CN112412494A - 一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装方法 - Google Patents

Abstract

一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装方法，具有对称的双面楔形环；封顶块拼装点位位于衬砌圆环的0°位置，此点位处的圆环外径处的环宽为最小值或最大值，与封顶块相对的于180°点位的为第一标准块，与其两侧相邻的为第二标准块，第二标准块及邻接块的内弧表面上均设置一个一体成型凸出于内弧表面外的牛腿连接基座，且由水平面、垂直面两个方向的连接基面构成，在衬砌圆环内对称分布四个，构成的衬砌圆环为模式1或模式4。封顶块及两侧邻接块拼接整体绕Y轴旋转180°就位，第一标准块及与其顺序拼接的各标准块拼接整体绕Z轴旋转180°镜像就位后构成的衬砌圆环为模式2或模式3。增加管片的通用性，避免管片内弧表面钻孔植筋。

Description

一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装 方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装方法，用于盾构法修建的交通隧道内部的衬砌管片的拼装。

背景技术

盾构法修建的交通隧道内部空间，通常按功能分区自上而下划分为三层：重点排烟道层、机动车行车道层、疏散救援与管线廊道层参见图1所示。烟道板、行车道板等构件，通过两端牛腿支座实现与主体结构间受力传递。该牛腿支座凸出于管片内弧表面，并与管片结构连成一体。

现有技术中，通常采用在拼装成型的管片上植筋锚固、再现浇牛腿支座的施工方法。该方法存在以下不足：

(1)钻孔损伤管片结构，尤其对于拼装成型的衬砌结构，其损伤难以修复。

(2)钻孔定位困难、废孔率高。钢筋混凝土管片采用高精度钢模分块预制成型，混凝土强度等级较高、弧面光滑圆顺、内部钢筋交错，钻孔作业时，定位精度难以保障，若钻进位置与管片内部钢筋冲突，则进一步损伤结构承载力。当需非垂直于管片内弧表面钻孔时，这一问题更为突出。

(3)受到钻孔、植筋锚固的工艺特点与现场条件的限制，达到现浇牛腿与预制管片形成整体结构的难度较大，其连接部位在传力可靠、防水密闭、使用耐久等方面都是控制施工质量的风险点。

(4)钻孔植筋、现浇牛腿等施工作业强度大、工效低、环境差，与盾构掘进平行作业，交叉干扰多。

工程实践中，通过提高拼装质量、管片内弧表面标识主筋位置及钻孔前采用无损检测技术精准定位钢筋等措施，力争改善钻孔植筋存在的质量问题，但收效甚微。

除植筋锚固方式在工程中的普遍应用外，针对牛腿与管片的连接方式，管片内表面预置钢板、预留钢筋、预埋钢筋接驳器及带牛腿预制等方式均进行了研究与尝试。

预埋、预留、预制等方式，在大直径盾构隧道普遍采用通用楔形衬砌、以管环有序旋转来拟合线路中线的技术方案下，都面临一个共同难题：通用楔形环拼装点位，即管块在横断面位置的不确定性。

衬砌圆环拼装点位取决于楔形方式、楔形量、线路平纵参数等设计条件，某一环管片的拼装点位实施方案，则取决于盾构机实时姿态。

楔形量决定了单环衬砌圆环对于线路平纵曲线的拟合能力，平纵曲线及其组合的线路条件确定了衬砌圆环的拟合目标，结合盾构机空间姿态与实时调整、纠偏的需要，最终筛选管片拼装点位的最优方案。而盾构机空间姿态受机械性能、操作水平、地质条件、控制标准等复杂因素的影响，由前一环管片拼装状态、盾构机推进千斤顶行程、盾尾间隙等监测数据的反馈信息而取得，即具体某环管片的拼装点位实施方案的确定是一个动态选择的过程。

内部结构部件在隧道横断面的位置是固定的，不能随衬砌圆环的旋转而变化。因此，针对某一特定管块所采取的预埋、预留、预制等构造，在各管块空间位置动态调整的情况下，将失去目标位置，以至于难以保障其有效性。当采用大量的冗余预埋、预留、预制方式时，在经济性与施工便利性方面也得不偿失。

