用于隧道预制混凝土管片的装配式快速接头及其应用方法与流程

本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种用于隧道预制混凝土管片的装配式快速接头及其应用方法。

背景技术：

管片接头是盾构隧道装配式衬砌管片的重要组成部分，接头的性能、经济性直接决定整个衬砌结构的性能发挥和建设成本。目前国内盾构隧道衬砌基本全都使用螺栓作为连接件，包括短直螺栓、长直螺栓、弯螺栓、斜螺栓等。

螺栓作为连接件安装直观可靠，可以保证要求的紧固力，但是也存在着很多问题：1)使用螺栓作为连接件需要在管片上设置手孔，手孔对混凝土管片造成了削弱，在施工和使用中容易发生管片局部开裂的问题，进而导致渗漏水，影响正常使用和衬砌的耐久性；2)螺栓的紧固基本都是人工作业，耗费大量时间和人力，施工速度慢、工期长。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于隧道预制混凝土管片的装配式快速接头及其应用方法，该装配式快速接头通过将可相互插接锁止的接头连接结构分别预埋于预制混凝土管片两侧的块间拼接端面上以及前后两端的环间拼接端面上，从而实现管片之间以及管节之间的快速可靠拼装，解决了使用螺栓作为连接件存在的问题。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于隧道预制混凝土管片的装配式快速接头，涉及环间装配式快速接头以及块间装配式快速接头，所述环间装配式快速接头包括环间公接头以及环间母接头；所述环间公接头的一端为公接头连接件，其另一端为变截面插头；所述环间母接头的一端开设有与所述变截面插头相适配的连接凹槽，其另一端设置有母接头连接件；所述连接凹槽的内壁设置有若干楔形滑块；所述连接凹槽的底部设置有楔形滑块推动机构。

所述公接头连接件垂直埋设于隧道预制混凝土管片的环间拼接端面内，所述公接头连接件的端部设置有与所述隧道预制混凝土管片内的结构连接筋相适配的内螺纹。

所述变截面插头包括与所述公接头连接件固定连接的柱体部分以及截面自内向外逐渐变大的变截面端头，所述变截面端头呈四棱锥形。

所述连接凹槽自外向内依次包括呈四棱锥形的变截面凹槽以及定截面凹槽，所述变截面凹槽的截面自外向内逐渐扩大，构成滑动斜坡面；所述楔形滑块设置于所述变截面凹槽内壁与所述变截面端头外壁面之间的间隙内，所述楔形滑块的小厚度端朝向所述变截面凹槽的开口，所述楔形滑块的大厚度端抵靠在位于所述定截面凹槽内的所述楔形滑块推动机构上。

所述楔形滑块推动机构包括挡板以及推动弹簧；所述推动弹簧设置在所述挡板以及所述定截面凹槽的底面之间。

所述环间母接头垂直埋设于隧道预制混凝土管片的环间拼接端面内，所述母接头连接件的端部设置有与所述隧道预制混凝土管片内的结构连接筋相适配的内螺纹。

所述块间装配式快速接头包括块间公接头以及块间母接头，所述块间公接头的底端垂直埋设在隧道预制混凝土管片的块间拼接端面内；所述块间公接头的顶面设置有t型接头；所述块间母接头的顶面开设有与所述t型接头相适配的t型凹槽；所述块间母接头的底端垂直埋设在隧道预制混凝土管片的块间拼接端面内。

一种用于隧道预制混凝土管片的装配式快速接头的应用方法，其特征在于包括以下步骤：在制作隧道预制混凝土管片的过程中，分别将块间装配式快速接头以及环间装配式快速接头预埋在块间拼接端面以及环间拼接端面内；将相邻隧道预制混凝土管片的块间公接头以及块间母接头连接在一起，形成环形的隧道预制混凝土管节；将相邻的所述隧道预制混凝土管节之间的环间公接头以及所述环间母接头连接在一起，在连接过程中将相应的变截面插头插入连接凹槽内部。

