一种盾构隧道管片环间自动连接结构及施工方法与流程

本发明涉及盾构隧道管片连接领域，尤其涉及一种盾构隧道管片环间自动连接结构及施工方法。

背景技术：

日本最先开发了多种型式的管片接缝自动连接接头，国内有部分单位参照日本技术进行了少量的试验与研究，在个别案例中进行了应用，其管片环间采用插入式接头，如图1，主要包含球型插头101、预埋钢管202及弹性外壳303。

上述连接方式减少了在管片拼装现场的人工作业，节省了拼装时间。但接头部件与管片混凝土为固定连接，且连接螺栓的刚度大，对管片制作精度、接头部件安装精度、管片拼装精度要求极高。而管片制作误差、接头部件安装误差、管片拼装误差是不可避免的，在很小的施工误差下，现有技术即会造成接头部件和管片混凝土产生很大的局部应力，甚至开裂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种盾构隧道管片环间自动连接结构，至少解决了现有技术中的部分问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种盾构隧道管片环间自动连接结构，包括若干管片本体，所述管片本体的一端设有雄接头，所述管片本体的另一端设有雌接头，各所述管片本体通过所述雄接头和雌接头依次拼装，所述雄接头包括螺杆、螺帽、垫板、螺帽盖板，所述垫板和螺帽盖板均浇筑于管片混凝土内，所述螺帽盖板和垫板围合成的腔体内设有收容螺帽的收容腔，所述垫板上设有供螺杆伸入收容腔与螺帽螺纹连接的开孔，所述雄接头还包括用于压紧螺帽与垫板且可调整螺帽盖板与螺帽之间挤压力的连接件，所述螺帽盖板和垫板通过连接件相连，所述雌接头包括供相邻的螺杆插入通过挤压咬合形成纵向连接的套筒，套筒浇筑于管片混凝土内。

作为优选，所述螺杆与螺帽相连的一端为直杆形，螺杆的另一端为锥形，所述套筒设有与螺杆的另一端配合的锥形开孔，所述套筒的内壁上设有便于与螺杆螺纹挤压连接的内螺纹。

作为优选，所述套筒供相邻螺杆伸入的一端设有方便螺杆伸入套筒的导入槽，导入槽浇筑于管片混凝土内。

作为优选，所述套筒背离导入槽的一端设有若干雌接头锚筋，所述雌接头锚筋锚固于管片混凝土内。

作为优选，所述雌接头还包括环形橡胶板，所述环形橡胶板包覆所述套筒的外壁上。

作为优选，所述连接件为连接螺栓。

作为优选，所述收容腔沿管片本体拼装方向的深度小于螺帽沿管片本体拼装方向的高度。

作为优选，所述雄接头还包括雄接头锚筋，所述雄接头锚筋锚固于管片混凝土内，所述雄接头锚筋与所述垫板相连。

作为优选，所述螺帽盖板为棱柱体、圆柱体或圆锥体。

本发明还提供一种盾构隧道管片环间自动连接结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、根据所需要的接头强度及施工误差选择各部件材料，计算各部件的尺寸；

s2、接头各部件按规定的材料与尺寸进行加工制作；

s3、将雄接头锚筋与垫板连接；

s4、将螺帽与螺杆连接，并穿过垫板；

s5、将螺帽盖板盖住螺帽，通过连接螺栓连接螺帽盖板与垫板，并通过控制连接螺栓的扭矩调整螺帽盖板与螺帽的挤压力，便于螺帽在螺帽盖板内移动；

s6、将上述连接好的雄接头按规定位置浇筑于管片混凝土内；

s7、将雌接头的导入槽与套筒焊接；

s8、将雌接头锚筋与套筒焊接；

s9、将环形橡胶板紧套在带有锚筋的套筒外；

s10、将上述连接的雌接头按规定位置浇筑于管片混凝土内；

s11、通过雄接头和雌接头进行管片拼装；

s12、通过管片拼装机或盾构千斤顶将雄接头压入雌接头内；

s13、施工完成。

本发明具有以下有益效果：

1、在本发明中，由于雄接头的垫板有圆形开孔，螺杆前部为锥形，雌接头套筒有圆柱体导入槽，套筒端部为锥形，因而接头能够适应管片拼装时的施工误差和管片制作时接头的安装误差，大幅降低施工难度，并减少局部应力。

