CN112031819B - 一种l形盾构隧道管片及拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种L形盾构隧道管片及拼装方法，所述管片包括沿隧道环向的环向平板和沿隧道轴线伸出的后翼板，所述后翼板位于环向平板底部，所述后翼板顶部与底部的边缘沿轴向设置有插入角，所述环向平板顶部与底部的边缘沿轴向设置有与所述插入角的角度对应的斜角，所述后翼板的插入角与环向平板的斜角相互契合。将多个L形盾构隧道管片通过左右交错拼装成环，再通过纵向插入的方式拼装成完整盾构隧道。与现有技术相比，本发明L形盾构隧道管片为环向、纵向错缝拼装，避免了环、纵缝连通，提升了隧道结构的抗错台能力与防水能力；管片拼装实现了管片规格的统一化，减少管片制作成本，简化拼装流程。

Description

一种L形盾构隧道管片及拼装方法

技术领域

本发明属于盾构隧道结构设计领域，涉及一种L形盾构隧道管片及拼装方法。

背景技术

近年来，随着我国城市规模不断扩大，盾构法修建的地铁得到空前的发展。盾构地铁隧道主要采用预制装配式混凝土衬砌结构，该结构由管片通过环向接头与纵向接头连接成整体。现有盾构隧道在施工和服役过程中，管片的接缝处往往出现张开或是错台的现象，结构整体性受到影响，造成渗漏水甚至是结构破坏。因此，盾构隧道的接缝成为结构承载能力与防水性能的关键节点。

现有的盾构隧道常用环向分割的A形管片、封顶的K型管片及封顶块两侧的B型管片拼装成环，并用螺栓将成环管片纵向连接形成整体结构。对齐的管片环纵向接缝连通，管片环与环之间则存在环向的通缝。盾构隧道的接缝为结构变形与防水的关键部位，连通的接缝容易在外部作用下出现张开和相互错动的变形，使得管片间原本对正的纵向螺栓与凹凸榫槽相互剪切错动，原本紧密贴合的环向的防水密封垫张开或错位脱开变形并渗水。目前工程上通过错缝拼装来避开纵缝的连通，其优点是能使圆环接缝刚度分布均匀，减小纵缝及整个结构的变形，有利于结构整体性与防水性。

但是，现有错缝隧道仍不可避免环缝的连通，在施工与服役过程中极易出现环间接头张开及错台变形过大、环缝处渗漏水现象明显的情况。地下水从接缝处渗入结构内部，引起结构承载能力与使用能力下降。再者，一环衬砌由三种及以上的管片拼装而成，管片制造成本较大，拼装流程复杂。

因此，如何设计一种能够有效防止管片环缝张开、环间错台变形且防水性能优良的盾构隧道管片与拼装方法，并具有一致的结构形式与尺寸，对盾构隧道结构稳定与地铁运营安全、实现管片规格统一化、拼装流程简化具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种L形盾构隧道管片及拼装方法，以解决相关技术中存在的管片环缝张开与环间错台、渗漏水、管片规格不统一造成的拼装流程复杂的问题。

本发明的目的可通过下述技术方案来实现：

第一方面，本发明实例提供一种L形盾构隧道管片，所述L形盾构隧道管片包括沿隧道环向的环向平板和沿隧道轴线伸出的后翼板，所述环向平板与后翼板为一体式结构，所述后翼板位于环向平板底部，所述后翼板顶部与底部的边缘沿轴向设置有插入角，所述环向平板顶部与底部的边缘沿轴向设置有与所述插入角的角度对应的斜角，相邻两片L形盾构隧道管片沿纵向拼装时，所述后翼板的插入角与环向平板的斜角相互楔紧。

进一步地，所述环向平板的顶部及底部分别设置有用于连接的纵向螺栓孔与环向螺栓孔，后翼板的顶部及底部也设置有用于连接的纵向螺栓孔与环向螺栓孔，所述螺栓孔为弯曲螺栓孔。

