本實(shí)用新型涉及一種盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)，具體涉及一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)及管片間連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的加強(qiáng)，城市基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)取得了迅猛發(fā)展。與此同時(shí)，早先修建的隧道，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了縱向不均勻沉降、橫向變形、長(zhǎng)期滲漏、接頭損害、管片裂紋裂縫等病害問(wèn)題，降低了隧道服役質(zhì)量，給運(yùn)營(yíng)安全造成了一定的威脅。

目前，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土管片拼裝方式、管片之間內(nèi)螺栓連接、接縫采用彈性密封墊或膨脹橡膠條防水。例如，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN104612710A中，在背景技術(shù)部分公開了一種盾構(gòu)隧道管片縱縫接頭，是現(xiàn)有技術(shù)中的常用結(jié)構(gòu)。從該文件的圖1b可見，在盾構(gòu)隧道管片上預(yù)留有螺栓安裝手孔，相鄰管片上的螺栓安裝手孔間經(jīng)穿透管片的螺栓孔連通，相鄰管片由內(nèi)置連接螺栓連接。

上述結(jié)構(gòu)的盾構(gòu)隧道管片存在以下缺陷：一、在管片上預(yù)留的連接螺栓安裝手孔及螺栓孔，管片接縫采用內(nèi)置連接螺栓聯(lián)接管片，這種結(jié)構(gòu)雖然能夠加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)整體性能，但是，在管片上預(yù)留的連接螺栓安裝手孔及螺栓孔不僅降低了管片力學(xué)性能，也容易形成滲漏水的通道，另外，連接螺栓在管片接頭內(nèi)置，其損壞后不易進(jìn)行修復(fù)。二、現(xiàn)有設(shè)計(jì)中管片內(nèi)部的鋼筋籠外有5cm混凝土，既作為保護(hù)層，又作為受力部位。然而，在接縫部位處的保護(hù)層，在隧道變形時(shí)承受局部集中力作用容易破損，產(chǎn)生裂紋、裂縫、掉塊等，形成滲漏水通道，造成大量的滲漏水病害；而在其它位置，長(zhǎng)期埋藏于地下的隧道結(jié)構(gòu)受腐蝕性離子影響較大，混凝土容易開裂，進(jìn)而造成鋼筋腐蝕，影響管片結(jié)構(gòu)耐久性。三、接頭防水，一般是在接縫處采用彈性橡膠密封墊加遇水膨脹橡膠條，但是其容易老化、耐久性較低、防水效果較差，特別是用膠水黏貼固定在管片表面，容易脫落。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN104612710A試圖通過(guò)改變螺栓的位置和防水橡膠的布局來(lái)解決上述問(wèn)題，但是其導(dǎo)致了螺栓的加長(zhǎng)，螺栓孔在管片結(jié)構(gòu)中的布局對(duì)整體受力強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。四、高負(fù)荷交通量需求下，新建隧道斷面呈現(xiàn)越來(lái)越大的趨勢(shì)，與之相適應(yīng)的管片結(jié)構(gòu)厚度越來(lái)越厚，斷面空間相應(yīng)減少。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN10476341A公開的一種盾構(gòu)隧道管片縱縫接頭中，通過(guò)對(duì)管片連接部的局部加厚來(lái)增加受力強(qiáng)度，但是其導(dǎo)致管片內(nèi)部形狀的不規(guī)則，對(duì)于增加斷面空間作用有限，并且也不能解決前述管片力學(xué)性能和防水性能等問(wèn)題。

隨著大規(guī)模隧道建設(shè)的進(jìn)展，今后必將面臨大規(guī)模的維修養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。因此，研究開發(fā)一種強(qiáng)度高、厚度小、接頭損傷低、耐久性高的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)，以及一種用于盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)隧道管片的力學(xué)性能和耐久性，方便連接結(jié)構(gòu)的維修養(yǎng)護(hù)。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)，包括管片本體，所述管片本體主要由鋼板層、包裹鋼板層的混凝土層、分別位于鋼板層兩側(cè)并埋設(shè)于混凝土層中的鋼筋網(wǎng)構(gòu)成；所述管片本體的側(cè)緣處固設(shè)有金屬接頭件，所述金屬接頭件的外側(cè)設(shè)有容納止水帶的凹槽，所述凹槽內(nèi)安裝有止水帶；所述管片本體的外側(cè)設(shè)有外保護(hù)層，所述外保護(hù)層為復(fù)合在管片本體外側(cè)面的聚脲層。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述鋼板層的兩側(cè)與鋼板固定連接分布有鋼釘，相鄰鋼釘?shù)拈g距為15～30厘米，鋼釘?shù)闹睆綖?0～15毫米，長(zhǎng)度為10～30毫米，所述鋼板層的厚度為10～30毫米。