诚然，衬砌圆环的拼装点位有其规律性，可以通过理论计算并结合施工经验预估概率，但钻孔植筋仍是不可避免的。

为避免在拼装成型的衬砌管片上再进行钻孔植筋，消除钻孔植筋作业易损伤管片的质量风险，提高隧道内部结构预制装配率，本发明在大直径盾构隧道采用通用楔形环、错缝拼装成环的技术方案的基础上，提出带牛腿连接基座的管块预制方案及与之相匹配的拼装方案。

发明内容

本发明提供一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装方法，其目的在于解决预制带有牛腿连接基座的管片并满足错缝拼装的要求下，实现线路中直线、曲线的拟合及提高同一外形管块的使用率的技术问题。

本发明的是通过以下的技术方案实现的：

一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，所述的衬砌圆环为双面楔形环的衬砌圆环；所述衬砌圆环相互连接的拼装管片包括封顶块、邻接块、标准块；所述封顶块两侧为邻接块，其余为标准块；其特征在于，所述双面楔形环为对称的楔形；所述的衬砌圆环的平面投影呈等腰梯形；所述标准块管片具有两端的环面相互对称的外形及连接构造；所述封顶块拼装点位位于所述的衬砌圆环的0°位置，所述封顶块拼装点位处的圆环外径处的环宽为最小值，与所述封顶块相对的标准块为第一标准块，对称于180°点位设置，与其两侧相邻的标准块为第二标准块，以此类推顺序拼接各标准块；所述第二标准块及所述邻接块的内弧表面上均设置一个、一体成型浇筑的、并凸出于内弧表面外的牛腿连接基座；所述牛腿连接基座由水平面、垂直面两个方向的连接基面构成，所述水平面、垂直面为沿隧道长度方向设置、延伸；所述牛腿连接基座在所述的衬砌圆环内对称分布四个，各个所述牛腿连接基座以Z轴、X轴和Y轴为对称轴相互对称，构成的所述衬砌圆环称为模式1。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述封顶块及两侧邻接块拼接整体，绕Y轴即隧道纵轴旋转180°就位，所述封顶块就位于180°点位；所述第一标准块及与其顺序拼接的各标准块拼接整体，绕Z轴即隧道竖直轴旋转180°镜像就位，所述第一标准块对称于0°点位设置，构成的所述衬砌圆环称为模式2。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述的模式1与模式2具有相同的各管片外形，所述的各管片分别为封顶块、邻接块、标准块。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述封顶块拼装点位处的圆环外径处的环宽为最大值，构成的所述衬砌圆环称为模式4。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述封顶块及两侧邻接块拼接整体，绕Y轴即隧道纵轴旋转180°就位，所述封顶块就位于180°点位；所述第一标准块及与其顺序拼接的各标准块拼接整体，绕Z轴即隧道竖直轴旋转180°镜像就位，所述第一标准块对称于0°点位设置，构成的所述衬砌圆环称为模式3。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述的模式3与模式4具有相同的各管片外形，所述的各管片分别为封顶块、邻接块、标准块。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述衬砌圆环分为10块，分别为7块标准块、2块邻接块及1块封顶块。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述牛腿基座内部水平、垂直的两方向上布置预埋钢筋及接驳器构造，用以在水平向或竖向连接支撑构件。

一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环的拼装方法，其中，所述的拼装方法包括拟合直线或拟合曲线的拼装方法，所述的拟合直线错缝拼装方法为模式1与模式2相邻或模式3与模式4相邻拼装，所述的拟合曲线错缝拼装方法为模式1与模式3相邻或模式2与模式4相邻拼装。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环的拼装方法，其中，所述的衬砌圆环拼装时，首先定位的是与封顶块位置相对的第一标准块，然后再对称地、依次拼装与第一标准块相邻的第二标准块、第三标准块、第四标准块、直至第n标准块、邻接块、最后插入封顶块。

