一种新型盾构管片结构的装配试验装置及方法

技术领域

本发明涉及地下盾构施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种新型盾构管片结构的装配试验装置及方法。

背景技术

大断面隧道的发展使得盾构法广泛应用于大型水下隧道施工中，盾构法隧道结构由一片片预制管片拼装而成，常规管片之间通常采用螺栓连接的方式进行拼装，螺栓连接方式造价较低，但可靠度较差，易出现孔位偏差，渗漏等问题，且人工施拧效率低，连接强度、刚度较差。目前有一种源自日本的C-T型新型管片，该管片之间通过C型和T型连接件锁扣连接，具有强度、刚度大，拼装过程自动连接，不需要人工操作等优点。但该管片止水条采用遇水膨胀止水条，在实际施工中存在止水效果不稳定的问题，而且新型管片C-T连接精度要求较高，管片错台量一旦超过限制即无法拼装成功。

由于上述新型管片在国内的应用较少，在实际施工中没有足够的参考数据可以对管片安装时的错台量进行控制，错台量控制不当会导致管片无法成功拼装或拼装后无法有效止水等问题，因此，需要提供一种针对新型管片结构的拼装试验装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型盾构管片结构的装配试验装置及方法，在采用橡胶止水条替代遇水膨胀止水条的情况下，根据设定的错台量对新型盾构管片的装配性进行试验，得到既能保证管片顺利拼装，又能保证管片止水效果的错台量允许范围，方便工作人员在实际盾构施工中对错台量进行控制，提高施工效率和施工质量。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种新型盾构管片结构的装配试验装置，包括：

两个立柱，其间隔设置在工作台上；

反力横梁，其位于所述两个立柱之间并与其可拆卸连接；

千斤顶，其固定在所述反力横梁的底部；

安装座，其设于所述两个立柱之间所述千斤顶的下方，所述安装座与所述工作台固定连接，所述安装座上设有两个沿其长度方向对称设置的安装槽，所述安装槽用于安装管片的邻接块并限制其横向位移；

多个第一薄片，其可拆卸地设置在所述安装槽的内侧壁上，所述多个第一薄片用于调节两个所述邻接块之间的错台量大小。

优选的是，所述新型盾构管片结构的装配试验装置，还包括顶箍，其设置在所述千斤顶与所述安装座之间，所述顶箍用于限制管片的盾构封顶块与所述邻接块间的横向相对位移。

优选的是，所述新型盾构管片结构的装配试验装置，还包括多个第二薄片，其分别设置在所述顶箍的内侧壁上，并与所述第一薄片的位置一一对应。

优选的是，所述新型盾构管片结构的装配试验装置，所述两个安装槽由四个限位板配合形成，所述四个限位板两两对称设置在所述安装座的四角并与其顶部可拆卸连接，任一限位板为L形结构，所述限位板与所述安装座垂直，且所述限位板的L形侧边与所述安装座的顶部可拆卸连接，相邻两个限位板的开口相对设置且朝向所述安装座内。

优选的是，所述新型盾构管片结构的装配试验装置，所述限位板的外侧还设有加劲肋板，所述加劲肋板沿所述限位板的长度方向间隔设置并与所述安装座的顶部可拆卸连接。

优选的是，所述新型盾构管片结构的装配试验装置，所述安装座的顶面中部设有安装孔，其与管片的盾构封顶块底部的剪力销对应设置，当所述盾构封顶块与管片的邻接块卡接时，所述安装孔与所述剪力销配合插接。

本发明还提供了一种新型盾构管片结构的装配试验方法，包括：

S1、组装新型盾构管片结构的装配试验装置并将其固定在工作台上；

S2、拆除反力横梁和千斤顶，分别吊装管片的两个邻接块至安装座上，任一邻接块的底部设于所述安装槽内；

S3、根据设定的错台量，使用第一薄片对所述两个邻接块在对应的安装槽内的位置、所述两个邻接块的间距进行调整；

S4、在所述两个邻接块的顶部安装顶箍，并在顶箍与所述两个邻接块间卡设第二薄片，其与所述第一薄片的大小、数量相同且位置一一对应；

S5、吊装所述管片的盾构封顶块，使其竖直向下穿过所述顶箍并插入所述两个邻接块之间，直至所述盾构封顶块与所述邻接块紧密贴合；

S6、重新安装所述反力横梁和所述千斤顶，使用所述千斤顶将所述盾构封顶块继续竖直向下顶推，直至所述盾构封顶块与所述邻接块上的C、T连接件配合卡接到位；

S7、观察在所述盾构封顶块竖直向下运动的过程中，所述盾构封顶块与所述邻接块上的C、T连接件能否对齐且完全卡接到位，若存在所述C、T连接件无法对齐或无法完全卡接的情况，即判断当前错台量不符合管片装配要求；同时，观察所述盾构封顶块底部的剪力销与安装座上的安装孔能否对位插接，若存在所述剪力销与所述安装孔错位的情况，即判断所述盾构封顶块的安装方向不符合管片装配要求，需拆卸后重新安装；

