CN110486039A - 一种多用途的盾构隧道衬砌结构 - Google Patents

一种多用途的盾构隧道衬砌结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多用途的盾构隧道衬砌结构，包括第一盾构隧道衬砌环、第二盾构隧道衬砌环和隔离连接结构，所述第一盾构隧道衬砌环和第二盾构隧道衬砌环错缝安装在所述隔离连接结构的相对两侧构成盾构隧道衬砌单元，所述盾构隧道衬砌单元通过紧固连接机构纵向拼装形成盾构隧道衬砌结构；本发明的盾构隧道衬砌结构能用于不同交通建设的错缝拼装，能减小了大直径隧道断面的情况下将不同交通建设两两合一，不仅提高了结构的可靠度，对围岩的扰动较小，又减小施工时盾构机的扭矩；以解决现有的独立交通建设占据较大的地面和地上空间及其结构整体性弱的问题。

Description

一种多用途的盾构隧道衬砌结构
技术领域
本发明涉及盾构隧道施工技术领域，具体涉及一种多用途的盾构隧道衬砌结构。
背景技术
经济的发展需要良好的交通，但大量路面交通的出现占据了许多地面资源，加之城市建筑需要占用绝大部分土地，能够用于城市绿化的土地少之又少，使得绝大多数城市变为了“钢铁城市”。在倡导绿色、可持续发展的理念下，将地面交通转移至地下是一种可行的发展方案，在未来的城市交通发展中，地下交通将会增加，原有的地面交通部分将用于城市绿化建设，这是一种必然趋势。
随着我国城市的发展建设，地上地下的交通建设越来越多，城市内用于交通建设的空间变得越发的苛刻，比如存在以下几种情况：独立的高铁与地面轻轨线路不仅会占据较大的地面和地上空间，还会对周边的居住和商业活动产生较大的影响；新建公路线路和新建地铁线路线型选择日益受到约束且施工规模受到限制；我国的隧道结构通常为一个圆形隧道，倘若要满足双向四车道的交通需求，隧道直径至少需要达到16.7m，而如此大的隧道结构需要十分巨大的刀盘扭矩，目前为止还从未出现如此大的盾构隧道。
由于盾构法的安全可靠、施工时速度快、技术成熟、对周围环境影响小等优点，已经是城市轨道交通的建设中的首选施工方法。自盾构机掘进技术被引入国内后，通过十几年的消化吸收，中国已经成为盾构相关设备的制造与技术强国，根据实际需求，已经先后出现了椭圆形盾构、马蹄形盾构、矩形盾构等异性盾构机。针对以上需求，采用盾构法修建盾构隧道衬砌结构能解决公铁共用重叠式隧道不会占据较大的地面和地上空间的问题、修建两条分离的盾构隧道能解决上述隧道直径较大的问题及采用盾构法修建双向的公路盾构隧道即可减小隧道直径，又可减小施工的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多用途的盾构隧道衬砌结构，能用于不同交通建设的错缝拼装，以解决现有的独立交通建设占据较大的地面和地上空间及其结构整体性弱的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种多用途的盾构隧道衬砌结构，包括第一盾构隧道衬砌环、第二盾构隧道衬砌环和隔离连接结构，所述第一盾构隧道衬砌环和第二盾构隧道衬砌环错缝安装在所述隔离连接结构的相对两侧构成盾构隧道衬砌单元，所述盾构隧道衬砌单元通过紧固连接机构纵向拼装形成盾构隧道衬砌结构。
进一步地，所述第一盾构隧道衬砌环为地铁环，所述第二盾构隧道衬砌环为高铁环，所述地铁环和高铁环分别安装在所述隔离连接结构的上下两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述地铁环及高铁环上的纵向螺栓孔和与所述纵向螺栓孔配合的纵向螺栓。
