CN117211822A - 快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造及其拼装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造及其拼装方法,包括接头钢板,接头钢板包括插入接头和施锁接头,插入接头和施锁接头均通过锚筋连接于混凝土管片;一连接插杆,连接插杆连接于插入接头;和插锁系统,插锁系统包括柔性橡胶圈和可扩径的环箍式机构,环箍式机构位于柔性橡胶圈的内侧;通过连接插杆插入插锁系统,使可扩径的环箍式机构对连接插杆锁紧,实现相邻两个混凝土管片之间的稳定连接。本发明适用于地铁及公路铁路地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接,接头钢板、锚筋、连接插杆的刚度均较大,可以快速高效施工,可以取代预埋式螺栓孔,避免管片拼装过程中螺栓安装造成的破损。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域,尤其涉及一种快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造及其拼装方法,适用于地下盾构隧道施工建设期管片环间快速连接。
背景技术
随着盾构隧道技术的发展,取代螺栓接头的插锁型接头技术已成为解决快速、高效施工的关键技术,同时,该类型接头采用可以去掉管片的预埋螺栓孔,避免管片拼装的螺栓安装以及造成的裂损,实现建成隧道的内表面光滑,美观,避免螺栓孔渗漏水。现有技术中的管片连接需要人工操作完成,不仅效率较低,而且装配精度不高,容易造成漏水。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造及其拼装方法的技术方案,不仅适用于地铁及公路铁路地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接,而且接头钢板、锚筋、连接插杆的刚度均较大,可以解决快速、高效施工的关键技术,可以取代预埋式螺栓孔,避免管片拼装过程中螺栓安装造成的破损,实现建成隧道的内表面光滑、美观,避免螺栓孔渗漏水,稳定可靠,施工方便快捷。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:包括
接头钢板,接头钢板包括插入接头和施锁接头,插入接头和施锁接头均通过锚筋连接于混凝土管片;
一连接插杆,连接插杆连接于插入接头;
和插锁系统,插锁系统包括柔性橡胶圈和可扩径的环箍式机构,环箍式机构位于柔性橡胶圈的内侧;
通过连接插杆插入插锁系统,使可扩径的环箍式机构对连接插杆锁紧,实现相邻两个混凝土管片之间的稳定连接。
通过上述结构的设计,不仅适用于地铁及公路铁路地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接,而且接头钢板、锚筋、连接插杆的刚度均较大,可以解决快速、高效施工的关键技术,可以取代预埋式螺栓孔,避免管片拼装过程中螺栓安装造成的破损,实现建成隧道的内表面光滑、美观,避免螺栓孔渗漏水,稳定可靠,施工方便快捷。
进一步,环箍式机构包括弹簧圈和至少两个环箍式锁块,环箍式锁块呈环形分布,拼接形成圆环状环箍,环箍式锁块的外侧设有卡槽,弹簧圈限位于卡槽内,通过弹簧圈的设计,便于环箍式锁块的移动,满足锁紧的要求。
进一步,连接插杆的插入侧呈圆锥形结构,便于插入时调整环箍式机构的位置,实现正常锁紧。
进一步,连接插杆的固定侧设有外螺纹,固定侧与插入接头螺纹连接,便于连接插杆与插入接头进行固定连接。
进一步,连接插杆设有环形槽,环形槽用于限位环箍式锁块,环形槽沿轴向的长度大于环箍式锁块沿轴向的长度,便于实现插锁系统的自我锁紧功能,提高管片之间的连接稳定性和可靠性。
进一步,施锁接头的端面设有防护罩,防护罩内设有圆环,插锁系统限位于圆环和施锁接头之间,防护罩不仅可以起到保护插锁系统的作用,而且可以通过圆环对插锁系统进行限位,提高自锁的稳定性和可靠性。
进一步,圆环的内径大于连接插杆的外径,便于连接插杆的移动。
进一步,混凝土管片的连接端面设有防水胶条,用于阻隔隧道内和混凝土管片外侧的地下水。
如上述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造的拼装方法,其特征在于包括如下步骤:
S1、插锁系统拼装
