适应盾构隧道纵向沉降的波纹钢板复合管片的制作方法

本实用新型属于地下结构工程技术领域，具体涉及一种适应盾构隧道纵向沉降的波纹钢板复合管片。

背景技术：

盾构隧道广泛地应用于地铁工程、地下综合管廊、给排水通道及其他交通工程（如高铁、公路等），然而，盾构隧道在纵向上为细长结构，其纵向刚度非常小，且在如此长的范围内，不均匀沉降是不可避免的。

当盾构隧道发生不均匀沉降时，将导致隧道发生较大的内力，轻者使盾构隧道的环缝发生张开，从而导致隧道结构发生渗漏水，甚至漏泥漏砂；重者则使隧道环缝连接螺栓受拉破坏或环缝连接螺栓周围混凝土破损开裂。隧道不均匀沉降尤其在软地区较易发生，在地层中存在地裂缝（如西安）的情况时，隧道也易出现不均匀沉降与变形。

波纹钢板所形成的波纹钢管具有可良好地适应管道纵向不均匀沉降，但现有技术中，将波纹钢板加工为波纹钢管，因波纹钢管仅为单层波纹钢板，导致波纹钢管的横向抗弯刚度小，易发生横椭圆变形，且波纹钢管很难与盾构隧道管片环进行良好的连接而保证不发生结构渗漏水；此外，即使波纹钢管与盾构隧道管片环进行连接时，因两者横向变形刚度相差过大，在土压力作用下易发生不协调的横向变形，波纹钢管与盾构隧道管片环在连接处易发生应力过大。

在有的工程应用中，为了增加波纹钢管（拱）结构的抗弯刚度，而在波纹钢管（拱）外侧填充混凝，但是这种结构无法实现波纹钢板在盾构隧道纵向上的伸缩，因此无法适应盾构隧道的纵向不均匀沉降。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种适应盾构隧道纵向沉降的波纹钢板复合管片，该波纹钢板复合管片由内、外弧面波纹钢板组合而成，通过将其拼装形成波纹钢板复合管片环，并与钢筋混凝土管片环进行连接，从而在基本未减小盾构隧道管片环横向刚度的同时，大大地减小了盾构隧道因纵向不均匀沉降而导致的内力。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种适应盾构隧道纵向沉降的波纹钢板复合管片，其特征在于所述波纹钢板复合管片包括内弧面波纹钢板与外弧面波纹钢板以及设置于两者之间的至少三道肋板，所述内弧面波纹钢板与所述外弧面波纹钢板在隧道纵向上的两端部分别通过端部板焊接连接。

所述内弧面波纹钢板或所述外弧面波纹钢板为防腐蚀钢板，尺寸参数为：波距l为50-250mm，波高d为10-60mm，壁厚t为2-8mm，转角半径r为150-600mm。

所述内弧面波纹钢板或所述外弧面波纹钢板的两侧缘部沿隧道纵向间隔开设有若干螺栓孔，所述内弧面波纹钢板上还开设有一供螺栓拧紧工具通过的小孔。

所述端部板的内径与外径尺寸同盾构隧道的钢筋混凝土管片的内径与外径尺寸相同，所述端部板为防腐蚀钢板。

所述端部板的厚度为5-8cm，其上具有与相邻盾构隧道的钢筋混凝土管片端部相匹配的防水密封垫槽，并具有与相邻盾构隧道的钢筋混凝土管片相连接的螺栓孔。

所述肋板垂直于盾构隧道的轴线方向设置，其内弧面和外弧面分别同所述内弧面波纹钢板以及外弧面波纹钢板焊接。

所述肋板为光面防腐蚀钢板，其厚度为0.5-2cm，其内径与外径尺寸同盾构隧道的钢筋混凝土管片的内径与外径尺寸相同。

一种涉及上述任一所述适应盾构隧道纵向沉降的波纹钢板复合管片的拼装方法，其特征在于所述拼装方法包括以下步骤：将若干块所述波纹钢板复合管片拼装成波纹钢板复合管片环；在盾构隧道中，每间隔10-30m布设有一环所述波纹钢板复合管片环，将所述波纹钢板复合管片环与相邻的钢筋混凝土管片环通过环缝连接螺栓连接。

