CN216008513U

CN216008513U - 一种铁路盾构隧道管片环分块结构

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Publication number: CN216008513U
Application number: CN202122546133.7U
Authority: CN
Inventors: 周萌; 崔耀; 陈伟明; 张文龙; 宋春晖; 张良; 赵旭伟; 曹勇; 赖彦博
Original assignee: China Railway Shanghai Design Institute Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Shanghai Design Institute Group Co Ltd
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2031-10-22

Abstract

本实用新型涉及一种铁路盾构隧道管片环分块结构，该铁路盾构隧道由若干管片环连接构成，其中所述管片环采用七分块结构，其包括一块封顶块、两块邻接块以及四块标准块，各分块之间通过螺栓连接，若干管片环之间采用错缝拼装并通过斜螺栓连接；相邻的所述管片环之间采用双面楔形拼合。本实用新型的优点是：本实用新型的优点是：（1）该种盾构管片环结构适用于9m级别的市域（郊）铁路盾构隧道。（2）通用楔形环则改变了传统的平面二维拟合，真正实现了空间三维轴线拟合，最大程度地减小了曲线拟合误差的积累。（3）管片环标准块和邻接块分块角度相同，除封顶块外管片重量分布均匀，可以充分利用管片起吊机承载能力。

Description

一种铁路盾构隧道管片环分块结构

技术领域

本实用新型涉及地下工程技术领域，尤其是一种铁路盾构隧道管片环分块结构。

背景技术

随着地下工程建设技术的发展，盾构法已经成为一种主要的地下隧道工程施工方法。盾构法为全机械化施工，掘进速度较快；隧洞成型质量较好，施工环境较好；对周围环境影响较小，施工中引起地表沉降较小，对地下水位影响较小；噪音小，占有场地少；施工中支护衬砌质量可靠且造价较低；施工期间对地面交通无影响，穿越河道不受影响；施工受天气影响较小；在土质差、水位高的城市中建设盾构隧道，有很高的技术经济优越性。

为推动都市圈市域（郊）铁路加快发展，国内基础建设领域对大直径盾构提出了更高的要求，盾构法隧道需解决直径更大、埋深更大、掘进距离更长以及地质条件更加复杂等工程问题。同时得益于施工机械、施工工艺、管片制造水平的提升。但目前缺乏针对铁路盾构隧道的新型管片，尤其是市域（郊）铁路盾构隧道的新型管片。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种铁路盾构隧道管片环分块结构，通过对铁路盾构隧道管片的分块数和各分块的结构进行设计并采用双面楔形拼合管片环的方式，实现铁路盾构隧道的结构设计并提升其质量。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：该铁路盾构隧道由若干管片环连接构成，其中所述管片环采用七分块结构，其包括一块封顶块、两块邻接块以及四块标准块，各分块之间通过螺栓连接，若干管片环之间采用错缝拼装并通过斜螺栓连接；相邻的所述管片环之间采用双面楔形拼合。

所述封顶块的纵向中线位置上设置有预埋纵向螺栓螺帽和纵向螺栓手孔；所述封顶块的纵向中线位置两侧分别设置有拼装定位孔；所述封顶块的环向中线两侧分别设置有预埋环向螺栓螺帽；所述封顶块的纵缝侧面设置有定位棒槽，在靠近管片外表面一侧设置有弹性橡胶密封槽。

所述封顶块的纵向中线一侧设置有管片标志；所述封顶块的环向中线位置设置有对接面标志；所述预埋纵向螺栓螺帽、所述纵向螺栓手孔以及所述预埋环向螺栓螺帽的管片内表面处分别设置有螺栓对齐标志。

所述邻接块的纵向中线位置设置有预埋注浆管；所述邻接块的纵向中线位置两侧分别设置有预埋纵向螺栓螺帽和纵向螺栓手孔；所述邻接块的纵向中线位置两侧分别设置有拼装定位孔；所述邻接块的环向中线两侧分别设置有环向螺栓手孔和预埋环向螺栓螺帽；所述邻接块的纵缝侧面设置有定位棒槽，在靠近管片外表面一侧设置有弹性橡胶密封槽。

