一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于盾構(gòu)隧道工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)。它包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)和第二管片環(huán)，所述第一管片環(huán)和第二管片環(huán)之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓形凸塊和圓形凹槽，所述多個(gè)圓形凸塊和圓形凹槽按隧道圓心呈同心圓布置，所述圓形凹槽的直徑大于圓形凸塊的直徑，所述圓形凸塊與圓形凹槽之間的間隙為等間距。本實(shí)用新型在管片環(huán)間布置多個(gè)圓形凹凸榫，當(dāng)前后兩管片環(huán)沿任意一個(gè)方向上發(fā)生允許的最大錯(cuò)動(dòng)后，所有的圓形凹凸榫均能提供抗剪能力，從而大幅度提高環(huán)間抗剪能力，抑制錯(cuò)臺(tái)變形。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于盾構(gòu)隧道工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)，尤其適用于地震作用大、運(yùn)營(yíng)期隧道內(nèi)有大的移動(dòng)荷載或穿越軟弱地層、地質(zhì)條件突變、頂部荷載突變的盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪連接，同時(shí)還可提高管片拼裝定位精度。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)國(guó)內(nèi)盾構(gòu)隧道得到了迅猛發(fā)展，包括地鐵、公路、市政、鐵路、輸水、輸氣等行業(yè)，這些盾構(gòu)隧道不乏穿越軟弱地層、地質(zhì)條件突變或頂部荷載突變的區(qū)段。在這些條件下，盾構(gòu)隧道存在著一個(gè)最常見(jiàn)也是最棘手的管片襯砌環(huán)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)控制難題。解決這個(gè)技術(shù)難題最有效手段就是增加盾構(gòu)管片環(huán)間的抗剪切能力，目前常用的抗剪切手段就是在管片環(huán)間設(shè)置凹凸榫，通過(guò)榫結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗管片環(huán)間的剪切力。而現(xiàn)有的凹凸榫一般均設(shè)計(jì)為全周貫通分布的同心圓環(huán)塊或同圓心布置的不連續(xù)矩形塊。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在著不足之處如下:
[0004]對(duì)于全周貫通分布的同心圓環(huán)塊凹凸榫方式，如圖1-4所不，由于凹凸榫為同心圓布置，圓環(huán)形凸塊I和圓環(huán)形凹槽2的半徑不同(相差幾個(gè)毫米)，因此當(dāng)兩環(huán)管片間發(fā)生任意一個(gè)方向錯(cuò)動(dòng)變形時(shí)，兩個(gè)不同半徑的圓只有一個(gè)切點(diǎn)；又由于凹槽和凸塊均有內(nèi)圓弧面和外圓弧面，因此,理論上凹槽和凸塊最多有兩個(gè)接觸點(diǎn)3，如圖4所示。
[0005]同樣，對(duì)于同圓心布置的不連續(xù)矩形塊凹凸榫方式，如圖5-8所示，其在全周貫通分布的同心圓環(huán)凹凸榫方式的基礎(chǔ)上，在設(shè)置矩形塊的部位，將小段圓弧改為線(xiàn)段，從而實(shí)現(xiàn)矩形凸塊4和矩形凹槽5的面接觸。但由于矩形塊沿同一圓周布置，對(duì)于某一個(gè)特定的矩形塊，只有當(dāng)管片襯砌環(huán)間的錯(cuò)動(dòng)方向指向該矩形塊的線(xiàn)段時(shí)，才能形成局部面接觸，因此，理論上凹槽和凸塊最多只有兩個(gè)接觸面6，如圖8所示。
[0006]也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)最多只能產(chǎn)生兩個(gè)點(diǎn)接觸或面接觸，在管片襯砌環(huán)間產(chǎn)生剪切錯(cuò)動(dòng)時(shí)，會(huì)形成很大的集中荷載和局部應(yīng)力，造成局部混凝土破壞，進(jìn)而失去抗剪能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足，提供一種抗剪能力強(qiáng)的圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)。
[0008]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)，包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)和第二管片環(huán)，所述第一管片環(huán)和第二管片環(huán)之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓形凸塊和圓形凹槽，所述多個(gè)圓形凸塊和圓形凹槽按隧道圓心呈同心圓布置，所述圓形凹槽的直徑大于圓形凸塊的直徑，所述圓形凸塊與圓形凹槽之間的間隙為等間距。
[0009]進(jìn)一步地，所述多個(gè)圓形凸塊沿第一管片環(huán)端部圓周均勻布置，所述多個(gè)圓形凹槽沿第二管片環(huán)端部圓周均勻布置。
