具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构的制作方法

本发明属于盾构隧道衬砌结构相关技术领域，更具体地，涉及一种具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构。

背景技术：

近年来，随着城市交通拥堵问题的日益严重，越来越多的城市开始进行地铁项目的建设。盾构机因其对环境影响较小，适用于大埋深、高土压、高水压施工，且具有成本低、适用范围广等优点，在城市地铁项目建设中占据了统治地位，且已成为一种不可缺少的隧道通用施工技术。

近三十年来，盾构技术飞速发展，盾构形式多样化，而盾构隧道管片是盾构机构的重要组成部分，盾构隧道管片是由高强度钢筋混凝土浇筑而成的、用于隧道建设的基本模块，基本模块形式将会决定盾构管片拼装速度以及其抗渗水性、稳定性及韧性。因此，一种好的盾构管片形式将会较大程度上促进管片拼装速度，降低了维护成本，然而目前盾构管片大多使用的是螺栓连接管片，螺栓连接容易变形，施工时穿孔较难，同时施工速度较慢，需要消耗大量人力物力。相应地，本领域存在着发展一种成本较低的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构的技术需求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构，其基于现有盾构管片的连接特点，研究及设计了一种成本较低的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构，所述管片结构包括公母插接头连接子组件及公母卡接头连接子组件，所述公母卡接头连接子组件连接于相对的两个矩形端，以将相邻的两个盾构管片进行周向连接；所述公母插接头连接子组件连接相对的两个弧形端，以将相邻的两个盾构管片进行轴向连接，且可同时进行，如此提高了盾构管片的拼装速度，可以实现机械化安装，减少了人工劳动，降低了成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构，所述管片结构包括多个盾构管片及多个刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件，多个所述刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件分别连接多个所述盾构管片以将多个所述盾构管片连接在一起，由此形到管片结构；

所述盾构管片为弧形，其包括两个矩形端及两个弧形端，两个所述矩形端及两个所述弧形端交错形成首尾连接；所述管片结构呈筒状，两个所述矩形端沿所述管片结构的周向设置，两个所述弧形端沿所述管片结构的轴向设置；

所述刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件包括公母插接头连接子组件及公母卡接头连接子组件，所述公母卡接头连接子组件连接于相对的两个矩形端，以将相邻的两个盾构管片进行周向连接；所述公母插接头连接子组件连接相对的两个弧形端，以将相邻的两个盾构管片进行轴向连接；

所述公母插接头连接子组件包括公插接头及母插接头，所述公插接头及所述母插接头分别设置在相对的两个弧形端上，所述公插接头包括t型的第一连接件，所述母插接头形成有t型槽，所述第一连接件卡接于所述t型槽内，使得所述母插接头与所述公插接头相连接，实现了相邻两个盾构管片的轴向连接；安装时，所述第一连接件通过发生弹性变形来进入所述t型槽，进入所述t型槽后，所述第一连接件恢复弹性变形并抵靠在所述t型槽的槽壁上。

进一步地，所述第一连接件是采用弹性材料制成的；所述第一连接件包括两个爪部及两个指状部，两个所述爪部分别连接于两个所述指状部的一端。

进一步地，所述爪部是采用刚性材料制成的。

进一步地，两个所述指状部之间形成有狭缝，两个所述爪部分别位于所述狭缝相背的两侧。

进一步地，所述t型槽包括相连通的凹槽及v型槽，所述指状部收容于所述v型槽，所述爪部收容于所述凹槽，所述凹槽为矩形槽，所述v型槽贯穿所述凹槽的槽壁，所述爪部抵靠在所述凹槽的槽壁上，所述指状部抵靠在所述v型槽的槽壁上。

进一步地，所述母插接头包括承压板、中空圆锥体及垫片，所述中空圆锥体连接于所述承压板，所述承压板收容于所述弧形端内，所述垫片设置在所述承压板上，且其套设在所述中空圆锥体上；所述t型槽开设于所述中空圆锥体。

