一种环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置的制作方法

1.本发明属于隧道盾构管片安装技术领域，具体涉及一种环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置。


背景技术：

2.隧道盾构管片是目前进行隧道工程施工过程中比较重要的安装组件，将管片拼接后形成环形管片，而环形管片进行中心轴方向的长度组合时通过环缝连接件进行配合连接。现有的管片环缝新型连接件在进行环缝组装时通过在管片上设有组合连接配合柱，通过将组合连接配合柱插入到上一环管片上的配合孔内进行组合，在进行配合时组合连接配合柱的组合紧密性无法达到防松的紧固配合，连接强度比较差。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置，采用本发明能够保障配合连接后具有可靠的防松组合效果，且连接强度较好。
4.本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置，包括连接插座组件以及连接头，所述连接头包括用于预埋于第一管片内的预埋部，所述预埋部上设有用于与连接插座组件配合连接的连接柱，所述连接柱设有锥形配合柱段，所述连接插座组件包括插座主体以及用于预埋于第二管片内的插座外壳，所述插座外壳设有用于安装插座主体的安装腔以及用于供连接头的连接柱插入所述安装腔的过孔，所述插座主体限位在插座外壳的安装腔内，所述插座主体外壁与插座外壳内壁之间设有间距，所述插座主体设有用于供连接头的连接柱插入的插孔，所述插孔具有用于与连接柱的锥形配合柱段对应配合的锥形配合孔段，所述插座主体由多个拼接块拼接而成，所述插座主体的外壁套有弹性固定圈，所述过孔的一端与插座主体的插孔连通，所述过孔的另一端贯穿插座外壳。
5.进一步地，多个拼接块环插座主体轴心线分布。
6.进一步地，所述连接柱设有至少一段锥形配合柱段，所述插座主体的插孔具有至少一段锥形配合孔段，插座主体的各个锥形配合孔段的孔径沿连接头的连接柱的插入方向逐渐减小，连接头的连接柱的各个锥形配合柱段的外径沿其插入方向逐渐减小；当连接柱的锥形配合柱段配合在插座主体的锥形配合孔段内时，连接柱的至少一段锥形配合柱段的端面与插座主体的插孔内的止退面接触。
7.进一步地，所述连接柱上设有多段锥形配合柱段，多段锥形配合柱段依次相连；所述插座主体的插孔具有多段锥形配合孔段，多段锥形配合孔段依次相连。
8.进一步地，所述连接柱位于锥形配合柱段与预埋部之间设有圆柱段，所述圆柱段的直径小于锥形配合柱段的最大直径。
9.进一步地，圆柱段的直径等于锥形配合柱段的最小直径。
10.进一步地，所述连接柱的端头设有导向柱段；所述插座主体的插孔靠近过孔的一
端设有导向锥面，所述插座主体的插孔远离过孔的另一端设有避位孔段，所述锥形配合孔段位于导向锥面与避位孔段之间。
11.进一步地，连接柱端头的锥形导向柱段的最大外径等于锥形配合柱段的最小直径。
12.避位孔段为圆柱孔，避位孔段的孔径大于锥形配合孔段的最小孔径。
13.进一步地，连接柱的锥形导向柱段的外径沿其插入方向逐渐减小。
14.进一步地，所述插座主体的外壁设有环插座主体设置的凹槽，所述弹性固定圈位于所述凹槽内。多个凹槽沿插座主体的轴向间隔分布。
15.进一步地，所述弹性固定圈位于插座主体的外壁与插座外壳的内壁之间，并分别与插座主体的外壁、插座外壳的内壁接触。
16.进一步地，所述插座外壳包括端盖和壳体，所述壳体设有用于安装插座主体的安装腔，所述安装腔的一端贯穿壳体一端，所述壳体位于安装腔的另一端设置过孔，所述过孔的一端与安装腔连通，过孔的另一端贯穿壳体另一端，所述安装腔的孔径大于过孔的孔径，所述端盖与壳体远离过孔的一端固定连接，所述插座主体轴向限位在壳体的安装腔内。
17.进一步地，所述端盖与壳体通过螺纹固定连接；所述端盖上设有紧固连接柱，所述紧固连接柱伸入壳体的安装腔内，且端盖与壳体止口定位，所述紧固连接柱的外壁上设有螺纹，所述壳体的安装腔设有用于与端盖的紧固连接柱螺纹配合的内螺纹。紧固连接柱还可对插座主体进行轴向限位。
