申请/专利权人：中铁第四勘察设计院集团有限公司

申请日：2019-05-27

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN110107312B

主分类号：E21D11/08

分类号：E21D11/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2019.09.03#实质审查的生效;2019.08.09#公开

摘要：本发明涉及一种盾构管片，包括管片本体，所述管片本体具有两个纵向端和两个环向端，其中一所述纵向端设有凹榫部，另一所述纵向端设有与所述凹榫部适配的凸榫部，所述凹榫部和或所述凸榫部设有钢帽，所述钢帽包覆对应榫部的至少部分区域。另外还涉及一种盾构管片拼装结构，包括基于凹凸榫结构拼接的两个管片环，所述凹凸榫结构所对应的两个管片中，至少其中一个管片采用上述的盾构管片。通过在榫部上设置钢帽，能够提高该榫部的抗剪能力，从而有效地提高盾构管片管片环的抗剪能力，并且能减少在拼装等过程中由于撞击引起的混凝土榫部的破损，保证盾构隧道施工质量。

主权项：1.一种盾构管片，包括管片本体，所述管片本体具有两个纵向端和两个环向端，其中一所述纵向端设有凹榫部，另一所述纵向端设有与所述凹榫部适配的凸榫部，其特征在于：所述凹榫部和所述凸榫部设有钢帽，所述钢帽包覆对应榫部的至少部分区域；所述钢帽通过锚筋锚固在所述管片本体上；所述凹榫部连接有凹钢帽，所述凹钢帽通过多个第一门架式钢筋锚固，各所述第一门架式钢筋沿所述管片本体弧形周向依次布置；所述第一门架式钢筋还与管片本体的原配钢筋焊连；所述凹钢帽还通过多个V型钢筋锚固，各所述V型钢筋分别与最外侧两根第一门架式钢筋焊连且开口方向分别朝向相邻的环向端；所述凸榫部连接有凸钢帽，所述凸钢帽通过多个第二门架式钢筋锚固，各所述第二门架式钢筋沿所述管片本体弧形周向依次布置；所述钢帽上设有弹性衬垫，所述弹性衬垫至少覆盖该钢帽的用于与另一盾构管片榫接的面域；对于凹钢帽，在其底面设置弹性衬垫；对于凸钢帽，在其顶面设置弹性衬垫；所述弹性衬垫用于传递凹钢帽与凸钢帽之间的压力，形成一种抗剪加强型凹凸榫结构。