所述邻接块的纵向中线一侧设置有管片标志；所述邻接块的环向中线位置设置有对接面标志；所述纵向螺栓手孔、所述预埋纵向螺栓螺帽和所述预埋环向螺栓螺帽的管片内表面分别设置有螺栓对齐标志。

所述标准块的纵向中线位置设置有预埋注浆管；所述标准块的纵向中线位置两侧分别设置有预埋纵向螺栓螺帽和纵向螺栓手孔；所述标准块的纵向中线位置两侧分别设置有拼装定位孔；所述标准块的环向中线两侧分别设置有环向螺栓手孔和预埋环向螺栓螺帽；所述标准块的纵缝侧面设置有定位棒槽，在靠近管片外表面一侧设置有弹性橡胶密封槽。

所述标准块块的纵向中线一侧设置有管片标志；所述标准块的环向中线位置设置有对接面标志；所述纵向螺栓手孔、所述预埋纵向螺栓螺帽和所述预埋环向螺栓螺帽的管片内表面分别设置有螺栓对齐标志。

所述管片标志和所述对接面标志采用边框下陷的阳文。

所述封顶块的分块角为为18°56′51″，所述邻接块的分块角为56°50′32″，所述标准块的分块角为56°50′32″。

相邻的所述管片环之间设置有剪力销，所述剪力销位于相邻管片环之间的环缝位置。

本实用新型的优点是：

（1）该种盾构管片环结构适用于9m级别的市域（郊）铁路盾构隧道。

（2）通用楔形环则改变了传统的平面二维拟合，真正实现了空间三维轴线拟合，最大程度地减小了曲线拟合误差的积累。

（3）管片环标准块和邻接块分块角度相同，除封顶块外管片重量分布均匀，可以充分利用管片起吊机承载能力。

（4）取消左、右转弯环，钢模形式单一，可以通用，管片生产不受钢模以及线路变化影响。

（5）管片结构设计时兼顾考虑管片环分块模式、封顶块尺寸、管片的制作、运输能力、盾构机起吊、拼装方式、盾构千斤顶行程的选择，便于施工。

（6）管片分块数量较少，拼装接缝少，拼装速度快，满足快速拼装施工要求。

（7）严格错缝拼装可用拼装位置有7种，拼装点位多，曲线拟合方式灵活，拼装方便。

（8）管片环宽度可分为1.2m和1.8m两种类型，采用两种环宽配合使用，兼顾盾构快速施工及小曲线半径下的转弯，增强了线路比选的灵活性，管片通用性强，适用于不同类型的市域（郊）线路，从而可以降低制作成本。

（9）管片内表面的管片标志和对接面标识采用边框下陷的文字阳文，容易定位，方便管片拼装，可以提高施工质量。

（10）管片可统一采用M36螺栓直螺栓，便于标准化施工。

（11）纵缝设置定位棒，环缝设剪力销；施工期间可以有效提高管片拼装精度，运营过程中增强管片接缝刚度，可以有效减少接缝错动，降低渗漏水风险。

（12）管片采用同一厚度规格，不同的管片配筋模式适用于超浅埋深至超深埋等各种不同的工程条件。经过接缝防水特殊设计可以让管片应用于高水压、超深埋工程条件。

（13）管片设置注浆孔、拼装定位孔等功能性结构，便于施工。

（14）管片防水综合采用挡水条、弹性密封条、聚合物防水砂浆三种防水措施，提高管片的防水效果。

附图说明

图1为本实用新型的构造示意图；

图2为本实用新型中管片封顶块的平面结构示意图；

图3为本实用新型中管片封顶块的立面结构示意图；

图4为本实用新型中管片邻接块的平面结构示意图；

图5为本实用新型中管片邻接块的立面结构示意图；

图6为本实用新型中管片标准块的平面结构示意图；

图7为本实用新型中管片标准块的立面结构示意图。

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1-7所示，图中标记1-12及字母分别表示为：螺栓对齐标志1、纵向螺栓手孔2、环向螺栓手孔3、预埋纵向螺栓螺帽4、预埋环向螺栓螺帽5、拼装定位孔6、管片标志7、预埋注浆管8、对接面标志9、定位棒槽10、弹性橡胶密封垫槽11、剪力销12、封顶块F、邻接块L1、邻接块L2、标准块B1、标准块B2、标准块B3、标准块B4。