a、首先选取至少两块环箍式锁块,拼接形成圆环状环箍;
b、然后将弹簧圈套在环箍式锁块外侧的卡槽内,形成可扩径的环箍式机构,并在弹簧圈的外侧套接柔性橡胶圈;
c、接着根据压紧施锁阶段的连接插杆插入后的长度L2,设计插锁系统的外部防护罩和圆环的长度及内径,防护罩的一端封闭,圆环固定于防护罩内侧,用于放置可扩径的环箍式机构;
S2、连接插杆加工
a、首先将连接插杆的固定侧进行套丝,插入侧加工呈圆锥形,根据混凝土管片的防水接缝允许张开量△,设计环箍式锁块的位置,并在连接插杆的插入侧加工环形槽,用于放置环箍式锁块对连接插杆卡紧,其中环形槽的长度大于环箍式锁块锁块长度L的1.2倍,深度为环箍式锁块厚度t的1/2;
b、然后根据受力设计连接插杆的环形槽处直径为2R,进而设计连接插杆的直径为2R+t;
c、接着在连接插杆的固定侧根据受力设计锚固长度L1进行套丝;
S3、接头钢板加工
a、首先根据连接插杆的锚固长度,选取接头钢板,接头钢板包括连接于两侧混凝土管片的插入接头和施锁接头;
b、然后根据连接插杆上的外螺纹在插入接头上进行钻孔攻丝;
c、接着在施锁接头的一侧焊接插锁系统;
S4、混凝土管片拼装
a、在盾构隧道的混凝土管片浇筑时,先将插入接头和施锁接头分别预先安装在设计位置,并将锚筋焊接于混凝土管片上,再进行混凝土浇筑,确保插入接头和施锁接头与混凝土管片一体化;
b、然后预先将连接插杆的固定侧拧入待拼装混凝土管片的插入接头上,前后两片混凝土管片对接后,将连接插杆的插入侧插入施锁接头内,由盾构机千斤顶顶推挤压使两个混凝土管片压紧,对施锁接头内的连接插杆进行施锁,同时使两混凝土管片上的防水胶条紧密贴合,阻隔隧道内和混凝土管片外侧的地下水;
c、在两环混凝土管片拼装完毕后,由插锁系统进行自我锁紧,并由环箍式锁块对连接插杆的位置进行调整,直至完全锁紧。
该拼接方法步骤简单,不仅可以大大降低人工拼接的劳动强度,而且提高了安全性,而且可以实现地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接。
本发明由于采用了上述技术方案,具有以下有益效果:
1、本发明不仅适用于地铁及公路铁路地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接,而且接头钢板、锚筋、连接插杆的刚度均较大,可以解决快速、高效施工的关键技术,可以取代预埋式螺栓孔,避免管片拼装过程中螺栓安装造成的破损,实现建成隧道的内表面光滑、美观,避免螺栓孔渗漏水,稳定可靠,施工方便快捷。
2、该拼接方法步骤简单,不仅可以大大降低人工拼接的劳动强度,而且提高了安全性,而且可以实现地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1为本发明快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造及其拼装方法中混凝土管片拼装插入时的结构示意图;
图2为本发明中千斤顶顶推压紧施锁时的结构示意图;
图3为本发明中拼装完毕自我锁紧时的结构示意图;
图4为本发明中接头钢板的构造示意图;
图5为本发明中连接插杆的结构示意图;
图6为本发明中连接插杆穿过环箍式锁块时的结构示意图;
图7为本发明中环箍式锁块锁紧时的结构示意图;
图8为本发明中环箍式锁块拼接时的结构示意图;
图9为本发明中弹簧圈与环箍式锁块连接时的截面示意图;
图10为本发明中弹簧圈、环箍式锁块和柔性橡胶套之间的连接示意图;
图11为本发明中拼装方法的流程示意图。
图中:1-混凝土管片;2-防水胶条;3-插锁系统;4-接头钢板;5-锚筋;6-插入接头;7-施锁接头;8-连接插杆;9-环形槽;10-环箍式锁块;11-柔性橡胶圈;12-弹簧圈;13-圆环;14-防护罩。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
如图1至图10所示,为本发明快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,包括接头钢板4、连接插杆8和插锁系统3,接头钢板4包括插入接头6和施锁接头7,插入接头6和施锁接头7均通过锚筋5连接于混凝土管片1。施锁接头7的端面设有防护罩14,防护罩14内设有圆环13,插锁系统3限位于圆环13和施锁接头7之间,防护罩14不仅可以起到保护插锁系统3的作用,而且可以通过圆环13对插锁系统3进行限位,提高自锁的稳定性和可靠性。圆环13的内径大于连接插杆8的外径,便于连接插杆8的移动。