进一步地，所述隔离连接结构为钢混组合承载梁，所述钢混组合承载梁包括两排自上而下设置的混凝土垫层和工型钢支承梁，所述工型钢支承梁的左右两端均设有上下两个嵌合部，各个所述嵌合部、地铁环与嵌合部的连接部及高铁环与嵌合部的连接部上均设有弯螺栓孔，环向弯螺栓穿设于所述弯螺栓孔将地铁环和高铁环分别错缝安装在所述钢混组合承载梁的上下两端。
进一步地，所述地铁环、高铁环和钢混组合承载梁的幅宽均为1.5m。
进一步地，所述第一盾构隧道衬砌环为公路环，所述第二盾构隧道衬砌环为地铁环，所述公路环和地铁环分别安装在所述隔离连接结构的上下两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述公路环及高铁环上的纵向螺栓孔和与所述纵向螺栓孔配合的纵向螺栓。
进一步地，所述隔离连接结构为箱型隔离板，所述箱型隔离板由2块边缘箱型块和2块对称箱型块组成，2块所述边缘箱型块分别设于2块所述对称箱型块的两端，所述边缘箱型块和对称箱型块上均开设有弧形螺栓孔，弧形螺栓穿设于所述弧形螺栓孔将边缘箱型块和对称箱型块连接成箱型隔离板，2块所述边缘箱型块上下两侧边缘开设有斜螺栓孔，斜螺栓穿设于所述斜螺栓孔将公路环和地铁环错缝安装在所述箱型隔离板的上下两端。
进一步地，所述公路环、地铁环及箱型隔离板的宽幅均为2m。
进一步地，所述第一盾构隧道衬砌环和第二盾构隧道衬砌环为直径相同的两车道公路环，所述第一盾构隧道衬砌环和第二盾构隧道衬砌环分别安装在所述隔离连接结构的左右两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述公路环上的纵向螺栓孔和与所述纵向螺栓孔配合的纵向螺栓。
进一步地，所述隔离连接结构为六边形空心支柱，所述空心支柱上设有一组上下布置的定位榫，所述空心支柱的四角均开设有Ⅱ型螺栓孔，Ⅱ型螺栓穿设所述Ⅱ型螺栓孔将两个公路环错缝安装在所述空心支柱的左右两端。
进一步地，所述空心支柱与公路环的接触边的延长线通过所述公路环的圆心，所述定位榫的一侧设有榫头，另一侧设有榫槽。
本发明的有益效果是：
1)本发明的盾构隧道衬砌结构为一体式结构，其整体性更强，结构更稳定牢固；现有的单个圆型的大断面盾构隧道如果要实现多种交通两用共用，盾构机直径须达到较大的范围才能实现，过大不仅会导致盾构机的刀盘扭矩急剧增加，而且隧道管片的厚度也会明显增加，这将会大大增加开挖量，工程造价将成倍增加；本发明的共用的多用途的盾构隧道衬砌结构采用半径为不同或相同的隧道相重叠，减小了大直径隧道断面的情况下将两种不同的交通线双线合一，不仅提高了结构的可靠度，较小对围岩的扰动，又减小施工时盾构机的扭矩，减小了地铁环管片和高铁环管片厚度，纵向单位土方开挖量也减小了，节约了成本和施工时间，对城市轨道交通建设具有较大的现实意义。
2)本发明的交通线的各环管片最多只需要2种，但通过极少种类的环管片就可实现管片环的错缝拼装，提高了衬砌结构的纵向刚度，接缝处都是紧密结合的，还具有较好的防水效果；隔离连接结构通过其与第一盾构隧道衬砌环或第二盾构隧道衬砌环的嵌合使共用盾构隧道结构环成为一个整体，使共用盾构隧道结构环具有高强、轻质等优点。
3)本发明只需经过一次性开挖，盾构隧道衬砌结构就能一次性拼装成形，与分离式小断面盾构隧道相比，没有分离式盾构隧道之间的夹层土，本发明的结构整体性更强、对周围土层扰动更小、施工风险更小，有助于更好地控制地面沉降，保证周边建构筑物的安全。
附图说明
图1为本发明的实施例1的整体结构示意图；
图2为图1中1-1向的剖视图；
图3为本发明的实施例1的工型钢支承梁的结构示意图；
图4为本发明的实施例2的整体结构示意图；
图5为本发明的实施例2的箱型隔离板的俯视图；
图6为本发明的实施例2的箱型隔离板的仰视图；
图7为本发明的实施例3的整体结构示意图；
图8为本发明的实施例3的空心支柱结构示意图；
