CN110985044A - 一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构及施工方法，本发明的管片拼装支护结构，包括中心盾构管片和侧部盾构管片，侧部盾构管片与中心盾构管片相交处设有管片支撑架，管片支撑架分别与侧部盾构管片与中心盾构管片相配合卡固。采用本发明的支护结构和方法可在保证三圆隧道管片稳定的同时，极大地增加中心隧道与侧部隧道之间的畅通性，提高隧道的空间利用率，是三圆盾构修筑隧道支护的创新。

Description

一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构及施工方法。

背景技术

在隧道施工中，衬砌结构是为防止围岩变形或塌陷的永久性支护结构。常规圆形盾构机在拼装管片时，管片构成了一个整圆，由此具有较好的稳定性；而三圆盾构机拼装管片时无法形成一个整圆，为保持稳定性，在拼装每环管片时都需要在内部进行支撑，如申请号为201910099028.8、专利名称为三圆形盾构建造大型地下综合体的支护方法，但是在进行管片支撑后，三个隧道就被支撑给阻隔开来，无法进行良好的通行，对于像地铁站这种对畅通性要求比较高的场合就无法适用。因此，一种适用于畅通性要求较高的三圆盾构机管片支护及拼装方法亟需被提供。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构及施工方法，用于解决上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，包括中心盾构管片和侧部盾构管片，侧部盾构管片与中心盾构管片相交处设有管片支撑架，管片支撑架分别与侧部盾构管片与中心盾构管片相配合。

所述管片支撑架包括上支撑架和下支撑架，上支撑架位于侧部盾构管片与中心盾构管片的上部相交处，下支撑架位于侧部盾构管片与中心盾构管片的下部相交处；上支撑架和下支撑架之间可拆卸连接有至少两个立柱。

所述上支撑架和下支撑架均包括工字梁构件和前后可拆卸连接的多个箱型架，工字梁构件可拆卸连接在箱型架的两侧，箱型架的顶部分别与侧部盾构管片与中心盾构管片相配合，箱型架底部与立柱连接，位于两端的箱型架底部与相应的立柱内部空腔相连通。

所述箱型架包括一体成型的上房型箱架和下矩型箱架，上房型箱架和下矩型箱架内部相通，上房型箱架的顶部设有波形板，波形板的两侧设有支撑平板，波形板和支撑平板组成的组件分别与侧部盾构管片、中心盾构管片相配合；上房型箱架的两侧间隔设有隔板，隔板位于支撑平板的下方且与支撑平板之间留有定位槽。

所述下矩型箱架的侧壁上开设有第一通孔和螺栓孔，下矩型箱架的下部底板上也设有用于连接立柱的螺栓孔，位于两端的箱型架的下部底板上设有与立柱相对应的第四通孔。

所述工字梁构件包括工字型钢、支撑板和筋板，支撑板通过筋板与工字型钢相连接，支撑板竖直设置，筋板倾斜设置，支撑板上设有第二通孔和螺栓孔。

所述工字型钢下部的翼板与筋板相连接，工字型钢上部的翼板上设有螺栓孔，工字型钢中部的腹板上设有第三通孔，第三通孔位于相邻两个隔板之间。

所述上部的翼板与设置在箱型架上的定位槽相配合；所述第二通孔与下矩型箱架侧壁上的第一通孔相对应。

所述立柱为上下通透的中空矩形柱；中心盾构管片和侧部盾构管片均为分块式管节。

三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构的施工方法，步骤如下：

S1：三圆盾构机上的拼装机将中心盾构管片和侧部盾构管片拼装在相应隧道位置；

S2：拼装机将箱型架分别拼装在中心盾构管片和侧部盾构管片相交处，并采用立柱连接位于上部的箱型架和位于下部的箱型架；

S3：重复步骤S1~S2，完成一个隧道段内的管片拼装后，在步骤S2中的箱型架的两侧拼装工字梁构件，并采用固定件将工字梁构件紧固在箱型架上，完成工字梁构件安装；

S4：三圆盾构机上的支护装置对完成工字梁构件安装的箱型架进行支护，然后管片支撑架和位于两端的立柱内注入混凝土；

S5：待混凝土凝固后，将位于中间段的立柱拆除即可，完成一个隧道段内的拼装支护工作；

S6：重复步骤S1~S5，直至完成整个三圆盾构机开挖隧道的施工。

本发明通过管片支撑架将中心盾构管片和侧部盾构管片有效稳固连接，组成三圆支护结构，然后工字梁构件将多个管片支撑架进行连接并浇筑混凝土，混凝土凝固后只需保留工字梁两端的立柱进行支撑，而中间的立柱则可以拆除，立柱可重复利用，采用本发明的支护结构和方法可在保证三圆隧道管片稳定的同时，极大地增加中心隧道与侧部隧道之间的畅通性，提高隧道的空间利用率，是三圆盾构修筑隧道支护的创新。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明箱型架结构示意图。

