CN114508127A - 一种新型的悬浮隧道管体接头形式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的悬浮隧道管体接头形式。本发明的悬浮隧道管体接头包括外层管壁上的端钢壳、GINA止水带、OMEGA止水带、微膨胀胶凝材料、遇水膨胀橡胶，及内侧管壁上的剪力键，啮齿型拼接块，钢套筒钢筋连接器和连接钢筋等。止水带与微膨胀胶凝材料、遇水膨胀橡胶密封缝隙，形成多重防水功能。剪力键、钢套筒钢筋连接器及连接钢筋可增强接头刚度，连接钢筋在拼接过程中，可起到定位导向的作用。接头缝隙间填充的微膨胀胶凝材料和遇水膨胀橡胶，具有较好的弹性，防止接头处混凝土发生挤压破坏。通过止水带以及胶凝材料的伸缩，能吸收温度变形和地震能量。

Description

一种新型的悬浮隧道管体接头形式

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种新型的悬浮隧道管体接头形式。

背景技术

悬浮隧道，是一种创新形式的、跨域深、长水域的交通结构物。该结构不同于传统的岩体隧道、海底隧道或者沉管隧道，究其原因就是它的管体是依靠浮力完全悬浮、浸没在水中，而不是依托陆地来实现车辆通行需求的。同时，需要安装一系列水下锚缆或锚杆(或水上浮箱)，用于平衡管体浮力与重力之间的差值，且保证悬浮隧道不会出现过大变形。

由于悬浮隧道完全浸没在水体中，水下管体的对接受到波流环境的影响比较大，而目前水下大型管体的对接技术还不成熟，因此如何实现水下管体对接是悬浮隧道建设的关键。此外，管体接头被认为是悬浮隧道的薄弱部位，在车辆荷载往复作用以及交替升降温作用下，接头容易产生疲劳而破坏。悬浮隧道始终处于深水环境，管体接头受到的水压比较大，管体接头的局部损坏，可能引起渗水、漏水，甚至引发重大安全事故。因此，有必要提出一种易拼接、受力好、多层防水的新型管体接头形式。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的悬浮隧道管体接头形式，为实现悬浮隧道管段水下拼接，提供一种容易操作、变形性能好、防水性能佳的接头连接方式。除适用于悬浮隧道的管节安装外，也可用于沉埋隧道以及各种水下混凝土管节的拼装，适用范围较广。

本发明的悬浮隧道管体接头形式主要包括：外层管壁上止水带的安装，以及内层隔板的拼接；外层管壁上主要包括端钢壳、GINA止水带、OMEGA止水带、微膨胀胶凝材料及遇水膨胀橡胶；内侧管壁上主要包括剪力键，啮齿型拼接块，钢套筒钢筋连接器等。

所述的钢端壳安装在管节外层管壁的内侧；GINA止水带安装在钢端壳上，作为第一道防水作用；OMEGA止水带安装在钢端壳的内侧，作为第二道防水作用；当OMEGA止水带发生损伤时，可以及时对OMEGA止水带进行更换；GINA止水带外侧的管节接缝通过微膨胀胶凝材料、遇水膨胀橡胶进行密封，可以避免GINA止水带直接与海水接触，起到初级防水功效。

所述的内层隔板的竖向隔板为平整断面，水平隔板为啮齿型断面。

所述的竖向隔板中设置剪力键，剪力键由特殊材质制成，剪力键中有方形槽孔，用于连接竖向隔板处的连接钢筋，同时，剪力键能够增强接头处的抗剪能力；剪力键在完成连接钢筋的连接后，采用微膨胀胶凝材料进行接缝的密封。

所述的水平隔板之间设置啮齿型拼接块，起到拼接与定位作用，在拼接完成后，在啮齿型拼接块间浇筑微膨胀胶凝材料密封固定，微膨胀胶凝材料具有较好的弹性，能够缓冲啮齿型拼接块之间的挤压；啮齿型拼接块之间设置钢套筒钢筋连接器，用于钢筋的接长，增强接头的强度和刚度；钢套筒钢筋连接器有方形槽孔，用于连接水平隔板处的连接钢筋。