全文数据：盾构管片及盾构管片拼装结构技术领域本发明涉及一种盾构管片及采用该盾构管片的盾构管片拼装结构。背景技术随着国家基础建设的大力发展，铁路、公路及市政工程中采用盾构法修建的隧道越来越多，隧道断面也越来越大，目前盾构隧道直径15m级的管片结构已普遍应用。盾构管片直径的增大，意味着盾构隧道受到的浮力增大，管片环向承受的剪切力相应增大；同时由于施工过程中管片拼装或运营期外力作用引起的错台，也会增大管片环向剪切力。管片环1间设置凹凸榫结构可以控制盾构隧道环1间错台量，避免管片环1间因错台量大造成隧道结构破坏和防水失效。如图1，现有的凹凸榫设计是在管片环缝两侧分别设置混凝土凹榫12和凸榫11，通过盾构机千斤顶的推力及管片螺栓紧固力，将凸榫11与凹榫12通过中间的垫板2紧密地挤压在一起，利用混凝土凹凸榫及管片内的钢筋来满足抗剪要求。目前的凹凸榫设计存在以下几个问题：1施工过程中盾构机姿态控制不佳，管片产生错台，或者管片拼装过程中发生碰撞，都可能导致混凝土凹凸榫破坏。2管片生产过程中，由于管片模具空间较小，凹凸榫处构造钢筋的绑扎与固定较困难。3混凝土凹凸榫抗剪能力有限，容易引发管片局部剪切破坏，反而引发渗漏水。发明内容本发明实施例涉及一种盾构管片及采用该盾构管片的盾构管片拼装结构，至少可解决现有技术的部分缺陷。本发明实施例涉及一种盾构管片，包括管片本体，所述管片本体具有两个纵向端和两个环向端，其中一所述纵向端设有凹榫部，另一所述纵向端设有与所述凹榫部适配的凸榫部，所述凹榫部和或所述凸榫部设有钢帽，所述钢帽包覆对应榫部的至少部分区域。作为实施例之一，所述钢帽通过锚筋锚固在所述管片本体上。作为实施例之一，所述凹榫部连接有凹钢帽，所述凹钢帽通过多个第一门架式钢筋锚固，各所述第一门架式钢筋沿所述管片本体弧形周向依次布置。作为实施例之一，所述凹钢帽还通过多个V型钢筋锚固，各所述V型钢筋分别与最外侧两根第一门架式钢筋焊连且开口方向分别朝向相邻的环向端。作为实施例之一，所述凸榫部连接有凸钢帽，所述凸钢帽通过多个第二门架式钢筋锚固，各所述第二门架式钢筋沿所述管片本体弧形周向依次布置。作为实施例之一，所述凸榫部截面为圆形或椭圆形。作为实施例之一，沿纵向，所述凸榫部自其自由端向其另一端渐扩。作为实施例之一，所述钢帽上设有弹性衬垫，所述弹性衬垫至少覆盖该钢帽的用于与另一盾构管片榫接的面域。本发明实施例还涉及一种盾构管片拼装结构，包括基于凹凸榫结构拼接的两个管片环，所述凹凸榫结构所对应的两个管片中，至少其中一个管片采用如上所述的盾构管片。本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明提供的盾构管片及盾构管片拼装结构，通过在榫部上设置钢帽，能够提高该榫部的抗剪能力，从而有效地提高盾构管片管片环的抗剪能力，并且能减少在拼装等过程中由于撞击引起的混凝土榫部的破损，保证盾构隧道施工质量。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为背景技术提供的现有盾构管片拼装结构的结构示意图；图2为本发明实施例一提供的盾构管片的结构示意图；图3和图4本发明实施例一提供的盾构管片的凸榫侧结构示意图；图5和图6本发明实施例一提供的盾构管片的凹榫侧结构示意图；图7为本发明实施例二提供的盾构管片拼装结构的结构示意图；图8为本发明实施例一提供的传统管片的结构模型图；图9为本发明实施例一提供的传统管片的最大剪力云图；图10为本发明实施例一提供的本盾构管片的结构模型图；图11为本发明实施例一提供的本盾构管片的最大剪力云图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一如图2-图7，本发明实施例提供一种盾构管片，包括管片本体100，所述管片本体100具有两个纵向端和两个环向端，易知地，所谓的纵向端为该管片本体100的在隧道纵向上的端部，也即该管片本体100的自身轴向上的端部，所谓的环向端为该管片本体100的自身弧形周向上的端部，纵向端用于与相邻的管片环拼接，环向端用于与相邻的另一管片本体100拼接以便构成管片环。其中一所述纵向端设有凹榫部102，另一所述纵向端设有与所述凹榫部102适配的凸榫部101，在与相邻的管片环拼接时，该管片本体100的凸榫部101与相邻管片环中的对应管片的凹榫部102装配，或者，该管片本体100的凹榫部102与相邻管片环中的对应管片的凸榫部101装配，这是本领域常规技术，此处不作赘述。进一步地，如图2-图7，所述凹榫部102和或所述凸榫部101设有钢帽200，所述钢帽200包覆对应榫部的至少部分区域。一般地，上述凹榫部102和凸榫部101为混凝土结构；上述钢帽200可以采用不锈钢或其它耐候、防腐性能较好的钢种，优选是高强不锈钢，钢种选择此处不作一一例举。本实施例提供的盾构管片，通过在榫部上设置钢帽200，能够提高该榫部的抗剪能力，从而有效地提高盾构管片管片环的抗剪能力，并且能减少在拼装等过程中由于撞击引起的混凝土榫部的破损，保证盾构隧道施工质量。优选地，钢帽200全面包覆对应榫部的表面，进一步保证施工质量，而且便于混凝土榫部的成型。上述凸榫部101截面可以为圆形、椭圆形或其它形状，如方形或异形结构等；显然地，凹榫部102的形状相应设计。进一步地，如图2和图4，沿纵向，所述凸榫部101自其自由端向其另一端渐扩，能够提高榫接配合效果，进而提高凹凸榫装配的抗剪能力。则上述钢帽200的形状优选为与对应榫部的形状一致。进一步地，如图3-图6，所述钢帽200通过锚筋锚固在所述管片本体100上。显然地，该锚筋布置于管片本体100的混凝土结构内。