CN110761806A - 具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于盾构隧道衬砌结构相关技术领域，其公开了一种具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，管片结构包括相连接的盾构管片及水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件，组件包括榫卯接头连接件及推压接头连接件；盾构管片为弧形；榫卯接头连接件连接相对的两个矩形端，推压接头连接件连接相对的两个弧形端，以实现相邻盾构管片的轴向及周向连接；榫卯接头连接件包括公卡接头及母卡接头，母卡接头开设有T型的第二收容腔；公卡接头包括第一C型件及连接于第一C型件的连接体，连接体收容于第二收容腔内；安装时，连接体通过滑动来卡入第二收容腔内，以使公卡接头与母卡接头形成榫卯连接。本发明易于施工，降低了成本及人力物力。

Description

具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构

技术领域

本发明属于盾构隧道衬砌结构相关技术领域，更具体地，涉及一种具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构。

背景技术

近年来，随着城市交通拥堵问题的日益严重，越来越多的城市开始进行地铁项目的建设。盾构机因其对环境影响较小，适用于大埋深、高土压、高水压施工，且具有成本低、适用范围广等优点，在城市地铁项目建设中占据了统治地位，且已成为一种不可缺少的隧道通用施工技术。

近三十年来，盾构技术飞速发展，盾构形式多样化，而盾构隧道管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力及一些特殊荷载的作用。盾构管片拼装的质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。近年来，盾构隧道施工越来越要求高效、高质量、安全快速施工。传统盾构管片大多采用纵向和环向弧形螺栓连接，弧形螺栓容易变形，施工时弧形螺栓穿孔时常会比较困难，同时需要专人进行螺栓的锁紧作业，消耗大量的时间和人力。相应地，本领域存在着发展一种容易施工的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其基于盾构管片的连接特点，研究及设计了一种易于施工的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构。所述管片结构通过榫卯接头连接件及推压接头连接件实现相邻盾构管片之间的轴向与周向连接，不仅能提高隧道的刚度、防水和防沉降性能，而且便于自动化拼装，能大幅加快隧道的施工时间，同时提高拼装质量，实现管片的高性能精密拼装。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，所述管片结构包括相连接的多个盾构管片及多个水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件，所述水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件包括榫卯接头连接件及推压接头连接件；所述管片结构呈筒状，所述盾构管片为弧形，其包括相连接的矩形端及弧形端，两个所述矩形端沿所述管片结构的周向相对设置，两个所述弧形端沿所述管片结构的轴向相对设置；所述榫卯接头连接件连接相对的两个所述矩形端，以实现相邻两个盾构管片的周向连接；所述推压接头连接件连接相对的两个所述弧形端，以实现相邻两个盾构管片的轴向连接；

所述榫卯接头连接件包括公卡接头及母卡接头，所述公卡接头及所述母卡接头分别连接于相对的两个矩形端，所述母卡接头开设有T型的第二收容腔，所述第二收容腔的两个台阶面上设置有多个间隔设置的条状卡块；所述公卡接头包括连接于矩形端的第一C型件及连接于所述第一C型件的连接体，所述连接体呈I型，其一端连接于所述第一C型件；所述连接体朝向所述第一C型件的两个表面上形成有多个间隔设置的卡槽；所述卡块收容于所述卡槽内，所述连接体收容于所述第二收容腔内；安装时，所述连接体通过滑动来卡入所述第二收容腔内，以使所述公卡接头与所述母卡接头形成榫卯连接。

进一步地，所述第一C型件开设有第一收容腔，所述连接体远离所述母卡接头的一端连接于所述第一收容腔的底面；所述连接体沿所述管片结构的轴向相背的两端分别开设预留孔；所述母卡接头还包括两个定位销钉，两个所述定位销钉分别部分地收容于两个所述预留孔内。

进一步地，相对的两个所述矩形端分别开设有第二凹槽及第三凹槽，所述公卡接头及所述母卡接头分别收容于所述第二凹槽及所述第三凹槽；所述第二凹槽沿所述管片结构的轴向的长度与所述第三凹槽沿所述管片结构的轴向的长度相同，所述第二凹槽的长度大于等于所述公卡接头的长度与所述母卡接头长度之和。

进一步地，所述母卡接头还包括第一U型锚筋，所述第一C型件远离所述母卡接头的一侧设置有第一连接块，所述第一U型锚筋设置在盾构管片内，其连接于所述第一连接块。

进一步地，所述母卡接头还包括第二C型件及第二U型锚筋，所述第二收容腔开设于所述第二C型件；所述第二C型件远离所述公卡接头的一侧设置有第二连接块，所述第二连接块连接于所述第二U型锚筋，所述第二U型锚筋设置于所述盾构管片内。