[0010]進(jìn)一步地，所述多個(gè)圓形凸塊平均分成多個(gè)凸塊組，所述多個(gè)凸塊組沿第一管片環(huán)端部圓周均勻布置；所述多個(gè)圓形凹槽平均分成與凸塊組數(shù)量相同的多個(gè)凹槽組，所述多個(gè)凹槽組沿第二管片環(huán)端部圓周均勻布置。
[0011]進(jìn)一步地，所述每個(gè)凸塊組至少包含兩個(gè)圓形凸塊，所述每個(gè)凹槽組至少包含兩個(gè)圓形凹槽。
[0012]更進(jìn)一步地，所述圓形凸塊的高度小于圓形凹槽的深度。
[0013]本實(shí)用新型在管片環(huán)間布置η個(gè)由圓形凸塊和圓形凹槽組成的圓形凹凸榫，當(dāng)前后兩管片環(huán)沿任意一個(gè)方向上發(fā)生允許的最大錯(cuò)動(dòng)后，圓形凸塊和圓形凹槽壁可以產(chǎn)生的接觸點(diǎn)為η個(gè)，即所有的圓形凹凸榫均能提供抗剪能力，從而大幅度提高環(huán)間抗剪能力，抑制錯(cuò)臺(tái)變形。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面全周貫通的圓環(huán)形凸塊布置示意圖。
[0015]圖2為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面全周貫通的圓環(huán)形凹槽布置示意圖。
[0016]圖3為圖1與圖2的管片環(huán)拼裝后凹凸塊組合端面布置圖。
[0017]圖4為圖3中的兩個(gè)管片環(huán)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的不意圖。
[0018]圖5為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面的矩形凸塊布置示意圖。
[0019]圖6為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面的矩形凹槽布置示意圖。
[0020]圖7為圖5與圖6的管片環(huán)拼裝后凹凸塊組合端面布置圖。
[0021]圖8為圖7中的兩個(gè)管片環(huán)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的不意圖。
[0022]圖9為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓形凸塊均勻布置示意圖。
[0023]圖10為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓形凹槽均勻布置示意圖。
[0024]圖11為圖9與圖10的管片環(huán)拼裝后凹凸塊組合端面布置圖。
[0025]圖12為圖11中的兩個(gè)管片環(huán)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的示意圖。
[0026]圖13為圖11中A-A截面首I]視圖。
[0027]圖14為圖11中B-B截面剖視圖。
[0028]圖15為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓形凸塊分組布置示意圖。
[0029]圖16為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓形凹槽分組布置示意圖。
[0030]圖17為本實(shí)用新型發(fā)生任意角度錯(cuò)動(dòng)后的圓形凸塊與圓形凹槽的接觸點(diǎn)示意圖。
[0031]其中:1-圓環(huán)形凸塊；2_圓環(huán)形凹槽；3_接觸點(diǎn)；4_矩形凸塊；5_矩形凹槽；6-接觸面；7_第一管片環(huán)；8_第二管片環(huán)；9_圓形凸塊；10_圓形凹槽；11_隧道圓心；12_圓形凸塊的直徑；13_圓形凹槽的直徑；14-錯(cuò)動(dòng)變形量；15_凸塊組；16_凹槽組；17_交點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于清楚地了解本實(shí)用新型，但它們不對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成限定。
[0033]如圖9-11所示，本實(shí)用新型包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8，所述第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓形凸塊9和圓形凹槽10，圓形凸塊9和圓形凹槽10配合即形成凹凸榫抗剪結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)圓形凸塊9和圓形凹槽10按隧道圓心11呈同心圓布置，沿任意方向發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的示意圖如圖12所示。
[0034]為了安裝的便利及適應(yīng)一定量的錯(cuò)動(dòng)變形，所述圓形凹槽的直徑12大于圓形凸塊的直徑13，兩個(gè)半徑之差主要考慮安裝的富?？臻g和可以允許的錯(cuò)動(dòng)變形量14。圓形凸塊9的邊緣與圓形凹槽10的側(cè)壁之間的間隙為等間距，即圓形凸塊9的圓心與圓形凹槽10的圓心重合，這樣可保證每個(gè)凹凸榫都可以同時(shí)發(fā)揮抗剪作用，第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8上圓形凸塊9與圓形凹槽10配合處的斷面圖如圖13所示，第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8端面接觸的斷面圖如圖14所示。