进一步地，所述环向平板顶部前侧壁位置设置有定位槽，后翼板后侧壁位置设置有定位棒，所述定位棒与定位槽能够契合连接。

进一步地，所述环向平板顶部中心位置与后翼板中心位置设有注浆孔道，L形盾构隧道管片生产时内嵌注浆管，注浆管外预留预定厚度的混凝土，防止泥沙进入隧道内部；所述注浆管顶部设有与注浆孔塞连接的螺纹。

进一步地，所述后翼注浆孔兼做吊装安装孔，L形盾构隧道管片生产时内设预埋件，顶部设置有与举重壁连接的螺纹。

进一步地，所述L形盾构隧道管片沿周长设置一道密封垫槽。

进一步地，还包括结构和尺寸均与所述环向平板相同的中矩形管片，用于盾构隧道第一环的拼装，保证隧道最初端边缘的平整性。

进一步地，还包括结构和尺寸均与所述后翼板相同的小矩形管片，用于盾构隧道最后环的拼装，保证隧道最末端边缘的平整性。

第二方面，本发明实施例提供一种L形盾构隧道管片的拼装方法，包括以下步骤：

(1)L形盾构隧道管片的环向拼装顺序由下至上左右对称进行，当拼装盾构隧道第一环时，首先就位底部的中矩形管片，然后将相邻的L形盾构隧道管片螺栓孔对正并插入螺栓固定，左右对称向上拼装形成一个单环管片；

(2)单环管片拼装完成后，管片沿环向形成一组带有斜角的凹槽，将后一环L形盾构隧道管片的后翼板沿纵向插入上述单环管片的凹槽中，上一环管片逐渐楔紧，依次交替向前拼装，形成盾构隧道整体；

(3)拼装至最后一环时，用小矩形管片代替L形盾构隧道管片，插入倒数第二环管片形成的凹槽中，完成最后一环管片的楔紧拼装；

(4)待盾构隧道拼装完成后，通过预埋的注浆管向管片背后实施二次注浆，二次注浆时需旋开注浆管塞并凿除剩余混凝土，注浆结束后旋紧注浆管塞待后续使用。

进一步地，步骤(2)中，后一环L形盾构隧道管片与前一环L形盾构隧道管片之间为环向与纵向错缝拼装。

根据以上技术方案，本发明具有的有益效果是：

(1)本发明提供了一种L形的盾构隧道管片，设计了合适的管片尺寸与构造，使得L形盾构隧道管片能够相互交错契合拼装。拼装形成的盾构隧道具有环、纵双向错缝效果，改进了现有平板管片拼装后无法避免的环缝连通问题，减小了盾构隧道因环缝的连通而引起的环间接头张开与错台现象，提升了结构的整体稳定性与防水能力。

(2)本发明提供了管片成环施工顺序与纵向契合拼装的施工要点，并为L形盾构隧道管片设置了与施工过程相适应的结构构造，为工程实际提供了可操作性与可靠依据。本发明L形盾构隧道管片的顶部与底部边缘设置了斜面插入角，方便管片纵向连接的同时能够楔紧管片环。L形盾构隧道管片的侧壁设置了定位槽，确保管片纵向连接的准确性与可靠性。

(3)在L形盾构隧道管片上设有多个注浆管，管片拼装后注浆管覆盖了隧道周围，有利于二次注浆的多点位、多次量和可控施工。

(4)本发明的盾构隧道主体部分仅涉及一种结构形式与尺寸的L形盾构隧道管片，实现了管片规格的统一化，减少管片制作成本，简化拼装流程。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的一种L形盾构隧道管片环纵双向错缝拼装示意图；

