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      一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)的制作方法

      文檔序號(hào):5314255閱讀:828來(lái)源:國(guó)知局
      一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)的制作方法
      【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于盾構(gòu)隧道工程【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)。它包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)和第二管片環(huán),所述第一管片環(huán)和第二管片環(huán)之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓端形凸塊和圓端形凹槽,所述多個(gè)圓端形凸塊和圓端形凹槽按隧道圓心呈同心圓布置,所述圓端形凸塊與圓端形凹槽之間的間隙為等間距。本實(shí)用新型在管片環(huán)間布置多個(gè)圓端形凹凸榫,當(dāng)前后兩管片環(huán)沿任意一個(gè)方向上發(fā)生允許的最大錯(cuò)動(dòng)后,所有的圓端形凹凸榫均能提供抗剪能力,從而大幅度提高環(huán)間抗剪能力,抑制錯(cuò)臺(tái)變形。
      【專(zhuān)利說(shuō)明】—種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本實(shí)用新型屬于盾構(gòu)隧道工程【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu),尤其適用于地震作用大、運(yùn)營(yíng)期隧道內(nèi)有大的移動(dòng)荷載或穿越軟弱地層、地質(zhì)條件突變、頂部荷載突變的盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪連接,同時(shí)還可提高管片拼裝定位精度。

      【背景技術(shù)】
      [0002]近年來(lái)國(guó)內(nèi)盾構(gòu)隧道得到了迅猛發(fā)展,包括地鐵、公路、市政、鐵路、輸水、輸氣等行業(yè),這些盾構(gòu)隧道不乏穿越軟弱地層、地質(zhì)條件突變或頂部荷載突變的區(qū)段。在這些條件下,盾構(gòu)隧道存在著一個(gè)最常見(jiàn)也是最棘手的管片襯砌環(huán)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)控制難題。解決這個(gè)技術(shù)難題最有效手段就是增加盾構(gòu)管片環(huán)間的抗剪切能力,目前常用的抗剪切手段就是在管片環(huán)間設(shè)置凹凸榫,通過(guò)榫結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗管片環(huán)間的剪切力。而現(xiàn)有的凹凸榫一般均設(shè)計(jì)為全周貫通分布的同心圓環(huán)塊或同圓心布置的不連續(xù)矩形塊。
      [0003]現(xiàn)有技術(shù)存在著不足之處如下:
      [0004]對(duì)于全周貫通分布的同心圓環(huán)塊凹凸榫方式,如圖1-4所不,由于凹凸榫為同心圓布置,圓環(huán)形凸塊I和圓環(huán)形凹槽2的半徑不同(相差幾個(gè)毫米),因此當(dāng)兩環(huán)管片間發(fā)生任意一個(gè)方向錯(cuò)動(dòng)變形時(shí),兩個(gè)不同半徑的圓只有一個(gè)切點(diǎn);又由于凹槽和凸塊均有內(nèi)圓弧面和外圓弧面,因此,理論上凹槽和凸塊最多有兩個(gè)接觸點(diǎn)3,如圖4所示。
      [0005]同樣,對(duì)于同圓心布置的不連續(xù)矩形塊凹凸榫方式,如圖5-8所示,其在全周貫通分布的同心圓環(huán)凹凸榫方式的基礎(chǔ)上,在設(shè)置矩形塊的部位,將小段圓弧改為線段,從而實(shí)現(xiàn)矩形凸塊4和矩形凹槽5的面接觸。但由于矩形塊沿同一圓周布置,對(duì)于某一個(gè)特定的矩形塊,只有當(dāng)管片襯砌環(huán)間的錯(cuò)動(dòng)方向指向該矩形塊的線段時(shí),才能形成局部面接觸,因此,理論上凹槽和凸塊最多只有兩個(gè)接觸面6,如圖8所示。
      [0006]也就是說(shuō),現(xiàn)有技術(shù)最多只能產(chǎn)生兩個(gè)點(diǎn)接觸或面接觸,在管片襯砌環(huán)間產(chǎn)生剪切錯(cuò)動(dòng)時(shí),會(huì)形成很大的集中荷載和局部應(yīng)力,造成局部混凝土破壞,進(jìn)而失去抗剪能力。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足,提供一種抗剪能力強(qiáng)的圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu)。
