一種裝配式隧道襯砌管片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種裝配式隧道襯砌管片,屬于隧道施工【技術領域】。為簡化預制管片的制作和加工工藝，優(yōu)化管片的連接方式，提高盾構隧道特別是圓形橫截面隧道采用預制管片拼裝襯砌的施工效率等問題。將圓形隧道橫截面內(nèi)的混凝土襯砌劃分為六塊混凝土預制管片，六塊混凝土預制管片橫截面均帶有圓弧，分別為：封頂塊，兩塊鄰接塊和三塊標準塊，它們的兩個端面均設有結構對稱或相反的凹凸臺階；封頂塊的形狀為正楔形，結構對稱，兩鄰接塊同為偏楔形，兩者結構相反；兩標準塊的結構相反；當由六塊管片拼裝完成一圈封閉的襯砌后，將該圈內(nèi)各個管片具有凸起的一端嵌入到前一圈已經(jīng)拼裝完成管片的圓柱狀凹槽內(nèi)使管片之間的相互拼接。主要用于盾構隧道襯砌。
【專利說明】一種裝配式隧道襯砌管片
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道施工【技術領域】，尤其涉及盾構機法施工或人工掘進的圓形橫截面隧道的襯砌【技術領域】。
【背景技術】
[0002]圓形橫截面的隧道因其承載性能好而得到廣泛應用。尤其是在城市地鐵、鐵路、公路、市政工程、石油天然氣以及水電等行業(yè)大多采用盾構法修建圓形橫截面的地下隧道。采用盾構法施工的隧道，其橫截面以圓形為主，且隧道的襯砌主要采用預制的鋼筋混凝土管片進行拼裝成型。為便于預制管片的拼裝，隧道內(nèi)環(huán)向和縱向管片之間均需要專用螺栓進行連接和緊固。通常圓形橫截面隧道的預制混凝土管片之間采用直螺栓或彎螺栓進行連接。無論是采用直螺栓還是采用彎螺栓來連接混凝土預制管片，均需要在混凝土預制管片上設置螺栓孔?；炷令A制管片作為圓形橫截面隧道的襯砌結構，其加工制作的精度和質量均要求較高，特別是對于呈圓弧狀的混凝土預制管片而言，其預制前需要加工高精度的模具。而螺栓孔的設置無疑又增加了管片模具加工制作的難度。此外用來固定和連接預制管片的螺栓也需要進行專門設計和加工。在施工期間，隨著隧道開挖的進行，需要不斷地在洞內(nèi)拼裝預制管片而形成隧道的襯砌結構，以保障隧道施工的安全和維護所需要的使用空間。當采用專用螺栓來連接隧道襯砌用的混凝土預制管片時，相鄰管片之間螺栓孔的定位較為困難，而且將螺栓插入預留的孔位、緊固均需要人工進行操作，現(xiàn)場拼裝人員的勞動強度大，導致管片拼裝的施工效率低。
[0003]此外，由于連接預制管片的螺栓還需要進行專門的設計和加工，而且其加工和制作的數(shù)量大，致使隧道工程造價高。就盾構法施工過程的效率而言，從隧道內(nèi)巖土體的開挖、出渣以及預制管片的拼接均實現(xiàn)了機械化。但由于管片之間采用專用螺栓進行連接和緊固，其拼裝時的孔位對準、螺栓的插入和緊固等均還需要人工操作，因而此環(huán)節(jié)一直是制約盾構法隧道施工效率和影響工程造價的主要因素之一。緊固螺栓雖然采用了鍍鋅等防腐措施的鋼材，但隨著隧道運行時間的延長，長期使用條件下螺栓鋼材易發(fā)生銹蝕，因而緊固螺栓的耐久性和強度會隨著隧道使用時間的延長而降低，進而會影響到隧道的安全。