18.进一步地，所述端盖为阶梯圆柱，所述端盖的小径段伸入壳体的安装腔内，端盖的大径段位于壳体的安装腔外。所述端盖的小径段外壁设有螺纹，所述壳体的安装腔远离过孔的一端设有内螺纹，用于与端盖的小径段螺纹配合。
19.插座主体的一端通过端盖限位，插座主体的另一端通过壳体内的台阶面限位。
20.进一步地，所述插座外壳的过孔入口端设有导向锥面。
21.进一步地，环缝连接头的预埋部与连接柱一体成型。
22.进一步地，所述端盖与壳体的外形、外形尺寸完全相同。
23.进一步地，所述壳体和预埋部在左右方向的投影均为圆形或多边形等。
24.本发明至少具有如下有益效果：
25.1.本发明在使用时不需要在管片上预留手孔，确保了管片的完整性，保障了组合时管片的自身强度，减小了由于截面位置预留手孔导致在接头配合位置应力集中的问题，提高了管片自身的刚度和承载力。
26.2.本发明在使用时可以替代剪力销的使用，从而提高了管片的抗剪能力，使组合时的便利性更强，组合操作更方便。
27.3.本发明整体组合时的配合精度比较高，确保了管片在进行拼装后隧道整体精度也比传统螺栓连接的组合精度高，管片错台量更小。
28.4.本发明确保管片连接时的紧密性更好，周围没有预留手孔，保障了管片组合时的整体密封性，在使用时的防水抗渗能力更强。
29.5.本发明在进行组合时的施工效率更高，减少了人工和时间成本，组合精度的提高也确保了管片内圆弧面的光滑度，免除了二次衬砌，降低了材料成本。
30.6.本发明在后期使用过程中的连接强度更可靠，耐用性更强，整体的组合使用寿
命更强。
31.7.本发明在进行组合过程中避免了配合位置的损伤，在组合后具有可靠的防松性能，整体的连接牢固性相比于现有的结构得到了大大的提升。
32.8.本发明在进行生产组合时的内部结构如插座主体的安装操作更方便，内部结构组合时的效率更高，安全性更好。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
34.图1为本发明实施例提供的环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置的结构示意图；
35.图2为本发明实施例提供的环缝连接头的结构示意图；
36.图3为本发明实施例提供的环缝连接插座组件的截面示意图；
37.图4为本发明实施例提供的插座主体的侧面示意图。
38.图中：1为壳体，2为端盖，3为安装腔，4为过孔，5为壳体的锥形导向口，6为插座主体，7为拼接块，8为凹槽，9为弹性固定圈，10为锥形配合孔段，11为插座主体的锥形导向口，12为避位孔段，13为止退面，21为预埋部，22为连接柱，23为锥形配合柱段，24为锥形导向柱段，25为锥形配合柱段的端面。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“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。
41.术语“第一”、“第二”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”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”、“若干”的含义是两个或两个以上。
42.参见图1至图4，本发明实施例提供一种环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置，包括环缝连接插座组件以及环缝连接头，所述环缝连接头包括用于预埋于第一管片内的预埋部21，所述预埋部21上设有用于与环缝连接插座组件配合连接的连接柱22，所述连接柱22设有锥形配合柱段23，所述环缝连接插座组件包括插座主体6以及用于预埋于第二管片内的插座外壳，所述插座外壳设有用于安装插座主体的安装腔3以及用于供连接头的连接
柱插入所述安装腔的过孔4，所述插座主体6轴向限位在插座外壳的安装腔3内，所述插座主体6外壁与插座外壳内壁之间设有间距，所述插座主体6设有用于供环缝连接头的连接柱22插入的插孔，所述插孔具有用于与连接柱22的锥形配合柱段23对应配合的锥形配合孔段10，所述插座主体6由多个环插座主体6轴心线分布的拼接块7拼接而成，所述插座主体6的外壁套有弹性固定圈9，所述过孔4的一端与插座主体6的插孔连通，所述过孔4的另一端贯穿插座外壳。