实施例：如图1所示，本实施例中的铁路盾构隧道管片环分块结构为通用楔形大直径盾构管片环，由多个管片环可拼装构成铁路盾构隧道。该管片环分块结构采用7分块结构，每环由1块封顶块、2块邻接块和4块标准块组成，其中封顶块的分块角为18°56′51″，邻接块的分块角为56°50′32″，标准块的分块角为56°50′32″；各标准块与各邻接块的分块角度相同，除封顶块F外的管片分块重量分布均匀，可充分利用管片起吊机承载能力。

相邻的管片环之间采用斜螺栓连接，与斜螺栓适配的纵向螺栓孔开设在各分块上，共计19个且采用等圆心角布置。相邻两块管片分块之间采用2个斜螺栓连接，全环共有环向螺栓孔14个。

结合图2和图3所示，封顶块F的纵向中线位置上设有一个预埋纵向螺栓螺帽4和一个纵向螺栓手孔2，该预埋纵向螺栓螺帽4和纵向螺栓手孔2用于封顶块F在纵向拼装时，与相邻管片环的对应位置的分块进行连接。在封顶块F的纵向中线位置两侧分别设置一个拼装定位孔6，用于实现其纵向拼装时的定位。在封顶块F的纵向中线旁设置管片标志7，用于在施工时标记该封顶块F的名称。在封顶块F的环向中线位置设置有对接面标志9，其用于标识相邻管片的名称。在封顶块F的环向中线两侧共设置四个预埋环向螺栓螺帽5，该预埋环向螺栓螺帽5用于封顶块F在环向拼装时，其同环相邻的分块进行连接，在本实施例中，即用于与邻接块L1和邻接块L2连接。

结合图2和图3所示，纵向螺栓手孔2、预埋纵向螺栓螺帽4和预埋环向螺栓螺帽5的管片内表面设置螺栓对齐标志1，以便于施工人员在进行螺栓连接时对其进行定位对准，保证拼装精度并提高施工效率。在封顶块F的纵缝侧面设置定位棒槽10；通过在定位棒槽10内插入定位棒可使各同环相邻的分块在拼装时得到定位，有效提高分块之间的拼装精度并增强分块接缝刚度，有效减少接缝错动。封顶块F的管片环缝位置设有剪力销12，剪力销12用于与相邻的管片环相连接，有效提管片环之间的拼装精度并增强管片环接缝刚度。在靠近管片外表面的一侧设置弹性橡胶密封槽11，以提高防水效果。

结合图4和图5所示，本实施例中的邻接块L1和邻接块L2在管片环的截面方向上呈轴对称结构，邻接块L1和邻接块L2的结构相同。以邻接块L1为例，邻接块L1的纵向中线位置设置一个预埋注浆管8，该预埋注浆管8为盾构二次注浆提供条件，当盾构同步或盾尾注浆效果不理想、盾构隧道发生偏移、地表沉降异常、盾构穿越特殊地段时可通过预埋注浆管8进行二次注浆，以起到纠偏、封堵盾尾水源、加固洞周地层、控制地表沉降的作用。在邻接块L1的纵向中线位置两侧分别等间距设有三个纵向螺栓手孔2和三个预埋纵向螺栓螺帽4。在邻接块L1的纵向中线位置两侧分别设置一个拼装定位孔6。在邻接块1的纵向中线旁设置管片标志7。在邻接块L1的环向中线位置对接面标志9，标识有相邻管片名称。在邻接块L1的环向中线两侧共设置三个环向螺栓手孔3和一个预埋环向螺栓螺帽5。