进一步地，所述公插接头还包括锚固部，所述锚固部收容于对应的所述弧形端内，其连接于所述指状部远离所述母插接头的一端。

进一步地，所述公母卡接头连接子组件包括公卡接头及母卡接头，所述公卡接头卡接于所述母卡接头，所述公卡接头及所述母卡接头分别连接于相对的两个矩形端；所述公卡接头包括第一锚固钢筋、公卡连接件及第一连接杆，所述公卡连接件相背的两端分别连接于所述第一锚固钢筋及所述第一连接杆；所述第一锚固钢筋收容于对应的矩形端内；所述第一连接杆朝向所述母卡接头的一端设置有球状体，所述球状体通过沿所述管片结构的轴向滑动来卡入所述母卡接头以与所述母卡接头相连接。

进一步地，所述母卡接头包括连接部、母卡连接件及第二连接杆，所述连接部呈筒状，其开设有收容槽及开口，所述开口与所述收容槽相连通，且所述开口贯穿所述收容槽的槽壁；所述开口用于供所述第一连接杆穿过，所述收容槽用于收容所述球状体；所述母卡连接件相背的两端分别连接所述连接部及所述第二连接杆。

进一步地，所述球状体的尺寸与所述收容槽的尺寸相对应。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构主要具有以下有益效果：

1.所述公母卡接头连接子组件连接于相对的两个矩形端，以将相邻的两个盾构管片进行周向连接；所述公母插接头连接子组件连接相对的两个弧形端，以将相邻的两个盾构管片进行轴向连接，由此轴向连接及轴向连接可以同时进行，连接简单，提高了盾构管片的拼装速度，降低了成本。

2.所述管片结构无需二次衬砌施工，可以进一步提高盾构隧道的施工速度，降低了成本，缩短了工期。

3.所述第一连接件通过发生弹性变形来进入所述t型槽，进入所述t型槽后，所述第一连接件恢复弹性变形并抵靠在所述t型槽的槽壁上，安装简单，易于实施，且安装过程中产生裂缝较少，可较大程度上降低运营期间维护费用。

4.所述球状体通过沿所述管片结构的轴向滑动来卡入所述母卡接头以与所述母卡接头相连接，周向连接简单，无需复杂工具，可以实现机械化操作，适用性较强。

附图说明

图1是本发明提供的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构的连接分解示意图；

图2是图1中的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构的示意图；

图3是图1中的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构的公母插接头连接子组件的剖视图；

图4是图1中具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构的公母卡接头连接子组件的剖视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-公插接头，1-1-凹槽，1-2-爪部，1-3-狭缝，1-4-指状部，1-5-锚固部，2-母插接头，2-1-承压板，2-2-中空圆锥体，2-3-垫片，3-公卡接头，3-1-第一锚固钢筋，3-2-公卡连接件，3-3-第一连接杆，4-母卡接头，4-1-连接部，4-2-母卡连接件，4-3-第二连接杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构，所述管片结构包括多个盾构管片及多个刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件，多个所述刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件分别连接多个所述盾构管片以将多个所述盾构管片连接在一起，由此形到管片结构。

本实施方式中，所述管片结构为筒状；所述盾构管片是由矩形截面沿弧线拉伸而成的弧形片体，其包括相对设置的两个矩型端及两个弧形端，两个矩型端分别与两个弧形端交替形成首尾连接；多个所述盾构管片的形状不完全相同。

所述刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件包括公母插接头连接子组件及公母卡接头连接子组件，所述公母插接头连接子组件用于相邻两个盾构管片的轴向连接，所述公母卡接头连接子组件用于相邻两个盾构管片的环向连接。

所述公母插接头连接子组件包括公插接头1及母插接头2，所述公插接头1及所述母插接头2分别设置在沿管片结构轴向相邻的两个盾构管片上，由此使得相邻的两个盾构管片轴向连接。

所述公插接头1包括两个爪部1-2、两个指状部1-4及锚固部1-5，所述锚固部5部分地收容于盾构管片。两个所述指状部1-4间隔连接于所述锚固部1-5，且两个所述指状部1-4之间形成有狭缝1-3，所述狭缝1-3便于所述公插接头1插入到所述母插接头2中以实现公插接头1与母插接头2之间的锁死及连接，继而实现相邻盾构管片的轴向连接。两个所述爪部1-2分别连接于两个所述指状部1-4远离所述锚固部1-5的一端，且两个所述爪部1-2的朝向相反。

