CN114856621A - 一种盾构隧道管片的纵向抗震接头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构隧道管片的纵向抗震接头，属于盾构隧道管片衬砌接头技术领域。包括预制于混凝土管片a内的螺纹套管，螺杆与螺纹套管螺纹连接，橡胶球套管套设于所述螺杆上，螺杆端部设有橡胶垫片，钢垫圈a与橡胶垫片贴合，钢垫圈b与钢垫圈a相对设置，弹性装置两端分别连接钢垫圈b和钢垫圈a，紧固螺母螺纹连接螺杆并与所述钢垫圈b贴合，锁紧螺母与螺杆螺纹连接并与紧固螺母接触。本发明的有益效果是：减少混凝土管片开手孔的数量，减少技术人员螺栓紧固作业时间，使得现有盾构技术及设备可以更容易应用及实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道管片的纵向抗震接头，属于盾构隧道管片衬砌接头技术领域。
背景技术
盾构法具有环保、安全、高效等特点，盾构隧道的设计流程和施工工法已经日趋完善，但在建设及运营过程中也暴露了一些问题，盾构隧道管片采用的是预制管片进行现场拼接方式，隧道结构穿越不良地质时，可能会由于衬砌的之间的变形或地震荷载作用引起纵向管片连接螺栓发生局部破坏。
盾构隧道管片接头是衬砌管环结构的薄弱环节，接头螺栓形式逐渐从弯螺栓、直螺栓、到现在常用的斜螺栓。现有的弯螺栓或直螺栓接头，需要在对接混凝土管片外表面均开凹槽形成手孔，待拼接的两管片手孔之间有贯通孔，螺杆穿入贯通孔，在两管片手孔内螺杆端部拧紧螺母实现管片拼接。现有的盾构隧道管片衬砌的纵向斜螺栓接头仅需要在单侧连接管片外表面开凹槽形成手孔，连接管片通过手孔贯通使得螺栓穿入纵向孔，通过内置螺纹使得螺栓在手孔远端固定，手孔一侧通过螺母拧紧实现管片连接。当相邻的衬砌环伴随地层的变形而产生拉伸或错动时，往往造成纵向连接螺栓被拉断或被混凝土管片剪断以及混凝土管片的局部破坏。上述问题不仅降低了结构本身的安全性，而且由于进一步造成止水带错动或挤压力不足令盾构隧道产生严重的渗漏水问题。
现有的盾构隧道管片衬砌的弯螺栓或直螺栓接头需要在对接管片外表面均开凹槽形成手孔，且减小了混凝土管片截面尺寸，而斜螺栓仅在连接管片单侧外表面开凹槽形成手孔，现有接头抗剪及抗拉变形能力有限，在地震时容易造成接头螺栓及衬砌结构的破坏，盾构隧道的纵向接头连接处的抗震能力有待提高。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种盾构隧道管片的纵向抗震接头，更好的满足地层不均时变形的要求，增加接头的纵向抗拉、抗弯及抗剪能力，减小地震作用对接头的拉伸及剪切破坏。
本发明的技术方案是：一种盾构隧道管片的纵向抗震接头，包括预制于混凝土管片a内的螺纹套管，螺杆与螺纹套管螺纹连接，橡胶球套管套设于所述螺杆上，螺杆端部设有橡胶垫片，钢垫圈a与橡胶垫片贴合，钢垫圈b与钢垫圈a相对设置，弹性装置两端分别连接钢垫圈b和钢垫圈a，紧固螺母螺纹连接螺杆并与所述钢垫圈b贴合，锁紧螺母与螺杆螺纹连接并与紧固螺母接触。
所述弹性装置为弹簧。
所述螺杆贯穿混凝土管片b并延伸至混凝土管片a内，螺杆端部与固定于混凝土管片a内的螺纹套管螺纹连接。
所述混凝土管片a和混凝土管片b上均开有半球形腔，橡胶球套管位于两个所述半球形腔组成的球形腔内，所述球形腔形状与橡胶球套管相吻合。
所述橡胶垫片位于混凝土管片b外部，橡胶垫片与混凝土管片b的安装端面贴合。
所述混凝土管片a和混凝土管片b之间设有水胀橡胶。
所述紧固螺母为右旋紧固螺母，所述锁紧螺母为左旋锁紧螺母。
本发明的有益效果是：设置橡胶球套管，管片发生弯曲或拉伸时增大了管片产生的变形，减小纵向螺杆发生剪切破坏，同时增大了弹性止水条的宽度，避免相邻管片因错动引起漏水；设置橡胶垫圈及弹簧，增大了管片环间纵向拉伸变形，减弱了管片抗拉刚度，可以通过橡胶垫圈及弹簧的压缩变形降低地震作用下围岩变形对螺杆的破坏；设置紧固螺母及锁紧螺母，通过紧固螺母右旋及锁紧螺母左旋的设置实现螺母的自锁，对螺杆的位移进行限制，使得接头仅能在一定范围内产生形变。本发明结构简单，容易实现，减少混凝土管片开手孔的数量，减少技术人员螺栓紧固作业时间，使得现有盾构技术及设备可以更容易应用及实施。
附图说明
图1为本发明的应用示意图；
图2为本发明的结构示意图。
图中附图标记如下：1、混凝土管片a，2、螺纹套管，3、螺杆，4、橡胶球套管，5、橡胶垫片，6、钢垫圈a，7、弹性装置，8、紧固螺母，9、锁紧螺母，10、水胀橡胶，11、钢垫圈b，12、混凝土管片b。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明做进一步说明：
