CN113969792A - 一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统及其施工方法，包括：“海鸥”型管片，设置在多圆隧道内相邻两圆的相交处；立柱，设置在多圆隧道内相邻两圆的上下相交处之间且与“海鸥”型管片连接；组合式结构梁构件，设置在“海鸥”型管片与立柱之间，包括“C”型构件；钢混结构，用于填充包裹组合式结构梁构件。本发明通过组合式结构梁构件和包裹在其上的钢混结构连接“海鸥”型管片与立柱，不仅简化了多圆隧道结构中相邻两圆相交处的连接结构，且使各构件成为闭合受力体系，承载能力更强，增大柱跨，使得修建的地下空间更为开阔；且“海鸥”型管片、组合式结构梁构件、立柱可提前预制，加工精度高，加工质量可靠，现场施工速度快。

Description

一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统及其施工方法。

背景技术

随着我国盾构技术的不断发展，尤其是近20年来轨道交通领的蓬勃发展，盾构技术日臻成熟、完善。但截至目前，盾构法还主要是用于隧道等狭长地下结构的建造，在地下车站、停车场、商业综合体方面，盾构技术的应用还较少，主要原因在于三圆及多圆盾构技术的发展还比较缓慢，相关配套技术还不够成熟。

公开日为2020年04月10日公开号为CN110985044A的中国发明专利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，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，混凝土凝固后中间的立柱可以拆除，增加中心隧道与侧部隧道之间的畅通性。但是该专利的管片支撑架与中心盾构管片及侧部盾构管片的连接效果不好；管片支撑架的焊接作业空间狭小，操作困难，焊接质量得不到保证；构件形式不规则，加工困难；未使用预应力技术，建成后的立柱跨较小。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提出一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统及其施工方法，用以解决现有技术中多圆盾构的支护结构与中心盾构管片及侧部盾构管片的连接效果不好的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统，包括：“海鸥”型管片，设置在多圆隧道内相邻两圆的相交处，用于连接盾构管片；立柱，设置在多圆隧道内相邻两圆的上下相交处之间，且立柱与“海鸥”型管片连接；组合式结构梁构件，设置在“海鸥”型管片与立柱之间，所述组合式结构梁构件包括在其内部设置的“C”型构件；钢混结构，用于填充包裹组合式结构梁构件，在钢混结构内设置有内置筋。该支护系统通过组合式结构梁构件和包裹在其上的钢混结构连接“海鸥”型管片与立柱，不仅简化了多圆隧道结构中相邻两圆相交处的连接结构，使各构件成为闭合受力体系，承载能力更强，增大柱跨，使得修建的地下空间更为开阔；且“海鸥”型管片、组合式结构梁构件、立柱可提前预制，加工精度高，加工质量可靠，现场施工速度快。

优选地，为了加强组合式结构梁构件与管片的连接，所述“海鸥”型管片底部设有用于连接“C”型构件的刚性连接件，“C”型构件与刚性连接件紧密配合。

优选地，为了加强刚性连接件的强度，所述刚性连接件采用预埋钢板，预埋钢板通过锚固筋锚固在“海鸥”型管片上，预埋钢板与“C”型构件可拆卸连接或焊接。

优选地，为了提高立柱的结构性能，所述立柱包括立柱本体和设置在立柱本体两端的柱顶托板，立柱本体通过柱顶托板与“C”型构件可拆卸连接或焊接。

优选地，为了使组合式结构梁构件的承载力均衡，所述的“C”型构件为钢构件，“C”型构件在立柱中心线两侧均布设置。

优选地，为了提高“C”型构件的性能，所述的“C”型构件采用“C”型槽钢结构或多个“C”型槽钢组成的拼装式结构。

优选地，为了提高组合式结构梁构件的承载力和抵抗变形能力，所述组合式结构梁构件还包括与“C”型构件配合的H型构件，H型构件采用H型钢或组合式H型钢构件，H型构件分布设置在组合式结构梁构件内，与“C”型构件形成组合式空间梁结构。