图9为本发明的实施例3的空心支柱的拼装结构示意图；
图中，1-第一盾构隧道衬砌环，101-第一地铁环管片，102-第二地铁环管片，103-环向螺栓孔，101’-第一公路环管片，102’-第二公路环管片，101”-第一公路环管片，2-第二盾构隧道衬砌环，201-第一高铁环管片，202-第二高铁环管片，201’-第二地铁环管片，202’-第二地铁环管片，201”-第二公路环管片，3-隔离连接结构，4-纵向螺栓孔，5-钢混组合承载梁，501-混凝土垫层，502-工型钢支承梁，503-嵌合部，6-弯螺栓孔，7-箱型隔离板，701-边缘箱型块，702-对称箱型块，8-弧形螺栓孔，9-斜螺栓孔，10-空心支柱，11-定位榫，1101-榫头，1102-榫槽，1103-中部空心，12-第二环向弯螺栓孔，13-环形螺栓孔，14-弧形空心，15-矩形空心，16-Ⅰ型螺栓孔。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：
一种多用途的盾构隧道衬砌结构，包括第一盾构隧道衬砌环1、第二盾构隧道衬砌环3和隔离连接结构3，所述第一盾构隧道衬砌环1和第二盾构隧道衬砌环2错缝安装在所述隔离连接结构3的相对两侧构成盾构隧道衬砌单元，所述盾构隧道衬砌单元通过紧固连接机构纵向拼装形成盾构隧道衬砌结构。
本发明的盾构隧道衬砌结构为一体式结构，采用第一盾构隧道衬砌环1和第二盾构隧道衬砌环2重叠盾构，能用于不同交通建设的错缝拼装，能减小了大直径隧道断面的情况下将不同交通建设两两合一，不仅提高了结构的可靠度，对围岩的扰动较小，又减小施工时盾构机的扭矩；以解决现有的独立交通建设占据较大的地面和地上空间及其结构整体性弱的问题。
实施例1
请参照图1-3，所述第一盾构隧道衬砌环1为地铁环，所述第二盾构隧道衬砌环2为高铁环，所述地铁环和高铁环分别安装在所述隔离连接结构3的上下两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述地铁环及高铁环上的纵向螺栓孔4和与所述纵向螺栓孔4配合的纵向螺栓。
所述隔离连接结构3为钢混组合承载梁5，所述钢混组合承载梁5包括两排自上而下设置的混凝土垫层501和工型钢支承梁502，所述工型钢支承梁502的左右两端均设有上下两个嵌合部503，各个所述嵌合部503、地铁环与嵌合部503的连接部及高铁环与嵌合部503的连接部上均设有弯螺栓孔6，环向弯螺栓穿设所述弯螺栓孔6将地铁环和高铁环分别错缝安装在所述钢混组合承载梁5的上下两端。
地铁环和高铁环上均设有多个纵向螺栓孔4，纵向螺栓穿设于所述纵向螺栓孔4将多个所述共用盾构隧道结构环纵向拼装形成地铁高铁共用的盾构隧道衬砌结构。本发明的钢混组合承载梁既起到了连接地铁环和高铁环的作用，也起到了作为地铁基础的作用，本发明的地铁高铁共用的盾构隧道衬砌结构采用地铁环和高铁环相重叠，减小了大直径隧道断面的情况下将地铁与高铁双线合一，不仅提高了结构的可靠度，较小对围岩的扰动，又减小施工时盾构机的扭矩，减小了地铁环管片和高铁环管片厚度，节约了成本和施工时间，对城市轨道交通建设具有较大的现实意义。
请参照图1-3，所述地铁环由4个第一地铁环管片101和1个第二地铁环管片102组成，1个所述第二地铁环管片102和4个所述第一地铁环管片101依次连接，所述第二地铁环管片102安装在上层左侧嵌合部503，其中一个所述第一地铁环管片101安装在上层右侧嵌合部503。
所述高铁环2由8个第一高铁环管片201和1个第二高铁环管片202组成，1个所述第二高铁环管片202和8个所述第一地高铁环管片依次连接，所述第二高铁环管片202安装在下层右侧嵌合部503，其中一个所述第一地铁环管片101安装在下层左侧嵌合部503。
