一种盾构隧道装配式轨顶风道结构的制作方法

1.本发明属于建筑施工领域，具体涉及一种盾构隧道装配式轨顶风道结构。


背景技术：

2.目前，国内城市轨道交通建设中地铁车站主要采用明挖法建造，区间隧道主要采用盾构法施工。由于征地拆迁、交通疏解等各种因素，可能会出现采用盾构法配合建造车站的特殊情况。盾构车站是由两个并列的圆形隧道组成的侧式站台车站，目前国内应用较少，一般采用大直径(大于6米)盾构机，通过先隧后站的方式，在盾构隧道内铺设轨道和设置站台板、轨顶风道等内部结构，乘客从车站两端的竖井进入站台乘车。
3.轨顶风道是车站内的排风通道，悬挂于中板和结构侧墙交接处，国内主要采用现浇法施工。然而对盾构车站在设置轨顶风道结构时，若采用传统现浇方式施工，需要在隧道管片上钻孔植筋，不仅工期长、施工质量难保证，而且对结构耐久性产生不利影响。
4.目前，国内建筑工程中大量采用预制装配式结构，通过在工厂预制构件，运至现场拼装，安装简单，施工速度快。因此有必要针对在既有盾构隧道内设置轨顶风道二次结构的情况，提出一种采用预制构件的全装配式轨顶风道结构，避免钻孔植筋对隧道结构的破坏。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种盾构隧道装配式轨顶风道结构，能够避免传统现浇法施工需钻孔植筋破坏管片结构的缺点，通过预制部件装配设计，实现了不损害管片结构并加快安装速度的目的。
6.本发明的盾构隧道装配式轨顶风道结构，包括预制风道板、预制竖向隔墙、π型连接件和钢牛腿连接件，预制风道板水平设置，预制竖向隔墙竖直装配于预制风道板上方，π型连接件装配于预制竖向隔墙上方并用于与隧道内管片进行连接，钢牛腿连接件装配于预制风道板一端并用于与隧道内管片进行连接。
7.其中，所述π型连接件和钢牛腿连接件上设有能够调节误差的条形螺栓孔；隧道管片内预埋有用于连接的t型套筒。
8.其中，所述预制风道板呈l形，采用uhpc超高性能混凝土材料，l形长边厚度为一般现浇轨顶风道结构的1/3～1/2，l形短边为安装屏蔽门局部加厚，预制风道板内设有用于分别与预制竖向隔墙和钢牛腿连接件连接的预埋套筒。
9.其中，所述预制竖向隔墙呈倒t形，采用uhpc超高性能混凝土材料，t形长边厚度为一般现浇轨顶风道结构的1/3～1/2，t形短边局部加厚，预制竖向隔墙内设有用于分别与π型连接件和预制风道板连接的预埋套筒。
10.其中，所述π型连接件包括用于与隧道内管片连接的弧形底座、弧形底座下方设有竖向垂壁，竖向垂壁与弧形底座通过斜撑连接以增加结构受力；；竖向垂壁位于弧形底座下方中部向一侧略偏的部位；所述预制竖向隔墙能够插入并固定于所述竖向垂壁之间。
11.进一步，所述竖向垂壁的外侧设有纵向连接板，通过紧固连接件将预制竖向隔墙
夹紧并固定于竖向垂壁和纵向连接板之间；竖向垂壁和纵向连接板上相互接触的表面上设有能够相互啮合的齿槽；紧固连接件为连接螺栓及能够与其在另一端配合的防松双螺母；竖向垂壁上设有能够调节误差的条形螺栓孔；每环管片上π型连接件沿纵向连接板平行设置两个；π型连接件采用q355b钢板焊接成型，接缝满焊，表面进行防腐、防火处理。
12.其中，所述钢牛腿连接件包括用于与隧道内管片连接的弧形底座，弧形底座一侧连接有水平横担，水平横担下方设有与弧形底座连接的斜撑；水平横担位于弧形底座一侧中部向下方略偏的部位；所述预制风道板一端固定于水平横担之上。
13.进一步，水平横担上方设有水平垫板，通过紧固连接件将预制风道板依次固定于水平垫板和水平横担之上；紧固连接件为连接螺栓及能够与其在另一端配合的防松双螺母，防松双螺母与水平横担之间还设有螺栓紧固钢垫板，螺栓紧固钢垫板和水平横担上相互接触的表面上设有能够相互啮合的齿槽；每环管片上钢牛腿连接件沿水平垫板平行设置两个；钢牛腿连接件采用q355b钢板焊接成型，接缝满焊，表面进行防腐、防火处理，水平横担截面呈u型。
14.相对于现有技术，本发明采用全装配式轨顶风道结构设计，所有部件均可在工厂预制，预制构件采用超高性能混凝土材料生产，强度高、耐久性好，相比一般现浇结构，可大幅减薄厚度，节省材料。本发明中所有接头部件均通过螺栓和套筒连接固定，安装便捷、连接可靠，避免了传统现浇方式中钻孔植筋对管片结构的破坏。本发明中各部件更换方便，某一部位损坏后，拆除螺栓即可进行更换，可始终保持良好的工作性能。本发明装配结构稳定，结构配重合理，连接可靠性高，能够承受列车高速运行时的空气压力，安全性好。
附图说明
15.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1是装配式轨顶风道在盾构隧道车站中布置的断面示意图；
17.图2是本发明中预制风道板的一种结构示意图；
18.图3是本发明中预制竖向隔墙的一种结构示意图；
19.图4是本发明中π型连接件的一种结构示意图；
