本發(fā)明屬于軌道交通領(lǐng)域，具體涉及一種地鐵盾構(gòu)隧道縱向剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

盾構(gòu)隧道為細(xì)長(zhǎng)的管狀結(jié)構(gòu)，且由管片拼裝而成，其縱剛度抗彎剛度與抗扭剛度均較小，因此，在地鐵運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中易發(fā)生不均勻沉降、扭轉(zhuǎn)、水平偏移等變形等問(wèn)題，并由此導(dǎo)致盾構(gòu)隧道的管片接頭張開(kāi)量過(guò)大，發(fā)生滲漏水，甚至管片接頭破損等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致管片棱角碎裂、連接螺栓的螺紋發(fā)生塑性變形、接接螺栓拉斷或剪斷等損害?，F(xiàn)有的盾構(gòu)隧道管片內(nèi)側(cè)均為光滑面，盡管軌道板為現(xiàn)澆的鋼筋混凝土板，其縱向剛度較大，但當(dāng)盾構(gòu)隧道發(fā)生不均勻沉降、扭轉(zhuǎn)、水平偏移等變形時(shí)，軌道板不僅無(wú)法發(fā)揮其縱向剛度較大的作用，而且軌道板與盾構(gòu)隧道之間易發(fā)生脫空，在列車荷載作用下易發(fā)生軌道板與隧道之間的振動(dòng)，并加速隧道與軌道的損壞。上述工程問(wèn)題更容易在軟土地區(qū)的盾構(gòu)隧道中出現(xiàn)。

現(xiàn)有的盾構(gòu)隧道橫斷面普遍采用圓形結(jié)構(gòu)，為了更合理地利用截面空間，或提高施工效率，也有采用其它截面形式的盾構(gòu)隧道，如橫橢圓形、類矩形（寧波地鐵三號(hào)線采用）、半圓形、馬蹄形、雙圓形、三圓形等。然而，地鐵限界（在滿足地鐵車輛運(yùn)行、設(shè)備安裝、管線安裝后的最小有效斷面）接近矩形，因此，盾構(gòu)隧道總存在無(wú)法利用的內(nèi)部?jī)艨铡?/p>

此外，因盾構(gòu)隧道受到的豎向的水土壓力大于水平的水土壓力，這導(dǎo)致盾構(gòu)隧道橫斷面在其頂部受到較大的內(nèi)側(cè)受拉的彎矩，而在盾構(gòu)隧道底部受到較大的外側(cè)受拉的彎矩，并由此導(dǎo)致管片之間的縱縫接頭張開(kāi)，甚至導(dǎo)致縱縫接頭破損與滲漏水；這種水土壓力的差異還有可能導(dǎo)致盾構(gòu)隧道橫斷面發(fā)生較大的橫橢圓變形，尤其是位于軟土地區(qū)的盾構(gòu)隧道。

為了解決上述技術(shù)，部分現(xiàn)有技術(shù)中會(huì)在盾構(gòu)隧道的內(nèi)表面澆筑一層厚度均勻的鋼筋混凝土作為隧道的內(nèi)襯，這種方式可以在一定程度上增加盾構(gòu)隧道的剛度，但是現(xiàn)有技術(shù)中的鋼筋混凝土內(nèi)襯存在以下技術(shù)問(wèn)題：

1.鋼筋混凝土內(nèi)襯的厚度均勻，這會(huì)極大的減少盾構(gòu)隧道內(nèi)部可以利用的凈空；采用鋼筋混凝土內(nèi)襯的情況下，為了滿足地鐵的限界要求，需要增加盾構(gòu)隧道的直徑，從而增加工程造價(jià)，且減小盾構(gòu)隧道的橫向剛度。

2.現(xiàn)有技術(shù)中鋼筋混凝土內(nèi)襯大多通過(guò)焊接在在管片連接螺栓上的連接鋼筋與管片連接，這種連接方式過(guò)于薄弱，很難承受拉力；此外管片螺栓孔的周圍應(yīng)力非常復(fù)雜，螺栓孔的周圍混凝土易破損，現(xiàn)有技術(shù)中的做法極易導(dǎo)致管片連接螺栓孔破損。

3.在管片與現(xiàn)澆內(nèi)襯之間預(yù)留凹坑與凸起物，其作用是抗剪。而當(dāng)盾構(gòu)隧道發(fā)生不均勻沉降時(shí)，管片與現(xiàn)澆內(nèi)襯之間極可能出現(xiàn)拉力，因此，預(yù)留凹坑與凸起物無(wú)法發(fā)揮作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種地鐵盾構(gòu)隧道縱向剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)及其施工方法，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)通過(guò)在盾構(gòu)隧道內(nèi)壁疊合設(shè)置縱向混凝土梁，有效地提高了盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)剛度。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