一种盾构隧道管片的纵向抗震接头，螺杆3贯穿混凝土管片b12并延伸至混凝土管片a1内，混凝土管片a1和混凝土管片b12之间设有水胀橡胶10，螺杆3端部与固定于混凝土管片a1内的螺纹套管2螺纹连接，橡胶球套管4套设于所述螺杆3上，混凝土管片a1和混凝土管片b12上均开有半球形腔，橡胶球套管4位于两个所述半球形腔组成的球形腔内，所述球形腔形状与橡胶球套管4相吻合，螺杆3端部设有橡胶垫片5，橡胶垫片5位于混凝土管片b12外部，橡胶垫片5与混凝土管片b12的安装端面贴合，钢垫圈a6与橡胶垫片5贴合，钢垫圈b11与钢垫圈a6相对设置，弹簧两端分别连接钢垫圈b11和钢垫圈a6，紧固螺母8螺纹连接螺杆3并与所述钢垫圈b11贴合，锁紧螺母9与螺杆3螺纹连接并与紧固螺母8接触，所述紧固螺母8为右旋紧固螺母，所述锁紧螺母9为左旋锁紧螺母。
本发明原理如下：
混凝土管片a1和混凝土管片b12的连接处设置橡胶球套管4，当相邻的混凝土管片(即，混凝土管片a1和混凝土管片b12之间)发生一定范围内的错动时，橡胶球套管4发生形变，螺杆3不会直接发生剪切破坏，同时增大弹性止水条宽度，避免相邻的混凝土管片发生错动导致防水失效。
盾构隧道纵向接缝处可以发生沿隧道环向及轴向两个方向的变形，由于同时设置橡胶球套管4、橡胶垫片5及弹簧装置7，增大了结构整体的柔性，可以有效提高盾构隧道在地震作用下发生的轴向拉伸及纵向弯曲变形，提升盾构隧道的抗震能力。
具体计算如下：
假设螺杆直径为dl，橡胶球套管直径dq，相邻管片发生错动时，造成纵向连接螺栓发生剪切破坏前的最大位移差
d’＝dq-dl
由于设置了橡胶垫圈，当管片错动时，管片可以在垫圈位置可以产生绕螺杆轴线垂直方向的转动，减小螺杆在管片连接处产生集中应力。
橡胶垫圈的存在可以使得盾构隧道发生纵向变形时，通过自身的压缩变形减弱地层变形对螺栓、管片产生的破坏。
假设螺杆的有效长度为Ll，螺杆截面面积为Al，螺杆弹性模量El，弹簧的劲度系数为k。
假设混凝土管片纵向接头相对位移为Δ，对于传统混凝土管片纵向接头的螺栓承受拉力为F1＝ΔElAl/Ll，根据本发明螺栓承受的拉力为F1’＝ΔElAl/(Ll+ElAl/k)。
在某些实施例中，每一混凝土管片位于若干螺杆的外侧由内向外均设有水胀橡胶10。
在实际拼装时，首先在如图1所示位置粘贴水胀橡胶10，并将橡胶球套管对准螺杆套入，使得混凝土管片、螺杆及橡胶球套管接触吻合，然后把带有手孔的管片中的螺杆孔对准螺杆进行拼接，在螺杆末端依次套入橡胶垫圈、钢垫圈、弹簧、钢垫圈、右旋紧固螺母、左旋锁紧螺母，最终通过旋转紧螺母即可实现相邻混凝土管片间的拼接。
基本参数取值，纵向接头螺杆的弹性模量为El＝210GPa，螺杆长度为Ll＝600mm，螺杆直径dl＝36mm，截面积Al＝1018mm2。
假设盾构隧道发生沿轴向的形变，接头拉开的距离为Δ＝2mm，现有技术纵向接头斜螺栓的设置方法，螺杆承受的拉力为：ΔF1＝0.002×210×109×1018×10-6/0.6＝712.6kN
采用本发明的纵向接头，取弹簧刚度的劲度系数k＝108N/m，此时螺杆承受的拉力为：ΔF1＝0.002×210×109×1018×10-6/(0.6+210×109×1018×10-6/108)＝156.17kN。
可见当盾构隧道纵向接头沿隧道轴线方向的发生形变后，采用本发明所产生的螺杆拉力远小于现有技术，接头抵抗管片纵向拉伸变形的能力显著提高，同时也提高了盾构隧道纵向抵抗地震荷载的能力。
假设盾构隧道纵向接头位置沿切向发生相对形变，现有技术螺杆孔径直径dk＝48mm，当螺杆未发生剪切破坏时，相邻管片的最大错台量为：Δx＝dk-dl＝12mm。
采用本专利纵向接头时，取橡胶球套管截面最大直径dq＝72mm，当螺杆为发生剪切破坏前，相邻管片最大的错台量为：Δx＝dq-dl＝36mm
本专利提供的措施可以有效提高盾构隧道衬砌管片的变形能力，轴向可以通过弹簧的提高管片拉伸性能，切向可以通过橡胶球套管提高管片抗剪切性能，同时满足盾构隧道管片两个方向的变形能力，提高了管片整体抗震性能。
实际应用中可以根据地区的地质条件预估盾构隧道使用年限内相应接头产生的切向相对位移量，并以此为依据设置橡胶球套管最大直径dq。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种盾构隧道管片的纵向抗震接头，其特征在于，包括预制于混凝土管片a(1)内的螺纹套管(2)，螺杆(3)与螺纹套管(2)螺纹连接，橡胶球套管(4)套设于所述螺杆(3)上，螺杆(3)端部设有橡胶垫片(5)，钢垫圈a(6)与橡胶垫片(5)贴合，钢垫圈b(11)与钢垫圈a(6)相对设置，弹性装置(7)两端分别连接钢垫圈b(11)和钢垫圈a(6)，紧固螺母(8)螺纹连接螺杆(3)并与所述钢垫圈b(11)贴合，锁紧螺母(9)与螺杆(3)螺纹连接并与紧固螺母(8)接触。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片的纵向抗震接头，其特征在于，所述弹性装置(7)为弹簧。
3.根据权利要求1所述的盾构隧道管片的纵向抗震接头，其特征在于，所述螺杆(3)贯穿混凝土管片b(12)并延伸至混凝土管片a(1)内，螺杆(3)端部与固定于混凝土管片a(1)内的螺纹套管(2)螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的盾构隧道管片的纵向抗震接头，其特征在于，所述混凝土管片a(1)和混凝土管片b(12)上均开有半球形腔，橡胶球套管(4)位于两个所述半球形腔组成的球形腔内，所述球形腔形状与橡胶球套管(4)相吻合。
