[發明專利]一種用于膨脹巖土地區的盾構隧道管片的彈性縱縫裝置

有效

• 申請號: 201010232585.1
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN101899984A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 何川;方勇;汪波;王士民;高云龍;張永冠;譚準
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E21D11/38
• 分類號: E21D11/38
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種用于盾構隧道管片縱縫連接處的構造，尤其涉及一種膨脹巖土地區地盾構隧道管片的彈性縱縫裝置。

背景技術

膨脹巖、土體隨著環境變化特別是濕度狀態的變化發生膨脹和收縮，并產生膨脹壓力。膨脹土的重要性質是膨脹土的黏土礦物成分中含有較多的蒙脫石、伊利石和多水高嶺石，這類礦物具有較強的與水結合的能力，吸水膨脹、失水收縮，并具膨脹-收縮-再膨脹的往復脹縮特性，特別是蒙脫石含量直接決定其膨脹性能的大小。膨脹巖、土體浸水后體積膨脹，在無側限的條件下則發生吸水濕化，不同類型的膨脹巖、土其崩解性不一樣，強膨脹巖、土浸水后，幾分鐘很快就完全崩解；弱膨脹巖、土浸水后，則需要經過較長的時間才能逐步崩解。如果膨脹巖、土體在吸水膨脹時受到外部約束的限制，阻止其膨脹，此時則在土體內產生一種內應力，即為膨脹力或稱膨脹壓力。與土體吸水膨脹相反，倘若土體失水，其體積隨之減小而產生收縮，并伴隨土中出現裂隙。隧道修建后阻止了膨脹巖、土體的膨脹，隧道的襯砌會承受較大的膨脹壓力，在襯砌中也產生較大的內應力。

現有盾構隧道由多個弧形的管片拼裝成管片環，管片環再拼裝成縱向延伸的盾構隧道的襯砌。管片連接成管片環時，管片與管片之間的連接縫呈縱向方向，稱為縱縫。現有的襯砌，管片間的連接縱縫壁設有密封槽和帶水脹橡膠的密封墊，具有較好的防水、密封性能；但在密封槽之外的其余接縫部位只有1.5mm的間隙且在該間隙內設有1.5mm厚度的傳力襯墊。這種縱縫裝置擴張和收縮的余地極小，如果在膨脹巖、土地區仍然采用這樣的襯砌，當膨脹巖、土體吸水膨脹受到襯砌約束則產生較大的膨脹力，將會引起襯砌產生較大的內力，從而對襯砌的力學性能要求大大提高，雖可通過增加鋼筋量來降低內應力，但成本過高難以實現。而更改襯砌結構的方法，則需要更改襯砌的模板，同樣費用很高，難以實施。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于膨脹巖土地區的盾構隧道管片的彈性縱縫裝置，該裝置能大幅度降低襯砌的等效剛度，從而減小作用在襯砌上的膨脹力，以保證在膨脹巖土地區修建的盾構隧道結構的安全、可靠；同時它也降低襯砌結構的內應力，可有效減少襯砌的配筋量；并且其防水性能好。

本發明實現其發明目的，所采用的技術方案是：一種用于膨脹巖土地區的盾構隧道管片的彈性縱縫裝置，包括相接的管片縱縫壁上各自設置的密封槽和密封槽內的密封墊，其結構特點是：管片的縱縫壁上設置有覆蓋全縱縫壁的橡膠帶，在密封槽處的橡膠帶位于密封槽壁和密封墊之間，橡膠帶的厚度P由以下公式確定：

P=P′/(1-NE2A)]]>

其中，P′為在襯砌結構軸力的作用下橡膠帶被壓縮后的厚度，為3-8mm；E₂-橡膠帶彈性模量；N-襯砌結構所受到的軸力(環向力)；A-軸力作用面積，A＝bh，b為管片縱縫的長度，h為管片的厚度。

理論分析表明，若隧道襯砌剛度越大、深部圍巖越硬、膨脹巖圈越厚，則作用在隧道襯砌上的膨脹力越大，反之，則膨脹力越小。而膨脹巖圈外側巖土的剛度、膨脹巖圈厚度、膨脹巖的自由膨脹率和膨脹巖彈性模量是無法改變的，只能通過降低襯砌剛度的方法來降低襯砌上的膨脹力。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、使用在軸力作用下壓縮后厚度為3-8mm的橡膠帶后，襯砌環向等效抗壓剛度大幅度降低，計算表明，使用橡膠帶后的等效抗壓剛度僅為未使用時的5％。巖土體發生膨脹時，襯砌可以產生較大的收縮變形，作用在襯砌上的膨脹力也會隨之減小。膨脹土失水收縮后，襯砌恢復原來狀態。這樣，在不改變現有襯砌的結構也即不改變襯砌模板的情況下，可以有效實現降低襯砌等效剛度，以減少作用在襯砌上的膨脹力，從而保證在膨脹巖土地區修建的盾構隧道結構的安全、可靠。

二、同時，采用橡膠帶之后，也有效降低了襯砌結構的內應力，可在受力不變的情況下，減少配筋量，有較高的經濟效益。