CN205689216U - 一种管片衬砌加强型联合支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管片衬砌加强型联合支护结构，包括由钢筋和混凝土制作的管片以及与所述管片内径相等的拱形架，所述拱形架的径向截面为“C”形，所述管片的两侧分别设有安装凹槽，所述拱形架安装于相邻两个所述管片的安装凹槽内且与相邻两个所述管片固定连接，所述拱形架的外侧开口。本实用新型所述管片衬砌加强型联合支护结构的相邻两个管片之间通过拱形架连接固定，使接缝部位的整体刚度得到提高，同时减小了接缝部位的错台，并减少了管片手孔的数量；管片两侧的安装凹槽使相邻两个管片之间形成台阶状接缝，使其接缝处的防水性能得到提高，尤其适用于高地应力大变形地质条件下的隧道施工。

Description

一种管片衬砌加强型联合支护结构

技术领域

本实用新型涉及一种用于隧道工程的管片衬砌支护结构，尤其涉及一种管片衬砌加强型联合支护结构。

背景技术

管片衬砌作为隧道支护结构的一种，由预制的管片拼装而成。隧道纵向由多环装配式管片环拼装而成，每环管片又由一定数量的预制钢筋混凝土管片通过环向螺栓连接而成。管片衬砌作为隧道支护结构的一种，因其具有拼装成环后可以立即受力、有利于机械化施工的特点，被广泛应用于盾构法或TBM法施工的隧道中。

近年来，随着高速铁路的不断发展，长大、深埋铁路隧道越来越多，这些铁路隧道在地质上容易遭遇高地应力这种不良地质现象。当采用护盾式隧道掘进机(TBM)施工时，这种高地应力容易导致装配式管片衬砌因其支护刚度不足产生严重的变形，从而导致管片错台和渗漏水的现象，逼迫设计过程中放弃管片衬砌结构。因此，针对高地应力大变形地质条件下，需提高现有装配式管片衬砌的刚度和强度，开发一种管片衬砌加强型联合支护结构，以突破高地应力地质条件对现有管片衬砌结构的使用限制。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有更大支护刚度的管片衬砌加强型联合支护结构。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种管片衬砌加强型联合支护结构，包括由钢筋和混凝土制作的管片，还包括与所述管片内径相等的拱形架，所述拱形架的径向截面为“C”形，所述管片的两侧分别设有安装凹槽，所述拱形架安装于相邻两个所述管片的安装凹槽内且与相邻两个所述管片固定连接，所述拱形架的外侧开口。

为了便于实现拱形架与管片之间的快速、稳定连接，所述管片内位于对应的安装凹槽的底部位置设有预埋螺栓连接件，同一个所述拱形架内侧的底板通过螺栓分别与相邻两个所述管片内的预埋螺栓连接件连接。

作为优选，对称排列的两个所述螺栓的前部分别穿过拱形架内侧的底板上的通孔后与两个所述预埋螺栓连接件连接，所述螺栓的螺帽置于所述拱形架的空腔内，所述拱形架的空腔内填充混凝土。

为了便于安装螺栓且连接稳固，对称排列的两个所述螺栓相对倾斜安装，对称排列的两个所述螺栓之间的夹角为60-90°，所述拱形架内侧的内底面中与所述螺栓对应的区域为与所述螺栓的螺帽相互贴合的斜面。

为了实现更好的防水，相邻两个所述管片的两侧边缘之间设有防水橡胶条。

优选地，所述拱形架为钢条。

进一步，所述管片衬砌加强型联合支护结构还包括螺纹锚杆，所述管片内设有预埋锚杆连接件，所述预埋锚杆连接件的两端与所述管片的对应表面齐平，所述预埋锚杆连接件设有两端开口的锚杆通孔，所述锚杆通孔的孔壁设有与所述预埋锚杆连接件的外螺纹配套的内螺纹，所述锚杆通孔的中心轴线方向与所述管片的弧面径向方向相同，所述螺纹锚杆穿过所述预埋锚杆连接件的锚杆通孔。

进一步，所述预埋锚杆连接件上靠近所述管片外凸面的一端设有遇水膨胀防水橡胶块；所述预埋锚杆连接件上靠近所述管片内凹面的一端设有多个倒钩钢筋，所述倒钩钢筋上设有倒钩，所述倒钩的“U”形开口指向所述管片内凹面方向。上述遇水膨胀防水橡胶块用于防止螺纹锚杆安装前和安装后管片渗水，倒钩钢筋用于加强预埋锚杆连接件与管片的锚固作用。