本实施方式中，所述锚固部1-5通过钢筋锚固在盾构管片中；所述爪部1-2是采用弹性材料制成的，优先地，所述爪部1-2是采用刚性材料制成的；所述指状部1-4是采用弹性材料制成的。

所述母插接头2收容于盾构管片中，其包括承压板2-1、中空圆锥体2-2及垫片2-3，所述承压板2-1连接于所述中空圆锥体2-2，所述垫片2-3设置在所述承压板2-1上，其套设在所述中空圆锥体2-2上。本实施方式中，所述垫片2-3用于防止所述公插接头1插入所述母插接头2后出现空隙，同时起到缓冲作用。

所述中空圆锥体2-2形成有t型槽，所述爪部1-2及所述指状部1-4所组成的第一连接件卡接在所述t型槽内，由此使得所述公插接头1与所述母插接头2相连接。所述t型槽包括相连通的凹槽1-1及v型槽，所述v型槽贯穿所述中空圆锥体2-2远离所述承压板2-1的端部，所述v型槽用于收容所述指状部1-4，所述凹槽1-1用于收容所述爪部1-2。

所述公母卡接头连接子组件包括公卡接头3及母卡接头4，所述公卡接头3卡接于所述母卡接头4中，所述公卡接头3及所述母卡接头4分别连接于在所述管片结构周向上相邻的两个盾构管片，以实现在所述管片结构周向上相邻的两个盾构管片之间的连接。本实施方式中，所述公卡接头3及所述母卡接头4均是铸造成型的，且所述公卡接头3及所述母卡接头4均是一体成型的。

所述公卡接头3包括第一锚固钢筋3-1、公卡连接件3-2及第一连接杆3-3，所述公卡连接件3-2相背的两端分别连接所述第一锚固钢筋3-1及所述第一连接杆3-3，所述第一连接杆3-3远离所述第一锚固钢筋3-1的一端固定有球状体，所述公卡接头3通过所述球状体与所述母卡接头4相卡接。所述第一锚固钢筋3-1收容于盾构管片中。本实施方式中，所述球状体的直径大于所述第一连接杆3-3的直径。

所述母卡接头4收容于盾构管片，其包括连接部4-1、母卡连接件4-2及第二连接杆4-3，所述连接部4-1呈筒状，其与所述球状体相连接。所述母卡连接件4-2相背的两端分别连接所述连接部4-1及所述第二连接杆4-3。本实施方式中，所述连接部4-1开设有收容槽及开口，所述开口与所述收容槽相连通，且所述开口贯穿所述收容槽的槽壁；所述开口用于供所述第一连接杆3-3穿过，所述收容槽用于收容所述球状体，使得所述公卡接头3卡接于所述母卡接头4中；所述球状体的尺寸与所述收容槽的尺寸相对应。

在安装过程中，在所述管片结构的圆周方向上相邻的盾构管片分别安装有所述公卡接头3及所述母卡接头4，对应的所述公卡接头3的球状体沿着所述管片结构的轴向滑动以滑入所述母卡接头4的收容槽内，由此使得所述公卡接头3与所述母卡接头4之间形成榫卯连接，实现对应的相邻管片之间的连接固定，直至完成一环的盾构管片的连接，再将组装呈环状的盾构管片沿着所述管片结构的轴向相连接。具体地，对应的所述公插接头1朝向所述母插接头2移动，当所述公插接头1的爪部1-1进入所述v型槽后，所述狭缝1-3逐渐变小，所述指状部1-4及所述爪部1-2发生弹性变形，直至所述爪部1-2进入所述凹槽1-1，所述爪部1-2恢复弹性变形，两个所述爪部1-2抵靠在所述凹槽1-1的槽壁上，所述指状部1-4抵靠在所述v型槽的槽壁上，由此使得所述第一连接件卡在所述t型槽内，所述公插接头1连接于所述母插接头2，实现了相邻盾构管片的轴向连接，进而实现了整个管片结构的安装。

本发明提供的具有刚性拼装榫卯与公头锁止接头连接组件的管片结构，所述管片结构能够实现快速拼装，可以大大地降低人工操作，实现管片拼装工作的高效化，可以实现盾构管片轴向及周向的同时拼装，从而提高效率，降低了工期，减少了成本。同时，所述管片结构可以提高管片结构的完整性及韧性，减少了裂缝，一定程度上可以降低维护费用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。