连接插杆8连接于插入接头6;连接插杆8的插入侧呈圆锥形结构,便于插入时调整环箍式机构的位置,实现正常锁紧。连接插杆8的固定侧设有外螺纹,固定侧与插入接头6螺纹连接,便于连接插杆8与插入接头6进行固定连接。连接插杆8设有环形槽9,环形槽9用于限位环箍式锁块10,环形槽9沿轴向的长度大于环箍式锁块10沿轴向的长度,便于实现插锁系统3的自我锁紧功能,提高管片之间的连接稳定性和可靠性。
插锁系统3包括柔性橡胶圈11和可扩径的环箍式机构,环箍式机构位于柔性橡胶圈11的内侧;环箍式机构包括弹簧圈12和至少两个环箍式锁块10,本申请优先采用三个环箍式锁块10,环箍式锁块10呈环形分布,拼接形成圆环状环箍,环箍式锁块10的外侧设有卡槽,弹簧圈12限位于卡槽内,通过弹簧圈12的设计,便于环箍式锁块10的移动,满足锁紧的要求。
通过连接插杆8插入插锁系统3,使可扩径的环箍式机构对连接插杆8锁紧,实现相邻两个混凝土管片1之间的稳定连接。混凝土管片1的连接端面设有防水胶条2,用于阻隔隧道内和混凝土管片1外侧的地下水。
通过上述结构的设计,不仅适用于地铁及公路铁路地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接,而且接头钢板4、锚筋5、连接插杆8的刚度均较大,可以解决快速、高效施工的关键技术,可以取代预埋式螺栓孔,避免管片拼装过程中螺栓安装造成的破损,实现建成隧道的内表面光滑、美观,避免螺栓孔渗漏水,稳定可靠,施工方便快捷。
如上述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造的拼装方法,如图11所示,包括如下步骤:
S1、插锁系统3拼装
a、首先选取至少两块环箍式锁块10,拼接形成圆环状环箍;
b、然后将弹簧圈12套在环箍式锁块10外侧的卡槽内,形成可扩径的环箍式机构,并在弹簧圈12的外侧套接柔性橡胶圈11;
c、接着根据压紧施锁阶段的连接插杆8插入后的长度L2,设计插锁系统3的外部防护罩14和圆环13的长度及内径,防护罩14的一端封闭,圆环13固定于防护罩14内侧,用于放置可扩径的环箍式机构;
S2、连接插杆8加工
a、首先将连接插杆8的固定侧进行套丝,插入侧加工呈圆锥形,根据混凝土管片1的防水接缝允许张开量△,设计环箍式锁块10的位置,并在连接插杆8的插入侧加工环形槽9,用于放置环箍式锁块10对连接插杆8卡紧,其中环形槽9的长度大于环箍式锁块10锁块长度L的1.2倍,深度为环箍式锁块10厚度t的1/2;
b、然后根据受力设计连接插杆8的环形槽9处直径为2R,进而设计连接插杆8的直径为2R+t;
c、接着在连接插杆8的固定侧根据受力设计锚固长度L1进行套丝;
受力设计为预紧力设计,其满足如下公式:
其中:F——预紧力;
P——防水胶条接触压力;
T——螺栓及锁块的削切力;
N——抗拉力;
L——锁块长度;
R——锁块半径。
S3、接头钢板4加工
a、首先根据连接插杆8的锚固长度,选取接头钢板4,接头钢板4包括连接于两侧混凝土管片1的插入接头6和施锁接头7;
b、然后根据连接插杆8上的外螺纹在插入接头6上进行钻孔攻丝;
c、接着在施锁接头7的一侧焊接插锁系统3;
S4、混凝土管片1拼装
a、在盾构隧道的混凝土管片1浇筑时,先将插入接头6和施锁接头7分别预先安装在设计位置,并将锚筋5焊接于混凝土管片1上,再进行混凝土浇筑,确保插入接头6和施锁接头7与混凝土管片1一体化;
b、然后预先将连接插杆8的固定侧拧入待拼装混凝土管片1的插入接头6上,前后两片混凝土管片1对接后,将连接插杆8的插入侧插入施锁接头7内,由盾构机千斤顶顶推挤压使两个混凝土管片1压紧,对施锁接头7内的连接插杆8进行施锁,同时使两混凝土管片1上的防水胶条2紧密贴合,阻隔隧道内和混凝土管片1外侧的地下水;
c、在两环混凝土管片1拼装完毕后,由插锁系统3进行自我锁紧,并由环箍式锁块10对连接插杆8的位置进行调整,直至完全锁紧。
该拼接方法步骤简单,不仅可以大大降低人工拼接的劳动强度,而且提高了安全性,而且可以实现地下盾构隧道建设过程中大直径管片环间快速连接。
以上仅为本发明的具体实施例,但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础,为实现基本相同的技术效果,所作出地简单变化、等同替换或者修饰等,皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:包括
