CN103206228A - 一种盾构隧道用柔性管片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构隧道用柔性管片，其特征在于：钢铸的左箱型管片部件(1a)和钢铸的右箱型管片部件(1b)左右对称，左箱型管片部件(1a)的右面和右箱型管片部件(1b)的左面在径向外侧通过两道倒Ω型钢边止水带(2)连接；左箱型管片部件(1a)右面的径向内侧铰接左球形万向铰(3a)、右箱型管片部件(1b)左面的径向内侧铰接右球形万向铰(3b)；右球形万向铰(3b)的连杆的连接腔(3c)套合在左球形万向铰(3a)的连杆上。该柔性管片能显著提高管片衬砌的柔性，提高盾构隧道的安全性和耐久性。

Description

一种盾构隧道用柔性管片

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道用柔性管片。

背景技术

目前，盾构法以其安全、高效、自动化程度高、对周边扰动小等优势极大地推动了我国盾构隧道的发展。盾构隧道目前在我国城市地铁、铁路、公路以及市政水下隧道中被广泛使用。

盾构隧道衬砌一般采用装配式管片衬砌结构，即通过将数块弧形的预制管片利用环向螺栓连接成衬砌环，再利用纵向螺栓将若干衬砌环纵向连接延伸形成管片衬砌结构。在常时荷载下，管片衬砌结构的柔性等力学性能均能满足相关地铁、铁路和公路规范的安全性和耐久性要求。但在以下情况下，其纵向连接的柔性则不能满足要求，导致隧道破坏：

一、隧道衬砌刚度差别较大位置：由于盾构隧道的功能要求，管片衬砌需与其他形式的，如竖井(盾构机始发井、盾构机到发井)、通风井、联络横通道、泵房等相连接。管片衬砌与这些结构的连接部位，显著改变了隧道结构自身的刚度，易引起应力集中和衬砌开裂，导致隧道破坏。

二、隧道衬砌穿越地层差别较大位置：当盾构隧道纵向穿越地层特性显著变化处(软硬不均地层、围岩级别差距大或者存在较大节理地层)、穿越高烈度地震地区等不利区域时。这些位置的地层在长期振动荷载或者偶发地震荷载下会发生较大的地层变位，发生严重的地层不均沉降，利用纵向螺栓实现纵向连接的管片衬砌，其整体柔度则难以适应这种地层大变形(或大变位)的要求，会引起应力集中和衬砌开裂，导致隧道破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构隧道用柔性管片，该柔性管片能显著提高管片衬砌的柔性，提高盾构隧道的安全性和耐久性。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种盾构隧道用柔性管片，其特征在于：钢铸的左箱型管片部件和钢铸的右箱型管片部件左右对称，左箱型管片部件的右面和右箱型管片部件的左面在径向外侧通过两道倒Ω型钢边止水带连接；左箱型管片部件右面的径向内侧铰接左球形万向铰、右箱型管片部件左面的径向内侧铰接右球形万向铰；右球形万向铰的连杆的连接腔套合在左球形万向铰的连杆上。

本发明的使用方法是：

在盾构隧道的一般位置拼装常规的钢筋混凝土管片，即将数块弧形的钢筋混凝土管片利用环向螺栓连接成衬砌环，再利用纵向螺栓将若干衬砌环纵向连接延伸形成管片衬砌结构；而在隧道衬砌刚度差别较大的位置和隧道衬砌穿越地层差别较大的位置，根据需要，采用本发明的柔性管片常规的钢筋混凝土管片，即在管片衬砌段中替换入一个或多个柔性管片环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的柔性管片，由对称的左箱型管片部件和的右箱型管片部件与左、右球形万向铰铰接，而左、右球形万向铰又以活塞式套筒方式连接；同时倒Ω型的钢边止水带的安全变形范围也较大；从而使左、右箱型管片部件间能在任意方向旋转、移动。将其安装在隧道衬砌刚度差别较大的位置和隧道衬砌穿越地层差别较大的位置处，即在该段衬砌上形成了柔性环。由于柔性环可发生拉伸、压缩、剪切、旋转等任意自由度方向的较大变位，从而显著提高衬砌的综合变形能力。最终，在特定设计位置的适量柔性环的优化改良下，提高了盾构隧道的安全性和耐久性：