结合图4和图5所示，纵向螺栓手孔2、预埋纵向螺栓螺帽4和预埋环向螺栓螺帽5的管片内表面设置螺栓对齐标志1。在邻接块L1的纵缝侧面设置定位棒槽10，在靠近管外表面一侧设置弹性橡胶密封槽11。

结合图6和图7所示，本实施例中的标准块B1、标准块B2、标准块B3和标准块B4为标准件。以标准块B1为例，标准块B1的纵向中线位置设置一个预埋注浆管8。在标准块B1的纵向中线位置两侧分别等间距设有三个纵向螺栓手孔2和三个预埋纵向螺栓螺帽4。在标准块B1的纵向中线位置两侧分别设置一个拼装定位孔6。在标准块B1的纵向中线一侧设置管片标志7。在标准块B1的环向中线位置对接面标志9，标识有相邻管片名称。在标准块B1的环向中线两侧设置有环向螺栓手孔3和预埋环向螺栓螺帽5。

结合图6和图7所示，纵向螺栓手孔2、预埋纵向螺栓螺帽4和预埋环向螺栓螺帽5的管片内表面设置螺栓对齐标志1。在标准块B1的纵缝侧面设置定位棒槽10，在靠近管外表面一侧设置弹性橡胶密封槽11。

在本实施例中，每个标准块的尺寸可受管片楔形量影响而有所区别，不同标准块的环向螺栓手孔3和预埋环向螺栓螺帽5的设置方式（包括设置位置和设置数量等）有所区别，但需要满足相邻分块上的环向螺栓手孔3和预埋环向螺栓螺帽5相互适配的要求。

本实施例中的铁路盾构隧道管片环分块结构的管片环分块、管片环宽、管片厚度、封顶块的设计方案如下：

（1）管片分块

管片分块设计的主要控制要素有：盾构机的拼装能力，千斤顶程；管片设计成错缝拼装的通用楔形环，满足盾构隧道不出现邻接通缝；选用拼装点位较多的方式，提高管片拼装精度；管片构造与盾构机推进油缸撑靴垫位置匹配，避免撑靴垫压管片纵缝。从降低制作成本，提高拼装速度及提高止水性等方面考虑，分块较少有利，但是分块书减少将增大单个管片的大小及重量，影响管片制作、搬运及隧道坑内操作及拼装，综合考虑采用7分块的方式。

（2）管片环宽

管片环环宽越大，即管片宽度越宽，同一段区间管片环接缝就越少，因而漏水环节，螺栓数量就越少，施工速度就越快，费用就越省。但随着环宽增加，相应要求盾构机千斤顶的行程要大，盾构机长度要增加，设备投资、施工难度均相应增加。

管片环宽应根据隧道的断面尺寸，结合实施施工经验，并满足曲线拟合条件下，选择经济合理、可实施性强的宽度。综上，以9.0m级别的隧道断面尺寸为例，该管片环宽采用两种设计方式：平面曲线半径大于等于500m时采用1.8m环宽，平面曲线半径小于500m时，采用1.2m环宽。管片环外径9000mm，内径8100mm。1.8m环宽整环楔形量采用50mm双面楔形拼合，环面斜率为1:360；1.2m环宽整环楔形量取48mm双面楔形拼合，环面斜率为1:375。不同管片环之间采用错缝拼装；通过通用楔形环则实现了空间三维轴线拟合，最大程度地减小了曲线拟合误差的积累。

（3）管片厚度

管片厚度大小的取决于地质条件和隧道埋深等，最主要是取决于荷载条件。管片厚度为管片外径的0.04-0.06倍左右，一般情况下地层软弱地区管片厚度取大值。为满足各种工况下内力、裂缝控制等要求，适宜软土地基，满足隧道主体结构使用100年的耐久性要求。在兼顾管片使用过程中变形量较小和结构内力分布状态良好的情况下，可选择管片厚度为450mm，可以满足软土地层中埋深5.5m-43m（超浅埋-超深埋）的使用需求。经过接缝防水特殊设计可以让管片应用于高水压、超深埋工程条件。

