CN218265940U - 一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构，侧向筋板的三侧的外边缘线分别与牛腿弧板、竖向加劲板和水平加劲板相贴合，剩余一侧的外边缘线呈直角弧形，包括向下延伸的竖向边缘线、水平延伸的水平边缘线以及连接竖向边缘线和水平边缘线之间的圆弧，竖向边缘线与竖向加劲板平行；竖向边缘线的高度为水平加劲板的上平面与隧道道床两侧水槽的上平面之间的高度减去水平加劲板的板厚。本实用新型的牛腿结构支撑的综合力学效果完全能满足设计要求，且使得牛腿安装处，水槽的通流情况受到牛腿安装的影响程度降到最小，且不易发生存积水的现象，也便于隧道巡查人员在水槽底面上行走，不会发生隧道巡查人员遇到磕绊的现象。

Description

一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构

技术领域

本实用新型涉及地铁盾构隧道钢内衬加固施工技术领域，具体涉及一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构。

背景技术

城市地铁是公共交通工具，为确保地铁运营的安全，地铁隧道结构承载能力，在其结构使用寿命期内，必须绝对满足其功能和耐久性的要求。

近几年，随着城市建设的不断发展，常遇到原地铁隧道上方区域附近，城市建筑物(楼房、市政桥梁)改扩建项目的施工及相应配套的基坑、桩基等地基基础施工，使盾构隧道所承受的外载荷发生很大的变化，类似的荷载变化会造成盾构隧道混凝土管片出现一定程度的受损。引发管片裂缝、渗水、隧道变形等隧道病害。这些隧道病害势必对盾构隧道的承载力和使用寿命造成不同程度的削弱影响，给地铁运营安全带来安全隐患。

一旦隧道混凝土管片出现受损程度，达到了必须进行结构补强加固(对于隧道混凝土管片的水平收敛变形量其数值超警或者隧道混凝土管片出现贯穿裂缝其宽度的数值超警)时，需要对病害严重的隧道区段进行修复和结构补强加固处理。钢内衬补强加固，是被广泛采用的结构补强类的方法。其中牛腿结构是钢内衬补强加固结构中极为重要的组成部分。

传统的牛腿结构如图1-2所示，一般都由牛腿弧板100、竖向加劲板101、环向(侧向)筋板102、纵向筋板103等几部分的板类零件组焊而成，它是唯一以焊接件的形式体现的钢构。牛腿弧板上须预制数个用于锚固联接的锚固栓孔104。在同一牛腿的各个环向(侧向)筋板102中间，都开设一个直径为150毫米的圆孔105，利用一根外径150毫米PVC空心管贯穿牛腿的各个环向(侧向)筋板102，以便隧道水槽内的积水可穿其而过。另外，其上还附属一些的吊耳、定位块、抓柄等临时性安装工艺器具，牛腿安装完成后，这些临时性的安装工艺器具都需要清除掉，不能保留在钢内衬的永久结构中。

牛腿结构安装在一套完整钢环的最底部，即永久与隧道道床的两侧立面紧密接触、互为支撑在一起的那部分钢内衬结构。

牛腿的制造工艺和安装工艺，须从技术方面要保证牛腿的竖向加劲板与道床侧立面之间以及牛腿弧板与隧道混凝土管片内弧面之间，都保持良好的贴合度(量化两个接触面之间的贴合度程度的参数)、贴合率(量化两个接触面之间能够处于良好接触状态的占比参数)。利用数块(3～4)侧向筋板和纵向筋板，对牛腿结构进行刚度、强度方面的全面加强。牛腿支撑的综合力学效果，须满足设计要求。

如前文所述，现有的牛腿结构的各个环向(侧向)筋板中间，都开设一个直径为150毫米的圆孔，再利用一根外径150毫米PVC空心管，沿着纵向(隧道轴向)贯穿牛腿的各个环向(侧向)筋板，以便在隧道水槽内的积水，可穿其而过。此结构的牛腿结构，在牛腿安装位置的水槽前、后两侧，只靠牛腿前、后两侧的PVC空心管来建立起沟通关系。牛腿安装处的水槽通流截面形状、尺寸不够合理，截面的水力半径太小(截面的水力半径与通流截面的面积成正比；与通流截面的湿周成反比)，很容易造成牛腿结构的安装处，杂物积攒和积水的积存。

