CN110307006B - 一种榫接式盾构隧道管片及其连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种榫接式盾构隧道管片及其连接方法，管片包括由内而外依次设置的管片内层、管片中层、管片外层，管片四周分别设置榫头和榫槽，将多个管片分别沿环向、纵向榫接，并在接口处沿隧道径向进行直螺栓连接，最终形成盾构隧道整体。与现有技术相比，本发明通过榫接的方式进行管片的环向、纵向连接，接头刚度满足实际工程需要的同时延长了水的流动路径，增强了管片结构的防水能力；管片之间、管片环之间采用螺栓连接，简单高效，可大大节省劳动成本；管片榫接实现了盾构隧道管片统一规格的通用化，可减少管片钢模具费用的支出。

Description

一种榫接式盾构隧道管片及其连接方法
技术领域
本发明属于隧道工程结构设计技术领域，涉及一种榫接式盾构隧道管片及其连接方法。
背景技术
盾构隧道是一种将盾构管片通过环向接头和纵向接头连接而成的永久性承载结构，承担着地层水土压力以及一些特殊荷载的作用。其中，接头是衬砌结构的薄弱环节，对隧道整体的承载能力和防水性能起到了非常关键的作用。
目前，国内外地铁盾构常用的接头形式为榫槽式接头、弯曲螺栓接头和直螺栓接头。其中，常规榫槽式接头因具有安装简单、施工速度快、能提供较大的抗剪能力等特点，在地层条件不良、隧道容易产生较大纵向不均匀沉降的情况下采用较多。但是，榫槽式接头抗弯刚度小，已有的研究成果发现当接头轴力不变，接头抗弯刚度随弯矩的增大明显减小，易产生较大的张开量，对管片受力和防水性不利。弯矩螺栓接头柔性较好，可抵抗较大的弯矩，但是相较于直螺栓造价高，受加工精度的影响，在管片错缝拼装施工时，螺栓穿孔将消耗大量的时间和人力。直螺栓接头可在直螺栓承受一定预紧力的条件下达到较好的抗弯刚度，可改善接缝面的应力分布、延缓接头张开，有利于结构的整体受力。
但是，不论是弯螺栓接头还是直螺栓接头都存在水在直截面接缝处流动路径短、接头防水性能不佳的情况，尤其是隧道过易产生不均匀沉降地层时存在接头错台过大、管片渗漏水现象明显的情况。再者，一环管片往往由三种及以上不同规格的管片拼接而成，管片钢模数量较多，制造成本大。
因此，开发一种同时具备接头转动和剪切刚度满足实际工程需求且防水性能优良的盾构隧道环、纵向连接方式，对拓宽和深化盾构法隧道施工技术的应用、实现盾构管片规格统一化、减少管片模具经费支出具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种榫接式盾构隧道管片及其连接方法，解决常规地铁盾构隧道管片结构防水性能不佳、盾构管片规格不统一造成的过多管片模具生产费用过高等问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种榫接式盾构隧道管片，该管片包括由内而外依次设置的管片内层、管片中层、管片外层，所述的管片中层的顶部及后部分别设有顶部榫头、后部榫头，所述的管片内层的底部与管片外层的底部之间设有与顶部榫头相适配的底部榫槽，所述的管片内层的前部与管片外层的前部之间设有与后部榫头相适配的前部榫槽。管片内层、管片中层及管片外层为一体式结构。顶部榫头与后部榫头连为一体，底部榫槽与前部榫槽连为一体。管片的顶部榫头和相邻管片的底部榫槽咬合形成管片的环向连接，管片的后部榫头与相邻管片的前部榫槽咬合形成管片的纵向连接。
进一步地，所述的顶部榫头及后部榫头均向外凸出于管片内层、管片外层。顶部榫头及后部榫头均为外凸结构，便于相邻两个管片采用榫接方式连接。
进一步地，所述的顶部榫头及后部榫头上均设有多个榫头通孔，所述的管片内层上与底部榫槽及前部榫槽相对应处设有多个管片内层通孔，所述的管片外层上与底部榫槽及前部榫槽相对应处设有多个管片外层螺孔。榫头通孔、管片内层通孔、管片外层螺孔均沿隧道内径方向。
作为优选的技术方案，所述的榫头通孔及管片内层通孔均为无螺纹通孔，所述的管片外层螺孔为盲孔。
进一步地，所述的管片内层通孔的内端设有沉头孔。
进一步地，所述的管片内层、管片中层及管片外层均呈弧形。
一种榫接式盾构隧道管片的连接方法，该方法为：
1)将底部管片的顶部榫头插入顶部管片的底部榫槽中，并利用螺栓进行连接固定，形成管片环；
2)将前部管片环的后部榫头插入后部管片环的前部榫槽中，并利用螺栓进行连接固定，形成盾构隧道。
将多个管片沿环向依次首尾相连拼接在一起，组成管片环；将多个管片环沿纵向依次拼接在一起，最终形成盾构隧道整体。
进一步地，所述的螺栓为直螺栓，所述的螺栓包括依次相连的螺栓头部、直杆及螺杆。直杆外侧面上无螺纹，螺杆外侧面上有螺纹。用螺栓连接固定相邻两个管片时，将螺栓依次穿过管片内层通孔、榫头通孔后旋紧固定在管片外层螺孔中。其中，螺杆与管片外层螺孔螺纹配合，直杆与榫头通孔及管片内层通孔相适配，螺栓头部位于沉头孔内。沉头孔尺寸略大于螺栓头部，既能确保螺栓头部不侵入隧道内净空，又能够提供螺栓头部拧动所需的空间范围。
进一步地，所述的螺杆的端部设有螺栓尖端。螺栓尖端呈圆锥体状，方便螺栓穿孔。
