一种具有装配式凸榫的盾构隧道管片

1.本发明涉及一种具有装配式凸榫的盾构隧道管片，属于盾构隧道施工技术领域。


背景技术：

2.随着城市地下交通的快速发展以及市区水电等基础设施的不断完善，盾构法施工遇到的急曲线线路越来越多，小半径转弯下管片结构的受力和防水日益成为焦点问题。其中，管片的拼装质量会直接影响结构的力学性能、工程的安全使用及造价。为了提高管片的拼装精度，部分工程在设计中采用设置凹凸榫的方法。管片凹凸榫是在接缝面两侧分别设置凹槽和凸榫，通过槽间的契合，依靠混凝土结构间咬合作用达到定位和抗剪的作用。
3.目前，凹凸榫结构大多位于管片环缝和纵缝的中轴线上，与螺栓孔在同一轴线上，且凹凸榫结构多是与管片一体化预制而成的混凝土结构。预制的混凝土凹凸榫结构能有效提高管片衬砌的拼装质量，但对管片拼装的精度要求更高，控制不当极易造成管片凹凸榫及其附近混凝土破裂。当盾构在曲线段掘进时，拼装完成的管片会在其环面与隧道设计轴线的法线方向产生一个夹角，受夹角的影响，作用于管片环面的千斤顶推力被分解成沿管片环面垂直方向和水平方向的分力。当管片外径与管片幅宽已确定时，隧道曲率半径越小，管片衬砌受到的水平分力越大。该水平分力会导致曲线外侧的管片错动量增大，曲线外侧接缝就容易出现渗漏水现象，而对于电力隧道等防水要求较严格的隧道来说，保证隧道的防水性能是很关键的。同时，过大的水平分力还容易将螺栓剪断。除此之外，曲线盾构隧道受此水平分力的影响，在侧向有一个挠曲变形，该变形引起曲线隧道外侧受拉，内侧受压，受拉侧的管片接触面积小，接触面提供的抗剪力有限，这对管片衬砌结构的防水和受力很不利。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有装配式凸榫的盾构隧道管片，能够降低盾构隧道管片拼装定位过程中的破损率。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：本发明提供一种具有装配式凸榫的盾构隧道管片，包括沿环向轴中线左右对称设置的管片上部和管片下部；所述管片上部和管片下部均包括内侧面、环间接缝面和凸榫；所述环间接缝面的内弧连接于内侧面；所述内侧面上开设多个等间距设置的第一手孔；所述环间接缝面上开设有多个与第一手孔一一对应设置的第一螺栓孔，各第一螺栓孔与对应的第一手孔贯通连接；相邻第一螺栓孔之间均开设有与凸榫匹配的凹槽；所述凹槽与凸榫活动连接；所述凸榫为高分子韧性材料设置。
6.进一步地，各第一螺栓孔的连接线将环间接缝面划分为受拉侧和受压侧；所述凹槽开设于环间接缝面的受拉侧。
7.进一步地，所述凸榫为高强度尼龙改性材料设置。
8.进一步地，所述凸榫包括左右镜像设置的第一圆台和第二圆台；各圆台的下底面紧连。
9.进一步地，所述管片上部或管片下部的凹槽底部设有固定柱；所述第一圆台或第二圆台的上底面开设有与固定柱匹配的固定槽。
10.进一步地，所述第一圆台和第二圆台均为椭圆台。
11.进一步地，所述第一圆台的高与下底面长轴的比值范围为(1:8)~( 1:10)。
12.进一步地，所述第一圆台的上底面长轴和下底面长轴的比值范围为0.8~1。
13.进一步地，所述第一圆台的上底面短轴和盾构隧道管片厚度的比值范围为(1:3)~( 1:5)。
14.进一步地，所述管片上部和管片下部均包括2个环向接缝面，一个环向接缝面连接内侧面一端，另一个环向接缝面连接内侧面另一端；所述内侧面两端均开设有第二手孔；所述各环向接缝面上均开设有与第二手孔对应的第二螺栓孔，各第二螺栓孔与对应的第二手孔贯通连接。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过设置高分子韧性材料的凸榫，使凸榫具有一定韧性，不易脆断，既能提高盾构隧道管片的抗剪能力，又能降低盾构隧道管片拼装定位过程中的破损率；本发明通过设置装配式凸榫，既能避免盾构隧道管片拼装定位时由于凸榫和凹槽不易对准导致挤压损坏、烂根、烂面等现象的发生，提高管片的拼装质量，又辅助管片衬砌结构承受水平分力；本发明设置在急曲线盾构隧道受拉的一侧， 高分子韧性材料设置的装配式凸榫和预制凹槽契合紧密后能够增加急曲线盾构隧道管片衬砌在受拉侧的接触面积，增大管片间的接触摩擦力，提高急曲线盾构隧道结构的抗剪能力，从而降低盾构隧道管片间的错台量。
附图说明
16.图1所示为本发明具有装配式凸榫的盾构隧道管片的一种实施例结构示意图；图2所示为本发明具有装配式凸榫的盾构隧道管片的一种实施例结构示意图；图3所示为本发明具有装配式凸榫的盾构隧道管片的一种实施例结构示意图；图4所示为本发明凸榫的一种实施例结构示意图；图中：2、内侧面；3、环间接缝面；4、凸榫；7、凹槽；8、环向接缝面；11、管片上部；12、管片下部；31、内弧；41、第一圆台；42、第二圆台；43、固定槽；51、第一手孔；52、第二手孔；61、第一螺栓孔；62、第二螺栓孔；71、固定柱。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