本发明的技术特点：

(1)与牛腿位置相对应的管块，在预制时，与该牛腿的一部分共同浇筑。所述与管片共同浇筑的牛腿的一部分，即为牛腿连接基座。

(2)所述牛腿连接基座内预埋连接钢筋及接驳器，可通过该预埋构造与牛腿的剩余部分做进一步连接。

(3)所述牛腿连接基座，凸出于管片内弧表面，与管片共同拼装，且具有两个方向的连接基面，可在水平、垂直两个方向上与隧道内部构件相连接。

(4)管片采用具有环缝对称的外形及连接构造，可使管片在拼装成环的过程中，既可以通过旋转的方式，也可以通过镜像翻转的方式就位。

(5)衬砌圆环具有封顶块在0°及±180°两个固定的拼装点位。

(6)衬砌圆环基于封顶块在同一点位时两个楔形方向进行管片分块，形成A、B两组不同外形的管块系列。

(7)两个拼装点位与A、B两组管块系列，可组合形成四组管片拼装模式。通过所述四组管片拼装模式的有序衔接、组合在满足错缝拼装的要求下，实现线路中线的拟合。

本发明与现有技术以通用楔形环为例最显著的不同在于：带有牛腿连接基座的管片预制构件。

因为隧道内部需要设置牛腿的位置是固定的，所以带有牛腿连接基座的特殊管片的拼装位置就需要是固定的；而管片拼装成环是通过点位的旋转来实现线路拟合的(详见下面解释)；为解决“固定位置”与“旋转拼装”之间的矛盾，本发明方案提出一套相应的管片拼装组合方案，即4组拼装模式。

为了尽量减少管片的外形种类，即尽量减少模具数量，又提出了使管片端面具有环面对称的解决方案，使得管片在拼装中，既可以通过绕Y轴旋转就位，也可以通过ZY面镜像绕Z轴，即隧道竖直轴，旋转180°就位，可以达到提高同一外形管块的使用率。

所谓“环面对称”也区别于现有技术。现有技术方案中，管片的环面区分为迎千斤顶面、背千斤顶面，即管片环面是不对称的，管片拼装时沿隧道纵向是有方向性的。

例如，封顶块纵向也呈锥形或称楔形，面积较大的环面(迎千斤顶面)指向盾构机掘进的前进方向，较小的环面(背千斤顶面)指向盾构机始发的起点方向。

本发明中封顶块及邻接块，仍然采用旋转的方式就位，即与现有技术方案相同，具有纵向插入的方向性；但是其余块，如标准块B1～B4，两端的环面是完全相同的外形与连接构造，不再有迎、背千斤顶面的区别，而视拼装需要以镜像方式实现互换就位。

所谓完全相同的外形通过对称于环面的沟槽(主要是防水条粘贴沟槽)实现；所谓完全相同的连接构造，则通过弯螺栓实现。弯螺栓的预留孔道、手孔是环面对称的，而斜螺栓是非对称的、是有方向性的。

本发明的效果：

本发明由于采用了带牛腿连接基座预制的管片形式，可以避免在管片内弧表面进行钻孔植筋，消除钻孔作业损伤管片的质量风险，可以消除光滑弧面钻孔定位不准确的施工困难；由于牛腿基座内预埋的接驳器具有垂直于连接基面的布置特征，可以避免直接在管片弧面预埋接驳器的方式存在的跑浆、漏浆等质量难题，可使牛腿基座预埋钢筋与进一步连接的钢筋衔接顺适，传力明确、受力合理；由于牛腿基座具有同时适应进一步的水平或竖直连接的预埋钢筋及接驳器构造，便于采用现浇方式或连接预制构件方式，形成具有整体性的牛腿部件，提高支承的可靠性；由于管片外形、连接方式具有环面对称的特征，如管片环面具有对称的沟槽外径与手孔外形、采用弯螺栓连接等，使管片不仅可通过绕Y轴(隧道纵轴)旋转，还可以通过绕Z轴(隧道竖直轴)镜像就位，合并简化了管片外形种类，增加了管片的通用性，降低了管片模具的摊销成本。

附图说明

图1为现有技术的盾构交通隧道衬砌管片内部功能分区结构布置图，

图2为本发明实施例的盾构交通隧道衬砌管片内部结构布置图，

图3(1)为本发明管片拼装模式1布置图，图3(2)为3(1)的俯视图图4(1)本发明管片拼装模式2布置图，图4(2)为图4(1)的俯视图，

图5(1)为本发明管片拼装模式3布置图，图5(2)为图5(1)俯视图，

图6(1)为本发明管片拼装模式4布置图，图6(2)为图6(1)俯视图，

图7(1)(2)分别为本发明牛腿连接基座预埋钢筋与接驳器大样图，

附图编号说明：

1：衬砌圆环。2-1：重点排烟道层；2-2：机动车行车道层；2-3：疏散救援与管线廊道层。3-1：烟道板；3-2：中行车道板；3-3：边行车道板。4-1：烟道板牛腿支座；4-2：行车道板牛腿支座。

