一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及矩形隧道，具體涉及一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)的斷面呈矩形狀，由位于拱底的拱底管片、位于兩側(cè)拱腰的拱腰管片以及位于拱頂?shù)姆忭敼芷囱b構(gòu)成，各所述管片均為混凝土與鋼板的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述管片的內(nèi)弧面、外弧面以及縱縫端面覆蓋有鋼板，且在所述管片的環(huán)面布置有環(huán)肋板。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，通過材料間的合理布置利用，取消了管片中受拉鋼筋的配置，只需布置構(gòu)造鋼筋即可，以減小矩形盾構(gòu)隧道的管片厚度，降低成本，采用此種復(fù)合結(jié)構(gòu)管片可以滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道的受力要求，有利于矩形斷面盾構(gòu)隧道的大規(guī)模推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及矩形隧道，具體涉及一種適用于大斷面矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著中國城市化的進(jìn)程，城市的車輛保有量以及人口隨之不斷增長，為此需要建設(shè)越來越多的地下通道和城市地下快速路以解決或緩解城市居民“過街難”和車輛交通擁擠等問題。
[0003]1825年英國倫敦泰 晤士河下首次采用盾構(gòu)法掘進(jìn)道路隧道，斷面為11.6mX6.4m的矩形。但由于圓形斷面具有結(jié)構(gòu)受力好、易拼裝、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，以后的盾構(gòu)法隧道99%采用圓形，并使用鋼筋混凝土管片。從空間利用效率出發(fā)，在同等截面積條件下，矩形隧道比圓形隧道更有利。上海是土地資源極為稀缺的城市，地下空間資源是一種有限的資源，也是上海實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性空間資源。拓展開發(fā)地下空間資源必須貫徹“資源節(jié)約，環(huán)境友好”的城市建設(shè)理念。如圖1所示，相比傳統(tǒng)圓形斷面盾構(gòu)隧道22，矩形盾構(gòu)隧道23具有以下顯著的優(yōu)勢:
[0004]1空間利用優(yōu)勢:與圓形斷面相比，矩形盾構(gòu)隧道斷面的有效使用面積節(jié)約了20%以上，甚至可達(dá)到45% ；
[0005]2)施工深度優(yōu)勢:由于比起類矩形斷面，為達(dá)到同樣需要的建筑布置，圓形斷面盾構(gòu)直徑很大，其施工深度Hl大于矩形盾構(gòu)隧道的施工深度H2，施工成本較高；
[0006]3)未來開發(fā)優(yōu)勢:圓形斷面盾構(gòu)對地下空間的占用率高，而用于較小空間占用率的矩形盾構(gòu)能為將來的地下開發(fā)預(yù)留更多的空間；
[0007]4)斷面切削量優(yōu)勢:與圓形斷面隧道相比，矩形斷面隧道切削量小，排出泥漿體積少，對環(huán)境影響小，施工更為環(huán)保，能充分體現(xiàn)“資源節(jié)約，環(huán)境友好”的施工理念；
[0008]5)淺覆土施工優(yōu)勢:圓形隧道為了滿足隧道的抗浮要求，隧道的覆土厚度需要滿足一定的深度，而矩形、異形隧道埋置深度可以較淺。這樣矩形隧道對地下空間資源的占用率就越低，出入口的引道布置就越短，工程建造成本就越低。
[0009]6)在圓形隧道無法建設(shè)的區(qū)域，采用矩形盾構(gòu)隧道可以實(shí)現(xiàn)地下通道的建設(shè)。
[0010]綜上所述，矩形與異形盾構(gòu)隧道在現(xiàn)代城市建設(shè)中具有極高的開發(fā)價(jià)值與推廣前
旦
-5^ O
[0011]由于矩形盾構(gòu)隧道的受力特點(diǎn)不同于圓形隧道。在矩形盾構(gòu)隧道中產(chǎn)生的軸力遠(yuǎn)小于圓形隧道。圓形隧道管片以偏壓為主，而矩形、異形隧道管片以受彎剪為主。在采用混凝土管片的情況下，需要增加管片厚度或增加含鋼量。管片厚度增大會導(dǎo)致盾構(gòu)隧道內(nèi)部使用空間的減小，采用過高的含鋼量會使隧道的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)降低。此外，由于管片接頭需要承受很大的荷載，需要采用鋼結(jié)構(gòu)接頭箱。采用混凝土管片時(shí)鋼結(jié)構(gòu)接頭箱與混凝土管片本體的可靠連接也存在技術(shù)難題。因此急需尋求一種特殊構(gòu)造的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)以降低管片厚度，從而使大斷面的矩形、異形盾構(gòu)隧道的建設(shè)成為可能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本實(shí)用新型的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，該管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)由若干管片拼接構(gòu)成矩形狀，各管片采用六面覆蓋鋼板的復(fù)合結(jié)構(gòu)或四面覆蓋鋼板、內(nèi)置環(huán)肋板的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以滿足大斷面矩形隧道的受力要求。