优选地，为了进一步提高结构梁的承载力和抵抗变形能力，所述的钢混结构内还设置有预应力孔道，预应力孔道内设置有预应力构件，用于支护结构的承载加持。

优选地，为了简化预应力构件的结构，所述预应力构件为预应力筋或预应力钢绞线。

一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统的施工方法，包括如下步骤：

S1.预制“海鸥”型管片、立柱、盾构管片和组合式结构梁构件，并在”海鸥”型管片内设置预埋钢板；

S2.将“海鸥”型管片和盾构管片拼装在隧道内的相应位置；

S3.将“C”型构件与”海鸥”型管片可拆卸连接或焊接；

S4.将立柱本体通过柱顶托板与“C”型构件连接，且柱顶托板与“C”型构件可拆卸连接或焊接；

S5. 将“C”型构件在隧道的掘进方向上通过焊接连接为一个整体；

S6.重复步骤S2~S5，完成一个隧道段内的管片拼装后，在“C”型构件的开口内和背面设置H型构件形成组合式空间梁结构；

S7. 在形成组合式空间梁结构上设置钢混结构，过程中在钢混结构上预留有预应力孔道，并且将至少一根立柱浇筑混凝土形成结构柱；

S8.待混凝土达到强度后在预应力孔道中穿设预应力筋或预应力钢绞线，张拉预应力筋或预应力钢绞线后固定，然后在预应力孔道中灌浆；

S9.拆除其余未浇筑混凝土的立柱。

本发明的有益效果：

1.通过设置 “海鸥”型管片，简化了隧道多圆结构相交处的连接结构，提高连接结构的强度和稳定性，并且极大的降低了隧道多圆结构相交处的支护施工难度；

2.通过 “海鸥”型管片、立柱、 “C”型构件和H型构件可提前批量预制，使得管片加工精度高，加工质量可靠，并且现场施工速度快；

3.通过“C”型构件和H型构件形成组合式空间梁结构，提高结构梁的承载力和抵抗变形能力，使得该支护系统可做到较大的梁柱跨度，开阔视野，提高空间利用率；

4.通过预应力技术，进一步提高结构梁的承载力、抵抗变形能力，有效减小结构梁截面尺寸，进一步增大柱跨，在拆除部分立柱后，进一步增大了隧道内的视野，空间利用率更高；

5.通过设置多个立柱本体作为临时支撑体系，之后将部分立柱本体浇筑混凝土，另一部分拆除，简化了临时支撑体系向永久性支撑体系的转换过程；且拆除部分的型钢可回收，环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的浇筑混凝土前的结构示意图；

图2为本发明的浇筑混凝土后的结构示意图；

图3为图2的局部放大图；

图4为本发明的整体的结构示意图；

图5为本发明的“C”型构件的结构示意图。

图中：1-“海鸥”型管片，2-盾构管片，3-预埋钢板，4-预埋连接件，5-“C”型构件，6-柱顶托板，7-立柱本体，8-H型构件，9-预应力孔道，10-预应力筋，11-结构柱，12-结构梁，13-内置筋。