将若干块所述波纹钢板复合管片拼装成所述波纹钢板复合管片环的方法为：选择若干块所述波纹钢板复合管片以及一波纹钢板复合管片封顶块；将环向相邻的所述波纹钢板复合管片的侧边缘之间进行径向叠合，叠合段内设置有防水密封垫，所述叠合段通过螺栓进行连接固定；在完成各所述波纹钢板复合管片的拼装后，将所述波纹钢板复合管片封顶块径向插入环向相邻的所述波纹钢板复合管片的间隙内并使相邻的侧边缘之间进行径向叠合，从而拼装构成呈整体的所述波纹钢板复合管片环。

所述径向叠合是指将环向相邻的其中一所述波纹钢板复合管片上的外弧面钢板侧边缘、内弧面钢板侧边缘分别对应叠加于另一所述波纹钢板复合管片的外弧面钢板侧边缘上、内弧面钢板侧边缘上。

本实用新型的优点是，在盾构隧道发生纵向不均匀沉降时，波纹钢板复合管片通过内、外弧面波纹钢板的伸缩，实现波纹钢板复合管片环不同的楔形量，隧道的纵向内力影响很小，从而有效地避免盾构隧道发生环缝渗漏水，甚至漏泥漏砂，也可以防止盾构隧道环缝连接螺栓受拉破坏或环缝连接螺栓周围混凝土破损开裂；同时，内、外弧面波纹钢板因波纹的存在，在实现钢板可伸缩之外，还加大了钢板在隧道横向上的抗弯刚度，同时在内、外弧面波纹钢板之间加上肋板，再进一步加大了波纹钢板复合管片环的横向刚度，且不影响内、外弧面波纹钢板的伸缩，实用价值非常高。

附图说明

图1为本实用新型中波纹钢板复合管片的轮廓示意图；

图2为本实用新型中波纹钢板复合管片上的外弧面波纹钢板示意图；

图3为本实用新型中波纹钢板复合管片上的内弧面波纹钢板示意图；

图4为本实用新型中波纹钢板复合管片上的端部板示意图；

图5为本实用新型中波纹钢板复合管片内的肋板示意图；

图6为本实用新型中波纹钢板的参数示意图；

图7为本实用新型中波纹钢板复合管片与封顶块拼接成的管片环示意图；

图8为本实用新型中波纹钢板复合管片封顶块与环向相邻的波纹钢板复合管片放置到位的示意图；

图9为本实用新型中波纹钢板复合管片封顶块与环向相邻的波纹钢板复合管片完成连接的示意图；

图10为本实用新型中波纹钢板复合管片的端部钢板上的防水密封垫槽示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型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1-10，图中标记1-11分别为：波纹钢板复合管片1、内弧面波纹钢板2、外弧面波纹钢板3、端部板4、肋板5、波纹钢板复合管片封顶块6、波纹钢板复合管片环7、防水密封垫8、螺母9、螺栓10、防水密封垫槽11。

实施例：如图1-9所示，本实施例具体涉及一种适应盾构隧道纵向沉降的波纹钢板复合管片及其拼装方法，该波纹钢板复合管片包括内弧面波纹钢板2、外弧面波纹钢板3以及设置于两者之间的至少三道肋板5，内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3在隧道轴向上的两端部（即环面上）分别通过端部板4焊接连接。

如图1-5所示，本实施例中的内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3均为具有波纹的钢板，且具有较强的防腐蚀性能，在内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3的两侧边缘处沿轴向间隔开设有若干螺栓孔，且在内弧面波纹钢板2上开设有一小孔（图中未示出）供螺栓拧紧工具贯穿通过；内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3的作用是在盾构隧道发生均匀沉降时，内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3可以伸缩，且波纹的存在，加大了波纹钢板复合管片1在盾构隧道横向上的抗弯及抗压刚度。如图6所示，本实施例中内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3的尺寸参数选择如下：波距l为50-250mm，波高d为10-60mm，壁厚t为2-8mm，转角半径r为150-600mm。其中，各参数的定义如下，波距l：相邻个波峰之间的距离；波高d：波峰与波谷之间的垂直高度；壁厚t：波纹钢管的壁厚或波纹板件的板厚；转角半径r：波峰、波谷处的内圆半径。

如图1-5所示，本实施例中内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3之间设置有多道肋板5，肋板5的内弧面和外弧面分别同内弧面波纹钢板2和外弧面波纹钢板3焊接连接，且肋板5具体是垂直于盾构隧道的轴线方向设置的；其中，肋板5为光面钢板，壁厚0.5-2.0cm，具有较强的防腐蚀性能，其内径与外径尺寸同盾构隧道中的钢筋混凝土管片的内径与外径尺寸相同。肋板5的主要作用是加大波纹钢板复合管片1在盾构隧道横向上的抗弯刚度，防止内、外弧面波纹钢板2、3内凹变形，同时不影响内、外弧面波纹钢板2、3在盾构隧道轴向上的伸缩。