[0013]本實(shí)用新型目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
[0014]一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)的斷面呈矩形狀，由位于拱底的拱底管片、位于兩側(cè)拱腰的拱腰管片以及位于拱頂?shù)姆忭敼芷囱b構(gòu)成，各所述管片均為混凝土與鋼板的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述管片的內(nèi)弧面、外弧面以及縱縫端面覆蓋有鋼板，且在所述管片的環(huán)面布置有環(huán)肋板。
[0015]所述環(huán)肋板位于所述管片環(huán)面的外部，所述環(huán)肋板為鋼板。
[0016]所述鋼板的表面布置有一定數(shù)量的指向所述管片內(nèi)部的栓釘，以使所述鋼板與所述混凝土構(gòu)成一體。
[0017]所述環(huán)肋板位于所述管片環(huán)面的內(nèi)部，所述環(huán)肋板為鋼板。
[0018]所述環(huán)肋板之間布置有一定數(shù)量的拉結(jié)鋼筋和栓釘，以使所述環(huán)肋板與所述混凝土構(gòu)成一體。
[0019]所述管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)在拱頂、拱底以及兩側(cè)的拱腰部分具有一定的起拱量。
[0020]所述拱腰管片呈“[”型，由兩塊呈“「”型的管片上、下對稱拼裝而成。
[0021]所述管片的一端縱縫接頭上具有一排或兩排螺栓安裝孔，其另一端縱縫接頭上具有預(yù)埋螺母，所述預(yù)埋螺母的位置與所述螺栓安裝孔的位置一一對應(yīng)，相鄰的所述管片間的縱縫通過在所述螺栓安裝孔和預(yù)埋螺母中設(shè)置螺栓進(jìn)行連接。
[0022]所述管片的一端縱縫接頭上具有凹槽，其另一端縱縫接頭上具有與所述凹槽相對應(yīng)的凸榫。
[0023]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，通過材料間的合理布置利用，取消了管片中受拉鋼筋的配置，只需布置構(gòu)造鋼筋即可，以減小矩形隧道的管片厚度，降低成本，采用此種復(fù)合結(jié)構(gòu)管片可以滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道的受力要求，有利于矩形斷面隧道的大規(guī)模推廣應(yīng)用；該結(jié)構(gòu)可以滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道的受力要求，與圓形隧道相比可以提高空間利用效率，可以進(jìn)行淺覆土施工，在圓形斷面無法通過的空間，使矩形通道的建設(shè)成為可能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為圓形盾構(gòu)隧道與矩形盾構(gòu)隧道空間利用率的對比示意圖；
[0025]圖2為本實(shí)用新型中管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本實(shí)用新型圖2中六面覆蓋有鋼板時(shí)復(fù)合管片結(jié)構(gòu)A-A剖面圖；
[0027]圖4為本實(shí)用新型中矩形隧道轉(zhuǎn)角處管片的平面示意圖；
[0028]圖5為本實(shí)用新型圖4中的B-B剖面圖；
[0029]圖6為本實(shí)用新型中管片環(huán)向雙排螺栓孔布置示意圖；
[0030]圖7為本實(shí)用新型中管片鋼板上設(shè)置有栓釘?shù)氖疽鈭D；
[0031]圖8為本實(shí)用新型圖2中四面覆蓋有鋼板且環(huán)肋板內(nèi)置時(shí)的復(fù)合管片結(jié)構(gòu)A-A剖面圖；
[0032]圖9為本實(shí)用新型中管片內(nèi)部設(shè)置有栓釘和拉結(jié)鋼筋的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本實(shí)用新型的特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
[0034]如圖1-9，圖中標(biāo)記1-23分別為:拱腰管片1、封頂管片2、拱腰管片3、拱底管片4、圓弧5、外弧面鋼板6、內(nèi)弧面鋼板7、混凝土 8、環(huán)肋板9、端板10、端板11、迎千斤頂面12、背千斤頂面13、縱縫接頭14、螺栓安裝手孔15、預(yù)埋螺母16、螺栓安裝手孔17、吊裝孔18、栓釘19、鋼模20、拉結(jié)鋼筋21、圓形斷面盾構(gòu)隧道22、矩形盾構(gòu)隧道23、施工深度H1、施工深度H2。