优选地，所述混凝土垫层501和工型钢支承梁502之间浇筑连接成钢混组合承载梁5。
本实施例的地铁环和高铁环的环管片类型虽然都只有2种，但通过其各自的2种环管片就可实现管片环与钢混组合承载梁5的错缝拼装，提高了衬砌结构的纵向刚度，接缝处都是紧密结合的，还具有较好的防水效果；钢混组合承载梁5通过其与地铁环或高铁环的嵌合及垫层混凝土使共用盾构隧道结构环成为一个整体，在环向上工型钢支撑梁与环管片的接触面都设置了环向弯螺栓，使共用盾构隧道结构环具有高强轻质等优点。
所述第一地铁环管片101、第二地铁环管片102、第一高铁环管片201及第二高铁环管片202的纵向方向上均设置为2排环向螺栓孔103，每排2个环向螺栓孔103，环向螺栓穿过所述环向螺栓孔103将第一地铁环管片101及第二地铁环管片102连接成地铁环、将第一高铁环管片201及第二高铁环管片202连接成高铁环。
本实施例的环向螺栓孔103共有32颗，通过环向螺栓与环向螺栓的配合将地铁环和高铁环错缝拼装在钢混组合承载梁5的上下两侧。
请参照图1，所述地铁环的外半径R1为3m，厚度为0.3m，幅宽1.5m，所述第一地铁环管片101的圆心角α2＝60°5′0″，所述第二地铁环管片102的圆心角α1＝40°3′20″。
请参照图1，所述第一地铁环管片101上开设有三个纵向螺栓孔4，所述第二地铁环管片102开设一个纵向螺栓孔4，地铁环1上相邻的纵向螺栓孔4对应的圆心角θ1＝20°1'40”，螺栓孔距衬砌边缘的角度均为θ1的一半。
纵向螺栓穿过所述纵向螺栓孔4将纵向的各个地铁环1连接起来。
请参照图1，所述高铁环的外半径R2为5m，厚度为0.5m，幅宽1.5m，所述第一高铁环管片201的圆心角β2＝36°49'28”，所述第二高铁环管片202的圆心角β1＝12°16'29”。
请参照图1，所述第一地铁环管片201上开设有三个纵向螺栓孔4，所述第二高铁环管片202开设一个纵向螺栓孔4，高铁环上相邻纵向螺栓对应的圆心角θ2＝12°16'29.3”，螺栓距衬砌边缘的角度均为θ2的一半。
纵向螺栓穿过所述纵向螺栓孔4将纵向的各个高铁环连接起来。
所述的纵向螺栓4共有39颗。
所述工型钢支承梁502的幅宽0.75m，组成钢混组合承载梁5通过下部的工型钢支承梁502两侧与衬砌环的嵌合及垫层混凝土使其成为一个整体。
本实施例的第二地铁环管片102的一端与其中一个第一地铁环管片101相连，另一端与钢混组合承载梁5相连，第二高铁环管片202的一端与其中一个第一高铁环管片201块相连，另一端也与钢混组合承载梁5相连。如图1所示，在下一共用盾构隧道结构环拼装时，将第二地铁环管片102放置在衬砌环的右下方，同时将第二高铁环管片202放置在高铁环的左上方，即可实现管片环与管片环之间的错缝拼装。
现有的单个圆型的大断面盾构隧道如果要实现地铁与高铁两用，盾构机直径须达到14m，过大不仅导致盾构机刀盘扭矩急剧增加，而且隧道管片的厚度也会明显增加，这将会大大增加开挖量，工程造价将成倍增加；本发明的地铁高铁共用的盾构隧道衬砌结构采用半径为5m和3m的隧道相重叠，减小了大直径隧道断面的情况下将地铁与高铁双线合一，不仅提高了结构的可靠度，较小对围岩的扰动，又减小施工时盾构机的扭矩，减小了地铁环管片和高铁环管片厚度，节约了成本和施工时间。
所述地铁环、高铁环和钢混组合承载梁5的幅宽均为1.5m。
实施例2
请参照图4，所述第一盾构隧道衬砌环1为公路环，所述第二盾构隧道衬砌环2为地铁环，所述公路环和地铁环分别安装在所述隔离连接结构3的上下两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述公路环及高铁环上的纵向螺栓孔4和与所述纵向螺栓孔4配合的纵向螺栓。
