[發(fā)明專利]一種盾構隧道管片結構及由其組成的盾構隧道襯砌

有效

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• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103775101B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 王培鑫;周順華;宮全美;周俊宏
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發(fā)明屬于隧道工程領域，涉及一種盾構隧道管片結構。

背景技術

目前盾構隧道襯砌多為預制鋼筋混凝土管片通過連接螺栓拼接而成，由于管片接頭的構造特性，使得接頭處承載力、剛度小于管片其他截面處，是隧道環(huán)向受力的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是處于淤泥質軟土這類側壓力系數(shù)小的地層，在周邊工程活動的影響下易發(fā)生較大的收斂變形甚至結構破壞。亦有理論認為對處于工程性質差的淤泥質軟土地層的盾構隧道，由于側壓力系數(shù)小、土體抗力很小，應當提高管片接頭的剛度從而提高隧道承載能力。近年來，上海、南京等地地鐵盾構隧道局部區(qū)段出現(xiàn)大的橫斷面變形，個別位置水平直徑變化量甚至超過100mm，被迫采取內嵌鋼環(huán)進行加固。上述問題的原因是多方面的，但管片接頭處承載力低、剛度低是因素之一，一些整環(huán)隧道加載試驗也顯示接頭破壞先于管身破壞（魯亮，孫越峰等.地鐵盾構隧道足尺整環(huán)結構極限承載能力試驗研究，結構工程師，2012，28（6）），說明管片接頭處是薄弱環(huán)節(jié)。接頭破壞時，管片其他位置承載力未充分發(fā)揮；增加接頭剛度，可降低張開量，對承受負彎矩的接頭防水有利。

雖然現(xiàn)行的隧道管片分塊角度及拼裝點位考慮了隧道環(huán)向內力的分布，盡量使接頭處于環(huán)向彎矩較小的位置，但由于諸多局限性并不能完全彌補接頭處的薄弱。由于接頭的薄弱、首先破壞（或防水失效），管身的承載力發(fā)揮不足也會造成一定程度的浪費。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種盾構隧道管片結構，可以有效提高管片接頭承載能力和接頭剛度。

為達到以上目的，本發(fā)明采用以下解決方案：

一種盾構隧道管片結構，包括基體及基體兩端的環(huán)向端頭，管片的外半徑尺寸為定值；管片內半徑在基體部分為定值，從所述環(huán)向端頭開始至外邊緣，內半徑尺寸逐漸減小。

環(huán)向端頭的外弧長為l，在距環(huán)向端面的外邊緣沿弧長的距離小于l時，管片內半徑隨著距環(huán)向端面弧長的減小而逐漸減小，在環(huán)向端頭的外邊緣處的管片內半徑最小。

管片內半徑的最大減小值△R為管片基體厚度的1/2～1/5。

環(huán)向端頭的外弧長為l，l為管片環(huán)向端面厚度的1/2～3/2。

采用上述的盾構隧道管片結構組成的盾構隧道襯砌，若干盾構隧道管片的環(huán)向端頭處通過活動聯(lián)接結構兩兩相連，組成首尾相接的圓環(huán)結構。

所述活動聯(lián)接結構為螺栓。

所述管片由鋼筋混凝土制成。

由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下有益效果：由于盾構隧道管片接頭的特殊構造，承載力較管片其它截面低，是受力的薄弱環(huán)節(jié)，本發(fā)明通過隧道管片的變厚度設計，增加接頭位置的有效面積以提高其承載力，從而提高隧道的承載能力，與整體增加管片厚度提高承載力相比更具針對性，節(jié)約成本，而且對隧道凈空影響很小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的盾構隧道管片三維示意圖。

圖2為由若干圖1所示盾構隧道管片組成的一種盾構隧道整體的截面圖及其中一處盾構隧道管片環(huán)向接頭構造的局部放大圖。

具體實施方式

以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

一種盾構隧道管片結構，管片由鋼筋混凝土制成，一環(huán)隧道由數(shù)環(huán)管片拼接而成，相鄰管片之間采用螺栓連接；管片沿縱向等厚度，管片沿環(huán)向非等厚度，在接近環(huán)向端面處厚度增加。

如圖1所示，1為管片環(huán)向端頭，2為環(huán)向螺栓手孔，3為環(huán)向螺栓孔，4為縱向螺栓手孔，5為縱向螺栓孔，6為管片接頭附近加厚區(qū)域，t為管片厚度，R1為管片外半徑，R2為管片內半徑。

一種盾構隧道管片結構，包括基體及基體兩端的環(huán)向端頭，所述基體是指圖中管片的外半徑及內半徑尺寸都為定值沒有變化的部分，即管片的主體部分；從所述環(huán)向端頭a、b開始分別至外邊緣A、B，內半徑尺寸逐漸減小，至環(huán)向端面處內半徑最小。

在圖2所示盾構隧道襯砌的實施例中：若干盾構隧道管片的環(huán)向端頭通過活動聯(lián)接結構（螺栓）兩兩相連，組成首尾相接的圓環(huán)結構。

管片外半徑R1為3100mm，管片基體厚度350mm，管片環(huán)向端頭外弧長l為200mm，基體內半徑R2為定值2750mm，管片環(huán)向端頭內半徑R2隨距環(huán)向端面距離的減小而線性減小，在環(huán)向端面處管片內半徑最小，為2650mm，內半徑減小值△R為100mm。

本發(fā)明的盾構隧道管片結構由鋼筋混凝土制成，一環(huán)隧道由數(shù)環(huán)管片拼接而成，分為封頂塊、鄰接快、標準快，相鄰管片之間采用螺栓連接；對于每塊管片，沿縱向等厚度，沿環(huán)向非等厚度，在環(huán)向端頭處厚度增加，環(huán)向端面處厚度最大。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。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(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。