[0004]為簡化預制管片的制作和加工工藝，優(yōu)化管片的連接方式，提高盾構隧道特別是圓形橫截面隧道采用預制管片拼裝襯砌的施工效率，保障隧道襯砌的安全與耐久性，進一步降低工程造價，需要尋求一種即經(jīng)濟實用又能夠保證隧道施工安全和快速的新型預制混凝土管片結構。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種裝配式隧道襯砌管片。它能有效地簡化現(xiàn)場拼裝管片的施工工藝，減少管片在拼裝時的勞動強度，降低預制管片模具加工制作的難度，有利于提高管片的強度和耐久性，降低工程造價，加快隧道襯砌的施工進度和提高施工效率。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種裝配式隧道襯砌管片，其作法是:
[0007]A、將圓形隧道橫截面內(nèi)的混凝土襯砌劃分為六塊混凝土預制管片，六塊混凝土預制管片橫截面均帶有圓弧，分別為:封頂塊，兩塊鄰接塊和三塊標準塊，它們的兩個端面均設有結構對稱或相反的凹凸臺階；封頂塊的形狀為正楔形，結構對稱，鄰接塊和鄰接塊同為偏楔形，兩者結構相反；標準塊和標準塊的結構相反，標準塊的結構對稱；
[0008]B、封頂塊的一個端面與鄰接塊的端面相互配合；封頂塊的另一個端面與鄰接塊的端面相互配合；鄰接塊的另一個端面與鄰接塊的一個端面相互配合；鄰接塊的另一個端面與標準塊的端面配合；標準塊的另一個端面與標準塊的端面配合，標準塊的另一端面與鄰接塊的端面配合，這六塊混凝土預制管片的端面相互拼接；
[0009]C、六塊預制管片垂直于隧道軸線方向的前后兩個側面，其中一個側面設置有半圓柱形的凸起，而與其相對的另一側面設置有半圓柱形的凹槽。當由六塊管片拼裝完成一圈封閉的襯砌后，在拼裝下一圈管片時可將該圈內(nèi)各個管片具有凸起的一端嵌入到前一圈已經(jīng)拼裝完成管片的圓柱狀凹槽內(nèi)，形成前后兩圈管片之間的相互拼接。
[0010]D、所述的封頂塊、鄰接塊以及標準塊的劃分方式可按照其圓弧長度所對應的圓心角進行設置，當封頂塊圓弧所對應的圓心角為α，鄰接塊圓弧所對應的圓心角為β，標準塊圓弧所對應的圓心角為Y，標準塊圓弧所對應的圓心角為δ時，其取值應符合下列關系式:α +2β +2 y + δ =360°，其中 10° ≤ α ≤ 50°，10?！?β ≤ 70°，56。< Y ≤ 111°，54。< δ ≤ 108。，且 α≤β<δ<y。
[0011]所述的圓形隧道環(huán)向和縱向各相鄰管片之間均采用拼接的方式進行拼接固定。
[0012]所述預制管片沿隧道軸線方向上的長度控制在1.0m~1.5m。
[0013]所述臺階凸出的長度宜小于封頂塊厚度的三分之一或二分之一。
[0014]所述封頂塊是沿隧道軸線方向形成一端大一端小的正楔形，其體積在六塊預制管片中為最小。
[0015]所述鄰接塊的體積在六個預制塊中居中。
[0016]所述管片的兩端面的凹凸臺階裝配后在側面形成孔洞。
[0017]E、在隧道施工和掘進期間，將所述的六塊混凝土預制管片按照其各個側面凹凸臺階相互拼接的方式拼接后就形成一圈封閉的隧道圓形襯砌。在拼裝預制管片期間，通過吊裝孔來吊裝管片。所要求的各個管片拼裝的順序是:先擺好第一標準塊，然后拼裝其他兩塊標準塊，再拼裝兩塊鄰接塊，最后將封頂塊楔入到剩余的楔形空間內(nèi)，形成一圈封閉的隧道圓形襯砌。管片拼裝后在相互拼接的側面形成的孔洞作為粘貼止水條的部位，用于管片環(huán)向和縱向接縫的止水。