若所述C、T连接件能够完全配合卡接到位且所述剪力销与所述安装孔能够对位插接，观察所述盾构封顶块与所述邻接块之间的橡胶止水条是否存在卷曲，若所述橡胶止水条的卷曲程度超出设定的范围，即判断当前错台量不符合管片止水要求。

优选的是，所述新型盾构管片结构的装配试验方法，所述橡胶止水条设定的卷曲范围为：所述盾构封顶块两端的橡胶止水条的卷曲幅度之和不超过3mm。

本发明至少包括以下有益效果：

1、通过试验装置测试盾构管片的错台量能够满足施工要求，得到能够作为控制基准的错台量允许范围，便于对盾构管片的安装质量进行控制；

2、对橡胶止水条用于新型C-T连接结构的适用性进行验证，通过装配后橡胶止水条的状态判断当前状态下能否有效止水，进一步保证盾构管片的止水效果；

3、本发明中的试验装置结构简单、易于操作，在对同规格的盾构管片完成试验后，即可将得到的错台量范围作为该类管片的参考控制值，不需要重复测量，且得到的错台量范围精确有效、符合现场施工的要求，能够在实际施工中避免因错台量过大导致的无法装配、漏水等问题，提高了施工效率和施工质量；

4、通过可拆卸的安装槽结构，可以根据不同的管片规格对限位板的大小、间距进行适应性调整，使试验装置能够适用于多种不同规格的管片装配性试验，不需要在对其他规格的新型盾构管片进行试验时重新制作与其匹配的试验装置，具有较高的实用性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种新型盾构管片结构的装配试验装置的侧面结构示意图；

图2为上述实施例中所述新型盾构管片结构的装配试验装置的正面结构示意图；

图3为上述实施例中所述安装座的正面结构示意图；

图4为上述实施例中所述安装座的平面结构示意图；

图5为上述实施例中所述顶箍的平面结构示意图；

图6为上述实施例中所述管片的平面结构示意图；

图7为上述实施例中所述盾构封顶块与所述邻接块的连接结构示意图。

附图标记说明：

1、立柱，2、反力横梁，3、千斤顶，4、顶箍，5、管片，5-1、邻接块，5-2、盾构封顶块，6、安装座，7、C连接件，8、T连接件，9、限位板，10、加劲肋板，11、剪力销。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-7所示，本发明提供一种新型盾构管片结构的装配试验装置，包括：

两个立柱1，其间隔设置在工作台上；

反力横梁2，其位于所述两个立柱1之间并与其可拆卸连接；

千斤顶3，其固定在所述反力横梁2的底部；

安装座6，其设于所述两个立柱1之间所述千斤顶3的下方，所述安装座6与所述工作台固定连接，所述安装座6上设有两个沿其长度方向对称设置的安装槽，所述安装槽用于安装管片5的邻接块5-1并限制其横向位移；

