CN203702167U - 一种复合管片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及管片结构，具体涉及一种复合管片结构，其特征在于所述管片为混凝土与钢板的复合结构，所述管片的内弧面、外弧面以及纵缝端面覆盖有钢板，且在所述管片的环面布置有环肋板。本实用新型的优点是，该复合管片具有承载能力高，管片厚度小的特点，可以满足大断面矩形盾构隧道及圆形隧道的特殊区间的受力要求；管片的主要受力构件为钢结构，通过调整管片钢板的厚度，可以满足不同覆土厚度下盾构隧道的受力要求而无需调整盾构机的尺寸，适应范围大；管片表面的大部分或全部被钢板覆盖，由施工荷载引起的管片边角部位的破损得以减少，可以使用于小半径曲线区间的圆形隧道。

Description

一种复合管片结构

技术领域

本实用新型涉及管片结构，具体涉及一种适用于大断面矩形盾构隧道和超深覆土小半径曲线段的圆形隧道的复合管片结构。

背景技术

随着城市建设大规模地发展，地下空间的开发与利用条件变得越来越苛刻。为了避开已有的建筑物，在盾构隧道设计中采用了超深覆土与小半径曲线。在上海市周家嘴路越江隧道工程中，为了避开黄浦江边的码头桩基，隧道的最大覆土厚度达到44.4m，隧道顶部的地层为软弱地层与坚硬地层相互组成。由上海城市建设设计研究总院设计正处于施工状态的上海市虹梅路隧道其埋深也为43m。随着隧道埋深的加大，管片衬砌所承受的水土压力也在增大，这对管片的承载能力提出了更高的要求。此外，矩形盾构在特殊的建设环境下也得到了应用，如在虹桥临空11-3地块地下连接通道工程中采用了大断面（10m×5m）矩形盾构隧道。由于矩形盾构隧道的受力特点不同于圆形隧道。在矩形盾构隧道中产生的轴力远小于圆形隧道。圆形隧道管片以偏压为主，而矩形、异形隧道管片以受弯剪为主。在采用混凝土管片的情况下，为了满足超深覆土的圆形隧道及大断面矩形盾构的受力要求，需要增加管片厚度或增加含钢量。管片厚度增大会导致盾构隧道内部使用空间的减小，盾构的尺寸增大。采用过高的含钢量会使隧道的经济性能指标降低，与截面刚度相匹配的管片接头的设计也成为难点。

在城市建筑物密集区域为了尽量减少对相邻地块的影响，小曲线半径的施工案例也在增多。从已建的小半径盾构隧道的施工质量来看，在小半径曲线段管片出现开裂漏水等不良施工质量现象的几率变大。在小半径曲线施工区间，由于盾构机本身为直线形刚体，圆曲线段掘进只能形成一段连续的折线来拟合圆曲线。为了使盾构隧道轴线与设计轴线相吻合，掘进过程中需要进行连续纠偏。圆曲线半径越小，拟合困难就越大，掘进单位距离的纠偏量也越大，纠偏精确度越低，因此隧道轴线控制难度较大。线路转弯弧度大，需要左、右侧推进油缸形成一个较大的推力差才能满足盾构机的转弯要求,致使姿态调整的推力可调范围更小，从而加大质量控制难度。同时需要使用不等的推进千斤顶分区油压来实现盾构机沿设计轴线掘进，管片迎千斤顶面需要承受更大的施工荷载，管片出现崩缺、错台等质量问题的概率增大。

鉴于上述情况，本领域急需开发一种管片厚度小、承载能力高、手孔容易制作的管片，同时该管片结构表面强度大，可以有效减少管片崩缺、损坏的可能性。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种复合管片结构，该复合管片结构通过采用六面覆盖钢板的复合结构或四面覆盖钢板、内置环肋板的复合结构，以满足大断面矩形隧道、超深覆土及小半径曲线段圆形隧道的受力要求。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种复合管片结构，其特征在于所述管片为混凝土与钢板的复合结构，所述管片的内弧面、外弧面以及纵缝端面覆盖有钢板，且在所述管片的环面布置有环肋板。

