一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)及其拼裝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及矩形隧道，具體涉及一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)及其拼裝方法，所述管片的五面覆蓋有鋼板以構(gòu)成半封閉結(jié)構(gòu)，即分別在所述管片的兩端面、兩側(cè)面以及頂面或底面覆蓋鋼板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，通過合理布置，使鋼板受拉、混凝土受壓，不必配置管片中的受力鋼筋，只需布置構(gòu)造鋼筋即可；與混凝土管片相比可以減小矩形隧道的管片厚度，采用此種復(fù)合結(jié)構(gòu)管片可以滿足大斷面矩形隧道的受力要求，有利于矩形斷面隧道的推廣應(yīng)用；在管片的兩端布置鋼結(jié)構(gòu)接頭箱，滿足矩形盾構(gòu)隧道的受力要求；在鋼結(jié)構(gòu)接頭箱與混凝土之間布置過渡結(jié)構(gòu)，從而提高管片結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備，避免不同計(jì)算模型與分析參數(shù)帶來的管片受拉區(qū)與受壓區(qū)區(qū)分的不確定性。
【專利說明】一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)及其拼裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及矩形隧道，具體涉及一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)及其拼裝方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]伴隨著中國(guó)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(zhǎng)，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(guó)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，與傳統(tǒng)圓形斷面盾構(gòu)隧道相比，矩形盾構(gòu)隧道具有以下顯著的優(yōu)勢(shì):
O斷面利用優(yōu)勢(shì):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%;
2)施工深度淺: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，其施工深度也較深，施工成本較高；而矩形隧道施工深度淺；
3)節(jié)省地下空間:圓形斷面盾構(gòu)對(duì)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；
4)斷面切削量小: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(duì)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；
5)淺覆土施工: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(duì)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。
[0004]綜上所述，矩形盾構(gòu)隧道在現(xiàn)代城市建設(shè)中具有開發(fā)價(jià)值與推廣前景。
[0005]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(huì)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(huì)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)造的管片以降低管片厚度，從而使大斷面的矩形盾構(gòu)隧道的建設(shè)成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是根據(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結(jié)構(gòu)及其拼裝方法，該管片結(jié)構(gòu)均為五面覆蓋有鋼板的半封閉結(jié)構(gòu)，以滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道的受力要求。
[0007]本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)，涉及預(yù)制復(fù)合管片，其特征在于所述復(fù)合管片的五面覆蓋有鋼板以構(gòu)成半封閉結(jié)構(gòu)，即分別在所述復(fù)合管片的兩端面、兩側(cè)面以及頂面或底面覆蓋鋼板。
[0008]所述復(fù)合管片兩側(cè)面設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)接頭箱，通過直螺栓實(shí)現(xiàn)所述復(fù)合管片之間的連接。
[0009]所述管片的兩側(cè)緣區(qū)域布置有過渡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)接頭箱與混凝土結(jié)構(gòu)的有效連接，在所述過渡結(jié)構(gòu)的頂面和底面上都覆蓋有鋼板。
[0010]所述鋼板的表面布置有一定數(shù)量的栓釘，以使所述鋼板與所述復(fù)合管片構(gòu)成一體，實(shí)現(xiàn)所述復(fù)合管片內(nèi)的混凝土與鋼板的共同作用。
[0011]各所述復(fù)合管片均具有一定的弧度。
[0012]一種涉及上述適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)的拼裝方法，其特征在于至少包括如下步驟:分別將所述復(fù)合管片放置于所述矩形隧道的拱底、側(cè)墻以及拱頂以構(gòu)成拱底管片、側(cè)墻管片以及封頂管片；放置時(shí)，使所述拱底管片和封頂管片不具有鋼板的一面位于外弧面，使所述側(cè)墻管片不具有鋼板的一面位于內(nèi)弧面。