      [0008]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu),包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)和第二管片環(huán),所述第一管片環(huán)和第二管片環(huán)之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓端形凸塊和圓端形凹槽,所述多個(gè)圓端形凸塊和圓端形凹槽按隧道圓心呈同心圓布置;所述圓端形凸塊和圓端形凹槽的截面按形狀均分為三個(gè)區(qū),中間為矩形區(qū),兩端均為標(biāo)準(zhǔn)的半圓區(qū),所述半圓區(qū)的直徑為矩形區(qū)相對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng);圓端形凹槽矩形區(qū)的四邊邊長(zhǎng)分別大于圓端形凸塊矩形區(qū)相對(duì)應(yīng)的四邊邊長(zhǎng),所述圓端形凸塊與圓端形凹槽之間的間隙為等間距。
      [0009]進(jìn)一步地,所述多個(gè)圓端形凸塊沿第一管片環(huán)端部圓周均勻布置,所述多個(gè)圓端形凹槽沿第二管片環(huán)端部圓周均勻布置。
      [0010]進(jìn)一步地,所述多個(gè)圓端形凸塊平均分成多個(gè)凸塊組,所述多個(gè)凸塊組沿第一管片環(huán)端部圓周均勻布置;所述多個(gè)圓端形凹槽平均分成與凹槽組數(shù)量相同的多個(gè)凹槽組,所述多個(gè)凹槽組沿第二管片環(huán)端部圓周均勻布置。
      [0011]進(jìn)一步地,所述每個(gè)凸塊組至少包含兩個(gè)圓端形凸塊,所述每個(gè)凹槽組至少包含兩個(gè)圓端形凹槽。
      [0012]更進(jìn)一步地,所述圓端形凸塊的高度小于圓端形凹槽的深度。
      [0013]本實(shí)用新型在管片環(huán)間布置η個(gè)由圓端形凸塊和圓端形凹槽組成的圓端形凹凸榫,當(dāng)前后兩管片環(huán)沿垂直于某個(gè)凹凸榫的矩形邊發(fā)生允許的最大錯(cuò)動(dòng)后,該圓端形凸塊和圓端形凹槽的側(cè)壁可以形成I?2個(gè)面接觸(當(dāng)凹凸榫為對(duì)稱(chēng)分布時(shí)的接觸面?zhèn)€數(shù)為2個(gè),否則為I個(gè)),其余凹凸榫處可以形成共η- (I?2)個(gè)點(diǎn)接觸,即所有的圓端形凹凸榫均能提供抗剪能力;當(dāng)前后兩管片環(huán)的錯(cuò)動(dòng)方向與任何凹凸榫的矩形邊均不垂直時(shí),凸塊和凹槽壁理論上可以產(chǎn)生的接觸點(diǎn)為η個(gè)(η為圓端形凹凸塊的個(gè)數(shù)),同樣,所有凹凸榫均能提供抗剪能力,從而大幅度提高環(huán)間抗剪能力,抑制錯(cuò)臺(tái)變形。

      【專(zhuān)利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面全周貫通的圓環(huán)形凸塊布置示意圖。
      [0015]圖2為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面全周貫通的圓環(huán)形凹槽布置示意圖。
      [0016]圖3為圖1與圖2的管片環(huán)拼裝后凹凸塊組合端面布置圖。
      [0017]圖4為圖3中的兩個(gè)管片環(huán)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的不意圖。
      [0018]圖5為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面的矩形凸塊布置示意圖。
      [0019]圖6為現(xiàn)有技術(shù)管片環(huán)端面的矩形凹槽布置示意圖。
      [0020]圖7為圖5與圖6的管片環(huán)拼裝后凹凸塊組合端面布置圖。
      [0021]圖8為圖7中的兩個(gè)管片環(huán)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的不意圖。
      [0022]圖9為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓端形凸塊均勻布置示意圖。
      [0023]圖10為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓端形凹槽均勻布置示意圖。
      [0024]圖11為圖9與圖10的管片環(huán)拼裝后凹凸塊組合端面布置圖。
      [0025]圖12為圖11中的兩個(gè)管片環(huán)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的示意圖。
      [0026]圖13為本實(shí)用新型圓端形凸塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0027]圖14為本實(shí)用新型圓端形凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0028]圖15為圖11中Α-Α截面首I]視圖。
      [0029]圖16為圖11中B-B截面剖視圖。
      [0030]圖17為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓端形凸塊分組布置示意圖。