所述环肋板位于所述管片环面的外部，所述环肋板为钢板。

所述钢板的表面布置有一定数量的指向所述管片内部的栓钉，以使所述钢板与所述混凝土构成一体。

所述环肋板位于所述管片环面的内部，所述环肋板为钢板。

所述环肋板之间布置有一定数量的拉结钢筋和栓钉，以使所述环肋板与所述混凝土构成一体。

所述管片的一端纵缝接头上具有一排或两排螺栓安装孔，其另一端纵缝接头上具有预埋螺母，所述预埋螺母的位置与所述螺栓安装孔的位置一一对应。

所述管片的一端纵缝接头上具有凹槽，其另一端纵缝接头上具有与所述凹槽相对应的凸榫。

所述管片的一侧环缝接头上具有螺栓安装手孔，其另一侧环缝接头上具有与所述手孔位置相对应的预埋螺母。

本实用新型的优点是，该复合管片具有承载能力高，管片厚度小的特点，可以满足大断面矩形盾构隧道及圆形隧道的特殊区间的受力要求；管片的主要受力构件为钢结构，通过调整管片钢板的厚度，可以满足不同覆土厚度下盾构隧道的受力要求而无需调整盾构机的尺寸，适应范围大；管片表面的大部分或全部被钢板覆盖，由施工荷载引起的管片边角部位的破损得以减少，可以使用于小半径曲线区间的圆形隧道。

附图说明

图1为本实用新型图3中六面覆盖有钢板时复合管片结构C-C剖面图；

图2为本实用新型中圆弧形管片接头示意图；

图3为本实用新型中圆弧形管片迎千斤顶面示意图；

图4为本实用新型中圆弧形管片背千斤顶面示意图；

图5为本实用新型中图2的A-A剖面图；

图6为本实用新型中使用于矩形隧道转角处管片的平面示意图；

图7为本实用新型中图6的B-B剖面图；

图8为本实用新型中管片环向双排螺栓孔布置示意图；

图9为本实用新型中管片钢板上设置栓钉的示意图；

图10为本实用新型图3中四面覆盖有钢板且环肋板内置时复合管片结构C-C剖面图；

图11为本实用新型中管片内部设置有栓钉和拉结钢筋的示意图；

图12为本实用新型中环肋板开孔示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-12，图中标记1-21分别为：混凝土1、端板2、环肋板3、端板4、吊装孔5、螺栓安装手孔6、预埋螺母7、环缝接头8、迎千斤顶面9、背千斤顶面10、外弧面钢板11、内弧面钢板12、吊装预埋件13、注浆预埋件14、螺栓安装孔15、预埋螺母16、纵缝接头17、栓钉18、端部混凝土结构19、拉结钢筋20、孔21。

实施例一：本实施例具体涉及一种复合管片结构，为了提高管片的承载能力，该管片采用混凝土为主体且六面覆盖钢板的复合结构，管片在环向与纵向之间的拼装可采用直螺栓、斜螺栓或弯螺栓的连接结构，此复合管片结构可适用于超深覆土、小半径曲线区间的圆形盾构隧道。

首先对本实施例中所提及的管片六个面作如下约定，以免造成混淆：①管片的内弧面即为其内壁面，位于隧道空间的内部；②管片的外弧面即为其外壁面，位于隧道空间的外部；③管片的端面即为相邻管片之间的纵缝拼接面；④管片的环面即为相邻管节之间的环缝拼接面，即迎千斤顶面和背千斤顶面。

如图1、9所示，管片的主体为混凝土1，为提高管片的承载力，分别在其六个面上覆盖钢板，即在管片的内、外弧面覆盖内弧面钢板和外弧面钢板，在管片的纵缝端面分别覆盖端板2和端板4，在管片的两个环面上分别覆盖环肋板3；管片的主要受力构件为各钢板结构，通过调整钢板的厚度，可以满足不同覆土厚度下盾构隧道的受力要求而无需调整盾构机的尺寸。如图9所示，为了加强钢板与混凝土1之间的连接作用，分别在各钢板表面布置有若干指向管片内部的栓钉18，以确保钢板与混凝土1之间构成一体共同作用。

如图2-8所示，各管节之间的环缝通过斜螺栓进行连接，管片之间的纵缝通过直螺栓进行连接。

如图2-5所示为一圆弧形管片，迎千斤顶面9处的环缝接头8上开设有螺栓安装手孔6，在背千斤顶面10处的环缝接头8上设置有预埋螺母7，其中预埋螺母7的设置位置和数量与螺栓安装手孔的设置位置和数量一一对应；同时在管片的法向布置有若干吊装孔5，以方便吊运安装。

如图6-8所示为一矩形盾构隧道转角处管片，由三段不同半径的圆弧组成，在管片的一侧纵缝接头17上开设有螺栓安装孔15，另一侧纵缝接头17设置有预埋螺母16，预埋螺母16的设置位置和数量与螺栓安装孔15的设置位置和数量一一对应，当管片接头承受较大弯矩的情况下，可采用双排螺栓安装孔15和预埋螺母16进行连接，双排螺栓安装孔15的布置形式如图8所示；当管片接头需要承受较大剪力的情况下，在纵缝接头17处设置凹凸榫结构，通过凹槽与凸榫之间的嵌合作用提高纵缝接头17的承载能力；在该管片的法向上同样布置有若干吊装孔5，以方便吊运安装。