在所述变截面插头插入所述连接凹槽的过程中，所述变截面插头的端面将楔形滑块以及楔形滑块推动机构向所述连接凹槽的底部推动；当所述变截面插头插设至指定位置的过程中，所述变截面插头与所述连接凹槽内的变截面凹槽内壁之间的间隙逐渐增大，所述楔形滑块推动机构的挡板在其所抵靠的推动弹簧的回弹力作用下推动各所述楔形滑块插入所述变截面插头的侧面和所述连接凹槽内壁之间的空隙内，并形成锁死结构。

本发明的优点是，通过块间装配式快速接头以及环间装配式快速接头可以快速的将隧道预制混凝土管片拼装成隧道；采用插接的连接结构可以包容一定程度的施工误差，且插接的连接结构具有良好的承载弯矩的能力，有利于提高管片环向刚度。

附图说明

图1为本发明中的隧道预制混凝土管节的连接处的局部剖视图；

图2为本发明中的隧道预制混凝土管片的连接处的局部剖视图；

图3为本发明中的图1中a处的局部放大图；

图4为本发明中的图2中b处的局部放大图；

图5为本发明中的环间公插头的剖视图；

图6为本发明中的环间母插头的剖视图。

图7为本发明中的环间装配式快速接头连接过程中的示意图；

图8为本发明中的块间公接头的剖视图；

图9为本发明中的块间公接头的侧视图；

图10为本发明中的块间母接头的剖视图；

图11为本发明中的块间母接头的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-11，图中标记1-26分别为：环间装配式快速接头1、块间装配式快速接头2、隧道预制混凝土管片3、隧道预制混凝土管节4、环间公接头5、环间母接头6、公接头连接件7、变截面插头8、连接凹槽9、母接头连接件10、楔形滑块11、楔形滑块推动机构12、结构连接筋13、柱体部分14、变截面端头15、变截面凹槽16、定截面凹槽17、挡板18、推动弹簧19、块间公接头20、块间母接头21、顶面22、顶面23、t型接头24、t型凹槽25、限位挡板26。

实施例：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种用于隧道预制混凝土管片的装配式快速接头，具体涉及一种环间装配式快速接头1以及块间装配式快速接头2；块间装配式快速接头2用于将隧道预制混凝土管片3连接成环形的隧道预制混凝土管节4，环间装配式快速接头1用于将隧道预制混凝土管节4连接在一起构成隧道。

如图3、5、6所示，环间装配式快速接头1包括环间公接头5以及环间母接头6；环间公接头5的一端为公接头连接件7，其另一端为变截面插头8；环间母接头6的一端开设有与变截面插头8相适配的连接凹槽9，其另一端设置有母接头连接件10；连接凹槽9的内壁设置有若干楔形滑块11；连接凹槽9的底部设置有楔形滑块推动机构12。

如图3、5所示，公接头连接件7以及环间母接头6均垂直埋设于隧道预制混凝土管片3的环间拼接端面内，公接头连接件7以及环间母接头6的母接头连接件10的端部均设置有与隧道预制混凝土管片3内的结构连接筋13相适配的内螺纹。在浇筑隧道预制混凝土管片3之前，需要将环间公接头5以及环间母接头6分别通过公接头连接件7以及母接头连接件10与隧道预制混凝土管片3内的结构连接筋13连接；通过与结构连接筋进行连接，可以方便的将环间公接头5以及环间母接头6预埋在隧道预制混凝土管片3的预设位置。

如图5所示，变截面插头8由高强度不锈钢制成，变截面插头8包括与公接头连接件7固定连接的柱体部分14以及截面自内向外逐渐变大的变截面端头15，所述变截面端头15呈四棱锥形。本实施例中，变截面端头15、柱体部分14以及公接头连接件7三者同轴设置。

如图3、6所示，连接凹槽9自外向内依次包括呈四棱锥形的变截面凹槽16以及定截面凹槽17，变截面凹槽16的截面自外向内逐渐扩大，构成滑动斜坡面；楔形滑块11设置于变截面凹槽16内壁与变截面端头15外壁面之间的间隙内，楔形滑块11的小厚度端朝向变截面凹槽16的开口，楔形滑块11的大厚度端抵靠在位于定截面凹槽17内的楔形滑块推动机构12上。变截面凹槽16的开口的面积大于变截面端头15的端面面积；楔形滑块推动机构12包括设置在定截面凹槽17内的挡板18以及设置在挡板18与定截面凹槽17底面之间的推动弹簧19；推动弹簧19可以通过推动挡板18，进而推动楔形滑块11沿着变截面凹槽16的内壁向变截面凹槽16的开口滑动。