图2(a)为本发明实施例的L形盾构隧道管片左视图；

图2(b)为本发明实施例的L形盾构隧道管片正视图；

图2(c)为本发明实施例的L形盾构隧道管片俯视图；

图3(a)为本发明实施例的中矩形管片左视图；

图3(b)为本发明实施例的中矩形管片正视图；

图3(c)为本发明实施例的中矩形管片俯视图；

图4(a)为本发明实施例的小矩形管片左视图；

图4(b)为本发明实施例的小矩形管片正视图；

图4(c)为本发明实施例的小矩形管片俯视图；

图5为本发明实施例的L形盾构隧道管片拼装完毕的平面示意图；

其中，1—L形盾构隧道管片、2—环向平板、3—后翼板、4—环向平板顶部环向螺栓孔、5—环向平板底部环向螺栓孔、6—后翼板顶部环向螺栓孔、7—后翼板底部环向螺栓孔、8—环向平板顶部纵向螺栓孔、9—环向平板底部纵向螺栓孔、10—后翼板纵向螺栓孔、11—定位棒、12—定位槽、13—环向平板顶部注浆管、14—后翼板注浆管、15—密封垫槽、16—中矩形管片、17—中矩形管片注浆管、18—小矩形管片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述。下述实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，对实施例的说明仅用于帮助理解本发明，而不是限制本发明。在不脱离本发明原理的前提下，相关技术领域人员可以对于本发明进行改进和修饰。这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

参考图1，本发明实施例提供一种L形盾构隧道管片，所述的L形盾构隧道管片1包括沿隧道环向的环向平板2和沿隧道轴线伸出的后翼板3，如图2(a)所示。所述环向平板2与后翼板3的环向面为圆弧面，使得相邻管片之间可以交错契合拼装成环，实现了隧道环、纵双向错缝，提高了结构整体刚度与抗错台能力。所述后翼板3顶部与底部的边缘沿轴向设置插入角，所述环向平板2顶部与底部的边缘沿轴向做出与所述插入角的角度对应的斜角，如图2(a)所示。所述L形盾构隧道管片1沿纵向拼装时，所述后翼板3的插入角能够与所述环向平板2的斜角相互楔紧。所述插入角的设置有利于L形盾构隧道管片1的纵向插入，且L形盾构隧道管片1在插入过程中，前一环管片拼装应力逐渐提高，防水密封条能够相互紧密接触，保证了盾构隧道防水性能。多个L形盾构隧道管片1通过左右交错拼装成环，再通过纵向插入的方式拼装成完整盾构隧道结构，如图1所示。

本实施例中，所述L形盾构隧道管片1在所述环向平板2的顶部及底部分别设置有用于L形盾构隧道管片环向连接的环向螺栓孔4和与环向螺栓孔5，并分别设置有用于L形盾构隧道管片纵向连接的纵向螺栓孔8和与纵向螺栓孔9，如图2(a)、2(b)所示。所述后翼板3的顶部及底部分别设置有用于L形盾构隧道管片环向连接的环向螺栓孔6与环向螺栓孔7，并设置有用于L形盾构隧道管片纵向连接的纵向螺栓孔10，如图2(a)、2(c)所示。所述螺栓孔均为弯曲螺栓孔。所述环向螺栓孔与纵向螺栓孔的开孔位置因所述L形盾构隧道管片1的构造与连接方式的不同而有所不同。所述L形盾构隧道管片1环向和纵向交错拼装后通过向对正的螺栓孔内穿入螺栓进行环向和纵向连接。

本实施例中，所述L形盾构隧道管片1具有用于管片安装定位的定位棒11与定位槽12，所述定位棒11位于所述后翼板3后部侧壁中心处，所述定位槽12位于所述环向平板2顶部前侧壁位置，如图2(b)、2(c)所示。所述定位棒11与定位槽12大小能够完全契合，当所述L形盾构隧道管片1纵向插入连接时，利用定位棒与定位槽的相互契合实现管片定位，提高了管片拼装的准确性，且进一步加强了隧道抵抗环间错台的能力，如图1所示。

本实施例中，所述L形盾构隧道管片1还包括注浆管13和注浆管14，注浆管13位于所述环向平板顶部中心位置，注浆管14位于后翼板中心位置，如图2(a)所示。所述注浆管13和注浆管14在管片生产时预埋就位。在所述注浆管13和14外侧预留一定厚度的混凝土，防止泥沙通过孔道进入隧道内部。所述注浆管13、14顶部设有与注浆管塞连接的螺纹，通过旋入注浆管塞对注浆管进行封堵。增设的多个注浆管道有利于管片背后二次注浆的多点位、多次量和可控施工，为后续运营过程中管片修复加固工作提供操作空间。所述注浆管14兼做L形盾构隧道管片1的起吊孔，注浆管14顶部的螺纹与管片举重壁的连接螺纹相匹配。

