[發明專利]一種馬蹄形盾構隧道的襯砌結構

有效

• 申請號: 201410452422.2
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104213928A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 張子新;李佳宇;朱葉艇
• 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: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及一種盾構隧道襯砌結構的形式，特別涉及一種馬蹄形盾構隧道的襯砌結構。

背景技術

目前，盾構法已經成為城市隧道掘進的主要方式之一。我國的盾構技術經過幾十年的發展，取得了巨大進步，特別是軌道交通工程的大量建設，更是推動我國盾構技術發展至世界先進水平。盾構法的發展已經相當成熟，通過對其開挖面平衡方式、刀盤形式等主要技術方案的調整，盾構法已經具有很強的地層適應性。從小型的市政管線隧道，到直徑幾米的地鐵隧道，再到直徑超過15m的大型越江隧道，都可用盾構法進行施工。雖然盾構技術突飛猛進，但其幾何形狀仍然以圓形為主，圓形隧道雖然在受力條件、機械設計等方面具有很大的優勢，但它的問題是空間利用率較低；另一方面，在側壓力系數較小的土層中，圓形隧道便無法發揮出其結構優勢。近年來，矩形盾構隧道逐漸被用于一些對空間利用率要求較高的工程中，如城市地下快速路系統。矩形隧道具有空間利用方面的優勢，但其結構形式不如圓形隧道，特別是在軟弱地層中。馬蹄形是處于矩形和圓形之間的，兼具結構形式和空間利用率的一種結構形式，是相對合理的一種隧道斷面形式。

發明內容

本發明的目的是根據上述現有技術的不足，提供一種適用于馬蹄形盾構隧道的襯砌結構，使其能夠發揮圓形的結構優勢和矩形的空間優勢。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種馬蹄形盾構隧道的襯砌結構，所述襯砌的主體形狀由一個半圓形和一個矩形組成，每環初砌由封頂塊、第一標準塊、第一過渡塊、第二標準塊、第一拐角塊、第二標準塊、第二拐角塊、第二標準塊、第二過渡塊和第一標準塊共計10個管片依次首尾連接組成一體，其中：封頂塊、連接于其兩邊的第一標準塊以及分別與兩塊第一標準塊連接的第一過渡塊和第二過渡塊的上部構成襯砌的半圓形結構，所述半圓形結構的外圍構成襯砌的外輪廓線的第一段圓弧，第一拐角塊的外圍構成襯砌的外輪廓線的第二段圓弧，第二拐角塊的外圍構成襯砌的外輪廓線的第三段圓弧；襯砌的其余部分外輪廓線為直線；封頂塊、連接于其兩邊的第一標準塊構成襯砌的內輪廓線的第一段圓弧，第一過渡塊的上部構成襯砌的內輪廓線的第二段圓弧，第二過渡塊的上部構成襯砌的內輪廓線的第三段圓弧；襯砌的其余部分內輪廓線為直線；所述襯砌的外輪廓線與內輪廓線不平行，其目的是為了增加矩形部分的襯砌厚度以滿足其抗彎要求；側墻和底板交界處襯砌進行倒角，以提高角部的受力性能。

本發明中，襯砌的半圓形結構厚度略薄于矩形結構，兩種厚度的管片由第一過渡塊和第二過渡塊平滑連接。

本發明中，所述每個管片上均設有縱向手孔、環向手孔和注漿孔。

本發明中，第一過渡塊、第二標準塊、第一轉角塊的環向邊緣為臺階型設計，以利于每片管片和螺栓共同承擔剪力。

本發明中，第二過渡塊、第二標準塊、第二轉角塊的環向邊緣為臺階型設計，以利于每片管片和螺栓共同承擔剪力。

本發明中，每環襯砌的縱向手孔左右對稱布置，使得互為鏡像的相鄰兩環襯砌能夠通過縱向手孔相連，滿足錯縫拼裝的要求。

本發明中，相鄰襯砌的環向和縱向均通過彎螺栓進行連接。由于隧道形狀為單軸對稱，故縱向螺栓手孔的位置滿足一定的幾何關系，拼裝成環后能夠左右對稱，使得只需一套襯砌管片就能滿足錯縫拼裝的要求。

在襯砌管片環向連接的幾何設計方面，由于側墻和底板受土壓力作用，將承擔較大的剪力并向內變形，所以除第一標準塊和封頂塊以外，其他管片相接處均為臺階形設計，使混凝土結構與螺栓共同承擔剪力。第一過渡塊、第二過渡塊與第一標準塊相連處為直線設計，同時第一標準塊內弧長度小于外弧長度，進而使得封頂塊的內弧長度大于外弧長度，以保證管片可沿著徑向拼裝成環。

該馬蹄形隧道襯砌的拼裝順序是：首先拼裝底部第二標準塊，然后向兩側拼裝第一拐角塊和第二拐角塊，接著向上拼裝第二標準塊，隨后拼裝第一過渡塊和第二過渡塊，再拼裝第一標準塊，最后拼裝封頂塊。

根據上述技術方案，本發明具有以下優點：

1.??合理利用材料強度，拱頂管片受彎矩較小，襯砌較薄，側墻及底板管片受彎矩較大，襯砌較厚，并用過渡塊平滑連接不同厚度的襯砌管片。

2.??側墻及底板管片連接處為階梯型設計，可使接頭與連接螺栓共同承受剪力和彎矩，改善螺栓受力條件；

3.??優化襯砌管片的幾何設計，減少每環管片的數量和種類；

4.??由于隧道斷面為單軸對稱形狀，因此對縱向連接的手孔位置進行了特殊布置，使得同一套管片就能滿足錯縫拼裝的要求。

附圖說明