5-1：普通管片；5-2：带牛腿连接基座的管片；5-3：纵向连接螺栓；5-4：衬砌圆环纵缝；5-5：衬砌圆环环面。6-1：垂直面；6-2：水平面。7-1：衬砌圆环外径处最小环宽；7-2：衬砌圆环外径处最大环宽。

8-1：水平向预埋连接钢筋；8-2：竖向预埋连接钢筋；8-3：水平向预埋钢筋接驳器；8-4：竖向预埋钢筋接驳。9-1：牛腿连接基座；9-2：可进一步水平向连接的牛腿支座的剩余部分；9-3：可进一步竖向连接的行车道板立柱的剩余部分。

A组管块系列编号说明：FA：管片封顶块编号；L1A、L2A：管片邻接块编号；B1A、B2A、B3A、B4A：管片标准块编号。

B组管块系列编号说明：FB：管片封顶块编号；L1B、L2B：管片邻接块编号；B1B、B2B、B3B、B4B：管片标准块编号。

所述坐标系符合笛卡尔右手坐标系，Y轴指向纸面内，Y轴即隧道纵轴，Z轴即隧道竖直轴，各图中X、Z代表X轴、Z轴；

具体实施方式

参见图3(1)-6(2)所示，本发明的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，所述的衬砌圆环1为双面楔形环的衬砌圆环；所述衬砌圆环相互连接的拼装管片包括封顶块、邻接块、标准块；所述封顶块两侧为邻接块，其余为标准块；所述双面楔形环为对称的楔形；所述的衬砌圆环的平面投影呈等腰梯形；所述标准块管片具有两端的环面相互对称的外形及连接构造；

图3(1)至图4(2)为A组管块系列相互连接的衬砌圆环结构，图3(1)(2)为模式一，图4(1)(2)为模式二；

图5(1)至图6(2)为B组管块系列相互连接的衬砌圆环结构，图5(1)(2)为模式三，图6(1)(2)为模式四；

图3(1)(2)当所述封顶块(见图中编号FA)拼装点位位于所述的衬砌圆环的0°位置，所述封顶块拼装点位处的圆环外径处的环宽为最小值(见图中编号7-1)，与所述封顶块相对的标准块为第一标准块(见图中编号B4A)，对称于180°点位设置，与其两侧相邻的标准块为第二标准块(见图中编号B3A)，以此类推顺序拼接各标准块；所述第二标准块及所述邻接块(见图中编号L2A、L1A)的内弧表面上均设置一个、一体成型浇筑的、并凸出于内弧表面外的牛腿连接基座；所述牛腿连接基座由水平面6-2、垂直面6-1两个方向的连接基面构成，所述水平面、垂直面为沿隧道长度方向设置、延伸；所述牛腿连接基座在所述的衬砌圆环内对称分布四个，各个所述牛腿连接基座以Z轴、X轴和Y轴为对称轴相互对称，构成的所述衬砌圆环称为模式1。

图3(1)(2)所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述封顶块及两侧邻接块拼接整体，绕Y轴即隧道纵轴旋转180°就位，所述封顶块就位于180°点位；所述第一标准块及与其顺序拼接的各标准块拼接整体，绕Z轴即隧道竖直轴旋转180°镜像就位，所述第一标准块对称于0°点位设置，构成的所述衬砌圆环称为模式2见图4(1)(2)。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述的模式1与模式2具有相同的各管片外形，所述的各管片分别为封顶块、邻接块、标准块。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，图6(1)(2)其中，所述封顶块拼装点位处的圆环外径处的环宽为最大值(见图中编号7-2)，构成的所述衬砌圆环称为模式4参见图6(1)(2)。

