一种搭接式地铁隧道管片

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，具体是涉及一种搭接式地铁隧道管片。

背景技术

目前在隧道的盾构法施工中普遍采用预制管片拼接的方式对隧道的围岩进行支护，保证隧道围岩的稳定，防止地下水和易燃易爆以及有毒有害气体侵入隧道，保证车辆、物资和人员的安全通行。现有的管片拼接方式如图6所示，隧道围岩的支护结构通常由若干个管片依次拼接形成的管节，再有管节依次对接的方式形成，管片及管节都是通过一个弧形的拼接螺栓来连接。弧形拼接螺栓不便于安装，影响施工进程。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种搭接式地铁隧道管片，其提供了一种新型的管片，管片与其他管片之间采用普通螺栓连接，安装方便快捷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种搭接式地铁隧道管片，其特征在于，包括：内侧管片，所述内侧管片包括内侧管片本体，所述内侧管片本体为弧形结构且多个内侧管片本体能够依次拼接形成内侧管节，所述内侧管片本体沿厚度方向开设有管片固定连接孔，所述管片固定连接孔为通孔且用于通过螺钉将内侧管片本体与其他管片连接在一起，所述内侧管片本体沿厚度方向开设有一次注浆孔且一次注浆孔贯穿内侧管片本体用于将内侧管片本体的内侧和外侧相连通，所述内侧管片本体沿厚度方还开设有二次注浆孔且二次注浆孔贯穿内侧管片本体用于将内侧管片本体的内侧和外侧相连通。

上述的搭接式地铁隧道管片，其特征在于，所述其他管片为外侧管片，所述搭接式地铁隧道管片还包括外侧管片，所述外侧管片为弧形结构且多个外侧管片能够依次拼接形成外侧管节，所述内侧管节设置在外侧管节内且内侧管节和外侧管节的各个管片接缝相互错开，所述内侧管节的外壁与外侧管节的内壁紧密接触，所述外侧管片沿厚度方向开设有与管片固定连接孔对应的螺纹孔且用于通过螺钉将内侧管片本体与外侧管片连接在一起，所述外侧管片上开设有外侧管片一次注浆孔，所述外侧管片一次注浆孔与一次注浆孔对应设置且用于通过一次注浆孔和外侧管片一次注浆孔将内侧管片本体的内部与外侧管片的外部相连通。

上述的搭接式地铁隧道管片，其特征在于，所述二次注浆孔的出口与外侧管片的管片拼接缝相对设置。

上述的搭接式地铁隧道管片，其特征在于，所述内侧管片还包括止水橡胶带，所述止水橡胶带沿内侧管片本体的外侧棱边设置且用于将内侧管片本体的外侧棱边整个包裹，所述止水橡胶带的横截面为L形且L形的内侧壁紧密贴敷在内侧管片本体上。

上述的搭接式地铁隧道管片，其特征在于，所述止水橡胶带内侧壁上设置有沿长其度方向延伸的凸条，所述内侧管片本体外侧棱边上设置有与凸条对应的凹槽，所述凸条设置在凹槽内用于将止水橡胶带固定在内侧管片本体上。

上述的搭接式地铁隧道管片，其特征在于，所述内侧管节的外壁与外侧管节的内壁之间摊铺止水材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的管片之间的连接方式为相互搭接，彻底改变了目前普遍使用传统管片的拼接方式；在管片之间的搭接位置处形成马牙搓，管片之间的拼接接触面积更大，形成多个挤压面和摩擦面，能够很好地传递内力，隧道维护结构具有很好的自稳定性。

2、本发明的管片在管片安装中，可以在管片的搭接面上摊铺防水或者止水材料，进一步增强拼接缝处的抗渗透能力。

3、本发明在管片相互搭接处布置角钢形状的止水橡胶带，能够改善防水密封效果。

4、本发明采用直通式膨胀螺丝固定管片，结合隧道围岩施加的荷载，能够在管片拼接面产生摩擦力和压力，能够提高隧道的整体性、承载力和抗变形的能力。

5本发明增加了二次注浆孔，能够在隧道使用过程中进行二次注浆，能够提高隧道的抗渗能力，便于隧道的维护。

下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明搭接式地铁隧道管片的安装结构示意图。

图2为本发明内侧管片和外侧管片的连接关系示意图。

图3为本发明内侧管片的结构示意图。

图4为本发明内侧管片的横截面示意图。

图5为图4的A处放大图。

图6为现有的管片拼接方式示意图。

图7为现有管片错台现象示意图。

图8为现有管片对接拼接缝张开示意图。

附图标记说明:

10—内侧管片； 11—内侧管片本体； 11-1—凹槽；

12—管片固定连接孔； 13—一次注浆孔； 14—二次注浆孔；

15—水橡胶带； 15-1—凸条； 20—外侧管片；

21—螺纹孔； 22—外侧管片一次注浆孔；

30—内侧管节； 40—外侧管节。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本专利的实施例。虽然附图中显示了本专利的某些实施例，然而应当理解的是，本专利可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本专利。应当理解的是，本专利的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本专利的保护范围。

目前在隧道盾构法施工中普遍采用预制管片拼接的方式对隧道的围岩进行支护，保证隧道围岩的稳定，防止地下水和易燃易爆以及有毒有害气体侵入隧道，保证车辆、物资和人员的安全通行。隧道衬砌的最基本组成单元为管片，管片是将空心圆柱用两个横截面和两个纵截面切割而成。在每个管片上均预留了纵向和环向的拼接螺栓孔，管片的四周预先布置了具有遇水膨胀性能的止水橡胶环，在管片的中心位置预留了贯穿管片壁厚的安装及壁后注浆孔。

当盾构机沿隧道轴线向前掘进一段管节的长度后，管片安装机械臂的螺栓杆插入管片上的安装及壁后注浆孔将管片搬运到预定的位置，施工人员使用弯曲的拼接螺栓将其与其他的管片实现拼接，管片上的止水橡胶环相互挤压将管片之间的缝隙密封。当该管节的所有管片安装到位后，施工人员再通过每个管片上预留的墙壁后注浆孔向管节与围岩之间注入具有一定强度的特种砂浆，特种砂浆一方面能够将管节与围岩之间的空隙填满、充实，防止管节发生位移和浮动；另一方面也能够辅助止水橡胶带堵塞管片之间的缝隙，起到密封的作用，防止地下水和易燃易爆或者有毒有害气体渗入隧道内部，保证隧道安全运行。

传统管片的几何构造特点决定了传统管片之间只能采用对接方式进行拼接。管片之间是通过弯曲的拼接螺栓连接，本发明提供了一种新的搭接式地铁隧道管片，如图1至图3所示，其包括：内侧管片10，所述内侧管片10包括内侧管片本体11，所述内侧管片本体11为弧形结构且多个内侧管片本体11能够依次拼接形成内侧管节30，所述内侧管片本体11沿厚度方向开设有管片固定连接孔12，所述管片固定连接孔12为通孔且用于通过螺钉将内侧管片本体11与其他管片连接在一起，所述内侧管片本体11沿厚度方向开设有一次注浆孔13且一次注浆孔13贯穿内侧管片本体11用于将内侧管片本体11的内侧和外侧相连通，所述内侧管片本体11沿厚度方还开设有二次注浆孔14且二次注浆孔14贯穿内侧管片本体11用于将内侧管片本体11的内侧和外侧相连通。本发明的管片可采用普通螺栓直接连接其他管片，安装方便快捷。

如图1至图3所示，所述其他管片为外侧管片20，所述搭接式地铁隧道管片还包括外侧管片20，所述外侧管片20为弧形结构且多个外侧管片20能够依次拼接形成外侧管节40，所述内侧管节30设置在外侧管节40内且内侧管节30和外侧管节40的各个管片接缝相互错开，所述内侧管节30的外壁与外侧管节40的内壁紧密接触，所述外侧管片20沿厚度方向开设有与管片固定连接孔12对应的螺纹孔21且用于通过螺钉将内侧管片本体11与外侧管片20连接在一起，所述外侧管片20上开设有外侧管片一次注浆孔22，所述外侧管片一次注浆孔22与一次注浆孔13对应设置且用于通过一次注浆孔13和外侧管片一次注浆孔22将内侧管片本体11的内部与外侧管片20的外部相连通。