一種地鐵盾構(gòu)隧道縱向剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述地鐵盾構(gòu)隧道縱向剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括疊合設(shè)置在地鐵盾構(gòu)隧道內(nèi)表面的軌道板以及若干根縱向鋼筋混凝土梁；所述軌道板以及所述縱向鋼筋混凝土梁均沿所述地鐵盾構(gòu)隧道的軸線方向設(shè)置，在所述地鐵盾構(gòu)隧道的管片內(nèi)壁的設(shè)計(jì)疊合面上均布有預(yù)留的突出鋼筋以同所述軌道板以及所述縱向鋼筋混凝土梁連接構(gòu)成疊合的組合結(jié)構(gòu)；所述縱向鋼筋混凝土梁以及所述軌道板的位置和截面形狀符合所述地鐵盾構(gòu)隧道的內(nèi)部?jī)艨找约暗罔F限界。

所述突出鋼筋的一端埋設(shè)連接在所述管片內(nèi)部的主筋相交點(diǎn)，其另一端埋設(shè)在所述縱向鋼筋混凝土梁或所述軌道板的內(nèi)部，所述突出鋼筋與所述縱向鋼筋混凝土梁或所述軌道板內(nèi)部的主筋連接；徑向的所述突出鋼筋在所述管片上的分布密度為0.03-0.04㎡/根。

所述地鐵盾構(gòu)隧道內(nèi)的兩側(cè)內(nèi)壁上疊合設(shè)置有所述縱向鋼筋混凝土梁，位于兩側(cè)的所述縱向鋼筋混凝土梁與所述軌道板構(gòu)成呈“u”型狀的一體結(jié)構(gòu)。

所述地鐵盾構(gòu)隧道內(nèi)的頂部疊合設(shè)置有所述縱向鋼筋混凝土梁。

所述軌道板由鋼筋混凝土制成，所述軌道板與位于所述地鐵盾構(gòu)隧道側(cè)邊的所述縱向鋼筋混凝土梁之間設(shè)置有連接鋼筋。

所述縱向鋼筋混凝土梁的外壁面呈與所述地鐵盾構(gòu)隧道的內(nèi)壁面相適配的弧形狀、內(nèi)側(cè)面呈豎直平面狀或水平平面狀。

一種地鐵盾構(gòu)隧道縱向剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的施工方法，所述施工方法包括以下步驟：制作管片，并在所述管片與軌道板及縱向鋼筋混凝土梁的預(yù)設(shè)疊合位置預(yù)埋凸出于內(nèi)表面的突出鋼筋；將所述管片拼裝成地鐵盾構(gòu)隧道；在所述縱向鋼筋混凝土梁以及所述軌道板的預(yù)設(shè)位置綁扎鋼筋，并與所述管片上的所述突出鋼筋搭接；安裝模板；澆筑所述軌道板以及所述縱向鋼筋混凝土梁的混凝土，所述軌道板以及所述縱向鋼筋混凝土梁緊貼所述地鐵盾構(gòu)隧道的內(nèi)表面。

在綁扎所述鋼筋的過(guò)程中，在所述混凝土梁的鋼筋與位于所述地鐵盾構(gòu)隧道側(cè)邊的縱向鋼筋混凝土梁的鋼筋之間設(shè)置連接鋼筋；在澆筑混凝土的過(guò)程中，所述軌道板與所述地鐵盾構(gòu)隧道側(cè)部的所述縱向鋼筋混凝土梁同時(shí)澆筑，或先澆筑所述軌道板再澆筑所述地鐵盾構(gòu)隧道側(cè)部的所述縱向鋼筋混凝土梁。