图3为本发明箱型架内部结构侧视示意图。

图4为本发明工字梁构件结构示意图。

图5为图4中A处局部放大图。

图6为管片支撑架拼装状态示意图。

图7为图6中D处局部放大图。

图8为拼装支护中拼装管片状态示意图。

图9为拼装支护中安装工字梁构件状态示意图。

图10为拼装支护中安装工字梁构件完成状态示意图。

图11为拼装支护中浇筑混凝土状态示意图。

图12为拼装支护中混凝土凝固状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动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。

如图1所示，实施例1，一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，包括中心盾构管片1和侧部盾构管片2，中心盾构管片1和侧部盾构管片2均为分块式管节，支护时，先需将分块管片拼装成相应的环形管片。侧部盾构管片2与中心盾构管片1相交处设有管片支撑架3，中心盾构管片1和两侧的侧部盾构管片2有四个相交处，管片支撑架顶部与管片的连接端契合，并通过螺栓或隼槽进行固定；管片支撑架3分别与侧部盾构管片2与中心盾构管片1相配合，用于支撑和连接侧部盾构管片2与中心盾构管片1，增强侧部盾构管片2与中心盾构管片1相交处的连接强度。

进一步，所述管片支撑架3包括上支撑架301和下支撑架302，上支撑架301位于侧部盾构管片2与中心盾构管片1的上部相交处，下支撑架302位于侧部盾构管片2与中心盾构管片1的下部相交处；上支撑架301和下支撑架302之间可拆卸连接有立柱303，立柱用于对管片进行临时支撑，在拼装多环管片之后，可在管片支撑架上安装工字梁，并浇筑混凝土，后续仅需保留工字梁两端支撑的立柱，其余立柱即可拆除。所述立柱303为上下通透的中空矩形柱，用于向内部注混凝土。

进一步，如图2所示，所述上支撑架301和下支撑架302均包括工字梁构件102和前后可拆卸连接的多个箱型架101，多个箱型架101形成一列，每列箱型架包括至少三个前后相连接的箱型架，位于两端的箱型架底部设有第四通孔1-9，位于中间的箱型架不具有便于混凝土向下流动的通孔，位于中间的箱型架底部设有立柱303，位于两端的箱型架通过第四通孔1-9与该箱型架下部的立柱内腔体相通，便于混凝土的注入，待混凝土凝固后，将位于中间的立柱拆除即可。工字梁构件102可拆卸连接在箱型架101的两侧，向工字梁构件和箱型架101内注入混凝土，工字梁构件和箱型架101与混凝土凝固一起。箱型架101的顶部分别与侧部盾构管片2与中心盾构管片1相配合，即侧部盾构管片2与中心盾构管片1的端部卡合在箱型架上部，并通过螺栓固定，用于支撑管片。箱型架101的前后、左右、上下均设置有法兰连接面，前后法兰面均布置有螺栓孔，可通过螺栓将相邻两个管片支撑架连接在一起；左右法兰面及上部法兰面的左右延伸段（支撑平板）均与工字梁相契合；下部法兰面用于与立柱相连接。

如图2、3所示，实施例2，一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，所述箱型架101包括一体成型的上房型箱架1-1和下矩型箱架1-2，或上房型箱架1-1和下矩型箱架1-2焊接成型，上房型箱架1-1和下矩型箱架1-2内部相通，为内部中空结构，便于混凝土的注入。上房型箱架1-1的顶部设有波形板1-3，波形板1-3的两侧设有支撑平板1-4，波形板1-3和支撑平板1-4组成的组件分别与侧部盾构管片2、中心盾构管片1相配合，即波形板1-3和支撑平板1-4组成的组件分别与侧部盾构管片2、中心盾构管片1连接端扣合，组成圆滑过渡的三圆结构。上房型箱架1-1的两侧间隔设有隔板1-5，隔板1-5位于支撑平板1-4的下方且与支撑平板1-4之间留有定位槽1-8。隔板1-5的设置便于混凝土的均匀浇筑，同时提高装置的强度。定位槽1-8的设置用于定位工字梁构件，最大程度做到无缝连接，提高工字梁构件的快速安装和混凝土的均匀浇筑，如图7所示。

