一种用于承接盾构隧道及联络通道的不规则洞门管片

1.本发明涉及盾构施工技术领域，特别涉及一种用于承接盾构隧道及联络通道的不规则洞门管片。


背景技术：

2.联络通道，是为了连接两条隧道而设计的一条通道。若一条隧道出现突发问题，如排水、火灾、运行设备因故障停止运行等情况，人员可通过联络通道转移到另外一条隧道，以便快速逃生和救援。
3.根据我国现行《地铁设计规范》(gb50157-2013)，两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于600m时，应设置联络通道。随着我国的经济发展，地铁里程数不断增加，联络通道数量也随之增长。目前富水地层联络通道施工大部分采用冻结施工方法，该方法施工工期长，风险高，土层的反复冻融也会对周边环境造成破坏。因此，机械法联络通道开挖被寄予厚望。
4.在以往工程中，盾构隧道工程中的联络通道施工中，加固方法均是采用注浆加固或冻结法加固方法中的一种或多种组合进行加固。采用水泥浆液材料加固时常发生浆液窜浆、离析等情况，而使得加固土体强度低、孔隙率大、均匀性差、不能自稳及渗透性强，最终导致加固失效；若采用冻结法进行加固，也存在着工期长、施工成本较高、冻胀的不利影响、地下水流快的地层冻结效果不理想等不足，都极大地影响到联络通道始发洞门和接收洞门的施工，影响工期，事故频发，一直成为盾构隧道施工中的难题。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明旨在提出一种用于承接盾构隧道及联络通道的不规则洞门管片，通过设置与主隧道管片内壁紧密贴合的弧形曲面状预制管片以及与联络通道管片内壁紧密贴合的筒状预制管片，具有结构简单、安全性高、易于施工、工期短、整体性好以及适用性高等优点。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种用于承接盾构隧道及联络通道的不规则洞门管片，包括管片主体，所述管片主体包括弧形曲面状预制管片以及筒状预制管片，所述弧形曲面状预制管片与主隧道管片内壁紧密贴合，所述筒状预制管片与联络通道管片内壁紧密贴合。
8.进一步的，所述管片主体为预制喇叭状洞门管片，所述预制喇叭状洞门管片通过若干相邻的预制管片片段拼接而成。
9.进一步的，还包括连接构件，若干相邻的预制管片片段之间通过连接构件拼接而成。
10.进一步的，所述连接构件包括弹性密封垫、定位装置、传力衬垫以及短直连接螺栓，相邻的预制管片片段通过定位装置进行定位拼接、通过短直连接螺栓进行固定拼接、通过弹性密封垫、传力衬垫使得拼接保持弹性缓冲状态，所述短直连接螺栓的头部通过速凝
混凝土以及塑料密封盖处理用于防腐和美观。
11.进一步的，所述弧形曲面状预制管片以及筒状预制管片上均设有沿周向排列的预留凹形螺栓孔，所述弧形曲面状预制管片以及筒状预制管片均通过预留凹形螺栓孔配合安装固定螺栓与主隧道管片、联络通道管片内壁紧密贴合固定。
12.进一步的，所述预留凹形螺栓孔的最大深度均位于弧形曲面状预制管片以及筒状预制管片内部。
13.进一步的，所述弧形曲面状预制管片、筒状预制管片分别与隧道管片、联络通道管片的内壁贴合面均设有环形压板以及遇水膨胀止水橡胶。
14.进一步的，所述弧形曲面状预制管片上设有注浆孔。
15.进一步的，所述管片主体与主隧道管片、联络通道管片的间隙处设有永久封堵钢板以及注浆填充速凝混凝土。
16.进一步的，所述预制喇叭状洞门管片通过引入两圆柱面相贯线及其展开曲线的数学方程进行构建。
17.有益效果：本发明通过设置与主隧道管片内壁紧密贴合的弧形曲面状预制管片以及与联络通道管片内壁紧密贴合的筒状预制管片，具有结构简单、安全性高、易于施工、工期短、整体性好以及适用性高等优点。本发明与现有技术相比，由于避免了实际工程中现浇的现有施工方法，而混凝土的强度形成需要一定的工期，本发明的管片洞门通过连接构件直接将预制管片片段连接拼装到隧道管片上，因此具有整体性好、施工工期短、高效安全的特点，可以有效地提高施工效率和施工便利性；本发明管片主题为具有喇叭状的特殊结构，本发明中提到的预制喇叭状洞门管片的模拟构建引用两圆柱面相贯线的相关计算方法，将隧道合理简化为两圆柱相贯的数学模型，具有概念明确、计算简洁、所需参数少且容易获得、方便工程应用的特点，因此更适用于盾构隧道区间长度足够长时联络通道洞门的设计。