      [0031]圖18為本實(shí)用新型管片環(huán)端面的圓端形凹槽分組布置示意圖。
      [0032]圖19為本實(shí)用新型發(fā)生非垂直于圓端形凸塊錯(cuò)動(dòng)后,圓端形凸塊與圓端形凹槽的接觸點(diǎn)示意圖。
      [0033]圖20為本實(shí)用新型發(fā)生垂直于圓端形凸塊錯(cuò)動(dòng)后,圓端形凸塊與圓端形凹槽的接觸點(diǎn)示意圖。
      [0034]其中:1-圓環(huán)形凸塊;2_圓環(huán)形凹槽;3_接觸點(diǎn);4_矩形凸塊;5_矩形凹槽;6-接觸面;7_第一管片環(huán);8_第二管片環(huán);9_圓端形凸塊;10_圓端形凹槽;11_隧道圓心;12-錯(cuò)動(dòng)變形量;13_凸塊組;14_凹槽組。

      【具體實(shí)施方式】
      [0035]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明,便于清楚地了解本實(shí)用新型,但它們不對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成限定。
      [0036]如圖9-11所示,本實(shí)用新型包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8,所述第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓端形凸塊9和圓端形凹槽10,圓端形凸塊9和圓端形凹槽10配合即形成圓端形凹凸榫抗剪結(jié)構(gòu),所述多個(gè)圓端形凸塊9和圓端形凹槽10按隧道圓心11呈同心圓布置,本實(shí)用新型沿任意方向發(fā)生錯(cuò)動(dòng)后的示意圖如圖12所示。
      [0037]上述的圓端形凸塊9的截面按形狀分為三個(gè)區(qū),如圖13所示,中間9.2為矩形區(qū),兩端9.1均為標(biāo)準(zhǔn)的半圓區(qū),半圓區(qū)的半徑9.3即為矩形區(qū)相對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)的一半,整個(gè)圓端形凸塊類(lèi)似于膠囊形狀;圓端形凹槽10的截面按形狀均也為三個(gè)區(qū),如圖14所示,中間10.2為矩形區(qū),兩端10.1均為標(biāo)準(zhǔn)的半圓區(qū),該半圓區(qū)的半徑10.3即為矩形區(qū)相對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)的一半。一般來(lái)講,為了安裝的便利及適應(yīng)一定量的錯(cuò)動(dòng)變形,圓端形凹槽10矩形區(qū)的四邊邊長(zhǎng)要分別大于圓端形凸塊9矩形區(qū)相對(duì)應(yīng)的四邊邊長(zhǎng),并且圓端形凸塊9的邊緣與圓端形凹槽10的側(cè)壁之間的間隙為等間距,即圓端形凸塊9半圓區(qū)的圓心與圓端形凹槽10半圓區(qū)的圓心重合,這樣可保證每個(gè)凹凸榫都可以同時(shí)發(fā)揮抗剪作用,其中,圓端形凸塊9邊緣與圓端形凹槽10邊緣之間的間隙差主要考慮安裝的富??臻g和設(shè)計(jì)允許的錯(cuò)動(dòng)變形量12。第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8上圓端形凸塊9與圓端形凹槽10配合處的斷面圖如圖15所示,第一管片環(huán)7和第二管片環(huán)8端面接觸的斷面圖如圖16所示。
      [0038]本實(shí)施例的圓端形凸塊9和圓端形凹槽10可以均勻布置,也可以分組均勻布置,具體個(gè)數(shù)或組數(shù)應(yīng)該與管片分塊及拼裝工況相適應(yīng)。均勻布置時(shí),所述多個(gè)圓端形凸塊9沿第一管片環(huán)7端部圓周均勻布置,所述多個(gè)圓端形凹槽10沿第二管片環(huán)8端部圓周均勻布置,與圓端形凸塊9相對(duì)應(yīng)。分組均勻布置時(shí),所述多個(gè)圓端形凸塊9平均分成多個(gè)凸塊組13,如圖17所示,本實(shí)施例中設(shè)有12個(gè)圓端形凸塊9,分成6個(gè)凸塊組13,即每個(gè)凸塊組13包含兩個(gè)圓端形凸塊9,6個(gè)凸塊組沿第一管片環(huán)7端部圓周均勻布置;同樣多個(gè)圓端形凹槽10也平均分成與凸塊組13數(shù)量相同的多個(gè)凹槽組14,如圖18所示,本實(shí)施例中設(shè)有12個(gè)圓端形凹槽,分成6個(gè)凹槽組,即每個(gè)凹槽組14包含兩個(gè)圓端形凹槽10,6個(gè)凹槽組沿第二管片環(huán)8端部圓周均勻布置。
      [0039]上述由圓端形凸塊9和圓端形凹槽10形成的凹凸榫可以按剪切力的大小設(shè)計(jì)其尺寸,包括直徑和深(高)度(凹槽深度及凸塊高度)等,本實(shí)施例中圓端形凸塊9的高度略小于圓端形凹槽10的深度,以便安裝后合縫;而圓端形凸塊9和圓端形凹槽10具體的高(深)度及其直徑要根據(jù)剪切力的大小進(jìn)行計(jì)算后進(jìn)行設(shè)計(jì)。