图6(1)(2)所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中所述封顶块(见图中编号FB)及两侧邻接块拼接整体(见图中编号L2B、L1B)，绕Y轴即隧道纵轴旋转180°就位，所述封顶块就位于180°点位；所述第一标准块(见图中编号B4B)及与其顺序拼接的各标准块拼接整体，绕Z轴即隧道竖直轴旋转180°镜像就位，所述第一标准块对称于0°点位设置，构成的所述衬砌圆环称为模式3参见图5(1)(2)。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述的模式3与模式4具有相同的各管片外形，所述的各管片分别为封顶块、邻接块、标准块。

优先，所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其中，所述衬砌圆环分为10块，分别为7块标准块、2块邻接块及1块封顶块。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，见图7(1)(2)，其中，所述牛腿基座内部水平、垂直的两方向上布置预埋钢筋及接驳器构造(8-1：水平向预埋连接钢筋；8-2：竖向预埋连接钢筋；8-3：水平向预埋钢筋接驳器；8-4：竖向预埋钢筋接驳)，用以在水平向或竖向连接支撑构件(9-1：牛腿连接基座；9-2：可进一步水平向连接的牛腿支座的剩余部分；9-3：可进一步竖向连接的行车道板立柱的剩余部分)。

一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环的拼装方法，所述的拼装方法包括拟合直线或拟合曲线的拼装方法，所述的拟合直线错缝拼装方法为模式1与模式2相邻或模式3与模式4相邻拼装，所述的拟合曲线错缝拼装方法为模式1与模式3相邻或模式2与模式4相邻拼装。

所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环的拼装方法，其中，所述的衬砌圆环拼装时，首先定位的是与封顶块位置相对的第一标准块，然后再对称地、依次拼装与第一标准块相邻的第二标准块、第三标准块、第四标准块、直至第n标准块、邻接块、最后插入封顶块。

本发明的四组管片拼装模式特征说明如下：

图3(1)、图4(1)、图5(1)、图6(1)为隧道衬砌管片横断面，图3(2)、图4(2)、图5(2)、图6(2)中为分别对应图3(1)、图4(1)、图5(1)、图6(1)的平面投影，7-1为环宽最小值、7-2为环宽最大值。

模式1：参见图3(1)，封顶块拼装点位于0°位置，且该点位的圆环外径处环宽为最小值；见图3(2)衬砌圆环外径处最小环宽7-1；

模式2：图4(1)封顶块拼装点位于±180°位置，且该点位的圆环外径处环宽为最小值；见图4(2)衬砌圆环外径处最小环宽7-1；

模式3：图5(1)封顶块拼装点位于±180°位置，且该点位的圆环外径处环宽为最大值；见图5(2)衬砌圆环外径处最大环宽7-2，

模式4：图6(1)封顶块拼装点位于0°位置，且该点位的圆环外径处环宽为最大值。见图6(2)衬砌圆环外径处最大环宽7-2。

封顶块拼装点位处的圆环外径处环宽为最小值时即模式1或2，楔形衬砌圆环外形为A组管块系列；封顶块拼装点位处的圆环外径处环宽为最大值时即模式3或4，楔形衬砌圆环外形为B组管块系列，为叙述简单，以下A组管块系列、B组管块系列的编号省去后缀A、B。

拼装时首先定位的是与封顶块F位置相对的第一标准块B4，见图3(1)～图6(2)管片拼装模式布置图中的B4块，然后再对称地、依次拼装与第一标准块B4相邻的第二标准块B3、第三标准块B2、第四标准块B1、邻接块二L2、邻接块一L1，最后插入封顶块F。

假设，当封顶块位于拱底时，先于封顶块就位的各管块受各自重力影响，会存在位置偏差及偏差的累积，这将导致留给封顶块入位的空间小于封顶块的外轮廓，这时封顶块是无法入位的，衬砌圆环也就无法闭合成整环。加大千斤顶反力试图强行插入时，将导致管片接触面受力超限，而造成混凝土开裂受损。因此，除非特殊情况，如必须纠偏时，应避免封顶块位于水平线以下的点位进行拼装。

如上所述，本发明设计该4组模式的目的有二。其一，通过各模式的拼装组合实现隧道衬砌圆环对于平曲线的拟合及调整盾构机姿态(即纠偏)的需要。若更为简单的讲，就是通过各模式的拼装组合，实现拟合直线、曲线，即使忽略实际施工中可能出现的误差，认为施工中可以做得精准定位；其二，满足错缝拼装的要求。