具体地，所述遇水膨胀防水橡胶块在所述管片的弧面径向方向的厚度为3-5cm；所述螺纹锚杆伸出所述管片内凹面的长度为2-3cm。

每一个所述管片内设有四个所述预埋锚杆连接件，四个所述预埋锚杆连接件的连接线形成长方形。

本实用新型的有益效果在于：

1、相邻两个管片之间通过拱形架连接固定，使接缝部位的整体刚度得到提高，可减小后期高地应力大变形或者其他因素导致的管片接缝部位错台，并减少了管片手孔的数量，避免了大量手孔对管片结构强度的削弱；管片两侧的安装凹槽使相邻两个管片之间形成台阶状接缝，使其接缝处的防水性能得到提高；

2、螺纹锚杆穿过管片内部的预埋锚杆连接件及前端的遇水膨胀橡胶块后进入隧道岩体，安装快速便捷，不影响施工进度；在预埋锚杆连接件的一端设置遇水膨胀防水橡胶块，能够防止隧道岩体内的水在安装螺纹锚杆前和安装后通过预埋锚杆连接件的通孔进入隧道内部；另外，在高地应力条件下，围岩容易发生蠕变，使用锚杆支护有利于发挥围岩的自承能力，改善管片的受力性态，提高支护强度；

3、将拱形架和螺纹锚杆两种结构整合于一体，与管片共同形成隧道的支护结构，能够充分发挥各自的作用，显著提高支护刚度和支护强度，在不增加管片厚度的前提下极大地增加了支护刚度，能够较快且有效地控制围岩变形，尤其适合用于高地应力大变形地区的隧道施工；或者，在支护刚度不变的前提下减小管片厚度，节省管片加工预制的材料、人力和时间成本。

附图说明

图1是本实用新型所述管片衬砌加强型联合支护结构的立体结构示意图；

图2是本实用新型所述管片、螺纹锚杆和预埋锚杆连接件的连接结构局剖示意图；

图3是本实用新型所述管片、拱形架和预埋螺栓连接件的连接结构局剖示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本实用新型所述管片衬砌加强型联合支护结构包括由钢筋和混凝土制作的管片1、与管片1内径相等的拱形钢架5以及自进式螺纹锚杆4，拱形钢架5的径向截面为“C”形，管片1的两侧分别设有安装凹槽6，管片1内位于对应的安装凹槽6的底部位置设有预埋螺栓连接件3，拱形钢架5安装于相邻两个管片1的安装凹槽6内且与相邻两个管片1固定连接，相邻两个管片1的两侧边缘之间设有防水橡胶条7，拱形钢架5的外侧开口，同一个拱形钢架5内侧的底板通过螺栓5c分别与相邻两个管片1内的预埋螺栓连接件3连接，对称排列的两个螺栓5c的前部分别穿过拱形钢架5内侧的底板上的通孔后与两个预埋螺栓连接件3连接，对称排列的两个螺栓5c相对倾斜安装，对称排列的两个螺栓5c之间的夹角为60-90°，拱形钢架5内侧的内底面中与螺栓5c对应的区域为与螺栓5c的螺帽相互贴合的斜面5a，螺栓5c的螺帽置于拱形钢架5的空腔5b内，拱形钢架5的空腔5b内填充混凝土；管片1内设有四个预埋锚杆连接件2，四个预埋锚杆连接件2的连接线形成长方形，预埋锚杆连接件2的两端与管片1的对应表面齐平，预埋锚杆连接件2设有两端开口的锚杆通孔(图中未标记)，所述锚杆通孔的孔壁设有与预埋锚杆连接件2的外螺纹配套的内螺纹，所述锚杆通孔的中心轴线方向与管片1的弧面径向方向相同，自进式螺纹锚杆4穿过预埋锚杆连接件2的锚杆通孔，预埋锚杆连接件2上靠近管片1的外凸面的一端设有遇水膨胀防水橡胶块2b；预埋锚杆连接件2上靠近管片1的内凹面的一端设有多个倒钩钢筋2a，倒钩钢筋2a上设有倒钩(图中未标记)，所述倒钩的“U”形开口指向所述管片1的内凹面方向，遇水膨胀防水橡胶块2b在管片1的弧面径向方向的厚度为3-5cm，螺纹锚杆4伸出管片1的内凹面的长度为2-3cm。上述拱形钢架5为径向截面为“C”形的拱形钢条，拱形钢架5的长度与管片1可以一致，也可以不一致。