[0018]F、對于每塊預制管片垂直于隧道軸線方向的前后兩個側面，在其中一個側面設置有半圓柱形的凸起，而與其相對的另一側面設置有半圓柱形的凹槽。以封頂塊為例，其側面上設有半圓柱形的凸起，而與其相對的另一側面上設有凹槽。其余的五塊管片的相應側面也按照此方式設置圓柱狀的凸起和凹槽。當由六塊管片拼裝完成一圈襯砌后，在拼裝下一圈管片時可將該圈內(nèi)各個管片上具有凸起的一端嵌入到前一圈已經(jīng)拼裝完成的管片的圓柱狀凹槽內(nèi)，形成前后兩圈管片之間的相互拼接，完成管片的縱向拼裝。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]一、本發(fā)明將圓形橫截面隧道內(nèi)具有一定厚度的一圈混凝土襯砌劃分為六塊弧形預制管片，即一塊楔形封頂塊、兩塊偏楔形鄰接塊和三塊長方體形標準塊，各個管片沿隧道軸向的長度為1.0m?1.5m。預制管片垂直于隧道軸線的環(huán)向之間采用其側面凹凸的臺階進行拼接，而沿隧道軸線方向上相鄰管片之間均采用端部凹凸的圓柱狀凹槽和凸起進行拼接。本發(fā)明取消了現(xiàn)有拼裝技術中常用的緊固螺栓，可降低人員現(xiàn)場拼裝預制管片時的勞動強度，并有利于提高隧道襯砌的施工效率，加快隧道襯砌的施工進度，從而可降低工程造價。
[0021]二、與現(xiàn)有技術在預制管片時需要在管片上預留螺栓孔的做法不同，本發(fā)明取消了在預制混凝土管片上預留螺栓孔的做法，不僅降低了加工和制作管片模具的難度，而且由于在管片中取消了預留的螺栓孔，可有利于提高混凝土管片的澆筑質量和整體強度，延長其耐久性。
[0022]三、與現(xiàn)有的采用專用螺栓連接預制管片的技術不同，本發(fā)明的管片結構均采用了各個管片對接面相互拼接的方式進行連接，不僅能降低現(xiàn)場拼裝管片時對接螺栓孔位的難度，而且能夠降低人工拼裝的勞動強度，可縮短隧道襯砌成環(huán)的封閉時間，有利于保障隧道施工的安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明拼裝成型的圓形隧道襯砌橫截面圖
[0024]圖2為本發(fā)明圖1的A-A剖視圖
[0025]圖3為本發(fā)明的預制管片截面圖
[0026]圖4為本發(fā)明封頂塊I的正視圖
[0027]圖5為本發(fā)明圖4的B-B剖面圖
[0028]圖6為封頂塊I的俯視圖
[0029]圖7為鄰接塊2的正視圖
[0030]圖8為鄰接塊2的俯視圖
[0031]圖9為鄰接塊3的正視圖
[0032]圖10為鄰接塊3的俯視圖
[0033]圖11為標準塊4的正視圖
[0034]圖12為標準塊4的俯視圖
[0035]圖13為標準塊5的正視圖
[0036]圖14為標準塊5的俯視圖
[0037]圖15為標準塊6的正視圖
[0038]圖16為標準塊6的俯視圖
[0039]【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0040]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0041]因六塊管片的側面圖和剖面圖相同，僅以封頂塊I為例加以說明，其余的五塊預制管片只示出了其正視圖和俯視圖。
實施例
[0042]本發(fā)明的一種【具體實施方式】是，一種裝配式隧道襯砌管片，適用于以機械法開挖如盾構機法或人工開挖法的圓形橫截面的隧道襯砌，
[0043]一種裝配式隧道襯砌管片，其作法是:
[0044]A、將圓形隧道橫截面內(nèi)的混凝土襯砌劃分為六塊混凝土預制管片，六塊混凝土預制管片橫截面均帶有圓弧，分別為:封頂塊1，兩塊鄰接塊2、3和三塊標準塊4、5、6，它們的兩個端面均設有結構對稱或相反的凹凸臺階；封頂塊I的形狀為正楔形，結構對稱，鄰接塊2和鄰接塊3同為偏楔形，兩者結構相反；標準塊4和標準塊6的結構相反，標準塊5的結構對稱；