进一步地，所述推压接头连接件包括公插接头及母插接头，所述公插接头及所述母插接头分别设置于相对的两个弧形端；所述公插接头通过朝向所述母插接头移动而卡入所述母插接头，实现了所述公插接头与所述母插接头的卡接。

进一步地，所述公插接头包括第一锚筋、插销螺栓及键销，所述插销螺栓相背的两端分别连接所述第一锚筋及所述键销，所述第一锚筋收容于盾构管片内；所述键销远离所述第一锚筋的一端形成有第一锥形体，所述插销螺栓远离所述第一锚筋的一端形成有第二锥形体，所述第二锥形体的小端与所述第一锥形体的小端相对设置。

进一步地，所述第一锚筋的中心轴、所述插销螺栓的中心轴及所述键销的中心轴重合；所述键销的直径小于所述插销螺栓的直径，所述插销螺栓的直径小于第一锚筋的直径。

进一步地，所述插销螺栓开设有第一凹槽，所述第一凹槽为环状；所述第二锥形体的直径沿远离所述第一凹槽的方向逐渐减小。

进一步地，所述母插接头包括第二锚筋、管体、管套及填充体，所述管体的一端连接于所述第二锚筋的一端，另一端抵靠在对应的所述第一锚筋上；所述管套套设在所述管体远离所述第二锚筋的一端上；所述管体开设有收容孔，所述收容孔用于收容所述插销螺栓及所述键销；所述填充体设置在所述收容孔的底部，其用于收容部分所述键销；所述管套是采用缓冲材料制备而成的；所述填充体是弹性材料；所述收容孔的内壁上形成有环状的弧形凸起，所述弧形凸起的形状与所述第一凹槽的形状相对应，所述弧形凸起收容于所述第一凹槽。

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，本发明提供的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构主要具有以下有益效果：

1.安装时，所述连接体通过滑动来卡入所述第二收容腔内，以使所述公卡接头与所述母卡接头形成榫卯连接；所述公插接头通过朝向所述母插接头移动而卡入所述母插接头，实现了所述公插接头与所述母插接头的卡接，盾构管片之间的轴向及轴向连接可以同时进行，通过简单移动即可实现连接，无需螺栓，施工简单，且提高了拼装速度及效率，降低了人力物力，减小了成本；此外，累积误差较小，减少了后期因为累积误差导致拼装困难的问题，实现了盾构管片的精密拼装。

2.在所述管片结构的拼装作业中，比传统螺栓连接的盾构管片减少了大部分高空作业及狭小空间作业，从而提高了拼装作业的安全性，降低了施工难度。

3.由于设计上锚固件的拉出决定了接头的屈服(质量)，在设计荷载条件下接头的主构件材料不会出现屈服和断裂，提高了安全性及使用寿命；且所述管片结构相比传统的螺栓连接的快速接头，密封性更好，能减少盾构隧道因结构病害产生的渗水量。

4.所述第二收容腔的两个台阶面上设置有多个间隔设置的条状卡块，所述连接体朝向所述第一C型件的两个表面上形成有多个间隔设置的卡槽；所述卡块收容于所述卡槽内，由此提高了安装的准确性及稳定性，且加强了所述公卡接头及所述母卡接头之间的连接强度，继而提高了盾构管片之间的连接强度。

5.所述插销螺栓开设有第一凹槽，所述第一凹槽为环状；所述第二锥形体的直径沿远离所述第一凹槽的方向逐渐减小；所述收容孔的内壁上形成有环状的弧形凸起，所述弧形凸起的形状与所述第一凹槽的形状相对应，所述弧形凸起收容于所述第一凹槽，由此使得公插接头与母插接头锁死，提高了连接强度。

6.所述管套是采用缓冲材料制备而成的，由此可以降低冲击，保护管体，提高了安全性。

7.所述管片结构相较于构件主要部材使用钢铁制品和铸铁制品的传统快速接头，因其主要材料使用钢铁制品，所以它的脆性断裂可能性非常低，韧性也非常好。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构的连接分解示意图；