进一步，所述下矩型箱架1-2的侧壁上开设有第一通孔1-6和螺栓孔，第一通孔1-6与侧部工字梁构件上的开口相对应，便于混凝土的流入。螺栓孔与工字梁构件上的螺纹孔相对应，用于对工字梁构件的固定。下矩型箱架1-2的下部底板1-7上也设有用于连接立柱303的螺栓孔，位于两端的箱型架101的下部底板1-7上设有与立柱303相对应的第四通孔1-9。即第四通孔设置在下部底板上，与立柱上部开口相对应，便于混凝土能快速均匀注入立柱内，

其他结构与实施例1相同。

如图4、5所示，实施例3，一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，所述工字梁构件102包括一体成型的工字型钢2-1、支撑板2-2和筋板2-3或工字型钢2-1、支撑板2-2和筋板2-3采用焊接固定。支撑板2-2通过筋板2-3与工字型钢2-1相连接，筋板2-3用于固定支撑板。支撑板2-2竖直设置，筋板2-3倾斜设置，支撑板2-2上设有第二通孔2-4和螺栓孔；支撑板2-2贴合在下矩型箱架1-2的侧壁上，且通过穿过螺栓孔的螺栓、法兰连接在下矩型箱架上；工字型钢贴合在上房型箱架上且通过螺栓连接。

进一步，如图7所示，所述工字型钢2-1均包括翼板和腹板，工字型钢2-1下部的翼板2-5与筋板2-3相连接，工字型钢2-1上部的翼板2-6上设有螺栓孔，用于与波形板1-3两侧的支撑平板1-4螺栓连接，工字型钢2-1中部的腹板2-7上设有第三通孔2-8，第三通孔2-8位于相邻两个隔板1-5之间，混凝土通过第三通孔向隔板之间注入，使混凝土均匀填至上房型箱架两侧和内部。所述上部的翼板2-6与设置在箱型架101上的定位槽1-8相配合、下部的翼板2-5贴合在上房型箱架1-1和下矩型箱架1-2之间的底板处，用于工字梁构件102的快速定位和固定；所述第二通孔2-4与下矩型箱架1-2侧壁上的第一通孔1-6相对应，设置在拖车上的注浆系统通过第二通孔、第一通孔进入箱型架内，进入箱型架内的部分混凝土进立柱内，实现整个支撑构件的混凝土浇筑。

其他结构与实施例2相同。

实施例4：三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构的施工方法，以工字梁构件长度与四环管片的前后长度等长为例：步骤如下：

S1：三圆盾构机上的拼装机将中心盾构管片1和侧部盾构管片2拼装在相应隧道位置，如图8所示。

S2：拼装机将箱型架101分别拼装在中心盾构管片1和侧部盾构管片2相交处，并采用5个立柱303连接同一侧的位于上部的箱型架和位于下部的箱型架，完成一环三圆管片的拼装。

S3：重复步骤S1~S2，完成一个隧道段内的四环管片拼装后，在步骤S2中的箱型架101的两侧拼装工字梁构件102，并采用固定件将工字梁构件102紧固在箱型架101上，固定件可采用螺栓，完成工字梁构件102安装，如图9所示。工字梁构件长度与四环管片的前后长度一致，拼装时工字梁构件前后分别与第一环箱型架和第五环箱型架中部对齐。

S4：三圆盾构机上的支护装置对完成工字梁构件102安装的箱型架101进行支护，然后向管片支撑架3和位于两端的2个立柱303内注入混凝土；支护装置10安装在盾构机后配套拖车11上，可对管片支撑架部位进行支护使其封闭，同时支护装置上设置有注浆管12，以便浇筑混凝土，如图10所示。

S5：如图11所示，待混凝土凝固后，将位于中间段的3个立柱303拆除即可，完成一个隧道段四环管片的拼装支护工作。即后续仅需保留工字梁两端支撑的立柱（第1个立柱和第5个立柱），其余立柱即可拆除；待混凝土凝固后，便可拆除立柱；由此可连通中心隧道和侧部隧道，如图12所示。