如图1-5以及10所示，端部板4分别设置于波纹钢板复合管片1在盾构隧道轴向上的两端部，端部板4的厚度为5-8cm，具有较强的防腐蚀性能，其上具有与相邻盾构隧道的钢筋混凝土管片端部相匹配的防水密封垫槽11，且在其上开设有若干螺栓孔用于同相邻盾构隧道的钢筋混凝土管片端部进行螺栓连接。

如图1-9所示，本实施例中适应盾构隧道纵向沉降的波纹钢板复合管片的拼装方法具体包括如下步骤：

（1）将各波纹钢板复合管片1拼装成波纹钢板复合管片环7：

将环向相邻的波纹钢板复合管片1的侧边缘部进行径向叠合，所谓的径向叠合具体是指：将环向相邻一侧的波纹钢板复合管片1上的内弧面波纹钢板2侧缘部以及外弧面波纹钢板3侧缘部分别对应叠加在环向相邻另一侧波纹钢板复合管片1上的内弧面波纹钢板2侧缘部上和外弧面波纹钢板3侧缘部上；相互叠加的侧缘部构成叠合段，在叠合段内设置有防水密封垫8用于防止漏水；

在完成径向叠合之后，提前在环向相邻外弧面波纹钢板3侧缘部之间的叠合段外部的外弧面波纹钢板3外表面上固定螺母9，并在叠合段内部的外弧面波纹钢板3内表面上固定螺母9和螺栓10；此外，提前在内弧面波纹钢板2侧缘部之间的叠合段外部的内弧面波纹钢板2外表面上固定螺母9；待波纹钢板复合管片1放置到位后，通过内弧面波纹钢板2上所预留的小孔伸入螺栓拧紧工具从而拧紧螺栓10，之后封堵该小孔，完成环向相邻的波纹钢板复合管片1上外弧面波纹钢板3之间的连接，同时通过拧紧螺栓10完成环向相邻的波纹钢板复合管片1上的内弧面波纹钢板2之间的连接；

按照前述的方法依次完成各波纹钢板复合管片1之间的拼装，最后将波纹钢板复合管片封顶块6径向插入相邻的波纹钢板复合管片1之间，具体的连接方法与前述的相同，直至完成波纹钢板复合管片环7的安装；需要说明的是，本实施例中的波纹钢板复合管片封顶块6的外弧面波纹钢板的弧长小于内弧面波纹钢板的弧长，以便于波纹钢板复合管片封顶块6能够以径向插入的方式进行叠合安装。

（2）在完成波纹钢板复合管片环7的安装之后，为适应盾构隧道的纵向不均匀沉降，波纹钢板复合管片1所形成的波纹钢板复合管片环7在盾构隧道上的布设间距根据隧道预计的不均匀沉降确定，建议布设间距10-30m（因为由波纹钢板复合管片1所拼装成的波纹钢板复合管片环7的造价预计较高，且在盾构隧道施工时，其拼装相对于钢筋混凝土管片而言更为复杂，因此，仅在盾构隧道一定长度上安装一环波纹钢板复合管片环7即可使盾构隧道良好的适应纵向不均匀沉降），将波纹钢板复合管片环7与相邻的钢筋混凝土管片环通过环缝连接螺栓进行连接，环缝连接螺栓在管片环7一端的长度根据实际情况确定。

本实施例的有益效果在于：在盾构隧道发生纵向不均匀沉降时，波纹钢板复合管片通过内、外弧面波纹钢板的伸缩，实现波纹钢板复合管片环不同的楔形量，隧道的纵向内力影响很小，从而有效地避免盾构隧道发生环缝渗漏水，甚至漏泥漏砂，也可以防止盾构隧道环缝连接螺栓受拉破坏或环缝连接螺栓周围混凝土破损开裂；同时，内、外弧面波纹钢板因波纹的存在，在实现钢板可伸缩之外，还加大了钢板在隧道横向上的抗弯刚度，同时在内、外弧面波纹钢板之间加上肋板，再进一步加大了波纹钢板复合管片环的横向刚度，且不影响内、外弧面波纹钢板的伸缩，实用价值非常高。