多个第一薄片，其可拆卸地设置在所述安装槽的内侧壁上，所述多个第一薄片用于调节两个所述邻接块5-1之间的错台量大小。

上述技术方案中，所述新型盾构管片为在日本C-T型管片基础上进行改良的管片，使用更加成熟的橡胶止水条替代了原C-T型管片中的遇水膨胀型止水条，新型盾构管片包括两个邻接块5-1、盾构封顶块5-2、多个标准块，其中，管片5的盾构封顶块5-2设置在两个所述邻接块5-1之间并通过C、T连接件与所述邻接块5-1连接，橡胶止水条设置在盾构封顶块5-2和两个邻接块5-1的接触面上并不影响C、T连接件对接，C连接件为开口向外侧的C形连接件，T连接件为顶端朝外的T型连接件，T连接件8的T字顶端可配合插入C连接件7的C形凹槽内，C连接件7限制T连接件8在C形平面的位移。在本实施例中，任一邻接块5-1与盾构封顶块5-2之间设有两组C-T连接件，任一组C-T连接件包括C连接件7和T连接件8，靠近管片5内侧的一端的C-T连接件中，C连接件7设置在盾构封顶块5-2的侧壁上，T连接件8设置在邻接块5-1的侧壁上；靠近管片5外侧的一端的C-T连接件中，C连接件7设置在邻接块5-1的侧壁上，T连接件8设置在盾构封顶块5-2的侧壁上。C连接件7靠近管片5的内/外侧的端部设置，且位于管片侧壁开设的与内部/外部连通的凹槽中，T连接件8设置在管片5的侧壁上且与对应的C连接件7的位置相对应，从而，当盾构封顶块5-2与邻接块5-1对接时，盾构封顶块5-2从管片5的外侧向内侧拼接，盾构封顶块5-2的C连接件先进入邻接块5-1的接触面，且由于C连接件7设置在凹槽中，不会影响盾构封顶块5-2向管片5的内侧滑动拼接，直至C连接件7与邻接块5-1的T连接件8完全对接完成，此时，由于C连接件7位于凹槽的端部，C连接件7与T连接件8完全对接后，T连接件8抵接在凹槽的端部，使C连接件无法继续向管片内侧移动；同样的，盾构封顶块5-2的T连接件通过邻接块5-1的C连接件的凹槽进入接触面，并与邻接块5-1的C连接件完全对接，即完成盾构封顶块5-2与邻接块5-1的无螺栓拼装，该连接方式结构简单、连接稳定，通过结构尺寸固定的C、T连接件结构有效防止了管片拼接过程中的安装误差。在盾构封顶块5-2和邻接块5-1间设有橡胶止水条，在C、T连接件对接后，能够有效封闭盾构封顶块5-2与邻接块5-1间的间隙，防止在管片安装完成后从管片外部向管片内部渗水。由于上述新型盾构管片结构尚未在实际盾构施工中得到充分利用，且C、T连接件连接时对安装精度的要求较高，管片的错台量一旦超出范围就会造成管片无法成功拼装的问题，因此需要本发明中的试验装置对同时应用了C、T连接件和橡胶止水条的新型盾构管片的允许错台量范围进行试验验证。

具体的，安装座6为钢板，第一薄片为薄钢片，任一薄钢片的厚度相同，管片5的两个邻接块5-1通过安装槽安装在安装座6上且位于千斤顶3的下方，两个安装槽的位置和尺寸根据管片实际拼装时的情况设置(模拟管片拼装实际状态)，两个邻接块5-1相对设置在两个安装槽内。两个安装槽的宽度等于管片的设计宽度与设定的(宽度方向的)最大错台量之和，两个安装槽的最外端的间距等于两个邻接块的设计长度(端点间距)与设定的(长度方向的)最大错台量之和。根据设定的错台量选择第一薄片的厚度，在本实施例中，待试验的管片选定的错台量范围为0-3mm(预估超过3mm一定无法安装)，选择1mm厚的第一薄片，从测试范围中的最大错台量开始进行试验，将两个邻接块5-1分别抵接在两个安装槽的最外端，一个邻接块5-1靠近安装槽的一侧设置，另一邻接块5-1靠近安装槽的另一侧设置，在任一邻接块5-1与安装槽的空隙中卡设三个第一薄片，此时，两个邻接块5-1间的(宽度方向的)错台量设置为3mm，两个邻接块5-1间的(长度方向的)错台量设置为3mm。使用新型盾构管片结构的装配试验装置进行盾构封顶块5-2的拼装，将盾构封顶块5-2从上向下插入两个邻接块5-1之间，并使用千斤顶3将盾构封顶块5-2竖直向下顶推，观察盾构封顶块5-2与邻接块5-1上的C、T连接件能否对齐并完全对接，即可判断当前设定的错台量是否满足管片拼装需求；同时，观察盾构封顶块5-2与邻接块5-1拼装后两者间橡胶止水条的位移情况，根据橡胶止水条发生伸缩和卷曲等变形的程度判断当前设定的错台量是否满足管片止水的需求。然后，通过调整第一薄片的位置，依次减小设定的长度和宽度方向的邻接块5-1间的错台量，直至测试得到同时满足管片拼装需求和止水需求的最大错台量数据，即得到待测管片在拼装时的允许错台量范围。

本发明的新型盾构管片结构的装配试验装置可模拟实际施工中管片的装配结构，通过将不同数量的第一薄片卡设在邻接块与安装槽间的不同位置，可实现手动设定管片错台量并对其装配性进行试验的功能，并根据管片内部结构中的C、T连接件和橡胶止水条的连接状态分别验证在不同错台量下管片的装配性和止水性，得到新型盾构管片在安装时的允许错台量范围，以在保证管片安装质量的条件下快速、顺利的完成管片拼装，提高了盾构管片施工质量和施工效率。