所述隔离连接结构3为箱型隔离板7，所述箱型隔离板7由2块边缘箱型块701和2块对称箱型块702组成，2块所述边缘箱型块701分别设于2块所述对称箱型块702的两端，所述边缘箱型块701和对称箱型块702上均开设有弧形螺栓孔8，弧形螺栓穿设于所述弧形螺栓孔8将边缘箱型块701和对称箱型块702连接成箱型隔离板7，2块所述边缘箱型块701上下两侧边缘开设有斜螺栓孔9，斜螺栓穿设所述斜螺栓孔9将公路环和地铁环错缝安装在所述箱型隔离板7的上下两端。
所述公路环、地铁环及箱型隔离板的宽幅均为2m。
公路环和地铁环上均设有多个纵向螺栓孔4，纵向螺栓穿设于所述纵向螺栓孔4将多个所述共用盾构隧道结构环纵向拼装形成公路地铁共用的盾构隧道衬砌结构。
本实施例的公路环和地铁环分别安装在所述箱型隔离板7的上下两侧连接构成一体式通道结构，采用地公路环和地铁环相重叠，减小了大直径隧道断面的情况下将地铁与公路双线合一，不仅提高了结构的可靠度，较小对围岩的扰动，又减小施工时盾构机的扭矩，减小了地铁环管片和高铁环管片厚度，节约了成本和施工时间，对城市轨道交通建设具有较大的现实意义。
箱型隔离板7的边缘箱型块701和对称箱型块702通过其上侧和下侧的弧形螺栓连接为一体，箱型隔离板7能够承受上部车辆荷载，既起到了连接公路环和地铁环的作用，也起到了作为公路基础的作用。
请参照图4，所述公路环由7个第一公路环管片101’和1个第二公路环管片102’组成，1个所述第二公路环管片102’和7个所述第一公路环管片101’依次连接，所述第二公路环管片102’安装在箱型隔离板7左侧的边缘箱型块701的上端，其中一个所述第一公路环管片101’安装在箱型隔离板7右侧的边缘箱型块701的上端。
所述的箱型隔离板7既起到了连接公路环1和地铁环2的作用，也起到了作为公路基础的作用。
请参照图1，所述地铁环由5个第一地铁环管片201’和1个第二地铁环管片202’组成，1个所述第二地铁环管片202’和5个所述第一地铁环管片201’依次连接，所述第二地铁环管片202’安装在箱型隔离板7右侧的边缘箱型块701的下端，其中一个所述第一公路环管片101’安装在箱型隔离板3左侧的边缘箱型块701的下端。
请参照图4，所述第一公路环管片101’、第二公路环管片102’、第一地铁环管片201’和第二地铁环管片202’的纵向方向上均设置有2排斜螺栓孔9，每排2个斜螺栓孔9，斜螺栓穿过所述斜螺栓孔9将第一公路环管片101’及第二公路环管片102’连接成公路环、将第一地铁环管片201’及第二地铁环管片202’连接成地铁环，所述第一公路环管片101’和第一地铁环管片201’上的各自的斜螺栓倾斜方向相同，所述第二公路环管片102’和所述第二地铁环管片202’上的各自的斜螺栓倾斜方向相反。所述的斜螺栓孔9共32颗。
本实施例的公路环和地铁环的环管片类型均只有两种，但只需要通过两种环管片就可实现管片环的错缝拼装，提高结构整体的刚度，并且能提高整个结构的防水性能。
请参照图4，所述公路环的外半径RU为5m，厚度为0.5m，幅宽2m，所述第一公路环管片101’的圆心角θ1＝37°44'28”，所述第二公路环管片102’的圆心角θ2＝18°52'15”。
请参照图4，所述第一公路环管片101’上开设有2个纵向螺栓孔4，所述第二公路环管片102’开设1个纵向螺栓孔4，公路环1上相邻的纵向螺栓孔4对应的圆心角α1＝18°52'14”，螺栓孔距衬砌边缘的角度均为α1的一半。
请参照图4，所述地铁环的外半径RL为3.5m，厚度为0.5m，幅宽2m，所述第一地铁环管片201’的圆心角θ3＝52°21'20”，所述第二地铁环管片202’的圆心角θ4＝26°10'38”。