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底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.实施例1参考图1，本实施例提供一种具有装配式凸榫的盾构隧道管片，包括沿环向轴中线左右对称设置的管片上部11和管片下部12。
21.参考图2，管片上部11和管片下部12均包括内侧面2、环间接缝面3和凸榫4。其中，环间接缝面3的内弧31连接于内侧面2的一端，内侧面2上开设多个等间距设置的第一手孔51，环间接缝面3上开设有多个与第一手孔51一一对应设置的第一螺栓孔61，各第一螺栓孔61与对应的第一手孔51贯通连接。
22.应用时，工作人员将螺栓从一块盾构隧道管片的第一手孔51依次穿入该盾构隧道管片的第一螺栓孔61、另一盾构隧道管片的第一螺栓孔61和第一手孔51后，分别在两块盾构隧道管片的第一手孔51用螺帽将螺栓固定。
23.参考图2，相邻第一螺栓孔61之间均开设有与凸榫4匹配的凹槽7，凹槽7与凸榫4活动连接，凸榫4为高分子韧性材料设置。
24.根据曲线盾构隧道的受力特征可知，曲线盾构隧道由于线路的转弯，产生水平分力，导致盾构隧道结构在侧向有一个附加的挠曲变形，引起曲线盾构隧道外侧受拉，内侧受压的现象。
25.曲线盾构隧道受拉一侧的盾构隧道管片张开量大，盾构隧道管片之间的接触面积减小，使得摩擦力减小，导致盾构隧道管片受拉侧的抗剪能力降低，使得急曲线盾构隧道的抗剪力不均匀，从而导致盾构隧道管片间的错台量增加。
26.应用中，在盾构隧道管片的环间接缝面3上开设有凹槽7，工作人员将凸榫4的一侧插入一块盾构隧道管片的凹槽7内，并将对应拼装的另一块盾构隧道管片的凹槽7套上该凸榫4的另一侧。
27.本发明通过设置高分子韧性材料的凸榫，使凸榫具有一定韧性，不易脆断，既能提高盾构隧道管片的抗剪能力，又能降低盾构隧道管片拼装定位过程中的破损率。
28.本发明通过设置装配式凸榫，既能避免盾构隧道管片拼装定位时由于凸榫和凹槽不易对准导致挤压损坏、烂根、烂面等现象的发生，提高管片的拼装质量，又能辅助盾构隧道管片的衬砌结构承受水平分力。
29.本发明设置在急曲线盾构隧道受拉的一侧， 高分子韧性材料设置的装配式凸榫
和预制凹槽契合紧密后能够增加急曲线盾构隧道管片衬砌在受拉侧的接触面积，增大盾构隧道管片间的接触摩擦力，提高曲线盾构隧道整体的抗剪能力，从而降低盾构隧道管片间的错台量。
30.实施例2在实施例1的基础上，参考图2，各第一螺栓孔61的连接线将环间接缝面3划分为受拉侧和受压侧，应用中，各凹槽7均开设于环间接缝面3的受拉侧。
31.参考图4，本实施例的凸榫4包括左右镜像设置的第一圆台41和第二圆台42，第一圆台41和第二圆台42均为椭圆台，且各圆台的下底面紧连。
32.应用中，凸榫4为一体结构式设置，且为高强度尼龙改性材料制成。
33.本实施例应用时，工作人员依据工程地质及水文条件、隧道埋深、隧道洞径、线路转弯半径、施工要求以及隧道结构的承载特性确定凹槽和凸榫的尺寸。
34.本实施例的各圆台的高与下底面长轴的比值范围为1:8；各圆台的上底面长轴和下底面长轴的比值范围为0.8；各圆台的上底面短轴和管片厚度的比值范围为1:3。
35.参考图3，本实施例的管片上部11或管片下部12的凹槽7底部设有固定柱71；第一圆台41或第二圆台42的上底面开设有与固定柱71匹配的固定槽43。
36.应用中，工作人员将凸榫4具有固定槽43的一端插入一块盾构隧道管片的具有固定柱71的凹槽7，使得凸榫4的稳定地嵌入该盾构隧道管片的凹槽7内，并将凸榫4的另一端插入另一块盾构隧道管片的不具有固定柱71的凹槽7内。
37.本实施例应用时，工作人员对管片的具体拼装方式进行提前排版，根据排版结果生产管片，最后进行管片的拼装操作。
38.参考图2，本实施例的管片都还包括2个环向接缝面8；内侧面2两端均开设有第二手孔52；各环向接缝面上均开设有与第二手孔52对应的第二螺栓孔62，各第二螺栓孔62与对应的第二手孔52贯通连接。
39.应用中，工作人员将螺栓从一块盾构隧道管片的第二手孔52依次穿入该盾构隧道管片的第二螺栓孔62、另一盾构隧道管片的第二螺栓孔62和第二手孔52后，分别在两块盾构隧道管片的第二手孔52用螺帽将螺栓固定。
40.实施例3本实施例的各圆台的高与下底面长轴的比值范围为1:9；各圆台的上底面长轴和下底面长轴的比值范围为0.93；各圆台的上底面短轴和管片厚度的比值范围为1:4。
41.实施例4本实施例的各圆台的高与下底面长轴的比值范围为1:10；各圆台的上底面长轴和下底面长轴的比值范围为1；各圆台的上底面短轴和管片厚度的比值范围为1:5。
42.综上实施例，本发明能够降低盾构隧道管片在拼装过程中的破损率和正常工作中的错台量，适用于需要增加结构抗剪能力以及需要严格控制管片错台量的盾构隧道，尤其是急曲线盾构隧道，具有极高的工程应用价值。
43.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。