一种管片卯榫式盾构隧道结构的制作方法

本发明涉及一种管片卯榫式盾构隧道结构，涉及地铁、铁路、公路、市政、水电管路修建等领域，适用于盾构隧道管片接头结构的设计。

背景技术：

近年来盾构隧道在城市地铁、跨江海隧道等领域中得到了广泛的应用。盾构隧道管片衬砌结构是通过管片接头将管片拼接成环，再通过环间接头将单个管片环连接成管状结构而构成的隧道主体。衬砌结构是盾构隧道的主要支护，而衬砌环作为一个整体，管片接头是其薄弱环节。

目前，盾构隧道管片结构接头多采用内置螺栓连接，并使用弹性密封垫加遇水膨胀橡胶条防水。这种结构通过螺栓连接增加了隧道的整体稳定性，但是由于管片需要预留螺栓孔和安装手孔，受力性能降低，同时也容易形成渗漏水通道。接头防水结构采用的弹性密封垫和遇水膨胀橡胶容易老化，耐久性较差，密封垫用胶水粘结在管片表面，容易脱落，此外，拼装误差、管片错台和张开都会直接导致密封垫的错缝和张开，影响防水效果。

随着城市化进程的推进，越来越多的隧道进行建设和投入使用，为提高隧道管片的施工效率和拼装质量，提高运营期隧道的耐久性和防水性能，研究开发一种方便拼装、受力性能和防水效果良好的管片结构有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种管片卯榫式盾构隧道结构，从而提高拼装效率，增强管片的受力性能和防水效果。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种管片卯榫式盾构隧道结构，所述盾构隧道结构是由多组管片本体拼装而成，所述管片本体的一端纵向断面为圆弧形的榫头结构，另一端断面通过多根锚固钢筋连接有卯头结构；相邻管片本体之间在纵缝通过卯头结构和榫头结构相互卯榫连接；所述卯头结构为通过锚固钢筋与管片本体相固接的预埋钢构件，所述预埋钢构件的外端端面为与榫头结构相配合的凹槽面，且在所述凹槽面内铺贴有gb/sr止水条，在管片本体两侧缘断面中间分别设置有相互配合的凹槽和凸头，相邻的管片本体侧面均通过凹槽和凸头进行卯榫连接，并在凹槽和凸头之间的接触面粘结有gb/sr止水条。

进一步的，本发明所述管片本体的榫头结构的圆弧直径为管片厚度，弧度为180°。

进一步的，本发明所述预埋钢构件为不锈钢材料，边线夹角为3-6°，内凹圆弧直径为管片厚度，弧度为180°，钢构件锚固钢筋直径为16-22毫米，长度为10倍的钢筋直径。

进一步的，本发明所述凹槽的宽度占管片本体侧缘厚度的1/3-1/2，凹槽的深度为管片本体厚度的1/3-1/2；所述凸头的厚度占管片本体侧缘厚度的1/3-1/2，凸头的高度为管片本体厚度的1/3-1/2。

进一步的，本发明所述gb/sr止水条的主体材料为丁基橡胶，厚度为4-10毫米。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明在管片接头处采用凹凸面卯榫设计，管片本身可实现拼装定位，提高了拼装的效率和质量；不需要预留手孔和螺栓孔，避免了对管片受力性能的影响，并充分利用管片本体保证接头的连接强度。

2、本发明管片纵向侧缘预埋不锈钢构件，增强了接头的受力性能，避免了接头因局部受力过大而产生的破损。

3、本发明采用丁基橡胶做防水材料，具有特强的自粘性和优异的耐老化性，可适应管片接头处的微变形。

4、本发明采用接头全截面防水，防水材料沿整个接缝断面铺满，避免了因拼装误差或管片错台引起的局部防水密封失效，保证了不同工况下的防水效果。

附图说明

图1是本发明实施例的管片块间连接结构图；

图2是本发明实施例的管片结构图；

图3是本发明实施例的管片环向接头结构图；

图4是本发明实施例的管片纵向接头预埋钢构件结构图；

其中：1、管片；2、gb/sr止水条；3、预埋钢构件；4、锚固钢筋；5、凹槽；6、凸头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