请参照图4，所述第一地环管片上开设有三个纵向螺栓孔4，所述第二地铁环管片202’开设一个纵向螺栓孔4，地铁环2上相邻纵向螺栓对应的圆心角α2＝26°10'38”，螺栓距衬砌边缘的角度均为α2的一半。
进一步地，所述箱型隔离板7的幅宽2m。
请参照图5-6，所述边缘箱型块701的上侧开设2个纵向螺栓孔4，下侧开设1个纵向螺栓孔4；所述对称箱型块702的上侧和下侧均开设2个纵向螺栓孔4；所述箱型隔离板7相邻的纵向螺栓孔4之间的间距均为994mm，所述边缘箱型块301设有弧形空心14，所述对称箱型块702设有矩形空心15，设置成空心结构，能够显著减小隔离板的重量。
本实施例的公路地铁共用的盾构隧道衬砌结构，只需经过一次性开挖，结构便能一次性拼装成形，即可得到本发明公铁共用重叠式盾构隧道砌结构；具体地，第二公路环管片102’一端与第一公路环管片101’相连，另一端与边缘箱型块701相连，第二地铁环管片202’与第一地铁环管片201’相连，另一端也与边缘箱型块701相连，如图1所示，在下一环管片拼装时，将第二公路环管片10’2放置在公路环的右下方，同时将第二地铁环管片202’放置在地铁环的左上方，即可实现管片环与管片环之间的一次性错缝拼装；与现有技术中的两次开挖、两次拼装相比，施工效率更高，更经济，且减少了施工对地层的扰动，施工对地层的影响较小，也能更好地控制地面沉降，更好的保证周边建构筑物的安全。
实施例3
请参照图7-9，所述第一盾构隧道衬砌环1和第二盾构隧道衬砌环2为直径相同的两车道公路环，所述第一盾构隧道衬砌环1和第二盾构隧道衬砌环2分别安装在所述隔离连接结构3的左右两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述公路环上的纵向螺栓孔4和与所述纵向螺栓孔4配合的纵向螺栓。
所述隔离连接结构3为六边形空心支柱10，所述空心支柱10上设有一组上下布置的定位榫11，所述空心支柱10还包括中部空心1103，两个所述定位榫11分别位于中部空心1103的上下两侧，所述空心支柱10的上下两端、第一公路衬砌环1的首尾端及第二公路衬砌环2的首尾端均开设有Ⅱ型螺栓孔12，Ⅱ型螺栓穿设于所述Ⅱ型螺栓孔12将第一公路衬砌环1和第二公路衬砌环2分别错缝安装在所述空心支柱3的上下两端形成双向四车道的公路盾构隧道结构环；
第一公路衬砌环1和第二公路衬砌环2上均设有多个纵向螺栓孔4，纵向螺栓穿设于所述纵向螺栓孔4将多个所述双向四车道的公路盾构隧道结构环纵向拼装形成双向四车道的公路盾构隧道结构。
本实施例的双向四车道的公路盾构隧道结构由第一公路衬砌环1、第二公路衬砌环2和空心支柱10连接而成，采用第一公路衬砌环1和第二公路衬砌环2横向相连，减小了大直径隧道断面的情况下将四车道合一，不仅提高了结构的可靠度，较小对围岩的扰动，又减小施工时盾构机的扭矩，减小了第一公路衬砌环1和第二公路衬砌环2的管片厚度，节约了成本和施工时间，对城市轨道交通建设具有较大的现实意义。
请参照图7，所述第一公路衬砌环1由9个第一公路环管片101”组成，所述第二公路衬砌环2由6个第二公路环管片201”组成。
请参照图7，所述第一公路环管片101”上开设2个纵向螺栓孔4，所述第二公路环管片201”上开设3个纵向螺栓孔4。
请参照图7，所述第一公路环管片101”、第二公路环管片201”的纵向方向上均设置有Ⅰ型螺栓孔16，Ⅰ型螺栓穿过所述Ⅰ型螺栓孔16将9个第一公路环管片101连接成第一公路衬砌环1、将6个第二公路环管片201连接成第二公路衬砌环2。
请参照图7，所述第一公路衬砌环1和第二公路衬砌环2的外半径R均为4.93m，厚度均为0.5m，幅宽均为2m。