现有牛腿结构中的环向(侧向)筋板的形状及尺寸在设计方面过于保守，体积硕大的牛腿结构在制造、安装、运输等方面会给施工带来不少而且没必要的困难和麻烦，造成浪费。

现有牛腿结构中，由于牛腿的侧向筋板完全遮挡住水槽的整个通流截面，牛腿前、后两侧水槽的沟通关系，只是靠牛腿前、后两侧的PVC空心管来建立。这给已习惯了在无水的水槽底平面行走的隧道巡查人员带来新的不便，容易发生隧道巡查人员遇到磕绊的现象。

综上所述，现有的牛腿结构需要进一步优化、改进提高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构，包括牛腿弧板、竖向加劲板、水平加劲板、侧向筋板和纵向筋板；所述竖向加劲板的下端焊接在牛腿弧板的一端，所述水平加劲板焊接在竖向加劲板的上端；牛腿弧板、竖向加劲板和水平加劲板之间焊接有多个侧向筋板，相邻的侧向筋板之间焊接有纵向筋板；所述侧向筋板的三侧的外边缘线分别与牛腿弧板、竖向加劲板和水平加劲板相贴合，剩余一侧的外边缘线呈直角弧形，包括向下延伸的竖向边缘线、水平延伸的水平边缘线以及连接竖向边缘线和水平边缘线之间的圆弧，所述竖向边缘线与竖向加劲板平行；所述竖向边缘线的高度为水平加劲板的上平面与隧道道床两侧水槽的上平面之间的高度减去水平加劲板的板厚。

进一步地，所述竖向边缘线与水平边缘线之间的圆弧的半径取50毫米。

进一步地，牛腿弧板上预制有数个用于锚固联接的锚固栓孔，所述锚固栓孔的孔位与事先在混凝土管片上钻凿加工而成的锚栓孔的孔位完全一致、相互配套。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的牛腿结构支撑的综合力学效果完全能满足设计要求，可以满足牛腿结构的刚度、强度的要求，同时，又可节省钢材、减轻重量，方便施工作业。

2、本实用新型中，通过令侧向筋板的一侧外边缘线呈直角弧形，可以令隧道道床两侧的水槽的通流面积的大小及形状达到最佳状态，从而使得牛腿结构的安装处，水槽的通流情况受到牛腿安装的影响程度降到最小，不易发生存积水的现象。

3、本实用新型中，由于侧向筋板的水平边缘线与水槽底面持平，便于隧道巡查人员在水槽底面上行走，也不会发生隧道巡查人员遇到磕绊的现象。

附图说明

图1为现有牛腿结构的侧面示意图；

图2为现有牛腿结构的俯视图；

图3为本实用新型实施例中牛腿结构的侧面示意图；

图4为本实用新型实施例中牛腿结构的俯视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

本实施例提供一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构，如图3-4所示，由牛腿弧板1、竖向加劲板2、水平加劲板3、侧向筋板4、纵向筋板5组焊而成。所述竖向加劲板2的下端焊接在牛腿弧板1的一端，所述水平加劲板3焊接在竖向加劲板2的上端；牛腿弧板1、竖向加劲板2和水平加劲板3之间焊接有多个侧向筋板4，相邻的侧向筋板4之间焊接有纵向筋板5；牛腿弧板1上预制有数个用于锚固联接的锚固栓孔6，所述锚固栓孔6的孔位与事先在混凝土管片上钻凿加工而成的锚栓孔的孔位完全一致、相互配套；所述侧向筋板4的三侧外边缘线分别与牛腿弧板1、竖向加劲板2和水平加劲板3相贴合，剩余一侧的外边缘线呈直角弧形，包括向下延伸的竖向边缘线、水平延伸的水平边缘线以及连接竖向边缘线和水平边缘线之间的圆弧，所述竖向边缘线与竖向加劲板平行；所述竖向边缘线的高度为水平加劲板3的上平面与隧道道床两侧水槽的上平面之间的高度减去水平加劲板的板厚。

在本实施例中，如图3所示，L1＝100+20(竖向加劲板厚)毫米。根据安装现场实测牛腿结构的水平加劲板的上平面与隧道道床两侧水槽的上平面之间的高度H1值，减去水平加劲板的板厚(20毫米)，就确定竖向边缘线的高度，从而也确定了水平边缘线的位置。

在本实施例中，所述竖向边缘线与水平边缘线之间的圆弧的半径R取50毫米。所述圆弧可以减少此处受力后的应力集中。

需要说明的是，图3中所示的竖向加劲板和牛腿弧板之间的角度β以及竖向加劲板和水平加劲板之间的角度α需要根据安装现场进行实测。所述牛腿弧板的直径尺寸5450毫米，是盾构隧道内壁圆弧名义直径5500毫米，减去两倍的牛腿弧板的板厚(20毫米)和两倍的熔透焊接间隙(焊接工艺参数，5毫米)；L2是几何图形中尺寸链的封闭边，自然形成的封闭尺寸。