[0035]上述的圓形凸塊9和圓形凹槽10可以均勻布置，也可以分組均勻布置，具體個(gè)數(shù)或組數(shù)應(yīng)該與管片分塊及拼裝工況相適應(yīng)。均勻布置時(shí)，如圖9、圖10所示，多個(gè)圓形凸塊9沿第一管片7環(huán)端部圓周均勻布置，多個(gè)圓形凹槽10沿第二管片環(huán)8端部圓周均勻布置，與圓形凸塊9相對(duì)應(yīng)。分組均勻布置時(shí)，如圖15、圖16所示，多個(gè)圓形凸塊9平均分成多個(gè)凸塊組15，本實(shí)施例中設(shè)有12個(gè)圓形凸塊，分成6個(gè)凸塊組，即每個(gè)凸塊組15包含兩個(gè)圓形凸塊9，6個(gè)凸塊組沿第一管片環(huán)7端部圓周均勻布置；同樣多個(gè)圓形凹槽10也平均分成與凸塊組15數(shù)量相同的多個(gè)凹槽組16，本實(shí)施例中設(shè)有12個(gè)圓形凹槽，分成6個(gè)凹槽組，即每個(gè)凹槽組16包含兩個(gè)圓形凹槽10，6個(gè)凹槽組沿第二管片8環(huán)端部圓周均勻布置。
[0036]上述由圓形凸塊9和圓形凹槽10形成的凹凸榫可以按剪切力的大小設(shè)計(jì)其尺寸，包括直徑和深(高)度(凹槽深度及凸塊高度)等，本實(shí)施例中圓形凸塊9的高度略小于圓形凹槽10的深度，以便安裝后合縫；而圓形凸塊9和圓形凹槽10具體的高(深)度及其直徑要根據(jù)剪切力的大小進(jìn)行計(jì)算后進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0037]本實(shí)用新型在管片環(huán)間布置η個(gè)由圓形凸塊9和圓形凹槽10組成的凹凸榫，當(dāng)前后兩管片環(huán)沿任意一個(gè)方向上發(fā)生允許的最大錯(cuò)動(dòng)后，圓形凸塊9和圓形凹槽壁可以產(chǎn)生的接觸點(diǎn)為η個(gè)，即所有的凹凸榫均能提供抗剪能力，從而大幅度提高環(huán)間抗剪能力，抑制錯(cuò)臺(tái)變形。
[0038]為便于理解，該種幾何形狀的凹凸榫能夠同時(shí)發(fā)揮作用的原理證明如下:
[0039]如圖17所示，管片環(huán)間設(shè)置6個(gè)圓形凹凸榫，每個(gè)圓形凹凸榫中實(shí)線(xiàn)圓為圓形凸塊9，虛線(xiàn)圓為圓形凹槽10，O為管片環(huán)的圓心，O1, 02、.....06分別為第1、第
2......第6個(gè)圓形凹凸榫的圓心。當(dāng)管片環(huán)間發(fā)生任意方向(圖中角度為α)錯(cuò)動(dòng)
L (L=圓形凹槽10與圓形凸塊9的半徑差)時(shí)，如圓心O向V方向錯(cuò)動(dòng)，由于管片環(huán)是整體平移，從Op 02、.....06做平行于00丨的射線(xiàn)，每一個(gè)凹凸榫處的射線(xiàn)與該凹凸榫的實(shí)線(xiàn)圓和虛線(xiàn)圓均有交點(diǎn)17，顯然，各凹凸榫處的交點(diǎn)距離均相等，即各凹凸榫可以同時(shí)發(fā)揮抗剪作用。
[0040]本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)，包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)(7)和第二管片環(huán)(8)，其特征在于:所述第一管片環(huán)(7)和第二管片環(huán)(8)之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓形凸塊(9)和圓形凹槽(10)，所述多個(gè)圓形凸塊(9)和圓形凹槽(10)按隧道圓心呈同心圓布置，所述圓形凹槽(10)的直徑大于圓形凸塊(9)的直徑，所述圓形凸塊(9)與圓形凹槽(10)之間的間隙為等間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多個(gè)圓形凸塊(9)沿第一管片環(huán)(7)端部圓周均勻布置，所述多個(gè)圓形凹槽(10)沿第二管片環(huán)(8)端部圓周均勻布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多個(gè)圓形凸塊(9)平均分成多個(gè)凸塊組(15)，所述多個(gè)凸塊組(15)沿第一管片環(huán)端部(7)圓周均勻布置；所述多個(gè)圓形凹槽(10)平均分成與凸塊組數(shù)量相同的多個(gè)凹槽組(16)，所述多個(gè)凹槽組(16)沿第二管片環(huán)(8)端部圓周均勻布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述每個(gè)凸塊組(15)至少包含兩個(gè)圓形凸塊(9)，所述每個(gè)凹槽組(16)至少包含兩個(gè)圓形凹槽(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一種圓形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圓形凸塊(9)的高度小于圓形凹槽(10)的深度。
【文檔編號(hào)】E21D11/04GK204002839SQ201420184405
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】肖明清, 薛光橋, 鄧朝輝, 蔣超, 孫文昊 申請(qǐng)人:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司