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~图5所示，本发明的实施例所述的一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统，包括 “海鸥”型管片1，“海鸥”型管片1设置在多圆隧道内相邻两圆的相交处，用于将设置在多圆隧道内的盾构管片2连接起来形成闭合的多圆管片结构。本实施例中，设有至少两个“海鸥”型管片1和多个盾构管片2，“海鸥”型管片1包括上“海鸥”型管片和下“海鸥”型管片，上下海鸥”型管片上下对称设置在多圆隧道内相邻两圆的上下相交处；该管片连接支护系统还包括立柱，立柱竖直设置在多圆隧道内相邻两圆的上下相交处之间，且立柱与对应位置处的“海鸥”型管片1连接起到支撑管片的作用。其中，“海鸥”型管片1包括中部的加强块和两侧的弧形块，加强块正好位于多圆隧道内相邻两圆的相交处，加强块的下端为平底、上端为与弧形块圆滑过渡的弧形结构便于设置在多圆盾构隧道内，弧形块连接在加强块的两侧上部，且加强块和弧形块整体预制；弧形块的外端与盾构管片2连接。在“海鸥”型管片1与立柱之间设置组合式结构梁构件，即在上下“海鸥”型管片中部的加强块上均连接有组合式结构梁构件，立柱的两端与对应位置处的组合式结构梁构件连接，加强该支护系统的稳定性；所述组合式结构梁构件包括在其内部设置的“C”型构件，“C”型构件分别与立柱和“海鸥”型管片1紧密连接；在组合式结构梁构件上填充包裹有钢混结构，且在钢混结构内设置有内置筋；通过组合式结构梁构件和钢混结构提高结构梁的承载力和抵抗变形能力，使得该支护系统可做到较大的梁柱跨度，开阔视野，提高空间利用率。本实施例中，“C”型构件5包括上部的水平部分、下部的水平部分和连接在上下水平部分之间的竖直部分。且所述组合式结构梁构件包括上组合式结构梁构件和下组合式结构梁构件，分别连接在立柱与上“海鸥”型管片之间和立柱与下“海鸥”型管片之间。

优选地，如图3所示，所述“海鸥”型管片1底部设有用于连接“C”型构件5的刚性连接件，“C”型构件与刚性连接件紧密配合。具体地，上组合式结构梁构件的“C”型构件上部的水平部分与上“海鸥”型管片1的刚性连接件贴合，并通过可拆卸连接或焊接的方式连接；下组合式结构梁构件的“C”型构件下部的水平部分与下“海鸥”型管片1的刚性连接件贴合，并通过可拆卸连接或焊接的方式连接。本实施例中，刚性连接件为预埋钢板3，预埋钢板3通过锚固筋锚固在“海鸥”型管片1上，预埋钢板3上设有预埋连接件4用于连接“C”型构件，其他实施例中，刚性连接件与“C”型构件焊接连接；在预制“海鸥”型管片1的过程中，在“海鸥”型管片1中部加强块上即在“海鸥”型结构的“腹部”设置预埋钢板3，并在预埋钢板3上连接预埋连接件4。通过预埋连接件4简化了管片与梁之间的连接结构，施工效率高，通过预埋钢板3加强固定预埋连接件4，提高其抗拉抗剪性能，从而加强了管片与梁之间的连接结构。

本实施例中，如图3所示，上述的预埋连接件4为预埋螺栓，便于“海鸥”型管片1 与“C”型构件5的连接。其他实施例中，上述的预埋连接件4为预埋筋，与 “C”型构件5进行焊接连接，也可在后期施工工作中在预埋筋上现场制作外螺纹用于螺纹连接。

优选地，如图2和图4所示，所述立柱包括竖直的立柱本体7和水平的柱顶托板6，柱顶托板6设置在立柱本体7的上下两端，立柱本体7通过柱顶托板6分别与上结构梁和下结构梁内的“C”型构件5可拆卸连接或焊接，也就是立柱本体7上端的柱顶托板6与上结构梁内“C”型构件5的下水平部分可拆卸连接或焊接，立柱本体7下端的柱顶托板6与下结构梁内“C”型构件5的上水平部分可拆卸连接或焊接。本实施例中，立柱本体7可采用H型截面，也可采用箱型截面；柱顶托板6与立柱本体7焊接连接，柱顶托板6与立柱本体7的连接结构可提前预制，进一步提高现场施工效率，也可现场焊接连接。本实施例中，如图2和图3所示，所述柱顶托板6与“C”型构件5螺栓连接。上结构梁内的“C”型构件5的下水平部分通过螺栓与立柱本体7上端的柱顶托板6连接，下结构梁内的“C”型构件5的上水平部分通过螺栓与立柱本体7下端的柱顶托板6连接，简化了梁柱之间的连接结构。