在另一技术方案中，所述的新型盾构管片结构的装配试验装置，还包括顶箍4，其设置在所述千斤顶3与所述安装座6之间，所述顶箍4用于限制管片5的盾构封顶块5-2与所述邻接块5-1间的横向相对位移。其中，顶箍4为由几根钢筋连接形成的封闭的平面框架结构，其套设在两个邻接块5-1的顶部外周，并在两个邻接块5-1之间形成横向限位结构，从而，当盾构封顶块5-2从顶箍4上方插入两个邻接块5-1之间时，顶箍4形成的横向限位结构可对盾构封顶块5-2的安装起到初步对齐、定位的作用，并在盾构封顶块5-2继续向下移动时对其侧壁进行限位，保证盾构封顶块5-2始终处于竖直向下运动的状态，防止盾构封顶块5-2在拼装过程中发生水平位移导致拼装错位。由于顶箍4与两个邻接块5-1均固定，具有较好的稳定性，不会在盾构封顶块5-2的影响下发生偏移，保证了限位的效果。

在另一技术方案中，所述的新型盾构管片结构的装配试验装置，还包括多个第二薄片，其分别设置在所述顶箍4的内侧壁上，并与所述第一薄片的位置一一对应。上述技术方案中，在顶箍4与邻接块5-1之间卡设有多个第二薄片，第二薄片的尺寸、数量均与第一薄片相同，且多个第二薄片与多个第一薄片的安装位置一一对应，使邻接块5-1顶部与底部的限位距离相同，避免在试验过程中盾构封顶块5-2下压、邻接块5-1在受到较大压力后出现结构扭转，影响实验结果的准确性。在本实施例中，由于第二薄片悬空设置，为防止第二薄片在试验中掉落，第二薄片设计为倒L型，其水平部搭接在顶箍4的顶部，竖直部紧贴顶箍4的内侧壁设置，当同一位置设有多个第二薄片时，多个第二薄片依次重叠搭接，直至填满邻接块5-1与顶箍4的空隙。

在另一技术方案中，所述的新型盾构管片结构的装配试验装置，所述两个安装槽由四个限位板9配合形成，所述四个限位板9两两对称设置在所述安装座6的四角并与其顶部可拆卸连接，任一限位板9为L形结构，所述限位板9与所述安装座6垂直，且所述限位板9的L形侧边与所述安装座6的顶部可拆卸连接，相邻两个限位板9的开口相对设置且朝向所述安装座6内。具体的，安装座6上设有多个定位螺纹孔，限位板9可通过螺栓锁紧固定在安装座6上，通过拆卸限位板9并调节其在安装座6上的位置(长度方向、宽度方向)即可调整安装槽的尺寸，使安装槽的大小可以适应不同尺寸、不同错位量的管片试验，在对不同尺寸的管片或同尺寸但C、T连接件的安装位置不同的管片进行试验时，不需要重新制作试验装置，只需对应调整安装槽的尺寸即可进行试验，提高了试验装置的适用性并节省了材料成本。

在另一技术方案中，所述的新型盾构管片结构的装配试验装置，所述限位板9的外侧还设有加劲肋板10，所述加劲肋板10沿所述限位板9的长度方向间隔设置并与所述安装座6的顶部可拆卸连接。由于限位板9为L形结构且与安装座6垂直，盾构封顶块5-2拼装时，会对两个邻接块5-1产生较大的侧向压力，邻接块5-1在限位板9的作用下保持稳定，此时限位板9受到较大的横向作用力，限位板9与安装座6间的连接易发生松动，导致限位作用不稳定或失效等问题；因此，在限位板9的外侧增设加劲肋板10，其为多个三角形角板，加劲肋板10与限位板9垂直并与限位板9的外侧壁连接，当限位板9受到横向作用力时，压力通过多个角板分散至安装座6上，防止限位板9受力变形，保证了限位稳定性。

在另一技术方案中，所述的新型盾构管片结构的装配试验装置，所述安装座6的顶面中部设有安装孔，其与管片5的盾构封顶块5-2底部的剪力销11对应设置，当所述盾构封顶块5-2与管片5的邻接块5-1卡接时，所述安装孔与所述剪力销11配合插接。上述技术方案中，在安装座6的顶面设置安装孔，当盾构封顶块5-2的底部运动至安装座6附近时，剪力销11能够对应插入安装孔中，即表示盾构封顶块5-2的安装位置正确(竖直向下、与邻接块5-1对位安装)；当剪力销11与安装孔错位时，可判断为盾构封顶块5-2的拼装方向错位，需拆卸后重新安装，以保证盾构封顶块5-2的安装方向、安装位置正确，防止因盾构封顶块5-2安装方向错位导致试验得到的错台量数据不准确。