[0045]B、封頂塊I的一個端面Ia與鄰接塊2的端面2a相互配合；封頂塊I的另一個端面Ib與鄰接塊3的端面(3a)相互配合；鄰接塊2的另一個端面2b與鄰接塊4的一個端面4a相互配合；鄰接塊4另一個端面4b與標準塊5的端面5a配合；標準塊5的另一個端面5b與標準塊6的端面6a配合，標準塊6的另一端面6b與鄰接塊3的端面3b配合，這六塊混凝土預制管片的端面相互拼接；
[0046]C、六塊預制管片垂直于隧道軸線方向的前后兩個側面，其中一個側面設置有半圓柱形的凸起，而與其相對的另一側面設置有半圓柱形的凹槽。當由六塊管片拼裝完成一圈封閉的襯砌后，在拼裝下一圈管片時可將該圈內(nèi)各個管片具有凸起的一端嵌入到前一圈已經(jīng)拼裝完成管片的圓柱狀凹槽內(nèi)，形成前后兩圈管片之間的相互拼接。
[0047]D、所述的封頂塊1、鄰接塊2、3以及標準塊4、5、6的劃分方式可按照其圓弧長度所對應的圓心角進行設置，當封頂塊圓弧所對應的圓心角為α，鄰接塊2、3圓弧所對應的圓心角為β，標準塊4、6圓弧所對應的圓心角為Y，標準塊5圓弧所對應的圓心角為δ時，其取值應符合下列關系式:α+2β+2 gamma +δ =360°，其中10°≤α≤50°，10°≤β≤70°，56° < Y ≤ 111。，54° < δ ≤ 108。，且 α<β<δgamma。
[0048]所述的圓形隧道環(huán)向和縱向各相鄰管片之間均采用拼接的方式進行拼接固定。
[0049]所述預制管片沿隧道軸線方向上的長度控制在1.0m~1.5m。
[0050]所述臺階凸出的長度宜小于封頂塊厚度的三分之一或二分之一。
[0051]所述封頂塊I是沿隧道軸線方向形成一端大一端小的正楔形，其體積在六塊預制管片中為最小。
[0052]所述鄰接塊2、3的體積在六個預制塊中居中。
[0053]所述管片的兩端面的凹凸臺階裝配后在側面形成孔洞8。
[0054]D、在隧道施工和掘進期間，將所述的六塊混凝土預制管片按照其兩個端面凹凸臺階相互拼接的方式拼接后就形成一圈封閉的隧道圓形襯砌。在拼裝預制管片期間，通過吊裝孔7來吊裝管片。所要求的各個管片拼裝的順序是:先擺好標準塊5，然后拼裝標準塊4、標準塊6，再拼裝鄰接塊2和鄰接塊3，最后將封頂塊I先沿徑向推入后延軸向楔入到剩余的楔形空間內(nèi)，形成一圈封閉的隧道圓形襯砌。管片拼裝后在相互拼接的側面上形成的孔洞8可作為粘貼止水條的部位，用于管片環(huán)向和縱向接縫的止水。
[0055]E、對于各預制管片垂直于隧道軸線方向的前后兩個側面，其中的一個側面上設置有半圓柱形的凸起，而與其相對的另一個側面上設置有半圓柱形的凹槽。以封頂塊I為例，其側面9上設有半圓柱形的凸起，而與其相對的另一側面10上設有半圓柱形的凹槽。其余五塊管片的相應側面上也照此方式分別設置圓柱狀的凸起和凹槽。當由六塊管片拼裝完成一圈封閉的襯砌后，在拼裝下一圈管片時將該圈內(nèi)各個管片具有凸起的一端嵌入到前一圈已經(jīng)拼裝完成的管片的凹槽內(nèi)，形成前后兩圈管片之間的相互拼接。
[0056]實際實施時，本發(fā)明的管片拼接面臺階形狀和凹槽與凸起的形狀也可變換成橢圓形或楔形等，在保持拼裝順序不變的條件下，各個管片在隧道內(nèi)環(huán)向放置的位置可隨意調(diào)整。