5.根据权利要求3所述的盾构隧道管片的纵向抗震接头，其特征在于，所述橡胶垫片(5)位于混凝土管片b(12)外部，橡胶垫片(5)与混凝土管片b(12)的安装端面贴合。
6.根据权利要求3所述的盾构隧道管片的纵向抗震接头，其特征在于，所述混凝土管片a(1)和混凝土管片b(12)之间设有水胀橡胶(10)。
7.根据权利要求1所述的盾构隧道管片的纵向抗震接头，其特征在于，所述紧固螺母(8)为右旋紧固螺母，所述锁紧螺母(9)为左旋锁紧螺母。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1082279A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-03-31 | Chubu Electric Power Co Inc | シールドセグメントの耐震用可撓継手およびその施工法 |
| CN106761868A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 安徽理工大学 | 一种新型耐久磁化锚杆 |
| CN108105250A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-01 | 西南交通大学 | 一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈 |
| CN110939457A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-31 | 兰州理工大学 | 一种充气减隔震隧道衬砌结构及施工方法 |
| CN112761681A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-05-07 | 西南交通大学 | 一种高水头盾构隧道管片的螺栓孔防水结构 |
| CN113503168A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-10-15 | 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司 | 高烈度地震活动断层区域的盾构隧道纵向接头结构 |
| CN114215534A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-22 | 西南交通大学 | 一种具有减震效果的盾构隧道斜螺栓专用复合套筒 |
-
2022
- 2022-04-22 CN CN202210428567.3A patent/CN114856621A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1082279A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-03-31 | Chubu Electric Power Co Inc | シールドセグメントの耐震用可撓継手およびその施工法 |
| CN106761868A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 安徽理工大学 | 一种新型耐久磁化锚杆 |
| CN108105250A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-01 | 西南交通大学 | 一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈 |
| CN110939457A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-31 | 兰州理工大学 | 一种充气减隔震隧道衬砌结构及施工方法 |
| CN112761681A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-05-07 | 西南交通大学 | 一种高水头盾构隧道管片的螺栓孔防水结构 |
| CN113503168A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-10-15 | 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司 | 高烈度地震活动断层区域的盾构隧道纵向接头结构 |
| CN114215534A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-22 | 西南交通大学 | 一种具有减震效果的盾构隧道斜螺栓专用复合套筒 |
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