本发明还提供了一种新型盾构管片结构的装配试验方法，包括：

S1、组装新型盾构管片结构的装配试验装置并将其固定在工作台上；

S2、拆除反力横梁2和千斤顶3，分别吊装管片5的两个邻接块5-1至安装座6上，任一邻接块5-1的底部设于所述安装槽内；

S3、根据设定的错台量，使用第一薄片对所述两个邻接块5-1在对应的安装槽内的位置、所述两个邻接块5-1的间距进行调整；

S4、在所述两个邻接块5-1的顶部安装顶箍4，并在顶箍4与所述两个邻接块5-1间卡设第二薄片，其与所述第一薄片的大小、数量相同且位置一一对应；

S5、吊装所述管片5的盾构封顶块5-2，使其竖直向下穿过所述顶箍4并插入所述两个邻接块5-1之间，直至所述盾构封顶块5-2与所述邻接块5-1紧密贴合；

S6、重新安装所述反力横梁2和所述千斤顶3，使用所述千斤顶3将所述盾构封顶块5-2继续竖直向下顶推，直至所述盾构封顶块5-2与所述邻接块5-1上的C、T连接件配合卡接到位；

S7、观察在所述盾构封顶块5-2竖直向下运动的过程中，所述盾构封顶块5-2与所述邻接块5-1上的C、T连接件能否对齐且完全卡接到位，若存在所述C、T连接件无法对齐或无法完全卡接的情况，即判断当前错台量不符合管片装配要求；同时，观察所述盾构封顶块5-2底部的剪力销11与安装座6上的安装孔能否对位插接，若存在所述剪力销11与所述安装孔错位的情况，即判断所述盾构封顶块5-2的安装方向不符合管片装配要求，需拆卸后重新安装；

若所述C、T连接件能够完全配合卡接到位且所述剪力销11与所述安装孔能够对位插接，观察所述盾构封顶块5-2与所述邻接块5-1之间的橡胶止水条是否存在卷曲，若所述橡胶止水条的卷曲程度超出设定的范围，即判断当前错台量不符合管片止水要求。

上述技术方案中，受C、T连接件的连接方式影响，邻接块5-1与盾构封顶块5-2的装配精度要求非常高，错台量稍微超出实际允许的范围就会造成管片无法装配的问题，需要在同批次(相同规格)的管片拼装前进行试验，验证允许装配的错台量的范围，方便在实际施工中对错台量进行控制；另外，在对设定的错台量验证可装配性时，由于采用了与原有的遇水膨胀止水条不同的橡胶止水条，其材质和性能均存在较大差异，在盾构封顶块5-2拼装过程中，止水条不会受到长度方向的挤压力，在C、T连接件完全对接完成后，橡胶止水条才可能由于拼装结构的错位受到沿长度方向的挤压力产生弯曲变形，为保证在更换止水条后管片仍具有良好、可靠的防水效果，需在验证管片可装配性的同时，观察并测量橡胶止水条的位移，如存在过度伸缩、卷曲等情况，则证明现有的错台量无法满足管片止水的质量要求，需进一步缩小错台量的范围。在试验过程中，初始设定的错台量为根据经验确定的待测管片的最大允许错台量，根据该错台量的数据设置第一薄片的数量和位置，将两个邻接块5-1间的错台量调至要求值，测试完成后，若管片能够完全拼装且橡胶止水条未发生过度变形，证明当前错台量范围合理；若管片无法完全拼装或橡胶止水条发生过度变形，调整第一薄片的位置以缩小两个邻接块5-1间的错台量至下一规定值，重新进行试验，直至试验得到管片能够完全拼装且橡胶止水条不会发生过度变形的错台量为止，此时的错台量即为允许管片安装的最大错台量的值。

在另一技术方案中，所述的新型盾构管片结构的装配试验方法，所述橡胶止水条设定的卷曲范围为：所述盾构封顶块5-2两端的橡胶止水条的卷曲幅度之和不超过3mm。具体的，盾构封顶块5-2两端的橡胶止水条的任意位置的卷曲幅度之和都不应超过3mm，否则说明在管片拼装过程中由于过度挤压或管片错位等原因导致橡胶止水条发生了过度的变形，已经无法保证管片的止水效果，因此，一旦橡胶止水条的卷曲幅度超标，说明当前试验的错台量不符合管片止水效果的要求，应减小错台量并重新试验，当卷曲幅度过大时需要更换新的橡胶止水带重新试验，以保证试验结果的准确性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。