如果不考虑错缝拼装的要求，则仅采用模式1与模式2，或者，仅采用模式3与模式4，即可实现直线或曲线拟合，原理详见上述。

以仅采用模式1与模式2，举例如下：

当纵向拼装组合方式为：…+模式1+模式1+模式1+…，则此段隧道向右侧转向(前进方向为图中向上，下同)；…+模式2+模式2+模式2+…，则此段隧道向左侧转向；…+模式1+模式2+模式1+模式2+…，则此段隧道保持直线。

当上述组合方式，不满足错缝拼装的要求，即模式1+模式1+模式1是通缝的。为此，补充了模式3。当采用…+模式1+模式3+模式1+模式3+…时，同样是使该段隧道向右侧转向，实现了错缝拼装。

模式2与模式4的组合，同理，不再赘述。

模式1、2具有相同的管片外形；模式3、4具有相同的管片外形。

基于前述原理与设计思路，4组拼装模式各有所用，通过其组合实现所述功能。

本发明方案，增加另外一套具有不同外形的管片、补充两种管片拼装点位(即模式)，就是为了使得带有牛腿基座的，这一具有特殊外形的管块，在拼装成型的衬砌圆环中位置相对固定。隧道内部结构的位置是固定的，是不能因衬砌圆环拼装点位的旋转而产生变化的。

封顶块(FA)及邻接块一、二(L1A、L2A)通过绕Y轴(隧道纵轴)旋转180°就位，标准块(B1A、B2A、B3A、B4A)通过绕Z轴(隧道竖直轴)镜像就位，实现模式1、模式2之间的变换。

同样的，封顶块(FB)及邻接块一、二(L1B、L2B)通过绕Y轴(隧道纵轴)旋转180°就位，标准块(B1B、B2B、B3B、B4B)通过绕Z轴(隧道竖直轴)镜像就位，实现模式3、模式4之间的变换。

为避免出现通缝，拼装模式1与模式4不相邻、模式2与模式3不相邻。

是为了做到错缝拼装。模式4与模式1相邻，虽可拟合直线，但会出现通缝。当需拟合直线时，可使模式2与模式1相邻；当需拟合曲线时，可使模式3与模式1相邻；若模式1与模式1相邻，虽可拟合曲线，但会出现通缝。

基于所述预制管片外形及拼装方法，可实现随管片共同预制的牛腿基座位置相对固定，为牛腿部件的进一步连接奠定了基础；基于所述牛腿基座内部相互垂直的两方向布置的预埋钢筋及接驳器构造，可以进一步水平向或竖向连接支撑构件。

以下进一步解释本发明：

盾构法建造的隧道结构是由若干块预制管片，通过按顺序拼装成环，构成圆环型衬砌结构的。所谓“封顶块”是指拼装顺序中最后一个拼装入位的管片，封顶块就位后，衬砌结构即形成完整的、封闭的圆环。通常认为封顶块位于圆环拱顶位置时，更便于控制拼装质量。由此，即产生“封顶块”的称谓并延续至今。

亦可理解为建筑封顶，代表着主体结构土建工程的完成，是一标志性事件。

随着技术的发展，尤其是通用楔形环衬砌型式的出现与大量工程实践应用，使得封顶块的位置不再仅局限于拱顶(及附近)的位置，可以根据隧道平纵拟合、姿态纠偏、错缝拼装的需要，灵活设置，可以在圆环的任意一个合理的拼装点位，如拱底、拱肩、拱腰等。工程中仍尽量避免使封顶块出现在拱底的拼装位置上。因此，“封顶块”也可称为“K块”(Key之意)、“关键块”等，而“封顶块”的称谓更为通用。封顶块除环面为楔形外，由于纵向插入的需要，同时具有纵向楔形(或称沿隧道纵向具有锥度)，因此具有特殊的外形。与之相邻的管块，称为“邻接块”(两块)，其余管块称为“标准块”。

