一种预制地铁盾构管片及其检测和安装方法

技术领域

本发明涉及地铁盾构管片及其安装方法技术领域，具体而言，涉及一种预制地铁盾构管片及其检测和安装方法。

背景技术

随着城市建设规模的不断发展，国内各大城市相继开始发展地铁和城市地下空间以及改造城市给排水系统，其中盾构法施工技术是一种广泛用于地下隧道建设的工法，盾构隧道的内部设备管线的安装是实现盾构隧道功能的重要施工环节。

盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。

传统盾构管片制作采用现浇法，对环境造成了很大污染，施工难度也很大，在对盾构管片进行安装时容易出现结构不够严密紧凑，相邻盾构管片之间留有孔隙，有渗水风险，防水性能较差；缺少对盾构管片质量的精确检测，若盾构管片存在坑洼和孔洞，则盾构管片应力较差，拼接时容易由于挤压力发生损坏；安装过程中没有对拼接缝隙的精确检测仪器，若环缝和纵缝存在较大孔隙，导致整体盾构隧道防水效果较差的问题；传统的盾构管片呈实体的片状结构，二次注浆时浆液灌注速度较慢，影响施工速度，且注浆效果较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

为了解决传统盾构管片现场施工带来环境污染和噪声污染，盾构管片质量参差不齐，易出现拼接不紧凑，防水性较差，灌浆速度较慢，安装过程中对环缝和纵缝的孔隙填充效果较差的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本发明提供了一种预制地铁盾构管片，所述盾构管片为弧形片体，所述盾构管片一端为第一阶梯结构，所述盾构管片的另一端为与第一阶梯结构相匹配的第二阶梯结构，用于所述盾构管片的第一阶梯结构与相邻盾构管片的第二阶梯结构连接，所述盾构管片的内弧面设置有第一注浆孔，所述盾构管片的外弧面设置有至少三个第二注浆孔，所述第一注浆孔和第二注浆孔在盾构管片内部形成连通管道，用于二次注浆处理时让浆液迅速填充盾构管片与土体空隙，所述盾构管片两侧以及内弧面均设置有螺栓孔，所述第一阶梯结构与第二阶梯结构连接处的端面均设置有螺栓孔。

可选地，所述盾构管片的弧度阈值为π/8-π/5。

可选地，所述第一阶梯结构和第二阶梯结构连接部分的弧长均占盾构管片外弧面弧长的1/3-1/2。

可选地，所述盾构管片两侧设置有至少两个螺栓孔，所述盾构管片内弧面呈圆形排布有至少六个螺栓孔，所述第一阶梯结构和第二阶梯结构连接处端面设置有至少两个螺栓孔。

可选地，所述盾构管片为高抗渗盾构管片。

一种预制地铁盾构管片的检测和安装方法，包括多个预制地铁盾构管片，包括以下步骤：

步骤一、在工厂采用高抗渗盾构管片防水混凝土拌合料预制盾构管片，根据盾构管片的尺寸在内弧面、两侧、第一阶梯结构端面和第二阶梯结构端面开设螺栓孔，预制后的盾构管片利用三维激光扫描仪对盾构管片质量进行检测，根据三维成像判断盾构管片表面是否有坑洼，盾构管片内部是否有孔洞，将含有坑洼和孔洞的盾构管片筛出，没有或含有少于3个坑洼和孔洞的盾构管片待用；

步骤二、将筛选完毕后的盾构管片同时进行拼装和一次注浆处理，将相邻盾构管片通过第一阶梯结构和第二阶梯结构进行从底部到顶部再到底部的错缝拼装，通过螺栓拼接成一组环形盾构管片结构，相邻两组盾构管片结构通过螺栓拼接成完整盾构管片结构，将比表面积为600-700㎡/㎏，平均粒径在8-10μm超细硅酸盐水泥浆液利用高压灌浆机沿相邻两个盾构管片拼接环缝或纵缝进行一次注浆处理；

步骤三、拼装和一次注浆完成后，通过三维激光扫描仪测量盾构管片之间的孔隙，通过三维成像对盾构管片之间的孔隙进行测量，采用SBS改性沥青对盾构管片之间的孔隙进行密封处理，施工过程中出现地表沉降时，通过第一注浆孔和第二注浆孔对盾构管片和土体孔隙进行二次注浆处理。

可选地，步骤二中的超细硅酸盐水泥浆液通过超细硅酸盐熟料和水按照质量比为1.2-1.5：1的比例混合搅拌均匀后制成。

可选地，步骤二中，进行一次注浆时当压力到达0.25Mpa时，停止注浆等待2.5-3h凝固，完成一次注浆。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