如图1-4所示，本发明的管片卯榫式盾构隧道结构是由多组管片本体1拼装而成，所述管片本体1的一端纵向断面为圆弧形的榫头结构，另一端断面通过多根锚固钢筋4连接有卯头结构；相邻管片本体之间在纵缝通过卯头结构和榫头结构相互卯榫连接；所述卯头结构为通过锚固钢筋4与管片本体相固接的预埋钢构件3，所述预埋钢构件3的外端端面为与榫头结构相配合的凹槽面，且在所述凹槽面内铺贴有gb/sr止水条2，在管片本体1两侧缘断面中间分别设置有相互配合的凹槽5和凸头6，相邻的管片本体侧面均通过凹槽5和凸头6进行卯榫连接，并在凹槽5和凸头6之间的接触面粘结有gb/sr止水条2；所述管片本体1的榫头结构的圆弧直径为管片厚度，弧度为180°；所述预埋钢构件3为不锈钢材料，边线夹角为3°~6°，内凹圆弧直径为管片厚度，弧度为180°，钢构件锚固钢筋4直径为16~22毫米，长度为10倍的钢筋直径；所述凹槽5的宽度占管片本体侧缘厚度的1/3-1/2，凹槽5的深度为管片本体厚度的1/3-1/2；所述凸头6的厚度占管片本体侧缘厚度的1/3-1/2，凸头的高度为管片本体厚度的1/3-1/2；所述gb/sr止水条2的主体材料为丁基橡胶，厚度为4-10毫米。

本实施例更具体的说：参见图1至图4所示，本发明的管片卯榫式盾构隧道结构主要包括6mm厚的gb/sr丁基止水条2；边线夹角为5°的预埋不锈钢构件3；直径20mm，长20cm的锚固钢筋4；宽/厚度10cm，深/高度10cm的管片环缝凹槽5和凸头6。如图1所示，管片本体直径6m，外径6.6m，管片厚0.3m。管片本体纵向侧缘为凹凸圆弧设计，圆弧直径为0.3m，弧度为180°。纵缝接头一侧预埋不锈钢构件，相邻管片通过凹凸圆弧相互卯榫连接，充分利用了管片自身强度来保证管片的整环受力性能。如图2所示，管片纵向边缘一侧预埋内凹钢构件，内凹圆弧直径为0.3m，弧度为180°，钢构件外侧粘结6mm厚gb/sr丁基止水条，预埋钢构件增强了管片接头强度，避免了接头因局部受力过大而产生的破损。如图3所示，相邻管片本体侧面通过凹凸槽卯榫连接，接头接触面粘结6mm厚gb/sr丁基止水条，利用管片环间卯榫结构提高隧道的整体性，同时可以避免发生环间错台。如图4所示，预埋钢构件通过钢筋锚固于管片混凝土中，钢构件内外边线与管片环弧度保持一致，左右边线所夹角度为5°，弧度设计保证了预埋钢构件处管片圆弧的连续性，锚固钢筋增强了混凝土对钢构件的握裹力，同时使得管片刚度变化均匀，减少应力集中。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种管片卯榫式盾构隧道结构，所述盾构隧道结构是由多组管片本体拼装而成，所述管片本体的一端为圆弧形的榫头结构，另一端断面为卯头结构；相邻管片本体之间在纵缝通过卯头结构和榫头结构相互卯榫连接；所述卯头结构为通过锚固钢筋与管片本体相固接的预埋钢构件，所述预埋钢构件的外端端面为与榫头结构相配合的凹槽面，且在所述凹槽面内铺贴有GB/SR止水条，在管片本体两侧缘断面中间分别设置有相互配合的凹槽和凸头，相邻的管片本体侧面均通过凹槽和凸头进行卯榫连接，并在凹槽和凸头之间的接触面粘结有GB/SR止水条。本发明接头型式简单，施工方便，无螺栓手孔，防水效果好，可减少管片错台，提高拼装质量。

技术研发人员：吕乾乾;李凤远;孙振川;杨振兴
受保护的技术使用者：中铁隧道局集团有限公司;盾构及掘进技术国家重点实验室
技术研发日：2018.09.27
技术公布日：2019.03.22