43.插座主体6的多个拼接块拼接后在中间形成所述插孔。
44.作为优选，环缝连接头的预埋部与连接柱一体成型。
45.插座主体6的外径小于插座外壳的安装腔3的内径。
46.所述插座主体6的外壁到所述安装腔的内壁之间的距离大于或等于所述锥形配合柱段23的最大外径与最小外径之间的差值。
47.锥形配合柱段23的最大外径大于锥形配合孔段的最小孔径。
48.作为优选，锥形配合柱段23的最小外径小于或等于锥形配合孔段的最小孔径。锥形配合柱段23的最大外径小于或等于锥形配合孔段的最大孔径，使锥形配合柱段23可以对应配合在锥形配合孔段内，且保证连接柱只能前进，不能后退。
49.作为优选，锥形配合孔段的轴向长度与锥形配合柱段的轴向长度相同。
50.作为优选，锥形配合孔段的数量比锥形配合柱段的数量多。
51.各个锥形配合孔段10的锥度方向相同，朝向连接柱插入方向。各个锥形配合柱段23的锥度方向相同，朝向连接柱插入方向。
52.作为优选，所述连接柱22设有至少一段锥形配合柱段23，所述插座主体6的插孔具有至少一段锥形配合孔段10，插座主体6的各个锥形配合孔段10的孔径沿环缝连接头的连接柱22的插入方向逐渐减小，环缝连接头的连接柱22的各个锥形配合柱段23的外径沿其插入方向逐渐减小；当连接柱22的锥形配合柱段23配合在插座主体6的锥形配合孔段10内时，连接柱22的至少一段锥形配合柱段23的端面25与插座主体6的插孔内的止退面13接触。
53.作为优选，所述连接柱22上设有多段锥形配合柱段23，多段锥形配合柱段23依次相连；所述插座主体6的插孔具有多段锥形配合孔段10，多段锥形配合孔段10依次相连。
54.作为优选，所述连接柱22位于锥形配合柱段23与预埋部21之间设有圆柱段，所述圆柱段的直径小于锥形配合柱段23的最大直径。
55.作为优选，圆柱段的直径等于锥形配合柱段23的最小直径。
56.作为优选，所述连接柱22的端头设有锥形导向柱段24，所述插座主体的插孔靠近过孔的一端设有导向锥面11，所述插座主体6的插孔远离过孔的另一端设有避位孔段12，所述锥形配合孔段10位于导向锥面11与避位孔段12之间。
57.连接柱22端头的锥形导向柱段24的最大外径等于锥形配合柱段23的最小直径。
58.连接柱22的锥形导向柱段24的外径沿其插入方向逐渐减小。
59.作为优选，所述插座主体6的外壁设有环插座主体6设置的凹槽8，所述弹性固定圈9位于所述凹槽8内。
60.作为优选，多个凹槽沿插座主体的轴向间隔分布。凹槽的个数根据需要设置。
61.作为优选，所述弹性固定圈9位于插座主体6的外壁与插座外壳的内壁之间，并分别与插座主体6的外壁、插座外壳的内壁接触。
62.作为优选，所述插座外壳包括端盖2和壳体1，所述壳体1设有用于安装插座主体6的安装腔3，所述安装腔3的一端贯穿壳体1一端，所述壳体1位于安装腔3的另一端设置过孔4，所述过孔4的一端与安装腔3连通，过孔4的另一端贯穿壳体1另一端，所述安装腔3的孔径大于过孔4的孔径，形成阶梯孔，所述端盖2与壳体1远离过孔4的一端固定连接，所述插座主体6轴向限位在壳体1的安装腔3内。
63.作为优选，安装腔3左右方向的长度大于壳体1左右方向长度的一半。
64.作为优选，所述端盖2与壳体1通过螺纹固定连接。
65.作为优选，所述壳体1的过孔入口端即过孔4远离安装腔3的一端设有导向锥面5。
66.具体地，所述过孔4包括圆柱孔段和锥形导向口，圆柱孔段的一端与安装腔3相连连通，圆柱孔段的另一端与导向孔段相连连通。锥形导向口外大内小。
67.作为优选，所述端盖2与所述壳体1通过螺纹连接的方式组合在一起。所述端盖与壳体通过螺纹固定连接；所述端盖上设有紧固连接柱，所述紧固连接柱伸入壳体的安装腔内，与插座主体6的端面接触(紧固连接柱对插座主体进行轴向限位，且只对插座主体6轴向限位，不限定插座主体6的拼接块的径向自由度)，且端盖与壳体止口定位，所述紧固连接柱的外壁上设有螺纹，所述壳体的安装腔设有用于与端盖的紧固连接柱螺纹配合的内螺纹。上述结构使它们在进行组合时的稳定性更好，在使用时的组合连接成本更低，在进行本连接件的自身生产组合时的便利性更强。
68.作为优选，所述弹性固定圈9由橡胶材料制成，也可以采用现有技术中的其它材料，例如柔性塑料等，采用橡胶材料时的成本相对更低一些，安装配合时的形变量也相对较大。