本发明一种预制地铁盾构管片，在工厂采用高抗渗盾构管片防水混凝土拌合料预制盾构管片，避免了现场浇筑盾构管片带来的环境污染和噪声污染，降低了现场施工难度和危险系数，盾构管片两端设置有相互匹配的第一阶梯结构和第二阶梯结构，可通过错缝拼接的方式进行拼装，本发明所采用的阶梯结构拼装后隧道的整体性较好，环面较为平整，环向螺栓容易固定，在一定程度上解决了传统盾构管片缝渗水问题；

本发明一种预制地铁盾构管片的检测和安装方法，在工厂进行预制盾构管片的过程中利用三维激光扫描仪对成品盾构管片进行三维扫描，检测盾构管片表面是否存在坑洼，内部是否存在孔洞，将不合格的盾构管片筛除，避免影响盾构管片应力导致安装过程中出现损坏，提高整体稳固性和防水性；安装过程中通过三维激光扫描仪对拼接完成后的盾构管片进行扫描，检测纵缝和环缝是否较大，根据成像结果将需要填缝的部分通过SBS改性沥青进行填缝，提高了管片与管片连接处的抗疲劳性能，使接缝处的防水性更好，用于进一步提高整体盾构结构的防水性；

通过对盾构管片内部第一注浆孔和第二注浆孔之间形成的通道进行二次注浆，能够快速将盾构管片和土体孔隙处进行填充，有效应对地表沉降现象，实现了盾构管片的高效施工，更好的保证了施工的质量与安全性。

附图说明

图1为本发明一种预制地铁盾构管片的立体结构示意图一；

图2为本发明一种预制地铁盾构管片的立体结构示意图二；

图3为本发明一种预制地铁盾构管片整体的主视图；

图4为本发明一种预制地铁盾构管片整体的立体结构示意图。

附图标记说明：

1-外弧面，2-内弧面，3-第一注浆孔，4-螺栓孔，5-第一阶梯结构，6-第二阶梯结构，7-第二注浆孔。

具体实施方式

在本发明的描述中，应当说明的是，各实施例中的术语名词例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位的词语，只是为了简化描述基于说明书附图的位置关系，并不代表所指的元件和装置等必须按照说明书中特定的方位和限定的操作及方法、构造进行操作，该类方位名词不构成对本发明的限制。

在本发明的描述中，应当说明的是，在本发明的实施例中所提到的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

具体实施方案一：结合图1至图4所示，本发明提供一种预制地铁盾构管片，所述盾构管片为弧形片体，所述盾构管片一端为第一阶梯结构5，所述盾构管片的另一端为与第一阶梯结构5相匹配的第二阶梯结构6，用于所述盾构管片的第一阶梯结构5与相邻盾构管片的第二阶梯结构6连接，所述盾构管片的内弧面2设置有第一注浆孔3，所述盾构管片的外弧面1设置有至少三个第二注浆孔7，所述第一注浆孔3和第二注浆孔7在盾构管片内部形成连通管道，用于二次注浆处理时让浆液迅速填充盾构管片与土体空隙，所述盾构管片两侧以及内弧面2均设置有螺栓孔4，所述第一阶梯结构5与第二阶梯结构6连接处的端面均设置有螺栓孔4。

盾构管片两端设置有相互匹配的第一阶梯结构5和第二阶梯结构6，可通过错缝拼接的方式进行拼装，阶梯式结构拼装后可提高隧道的整体性，环面较为平整，环向螺栓容易固定，在一定程度上解决了传统盾构管片缝渗水问题。

具体实施方案二：结合图1至图4所示，所述盾构管片的弧度阈值为π/8-π/5，即采用10-16环盾构管片结构进行错缝环状拼接，可依据施工环境进行相应调整。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案一相同。

具体实施方案三：结合图1至图4所示，所述第一阶梯结构5和第二阶梯结构6连接部分的弧长均占盾构管片外弧面1弧长的1/3-1/2。第一阶梯结构5和第二阶梯结构6连接部分的弧长设置能够保证连接部分的稳定性，便于安装定位螺栓。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案一相同。

具体实施方案四：结合图1至图4所示，所述盾构管片两侧设置有至少两个螺栓孔4，所述盾构管片内弧面2呈圆形排布有至少六个螺栓孔4，所述第一阶梯结构5和第二阶梯结构6连接处端面设置有至少两个螺栓孔4。通过盾构管片两侧和内弧面2上的螺栓孔4进行纵向拼接，通过第一阶梯结构5和第二阶梯结构6端面上的螺栓孔4利用定位螺栓进行环向拼接。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案一相同。