需要说明的是，牛腿结构有四个几何参数会直接影响牛腿结构的安装效果和质量。

①β角度：在数值上，应等于隧道道床立面与隧道内壁圆弧的切线之间的夹角β0，但实际测量β0很难操作，往往用过切点长度为300毫米的玄代替切线。即：β300代替β0。

②α角度：竖向加劲板与水平加劲板之间夹角。牛腿结构安装完毕后，水平加劲板应与道床上平面持平。

③H值：竖向加劲板(含水平加劲板的板厚20毫米)的高度。

④H1值：水平加劲板的上平面与隧道道床两侧水槽上平面之间的高度。

这些量化的几何参数，会随着牛腿结构的具体安装位置的不同，在一定范围内，有所不同。为了保证牛腿结构的安装质量和安装效果，在工艺技术措施上，需要有针对性地区别对待，满足各个牛腿结构安装位置不同时的个性化的要求。

上述牛腿结构可以保证牛腿结构的竖向加劲板与道床侧立面、牛腿弧板与隧道混凝土管片内弧面，都保持良好的贴合度和贴合率，水平加劲板与道床上平面处于同一水平面内。通过利用数块(3～4)侧向筋板和纵向筋板，实现对牛腿进行结构刚度、强度的全面加强。牛腿结构支撑的综合力学效果完全能满足设计要求。这样，即可满足牛腿结构的刚度、强度的要求，同时，又可节省钢材、减轻重量，方便施工作业。

更重要的是，本实施例的牛腿结构中，侧向筋板的形状及尺寸与现有牛腿结构中的侧向筋板之间存在着较大变化，在结构力学、水力学、钢构件外观要素等诸多方面，进行了重新优化设计。通过令侧向筋板的一侧外边缘线呈直角弧形，可以令隧道道床两侧的水槽的通流面积的大小及形状达到最佳状态(此通流截面状态下，水利半径最大。因为，水利半径与通流截面的面积成正比，与通流截面的湿周成反比)，从而使得牛腿结构的安装处，水槽的通流情况受到牛腿安装的影响程度降到最小，不易发生存积水的现象。

经优化设计后的牛腿结构，通过牛腿结构的水平加劲板的上平面与隧道道床两侧水槽的上平面之间的高度H1值，减去水平加劲板的板厚就确定竖向边缘线的高度，从而确定水平边缘线的位置，使得侧向筋板中呈直角弧形的外边缘线的水平边缘线与水槽底面持平，便于隧道巡查人员在水槽底面上行走，不会发生隧道巡查人员遇到磕绊的现象。

经优化设计后的牛腿结构，侧向筋板的曲线滑顺，从水槽远处，观看安装完成的牛腿，视觉上，即舒服又有美感。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构，其特征在于，包括牛腿弧板(1)、竖向加劲板(2)、水平加劲板(3)、侧向筋板(4)和纵向筋板(5)；所述竖向加劲板(2)的下端焊接在牛腿弧板(1)的一端，所述水平加劲板(3)焊接在竖向加劲板(2)的上端；牛腿弧板(1)、竖向加劲板(2)和水平加劲板(3)之间焊接有多个侧向筋板(4)，相邻的侧向筋板(4)之间焊接有纵向筋板(5)；所述侧向筋板(4)的三侧的外边缘线分别与牛腿弧板(1)、竖向加劲板(2)和水平加劲板(3)相贴合，剩余一侧的外边缘线呈直角弧形，包括向下延伸的竖向边缘线、水平延伸的水平边缘线以及连接竖向边缘线和水平边缘线之间的圆弧，所述竖向边缘线与竖向加劲板平行；所述竖向边缘线的高度为水平加劲板(3)的上平面与隧道道床两侧水槽的上平面之间的高度减去水平加劲板的板厚。

2.根据权利要求1所述的适用于地铁盾构隧道钢内衬补强加固的牛腿结构，其特征在于，所述竖向边缘线与水平边缘线之间的圆弧的半径取50毫米。

3.根据权利要求1所述的牛腿结构，其特征在于，牛腿弧板上预制有数个用于锚固联接的锚固栓孔(6)，所述锚固栓孔(6)的孔位与事先在混凝土管片上钻凿加工而成的锚栓孔的孔位完全一致、相互配套。

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