本实施例的两个公路衬砌环各自由规格相同的环管片连接而成直径相同的公路衬砌环，单个大隧道直径仅有9.86m，管片厚度仅需0.5m就能够实现双向四车道，若选用满足上述要求的单一型的圆形隧道，隧道直径需要16.7m，管片厚度与隧道直径相匹配的话，其厚度需达到0.9m，每单位纵向开挖土将达到271.9m2；而采用本发明的隧道结构，与上述大直径隧道相比，不仅大大降低了盾构刀盘扭矩的要求，而且管片厚度减小44.4％，纵向单位土方开挖量减小45.6％。
请参照图7，所述第一公路环管片101”对应的圆心角α1＝31°1’28”，所述第二公路环管片201”对应的圆心角α2＝51°2’13”，所述第一公路环管片101”和所述第二公路环管片201”上相邻纵向螺栓对应的圆心角β1＝β2＝17°0’44”，所述第一公路环管片101”和所述第二公路环管片201”两端部的邻纵向螺栓与管片边缘的夹角均为8°30’22”。
请参照图2-3，所述空心支柱10呈六边形，高为5m，宽为1m，所述空心支柱10与第一公路衬砌环1相接触的边的延长线通过第一公路衬砌环1的圆心，所述空心支柱10与第二公路衬砌环2相接触的边的延长线通过第二公路衬砌环2的圆心。
请参照图8-9，所述定位榫11由2个第一半圆部和一个第一矩形部组成，所述第一半圆部的半径为0.25m，所述第一矩形部是宽和高均为0.5m。
请参照图8-9，所述中部空心1103由2个第二半圆部和一个第二矩形部组成，所述第二半圆部的半径r为0.5m，所述第二矩形部的宽和高分别为1m和2.864m。
本实施例的第一公路衬砌环1、第二公路衬砌环2与空心支柱10垂直接触，有利于荷载传递，空心支柱10设置有定位榫11便于空心支柱10的安装，同时有利于将竖向方向的荷载分散到临近的空心支柱10上，协调受力；空心支柱10中部为空心，空心部分上侧和下侧为圆形，既减少了应力集中，有减轻了空心支柱10的重量，还节省了建设材料。
请参照图7，所述第一公路衬砌环1和第二公路衬砌环2均自上而下设有隧道通风层、车道层和排污层，所述隧道通风层高度为2m；所述车道层能容纳两条车道，所述车道层高度为5m，宽度为7.5m；所述排污层高度为2m。
本实施例的第一公路衬砌环1与空心支柱3通过Ⅱ型螺栓12连接，第二公路衬砌环2与空心支柱10同样通过Ⅱ型螺栓12连接；每环隧道衬砌环上布置8颗Ⅱ型螺栓12，分为两排布置，相邻两排Ⅱ型螺栓12的间距为1m；在第一环拼装时，将9块第一公路环管片101”拼装在左侧的第一公路衬砌环1，6块第二公路环管片201”拼装在右侧的第二公路衬砌环2；在下一环拼装时，将6块第二公路环管片201”拼装在左侧公路环，9块第一公路环管片101”拼装在右侧公路环，在后续每环拼装时均依照上述方式交替，即可实现管片环与管片环之间的错缝拼装。
本实施例的双向四车道的公路盾构隧道结构，通过盾构施工一次即可完成，不存在分离式两条接近盾构隧道施工相互影响的问题，隧道一次施工完成，对地表及周围建筑物影响小，隧道修建速度快，空间利用率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：包括第一盾构隧道衬砌环(1)、第二盾构隧道衬砌环(2)和隔离连接结构(3)，所述第一盾构隧道衬砌环(1)和第二盾构隧道衬砌环(2)错缝安装在所述隔离连接结构(3)的相对两侧构成盾构隧道衬砌单元，所述盾构隧道衬砌单元通过紧固连接机构纵向拼装形成盾构隧道衬砌结构。
2.根据权利要求1所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述第一盾构隧道衬砌环(1)为地铁环，所述第二盾构隧道衬砌环(2)为高铁环，所述地铁环和高铁环分别安装在所述隔离连接结构(3)的上下两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述地铁环及高铁环上的纵向螺栓孔(4)和与所述纵向螺栓孔(4)配合的纵向螺栓。