楔形环是指衬砌圆环(拼装完成后的整环)的环面，是倾斜的面，其平面投影呈梯形。正是由于衬砌圆环端面具有平面楔形，当各衬砌圆环纵向相接，即环面与环面密贴时，所形成的筒状构筑物(隧道)，得以拟合平面曲线、调整盾构姿态(即纠偏)。若衬砌圆环端面不具有倾斜的环面、各衬砌圆环均为等宽度时，则只能拼装形成直线。

楔形量即为衬砌圆环最大宽度与最小宽度之差。工程中通常采用双面楔形的方式。详见图3(2)、图4(2)、图5(2)、图6(2)俯视图中的7-1、7-2。

通用楔形衬砌圆环是指通过合理的划分纵缝，即分块，使得仅应用一套预制管片模具所产生的预制构件，其组合仅通过旋转拼装点位的方式，即可实现曲线拟合的衬砌圆环。

通用楔形衬砌圆环具有两种标准的拼装点位，封顶块均位于拱腰位置，分别为0°、180°的水平位置。

模式1及模式3中，当封顶块位于0°或180°时，此时整个圆环的最小环宽位于0°位置、最大环宽位于180°位置；模式2及模式4中，当封顶块位于180°或0°时，此时整个圆环的最小环宽位于180°位置、最大环宽位于0°位置。

需要指出的是，我们在说明楔形衬砌圆环的拼装位置时，通常仅说封顶块在某个点位。这不是说明，仅仅封顶块决定了楔形环的控制位置，而是以封顶块的定位为表征，代表了全环各个管片的拼装位置。即封顶块位置，是某一种位置符号。

通过楔形衬砌圆环的组合实现直线、平曲线的拼装基本原理是：各衬砌圆环沿纵向(即隧道轴向)连续拼装时，从平面投影来看，由于衬砌圆环为楔形，其圆环环面的法线方向指向隧道轴向，但并不平行于隧道轴向，而是与隧道轴向具有一个微小的、固定的偏角，如图3(2)所示模式1，隧道衬砌结构的0°方向为最小环宽、180°方向为最大环宽。若紧邻该环的下一环，继续采用模式1的拼装点位，则同样的，隧道衬砌结构的最小环宽位于0°方向、最大环宽位于180°方向，则其拼装完成后的端面的法线方向与隧道轴向再进一步具有一个微小的、固定的偏角；…；如此循环，则实现了衬砌结构轴线的转向。

楔形环的楔形量(以符号Δ表示)是对称于圆环轴线设置的，其轴线处环宽为标准环宽(以符号B表示)，则最大环宽Bmax＝B+Δ/2、最小环宽Bmin＝B-Δ/2。以标准环宽2m为例，楔形环拟合隧道轴线，即为采用纵向步长为2m的短直线，不间断的贴近、拟合目标曲线，通过选择不同的拼装点位及其组合，使得短直线与目标曲线(即隧道线路，包括直线、平曲线、缓和曲线及其组合)的误差控制在规范允许的范围内。

轨道交通区间隧道采用盾构法修建时，通常采用的衬砌圆环方式为“直线环+左右转弯环”，与通用楔形衬砌圆环不同的是，直线环为等宽环、左右转弯环为楔形环，其优点在于可以基本保证封顶块的位置处在拱顶及拱顶附近；其缺点是直线环、左转弯环、右转弯环分别采用不同外形的3套模具，但这一缺点在预制构件需求量达到一定规模后，其经济性也是可以接受的，毕竟每套模具也是有使用寿命的，其所能够生产的预制构件数量也是有限的。

还是回到通用楔形衬砌圆环，因为其仅应用1套模具的思路，就必然要求管块的分缝、拼装点位，旋转180°后，仍满足错缝拼装同时具有拟合直线、曲线的能力。所以，封顶块位于水平线位置，即拱腰位置，是较佳的方案。否则，封顶块不是位于的水平线位置，而是出现在水平线以上的某个点位，当旋转180°后，则封顶块必然出现在水平线以下的对应位置上，这是不利于封顶块顺利拼装入位的、应该着力避免的点位。

实施例

本发明所提出的带牛腿连接基座预制的管片外形、构造及拼装方法，可适用于具有烟道板、行车道板或其他内部支撑构件，需与拼装预制管片形成的衬砌结构进行连接的情况见图2的连接结构。