20.图5是本发明中钢牛腿连接件的一种结构示意图；
21.图6是本发明中管片内预埋t型套筒和构件内预埋套筒的一种结构示意图；
22.图7是本发明中防松双螺母与结构件的连接示意图；
23.图8是本发明中纵向连接板的一种结构示意图；
24.图9是本发明中水平垫板的一种结构示意图；
25.图10是本发明单环管片内轨顶风道结构与管片竖向连接接头示意图；
26.图11是本发明单环管片内轨顶风道结构与管片水平连接接头示意图；
27.图12是本发明装配式轨顶风道结构各结构件拼装连接示意图；
28.图13是本发明盾构隧道内装配式轨顶风道结构示意图；
29.图14是本发明盾构隧道内装配式轨顶风道结构应用状态下的结构示意图。
30.其中，
31.1预制风道板
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2预制竖向隔墙
32.3π型连接件
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4钢牛腿连接件
33.5t型套筒
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6预埋套筒
34.7连接螺栓
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8弧形底座
35.9竖向垂臂
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10水平横担
36.11斜撑
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12条形螺栓孔
37.13纵向连接板
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14水平垫板
38.15齿槽
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16管片环
39.17防松双螺母
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18螺栓紧固钢垫板
具体实施方式
40.为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述。以下描述中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。附图实例为清楚描述本发明的优选实施例进行了详细的细节描述，但并不代表本发明的唯一实施方式，本领域技术人员在不脱离该具体实施方式的情况下所作的细节结构更改也应视为在本实施例公开的范围之内。
41.图1是本发明装配式轨顶风道在盾构隧道车站中布置的断面示意图。本发明的风道结构固定于盾构隧道顶部，通过t型套筒5固定连接。在一个具体实施例中盾构隧道管片衬砌内径7.7m，外径8.5m，幅宽1.5m，采用“1封顶块(f) 2邻接块(l1、l2) 4标准块(b1、b2、b3、b4)”的分块方式，风道结构分别与邻接块l2和和标准块b4连接。风道结构构件包括预制风道板1、预制竖向隔墙2、π型连接件3和钢牛腿连接件4，预制风道板1水平设置，预制竖向隔墙2竖直装配于预制风道板1上方，π型连接件3装配于预制竖向隔墙2上方并用于与邻接块l2进行连接，钢牛腿连接件4装配于预制风道板1一端并用于与标准块b4进行连接。
42.如图2所示，预制风道板1呈l形，采用uhpc超高性能混凝土材料，强度高、耐久性好，l形长边厚度仅为一般现浇轨顶风道结构的1/3～1/2，能极大减轻结构自重，l形短边为安装屏蔽门局部加厚，用于安装屏蔽门的l形短边设计能够结合屏蔽门对风道结构进行辅助支撑，维持风道结构的整体稳定。l形长边内还设有预埋套筒6以便后期螺栓连接，其中与钢牛腿连接件4连接处预埋四个预埋套筒6，与预制竖向隔墙2连接处预埋六个预埋套筒6。作为一种优化的尺寸设计，预制风道板1的l形长边长度为3520mm 550mm，沿隧道纵向宽度为1496mm，预留4mm制作及拼装误差，厚度为70mm。预埋套筒6可以为m16套筒。
43.如图3所示，预制竖向隔墙2呈倒t形，采用uhpc超高性能混凝土材料，t形长边厚度仅为一般现浇轨顶风道结构的1/3～1/2，可极大减轻结构自重，t形短边适当加厚，t形长边和t形短边内还设有预埋套筒6以便后期螺栓连接，其中与π型连接件3连接处预埋六个预埋套筒6，与预制风道板1连接处预埋六个预埋套筒6。作为一种优化的尺寸设计，倒t形预制竖向隔墙2高度为1610mm，t形短边宽度为330mm，沿隧道纵向长度为1496mm，预留4mm制作及拼装误差，厚度为60mm。预埋套筒6可以为m16套筒。