如图1和图3所示，本实施例中，所述的“C”型构件5为钢构件，所述组合式结构梁构件中设置对称的两个“C”型构件5，两个“C”型构件5在立柱中心线两侧均布设置，且两个“C”型构件5背向设置，且两个“C”型构件5之间具有一定距离。

优选地，如图5所示，所述“C”型构件5包括若干个依次连接的“C”型钢板。本实施例中，多个 “C”型钢板通过焊接依次连接而成“C”型构件5，该“C”型构件5可提前预制，提高现场施工效率。

优选地，如图1和图3所示，所述结构梁12内还设有与“C”型构件5相配合的H型构件8，H型构件8采用H型钢或组合式H型钢构件，H型构件8分布设置在组合式结构梁构件内，与“C”型构件5形成组合式空间梁结构。具体地，所述H型构件8设置在“C”型构件5形成的空间内和/或“C”型构件5的背面。本实施例中，一段组合式结构梁构件内设有三根H型构件8，分别位于两个“C”型构件5形成的空间内和两个 “C”型构件5之间。

优选地，如图3所示，所述的钢混结构内还设置有预应力孔道9，预应力孔道9内设置有预应力构件，用于支护结构的承载加持。具体地，在组合式结构梁构件上设置钢混结构的过程中预留预应力孔道9，在混凝土强度达到所需强度后，在预应力孔道9内穿设预应力筋10或预应力钢绞线，张拉预应力筋10或预应力钢绞线之后固定，然后浇筑预应力孔道9形成预应力混凝土结构梁，可有效减小梁的截面尺寸，并且提高结构梁12的承载力、抵抗变形能力，使得该支护系统可做到较大的梁柱跨度，在拆除部分立柱后，增大了隧道内的视野，空间利用率更高。

一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统的施工方法，包括如下步骤：

S1.预制“海鸥”型管片1和盾构管片2，并在”海鸥”型管片1的预制过程中在“海鸥”型管片1的底部设置预埋钢板3，本实施例中，预埋钢板3上还设置有预埋螺栓；预制“C”型构件5，即将多个“C”型钢板通过焊接连接而成“C”型构件5；此外，立柱本体7和柱顶托板6的焊接连接也可在该步骤中进行，也可在步骤S4开始前进行；

S2.通过拼装机将“海鸥”型管片1和盾构管片2拼装在隧道内的相应位置，形成闭合的多圆盾构隧道管片结构；“海鸥”型管片1位于多圆盾构隧道内相邻两圆的上下相交处，形成上“海鸥”型管片1和下“海鸥”型管片1；

S3.将多个“C”型构件5分别与上下”海鸥”型管片上的预埋螺栓连接；

S4.将立柱本体7的上下两端通过柱顶托板6与 连接在上下”海鸥”型管片上的“C”型构件5连接，柱顶托板6与“C”型构件5可拆卸连接或焊接，本实施例中，柱顶托板6与“C”型构件5螺栓连接；

S5. 将“C”型构件在隧道的掘进方向上通过焊接连接为一个整体；

S6.重复步骤S2~S5，完成一个隧道段内的管片拼装后，在“C”型构件5的开口内和背面设置H型构件8，也就是在在“C”型构件5形成的空间内和两个 “C”型构件5之间设置H型构件8，使得“C”型构件5和H型构件8组合而成的组合式结构梁构件形成组合式空间梁结构；

S7. 在组合式空间梁结构上设置钢混结构，即在“C”型构件5和/或H型构件8周围设置内置筋13并浇筑混凝土形成结构梁12，结构梁12的浇筑过程中在钢混结构上预留有预应力孔道9；并且将至少一根立柱浇筑混凝土形成结构柱，本实施例中，每间隔几根立柱进行浇筑混凝土形成永久支护的结构柱11，而对位于其间的仅起临时支护作用的立柱不进行混凝土浇筑便于后期拆除；