图2是图1中的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的推压接头连接件的剖视图；

图3是图2中的推压接头连接件的装配示意图；

图4是图1中的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的榫卯接头连接件的分解示意图；

图5是图4中的榫卯接头连接件的装配示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-弧形端，2-矩形端，3-公插接头，3-1-第一锚筋，3-2-插销螺栓，3-3键销，4-母插接头，4-1-第二锚筋，4-2-管体，4-3-管套，4-4-填充体，5-公卡接头，5-1-第一C型件，5-2-第一U型锚筋，5-3-连接体，5-4定位销钉，6-母卡接头，6-1-第二C型件，6-2-第二U型锚筋。

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。

请参阅图1，本发明较佳实施方式提供的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，所述管片结构极大地提高了盾构管片的拼装速度，节省了工程施工时间，同时实现了盾构管片的精密拼装，大幅度地提高了环内管片连接刚度与环向变形承受能力，增强了管片拼装的质量，实现了盾构管片的高性能精密拼装。

所述管片结构呈筒状，其包括多个盾构管片及多个水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件，多个所述水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件分别连接多个所述盾构管片以将多个所述盾构管片连接在一起，由此形成所述管片结构。

所述盾构管片是由矩型截面沿弧线拉伸而成的弧形片体，其包括相对设置的两个矩形端2及两个弧形端1，两个所述矩形端2及两个所述弧形端1相互交替而形成首尾连接，多个所述盾构管片的形状不完全相同。

所述水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件包括榫卯接头连接件及推压接头连接件，所述推压接头连接件连接相对的两个弧形端1，以将相邻的两个盾构管片进行轴向连接。所述榫卯接头连接件连接相对的两个矩形端2，以将相邻的两个盾构管片进行周向连接。

请参阅图2及图3，所述推压接头连接件包括公插接头3及母插接头4，所述公插接头3与所述母插接头4相互卡接，且所述公插接头3及所述母插接头4分别收容于相对的两个所述弧形端1，以将相邻的两个盾构管片进行轴向连接。

所述公插接头3包括第一锚筋3-1、插销螺栓3-2及键销3-3，所述插销螺栓3-2相背的两端分别连接所述第一锚筋3-1及所述键销3-3，所述第一锚筋3-1收容于盾构管片内。本实施方式中，所述第一锚筋3-1的外表面上形成有外螺纹。

所述插销螺栓3-2远离所述第一锚筋3-1的一端开设有螺纹孔，所述键销3-3朝向所述插销螺栓3-2的一端螺纹连接于所述螺纹孔，所述键销3-3的另一端形成有第一锥形体。所述插销螺栓3-2开设有第一凹槽，其远离所述第一锚筋3-1的一端形成有第二锥形体，所述第二锥形体的小端与所述第一锥形体的小端相对设置，所述第二锥形体的直径沿远离所述第一凹槽的方向逐渐减小。本实施方式中，所述插销螺栓3-2及所述键销3-3均是采用高强度不锈钢制作而成的高强度螺纹钢筋；所述第一锚筋3-1的中心轴、所述插销螺栓3-2的中心轴及所述键销3-3的中心轴重合；所述键销3-3的直径小于所述插销螺栓3-2的直径，所述插销螺栓3-2的直径小于第一锚筋3-1的直径。

所述母插接头4收容于对应的所述弧形端1内，其包括第二锚筋4-1、管体4-2、管套4-3及填充体4-4，所述管体4-2的一端连接于所述第二锚筋4-2的一端，另一端抵靠在对应的所述第一锚筋3-1上。所述管套4-3套设在所述管体4-2远离所述第二锚筋4-2的一端上。所述管体4-2开设有收容孔，所述收容孔用于收容所述插销螺栓3-2及所述键销3-3。所述填充体4-4设置在所述收容孔的底部，其用于收容部分所述键销3-3。

本实施方式中，所述管套4-3是采用缓冲材料制备而成的，优选地，所述管套4-3是采用高耐磨工程塑料制成的，具体可为碳纤维复合材料；所述填充体4-4是弹性材料，优选为聚氨酯橡胶；所述第一锚筋4-1的外表面上形成有外螺纹；所述收容孔的内壁上形成有环状的弧形凸起，所述弧形凸起的形状与所述第一凹槽的形状相对应，所述弧形凸起收容于所述第一凹槽。

请参阅图4及图5，所述榫卯接头连接件包括公卡接头5及母卡接头6，所述公卡接头5及所述母卡接头6分别设置在相对的两个所述矩形端2内，所述公卡接头5通过沿所述管片结构的轴向滑动而卡入所述母卡接头6内，由此所述公卡接头5与所述母卡接头6形成榫卯连接，使得相邻的两个盾构管片相连接。本实施方式中，相对的两个所述矩形端2分别开设有第二凹槽及第三凹槽，所述第二凹槽及所述第三凹槽沿所述管片结构的轴向的长度相同，且其长度大于等于所述公卡接头5的长度与所述母卡接头6的长度之和。