3.根据权利要求2所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述隔离连接结构(3)为钢混组合承载梁(5)，所述钢混组合承载梁(5)包括两排自上而下设置的混凝土垫层(501)和工型钢支承梁(502)，所述工型钢支承梁(502)的左右两端均设有上下两个嵌合部(503)，各个所述嵌合部(503)、地铁环与嵌合部(503)的连接部及高铁环与嵌合部(503)的连接部上均设有弯螺栓孔(6)，环向弯螺栓穿设于所述弯螺栓孔(6)将地铁环和高铁环分别错缝安装在所述钢混组合承载梁(5)的上下两端。
4.根据权利要求3所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述地铁环、高铁环和钢混组合承载梁(5)的幅宽均为1.5m。
5.根据权利要求1所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述第一盾构隧道衬砌环(1)为公路环，所述第二盾构隧道衬砌环(2)为地铁环，所述公路环和地铁环分别安装在所述隔离连接结构(3)的上下两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述公路环及高铁环上的纵向螺栓孔(4)和与所述纵向螺栓孔(4)配合的纵向螺栓。
6.根据权利要求5所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述隔离连接结构(3)为箱型隔离板(7)，所述箱型隔离板(7)由2块边缘箱型块(701)和2块对称箱型块(702)组成，2块所述边缘箱型块(701)分别设于2块所述对称箱型块(702)的两端，所述边缘箱型块(701)和对称箱型块(702)上均开设有弧形螺栓孔(8)，弧形螺栓穿设于所述弧形螺栓孔(8)将边缘箱型块(701)和对称箱型块(702)连接成箱型隔离板(7)，2块所述边缘箱型块(701)上下两侧边缘开设有斜螺栓孔(9)，斜螺栓穿设于所述斜螺栓孔(9)将公路环和地铁环错缝安装在所述箱型隔离板(7)的上下两端。
7.根据权利要求6所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述公路环、地铁环及箱型隔离板(7)的宽幅均为2m。
8.根据权利要求1所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述第一盾构隧道衬砌环(1)和第二盾构隧道衬砌环(2)为直径相同的两车道公路环，所述第一盾构隧道衬砌环(1)和第二盾构隧道衬砌环(2)分别安装在所述隔离连接结构(3)的左右两侧，所述紧固连接机构包括开设于所述公路环上的纵向螺栓孔(4)和与所述纵向螺栓孔(4)配合的纵向螺栓。
9.根据权利要求8所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述隔离连接结构(3)为六边形空心支柱(10)，所述空心支柱(10)上设有一组上下布置的定位榫(11)，所述空心支柱(10)的四角均开设有Ⅱ型螺栓孔(12)，Ⅱ型螺栓穿设所述Ⅱ型螺栓孔(12)将两个公路环错缝安装在所述空心支柱(10)的左右两端。
10.根据权利要求9所述的多用途的盾构隧道衬砌结构，其特征在于：所述空心支柱(10)与公路环的接触边的延长线通过所述公路环的圆心，所述定位榫(11)的一侧设有榫头(1101)，另一侧设有榫槽(1102)。
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