一種榫接式盾構隧道管片及其連接方法技術

本發明專利技術涉及一種榫接式盾構隧道管片及其連接方法，管片包括由內而外依次設置的管片內層、管片中層、管片外層，管片四周分別設置榫頭和榫槽，將多個管片分別沿環向、縱向榫接，并在接口處沿隧道徑向進行直螺栓連接，最終形成盾構隧道整體。與現有技術相比，本發明專利技術通過榫接的方式進行管片的環向、縱向連接，接頭剛度滿足實際工程需要的同時延長了水的流動路徑，增強了管片結構的防水能力；管片之間、管片環之間采用螺栓連接，簡單高效，可大大節省勞動成本；管片榫接實現了盾構隧道管片統一規格的通用化，可減少管片鋼模具費用的支出。

A Tenon-joint Shield Tunnel Segment and Its Connection Method

【技術實現步驟摘要】
一種榫接式盾構隧道管片及其連接方法
本專利技術屬于隧道工程結構設計
，涉及一種榫接式盾構隧道管片及其連接方法。
技術介紹
盾構隧道是一種將盾構管片通過環向接頭和縱向接頭連接而成的永久性承載結構，承擔著地層水土壓力以及一些特殊荷載的作用。其中，接頭是襯砌結構的薄弱環節，對隧道整體的承載能力和防水性能起到了非常關鍵的作用。目前，國內外地鐵盾構常用的接頭形式為榫槽式接頭、彎曲螺栓接頭和直螺栓接頭。其中，常規榫槽式接頭因具有安裝簡單、施工速度快、能提供較大的抗剪能力等特點，在地層條件不良、隧道容易產生較大縱向不均勻沉降的情況下采用較多。但是，榫槽式接頭抗彎剛度小，已有的研究成果發現當接頭軸力不變，接頭抗彎剛度隨彎矩的增大明顯減小，易產生較大的張開量，對管片受力和防水性不利。彎矩螺栓接頭柔性較好，可抵抗較大的彎矩，但是相較于直螺栓造價高，受加工精度的影響，在管片錯縫拼裝施工時，螺栓穿孔將消耗大量的時間和人力。直螺栓接頭可在直螺栓承受一定預緊力的條件下達到較好的抗彎剛度，可改善接縫面的應力分布、延緩接頭張開，有利于結構的整體受力。但是，不論是彎螺栓接頭還是直螺栓接頭都存在水在直截面接縫處流動路徑短、接頭防水性能不佳的情況，尤其是隧道過易產生不均勻沉降地層時存在接頭錯臺過大、管片滲漏水現象明顯的情況。再者，一環管片往往由三種及以上不同規格的管片拼接而成，管片鋼模數量較多，制造成本大。因此，開發一種同時具備接頭轉動和剪切剛度滿足實際工程需求且防水性能優良的盾構隧道環、縱向連接方式，對拓寬和深化盾構法隧道施工技術的應用、實現盾構管片規格統一化、減少管片模具經費支出具有重要的現實意義。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種榫接式盾構隧道管片及其連接方法，解決常規地鐵盾構隧道管片結構防水性能不佳、盾構管片規格不統一造成的過多管片模具生產費用過高等問題。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種榫接式盾構隧道管片，該管片包括由內而外依次設置的管片內層、管片中層、管片外層，所述的管片中層的頂部及后部分別設有頂部榫頭、后部榫頭，所述的管片內層的底部與管片外層的底部之間設有與頂部榫頭相適配的底部榫槽，所述的管片內層的前部與管片外層的前部之間設有與后部榫頭相適配的前部榫槽。管片內層、管片中層及管片外層為一體式結構。頂部榫頭與后部榫頭連為一體，底部榫槽與前部榫槽連為一體。管片的頂部榫頭和相鄰管片的底部榫槽咬合形成管片的環向連接，管片的后部榫頭與相鄰管片的前部榫槽咬合形成管片的縱向連接。進一步地，所述的頂部榫頭及后部榫頭均向外凸出于管片內層、管片外層。頂部榫頭及后部榫頭均為外凸結構，便于相鄰兩個管片采用榫接方式連接。進一步地，所述的頂部榫頭及后部榫頭上均設有多個榫頭通孔，所述的管片內層上與底部榫槽及前部榫槽相對應處設有多個管片內層通孔，所述的管片外層上與底部榫槽及前部榫槽相對應處設有多個管片外層螺孔。榫頭通孔、管片內層通孔、管片外層螺孔均沿隧道內徑方向。作為優選的技術方案，所述的榫頭通孔及管片內層通孔均為無螺紋通孔，所述的管片外層螺孔為盲孔。進一步地，所述的管片內層通孔的內端設有沉頭孔。進一步地，所述的管片內層、管片中層及管片外層均呈弧形。一種榫接式盾構隧道管片的連接方法，該方法為：1)將底部管片的頂部榫頭插入頂部管片的底部榫槽中，并利用螺栓進行連接固定，形成管片環；2)將前部管片環的后部榫頭插入后部管片環的前部榫槽中，并利用螺栓進行連接固定，形成盾構隧道。將多個管片沿環向依次首尾相連拼接在一起，組成管片環；將多個管片環沿縱向依次拼接在一起，最終形成盾構隧道整體。進一步地，所述的螺栓為直螺栓，所述的螺栓包括依次相連的螺栓頭部、直桿及螺桿。直桿外側面上無螺紋，螺桿外側面上有螺紋。用螺栓連接固定相鄰兩個管片時，將螺栓依次穿過管片內層通孔、榫頭通孔后旋緊固定在管片外層螺孔中。其中，螺桿與管片外層螺孔螺紋配合，直桿與榫頭通孔及管片內層通孔相適配，螺栓頭部位于沉頭孔內。沉頭孔尺寸略大于螺栓頭部，既能確保螺栓頭部不侵入隧道內凈空，又能夠提供螺栓頭部擰動所需的空間范圍。進一步地，所述的螺桿的端部設有螺栓尖端。螺栓尖端呈圓錐體狀，方便螺栓穿孔。進一步地，步驟2)中，前部管片環與后部管片環之間錯縫拼裝。與現有技術相比，本專利技術提供了一種榫接式盾構隧道管片以及基于該管片的環向、縱向連接方法，即在管片四周分別設置榫頭和榫槽，將多個管片分別沿環向、縱向榫接，并在接口處沿隧道徑向進行直螺栓連接，最終形成盾構隧道整體，本專利技術通過榫接的方式進行管片的環向、縱向連接，接頭剛度滿足實際工程需要的同時延長了水的流動路徑，增強了管片結構的防水能力；管片之間、管片環之間采用螺栓連接，簡單高效，可大大節省勞動成本；管片榫接實現了盾構隧道管片統一規格的通用化，可減少管片鋼模具費用的支出。附圖說明圖1為本專利技術中管片的整體結構示意圖；圖2為本專利技術中管片錯縫拼裝后的結構示意圖；圖3為本專利技術中螺栓的結構示意圖；圖中標記說明：1—管片內層、2—管片中層、3—管片外層、4—頂部榫頭、5—后部榫頭、6—底部榫槽、7—前部榫槽、8—榫頭通孔、9—管片內層通孔、10—管片外層螺孔、11—管片環、12—螺栓頭部、13—直桿、14—螺桿、15—螺栓尖端。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。本實施例以本專利技術技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。實施例：如圖1所示的一種榫接式盾構隧道管片，包括由內而外依次設置的管片內層1、管片中層2、管片外層3，管片中層2的頂部及后部分別設有頂部榫頭4、后部榫頭5，管片內層1的底部與管片外層3的底部之間設有與頂部榫頭4相適配的底部榫槽6，管片內層1的前部與管片外層3的前部之間設有與后部榫頭5相適配的前部榫槽7。管片內層1、管片中層2及管片外層3均呈弧形。其中，頂部榫頭4及后部榫頭5均向外凸出于管片內層1、管片外層3。頂部榫頭4及后部榫頭5上均設有多個榫頭通孔8，管片內層1上與底部榫槽6及前部榫槽7相對應處設有多個管片內層通孔9，管片外層3上與底部榫槽6及前部榫槽7相對應處設有多個管片外層螺孔10。管片內層通孔9的內端設有沉頭孔。該管片在連接時，如圖2所示：1)將底部管片的頂部榫頭4插入頂部管片的底部榫槽6中，并利用螺栓進行連接固定，形成管片環11；2)將前部管片環11的后部榫頭5插入后部管片環11的前部榫槽7中，并利用螺栓進行連接固定，前部管片環11與后部管片環11之間錯縫拼裝，形成盾構隧道。如圖3所示，螺栓為直螺栓，螺栓包括依次相連的螺栓頭部12、直桿13及螺桿14。螺桿14的端部設有螺栓尖端15。上述的對實施例的描述是為便于該
的普通技術人員能理解和使用專利技術。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本專利技術不限于上述實施例，本領域技術人員根據本專利技術的揭示，不脫離本專利技術范疇所做出的改進和修改都應該在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種榫接式盾構隧道管片，其特征在于，該管片包括由內而外依次設置的管片內層(1)、管片中層(2)、管片外層(3)，所述的管片中層(2)的頂部及后部分別設有頂部榫頭(4)、后部榫頭(5)，所述的管片內層(1)的底部與管片外層(3)的底部之間設有與頂部榫頭(4)相適配的底部榫槽(6)，所述的管片內層(1)的前部與管片外層(3)的前部之間設有與后部榫頭(5)相適配的前部榫槽(7)。