如图1-9所示，该复合管片结构的制作流程具体如下：首先对外弧面钢板11、内弧面钢板12、端板2和4、环肋板3各个组成构件进行机加工；然后通过钢板之间的焊接形成钢结构腔体，期间在各钢板的内表面上均匀间隔布置若干栓钉18；将钢结构腔体置于胎膜中，分别在环向和纵向预留螺栓安装手孔和预埋螺母，通过在外弧面钢板11上开设浇注孔，向腔体内充入高流动性混凝土1；之后进行混凝土的养护，最后出厂运输到施工现场进行拼装。

本实施例中环肋板3设置于管片侧面，需要进行机加工，因此造价较高，但是管片的整体性能好；由于管片侧面布置有钢板，可较好承担千斤顶的推力作用，适用于超深覆土、小半径曲线区间盾构隧道。

实施例二：本实施例具体涉及一种复合管片结构，为了提高管片的承载能力，该管片采用混凝土为主体、四面覆盖钢板且环肋板内置的复合结构，管片在环向与纵向之间的拼装可采用直螺栓、斜螺栓或弯螺栓的连接结构，此复合管片结构可适用于浅覆土的矩形盾构隧道。

如图10所示，管片的主体为混凝土1，为提高管片的承载力，分别在其四个面上覆盖钢板，即在管片的内、外弧面分别覆盖内弧面钢板和外弧面钢板，在管片的纵缝端面分别覆盖端板2和端板4；管片的环肋板3位于管片中间，而其环面则为混凝土面；管片的主要受力构件为各钢板结构，通过调整钢板的厚度，可以满足不同覆土厚度下盾构隧道的受力要求而无需调整盾构机的尺寸。

如图11、12所示，由于环肋板3位于管片中间部位，因此采用拉结钢筋20与栓钉18相结合的形式，以确保钢板与混凝土1之间构成一体共同作用；为了能使拉结钢筋20能穿过环肋板3，在拉结钢筋20通过环肋板3的位置处进行开孔21，如图12所示。

各管节之间的环缝通过斜螺栓进行连接，管片之间的纵缝通过直螺栓进行连接，其具体结构与实施例一中相同，在此不予赘述。

如图10-12所示，该复合管片结构的制作流程具体如下：首先对外弧面钢板11、内弧面钢板12、端板2和4进行钢结构机加工，之后通过钢板之间的焊接形成半封闭的钢结构腔体，期间焊接环肋板3、栓钉18和拉结钢筋20；然后在其环面采用高精度钢模制作形成端部混凝土结构19。为了纵向螺栓与环向螺栓的安装，在管片内表面预留螺栓手孔。

本实施例中的环肋板位于管片中间，环面为混凝土面，可采用高精度钢模进行浇注，可有效降低钢结构的机加工量，降低制造成本，但管片的整体性能相对于实施例一中的管片有所降低；在对环面承载力要求不高的情况下可选用，适用于浅覆土的矩形盾构隧道。

Claims (8)

1.一种复合管片结构，其特征在于所述管片为混凝土与钢板的复合结构，所述管片的内弧面、外弧面以及纵缝端面覆盖有钢板，且在所述管片的环面布置有环肋板。

2.根据权利要求1所述的一种复合管片结构，其特征在于所述环肋板位于所述管片环面的外部，所述环肋板为钢板。

3.根据权利要求2所述的一种复合管片结构，其特征在于所述钢板的表面布置有一定数量的指向所述管片内部的栓钉，以使所述钢板与所述混凝土构成一体。

4.根据权利要求1所述的一种复合管片结构，其特征在于所述环肋板位于所述管片环面的内部，所述环肋板为钢板。

5.根据权利要求4所述的一种复合管片结构，其特征在于所述环肋板之间布置有一定数量的拉结钢筋和栓钉，以使所述环肋板与所述混凝土构成一体。

6.根据权利要求1所述的一种复合管片结构，其特征在于所述管片的一端纵缝接头上具有一排或两排螺栓安装孔，其另一端纵缝接头上具有预埋螺母，所述预埋螺母的位置与所述螺栓安装孔的位置一一对应。

7.根据权利要求1所述的一种复合管片结构，其特征在于所述管片的一端纵缝接头上具有凹槽，其另一端纵缝接头上具有与所述凹槽相对应的凸榫。

8.根据权利要求1所述的一种复合管片结构，其特征在于所述管片的一侧环缝接头上具有螺栓安装手孔，其另一侧环缝接头上具有与所述手孔位置相对应的预埋螺母。