此外對于具有橢圓形、馬蹄形和矩形等類型橫截面的隧道襯砌，當采用機械或人工方法開挖時也可按照此方式進行預制管片的劃分與設置，顯然這種方式的拼裝結構也屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種裝配式隧道襯砌管片，其特征在于: A、將圓形隧道橫截面內(nèi)的混凝土襯砌劃分為六塊混凝土預制管片，六塊混凝土預制管片橫截面均帶有圓弧，分別為:封頂塊(1)，兩塊鄰接塊(2、3)和三塊標準塊(4、5、6)，它們的兩個端面均設有結構對稱或相反的凹凸臺階；封頂塊(I)的形狀為正楔形，結構對稱，鄰接塊(2)和鄰接塊(3)同為偏楔形，兩者結構相反；標準塊(4)和標準塊(6)的結構相反，標準塊(5)的結構對稱； B、封頂塊1)的一個端面(1a)與鄰接塊(2)的端面(2a)相互配合；封頂塊(1)的另一個端面(1b)與鄰接塊(3)的端面(3a)相互配合；鄰接塊(2)的另一個端面(2b)與鄰接塊(4)的一個端面(4a)相互配合；鄰接塊(4)另一個端面(4b)與標準塊(5)的端面(5a)配合；標準塊(5)的另一個端面(5b)與標準塊(6)的端面(6a)配合,標準塊(6)的另一端面(6b)與鄰接塊(3)的端面(3b)配合，這六塊混凝土預制管片的端面相互拼接； C、六塊預制管片垂直于隧道軸線方向的前后兩個側面，其中一個側面設置有半圓柱形的凸起，而與其相對的另一側面設置有半圓柱形的凹槽。當由六塊管片拼裝完成一圈封閉的襯砌后，在拼裝下一圈管片時可將該圈內(nèi)各個管片具有凸起的一端嵌入到前一圈已經(jīng)拼裝完成管片的圓柱狀凹槽內(nèi)，形成前后兩圈管片之間的相互拼接。 D、所述的封頂塊(1)、鄰接塊(2、3)以及標準塊(4、5、6)的劃分方式可按照其圓弧長度所對應的圓心角進行設置，當封頂塊(1)圓弧所對應的圓心角為α，鄰接塊(2、3)圓弧所對應的圓心角為β，標準塊(4、6)圓弧所對應的圓心角為Y，標準塊(5)圓弧所對應的圓心角為δ時，其取值應符合下列關系式:α+2β+2y + δ=360°，其中10°≤α≤50°，10°≤β ≤ 70°，56。< Y ≤ 111。,54° < δ ≤ 108。，且 α≤β<δ<y。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種裝配式隧道襯砌管片，其特征在于；所述的圓形隧道環(huán)向和縱向各相鄰管片之間均采用拼接的方式進行拼接固定。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種裝配式隧道襯砌管片，其特征在于；所述預制管片沿隧道軸線方向上的長度控制在1.0m~1.5m。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種裝配式隧道襯砌管片，其特征在于；所述臺階凸出的長度宜小于封頂塊厚度的三分之一或二分之一。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種裝配式隧道襯砌管片，其特征在于；所述封頂塊(1)是沿隧道軸線方向形成一端大一端小的正楔形，其體積在六塊預制管片中為最小。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種裝配式隧道襯砌管片，其特征在于；所述鄰接塊(2、3)的體積在六個預制塊中居中。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種裝配式隧道襯砌管片，其特征在于；所述管片的兩端面的凹凸臺階裝配后在側面形成孔洞(8 )。
【文檔編號】E21D11/38GK103643966SQ201310750240
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】周曉軍, 王曉峰, 高波, 胡鴻運, 汪精河, 劉建國, 俞學英, 黃寒 申請人:西南交通大學