一种盾构管片环缝快拼接头以及拼接方法

技术领域

本发明涉及盾构隧道工程技术领域，特别是一种盾构管片环缝快拼接头以及拼接方法。

背景技术

盾构管片拼装是隧道施工的关键施工步序，关乎隧道施工安全、施工工期等。目前国内常用的管片拼装工艺是采用螺栓进行连接，其特点是盾构先停止掘进，再由管片拼装机将管片运送到指定位置，然后由人工对管片进行螺栓连接，从而使管片接头紧固牢靠。

由于采用螺栓连接的拼装工艺复杂、拼装耗时长且需要停机，因此这种传统的拼装方法已不能满足盾构高效、快速施工的需求。为此，需要寻求一种新型的管片接头形式来解决当前的窘境，以实现新型快拼接头满足同步拼推的需求，从而最大限度提高盾构掘进效率。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略，以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种盾构管片环缝快拼接头，其连接时只需将雄接头的插接端对准雌接头的开口端沿轴向插入即可。与传统的螺栓连接相比，本发明不需要人工对管片的环缝接头进行紧固，且雌雄接头的连接采用防倒拔设计，雌接头内部夹片只允许雄接头的插接端进入，连接接头具备足够的强度和刚度，保证相邻环缝间的管片连接牢靠。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种盾构管片环缝快拼接头，用于拼装相邻环缝的两块管片；其包括，雌接头，预埋于钢筋混凝土管片环缝A侧；所述雌接头为一端开口另一端封闭的中空结构，中空部分形成一锥形空腔，所述锥形空腔具有开口端和封闭端；所述锥形空腔沿封闭端至开口端方向横截面逐渐增大；

环形安装槽，沿所述雌接头周向开设；所述环形安装槽内设置有锁定组件；

雄接头，预埋于管片环缝B侧；所述雄接头具有锚固端与插接端，所述雄接头的插接端沿锚固端至插接端方向横截面逐渐减小，并与所述雌接头插接适配；所述雄接头的插接端设置有限位组件；所述管片雄接头上的限位组件与相邻环缝管片雌接头上的锁定组件相适配，形成环缝间两块管片之间的拼接头。

作为本发明所述盾构管片环缝快拼接头的一种优选方案，其中：所述环形安装槽沿所述锥形空腔轴向间隔均匀设置若干组；所述环形安装槽内设置有锁定组件；所述限位组件沿所述雄接头插接端轴向外表面间隔分布并与所述锁定组件一一对应。

作为本发明所述盾构管片环缝快拼接头的一种优选方案，其中：所述锁定组件由四个大小相同的夹片构成，四个所述夹片沿所述环形安装槽周向均匀分布。

作为本发明所述盾构管片环缝快拼接头的一种优选方案，其中：所述夹片一端与所述环形安装槽铰接，称为铰接端；另一端设置有弹性件，能够沿所述环形安装槽的径向张开，称为活动端；所述弹性件的两端分别焊接于所述安装槽内侧壁与夹片上；所述夹片的内表面设置有内螺纹。

作为本发明所述盾构管片环缝快拼接头的一种优选方案，其中：每个环形安装槽中的所述四个夹片，在弹性件的压力作用下相邻两个夹片相互接触，形成环向封闭两端开口的倒锥形构件，倒锥形构件的铰接端靠近所述雌接头的开口端方向，倒锥形构件的活动端靠近所述雌接头的封闭端方向。

作为本发明所述盾构管片环缝快拼接头的一种优选方案，其中：任意相邻的两个所述倒锥形构件，靠近所述雌接头开口端一侧的内螺纹牙型高度和有效直径，要大于靠近雌接头封闭端一侧的内螺纹牙型高度和有效直径。

作为本发明所述盾构管片环缝快拼接头的一种优选方案，其中：所述限位组件包括：设置于所述雄接头插接端外表面与所述夹片内螺纹啮合的外螺纹。

作为本发明所述盾构管片环缝快拼接头的一种优选方案，其中：所述雌接头与所述锚固端的外侧设置有沿环向分布的锚固钢筋。

一种如上述所述的盾构管片环缝快拼接头的拼接方法，其中：具体包括以下步骤：

步骤一、将待拼装管片旋转、平移至指定位置，使待拼装管片的雄接头与邻近管片的雌接头的轴线重合；

步骤二、将所述雄接头的插接端沿轴线方向插入到所述雌接头内；

步骤三、在插入过程中，所述雄接头的插接端外表面与四组所述锁定组件的夹片接触，在插接端的挤压力作用下，倒锥形构件的铰接端转动，活动端沿所述环形安装槽的径向张开；

步骤四、在轴向推力作用下，所述雄接头插接端外表面的限位组件与四组所述锁定组件逐渐贴合；

步骤五、所述雄接头插接端上的所述限位组件与所述锁定组件的夹片内螺纹完全啮合；

步骤六、在雄接头的插接端插入雌接头过程中，插接端给予夹片沿所述环形安装槽的径向的压力，弹性件压缩增加了所述外螺纹与所述内螺纹之间的啮合力，实现管片环缝接头连接的单向锁定，确保管片之间的稳固性和密封性。