S8. 待混凝土达到强度后在预应力孔道9中穿设预应力筋10或预应力钢绞线，张拉预应力筋10或预应力钢绞线后固定，然后在预应力孔道9中灌浆形成预应力混凝土结构；

S9.拆除其余未浇筑混凝土的立柱，拆除部分的型钢可回收，环保。

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)

1.一种适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，包括：

“海鸥”型管片（1），设置在多圆隧道内相邻两圆的相交处，用于连接盾构管片（2）；

立柱，设置在多圆隧道内相邻两圆的上下相交处之间，且立柱与“海鸥”型管片（1）连接；

组合式结构梁构件，设置在“海鸥”型管片（1）与立柱之间，所述组合式结构梁构件包括在其内部设置的“C”型构件；

钢混结构，用于填充包裹组合式结构梁构件，在钢混结构内设置有内置筋。

2.根据权利要求1所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述“海鸥”型管片（1）底部设有用于连接“C”型构件的刚性连接件，“C”型构件与刚性连接件紧密配合。

3.根据权利要求2所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述刚性连接件采用预埋钢板（3），预埋钢板（3）通过锚固筋锚固在“海鸥”型管片（1）上，预埋钢板（3）与“C”型构件可拆卸连接或焊接。

4.根据权利要求1~3任一项所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述立柱包括立柱本体（7）和设置在立柱本体（7）两端的柱顶托板（6），立柱本体（7）通过柱顶托板（6）与“C”型构件（5）可拆卸连接或焊接。

5.根据权利要求4所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述的“C”型构件（5）为钢构件， “C”型构件（5）在立柱中心线两侧均布设置。

6.根据权利要求1~3或5任一项所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述的“C”型构件采用“C”型槽钢结构或多个“C”型槽钢组成的拼装式结构。

7.根据权利要求6所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述组合式结构梁构件还包括与“C”型构件（5）配合的H型构件（8），H型构件（8）采用H型钢或组合式H型钢构件，H型构件（8）分布设置在组合式结构梁构件内，与“C”型构件（5）形成组合式空间梁结构。

8.根据权利要求7所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述的钢混结构内还设置有预应力孔道（9），预应力孔道（9）内设置有预应力构件，用于支护结构的承载加持。

9.根据权利要求9所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统，其特征在于，所述预应力构件为预应力筋（10）或预应力钢绞线。

10.一种如权利要求1~9任一项所述的适用于多圆盾构的管片连接支护系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.预制“海鸥”型管片（1）、立柱、盾构管片（2）、“C”型构件（5）和H型构件（8），并在“海鸥”型管片（1）内设置预埋钢板（3）；

S2.将“海鸥”型管片（1）和盾构管片（2）拼装在隧道内的相应位置；

S3.将“C”型构件（5）与预埋钢板（3）可拆卸连接或焊接；

S4.将立柱本体（7）通过柱顶托板（6）与“C”型构件（5）连接，且柱顶托板（6）与“C”型构件（5）可拆卸连接或焊接；

S5. 将“C”型构件在隧道的掘进方向上通过焊接连接为一个整体；

S6.重复步骤S2~S5，完成一个隧道段内的管片拼装后，在“C”型构件（5）形成的空间内和背面设置H型构件（8）形成组合式空间梁结构；

S7.在组合式空间梁结构上设置钢混结构，过程中在钢混结构上预留有预应力孔道（9），并且将至少一根立柱浇筑混凝土形成结构柱（11）；

S8.待混凝土达到强度后在预应力孔道（9）中穿设预应力筋（10）或预应力钢绞线，张拉预应力筋（10）或预应力钢绞线后固定，然后在预应力孔道（9）中灌浆；

S9.拆除其余未浇筑混凝土的立柱。

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