附图说明
18.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：
19.图1为本发明实施例所述的用于承接盾构隧道及联络通道的不规则洞门管片的结构示意图；
20.图2为本发明实施例所述的用于承接盾构隧道及联络通道的预制喇叭状洞门管片的结构示意图；
21.图3为本发明实施例所述的用于承接盾构隧道及联络通道的连接构件示意图；
22.图4为本发明实施例所述的用于承接盾构隧道及联络通道的预制喇叭状洞门管片的连接示意图；
23.图5为三维坐标系中两圆柱面相贯示意图。
具体实施方式
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.实施例1
27.参见图1-5：一种用于承接盾构隧道及联络通道的不规则洞门管片，包括管片主体1，所述管片主体1包括弧形曲面状预制管片101以及筒状预制管片102，所述弧形曲面状预制管片101与主隧道管片2内壁紧密贴合，所述筒状预制管片102与联络通道管片3内壁紧密贴合。
28.本实施例通过设置与主隧道管片内壁紧密贴合的弧形曲面状预制管片以及与联络通道管片内壁紧密贴合的筒状预制管片，具有结构简单、安全性高、易于施工、工期短、整体性好以及适用性高等优点。
29.在一具体的实例中，所述管片主体1为预制喇叭状洞门管片，所述预制喇叭状洞门管片通过若干相邻的预制管片片段拼接而成。
30.本实施例在具体施工时，可根据实际情况选择分几块预制管片片段进行拼接组装，本实施例的若干相邻的预制管片片段沿着周向拼接，需要说明的是，本实施例的预制管片片段包括弧形曲面状预制管片以及筒状预制管片的一部分。
31.在一具体的实例中，还包括连接构件4，若干相邻的预制管片片段之间通过连接构件4拼接而成。
32.在一具体的实例中，所述连接构件4包括弹性密封垫401、定位装置402、传力衬垫403以及短直连接螺栓404，相邻的预制管片片段通过定位装置402进行定位拼接、通过短直连接螺栓404进行固定拼接、通过弹性密封垫401、传力衬垫403使得拼接保持弹性缓冲状态，所述短直连接螺栓404的头部通过速凝混凝土405以及塑料密封盖406处理用于防腐和美观。
33.需要说明的是，本实施例通过弹性密封垫、拼接时有利于更好契合的定位装置可以为桦槽或定位棒、使管片接缝保持弹性状态和对局部应力起缓解作用的传力衬垫，使得连接相邻管片的短直连接螺栓之间连接的牢固性与稳定性更好；本实施例在螺栓头部加上速凝混凝土和加塑料密封盖的处理，有利于防腐和美观。
34.在具体实现中，本实施例的相邻预制管片片段的弧形曲面管片片段通过连接构件进行拼接。
35.在一具体的实例中，所述弧形曲面状预制管片101以及筒状预制管片102上均设有沿周向排列的预留凹形螺栓孔5，所述弧形曲面状预制管片101以及筒状预制管片102均通过预留凹形螺栓孔5配合安装固定螺栓6与主隧道管片2、联络通道管片3内壁紧密贴合固定。
36.需要说明的是，本实施例的固定螺栓靠近内壁部分需要进行螺栓头的处理，可以加上速凝混凝土和一个塑料密封盖进行防腐、美观处理。
37.在一具体的实例中，所述固定螺栓6的最大安装深度均位于主隧道管片2、联络通道管片3内部。
38.本实施例的弧形曲面状预制管片以及筒状预制管片配合安装固定螺栓后，固定螺栓的最大安装深度均位于主隧道管片、联络通道管片内部，不突出贯穿管片，从而避免与水土接触，有利于保证固定螺栓的强度和延长螺栓使用寿命。
39.在一具体的实例中，所述弧形曲面状预制管片101、筒状预制管片102分别与隧道管片2、联络通道管片3的内壁贴合面均设有环形压板7以及遇水膨胀止水橡胶8。
40.本实施例通过环形压板以及遇水膨胀止水橡胶可以使得连接部位更加牢固、牢靠，保证连接缝达到密封效果，从而保持