本实施例中，所述L形盾构隧道管片1的周围沿周长设置一道密封垫槽15，密封垫用于粘贴橡胶弹性密封垫，以满足盾构隧道的防水性能。所述密封垫槽15位于所有所述螺栓孔的外部，避免地下水直接通过螺栓孔道渗入管片内部，如图2(a)、2(b)、2(c)所示。

本实施例中，还提供一种中矩形管片16，其结构形式、尺寸、螺栓分布等与所述L形盾构隧道管片环向平板2相同，但将注浆管17移至管片中心位置，如图3(a)、3(b)、3(c)所示。所述中矩形管片16用于盾构隧道结构第一环的拼装，保证隧道最初端边缘的平整性。

本实施例中，提供一种小矩形管片18，其结构形式、尺寸与螺栓分布等与所述L形盾构隧道管片后翼板3相同，如图4(a)、4(b)、4(c)所示。所述小矩形管片18用于盾构隧道结构最后环的拼装，保证隧道最末端边缘的平整性。

上述方案中，所述L形盾构隧道管片单环沿环向至少由4块L形盾构隧道管片和4块中矩形管片，或是4块L形盾构隧道管片和4块小矩形管片组成，也可根据工程需要调整L型管片、中矩形管片和小矩形管片的圆心角，重新布置盾构隧道单环管片数量。在盾构隧道中间段主体部分，所述的L形盾构隧道管片每一块结构形式和尺寸都相同，实现了管片规格的统一化，有利于减少管片制作成本，简化拼装流程。

本发明实施例还提供一种L形盾构隧道管片的拼装方法，包括以下步骤：

(1)盾构隧道结构由多个L形盾构隧道管片1通过环向、纵向相互交错并契合拼装形成。管片的环向拼装顺序由下至上左右对称进行。拼装盾构隧道第一环时，首先就位底部的中矩形管片16，然后将右侧相邻的L形盾构隧道管片1后翼板底部环向螺栓7与中型平板顶部环向螺栓4对正。将左侧相邻的L形盾构隧道管片1后翼板顶部环向螺栓6与中型平板底部环向螺栓5对正，此时底部中矩形管片底部的纵向螺栓孔9和左侧相邻L形盾构隧道管片1的纵向螺栓孔8自然对齐，并向所述对正的螺栓孔内插入管片螺栓固定。由下至上对称拼装后形成一个单环管片。

(2)单环管片拼装完成后，管片沿环向形成一组带有斜角的凹槽。将后一环L形盾构隧道管片1的后翼板3沿纵向插入上述单环管片的凹槽中，此时，后翼板3的插入角与上述单环管片的凹槽相互契合。随着后翼板3的插入，前一环管片逐渐楔紧。将后一环L形盾构隧道管片1后翼板后侧壁的定位棒11插入前一环管片的定位槽12中实现管片定位，管片楔紧就位后用纵向螺栓与环向螺栓固定，如图1所示。然后依次向凹槽中插入后一环L形盾构隧道管片1，形成盾构隧道主体结构。

(3)盾构隧道拼装至最后一环时，用小矩形管片18代替L形盾构隧道管片1，插入倒数第二环管片形成的凹槽中，填平管片边缘，完成最后一环管片的楔紧拼装。拼装完毕所形成的盾构隧道为环、纵双向错缝。具体错缝拼装的L形盾构隧道管片平面展开图如图5所示。

(4)盾构隧道拼装完成后，根据工程实际需要，可通过预埋的注浆管13与注浆管14向管片背后实施二次注浆。二次注浆时需旋开注浆管塞并凿除注浆管外侧剩余混凝土。注浆结束后，旋紧注浆管塞对注浆管13与注浆管14进行封堵。若盾构隧道在后期运营过程中有二次注浆要求时，可旋开注浆管塞进行相关操作。