69.作为优选，所述弹性固定圈9的截面形状为圆弧或多边形结构等，都能够满足使用需求采用多边形结构时的强度会更好一些，并且在配合时的稳定性更好，具有一定的配合定位作用。
70.作为优选，所述弹性固定圈9截面厚度是所述凹槽8深度的一半，使此位置处的配合稳定性更好，并且弹性固定圈9的强度能够达到最大，配合连接安全性能够进一步提高。
71.作为优选，所述端盖2与所述壳体1的外形、外形尺寸完全相同，使它们的平整性更好，在安装使用时更加方便。所述壳体1和所述预埋部21在左右方向的投影均为多边形结构，在使用时与管片融合在一起时的配合牢固性更高，组合使用时的组合牢固性能够更强。
72.作为优选，所述壳体1和所述预埋部21在左右方向的投影均为圆柱形结构，在生产加工时更方便，能够提高此结构的生产效率。
73.作为优选，所述锥形配合孔段10左右方向分布区域的长度大于所述锥形配合柱段23左右方向分布区域的长度，能够保障卡合位置的组合空间更大，整体组合时的连接操作更方便，确保环缝连接头的全部卡合结构都能够位于锥形配合孔段10内，在使用时的整体防松牢固性能够进一步提高。
74.作为优选，所述拼接块7由金属材料制成，例如合金材料、钢铁材料等，能够使它的配合强度得到进一步增加，使用寿命也会增强。此结构也可以采用混凝土等材料进行生产加工，生产进的成本更低，也可以采用塑料类的材料，但配合强度有限。
75.拼接块7的数量根据需要设置，作为优选，所述拼接块7的数量为三个，在进行本连接件的生产时，能够使拼接时的配合操作更容易，并且每个拼接块7的强度都更好，整体的
稳定性更有保障，生产成本也相对较低。
76.本发明的环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置包括插入组合在一起使用的环缝连接头和环缝连接插座组件，在使用时能够分别将它们与需要进行环缝连接的管片结构的拼接端融合在一起，在进行组合时能够实现快速插入组合。所述环缝连接插座组件的插座外壳由壳体1和端盖2组成，使此结构在生产加工时更容易，采用分结构进行连接组成。所述壳体1的左侧中心位置设有圆柱形安装腔3，所述安装腔3的右侧设有将所述壳体1右侧完全贯穿的圆柱形过孔4，所述过孔4的右侧边缘位置设有导向锥面5，在组合过程中起到配合导向的作用，确保管片整体在进行组合时的配合操作更容易。所述端盖2的右侧设有与所述安装腔3连接在一起的紧固连接柱，它们组合在一起形成一个整体结构。所述紧固连接柱的右侧端面与所述安装腔3的右侧端面之间设置圆柱形插座主体。所述紧固连接柱的右侧端面与所述安装腔3的右侧端面之间的距离大于所述壳体1左右方向长度的一半，保障配合时的连接空间更大，组合牢固性能够得到保障。所述插座主体6由多个拼接块7拼接而成，它们采用拼接的形式进行组合，在后期装配过程中能够具有安全形变空间。所述插座主体6的外径小于安装腔的孔径，所述插座主体的外圆弧面上设有沿中心轴方向分布多个环形凹槽8，保障在后期插入组合过程中具有安全的形变空间。环形凹槽8内设置弹性固定圈9，在进行组合时通过插入过程中对此结构力施加配合压力，从而带动拼接块7向外移动，确保了装配过程中不会对卡合位置结构产生损伤。弹性固定圈9可以采用橡胶等具有弹性作用的材料进行加工，保障在使用过程中具有弹性形变功能既可。拼接块7的拼接的中心位置处形成插孔，用于与插入的环缝连接头配合。所述插孔内设有左右均匀分布且首尾相连的多个圆锥形配合孔段10，在装配后能够与环缝连接头的多个锥形配合柱段进行卡合连接，具有装配后防松配合的连接效果。所述锥形配合孔段10的右侧位置即插孔的入口端设有导向锥面11，确保内部结构在进行组合时的插入流畅性更好，装配操作更方便。所述锥形配合孔段10的左侧位置设有避位孔段12，确保中心位置具有更大的空间，能够与环缝连接头的端部导向结构配合在一起。所述环缝连接头包括预埋部21，此位置在使用时与管片的内部融合在一起，使它们成为一个整体。预埋部21的右侧在具体使用时可以设置一个连接螺柱，或在右侧位置设置一个螺纹孔，通过螺纹孔连接一个螺柱将预埋部21和螺柱部分直接与右侧的管片融合在一起，能够保障与管片之间的整体连接强度更牢固。