（4）封顶块设计

封顶块F采用轴向插入方式以提高管片接头抗剪能力，以上述9.0m级别的隧道断面尺寸为例，其既有1.8m环宽也有1.2m环宽，封顶块纵向插入角度选择时为避免管片纵向出现尖角，防止出现混凝土破碎的现象，管片环采用1/3封顶块方案。

本实施例在具体实施时：管片标志7和对接面标志9采用标识边框下陷，内部文字采用阳文的方式制作，容易定位，方便管片拼装，可以提高施工质量。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims

1.一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：该铁路盾构隧道由若干管片环连接构成，其中所述管片环采用七分块结构，其包括一块封顶块、两块邻接块以及四块标准块，各分块之间通过螺栓连接，若干管片环之间采用错缝拼装并通过斜螺栓连接；相邻的所述管片环之间采用双面楔形拼合。

2.根据权利要求1所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述封顶块的纵向中线位置上设置有预埋纵向螺栓螺帽和纵向螺栓手孔；所述封顶块的纵向中线位置两侧分别设置有拼装定位孔；所述封顶块的环向中线两侧分别设置有预埋环向螺栓螺帽；所述封顶块的纵缝侧面设置有定位棒槽，在靠近管片外表面一侧设置有弹性橡胶密封槽。

3.根据权利要求2所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述封顶块的纵向中线一侧设置有管片标志；所述封顶块的环向中线位置设置有对接面标志；所述预埋纵向螺栓螺帽、所述纵向螺栓手孔以及所述预埋环向螺栓螺帽的管片内表面处分别设置有螺栓对齐标志。

4.根据权利要求1所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述邻接块的纵向中线位置设置有预埋注浆管；所述邻接块的纵向中线位置两侧分别设置有预埋纵向螺栓螺帽和纵向螺栓手孔；所述邻接块的纵向中线位置两侧分别设置有拼装定位孔；所述邻接块的环向中线两侧分别设置有环向螺栓手孔和预埋环向螺栓螺帽；所述邻接块的纵缝侧面设置有定位棒槽，在靠近管片外表面一侧设置有弹性橡胶密封槽。

5.根据权利要求4所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述邻接块的纵向中线一侧设置有管片标志；所述邻接块的环向中线位置设置有对接面标志；所述纵向螺栓手孔、所述预埋纵向螺栓螺帽和所述预埋环向螺栓螺帽的管片内表面分别设置有螺栓对齐标志。

6.根据权利要求1所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述标准块的纵向中线位置设置有预埋注浆管；所述标准块的纵向中线位置两侧分别设置有预埋纵向螺栓螺帽和纵向螺栓手孔；所述标准块的纵向中线位置两侧分别设置有拼装定位孔；所述标准块的环向中线两侧分别设置有环向螺栓手孔和预埋环向螺栓螺帽；所述标准块的纵缝侧面设置有定位棒槽，在靠近管片外表面一侧设置有弹性橡胶密封槽。

7.根据权利要求6所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述标准块块的纵向中线一侧设置有管片标志；所述标准块的环向中线位置设置有对接面标志；所述纵向螺栓手孔、所述预埋纵向螺栓螺帽和所述预埋环向螺栓螺帽的管片内表面分别设置有螺栓对齐标志。

8.根据权利要求3或5或7所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述管片标志和所述对接面标志采用边框下陷的阳文。

9.根据权利要求1所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：所述封顶块的分块角为为18°56′51″，所述邻接块的分块角为56°50′32″，所述标准块的分块角为56°50′32″。

10.根据权利要求1所述的一种铁路盾构隧道管片环分块结构，其特征在于：相邻的所述管片环之间设置有剪力销，所述剪力销位于相邻管片环之间的环缝位置。