所述公卡接头5包括第一C型件5-1、两个第一U型锚筋5-2、连接体5-3及两个定位销钉5-4，所述第一C型件5-1基本呈矩型，其开设有第一收容腔，所述第一收容腔贯穿所述第一C型件5-1相连接的两个表面。所述第一收容腔用于收容部分所述连接体5-3。所述第一C型件5-1远离所述母卡接头6的一侧设置有第一连接块，所述第一连接块连接于所述第一U型锚筋5-2，两个所述第一U型锚筋5-2收容于对应的所述矩形端内，所述第一U型件5-1部分地收容于所述第二凹槽或者所述第三凹槽。

所述连接体5-3基本呈I型，其相对的两端分别开设有预留孔，两个所述预留孔的长度方向与所述管片结构的轴向相同。两个所述预留孔分别用于收容两个所述定位销钉5-4。所述连接体5-3的一端连接于所述第一收容腔朝向所述母卡接头6的底面，对应的所述定位销钉5-4抵靠在所述第一收容腔的侧壁上。

本实施方式中，所述连接体5-3朝向所述第一U型锚筋5-2的两个表面上形成有多个间隔设置的卡槽，所述卡槽的长度方向与所述管片结构的轴向相同。

所述母卡接头6包括相连接的第二C型件6-1及第二U型锚筋6-2，所述第二C型件6-1开设有T型的第二收容腔，所述第二收容腔与所述连接体5-3相卡接以形成榫卯连接，由此将相邻的两个盾构管片进行周向连接。本实施方式中，所述第二收容腔朝向所述第二收容腔的底面的两个台阶面上设置有多个间隔设置的条状的卡块，所述卡块的形状及位置分别与所述卡槽的形状及位置相对应。

所述第二C型件6-1远离所述公卡接头5的一侧设置有第二连接块，所述第二连接块连接有两个所述第二U型锚筋6-2，两个所述第二U型锚筋6-2间隔设置，且分别设置于盾构管片中；所述第二C型件6-1收容于所述第三凹槽或者所述第二凹槽中。

安装时，所述插接头3及所述母插接头4分别连接于相对的两个弧形端1中，将所述公插接头3对准对应的所述母插接头4，并推动所述公插接头3插入所述母插接头4的管体4-2中，所述弧形凸起卡入所述第一凹槽内，所述键销3-3插入所述填充体4-4，由此使得相邻的两个盾构管片实现轴向拼装连接。

所述公卡接头5及所述母卡接头6分别连接于相对的两个矩形端，且所述公开接头5及所述母插接头6分别收容于所述第二凹槽及所述第三凹槽；之后，将所述公卡接头5对准所述第三凹槽，并将所述公卡接头5插入所述第三凹槽内；接着，推动所述公卡接头5朝向所述母卡接头6运动，使得所述连接体5-3卡入所述第二收容腔，所述卡块卡入所述卡槽，使得所述公卡接头5与所述母卡接头6相连接，实现了相邻两个盾构管片的周向连接。

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 (10)

1.一种具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：

所述管片结构包括相连接的多个盾构管片及多个水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件，所述水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件包括榫卯接头连接件及推压接头连接件；所述管片结构呈筒状，所述盾构管片为弧形，其包括相连接的矩形端(2)及弧形端(1)，两个所述矩形端(2)沿所述管片结构的周向相对设置，两个所述弧形端(1)沿所述管片结构的轴向相对设置；所述榫卯接头连接件连接相对的两个所述矩形端(2)，以实现相邻两个盾构管片的周向连接；所述推压接头连接件连接相对的两个所述弧形端(1)，以实现相邻两个盾构管片的轴向连接；

所述榫卯接头连接件包括公卡接头(5)及母卡接头(6)，所述公卡接头(5)及所述母卡接头(6)分别连接于相对的两个矩形端(2)，所述母卡接头(6)开设有T型的第二收容腔，所述第二收容腔的两个台阶面上设置有多个间隔设置的条状卡块；所述公卡接头(5)包括连接于矩形端(2)的第一C型件(5-1)及连接于所述第一C型件(5-1)的连接体(5-3)，所述连接体(5-3)呈I型，其一端连接于所述第一C型件(5-1)；所述连接体(5-3)朝向所述第一C型件(5-1)的两个表面上形成有多个间隔设置的卡槽；所述卡块收容于所述卡槽内，所述连接体(5-3)收容于所述第二收容腔内；安装时，所述连接体(5-3)通过滑动来卡入所述第二收容腔内，以使所述公卡接头(5)与所述母卡接头(6)形成榫卯连接。