以上结合附图进行的阐述，仅为说明本发明意图、原理、方法而列举的应用实例之一，如衬砌圆环分为10块，分别为7块标准块、2块邻接块及1块封顶块；管片分块之间环向采用斜螺栓连接；管环之间纵向采用环向均布的28只或28组弯螺栓连接；衬砌圆环为双面楔形；内部构件布置为设有重点排烟道的单层行车道；采用现浇方式进一步形成烟道板牛腿支座，采用现浇方式或连接预制构件方式进一步形成行车道板立柱等特征，并不用于限制本发明。

对于本领域的工程技术人员而言，其依然可以对所列举实例描述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换，但是凡在本发明的意图、原理、方法之内所做的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，所述的衬砌圆环为双面楔形环的衬砌圆环；所述衬砌圆环相互连接的拼装管片包括封顶块、邻接块、标准块；所述封顶块两侧为邻接块，其余为标准块；其特征在于，所述双面楔形环为对称的楔形；所述的衬砌圆环的平面投影呈等腰梯形；所述标准块管片具有两端的环面相互对称的外形及连接构造；所述封顶块拼装点位位于所述的衬砌圆环的0°位置，所述封顶块拼装点位处的圆环外径处的环宽为最小值，与所述封顶块相对的标准块为第一标准块，对称于180°点位设置，与其两侧相邻的标准块为第二标准块，以此类推顺序拼接各标准块；所述第二标准块及所述邻接块的内弧表面上均设置一个、一体成型浇筑的、并凸出于内弧表面外的牛腿连接基座；所述牛腿连接基座由水平面、垂直面两个方向的连接基面构成，所述水平面、垂直面为沿隧道长度方向设置、延伸；所述牛腿连接基座在所述的衬砌圆环内对称分布四个，各个所述牛腿连接基座以Z轴、X轴和Y轴为对称轴相互对称，构成的所述衬砌圆环称为模式1。

2.如权利要求1所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其特征在于，所述封顶块及两侧邻接块拼接整体，绕Y轴即隧道纵轴旋转180°就位，所述封顶块就位于180°点位；所述第一标准块及与其顺序拼接的各标准块拼接整体，绕Z轴即隧道竖直轴旋转180°镜像就位，所述第一标准块对称于0°点位设置，构成的所述衬砌圆环称为模式2。

3.如权利要求2所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其特征在于，所述的模式1与模式2具有相同的各管片外形，所述的各管片分别为封顶块、邻接块、标准块。

4.如权利要求1所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其特征在于，所述封顶块拼装点位处的圆环外径处的环宽为最大值，构成的所述衬砌圆环称为模式4。

5.如权利要求4所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其特征在于，所述封顶块及两侧邻接块拼接整体，绕Y轴即隧道纵轴旋转180°就位，所述封顶块就位于180°点位；所述第一标准块及与其顺序拼接的各标准块拼接整体，绕Z轴即隧道竖直轴旋转180°镜像就位，所述第一标准块对称于0°点位设置，构成的所述衬砌圆环称为模式3。

6.如权利要求5所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其特征在于，所述的模式3与模式4具有相同的各管片外形，所述的各管片分别为封顶块、邻接块、标准块。

7.如权利要求1所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其特征在于，所述衬砌圆环分为10块，分别为7块标准块、2块邻接块及1块封顶块。

8.如权利要求1所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环，其特征在于，所述牛腿基座内部水平、垂直的两方向上布置预埋钢筋及接驳器构造，用以在水平向或竖向连接支撑构件。

9.权利要求1至8任意一项所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环的拼装方法，其特征在于，所述的拼装方法包括拟合直线或拟合曲线的拼装方法，所述的拟合直线错缝拼装方法为模式1与模式2相邻或模式3与模式4相邻拼装，所述的拟合曲线错缝拼装方法为模式1与模式3相邻或模式2与模式4相邻拼装。

10.如权利要求9所述的一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环的拼装方法，其特征在于，所述的衬砌圆环拼装时，首先定位的是与封顶块位置相对的第一标准块，然后再对称地、依次拼装与第一标准块相邻的第二标准块、第三标准块、第四标准块、直至第n标准块、邻接块、最后插入封顶块。

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