本发明的搭接式地铁隧道管片包括内侧管片10和外侧管片20，可将其理解为传统管片沿厚度方向将其分割为上、下两个部分，然后将上、下两个部分同时沿周向和纵向错动一定的距离得到全新的搭接式管片构造。本发明的搭接式地铁隧道管片将传统的对接式管片拼接方法改变成为搭接式拼接方法，从技术角度上讲类似于建筑工程领域砌体结构中砌块的砌筑方法，即相邻的管片之间都有一个搭接区域，在安装过程中管片之间非常容易对正、对齐，拼接后得到的隧道结构整体性、刚度和密封性更好，同时也非常有利于提高隧道的施工速度和施工质量。避免了传统管片在施工过程中，沿隧道的半径方向，相邻管片的内表面不在同一个圆柱面上，彼此之间存在错台现象，如图7所示，隧道衬砌的内表面不能够形成光洁的圆柱面，为后续的地铁轨道安装造成不必要的麻烦，同时密封橡胶圈错位，密封性下降，在运营过程中隧道容易漏水、进气；或者管片之间的对接拼接缝存在先天性的不足，在地铁列车的动荷载和围岩变形的共同影响下，管片之间的对接拼接缝会出现闭合、张开循环的现象，如图8所示，一旦拼接缝张开的尺度超出密封橡胶的弹性变形范围，地下水或者有毒有害气体就会侵入隧道内部，造成一定的安全隐患。同时，传统管片之间依靠拼接螺栓进行拼接，这种拼接方式能够让管片之间沿隧道的轴向和环向相互挤压，在管片之间的静摩擦力和拼接螺栓预应力的共同作用下，管片组成一个空心圆形截面梁，但是它又不同于由一根连续的混凝土管组成空心圆形截面梁，如果隧道的围岩较软，那么该梁在列车的动荷载作用下会发生较大的弯曲变形、扭转变形和剪切变形，特别是在隧道的曲线段上，曲线梁的变形更加强烈。由于拼接螺栓是曲线的构造和数量上的原因，管片之间的拼接螺栓强度和刚度以及管片之间的摩擦力不足以抵抗管片连接处的弯矩、扭矩和剪力，在长时间的动荷载的作用下，管片之间会发生相对位移，同时发生液体和气体的侵入问题。

如图3、图4和图5所示，所述内侧管片10还包括止水橡胶带15，所述止水橡胶带15沿内侧管片本体11的外侧棱边设置且用于将内侧管片本体11的外侧棱边整个包裹，所述止水橡胶带15的横截面为L形且L形的内侧壁紧密贴敷在内侧管片本体11上。

如图5所示，所述止水橡胶带15内侧壁上设置有沿长其度方向延伸的凸条15-1，所述内侧管片本体11外侧棱边上设置有与凸条15-1对应的凹槽11-1，所述凸条15-1设置在凹槽11-1内用于将止水橡胶带15固定在内侧管片本体11上。

本发明的止水橡胶带15其横截面的形状为L形与角钢横截面类似，角钢形的止水橡胶带可以增大止水密封的面积，并且在管片相互挤压力作用下能够产生非常好的防水密封效果；在管片安装过程中，管片相互搭接的接触面上布置的角钢式止水橡胶带不会错位和损坏。而传统的管片靠近外侧的位置嵌套有止水橡胶环，目的是填充管片之间的缝隙并起到密封止水的作用，但是当管片之间的安装精度达不到要求或者在隧道服役过程中管片之间发生如图7和图8所示的变形时，管片之间的缝隙会增大，当缝隙超出橡胶环的弹性变形极限时，橡胶环的密封就会失效，密封的可靠性和耐久性不好。

本实施例中，所述内侧管节30的外壁与外侧管节40的内壁之间摊铺止水材料。

在本实施例中，除了在拼接缝处预先布置止水橡胶带以外，还可以在新型管片的搭接面上摊铺其他的止水材料，进一步提高隧道的密封性能。本实施例中，外侧管片20的螺纹孔21为半贯通式，贯通厚度为外侧管片20厚度的一半，采用膨胀螺栓将相邻管片拼接为整体。

本发明的管片之间相互搭接，彻底改变了传统管片之间的拼接方式。管片之间能够形成马牙搓，管片之间的存在多个挤压面和摩擦面，能够产生更好的相互嵌固效果，特别是前、后管节之间的嵌固效应更加显著。这种嵌固效应一方面能够保证隧道维护结构很好地传递内力，另一方面也能够保证隧道维护结构在不借助螺栓的紧固作用情况下仍然能够处于很好的整体性和稳定性，不像传统隧道那样必须在拼接螺栓的作用下才能够达到一定程度的整体性，组成的隧道维护结构拼接刚度大，抵御各种变形的能力大大提高；由于新型管片之间的搭接长度都是安装理论模型预制的，所以在安装施工时管片更容易精准就位，可以大大减少施工人员的劳动强度，提高工作效率。同时，通过二次注浆孔可以将止水材料直接注入在新型管片拼接缝处，能够形成连续密实的防水、止水带，提高隧道抗渗透能力。

以上所述，仅是发明的较佳实施例，并非对发明作任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于发明技术方案的保护范围内。