2、连接钢筋8和抗剪键9，其中，
所述钢筋接驳器2设置有多个，它们分别预埋在盾构隧道的整环管片单元的内弧面上；所述盾构隧道的整环管片单元的内弧面与建筑限界3之间的空间为富余空间；
所述连接钢筋8的数量与钢筋接驳器2的数量一致并且这些连接钢筋8均位于富余空间内，每根所述连接钢筋8分别连接一个所述钢筋接驳器2；
所述抗剪键9的数量与整环管片单元1的数量一致，每个所述抗剪键9均设于盾构隧道拱腰11处的富余空间内(不是盾构隧道的顶部或底部对应的富余空间内，而是中间部分对应的富余空间内)，并且为了使该抗剪结构能够与衬砌管片环缝4上设置的抗剪措施共同作用，每个所述抗剪键9分别通过所述连接钢筋8与一所述整环管片单元1连接；优选地，所述抗剪键9由钢筋混凝土制成，在盾构隧道每一侧的拱腰11处均设置所述抗剪键9，以提高抗剪能力。
对于任意相邻的两个抗剪键9而言，其中一个抗剪键9设置有凸隼5而另一个抗剪键9在对应于凸隼5的位置设置有凹槽6，凸隼5越过环缝4后伸入该凹槽6内，并且连接钢筋8不伸入凸隼5内(为了适应允许范围内的竖向错台量，越过环缝4的凸隼5不得与连接钢筋8连接)，凸隼5与另一个抗剪键9在凹槽6处的内壁之间存在沿竖直方向的竖向间隙7，以允许相邻两个整环管片单元1在环缝4处发生错台(竖直方向的错位)并限制错台量。
进一步，凸隼5与另一个抗剪键9在凹槽6处的内壁之间还存在沿盾构隧道纵向的水平间隙，而且相邻两个整环管片单元1之间也存在沿盾构隧道纵向的水平间隙，以允许整环管片单元1沿盾构隧道的纵向有一定的位移，同时也能更好地适应活动断层的断错作用。
进一步，凸隼5与另一个抗剪键9在凹槽6处的内顶壁和内底壁之间均存在沿竖直方向的竖向间隙7，这样设计的话，相邻的两个整环管片单元1无论哪一个发生竖向的错位都可以适应。
实际工程中，根据工程地质条件、活动断层竖直断错量、断层宽度等条件，以及隧道结构设计、防水设计等因素，计算环间允许的错动量以及需要提供的剪切力Q2；用总剪切力Q减去管片环缝4抗剪设施能够提供的抗剪强度Q1，得到需要提供的剪切力Q2；根据Q2获得抗剪键9的参数，该参数包括抗剪键9的强度、厚度和凸隼5高度；根据Q2获得抗剪键9与整环管片单元1之间所需的连接钢筋8的数量和直径
进一步，每个所述抗剪键9上的凸隼5的数量为多个并且它们上下布置，这样就使得抗剪键9呈锯齿形，相应地，另一个抗剪键9上的凹槽6的数量也为多个，以提高抗剪能力。
本发明通过在盾构隧道整环管片单元的内弧面预埋钢筋接驳器2，盾构隧道的衬砌管片拼装完成后，利用建筑限界3之外的富余空间在两侧拱腰11位置沿着衬砌管片环缝4，在每个环缝4处设置抗剪键9，抗剪键9在环缝4附近沿竖向为锯齿状结构，凸隼5和凹槽6之间预留竖向间隙7，该间隙即为隧道环缝4允许的竖向错台量，该抗剪结构不影响盾构隧道的弯曲和拉压变形刚度，可大幅提高竖直方向的抗剪刚度，适应于活动断层中竖直断错作用下隧道衬砌环间竖向错台量的控制，而且还通过连接钢筋8和钢筋接驳器2与既有的抗剪措施共同作用，可大幅度提高环间竖向抗剪能力，在活动断层竖向断错作用下，能允许环缝4发生一定的竖直错位，但又不会因为造成太大的错位引起接缝渗漏，可更好地适应活动断层竖直的断错作用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，该盾构隧道包括沿纵向设置的多个整环管片单元，相邻两个整环管片单元之间具有环缝，每个整环管片单元由多个弧形的衬砌管片拼装而成，其特征在于，该盾构隧道环缝抗剪结构包括钢筋接驳器、连接钢筋和抗剪键，其中，
所述钢筋接驳器设置有多个，它们分别预埋在盾构隧道的整环管片单元的内弧面上；所述盾构隧道的整环管片单元的内弧面与建筑限界之间的空间为富余空间；
所述连接钢筋的数量与钢筋接驳器的数量一致并且这些连接钢筋均位于富余空间内，每根所述连接钢筋分别连接一个所述钢筋接驳器；
所述抗剪键的数量与整环管片单元的数量一致，每个所述抗剪键均设于盾构隧道拱腰处的富余空间内，并且每个所述抗剪键分别通过所述连接钢筋与一所述整环管片单元连接；
对于任意相邻的两个抗剪键而言，其中一个抗剪键设置有凸隼而另一个抗剪键在对应于凸隼的位置设置有凹槽，凸隼越过环缝后伸入该凹槽内，并且连接钢筋不伸入凸隼内，凸隼与另一个抗剪键在凹槽处的内壁之间存在沿竖直方向的竖向间隙，以允许相邻两个整环管片单元在环缝处发生错台并限制错台量。
2.根据权利要求1所述的一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，其特征在于，凸隼与另一个抗剪键在凹槽处的内壁之间还存在沿盾构隧道纵向的水平间隙。
3.根据权利要求1所述的一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，其特征在于，凸隼与另一个抗剪键在凹槽处的内顶壁和内底壁之间均存在沿竖直方向的竖向间隙。
4.根据权利要求1所述的一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，其特征在于，根据工程地质条件、活动断层竖直断错量、断层宽度条件，以及隧道结构设计、防水设计因素，计算环间允许的错动量以及需要提供的剪切力Q2；用总剪切力Q减去管片环缝抗剪设施能够提供的抗剪强度Q1，得到需要提供的剪切力Q2；根据Q2获得抗剪键的参数，该参数包括抗剪键的强度、厚度和凸隼高度；根据Q2获得抗剪键与整环管片单元之间所需的连接钢筋的数量和直径。
5.根据权利要求1所述的一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，其特征在于，每个所述抗剪键上的凸隼的数量为多个并且它们上下布置，相应地，另一个抗剪键上的凹槽的数量也为多个。
6.根据权利要求1所述的一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，其特征在于，在盾构隧道每一侧的拱腰处均设置所述抗剪键。
7.根据权利要求1所述的一种适应活动断层竖直断错的盾构隧道环缝抗剪结构，其特征在于，所述抗剪键由钢筋混凝土制成。
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