S6：重复步骤S1~S5，直至完成整个三圆盾构机开挖隧道的施工。

其他结构与实施例3相同。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：包括中心盾构管片（1）和侧部盾构管片（2），侧部盾构管片（2）与中心盾构管片（1）相交处设有管片支撑架（3），管片支撑架（3）分别与侧部盾构管片（2）与中心盾构管片（1）相配合。

2.根据权利要求1所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述管片支撑架（3）包括上支撑架（301）和下支撑架（302），上支撑架（301）位于侧部盾构管片（2）与中心盾构管片（1）的上部相交处，下支撑架（302）位于侧部盾构管片（2）与中心盾构管片（1）的下部相交处；上支撑架（301）和下支撑架（302）之间可拆卸连接有至少两个立柱（303）。

3.根据权利要求2所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述上支撑架（301）和下支撑架（302）均包括工字梁构件（102）和前后可拆卸连接的多个箱型架（101），工字梁构件（102）可拆卸连接在箱型架（101）的两侧，箱型架（101）的顶部分别与侧部盾构管片（2）与中心盾构管片（1）相配合，箱型架（101）底部与立柱（303）连接，位于两端的箱型架（101）底部与相应的立柱（303）内部空腔相连通。

4.根据权利要求3所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述箱型架（101）包括一体成型的上房型箱架（1-1）和下矩型箱架（1-2），上房型箱架（1-1）和下矩型箱架（1-2）内部相通，上房型箱架（1-1）的顶部设有波形板（1-3），波形板（1-3）的两侧设有支撑平板（1-4），波形板（1-3）和支撑平板（1-4）组成的组件分别与侧部盾构管片（2）、中心盾构管片（1）相配合；上房型箱架（1-1）的两侧间隔设有隔板（1-5），隔板（1-5）位于支撑平板（1-4）的下方且与支撑平板（1-4）之间留有定位槽（1-8）。

5.根据权利要求4所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述下矩型箱架（1-2）的侧壁上开设有第一通孔（1-6）和螺栓孔，下矩型箱架（1-2）的下部底板（1-7）上也设有用于连接立柱（303）的螺栓孔，位于两端的箱型架（101）的下部底板（1-7）上设有与立柱（303）相对应的第四通孔（1-9）。

6.根据权利要求2或3或4所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述工字梁构件（102）包括工字型钢（2-1）、支撑板（2-2）和筋板（2-3），支撑板（2-2）通过筋板（2-3）与工字型钢（2-1）相连接，支撑板（2-2）竖直设置，筋板（2-3）倾斜设置，支撑板（2-2）上设有第二通孔（2-4）和螺栓孔。

7.根据权利要求6所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述工字型钢（2-1）下部的翼板（2-5）与筋板（2-3）相连接，工字型钢（2-1）上部的翼板（2-6）上设有螺栓孔，工字型钢（2-1）中部的腹板（2-7）上设有第三通孔（2-8），第三通孔（2-8）位于相邻两个隔板（1-5）之间。

8.根据权利要求7所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述上部的翼板（2-6）与设置在箱型架（101）上的定位槽（1-8）相配合；所述第二通孔（2-4）与下矩型箱架（1-2）侧壁上的第一通孔（1-6）相对应。

9.根据权利要求2~5、7~8任一项所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构，其特征在于：所述立柱（303）为上下通透的中空矩形柱；中心盾构管片（1）和侧部盾构管片（2）均为分块式管节。

10.一种如权利要求1或5或8所述的三圆盾构修建隧道的管片拼装支护结构的施工方法，其特征在于：步骤如下：

S1：三圆盾构机上的拼装机将中心盾构管片（1）和侧部盾构管片（2）拼装在相应隧道位置；

S2：拼装机将箱型架（101）分别拼装在中心盾构管片（1）和侧部盾构管片（2）相交处，并采用立柱（303）连接位于上部的箱型架和位于下部的箱型架；

S3：重复步骤S1~S2，完成一个隧道段内的管片拼装后，在步骤S2中的箱型架（101）的两侧拼装工字梁构件（102），并采用固定件将工字梁构件（102）紧固在箱型架（101）上，完成工字梁构件（102）安装；

S4：三圆盾构机上的支护装置对完成工字梁构件（102）安装的箱型架（101）进行支护，然后向管片支撑架（3）和位于两端的立柱（303）内注入混凝土；

S5：待混凝土凝固后，将位于中间段内的立柱（303）拆除即可，完成一个隧道段内的拼装支护工作；

S6：重复步骤S1~S5，直至完成整个三圆盾构机开挖隧道的施工。

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