通过设置锚筋，一方面将钢帽200与对应的榫部管片本体100紧密连接，提高钢帽200与对应的榫部管片本体100的协同受力性能，共同承受剪切力荷载，进一步地提高该榫部盾构管片管片环的抗剪能力；另一方面，可以解决现有技术中凹凸榫处不易绑扎固定钢筋的问题，能够显著地提高对应榫部的结构强度和刚度，尤其是抗剪能力。该管片本体100上的凸榫部101和凹榫部102的数量是可以根据实际工程情况进行确定的，例如隧道直径的不同、管片环的分块形式等。对于凸榫部101和凹榫部102上是否设置钢帽200，也可根据实际工程情况进行确定，例如根据环缝抗剪要求进行调整，具体而言，至少设计凹榫部102配置有钢帽200：当环向剪切力较小时，可仅在凹榫部102设置钢帽200，当环向剪切力较大时，可进一步在凸榫部101设置钢帽200。另外，对于上述锚筋的型号、数量及分布形式等，可以根据实际工程情况进行设计调整：在其中一个优选的应用实施例中，如图5和图6，所述凹榫部102连接有凹钢帽202，所述凹钢帽202通过多个第一门架式钢筋401锚固，各所述第一门架式钢筋401沿所述管片本体100弧形周向依次布置。进一步地，该第一门架式钢筋401还与管片本体100的原配钢筋103焊连，进一步提高钢帽200与管片本体100的协同受力性能。进一步地，如图5，所述凹钢帽202还通过多个V型钢筋402锚固，各所述V型钢筋402分别与最外侧两根第一门架式钢筋401焊连且开口方向分别朝向相邻的环向端。通过上述各第一门架式钢筋401和各V型钢筋402，可以实现凹钢帽202的多方向受力，保证凹钢帽202的锚固稳定性和可靠性。在其中一个优选的应用实施例中，如图3和图4，所述凸榫部101连接有凸钢帽201，所述凸钢帽201通过多个第二门架式钢筋403锚固，各所述第二门架式钢筋403沿所述管片本体100弧形周向依次布置。对于上述凸榫部101自其自由端向其另一端渐扩的结构，第二门架式钢筋403的框架结构也对应设计，优选为其沿凸榫部101的外缘面走设。另外，进一步地，所述钢帽200上设有弹性衬垫300，所述弹性衬垫300至少覆盖该钢帽200的用于与另一盾构管片榫接的面域。对于上述的凹钢帽202，在其底面设置弹性衬垫300；对于上述凸钢帽201，在其顶面即远离管片本体100的面部设置弹性衬垫300。上述弹性衬垫300优选采用防水密封垫，可采用橡胶垫等。对于钢帽200的厚度、侧壁的坡度等，可以根据实际工程需要及上述弹性衬垫300的技术指标等进行调整。上述盾构管片的制作过程大致包括：1根据管片环缝抗剪要求，选择钢帽200的布置原则。当环向剪切力较小时，仅在凹榫部102增设钢帽200；当剪切力较大时，进一步在凸榫部101上增设钢帽200；2预先加工钢帽200，并在钢帽200的背面焊接锚筋；3将钢帽200固定于混凝土管片模具的凹榫凸榫处，绑扎混凝土管片的其它钢筋并浇筑混凝土管片本体100。为进一步对本实施例提供的盾构管片进行说明，如图8-图11，采用有限元分析法对本盾构管片以及传统管片的抗剪能力进行计算对比分析：如图9是传统管片的最大剪力云图，如图11是本盾构管片的最大剪力云图。结果显示，在相同荷载情况下，传统管片承受的最大剪应力为7406kpa，本盾构管片承受的最大剪应力为5616kpa。可见，相较于传统管片，本实施例提供的盾构管片，由于在榫部上设置了钢帽200，管片及管片环缝的抗剪能力明显增强。实施例二如图7，本发明实施例还涉及一种盾构管片拼装结构，包括基于凹凸榫结构拼接的两个管片环，所述凹凸榫结构所对应的两个管片中，至少其中一个管片采用上述实施例一所提供的盾构管片。一般地，两个管片环之间通过多组凹凸榫结构拼装，优选为各凹凸榫结构中均包括上述实施例一所提供的盾构管片。管片拼装施工时，通过盾构机千斤顶的推力及管片螺栓紧固力，将两管片环的凸榫部101与凹榫部102挤压在一起，凸榫部101与凹榫部102之间夹设有弹性衬垫300，可以传递二者之间的压力，形成一种抗剪加强型凹凸榫结构。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种盾构管片，包括管片本体，所述管片本体具有两个纵向端和两个环向端，其中一所述纵向端设有凹榫部，另一所述纵向端设有与所述凹榫部适配的凸榫部，其特征在于：所述凹榫部和或所述凸榫部设有钢帽，所述钢帽包覆对应榫部的至少部分区域。2.如权利要求1所述的盾构管片，其特征在于：所述钢帽通过锚筋锚固在所述管片本体上。3.如权利要求2所述的盾构管片，其特征在于：所述凹榫部连接有凹钢帽，所述凹钢帽通过多个第一门架式钢筋锚固，各所述第一门架式钢筋沿所述管片本体弧形周向依次布置。4.如权利要求3所述的盾构管片，其特征在于：所述凹钢帽还通过多个V型钢筋锚固，各所述V型钢筋分别与最外侧两根第一门架式钢筋焊连且开口方向分别朝向相邻的环向端。5.如权利要求2所述的盾构管片，其特征在于：所述凸榫部连接有凸钢帽，所述凸钢帽通过多个第二门架式钢筋锚固，各所述第二门架式钢筋沿所述管片本体弧形周向依次布置。6.如权利要求1所述的盾构管片，其特征在于：所述凸榫部截面为圆形或椭圆形。7.如权利要求6所述的盾构管片，其特征在于：沿纵向，所述凸榫部自其自由端向其另一端渐扩。8.如权利要求1所述的盾构管片，其特征在于：所述钢帽上设有弹性衬垫，所述弹性衬垫至少覆盖该钢帽的用于与另一盾构管片榫接的面域。9.一种盾构管片拼装结构，包括基于凹凸榫结构拼接的两个管片环，其特征在于：所述凹凸榫结构所对应的两个管片中，至少其中一个管片采用如权利要求1至8中任一项所述的盾构管片。

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