所述的内侧隔板上连接钢筋由方形端头、圆形截面到方形截面过渡段钢筋以及圆形截面钢筋组成，其中方形端头由圆形截面钢筋锻打而成。

所述的剪力键中的连接钢筋和啮齿型拼接块中的连接钢筋，起到定位导向作用，通过连接钢筋的顶推深度，可以判断管节是否完成对接拼装。

所述的剪力键和钢套筒钢筋连接器的数量依据管节截面的尺寸和受力特点而确定。

主要的施工过程：

(a)在进行水下管体对接前，将GINA止水带固定在已安装的管节上，同时将啮齿型拼接块处的钢套筒钢筋连接器安装在连接钢筋上，清理GINA止水带四周及对接端端面的杂物，检查顶推设备能否正常工作；

(b)将待拼装的管节下沉，并下沉到已安装管节位置处；将竖向隔板和水平隔板处的连接钢筋，分别对准剪力键和钢套筒钢筋连接器的槽孔中，完成初步对接，等到待拼装的管节与已安装管节的轴线对齐后，进行待拼装管节的顶推、拼装；

(c)当GINA止水带刚接触已拼接节端面时，应精确复核并调整对接端偏差，满足要求后方可进行初步拉合止水；安装过程中注意填入遇水膨胀橡胶，用于封闭处理；

(d)在待安装的管段与已安装的管段对齐后，可以采用顶推装置将待安装的管段拼接到已安装的管段上；注意在拼接过程中及时调节管段的高度，保证两个管段精准对位，并保持在水下的预定深度；

(e)由潜水员检查确认初步止水效果后，通过监测结合管段腔体内水压力，判断拉合对接进程、控制结合腔内排水，并利用自由端水压力进一步压缩GINA止水带，待GINA止水带压缩到预定厚度后，安装OMEGA止水带，用微膨胀胶凝材料、遇水膨胀橡胶将外侧管壁密封；

(f)在完成上述操作后，将管节密封形成的箱室中的水抽干，并将竖向隔板和水平隔板缝隙用微膨胀胶凝材料填充密封，完成管节的对接。

本发明的有益效果在于：

1)接头处设置剪力键和钢套筒钢筋连接器形式，可以增强接头的抗剪和抗扭刚度，同时在施工过程，剪力键和钢套筒钢筋连接中的钢筋具有导向定位的功能。

2)采用双层止水带(GINA止水带和OMEGA止水带)，及微膨胀胶凝材料、遇水膨胀橡胶密封缝隙，形成多重防水功能。

3)在接头处的微膨胀胶凝材料、遇水膨胀橡胶，其特点是密水性好，具有较好的弹性，防止接头处混凝土发生挤压破坏。

4)该接头的变形性能好，能够吸收温度变形和地震能量，变形可以通过止水带以及胶凝材料的伸缩实现。

附图说明

图1为管体接头整体图；

图2为管体外壁纵向拼接细节图；

图3为剪力键细节图；

图4为水平隔板啮齿块拼接图；

图5为剪力键拼接前图；

图6为剪力键拼接图；

图7为钢套筒钢筋连接器拼接前图；

图8为钢套筒钢筋连接器拼接图；

图9为连接钢筋细节图；

图中结构：外层管壁1，钢端壳2，GINA止水带3，OMEGA止水带4，微膨胀胶凝材料5，遇水膨胀橡胶6，剪力键7，啮齿型拼接块8，钢套筒钢筋连接器9，竖向隔板10，水平隔板11，连接钢筋12，方形端头13，圆形截面到方形截面过渡段钢筋14，圆形截面钢筋15。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施对本发明进行说明。

如图1-图9所示，图中结构如下所示：外层管壁1，钢端壳2，GINA止水带3，OMEGA止水带4，微膨胀胶凝材料5，遇水膨胀橡胶6，剪力键7，啮齿型拼接块8，钢套筒钢筋连接器9，竖向隔板10，水平隔板11，连接钢筋12，方形端头13，圆形截面到方形截面过渡段钢筋14，圆形截面钢筋15。