44.如图4所示，π型连接件3采用q355b钢板焊接成型，接缝满焊，表面进行防腐、防火处理，强度高、耐久性好。π型连接件3包括弧形底座8、弧形底座8下方设有一组竖向垂壁9，竖向垂壁9两侧分别设有与弧形底座8连接的斜撑11，用于增加连接件的抗弯拉能力。竖向垂壁9位于弧形底座8下方中部向一侧略偏的部位。弧形底座8上设有条形螺栓孔12，条形螺
栓孔12中心基本与管片内预埋t型套筒5位置对应，安装时适当调节孔位错动，通过连接螺栓7进行固定，可实现π型连接件3在管片上的精确连接。竖向垂壁9上也对应设有条形螺栓孔12，条形螺栓孔中心基本与预制竖向隔墙内预埋套筒6位置对应，安装施工时可通过上下调整精确定位，再通过连接螺栓7实现预制竖向隔墙2在π型连接件3上的固定连接。为进一步提高预制竖向隔墙2在π型连接件3上的连接稳定性，在竖向垂壁9外侧增设纵向连接板13，纵向连接板13上设有圆形螺栓孔。在安装预制竖向隔墙2时，连接螺栓7依次穿过纵向连接板螺栓孔、连接件垂臂上条形螺栓孔12及构件内预埋套筒6，然后紧固定位。竖向垂壁9和纵向连接板13上相互接触的表面上还设有相匹配的齿槽15，通过齿槽啮合保证位置的锁定。作为一种优化的尺寸设计，π型连接件3的钢板厚度15mm，条形螺栓孔12孔径18mm、孔长36mm，可在安装时调节误差以实现隔墙的精确定位。
45.如图5所示，钢牛腿连接件4同样采用q355b钢板焊接成型，接缝满焊，表面进行防腐、防火处理，强度高、耐久性好，钢牛腿连接件4包括弧形底座8，弧形底座8一侧连接有水平横担10，水平横担10下方一侧设有与弧形底座8连接的斜撑11，用于对水平横担10起到稳定支撑的作用。钢牛腿连接件4中的弧形底座8与π型连接件3上的弧形底座8具有相同的结构，可视为同一结构部件应用于不同的结构件上。钢牛腿连接件弧形底座8上同样设有条形螺栓孔12，用于实现与管片的连接固定。水平横担10上也设有若干条形螺栓孔12，条形螺栓孔12中心与预制风道板内预埋套筒6位置对应，安装施工时可通过左右调整精确定位，再通过连接螺栓7实现预制风道板的固定。水平横担10采用u型槽钢，能够提高架设稳定性以及结构刚性。为进一步提高连接稳定性，在预制风道板1与钢牛腿连接件之间增设水平垫板14，水平垫板14上设有供螺栓连接的圆形螺栓孔，每环管片上至少设置两个钢牛腿连接件。钢牛腿连接件4的斜撑11可以与π型连接件3的斜撑11相同，可视为同一结构部件应用于不同的结构件上，也可以不同，例如钢牛腿连接件4的斜撑11可以与水平横担10一体成型，通过常规手段可以具有多种实现方式，且容易理解不在赘述。作为一种优化的尺寸设计，钢牛腿连接件4的钢板厚度15mm。本发明中各个结构件上的条形螺栓孔12可以具有相同的结构和尺寸，也可以根据需要设置不同的尺寸，但均可以起到调节误差以及精确定位的目的。
46.如图6所示，管片内预埋t型套筒5具有较大的限位端板和外设粗螺纹结构，能够增大与混凝土之间的粘结锚固力防止脱出，预埋套筒6两端无封堵为内设直螺纹结构。t型套筒5可沿隧道纵向设置两排，每排沿环向设置57个，也可根据接头连接需要确定预埋数量，保证风道结构安装。
47.如图7所示，为防止长期列车振动荷载作用下，接头螺栓发生松动或脱落，连接处可设置与连接螺栓配合的防松双螺母17，防松双螺母17与预制构件之间可以增设紧固钢垫板18以使连接更可靠，紧固钢垫板18和与其接触的结构件的表面上也均可设置齿槽15。
48.如图8所示，纵向连接板13采用q355b钢板，作为一种优化的尺寸设计，长度750mm，宽度80mm，厚度10mm。安装施工时通过拧入连接螺栓7和防松动双螺母17紧固竖向垂臂9两侧纵向连接板13，同时依靠齿槽啮合形成整体，增加接头受力稳定性。。
49.如图9所示，水平垫板14采用q355b钢板，作为一种优化的尺寸设计，厚度10mm。水平垫板14的设计能够增大预制风道板与钢牛腿连接件之间的接触面积，避免连接部位出现应力集中破坏，提高接头可靠性。
50.图10
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14分别显示了本发明风道结构部分或全部装配的结构示意图。风道结构在
施工时先安装顶部π型连接件3，沿竖向插入预制竖向隔墙2，精确定位后拧紧螺栓固定，再安装钢牛腿连接件4，将预制风道板1提升至安装高度沿隧道纵向推入，调整定位后依次连接各接头螺栓实现结构整体的拼装。
51.本发明针对盾构隧道内设置轨顶风道结构采用传统现浇方式需钻孔植筋、破坏结构的不利情况，提出一种采用全装配式设计的轨顶风道结构，通过预制混凝土构件和装配式连接件，在管片及预制构件内预埋套筒(5、6)，再通过螺栓连接的方式进行拼装。本发明装配式轨顶风道结构所有部件均在工厂预制生产，运至现场拼装，安装便捷、可加快施工速度缩短工期，材料强度高、耐久性好，运营阶段维修更换方便。
52.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。