[0035]實(shí)施例:如圖2所示，本實(shí)施例具體涉及一種適用于大斷面矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，該管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)呈圓角矩形狀，主要由位于隧道拱底的拱底管片4、位于隧道兩側(cè)拱腰的拱腰管片I和拱腰管片3、位于隧道拱頂?shù)姆忭敼芷?構(gòu)成，各管片之間的縱縫、管片環(huán)之間的環(huán)縫均通過螺栓拼裝連接，在拱頂、拱底以及兩側(cè)拱腰部分具有一定的起拱量，在轉(zhuǎn)角處由圓弧平滑過渡，共由8段圓弧5組成，以增加受力性能。上述的各管片在采用混凝土管片的情況下，需要增加管片厚度或增加含鋼量，而管片厚度的增大會導(dǎo)致盾構(gòu)隧道內(nèi)部使用空間的減小，在其內(nèi)配置過多的受拉鋼筋會使隧道的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)降低。為此在本實(shí)施例中我們將取消在混凝土管片中配置受拉鋼筋，只布置構(gòu)造鋼筋，在各管片的四個(gè)面或六個(gè)面上覆蓋鋼板以構(gòu)成復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮鋼板受拉、混凝土受壓的材料特性，在滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道受力要求的同時(shí)，降低管片厚度，減少混凝土管片的含鋼量。
[0036]首先對本實(shí)施例中所提及的管片六個(gè)面作如下約定，以免造成混淆:①管片的內(nèi)弧面即為其內(nèi)壁面，位于隧道空間的內(nèi)部管片的外弧面即為其外壁面，位于隧道空間的外部；③管片的端面即為相鄰管片之間的縱縫拼接面；④管片的環(huán)面即為相鄰管節(jié)之間的環(huán)縫拼接面，即迎千斤頂面和背千斤頂面。
[0037]如圖2所示，位于隧道底部的拱底管片4采用復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，其截面呈矩形狀，具有一定的起拱量，用于防止拱底管片6的下垂量過大，以確保其水平狀態(tài)。
[0038]如圖2所示，拱腰管片I和拱腰管片3分別位于隧道的兩側(cè)拱腰處，兩者結(jié)構(gòu)相同，對稱設(shè)置，以位于隧道左側(cè)的拱腰管片I為例進(jìn)行說明:拱腰管片I同樣采用復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，具有一定的起拱量，其截面呈“[”型，具體由呈“「”型的上管片1.1和呈“ L”型的下管片1.2拼接構(gòu)成。
[0039]如圖2所示，封頂管片2位于隧道的頂部，同樣為復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，具有一定的起拱量。
[0040]如圖3、7所示，上述的復(fù)合管片結(jié)構(gòu)的主體為混凝土 8，為提高管片的承載力，分別在其六個(gè)面上覆蓋鋼板，即在管片的內(nèi)、外弧面覆蓋內(nèi)弧面鋼板和外弧面鋼板，在管片的縱縫端面分別覆蓋端板10和端板11，在管片的兩個(gè)環(huán)面上分別覆蓋環(huán)肋板9 ;管片的主要受力構(gòu)件為各鋼板結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整鋼板的厚度，可以滿足不同覆土厚度下盾構(gòu)隧道的受力要求而無需調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的尺寸。如圖7所示，為了加強(qiáng)鋼板與混凝土8之間的連接作用，分別在各鋼板表面布置有若干指向管片內(nèi)部的栓釘19，以確保鋼板與混凝土 8之間構(gòu)成一體共同作用。
[0041]如圖2-7所示，各管節(jié)之間的環(huán)縫通過斜螺栓進(jìn)行連接，管片之間的縱縫通過直螺栓進(jìn)行連接。
[0042]如圖4-6所示為管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處管片，由三段不同半徑的圓弧組成，在管片的一側(cè)縱縫接頭14上開設(shè)有螺栓安裝孔15，另一側(cè)縱縫接頭14設(shè)置有預(yù)埋螺母16，預(yù)埋螺母16的設(shè)置位置和數(shù)量與螺栓安裝孔15的設(shè)置位置和數(shù)量一一對應(yīng)，當(dāng)管片接頭承受較大彎矩的情況下，可采用雙排螺栓安裝孔15和預(yù)埋螺母16進(jìn)行連接，雙排螺栓安裝孔15的布置形式如圖6所示；當(dāng)管片接頭需要承受較大剪力的情況下，在縱縫接頭14處設(shè)置凹凸榫結(jié)構(gòu)，通過凹槽與凸榫之間的嵌合作用提高縱縫接頭14的承載能力；在該管片的法向上同樣布置有若干吊裝孔18，以方便吊裝。
[0043]如圖3-7所示，該復(fù)合管片結(jié)構(gòu)的制作流程具體如下:首先對外弧面鋼板6、內(nèi)弧面鋼板7、端板10和11、環(huán)肋板9各個(gè)組成構(gòu)件進(jìn)行機(jī)加工；然后通過鋼板之間的焊接形成鋼結(jié)構(gòu)腔體，同時(shí)在各鋼板的內(nèi)表面上均勻間隔布置若干栓釘19 ;將鋼結(jié)構(gòu)腔體置于胎膜中，分別在環(huán)向和縱向預(yù)留螺栓安裝手孔和預(yù)埋螺母，通過外弧面鋼板6上的注漿孔向腔體內(nèi)充入高流動性混凝土 8 ;之后進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)，最后出廠運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行拼裝。