进一步地，步骤2)中，前部管片环与后部管片环之间错缝拼装。
与现有技术相比，本发明提供了一种榫接式盾构隧道管片以及基于该管片的环向、纵向连接方法，即在管片四周分别设置榫头和榫槽，将多个管片分别沿环向、纵向榫接，并在接口处沿隧道径向进行直螺栓连接，最终形成盾构隧道整体，本发明通过榫接的方式进行管片的环向、纵向连接，接头刚度满足实际工程需要的同时延长了水的流动路径，增强了管片结构的防水能力；管片之间、管片环之间采用螺栓连接，简单高效，可大大节省劳动成本；管片榫接实现了盾构隧道管片统一规格的通用化，可减少管片钢模具费用的支出。
附图说明
图1为本发明中管片的整体结构示意图；
图2为本发明中管片错缝拼装后的结构示意图；
图3为本发明中螺栓的结构示意图；
图中标记说明：
1—管片内层、2—管片中层、3—管片外层、4—顶部榫头、5—后部榫头、6—底部榫槽、7—前部榫槽、8—榫头通孔、9—管片内层通孔、10—管片外层螺孔、11—管片环、12—螺栓头部、13—直杆、14—螺杆、15—螺栓尖端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例：
如图1所示的一种榫接式盾构隧道管片，包括由内而外依次设置的管片内层1、管片中层2、管片外层3，管片中层2的顶部及后部分别设有顶部榫头4、后部榫头5，管片内层1的底部与管片外层3的底部之间设有与顶部榫头4相适配的底部榫槽6，管片内层1的前部与管片外层3的前部之间设有与后部榫头5相适配的前部榫槽7。管片内层1、管片中层2及管片外层3均呈弧形。
其中，顶部榫头4及后部榫头5均向外凸出于管片内层1、管片外层3。
顶部榫头4及后部榫头5上均设有多个榫头通孔8，管片内层1上与底部榫槽6及前部榫槽7相对应处设有多个管片内层通孔9，管片外层3上与底部榫槽6及前部榫槽7相对应处设有多个管片外层螺孔10。管片内层通孔9的内端设有沉头孔。
该管片在连接时，如图2所示：
1)将底部管片的顶部榫头4插入顶部管片的底部榫槽6中，并利用螺栓进行连接固定，形成管片环11；
2)将前部管片环11的后部榫头5插入后部管片环11的前部榫槽7中，并利用螺栓进行连接固定，前部管片环11与后部管片环11之间错缝拼装，形成盾构隧道。
如图3所示，螺栓为直螺栓，螺栓包括依次相连的螺栓头部12、直杆13及螺杆14。螺杆14的端部设有螺栓尖端15。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种榫接式盾构隧道管片，其特征在于，该管片包括由内而外依次设置的管片内层（1）、管片中层（2）、管片外层（3），所述的管片中层（2）相对于管片内层（1）和管片外层（3）错位，错位处分别形成了榫头和榫槽，所述的管片中层（2）的顶部及后部分别设有顶部榫头（4）、后部榫头（5），所述的管片内层（1）的底部与管片外层（3）的底部之间设有与顶部榫头（4）相适配的底部榫槽（6），所述的管片内层（1）的前部与管片外层（3）的前部之间设有与后部榫头（5）相适配的前部榫槽（7）；
所述的顶部榫头（4）与后部榫头（5）连为一体，所述的底部榫槽（6）与前部榫槽（7）连为一体。
2.根据权利要求1所述的一种榫接式盾构隧道管片，其特征在于，所述的顶部榫头（4）及后部榫头（5）均向外凸出于管片内层（1）、管片外层（3）。
3.根据权利要求1所述的一种榫接式盾构隧道管片，其特征在于，所述的顶部榫头（4）及后部榫头（5）上均设有多个榫头通孔（8），所述的管片内层（1）上与底部榫槽（6）及前部榫槽（7）相对应处设有多个管片内层通孔（9），所述的管片外层（3）上与底部榫槽（6）及前部榫槽（7）相对应处设有多个管片外层螺孔（10）。
4.根据权利要求3所述的一种榫接式盾构隧道管片，其特征在于，所述的管片内层通孔（9）的内端设有沉头孔。
5.根据权利要求3所述的一种榫接式盾构隧道管片，其特征在于，所述的管片内层（1）、管片中层（2）及管片外层（3）均呈弧形。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的榫接式盾构隧道管片的连接方法，其特征在于，该方法为：
1）将底部管片的顶部榫头（4）插入顶部管片的底部榫槽（6）中，并利用螺栓进行连接固定，形成管片环（11）；
2）将前部管片环（11）的后部榫头（5）插入后部管片环（11）的前部榫槽（7）中，并利用螺栓进行连接固定，形成盾构隧道。
7.根据权利要求6所述的一种榫接式盾构隧道管片的连接方法，其特征在于，所述的螺栓为直螺栓，所述的螺栓包括依次相连的螺栓头部（12）、直杆（13）及螺杆（14）。
8.根据权利要求7所述的一种榫接式盾构隧道管片的连接方法，其特征在于，所述的螺杆（14）的端部设有螺栓尖端（15）。
9.根据权利要求6所述的一种榫接式盾构隧道管片的连接方法，其特征在于，步骤2）中，前部管片环（11）与后部管片环（11）之间错缝拼装。
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