[0013]所述復(fù)合管片的放置次序依次為拱底管片、兩側(cè)的側(cè)墻管片以及封頂管片，在放置時(shí)將相鄰所述復(fù)合管片之間的鋼結(jié)構(gòu)接頭箱對(duì)齊，通過安裝直螺栓以使相鄰所述復(fù)合管片之間拼裝成環(huán)。
[0014]所述復(fù)合管片的放置次序依次為拱底管片、兩側(cè)的側(cè)墻管片以及封頂管片，在放置時(shí)將相鄰所述復(fù)合管片之間的鋼結(jié)構(gòu)接頭箱對(duì)齊，通過安裝直螺栓以使相鄰所述復(fù)合管片之間拼裝成環(huán)。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，通過材料的合理布置，使鋼板受拉、混凝土受壓，不必配置管片中的受力鋼筋，只需布置構(gòu)造鋼筋即可；與混凝土管片相比，可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隧道的受力要求，有利于矩形斷面隧道的推廣應(yīng)用；同時(shí)通過在管片結(jié)構(gòu)上布置過渡結(jié)構(gòu)可提高管片結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備，避免不同計(jì)算模型與分析參數(shù)帶來的管片受拉區(qū)與受壓區(qū)區(qū)分的不確定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明中矩形盾構(gòu)隧道的內(nèi)、外弧面上鋼板布置圖；
圖2為本發(fā)明中管片襯砌布置圖；
圖3為本發(fā)明中鋼結(jié)構(gòu)接頭箱、過渡結(jié)構(gòu)以及管片之間的連接示意圖；
圖4為本發(fā)明中管片的鋼結(jié)構(gòu)接頭箱的側(cè)面螺栓孔布置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征及其它相關(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:
如圖1-4，圖中標(biāo)記1-17分別為:側(cè)墻管片1、管片1.1、管片1.2、鋼板2、封頂管片3、鋼板4、側(cè)墻管片5、管片5.1、管片5.2、拱底管片6、鋼板7、鋼板8、手孔9、縱向螺栓孔10、過渡結(jié)構(gòu)11、鋼結(jié)構(gòu)接頭箱12、鋼結(jié)構(gòu)接頭箱13、過渡結(jié)構(gòu)14、螺栓孔15、手孔16、栓釘17。
[0018]實(shí)施例:如圖1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結(jié)構(gòu)及其拼裝方法，該矩形隧道呈圓角矩形狀，主要由位于隧道底部的拱底管片6、位于隧道兩側(cè)的側(cè)墻管片I和側(cè)墻管片5、位于隧道頂部的封頂管片3構(gòu)成，各管片之間的環(huán)向拼裝面通過直螺栓連接。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(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)隧道內(nèi)部使用空間的減小，在其內(nèi)配置過多的受力鋼筋會(huì)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力鋼筋，只布置構(gòu)造鋼筋，在各管片的五個(gè)面上覆蓋鋼板構(gòu)成半封閉結(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。
[0019]首先對(duì)本實(shí)施例中所提及的管片的六個(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管片的側(cè)面即為相鄰管片之間的縱縫接觸面；④管片的端面即為相鄰管節(jié)之間的環(huán)縫接觸面。
[0020]如圖1、3所示，位于隧道底部的拱底管片6為復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，其截面呈矩形狀，具有一定的弧度，以改善管片的受力狀態(tài)；在拱底管片6的兩端面、兩側(cè)面以及內(nèi)弧面，總共五個(gè)面上覆蓋有鋼板以構(gòu)成拱底管片6的半封閉復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，各鋼板表面布設(shè)有一定數(shù)量的栓釘17，從而保證鋼板與混凝土之間的共同作用，位于內(nèi)弧面上的鋼板7為受拉鋼板，通過與混凝土材料的結(jié)合起抗拉作用。
[0021]如圖1、3所示，側(cè)墻管片I和側(cè)墻管片5分別位于隧道的兩側(cè)，兩者結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱設(shè)置，以位于隧道左側(cè)的側(cè)墻管片I為例進(jìn)行說明:側(cè)墻管片I同樣為復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，具有一定的弧度，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；在側(cè)墻管片I的兩端面、兩側(cè)面以及外弧面，總共五個(gè)面上覆蓋有鋼板以構(gòu)成側(cè)墻管片I的半封閉復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，各鋼板表面布設(shè)有一定數(shù)量的栓釘17，從而保證鋼板與混凝土之間的共同作用，位于外弧面上的鋼板2為受拉鋼板，通過與混凝土材料的結(jié)合起抗拉作用。