[0044]如圖8、9，當(dāng)然該管片也可以采用四面覆蓋鋼板且環(huán)肋板內(nèi)置的復(fù)合結(jié)構(gòu)，管片的主體同樣為混凝土 8，為提高管片的承載力，分別在其四個(gè)面上覆蓋鋼板，即在管片的內(nèi)、夕卜弧面分別覆蓋內(nèi)弧面鋼板和外弧面鋼板，在管片的縱縫端面分別覆蓋端板10和端板11 ;管片的環(huán)肋板9位于管片中間，而其環(huán)面則為混凝土面；管片的主要受力構(gòu)件為各鋼板結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整鋼板的厚度，可以滿足不同覆土厚度下盾構(gòu)隧道的受力要求而無需調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的尺寸。由于環(huán)肋板9位于管片中間部位，因此采用拉結(jié)鋼筋21與栓釘19相結(jié)合的形式，以確保鋼板與混凝土 8之間構(gòu)成一體共同作用；為了能使拉結(jié)鋼筋21能穿過環(huán)肋板9，在拉結(jié)鋼筋21通過環(huán)肋板9的位置處進(jìn)行開孔。該復(fù)合管片結(jié)構(gòu)的制作流程具體如下:首先對外弧面鋼板6、內(nèi)弧面鋼板7、端板10和11進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)機(jī)加工，之后通過鋼板之間的焊接形成半封閉的鋼結(jié)構(gòu)腔體，并在該腔體內(nèi)部焊接環(huán)肋板9、栓釘19和拉結(jié)鋼筋21 ;然后在其環(huán)面采用高精度鋼模20，并對鋼模20采取密封措施防止漏漿，之后通過注漿孔向腔體內(nèi)部充入高流動混凝土 8。為了縱向螺栓與環(huán)向螺栓的安裝，在管片內(nèi)表面預(yù)留螺栓手孔。
[0045]本實(shí)施例通過對各管片內(nèi)力的分析，并通過材料的合理布置，即采用了上述的復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，在滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道的受力要求的同時(shí)，有效減小了矩形盾構(gòu)隧道的管片厚度，提高了矩形隧道的空間利用率，并且可以取消管片中受拉鋼筋的配置，只需布置構(gòu)造鋼筋即可，減少了鋼材消耗量，降低了施工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，有利于矩形斷面盾構(gòu)隧道的大規(guī)模推廣應(yīng)用；該結(jié)構(gòu)可以滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道的受力要求，與圓形隧道相比可以提高空間利用效率，可以進(jìn)行淺覆土施工，在圓形斷面無法通過的空間，使矩形通道的建設(shè)成為可能。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)的斷面呈矩形狀，由位于拱底的拱底管片、位于兩側(cè)拱腰的拱腰管片以及位于拱頂?shù)姆忭敼芷囱b構(gòu)成，各所述管片均為混凝土與鋼板的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述管片的內(nèi)弧面、外弧面以及縱縫端面覆蓋有鋼板，且在所述管片的環(huán)面布置有環(huán)肋板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述環(huán)肋板位于所述管片環(huán)面的外部，所述環(huán)肋板為鋼板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述鋼板的表面布置有一定數(shù)量的指向所述管片內(nèi)部的栓釘，以使所述鋼板與所述混凝土構(gòu)成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述環(huán)肋板位于所述管片環(huán)面的內(nèi)部，所述環(huán)肋板為鋼板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述環(huán)肋板之間布置有一定數(shù)量的拉結(jié)鋼筋和栓釘，以使所述環(huán)肋板與所述混凝土構(gòu)成一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)在拱頂、拱底以及兩側(cè)的拱腰部分具有一定的起拱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述拱腰管片呈“[”型，由兩塊呈“gamma”型的管片上、下對稱拼裝而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述管片的一端縱縫接頭上具有一排或兩排螺栓安裝孔，其另一端縱縫接頭上具有預(yù)埋螺母，所述預(yù)埋螺母的位置與所述螺栓安裝孔的位置一一對應(yīng)，相鄰的所述管片間的縱縫通過在所述螺栓安裝孔和預(yù)埋螺母中設(shè)置螺栓進(jìn)行連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于矩形隧道的管片襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述管片的一端縱縫接頭上具有凹槽，其另一端縱縫接頭上具有與所述凹槽相對應(yīng)的凸榫。
【文檔編號】E21D11/04GK203702166SQ201320646399
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】孫魏, 官林星, 吳欣之, 薛勇, 溫竹茵, 余皝, 羅鑫, 孫旻 申請人:上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司