钢端壳2安装在管节外层管壁1的内侧；GINA止水带3安装在钢端壳2上，作为第一道防水作用；OMEGA止水带4安装在钢端壳2的内侧，作为第二道防水作用；当OMEGA止水带4发生损伤时，可以及时对OMEGA止水带4进行更换；GINA止水带3外侧的管节接缝通过微膨胀胶凝材料5、遇水膨胀橡胶6进行密封，可以避免GINA止水带3直接与海水接触，起到初级防水功效。

内层隔板的竖向隔板10为平整断面，水平隔板11为啮齿型断面。

在竖向隔板10中设置剪力键7，剪力键7由特殊材质制成，剪力键7中有方形槽孔，用于连接竖向隔板10处的连接钢筋12，同时，剪力键7能够增强接头处的抗剪能力；剪力键7在完成连接钢筋12的连接后，采用微膨胀胶凝材料5进行接缝的密封。

水平隔板11之间设置啮齿型拼接块8，起到拼接与定位作用，在拼接完成后，在啮齿型拼接块8间浇筑微膨胀胶凝材料5密封固定，微膨胀胶凝材料5具有较好的弹性，能够缓冲啮齿型拼接块8之间的挤压；啮齿型拼接块8之间设置钢套筒钢筋连接器9，用于钢筋的接长，增强接头的强度和刚度；钢套筒钢筋连接器9有方形槽孔，用于连接水平隔板处的连接钢筋12。

内侧隔板上连接钢筋12由方形端头13、圆形截面到方形截面过渡段钢筋14以及圆形截面钢筋15组成，其中方形端头13由圆形截面钢筋15锻打而成。

剪力键7中的连接钢筋12和啮齿型拼接块8中的连接钢筋12，起到定位导向作用，通过连接钢筋12的顶推深度，可以判断管节是否完成对接拼装。

剪力键7和钢套筒钢筋连接器9的数量依据管节截面的尺寸和受力特点而确定。

本接头设计的主要施工过程如下：

(a)在进行水下管体对接前，将GINA止水带3固定在已安装的管节上，同时将啮齿型拼接块8处的钢套筒钢筋连接器9安装在连接钢筋12上，清理GINA止水3带四周及对接端端面的杂物，检查顶推设备能否正常工作；

(b)将待拼装的管节下沉，并下沉到已安装管节位置处；将竖向隔板10和水平隔板11处的连接钢筋12，分别对准剪力键7和钢套筒钢筋连接器9的槽孔中，完成初步对接，等到待拼装的管节与已安装管节的轴线对齐后，进行待拼装管节的顶推、拼装；

(c)当GINA止水带3刚接触已拼接节端面时，应精确复核并调整对接端偏差，满足要求后方可进行初步拉合止水；安装过程中注意填入遇水膨胀橡胶6，用于封闭处理；

(d)在待安装的管段与已安装的管段对齐后，可以采用顶推装置将待安装的管段拼接到已安装的管段上；注意在拼接过程中及时调节管段的高度，保证两个管段精准对位，并保持在水下的预定深度；

(e)由潜水员检查确认初步止水效果后，通过监测结合管段腔体内水压力，判断拉合对接进程、控制结合腔内排水，并利用自由端水压力进一步压缩GINA止水带3，待GINA止水带3压缩到预定厚度后，安装OMEGA止水带4，用微膨胀胶凝材料5、遇水膨胀橡胶6将外侧管壁密封；

(f)在完成上述操作后，将管节密封形成的箱室中的水抽干，并将竖向隔板10和水平隔板11缝隙用微膨胀胶凝材料5填充密封，完成管节的对接。

Claims (8)

1.一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：外层管壁(1)上止水带的安装，以及内层隔板的拼接；外层管壁(1)上主要包括端钢壳(2)、GINA止水带(3)、OMEGA止水带(4)、微膨胀胶凝材料(5)及遇水膨胀橡胶(6)；内侧管壁上主要包括剪力键(7)，啮齿型拼接块(8)，钢套筒钢筋连接器(9)等。