上述技術(shù)方案中，所述鋼板層和鋼釘可以為一體結(jié)構(gòu)，也可以分別成型后通過(guò)焊接連接。

上述技術(shù)方案中，所述混凝土層由活性粉末混凝土構(gòu)成，鋼板兩側(cè)的混凝土厚度分別為8～15厘米；所述混凝土層外密貼鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)格為5cm~20cm，鋼筋直徑6毫米~8毫米；所述鋼筋網(wǎng)外側(cè)密貼防水聚脲層，厚度為10～20毫米。

上述技術(shù)方案中，所述止水帶為Ω形GINA 止水帶，止水帶中間有圓孔。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述金屬接頭部件為具有凹槽的鋼接頭，所述凹槽具有與止水帶形狀配合的翻邊，翻邊邊緣為圓角。

本實(shí)用新型同時(shí)公開了一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)，由相鄰布置的兩個(gè)上述結(jié)構(gòu)的盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)以及連接所述兩個(gè)盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的連接件構(gòu)成，所述連接件包括連接鋼板和多個(gè)固定螺栓，所述連接鋼板由中間的弧形段和兩側(cè)的平直段構(gòu)成，所述固定螺栓將兩側(cè)的所述平直段分別固定連接在兩個(gè)盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)上。

優(yōu)選的技術(shù)方案，所述連接鋼板為倒置Ω形狀。

上述技術(shù)方案中，所述連接鋼板位于管片內(nèi)側(cè)，連接鋼板與管片通過(guò)螺栓固定。

其中，所述連接鋼板弧形段的半徑為6～15米，弧形段的扇形角角度范圍為90～180°，平直段的寬度為100～150毫米。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型采用聚脲材料代替原混凝土外保護(hù)層，高強(qiáng)度、強(qiáng)延伸率、抗腐蝕性強(qiáng)的聚脲材料，能阻擋水土環(huán)境中氯離子與管片材料直接接觸，可避免混凝土材料出現(xiàn)腐蝕微裂紋，形成腐蝕通道。

2、本實(shí)用新型采用鋼材料接頭代替原混凝土接頭，避免原混凝土材料由于接頭變形時(shí)集中力作用造成的局部損傷；

3、本法在鋼材料接頭中間采用凹槽設(shè)計(jì)，可以將GINA止水帶牢固嵌入其中；鋼材料接頭采用圓角設(shè)計(jì)，避免直角棱邊對(duì)GINA止水帶的集中力作用損傷。

4、本實(shí)用新型采用活性粉末混凝土(RPC)代替原高性能混凝土，采用該種超高強(qiáng)度、超高韌性和高耐久性的水泥基復(fù)合材料，能減小管片厚度同時(shí)提高抗拉壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、斷裂性能、抗腐蝕性能。

5、本實(shí)用新型的管片中間采用鋼板+鋼釘結(jié)構(gòu)、管片兩外側(cè)采用鋼筋網(wǎng)，加強(qiáng)RPC材料的抗拉壓強(qiáng)度、韌性、抗折強(qiáng)度等性能。

6、本實(shí)用新型采用GINA止水帶代替原彈性橡膠密封墊、遇水膨脹橡膠條。GINA止水帶作為第一道防滲漏設(shè)計(jì)，其外觀設(shè)計(jì)為Ω形狀，可以牢固嵌入鋼接頭凹槽，可以隨接縫變形而變形，同時(shí)最大限度充塞接縫空間阻止形成滲漏通道。

7、本實(shí)用新型采用外置Ω鋼板代替原內(nèi)置連接螺栓。Ω鋼板作為第二道鋼防水設(shè)計(jì)，有效阻止接頭滲漏水效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了柔性防水和鋼性防水的有機(jī)結(jié)合；Ω鋼板可以有效地限制接頭錯(cuò)臺(tái)變形和接頭張開變形；Ω鋼板與鋼接頭組成抗彎力矩，能夠有效地限制接頭張開角變形；外置鋼板代替內(nèi)置連接螺栓，取消了管片結(jié)構(gòu)內(nèi)的螺栓孔、手孔設(shè)計(jì)，降低管片局部損傷和形成滲漏水通道的概率，而且維修更方便。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的管片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中管片接頭位置示意圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中的連接鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中的管片接頭正常拼裝示意圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中，剪切力作用時(shí)隧道管片接頭狀態(tài)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中，正彎矩作用時(shí)隧道管片接頭狀態(tài)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例中，負(fù)彎矩作用時(shí)隧道管片接頭狀態(tài)示意圖；