如图3、5、6所示，在本实施例中，楔形滑块11的数目为四，四个楔形滑块11分别位于四棱锥形的变截面凹槽16的四个内壁；在环间公接头5的变截面插头8插入环间母接头6的连接凹槽9后，楔形滑块11插入变截面插头8的变截面端头15与变截面凹槽16之间的空隙内，构成锁死结构，使得环间公接头5和环间母接头6之间无法分离。

如图2、4、8、9、10、11所示，块间装配式快速接头2包括块间公接头20以及块间母接头21，块间公接头20的底端垂直埋设在隧道预制混凝土管片3的块间拼接端面内；块间公接头20的顶面22设置有t型接头24；块间母接头21的顶面23开设有与t型接头24相适配的t型凹槽25；块间母接头21的底端垂直埋设在隧道预制混凝土管片3的块间拼接端面内。

如图8、9、10、11所示，在本实施例中，块间公接头20以及块间母接头21的底面均设置有两个具有内螺纹的螺栓孔；螺栓孔用于连接隧道预制混凝土管片3内的结构连接筋13。t型凹槽25的延伸方向与块间母接头21的顶面23平行；在本实施例中，t型凹槽25与t型接头24均为互相适配的楔形结构；t型凹槽25的尖端设置有限位挡板26，t型凹槽25的另一端设置有开口，t型接头24从所述开口插入t型凹槽25内部。

本实施例还涉及一种所述用于隧道预制混凝土管片的装配式快速接头的应用方法，该方法包括以下步骤：

1）如图1、2、5、6、8、10所示，在制作隧道预制混凝土管片3的过程中，分别将块间装配式快速接头2以及环间装配式快速接头1分别预埋在各隧道预制混凝土管片3的块间拼接断面以及环间拼接端面内；具体的在浇筑隧道预制混凝土管片3之前，分别将环间公接头5、环间母接头6、块间公接头20以及块间母接头21连接在隧道预制混凝土管片3的结构连接筋13，随后浇筑混凝土，将上述各接头预埋在隧道预制混凝土管片3内部。在本实施例中，块间拼接断面与隧道的轴线方向平行；环间拼接断面与隧道的轴线方向垂直。

2）如图2、4所示，将相邻的各隧道预制混凝土管片3的块间公接头20以及块间母接头21连接在一起；在连接过程中，依次将t型接头24插入相对应的t型凹槽25内部，各隧道预制混凝土管片3可通过块间装配式快速接头2连接成环状的隧道预制混凝土管节4。

3）如图1、3所示，将相邻的隧道预制混凝土管节4之间的环间公接头5以及环间母接头6连接在一起，在连接过程中将相应的变截面插头8插入连接凹槽9内部。

如图5、6、7所示，变截面插头8插入连接凹槽9的过程中，变截面插头8的端面将楔形滑块11以及楔形滑块推动机构12向连接凹槽9的底部推动；当变截面插头8插设至指定位置的过程中，变截面插头8的变截面端头15与连接凹槽9内的变截面凹槽16的内壁之间的间隙逐渐增大，楔形滑块推动机构12的挡板18在其所抵靠的推动弹簧19的回弹力作用下推动各楔形滑块11插入变截面端头15的侧面和连接凹槽9内壁之间的空隙内，并形成锁死结构；在变截面端头15的端面边缘设置有倒角结构，倒角结构可以起到导向作用，便于楔形滑块11插入变截面端头15与连接凹槽9内壁之间的空隙。

本实施例的有益技术效果为：通过块间装配式快速接头以及环间装配式快速接头可以快速的将隧道预制混凝土管片拼装成隧道；采用插接的连接结构可以包容一定程度的施工误差，且插接的连接结构具有良好的承载弯矩的能力，有利于提高管片环向刚度。