本发明的有益效果：本发明通过将雄接头的插接端插入雌接头的方式实现连接，在雌接头环向设置了锁定组件，该锁定组件与雄接头的限位组件相适配并实现单向锁定。与传统的螺栓连接相比，本发明专利不需要人工对管片的环缝接头进行紧固，同时雌雄接头的连接采用防倒拔设计；连接接头具备足够的强度和刚度，保证环缝间管片连接牢靠。此外雌接头的锥形空腔与雄接头的插接端采用锥形设计可以实现快速自动对接，提高工作效率，降低管片拼装难度。

附图说明

图1为盾构管片环缝快拼接头未连接状态下的剖视图。

图2为盾构管片环缝快拼接头连接状态下的剖视图。

图3为盾构管片环缝快拼接头中锁定组件内螺纹从封闭端至开口端依次排列的放大图。

图4为盾构管片环缝快拼接头夹片的放大图。

图5为图1的A-A剖面图。

图6为图2的B-B剖面图。

图7为盾构管片环缝快拼接头安装在管片环间未拼装示意图。

图8为盾构管片环缝快拼接头安装在管片环间拼装示意图。

图9为盾构管片环缝快接拼头的拼接方法流程图。

图中各个标注为：雌接头100、锥形空腔101、开口端101a、封闭端101b、环形安装槽200、锁定组件201、夹片201a、弹性件201b、内螺纹201c、雄接头300、限位组件301、插接端302、锚固端303、钢筋400、铰接端201a-1、活动端201a-2、管片环缝A侧500、管片环缝B侧600、环缝700。

具体实施方式

参照图1~2，该实施例提供了一种盾构管片环缝快拼接头及其拼接方法，用于拼装相邻环缝的两块管片,每两块拼接管片本体的环缝之间采用插入式快速接头连接，具有较高的强度和刚度。盾构施工过程中，根据管片尺寸参数及拼装要求，在管片上设置多组本发明的快拼接头。本发明包括，预埋于管片环缝A侧500的雌接头100，雌接头100为一端开口另一端封闭的中空结构，中空部分形成一锥形空腔101，所述锥形空腔101包括开口端101a与封闭端101b，锥形空腔101沿轴向从封闭端101b至开口端101a的横截面逐渐增大；还包括预埋在管片环缝B侧600的雄接头300，雄接头300具有锚固端303与插接端302，插接端302沿锚固端303至插接端302轴向方向横截面逐渐减小，并与所述雌接头100插接适配。设计为锥形空腔101的雌接头100和锥形雄接头300的插接端302，在管片拼装时，锥形结构能够实现环缝接头的自动对中，确保接头连接的准确性和可靠性，降低施工难度，提高工作效率。

为了实现雌接头100与雄接头300之间的锁定，沿雌接头100周向设置有环形安装槽200，在环形安装槽200内设置有锁定组件201，相对地，在雄接头300的插接端302设置有与锁定组件201相适配的限位组件301。其中，限位组件301与锁定组件201位置相对应，在雄接头300的插接端302插入到雌接头100后形成锁定效果。

需要说明的是，每块管片的两侧均设置有雌接头100与雄接头300。

进一步的，为了增加连接接头的强度和刚度，参照图1、图2，环形安装槽200沿锥形空腔101的封闭端101b至开口端101a方向间隔均匀设置若干组，并且每个环形安装槽200内均设置了锁定组件201。与此相对应的是，限位组件301在雄接头300的插接端302上，沿锚固端303至插接端302轴向方向间隔分布若干组，并与锁定组件201一一对应。其中，本实施例中环形安装槽200和锁定组件201优选设置为四组且间隔分布，也就是说提供了四个连接点，提高连接接头的稳定性和承载能力，减少局部应力集中，保证连接接头的可靠性和使用寿命。

较佳的，本发明中的限位组件301优选为限位螺纹。

其中锁定组件201是由四个大小相同的夹片201a构成，夹片201a沿雌接头100内的环形安装槽200周向均匀布设。

较佳的，本发明中的夹片201a可以是至少两组，本专利中优选为四组。

进一步的，为了实现单向锁定功能，增加连接强度和刚度并防止雄接头300滑出，参照图1~4，每组夹片201a靠近所述雌接头100开口端101a方向与环形安装槽200铰接；每组夹片201a靠近所述雌接头100封闭端101b一侧设置有弹性件201b；弹性件201b的两端分别焊接于所述安装槽200内侧壁以及夹片201a上；所述夹片201a的内表面设置有内螺纹201c。

需要说明的是，弹性件201b的主要作用是提供给夹片径向压力。弹性件201b优选为弹簧，并将其两端分别焊接于安装槽200内侧壁与夹片201a上，在雄接头300未插入前弹性件201b处于轻微压缩状态。

较佳的，铰接设计使夹片201a能够在一定范围内自由旋转。当雄接头300插入后，雄接头300的插接端302与夹片201a接触，并给夹片201a一个径向的压力使其旋转。夹片201a的内螺纹201c与雄接头300上的限位组件301实现锁紧。同时，弹性件201b给夹片201a的活动端201a-2施加一定大小的压力，即对夹片201a与限位组件301施加啮合力，使得雌接头100与雄接头300连接更牢固的同时，增加连接的紧密度和稳定性。