在所述管片的運(yùn)輸及拼裝施工過(guò)程中，將所述管片上的所述突出鋼筋彎曲。

其特征在于根據(jù)盾構(gòu)隧道的內(nèi)部?jī)艨占暗罔F限界確定縱向鋼筋混凝土梁的位置與截面形狀。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)在管片上預(yù)留突出鋼筋，加強(qiáng)地鐵盾構(gòu)隧道與現(xiàn)澆的縱向鋼筋混凝土梁及軌道板之間的連接，形成疊合良好的組合結(jié)構(gòu)，大大地增加了地鐵盾構(gòu)隧道的縱向的豎向彎曲剛度、水平彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)也可加強(qiáng)地鐵盾構(gòu)隧道橫向的抗彎剛度，完全避免了盾構(gòu)不均勻沉降過(guò)程中發(fā)生軌道板與盾構(gòu)隧道發(fā)生脫空現(xiàn)象，在減少盾構(gòu)隧道縱向不均勻變形的同時(shí)，也減少地鐵盾構(gòu)隧道的橫橢圓變形。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的地鐵盾構(gòu)隧道的截面示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的管片側(cè)視圖ⅰ；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中的管片側(cè)視圖ⅱ；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中的地鐵盾構(gòu)隧道的截面示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中的地鐵盾構(gòu)隧道的截面示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例4中的地鐵盾構(gòu)隧道的截面示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例5中的地鐵盾構(gòu)隧道的截面示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例6中的地鐵盾構(gòu)隧道的截面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過(guò)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(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解：

如圖1-8，圖中標(biāo)記1-7分別為：地鐵盾構(gòu)隧道1、軌道板2、縱向鋼筋混凝土梁3、突出鋼筋4、管片5、縱隔墻6、通道7。

實(shí)施例1：如圖1、2所示，本實(shí)施例具體涉及一種地鐵盾構(gòu)隧道縱向剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置在地鐵盾構(gòu)隧道1內(nèi)表面的軌道板2以及若干根縱向鋼筋混凝土梁3；地鐵盾構(gòu)隧道1由鋼筋混凝土制成的若干管片5拼裝而成，地鐵盾構(gòu)隧道1的截面呈圓形；軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3沿地鐵盾構(gòu)隧道1的軸線方向設(shè)置，縱向鋼筋混凝土梁3以及軌道板2與地鐵盾構(gòu)隧道1的管片5之間設(shè)置有用于連接的突出鋼筋4；突出鋼筋4的一端埋設(shè)在管片5內(nèi)部，其另一端埋設(shè)在縱向鋼筋混凝土梁3或軌道板的內(nèi)部；突出鋼筋4可有效地將軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3與地鐵盾構(gòu)隧道1的管片5連接成疊合的組合結(jié)構(gòu)。

如圖1、2所示，根據(jù)地鐵盾構(gòu)隧道1的內(nèi)部?jī)艨找约暗罔F限界的情況設(shè)計(jì)縱向鋼筋混凝土梁3以及軌道板2的位置和截面形狀，在條件允許時(shí)，在本實(shí)施例中地鐵盾構(gòu)隧道1的頂部以及兩側(cè)分別疊合設(shè)置有一根縱向鋼筋混凝土梁3；位于地鐵盾構(gòu)隧道1兩側(cè)的縱向鋼筋混凝土梁3的底部邊緣分別與軌道板2的兩側(cè)邊連接形成呈“u”型狀的整體結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成整體的穩(wěn)定受力結(jié)構(gòu)；軌道板2由鋼筋混凝土制成，軌道板2內(nèi)的鋼筋籠與位于地鐵盾構(gòu)隧道1兩側(cè)的縱向鋼筋混凝土梁3的鋼筋籠通過(guò)連接鋼筋連接成整體；將軌道板2與相鄰的縱向鋼筋混凝土連接成整體，可有效地增強(qiáng)縱向鋼筋混凝土梁3以及軌道板2的縱向剛度。

如圖1、2所示，在本實(shí)施例中，軌道板2與地鐵盾構(gòu)隧道1的管片5之間通過(guò)突出鋼筋4連接形成整體，形成疊合良好的組合結(jié)構(gòu)，可防止地鐵盾構(gòu)隧道1發(fā)生不均勻沉降、扭轉(zhuǎn)及水平偏移等變形過(guò)程中軌道板2發(fā)生脫離（脫空）問(wèn)題。

如圖1、2所示，在本實(shí)施例中各縱向鋼筋混凝土梁3的長(zhǎng)度大于管片5的長(zhǎng)度，縱向鋼筋混凝土梁3以及軌道板2將各縱向排列的管片連接在一起，形成疊合良好的組合結(jié)構(gòu)，大大地增加了盾構(gòu)隧道的縱向的豎向彎曲剛度、水平彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)也可加強(qiáng)盾構(gòu)隧道橫抗彎剛度，減少盾構(gòu)隧道的橫橢圓變形。