2.如权利要求1所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述第一C型件(5-1)开设有第一收容腔，所述连接体(5-3)远离所述母卡接头(6)的一端连接于所述第一收容腔的底面；所述连接体(5-3)沿所述管片结构的轴向相背的两端分别开设预留孔；所述母卡接头(6)还包括两个定位销钉(5-4)，两个所述定位销钉(5-4)分别部分地收容于两个所述预留孔内。

3.如权利要求1所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：相对的两个所述矩形端(2)分别开设有第二凹槽及第三凹槽，所述公卡接头(5)及所述母卡接头(6)分别收容于所述第二凹槽及所述第三凹槽；所述第二凹槽沿所述管片结构的轴向的长度与所述第三凹槽沿所述管片结构的轴向的长度相同，所述第二凹槽的长度大于等于所述公卡接头(5)的长度与所述母卡接头(6)长度之和。

4.如权利要求1所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述母卡接头(6)还包括第一U型锚筋(5-2)，所述第一C型件(5-1)远离所述母卡接头(6)的一侧设置有第一连接块，所述第一U型锚筋(5-2)设置在盾构管片内，其连接于所述第一连接块。

5.如权利要求1所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述母卡接头(6)还包括第二C型件(6-1)及第二U型锚筋(6-2)，所述第二收容腔开设于所述第二C型件(6-1)；所述第二C型件(6-1)远离所述公卡接头(5)的一侧设置有第二连接块，所述第二连接块连接于所述第二U型锚筋(6-2)，所述第二U型锚筋(6-2)设置于所述盾构管片内。

6.如权利要求1-5任一项所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述推压接头连接件包括公插接头(3)及母插接头(4)，所述公插接头(3)及所述母插接头(4)分别设置于相对的两个弧形端(1)；所述公插接头(3)通过朝向所述母插接头(4)移动而卡入所述母插接头(4)，实现了所述公插接头(3)与所述母插接头(4)的卡接。

7.如权利要求6所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述公插接头(3)包括第一锚筋(3-1)、插销螺栓(3-2)及键销(3-3)，所述插销螺栓(3-2)相背的两端分别连接所述第一锚筋(3-1)及所述键销(3-3)，所述第一锚筋(3-1)收容于盾构管片内；所述键销(3-3)远离所述第一锚筋(3-1)的一端形成有第一锥形体，所述插销螺栓(3-2)远离所述第一锚筋(3-1)的一端形成有第二锥形体，所述第二锥形体的小端与所述第一锥形体的小端相对设置。

8.如权利要求7所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述第一锚筋(3-1)的中心轴、所述插销螺栓(3-2)的中心轴及所述键销(3-3)的中心轴重合；所述键销(3-3)的直径小于所述插销螺栓(3-2)的直径，所述插销螺栓(3-2)的直径小于第一锚筋(3-1)的直径。

9.如权利要求7所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述插销螺栓(3-2)开设有第一凹槽，所述第一凹槽为环状；所述第二锥形体的直径沿远离所述第一凹槽的方向逐渐减小。

10.如权利要求9所述的具有水平销式榫卯与推压紧固式接头连接组件的管片结构，其特征在于：所述母插接头(4)包括第二锚筋(4-1)、管体(4-2)、管套(4-3)及填充体(4-4)，所述管体(4-2)的一端连接于所述第二锚筋(4-1)的一端，另一端抵靠在对应的所述第一锚筋(3-1)上；所述管套(4-3)套设在所述管体(4-2)远离所述第二锚筋(4-1)的一端上；所述管体(4-2)开设有收容孔，所述收容孔用于收容所述插销螺栓(3-2)及所述键销(3-3)；所述填充体(4-4)设置在所述收容孔的底部，其用于收容部分所述键销(3-3)；所述管套(4-3)是采用缓冲材料制备而成的；所述填充体(4-4)是弹性材料；所述收容孔的内壁上形成有环状的弧形凸起，所述弧形凸起的形状与所述第一凹槽的形状相对应，所述弧形凸起收容于所述第一凹槽。

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