所述端盖2的左侧位置在具体使用时可以设置一个连接螺柱，或在右侧位置设置一个螺纹孔，通过螺纹孔连接一个螺柱将其整体与左侧位置的管片融合在一起，能够保障与管片之间的整体连接强度更牢固。所述预埋部21的左侧中心位置设有一体成型的圆柱形连接柱22，所述连接柱22设有左右均匀分布的多个圆锥形配合柱段，与环缝连接插座组件组合后，具有配合防松的组合效果。所述连接柱22的左侧设有圆锥形导向柱段，保障整体组合时具有配合导向作用，安装时的效率更高。所述锥形配合孔段10与所述锥形配合柱段23配合在一起，所述锥形配合孔段10与所述锥形配合柱段23的锥度方向相同，确保配合时的流畅性，并且整体安装后，配合位置的右侧面结构能够具有可靠的防松配合作用。所述锥形配合孔段10的截面尺寸大于或等于所述锥形配合柱段23的截面尺寸，只有这样才能够保障其防松性能。所述插座主体6的外圆柱面到所述安装腔内圆柱面之间的距离大于或等于所述锥形配合柱段23外侧位置到所述连接柱22的外圆柱面的距离，保障在进行插入组合时，内部具有足够的形变空间，如果此位置的距离设置的太小，则会在装配过程中对卡合结构产生一定的损伤。在进行整体组合后具有
可靠的卡合防松作用，环形弹性固定圈9的设置保障了在进行环缝连接头直接插入式组合过程中卡合位置具有一定的形变空间，并且在装配组合后具有自动复位作用，不会对其造成损伤，保障了整体装配后具有可靠的卡合防松作用。
77.本发明采用全新的结构设计，整体采用插座和插头的形式进行配合连接，在使用时将它们分别设置在需要组合在一起的管片结构上，通过插头结构上设置锥形配合柱段结构，组合时与插座结构上设置的相应的卡合结构进行组合，而插座位置采用单独的圆柱形结构进行配合连接，而圆柱形结构采用拼接块配合弹性固定圈进行组合，在进行整体的插入组合时，能够保障在进行整体插入式组合过程中卡合位置具有一定的形变空间，保障了插入过程中不会对卡合结构产生损伤，保障整体插入组合后能够具有可靠的结构强度，内部组合结构在装配后形成了自锁结构，够保障配合连接后具有可靠的防松组合效果，在使用时保障管片在进行环缝组合时的便捷性更强，组合操作时的流畅性更好，连接精度更高，组合紧密性也更可靠，在后期使用过程中确保管片连接位置具有更高的组合强度，并且能够提高隧道防水抗渗能力，能够有效减少组装时的施工和使用成本。
78.下面通过具体的例子对本发明使用效果进行详细介绍。
79.实施例一
80.将环缝连接头和环缝连接插座组件分别融合在需要配合的管片结构中，通过环缝连接头和环缝连接插座组件的插入保障了组合时的快速组合，环缝连接插座组件内部结构设置，在进行插入过程中形成了软性组合连接，确保了组合过程中不会对卡合结构产生损伤，保障了各组件在装配完成后的原始强度，整体组合时的成本能够相对于传统的方式下降35％以上。连接时的组合强度更好，在后期使用时的抗拔强度能够提升20％以上。整体组合连接后的整体使用寿命相对于传统的方式能够提升8-10年。
81.实施例二
82.在进行两个管片结构进行拼装时，先将每个管片结构上设置一组环缝连接头和环缝连接插座组件，在进行组合连接时，管片配合位置能够实现环缝连接头和环缝连接插座组件的交错组合连接，能够保障整体组合的连接强度和组合紧密性得到更紧密的贴合，整体的组合强度更高，整体的配合效率能够得到有效提升，相对于传统人工进行螺栓紧固的操作，效率能够提升80％以上，在使用时的防水防渗性能得到了更安全可靠的保障，能够在现有防水防渗年限的基础上增加8年以上的时间。
83.本发明设计了一种全新的环形组合式盾构隧道管片环缝连接装置，配合孔采用单独的插座主体进行配合连接，而插座主体采用拼接块，与弹性固定圈进行组合，在进行整体的插入组合时，能够保障在进行整体插入式组合过程中卡合位置具有一定的形变空间，保障了插入过程中不会对卡合结构产生损伤，保障整体插入组合后能够具有可靠的结构强度，内部组合结构在装配后形成了自锁结构，能够保障配合连接后具有可靠的防松组合效果，在使用时保障管片在进行环缝组合时的便捷性更强。
84.本发明可以避免管片拼装过程中对连接件结构的损伤、保障配合位置的防松组合效果、减少拼装错台，有利于实现环缝新型接头国产化，进一步推动实现管片自动化拼装。
85.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。