需要说明的是，在所述L形盾构隧道管片1进场前需对管片表面进行清洁处理，并在所述密封垫槽15中粘贴弹性橡胶密封垫。可根据工程防水要求，在管片表面涂抹防水涂料。

本发明提供了一种L形盾构隧道管片及拼装方法，为工程实际提供了可靠的依据。拼装完成后的盾构隧道为环纵双向错缝，不仅具有抵抗纵向变形与环间错台的能力，还具有优良的防水性能与施工可操作性。其统一结构形式与尺寸的管片也减少了管片的制作成本、简化了拼装流程。盾构隧道外设置了可以覆盖隧道周围的注浆管，便于二次注浆的多点位、多次量和可控施工。具有显著的经济与社会效益。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种L形盾构隧道管片，其特征在于，所述L形盾构隧道管片包括沿隧道环向的环向平板和沿隧道轴线伸出的后翼板，所述环向平板与后翼板为一体式结构，所述后翼板位于环向平板底部，所述后翼板顶部与底部的边缘沿轴向设置有插入角，所述环向平板顶部与底部的边缘沿轴向设置有与所述插入角的角度对应的斜角，相邻两片L形盾构隧道管片沿纵向拼装时，所述后翼板的插入角与环向平板的斜角相互楔紧；

所述L形盾构隧道管片还包括结构和尺寸均与所述环向平板相同的中矩形管片，用于盾构隧道第一环的拼装，保证隧道最初端边缘的平整性；

所述L形盾构隧道管片还包括结构和尺寸均与所述后翼板相同的小矩形管片，用于盾构隧道最后环的拼装，保证隧道最末端边缘的平整性；

其中，所述L形盾构隧道管片的拼装方法包括以下步骤：

（1）L形盾构隧道管片的环向拼装顺序由下至上左右对称进行，当拼装盾构隧道第一环时，首先就位底部的中矩形管片，然后将相邻的L形盾构隧道管片螺栓孔对正并插入螺栓固定，左右对称向上拼装形成一个单环管片；

（2）单环管片拼装完成后，管片沿环向形成一组带有斜角的凹槽，将后一环L形盾构隧道管片的后翼板沿纵向插入上述单环管片的凹槽中，上一环管片逐渐楔紧，依次交替向前拼装，形成盾构隧道整体；

（3）拼装至最后一环时，用小矩形管片代替L形盾构隧道管片，插入倒数第二环管片形成的凹槽中，完成最后一环管片的楔紧拼装；

（4）待盾构隧道拼装完成后，通过预埋的注浆管向管片背后实施二次注浆，二次注浆时需旋开注浆管塞并凿除剩余混凝土，注浆结束后旋紧注浆管塞待后续使用。

2.根据权利要求1所述的一种L形盾构隧道管片，其特征在于，所述环向平板的顶部及底部分别设置有用于连接的纵向螺栓孔与环向螺栓孔，后翼板的顶部及底部也设置有用于连接的纵向螺栓孔与环向螺栓孔，所述螺栓孔为弯曲螺栓孔。

3.根据权利要求1所述的一种L形盾构隧道管片，其特征在于，所述环向平板顶部前侧壁位置设置有定位槽，后翼板后侧壁位置设置有定位棒，所述定位棒与定位槽能够契合连接。

4.根据权利要求1所述的一种L形盾构隧道管片，其特征在于，所述环向平板顶部中心位置与后翼板中心位置设有注浆孔道，L形盾构隧道管片生产时内嵌注浆管，注浆管外预留预定厚度的混凝土，防止泥沙进入隧道内部；所述注浆管顶部设有与注浆孔塞连接的螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种L形盾构隧道管片，其特征在于，所述后翼注浆孔兼做吊装安装孔，L形盾构隧道管片生产时内设预埋件，顶部设置有与举重壁连接的螺纹。

6.根据权利要求1所述的一种L形盾构隧道管片，其特征在于，所述L形盾构隧道管片沿周长设置一道密封垫槽。

7.根据权利要求1所述的一种L形盾构隧道管片，其特征在于，所述L形盾构隧道管片的拼装方法的步骤（2）中，后一环L形盾构隧道管片与前一环L形盾构隧道管片之间为环向与纵向错缝拼装。

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