进一步的，四个夹片201a中相邻的两个夹片紧密接触，形成环向封闭两端开口的且具有一定强度和刚度的倒锥形构件。倒锥形构件的铰接端201a-1靠近所述雌接头100的开口端101a方向。四个夹片201a分别为上下夹片201a，以及两侧的夹片201a。参照图5，在雄接头300插入雌接头100前，在弹性件201b的作用下，相连的两个夹片201a紧密连接形成环向封闭两端开口的倒锥形构件。倒锥构件的设计便于雄接头300快速插入和对位，减少连接时的阻力，使得插入过程更加顺畅和简便。当雄接头300插入雌接头100后，锁定组件201中的四个夹片201a在径向力作用下，活动端201a-2沿径向张开，铰接端201a-1转动，形成雌接头100与雄接头300相互作用的连接接头。

进一步的，限位组件301为设置于所述雄接头300的插接端302外表面与所述内螺纹201c相互啮合的外螺纹。因此当雄接头300插入到雌接头100时，参照图6，活动端201a-2的夹片201a沿径向向外张开，弹性件201b压缩增加接头之间的啮合力。具体而言，在雄接头300插入过程中，插接端302沿径向挤压夹片201a，使得夹片201a的活动端201a-2沿径向向外张开，直至雄接头300的插接端302完全插入后，雄接头300的插接端302抵住雌接头100的封闭端101b，无法继续前进，此时雌接头100内螺纹201c与插接端302的外螺纹完全啮合。同时，在弹性件201b的作用下，给予夹片201a的活动端201a-2施加径向压力，使其内外螺纹啮合得更加紧固，实现锁定功能，防止雄接头300的插接端302滑出。

进一步的，任意两个所述倒锥形构件的内螺纹201c，靠近所述雌接头100开口端101a一侧的内螺纹201c牙型高度和有效直径，要大于靠近封闭端101b一侧的内螺纹201c牙型高度和有效直径。

需要说明的是，限位组件301与内螺纹201c一一对应且相互啮合，因此，雄接头300的四组限位组件301的牙型高度和有效直径，沿插接端302至锚固端303轴向方向依次增大。

较佳的，由上述可知，锁定组件201为四组，参照图3，沿着封闭端101b至开口端101a轴向方向，四组锁定组件201上的内螺纹201c牙型高度和有效直径依次递增。靠近所述雌接头100开口端101a一侧的内螺纹201c牙型高度和有效直径，要大于靠近封闭端101b一侧的内螺纹201c牙型高度和有效直径，这有利于雄接头300的插入。较小的牙型高度、有效直径可以减少插入时的阻力，使插接端302能够更顺利地进入锥形空腔101内。并且，雄接头300上的限位组件301与雌接头100上的内螺纹201c牙型高度、有效直径越大，二者之间的接触面积就越大，增加啮合力的同时，提供更好的嵌入力，保持稳定性。

进一步的，参照图1~2；所述雌接头100与所述锚固端303的外侧设置有沿径向分布的锚固钢筋400。

需要说明的是，锚固端303固定在钢筋混凝土管片内，钢筋400锚固长度根据规范进行确定。锚固钢筋400用于增加接头与管片混凝土之间连接的可靠性，确保接头在受力时牢固稳定。通过将钢筋400沿径向分布在雌接头100与锚固端303的外侧，可以有效地增加连接部件的整体强度和刚度。锚固钢筋400的存在可以增加连接部件的承载能力，并减少在应用过程中产生变形或损坏的风险。

需要说明的是，雄接头300的插接端302是需要承担一定的压力和剪切力，因此可以沿插接端302轴向预埋钢筋，提高连接接头强度和整体性。

在本实施例中，一种盾构管片环缝快拼接头的拼接方法具体包括以下步骤：

步骤一、将待拼装管片旋转、平移至指定位置，使待拼装管片的雄接头300与邻近管片的雌接头100的轴线重合；

步骤二、将所述雄接头300的插接端沿轴线方向插入到所述雌接头100内；

步骤三、在插入过程中，所述雄接头300的插接端302外表面与四组所述锁定组件201的夹片201a接触，在插接端302的挤压力作用下，倒锥形构件的铰接端201a-1转动，活动端201a-2沿所述环形安装槽200的径向张开；

步骤四、在轴向推力作用下，所述雄接头300插接端302外表面的限位组件301与四组所述锁定组件201逐渐贴合，插接端302的倒锥形设计可以让接头自动对中；

步骤五、所述雄接头300插接端302上的所述限位组件301与所述锁定组件201的夹片201a内螺纹完全啮合；

步骤六、在雄接头300的插接端302插入雌接头100过程中，插接端302给予夹片201a沿所述环形安装槽200的径向的压力，弹性件201b压缩增加了所述外螺纹与所述内螺纹201c之间的啮合力，实现管片环缝接头连接的单向锁定，确保管片之间的稳固性和密封性。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。