其中：1、聚脲層；2、鋼筋網(wǎng)；3、混凝土層；4、鋼板層；5、鋼釘；6、鋼接頭；7、GINA止水帶；8、Ω形連接鋼板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例：參見圖1至圖3所示，一種新型盾構(gòu)隧道管片，主要包括20mm厚的聚脲層1；@10cm×10cmφ8mm 的鋼筋網(wǎng)2；3-10cm厚的活性粉末混凝土層3（RPC200）； 12mm 厚的鋼板層4；位于鋼板兩側(cè)的@20cm×20cmφ13mm 的鋼釘5；位于管片側(cè)緣的鋼接頭6；Ω形GINA 止水帶7；Ω形的連接鋼板8。

如圖1所示，管片主要材料采用活性粉末混凝土（RPC200），尺寸厚為10cm。20mm厚的聚脲材料涂在管片混凝土外側(cè)，能夠隔絕混凝土與地下水環(huán)境的直接接觸，避免腐蝕微裂紋的形成，降低了鋼筋腐蝕概率。該聚脲防水防腐層與管片結(jié)構(gòu)尺寸一致，但不參與接頭受力作用，避免了接頭損傷。

管片內(nèi)部?jī)蓚?cè)設(shè)計(jì)間距10cm×10cm的鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑8mm，進(jìn)一步加強(qiáng)管片自身強(qiáng)度和抗裂性能。

管片中間設(shè)計(jì)鋼板+鋼釘結(jié)構(gòu)，鋼板厚度13mm，鋼釘間距20cm×20cm，能夠進(jìn)一步加強(qiáng)管片自身抗拉壓強(qiáng)度、抗剪切強(qiáng)度、抗裂等性能。

管片設(shè)計(jì)鋼接頭，接頭整體設(shè)計(jì)為凹槽型，接頭上下兩側(cè)能夠承受較大的壓力而不易損傷，凹槽部位可以牢固嵌入GINA止水帶。接頭凹槽過(guò)度部位采用圓角設(shè)計(jì)，避免直角對(duì)止水帶的損傷。

如圖2所示，接縫連接采用倒置的Ω形連接鋼板結(jié)構(gòu)，用鋼釘或小螺栓將其固定在管片內(nèi)表面。

如圖3所示，Ω形連接鋼板結(jié)構(gòu)采用鋼質(zhì)材料，如Q235B。本實(shí)施例中，Ω形連接鋼板圓弧角度為120°，厚度為60mm。連接鋼板圓弧角度和厚度的具體取值需要根據(jù)隧道管片參數(shù)以及隧道健康狀況選擇。

如圖4所示，相鄰管片對(duì)接拼裝，GINA止水帶由于拼裝擠壓在凹槽內(nèi)阻塞滲漏水通道，形成第一道柔性防水層。Ω形連接鋼板用鋼釘或小螺栓固定在管片內(nèi)表面，形成第二道鋼防水層。在該種情況下為管片受拉或受壓狀態(tài)，壓力主要由鋼接頭承受，拉力主要由Ω形連接鋼板承受。

如圖5所示，管片承受剪切力作用，剪切力主要由Ω形連接鋼板承受，管片間不產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)效應(yīng)。

如圖6所示，管片接頭承受正彎矩作用，使得接頭內(nèi)側(cè)接縫張開。鋼性凹槽接頭外側(cè)與Ω形鋼性板形成抗彎力矩。GINA止水帶隨夾角張開變形充塞凹槽空間仍是第一道穩(wěn)固的柔性防水層，Ω形連接鋼板是第二道穩(wěn)固的鋼性防水層。

如圖7所示，管片接頭承受負(fù)彎矩作用， 使得接頭外側(cè)接縫張開。鋼性凹槽接頭內(nèi)側(cè)與Ω形連接鋼板形成抗彎力矩。GINA止水帶隨夾角張開變形充塞凹槽空間仍是第一道穩(wěn)固的柔性防水層，Ω形連接鋼板是第二道穩(wěn)固的鋼性防水層。