2.如权利要求1所述的一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：钢端壳(2)安装在管节外层管壁(1)的内侧；GINA止水带(3)安装在钢端壳(2)上，作为第一道防水作用；OMEGA止水带(4)安装在钢端壳(2)的内侧，作为第二道防水作用；当OMEGA止水带(4)发生损伤时，可以及时对OMEGA止水带(4)进行更换；GINA止水带(3)外侧的管节接缝通过微膨胀胶凝材料(5)、遇水膨胀橡胶(6)进行密封，可以避免GINA止水带(3)直接与海水接触，起到初级防水功效。

3.如权利要求1所述的一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：内层隔板的竖向隔板(10)为平整断面，水平隔板(11)为啮齿型断面。

4.如权利要求1和3所述的一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：在竖向隔板(10)中设置剪力键(7)，剪力键(7)由特殊材质制成，剪力键(7)中有方形槽孔，用于连接竖向隔板(10)处的连接钢筋(12)，同时，剪力键(7)能够增强接头处的抗剪能力；剪力键(7)在完成连接钢筋(12)的连接后，采用微膨胀胶凝材料(5)进行接缝的密封。

5.如权利要求1和3所述的一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：水平隔板(11)之间设置啮齿型拼接块(8)，起到拼接与定位作用，在拼接完成后，在啮齿型拼接块(8)间浇筑微膨胀胶凝材料(5)密封固定，微膨胀胶凝材料(5)具有较好的弹性，能够缓冲啮齿型拼接块(8)之间的挤压；啮齿型拼接块(8)之间设置钢套筒钢筋连接器(9)，用于钢筋的接长，增强接头的强度和刚度；钢套筒钢筋连接器(9)有方形槽孔，用于连接水平隔板处的连接钢筋(12)。

6.如权利要求4和5所述的一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：内侧隔板上连接钢筋(12)由方形端头(13)、圆形截面到方形截面过渡段钢筋(14)以及圆形截面钢筋(15)组成，其中方形端头(13)由圆形截面钢筋(15)锻打而成。

7.如权利要求4和5所述的一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：剪力键(7)中的连接钢筋(12)和啮齿型拼接块(8)中的连接钢筋(12)，起到定位导向作用，通过连接钢筋(12)的顶推深度，可以判断管节是否完成对接拼装。

8.如权利要求1所述的一种新型的悬浮隧道管体接头形式，其特征在于：剪力键(7)和钢套筒钢筋连接器(9)的数量依据管节截面的尺寸和受力特点而确定；

主要的施工过程如下：

(a)在进行水下管体对接前，将GINA止水(3)带固定在已安装的管节上，同时将啮齿型拼接块(8)处的钢套筒钢筋连接器(9)安装在连接钢筋(12)上，清理GINA止水(3)带四周及对接端端面的杂物，检查顶推设备能否正常工作；

(b)将待拼装的管节下沉，并下沉到已安装管节位置处；将竖向隔板(10)和水平隔板(11)处的连接钢筋(12)，分别对准剪力键(7)和钢套筒钢筋连接器(9)的槽孔中，完成初步对接，等到待拼装的管节与已安装管节的轴线对齐后，进行待拼装管节的顶推、拼装；

(c)当GINA止水(3)带刚接触已拼接节端面时，应精确复核并调整对接端偏差，满足要求后方可进行初步拉合止水；安装过程中注意填入遇水膨胀橡胶(6)，用于封闭处理；

(d)在待安装的管段与已安装的管段对齐后，可以采用顶推装置将待安装的管段拼接到已安装的管段上；注意在拼接过程中及时调节管段的高度，保证两个管段精准对位，并保持在水下的预定深度；

(e)由潜水员检查确认初步止水效果后，通过监测结合管段腔体内水压力，判断拉合对接进程、控制结合腔内排水，并利用自由端水压力进一步压缩GINA止水带(3)，待GINA止水带(3)压缩到预定厚度后，安装OMEGA止水带(4)，用微膨胀胶凝材料(5)、遇水膨胀橡胶(6)将外侧管壁密封；

(f)在完成上述操作后，将管节密封形成的箱室中的水抽干，并将竖向隔板(10)和水平隔板(11)缝隙用微膨胀胶凝材料(5)填充密封，完成管节的对接。

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