图1中还示出了管片1上的吊装孔1a和管片手孔1b，图2中还示出了管片1内的受力钢筋1e和混凝土1f，这些均为常规结构，不作具体说明。

结合图1、图2和图3，本实用新型所述管片衬砌加强型联合支护结构应用时的安装步骤为：

(1)先将管片1拼装成环：掘进机推进结束后，通过环向的螺栓迅速拼装成环，考虑到相邻两个管片1的接缝处为非平面状，宜用台阶状的撑靴顶推在管片1上；

(2)安装自进式螺纹锚杆4：管片1安装成环后，实心结构的自进式螺纹锚杆4从预埋锚杆连接件2内部的锚杆通孔穿透管片1，打入隧道岩体，并使用托盘和螺帽完成固定；

(3)安装相邻两个管片1之间的拱形钢架5：自进式螺纹锚杆4安装完成后，在管片1的安装凹槽6内安装拱形钢架5，拱形钢架5通过螺栓5c和预埋螺栓连接件3固定，发挥支护作用；

(4)至此，完成一环管片的总体安装，依次分别再紧固环向和轴向的螺栓，用混凝土填充拱形钢架5的空腔5b，然后进行下一环管片的拼装。

由上述实施例可以看出，本实用新型提出的管片衬砌加强型联合支护结构在管片1的基础上加入了拱形钢架5和自进式螺纹锚杆4，支护刚度和强度显著提高，适合作为高地应力大变形地质条件下隧道体系的支护结构，相比于现有的装配式管片衬砌，这种支护体系可以有效地减少管片1的变形和错台。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种管片衬砌加强型联合支护结构，包括由钢筋和混凝土制作的管片，其特征在于：还包括与所述管片内径相等的拱形架，所述拱形架的径向截面为“C”形，所述管片的两侧分别设有安装凹槽，所述拱形架安装于相邻两个所述管片的安装凹槽内且与相邻两个所述管片固定连接，所述拱形架的外侧开口。

2.根据权利要求1所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：所述管片内位于对应的安装凹槽的底部位置设有预埋螺栓连接件，同一个所述拱形架内侧的底板通过螺栓分别与相邻两个所述管片内的预埋螺栓连接件连接。

3.根据权利要求2所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：对称排列的两个所述螺栓的前部分别穿过拱形架内侧的底板上的通孔后与两个所述预埋螺栓连接件连接，所述螺栓的螺帽置于所述拱形架的空腔内，所述拱形架的空腔内填充混凝土。

4.根据权利要求3所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：对称排列的两个所述螺栓相对倾斜安装，对称排列的两个所述螺栓之间的夹角为60-90°，所述拱形架内侧的内底面中与所述螺栓对应的区域为与所述螺栓的螺帽相互贴合的斜面。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：相邻两个所述管片的两侧边缘之间设有防水橡胶条。

6.根据权利要求1-4中任何一项所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：所述拱形架为钢条。

7.根据权利要求1-4中任何一项所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：所述管片衬砌加强型联合支护结构还包括螺纹锚杆，所述管片内设有预埋锚杆连接件，所述预埋锚杆连接件的两端与所述管片的对应表面齐平，所述预埋锚杆连接件设有两端开口的锚杆通孔，所述锚杆通孔的孔壁设有与所 述预埋锚杆连接件的外螺纹配套的内螺纹，所述锚杆通孔的中心轴线方向与所述管片的弧面径向方向相同，所述螺纹锚杆穿过所述预埋锚杆连接件的锚杆通孔。

8.根据权利要求7所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：所述预埋锚杆连接件上靠近所述管片外凸面的一端设有遇水膨胀防水橡胶块；所述预埋锚杆连接件上靠近所述管片内凹面的一端设有多个倒钩钢筋，所述倒钩钢筋上设有倒钩，所述倒钩的“U”形开口指向所述管片内凹面方向。

9.根据权利要求8所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：所述遇水膨胀防水橡胶块在所述管片的弧面径向方向的厚度为3-5cm；所述螺纹锚杆伸出所述管片内凹面的长度为2-3cm。

10.根据权利要求7所述的管片衬砌加强型联合支护结构，其特征在于：每一个所述管片内设有四个所述预埋锚杆连接件，四个所述预埋锚杆连接件的连接线形成长方形。