      [0040]本實(shí)用新型在管片環(huán)間布置η個(gè)由圓端形凸塊和圓端形凹槽組成的圓端形凹凸榫,當(dāng)前后兩管片環(huán)沿垂直于某個(gè)凹凸榫的矩形邊發(fā)生允許的最大錯(cuò)動(dòng)后,該圓端形凸塊和圓端形凹槽的側(cè)壁可以形成I?2個(gè)面接觸(當(dāng)凹凸榫為對(duì)稱(chēng)分布時(shí)的接觸面?zhèn)€數(shù)為2個(gè),否則為I個(gè)),其余凹凸榫處可以形成共η- (I?2)個(gè)點(diǎn)接觸,即所有的圓端形凹凸榫均能提供抗剪能力;當(dāng)前后兩管片環(huán)的錯(cuò)動(dòng)方向與任何凹凸榫的矩形邊均不垂直時(shí),凸塊和凹槽壁理論上可以產(chǎn)生的接觸點(diǎn)為η個(gè)(η為圓端形凹凸塊的個(gè)數(shù)),同樣,所有凹凸榫均能提供抗剪能力,從而大幅度提高環(huán)間抗剪能力,抑制錯(cuò)臺(tái)變形。
      [0041]為便于理解,對(duì)該種幾何形狀的凹凸榫能夠同時(shí)發(fā)揮作用的原理證明如下:
      [0042]如圖19、圖20所示,管片環(huán)間設(shè)置6個(gè)圓端形凹凸榫,每個(gè)凹凸榫中實(shí)線為圓端形凸塊,虛線為圓端形凹槽,O為管片環(huán)的圓心,(O1^ O1 ' )、(02、O2 ' )>......(06、
      0/ )分別為第1、第2......第6個(gè)圓端形凹凸榫左右兩個(gè)半圓的圓心。當(dāng)管片環(huán)間發(fā)生任意方向(圖中角度為α為非垂直于圓端形凸塊錯(cuò)動(dòng),角度為β為垂直于圓端形凸塊錯(cuò)動(dòng))錯(cuò)動(dòng)L (L=圓端形凹槽半圓區(qū)與圓端形凸塊半圓區(qū)的半徑差)時(shí),如圓心O向O '
      方向錯(cuò)動(dòng),由于是管片環(huán)是整體平移,從(OpO1 ' )、(02、02' )、......(O6, O6 ;)做平行于00丨的射線,每一個(gè)凹凸榫處的射線與該凹凸榫的實(shí)線和虛線均有交點(diǎn)或接觸面,顯然,各凹凸榫處的交點(diǎn)距離相等,即各凹凸榫可以同時(shí)發(fā)揮抗剪作用。
      [0043]本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
      【權(quán)利要求】
      1.一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu),包括沿隧道縱向相互配合布置的相鄰第一管片環(huán)(7)和第二管片環(huán)(8),其特征在于:所述第一管片環(huán)(7)和第二管片環(huán)(8)之間對(duì)應(yīng)的配合面上分別設(shè)有多個(gè)相互配合的圓端形凸塊(9)和圓端形凹槽(10),所述多個(gè)圓端形凸塊(9)和圓端形凹槽(10)按隧道圓心呈同心圓布置;所述圓端形凸塊(9)和圓端形凹槽(10)的截面按形狀均分為三個(gè)區(qū),中間為矩形區(qū),兩端均為標(biāo)準(zhǔn)的半圓區(qū),所述半圓區(qū)的直徑為矩形區(qū)相對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng);圓端形凹槽(10)矩形區(qū)的四邊邊長(zhǎng)分別大于圓端形凸塊(9)矩形區(qū)相對(duì)應(yīng)的四邊邊長(zhǎng),所述圓端形凸塊(9)與圓端形凹槽(10)之間的間隙為等間距。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu),其特征在于:所述多個(gè)圓端形凸塊(9)沿第一管片環(huán)(7)端部圓周均勻布置,所述多個(gè)圓端形凹槽(10)沿第二管片環(huán)(8)端部圓周均勻布置。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu),其特征在于:所述多個(gè)圓端形凸塊(9)平均分成多個(gè)凸塊組(13),所述多個(gè)凸塊組(13)沿第一管片環(huán)(7)端部圓周均勻布置;所述多個(gè)圓端形凹槽(10)平均分成與凹槽組數(shù)量相同的多個(gè)凹槽組(14),所述多個(gè)凹槽組(14)沿第二管片環(huán)(8)端部圓周均勻布置。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu),其特征在于:所述每個(gè)凸塊組(13)至少包含兩個(gè)圓端形凸塊(9),所述每個(gè)凹槽組(14)至少包含兩個(gè)圓端形凹槽(10)。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一種圓端形凹凸榫型盾構(gòu)隧道管片環(huán)間抗剪結(jié)構(gòu),其特征在于:所述圓端形凸塊(9)的高度小于圓端形凹槽(10)的深度。
      【文檔編號(hào)】E21D11/04GK204002838SQ201420184404
      【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
      【發(fā)明者】肖明清, 鄧朝輝, 薛光橋, 蔣超, 孫文昊 申請(qǐng)人:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
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