[0022]如圖1、3所示，封頂管片3位于隧道的頂部，同樣為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有一定的起拱量；在封頂管片3的兩端面、兩側(cè)面以及內(nèi)弧面，總共五個(gè)面上覆蓋有鋼板以構(gòu)成封頂管片3的半封閉復(fù)合管片結(jié)構(gòu)，各鋼板表面布設(shè)有一定數(shù)量的栓釘17，從而保證鋼板與混凝土之間的共同作用，位于內(nèi)弧面上的鋼板8為受拉鋼板，通過與混凝土材料的結(jié)合起抗拉作用。
[0023]如圖2、3、4所示，各個(gè)管片之間的縱縫通過直螺栓進(jìn)行連接，管片環(huán)之間的環(huán)縫同樣通過直螺栓進(jìn)行連接，以封頂管片3為例進(jìn)行說明:在封頂管片3的兩側(cè)緣布置過渡結(jié)構(gòu)11，該過渡結(jié)構(gòu)11的內(nèi)、外弧面(即受拉區(qū)、受壓區(qū))上均覆蓋有鋼板，并在過渡結(jié)構(gòu)11的外側(cè)設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)接頭箱12 ;其中封頂管片3 —側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)接頭箱12上開設(shè)有若干手孔16，手孔16內(nèi)具有螺栓孔15。通過手孔16，采用直螺栓與側(cè)墻管片實(shí)現(xiàn)連接。
[0024]如圖2所示，拱底管片6、側(cè)墻管片I以及側(cè)墻管片5的兩側(cè)緣的接頭結(jié)構(gòu)與封頂管片3的相同，如側(cè)墻管片5.1的側(cè)緣部位也依次為過渡結(jié)構(gòu)14和鋼結(jié)構(gòu)接頭箱13，側(cè)墻管片5.1的鋼結(jié)構(gòu)接頭箱13與封頂管片3的鋼結(jié)構(gòu)接頭箱12之間通過直螺栓連接成一體；其余的各管片在此不一一贅述。
[0025]在制作上述的各管片時(shí)，首先通過焊接或機(jī)加工制作半封閉的管片覆蓋鋼板，并以此作為混凝土的澆注模板。
[0026]如圖1-4所示，上述管片的拼裝成環(huán)的方法為:分別將各個(gè)管片放置于矩形隧道的拱底、側(cè)墻以及拱頂以構(gòu)成拱底管片6、側(cè)墻管片I和5以及封頂管片3 ;放置時(shí)，使拱底管片6和封頂管片3不具有鋼板的一面位于外弧面，使側(cè)墻管片1、5不具有鋼板的一面位于內(nèi)弧面；各個(gè)管片直徑采用直螺栓連接。
[0027]本實(shí)施例通過對(duì)各管片內(nèi)力的分析，得到管片的受拉與受壓區(qū)域，從而確定受拉鋼板的分布位置，之后通過材料的合理布置，從而實(shí)現(xiàn)了鋼板受拉、混凝土受壓的受力特點(diǎn)，在滿足大斷面矩形盾構(gòu)隧道的受力要求的同時(shí)，有效減小了矩形隧道的管片厚度，提高了矩形隧道的空間利用率，并且可以在管片中不必配置受力鋼筋，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)隧道的推廣應(yīng)用；在鋼結(jié)構(gòu)接頭箱與混凝土結(jié)構(gòu)之間設(shè)置過渡結(jié)構(gòu)以確保兩者之間的有效連接，可提高管片結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備，避免不同計(jì)算模型與參數(shù)時(shí)帶來的管片受拉區(qū)與受壓區(qū)區(qū)分的不確定性。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)，涉及預(yù)制的復(fù)合管片，其特征在于所述復(fù)合管片的五面覆蓋有鋼板以構(gòu)成半封閉結(jié)構(gòu)，即分別在所述復(fù)合管片的兩端面、兩側(cè)面以及頂面或底面覆蓋鋼板。
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結(jié)構(gòu)，其特征在于所述復(fù)合管片兩側(cè)面設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)接頭箱，通過直螺栓實(shí)現(xiàn)所述復(fù)合管片之間的連接。
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結(jié)構(gòu)，其特征在于所述管片的兩側(cè)緣區(qū)域布置有過渡結(jié)構(gòu)，在所述過渡結(jié)構(gòu)的頂面和底面上都覆蓋有鋼板。
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)量的栓釘，以使所述鋼板與所述復(fù)合管片構(gòu)成一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)，其特征在于各所述復(fù)合管片均具有一定的弧度。
6.一種涉及權(quán)利要求1-5中所述適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)的拼裝方法，其特征在于至少包括如下步驟:分別將所述復(fù)合管片放置于所述矩形隧道的拱底、側(cè)墻以及拱頂以構(gòu)成拱底管片、側(cè)墻管片以及封頂管片；放置時(shí)，使所述拱底管片和封頂管片不具有鋼板的一面位于外弧面，使所述側(cè)墻管片不具有鋼板的一面位于內(nèi)弧面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于矩形隧道的管片結(jié)構(gòu)的拼裝方法，其特征在于所述復(fù)合管片的放置次序依次為拱底管片、兩側(cè)的側(cè)墻管片以及封頂管片，在放置時(shí)將相鄰所述復(fù)合管片之間的鋼結(jié)構(gòu)接頭箱對(duì)齊，通過安裝直螺栓以使相鄰所述復(fù)合管片之間拼裝成環(huán)。
【文檔編號(hào)】E21D11/04GK103557014SQ201310492331
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)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, 吳欣之, 薛勇, 溫竹茵, 官林星, 余皝, 羅鑫, 孫旻 申請(qǐng)人:上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司