接头钢板,所述接头钢板包括插入接头和施锁接头,所述插入接头和所述施锁接头均通过锚筋连接于混凝土管片;
一连接插杆,所述连接插杆连接于所述插入接头;
和插锁系统,所述插锁系统包括柔性橡胶圈和可扩径的环箍式机构,所述环箍式机构位于所述柔性橡胶圈的内侧;
通过所述连接插杆插入所述插锁系统,使可扩径的所述环箍式机构对所述连接插杆锁紧,实现相邻两个所述混凝土管片之间的稳定连接。
2.根据权利要求1所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:所述环箍式机构包括弹簧圈和至少两个环箍式锁块,所述环箍式锁块呈环形分布,拼接形成圆环状环箍,所述环箍式锁块的外侧设有卡槽,所述弹簧圈限位于所述卡槽内。
3.根据权利要求1所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:所述连接插杆的插入侧呈圆锥形结构,便于插入时调整所述环箍式机构的位置,实现正常锁紧。
4.根据权利要求1所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:所述连接插杆的固定侧设有外螺纹,所述固定侧与所述插入接头螺纹连接。
5.根据权利要求2所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:所述连接插杆设有环形槽,所述环形槽用于限位所述环箍式锁块,所述环形槽沿轴向的长度大于所述环箍式锁块沿轴向的长度。
6.根据权利要求1所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:所述施锁接头的端面设有防护罩,所述防护罩内设有圆环,所述插锁系统限位于所述圆环和所述施锁接头之间。
7.根据权利要求6所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:所述圆环的内径大于所述连接插杆的外径。
8.根据权利要求1所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造,其特征在于:所述混凝土管片的连接端面设有防水胶条,用于阻隔隧道内和所述混凝土管片外侧的地下水。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的快速插锁型大直径盾构管片环间接头构造的拼装方法,其特征在于包括如下步骤:
S1、插锁系统拼装
a、首先选取至少两块环箍式锁块,拼接形成圆环状环箍;
b、然后将弹簧圈套在环箍式锁块外侧的卡槽内,形成可扩径的环箍式机构,并在弹簧圈的外侧套接柔性橡胶圈;
c、接着根据压紧施锁阶段的连接插杆插入后的长度L2,设计插锁系统的外部防护罩和圆环的长度及内径,防护罩的一端封闭,圆环固定于防护罩内侧,用于放置可扩径的环箍式机构;
S2、连接插杆加工
a、首先将连接插杆的固定侧进行套丝,插入侧加工呈圆锥形,根据混凝土管片的防水接缝允许张开量△,设计环箍式锁块的位置,并在连接插杆的插入侧加工环形槽,用于放置环箍式锁块对连接插杆卡紧,其中环形槽的长度大于环箍式锁块锁块长度L的1.2倍,深度为环箍式锁块厚度t的1/2;
b、然后根据受力设计连接插杆的环形槽处直径为2R,进而设计连接插杆的直径为2R+t;
c、接着在连接插杆的固定侧根据受力设计锚固长度L1进行套丝;
S3、接头钢板加工
a、首先根据连接插杆的锚固长度,选取接头钢板,接头钢板包括连接于两侧混凝土管片的插入接头和施锁接头;
b、然后根据连接插杆上的外螺纹在插入接头上进行钻孔攻丝;
c、接着在施锁接头的一侧焊接插锁系统;
S4、混凝土管片拼装
a、在盾构隧道的混凝土管片浇筑时,先将插入接头和施锁接头分别预先安装在设计位置,并将锚筋焊接于混凝土管片上,再进行混凝土浇筑,确保插入接头和施锁接头与混凝土管片一体化;
b、然后预先将连接插杆的固定侧拧入待拼装混凝土管片的插入接头上,前后两片混凝土管片对接后,将连接插杆的插入侧插入施锁接头内,由盾构机千斤顶顶推挤压使两个混凝土管片压紧,对施锁接头内的连接插杆进行施锁,同时使两混凝土管片上的防水胶条紧密贴合,阻隔隧道内和混凝土管片外侧的地下水;
c、在两环混凝土管片拼装完毕后,由插锁系统进行自我锁紧,并由环箍式锁块对连接插杆的位置进行调整,直至完全锁紧。
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