【技術特征摘要】
1.一種榫接式盾構隧道管片，其特征在于，該管片包括由內而外依次設置的管片內層(1)、管片中層(2)、管片外層(3)，所述的管片中層(2)的頂部及后部分別設有頂部榫頭(4)、后部榫頭(5)，所述的管片內層(1)的底部與管片外層(3)的底部之間設有與頂部榫頭(4)相適配的底部榫槽(6)，所述的管片內層(1)的前部與管片外層(3)的前部之間設有與后部榫頭(5)相適配的前部榫槽(7)。2.根據權利要求1所述的一種榫接式盾構隧道管片，其特征在于，所述的頂部榫頭(4)及后部榫頭(5)均向外凸出于管片內層(1)、管片外層(3)。3.根據權利要求1所述的一種榫接式盾構隧道管片，其特征在于，所述的頂部榫頭(4)及后部榫頭(5)上均設有多個榫頭通孔(8)，所述的管片內層(1)上與底部榫槽(6)及前部榫槽(7)相對應處設有多個管片內層通孔(9)，所述的管片外層(3)上與底部榫槽(6)及前部榫槽(7)相對應處設有多個管片外層螺孔(10)。4.根據權利要求3所述的一種榫接式盾構隧道管片，其特征在于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張子新，朱葉艇，黃昕，王帥峰，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海,31