如圖1、2所示，本實(shí)施例中，軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3遮蓋地鐵盾構(gòu)隧道1的管片5之間的縱向接縫，這使得軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3可以分擔(dān)管片5連接處的彎矩，避免管片5的縱向接縫的接縫頭張開(kāi)，進(jìn)而造成管片的縱向接縫破損以及漏水。

如圖1、2所示，本實(shí)施例中，縱向鋼筋混凝土梁3的截面根據(jù)盾構(gòu)隧道內(nèi)部?jī)艨张c地鐵限界確定，即縱向鋼筋混凝土梁3的外壁面呈與地鐵盾構(gòu)隧道1內(nèi)壁面相適配的弧形狀、內(nèi)壁面呈豎直平面狀或是水平平面狀，從而使軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3圍合成的空間的截面為類矩形，這種截面形狀使得軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3可以充分利用地鐵盾構(gòu)隧道1內(nèi)的凈空，最有效的加大地鐵盾構(gòu)隧道1的縱向剛度和橫向剛度。

如圖1、2所示，本實(shí)施例中位于管片5內(nèi)壁面的突出鋼筋4分布在管片5與縱向鋼筋混凝土梁3以及軌道板2的疊合位置；突出鋼筋4的分布密度為0.03m²/根至0.04m²/根；突出鋼筋4與軌道板2內(nèi)的主筋或縱向鋼筋混凝土梁3的主筋搭接；突出鋼筋4從管片5內(nèi)表面的伸出長(zhǎng)度根據(jù)突出鋼筋4與軌道板2的鋼筋以及縱向鋼筋混凝土梁3的鋼筋的搭接情況確定；突出鋼筋4使得軌道板2與縱向鋼筋混凝土梁3之間的連接更加可靠；通過(guò)突出鋼筋4連接，縱向鋼筋混凝土梁3不僅可以提高地鐵盾構(gòu)隧道1的抗剪切力的，還可有效提高地鐵盾構(gòu)隧道1抗拉力的能力。

如圖1、2所示，本實(shí)施例的地鐵盾構(gòu)隧道縱向剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的施工方法具體包括以下步驟：

1）如圖2、3所示，根據(jù)盾構(gòu)隧道1的內(nèi)部?jī)艨占暗罔F限界確定縱向鋼筋混凝土梁3以及軌道板2的位置與截面形狀，使用鋼筋混凝土制作管片5，并在管片5與軌道板2及縱向鋼筋混凝土梁3的預(yù)設(shè)疊合位置呈徑向埋設(shè)突出鋼筋4，突出鋼筋4的一端埋設(shè)在管片5的混凝土內(nèi)部，其另一端從所述管片5的內(nèi)表面伸出；突出鋼筋4在管片5上的分布密度為0.03-0.04m²/根，盡量均勻設(shè)置，且突出鋼筋4位于管片5內(nèi)部的端部主要設(shè)置在管片主筋相交點(diǎn)位置；突出鋼筋4凸出于管片5表面的長(zhǎng)度根據(jù)與縱向鋼筋混凝土梁3和軌道板2的鋼筋搭接情況而定，需要說(shuō)明的是，突出鋼筋4的具體長(zhǎng)度可以存在一定偏差，也可以完全一致，根據(jù)實(shí)際情況而定，如圖2和3所示。

2）如圖2、3所示，在管片5運(yùn)輸前，根據(jù)運(yùn)輸、管片5拼裝及現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，如果位于管片5內(nèi)壁面的突出鋼筋4對(duì)施工作業(yè)造成阻礙，可將預(yù)留的突出鋼筋4彎曲，以方便相關(guān)運(yùn)輸、管片拼裝等操作。

3）如圖1、2、3所示，按照設(shè)計(jì)將管片5拼裝形成地鐵盾構(gòu)隧道1。

4）如圖1、2所示，地鐵盾構(gòu)隧道1拼裝完成后，在軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3的預(yù)設(shè)位置綁扎鋼筋，綁扎的過(guò)程中將軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3的鋼筋與管片5內(nèi)表面的突出鋼筋4綁扎連接，同時(shí)使用連接鋼筋將軌道板2的鋼筋與位于地鐵盾構(gòu)隧道1側(cè)邊的縱向鋼筋混凝土梁3的鋼筋連接在一起。