1、显著降低了结合部位的刚度，有效避免应力集中引起的结构开裂和破坏，使隧道衬砌刚度差别较大位置处的集中应力得到释放。

2、采用适应变形而非抵抗变形的柔性管片能有效消减由于地震、振动、地层差别等外界因素产生的作用于管片衬砌的附加应力，使得当盾构隧道穿越高烈度地震区、软弱夹层与软硬不均互层区等不利位置时，适应各向大变形或大变位(特别是不均匀沉降、数量较大的拉伸压缩)的能力提高。

实验表明，本发明的单个柔性环的允许拉伸、压缩量为±10cm-±15cm，允许剪切量：5-10cm，允许弯曲(转动)量：10°-15°。

上述的左箱型管片部件右面的径向外侧向右凸出形成一“日”字型的左凸台，所述的右箱型管片部件左面的径向外侧向左凸出形成一“日”字型的右凸台，所述的两道倒Ω型钢边止水带的左端和右端分别连接在左凸台和右凸台上。

这样，可减小倒Ω型钢边止水带的宽度，提高止水带的使用寿命。

上述的左凸台的径向最外侧向右凸出构成“一”字型的左外伸护板；右凸台的径向最外侧向左凸出构成“一”字型的右外伸护板。

左、右外伸护板可以保护倒Ω型钢边止水带，使其不受外部较大围岩碎块的挤压和撞击。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例柔性管片装配于隧道管片衬砌中的立体结构示意图。

图2为本发明实施例柔性管片的放大剖视结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1、2示出，本发明的一种具体实施方式是，一种盾构隧道用柔性管片，其特征在于：钢铸的左箱型管片部件1a和钢铸的右箱型管片部件1b左右对称，左箱型管片部件1a的右面和右箱型管片部件1b的左面在径向外侧通过两道倒Ω型钢边止水带2连接；左箱型管片部件1a右面的径向内侧铰接左球形万向铰3a、右箱型管片部件1b左面的径向内侧铰接右球形万向铰3b；右球形万向铰3b的连杆的连接腔套3c合在左球形万向铰3a的连杆上。

本例的左箱型管片部件1a右面的径向外侧向右凸出形成一“日”字型的左凸台1c，所述的右箱型管片部件1b左面的径向外侧向左凸出形成一“日”字型的右凸台1d，所述的两道倒Ω型钢边止水带2的左端和右端分别连接在左凸台1c和右凸台1d上。

本例的左凸台1c的径向最外侧向右凸出构成“一”字型的左外伸护板1e；右凸台1d的径向最外侧向左凸出构成“一”字型的右外伸护板1f。

Claims (3)

1.一种盾构隧道用柔性管片，其特征在于：钢铸的左箱型管片部件(1a)和钢铸的右箱型管片部件(1b)左右对称，左箱型管片部件(1a)的右面和右箱型管片部件(1b)的左面在径向外侧通过两道倒Ω型钢边止水带(2)连接；左箱型管片部件(1a)右面的径向内侧铰接左球形万向铰(3a)、右箱型管片部件(1b)左面的径向内侧铰接右球形万向铰(3b)；右球形万向铰(3b)的连杆的连接腔(3c)套合在左球形万向铰(3a)的连杆上。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道用柔性管片，其特征在于：所述的左箱型管片部件(1a)右面的径向外侧向右凸出形成一“日”字型的左凸台(1c)，所述的右箱型管片部件(1b)左面的径向外侧向左凸出形成一“日”字型的右凸台(1d)，所述的两道倒Ω型钢边止水带(2)的左端和右端分别连接在左凸台(1c)和右凸台(1d)上。

3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道用柔性管片，其特征在于：所述的左凸台(1c)的径向最外侧向右凸出构成“一”字型的左外伸护板(1e)；右凸台(1d)的径向最外侧向左凸出构成“一”字型的右外伸护板(1f)。

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