″
紧密贴合
″
状态。
41.需要说明的是，本实施例的环形压板上预留有与隧道管片、联络通道管片上的预留凹形螺栓孔相对应匹配的螺栓孔。
42.在一具体的实例中，所述弧形曲面状预制管片101上设有注浆孔1011。
43.本实施例在拼接好预制喇叭状洞门管片后进行注浆填充，使洞门与管片间隙密实。
44.在一具体的实例中，所述管片主体1与主隧道管片2、联络通道管片3的间隙处设有永久封堵钢板9以及注浆填充速凝混凝土10。
45.本实施例通过永久封堵钢板以及注浆填充速凝混凝土防止地层土体中的地下水从间隙深入隧道内，提高安全及密封性。
46.在一具体的实例中，所述预制喇叭状洞门管片通过引入两圆柱面相贯线及其展开曲线的数学方程进行构建。
47.具体的，本实施例通过引入两圆柱面相贯线及其展开曲线的数学方程构建适用于不同盾构隧道联络通道洞门施工的预制喇叭状洞门管片的弧形曲面状特种预制管片在三维坐标系中的分布函数曲线。
48.如图5所示，设半径分别为r和r的两个圆柱面的轴线成空间异面直线，r＞r，所成角度为α，距离为e，00
′
为公垂线段，0位于半径为r的圆柱面的轴线上，0
′
位于半径为r的圆柱面的轴线上。对于半径为r的圆柱面，以0为原点，轴线为z轴，过0点垂直于轴线的平面为0-xy平面，00
′
所在直线为y轴，建立直角坐标系0-xyz；对于半径为r的圆柱面，以0
′
为原点，轴线为z
′
轴，过0
′
点垂直于轴线的平面为0-x
′y′
平面，00
′
所在直线为y
′
轴，建立直角坐标系0
′‑
x
′y′z′
。则00
′
＝e，z轴和z
′
轴所成角度为α。
49.将半径为r的圆柱面从其在0
′‑
x
′z′
平面内母线处展开为平面，则两圆柱面相贯线展开曲面方程为：
[0050][0051]
上式(1)中，θ
′
＝0～2π，是参数方程的参数，对于半径为r的圆柱面上的任一点(x，y，z)，将其在0
′‑
x
′y′
平面内的投影和原点0
′
连线，x
′
轴的正半轴逆时针(z
′
轴正向往负向看去)旋转至该连线所经过的角度即为点(x，y，z)所对应的θ
′
；θ＝0～2π，是参数方程的参数，对于半径为r的圆柱面上的任一点(x，y，z)，将其在0-xy平面内的投影和原点0连线，x轴的正半轴逆时针(z轴正向往负向看去)旋转至该连线所经过的角度即为点(x，y，z)所对应的θ；
[0052]
将主隧道和联络通道认为是相互贯穿的两圆柱面，结合实际工程情况，主隧道和联络通道的相对位置常为二者轴线垂直相交的情况，故当两圆柱的中心轴线相交垂直时，即式(1)中：e＝0；α＝0。计算推导时管片厚度不计。
[0053]
则两圆柱轴线垂直且相交时相贯线展开曲线方程为：
[0054][0055]
如图1所示，特种管片内边线11和特种管片外边线12即为预制喇叭状洞门管片的边界条件，在三维空间坐标系中即为中心轴线垂直相交的两圆柱面的相贯线，其展开曲线方程即为式(2)；
[0056]
对于在特种管片内边线11和特种管片外边线12之间与主隧道管片内壁的贴合面部分计算，由从特种管片内边线11处连续增大至特种管片外边线12处，任一点所在的相贯线展开式在三维空间坐标上的分布均可由式(2)通过固定r值改变r值得到。设特种管片内边线11对应的主隧道半径r，联络通道半径r；特种管片外边线12对应的主隧道半径r，联络通道半径r
′
。则弧形曲面状预制管片101与主隧道管片2的贴合面由式(2)在区间r＝(r，r dr)，r为定值时计算得到；
[0057]
对于主隧道中心轴线和联络通道中心轴线的相对位置为一般情况的工程中，首先确定e和α值，其余计算思路同上述中线轴线垂直相交时的情况相同。
[0058]
本实施例的预制喇叭状洞门管片的模拟构建引用两圆柱面相贯线的相关计算方法，将隧道合理简化为两圆柱相贯的数学模型，具有概念明确、计算简洁、所需参数少且容易获得、方便工程应用的特点，因此更适用于盾构隧道区间长度足够长时联络通道洞门的设计。
[0059]
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。