5）如圖1、2所示，安裝模板，模板的形狀與構(gòu)造根據(jù)所模筑縱向鋼筋混凝土梁3的形狀決定，而軌道板2位于底部，無(wú)須模板，可直接澆筑。

6）如圖1、2所示，鋼筋綁扎完成以及模板安裝完畢之后澆筑軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3的混凝土；在澆筑過(guò)程中可同時(shí)澆筑軌道板2以及地鐵盾構(gòu)隧道1側(cè)部的縱向鋼筋混凝土梁3的混凝土；考慮到由于軌道板2與側(cè)部的縱向鋼筋混凝土梁3組合形成“u”型結(jié)構(gòu)時(shí)，一次澆筑易導(dǎo)致混凝土從軌道頂2的部流出，可以考慮分兩次成型，即先澆筑軌道板2，待軌道板2的混凝土澆筑達(dá)到一定強(qiáng)度后，再澆筑地鐵盾構(gòu)隧道1側(cè)部的縱向鋼筋混凝土梁3；在澆筑混凝土的過(guò)程中，將軌道板2以及位于地鐵盾構(gòu)隧道1側(cè)邊的縱向鋼筋混凝土梁3連接成整體，構(gòu)成u型整體結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)澆筑縱向鋼筋混凝土梁3的鋼筋有連接時(shí)，在條件允許時(shí)盡量同時(shí)澆筋混凝土，當(dāng)條件不允許時(shí)，可以分批次澆筑。需要說(shuō)明的是，所有的縱向鋼筋混凝土梁3的鋼筋當(dāng)有連接時(shí)，必須同時(shí)安裝，以加強(qiáng)縱向鋼筋混凝土梁3之間連接；當(dāng)沒(méi)有連接時(shí)，可以根據(jù)施工操作的方便性，分不同批次安裝，且可以讓前一個(gè)批次的縱向鋼筋混凝土梁3的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再安裝下一批次縱向鋼筋混凝土梁3的鋼筋。

7）最后待縱向鋼筋混凝土梁4的混凝土強(qiáng)度達(dá)到允許拆模強(qiáng)度時(shí)，拆除模板。

本實(shí)施例的有益技術(shù)效果為：通過(guò)在管片上預(yù)留突出鋼筋，加強(qiáng)地鐵盾構(gòu)隧道與現(xiàn)澆的縱向鋼筋混凝土梁及軌道板之間的連接，形成疊合良好的組合結(jié)構(gòu)，大大地增加了地鐵盾構(gòu)隧道的縱向的豎向彎曲剛度、水平彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)可有加強(qiáng)地鐵盾構(gòu)隧道橫向的抗彎剛度，減少地鐵盾構(gòu)隧道的橫橢圓變形。

實(shí)施例2：如圖4所示，本實(shí)施例中地鐵盾構(gòu)隧道1的截面為圓形，本實(shí)施例與實(shí)施例1的主要區(qū)別在于縱向鋼筋混凝土梁3的數(shù)量以及形狀；本實(shí)施例中縱向鋼筋混凝土梁3的數(shù)目為二，兩個(gè)縱向鋼筋混凝土梁3設(shè)置在地鐵盾構(gòu)隧道1的兩側(cè)，兩個(gè)縱向鋼筋混凝土梁3分別與軌道板2的兩個(gè)側(cè)邊連接，軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3構(gòu)成截面為u型的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3：如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2的主要區(qū)別在于地鐵盾構(gòu)隧道1的截面形狀，本實(shí)施例中地鐵盾構(gòu)隧道1的截面形狀為圖5所示的豎雞蛋形。

實(shí)施例4：如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的主要區(qū)別在于地鐵盾構(gòu)隧道1的截面形狀，本實(shí)施例中地鐵盾構(gòu)隧道1的截面形狀為圖6所示的豎雞蛋形。

實(shí)施例5：如圖7所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的主要區(qū)別在于地鐵盾構(gòu)隧道1的截面形狀，本實(shí)施例中地鐵盾構(gòu)隧道1的截面形狀為圖7所示的橢圓形。

實(shí)施例6：如圖8所示，本實(shí)施例中地鐵盾構(gòu)隧道1的截面為類矩形，地鐵盾構(gòu)隧道1的內(nèi)部設(shè)置有縱隔墻6，縱隔墻6將地鐵盾構(gòu)隧道1分隔成兩個(gè)通道7；在每個(gè)通道7的底部設(shè)置有軌道板2，通道7與縱隔墻6相對(duì)的側(cè)壁設(shè)置有縱向鋼筋混凝土梁3；本實(shí)施例中軌道板2以及縱向鋼筋混凝土梁3與地鐵盾構(gòu)隧道1的連接結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，但是本實(shí)施例中軌道板2與縱向鋼筋混凝土梁3之間沒(méi)有連接結(jié)構(gòu)。