具体实施方案五：结合图1至图4所示，所述第二注浆孔7的数量设置为四个，所述第二注浆孔7均匀布设在外弧面1上，且均与第一注浆孔3连通设置，形成的注浆孔通道能够提高二次浇灌速度。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案四相同。

具体实施方案六：结合图1至图4所示，所述内弧面2与外弧面1的弧长相同。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案五相同。

具体实施方案七：结合图1至图4所示，所述第一阶梯结构5的厚度为盾构管片厚度的1/3-1/2，所述第二阶梯结构6的厚度为盾构管片厚度的1/2-2/3。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案五相同。

具体实施方案八：结合图1至图4所示，所述盾构管片为高抗渗盾构管片。用于提高整体盾构管片结构的防水性能。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案五相同。

具体实施方案九：结合图1至图4所示，所述内弧面2和外弧面1表面均涂有聚氨酯防水涂层。用于提高整体盾构管道的防水性能，延长其使用寿命。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案八相同。

具体实施方案十：结合图1至图4所示，所述聚氨酯防水涂层的厚度为130-150μm。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案九相同。

具体实施方案十一：一种预制地铁盾构管片的检测和安装方法，包括新型预制地铁盾构管片，包括以下步骤：

步骤一、在工厂采用高抗渗盾构管片防水混凝土拌合料预制盾构管片，根据盾构管片的尺寸在内弧面2、两侧、第一阶梯结构5端面和第二阶梯结构6端面开设螺栓孔4，预制后的盾构管片利用三维激光扫描仪对盾构管片质量进行检测，根据三维成像判断盾构管片表面是否有坑洼，盾构管片内部是否有孔洞，将含有坑洼和孔洞的盾构管片筛出，没有或含有较少坑洼和孔洞的盾构管片待用；

步骤二、将筛选完毕后的盾构管片同时进行拼装和一次注浆处理，将相邻盾构管片通过第一阶梯结构5和第二阶梯结构6进行从底部到顶部再到底部的错缝拼装，通过螺栓拼接成一组环形盾构管片结构，相邻两组盾构管片结构通过螺栓拼接成完整盾构管片结构，将比表面积为600-700㎡/㎏，平均粒径在8-10μm超细硅酸盐水泥浆液利用高压灌浆机沿相邻两个盾构管片拼接环缝或纵缝进行一次注浆处理；

步骤三、拼装和一次注浆完成后，通过三维激光扫描仪测量盾构管片之间的孔隙，通过三维成像对盾构管片之间的孔隙进行测量，采用SBS改性沥青对盾构管片之间的孔隙进行密封处理，施工过程中出现地表沉降时，通过第一注浆孔3和第二注浆孔7对盾构管片和土体孔隙进行二次注浆处理。

在工厂进行预制盾构管片的过程中利用三维激光扫描仪对成品盾构管片进行三维扫描，检测盾构管片表面是否存在坑洼，内部是否存在孔洞，将不合格的盾构管片筛除，避免影响盾构管片应力导致安装过程中出现损坏，提高整体稳固性和防水性；安装过程中通过三维激光扫描仪对拼接完成后的盾构管片进行扫描，检测纵缝和环缝是否较大，根据成像结果将需要填缝的部分通过SBS改性沥青进行填缝，提高了管片与管片连接处的抗疲劳性能，使接缝处的防水性更好，用于再次提高整体盾构结构的防水性；

通过对盾构管片内部第一注浆孔3和第二注浆孔7之间形成的通道进行二次注浆，能够快速将盾构管片和土体孔隙处进行填充，有效应对地表沉降现象，实现了盾构管片的高效施工，更好的保证了施工的质量与安全性。

具体实施方案十二：步骤二中的超细硅酸盐水泥浆液通过超细硅酸盐熟料和水按照质量比为1.2-1.5：1的比例混合搅拌均匀后制成。超细硅酸盐水泥浆液属于高性能超微粒水泥基灌浆材料，具有与有机化学灌浆液相似的良好渗透性和可灌性，具有更高的强度和耐久性，且具有环保性，对周围环境无污染，通过对盾构管片灌注超细硅酸盐水泥浆液可提高整体的防水性。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案十一相同。

具体实施方案十三：步骤二中，进行一次注浆时当压力到达0.25Mpa时，停止注浆等待2.5-3h凝固，完成一次注浆。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案十一相同。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本发明领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。