2、本发明结构件简单，便于制作与加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有的管片环间采用的插入式接头示意图；

图2为本发明实施例提供的雄接头示意图；

图3为本发明实施例提供的雌接头示意图；

图4为本发明实施例提供的施工步骤中管片预埋雌接头和雄接头的示意图；

图5为本发明实施例提供的施工步骤中向雄接头中拧入螺杆的示意图；

图6为本发明实施例提供的施工步骤中管片拼装的示意图；

图7为本发明实施例提供的施工步骤中管片推入的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图7，本发明实施例提供一种盾构隧道管片环间自动连接结构，包括若干管片本体12，所述管片本体12的一端设有雄接头13，所述管片本体的另一端设有雌接头14，各所述管片本体通过所述雄接头13和雌接头14依次拼装，所述雄接头13包括螺杆1、球形螺帽2、垫板3、螺帽盖板4，所述垫板3和螺帽盖板4均浇筑于管片混凝土11内，所述螺帽盖板4和垫板3围合成的腔体内设有收容球形螺帽2的收容腔，所述垫板3上设有供螺杆1伸入收容腔与球形螺帽2螺纹连接的开孔，所述雄接头13还包括用于压紧球形螺帽2与垫板3且可调整螺帽盖板4与球形螺帽2之间挤压力的连接件，所述螺帽盖板4和垫板3通过连接件相连，所述连接件为连接螺栓5，所述雌接头14包括供相邻的螺杆1插入通过挤压咬合形成纵向连接的套筒8，套筒8浇筑于管片混凝土11内。

所述螺杆1与球形螺帽2相连的一端为直杆形，螺杆1的另一端为锥形，所述套筒8设有与螺杆1的另一端配合的锥形开孔，所述套筒8的内壁上设有便于与螺杆1螺纹挤压连接的内螺纹。所述套筒8供相邻螺杆伸入的一端设有方便螺杆1伸入套筒8的导入槽7，导入槽7浇筑于管片混凝土11内，导入槽7和套筒8焊接。所述套筒8背离导入槽7的一端设有若干雌接头锚筋10，所述雌接头锚筋10锚固于管片混凝土11内，雌接头锚筋10与套筒8焊接。所述雌接头14还包括环形橡胶板9，所述环形橡胶板9包覆所述套筒8的外壁上。

所述收容腔沿管片本体拼装方向的深度小于球形螺帽2沿管片本体拼装方向的高度，便于螺帽盖板4能够通过连接螺栓5压紧球形螺帽2。

所述雄接头13还包括雄接头锚筋6，所述雄接头锚筋6锚固于管片混凝土11内，所述雄接头锚筋6与所述垫板3焊接或螺栓连接。

本发明提供一种盾构隧道管片环间自动连接结构，在保证接头自动连接的前提下，接头部件能自动适应管片制作、接头部件安装、管片拼装等方面的误差，本发明适用于盾构隧道管片环与环之间的连接。

在本发明中，由于雄接头的垫板3有圆端形开孔，螺杆1前部为锥形，雌接头套筒8有圆柱体导入槽7，套筒8端部为锥形，因而接头能够适应管片拼装时的施工误差和管片制作时接头的安装误差，大幅降低施工难度，并减少局部应力。

本发明结构件简单，便于制作与加工。

本发明提供一种盾构隧道管片环间自动连接结构，包括雄接头和雌接头，雄接头由一端为直杆形一端为锥形且带有螺纹的螺杆1、螺杆端部的球形螺帽2、带圆形开孔的垫板3，螺帽盖板4(其形状可以为棱柱体、圆柱体或圆锥体等)、螺帽盖板4与垫板3的连接螺栓5、雄接头锚固于管片混凝土11内的雄接头锚筋6等组成。

雌接头由圆柱体导入槽7、带有内锥形且有内螺纹的套筒8、包裹套筒侧壁的环形橡胶板9、套筒锚固于管片混凝土11内的雌接头锚筋10等组成。

雄接头螺杆1插入雌接头套筒8时，螺杆1与套筒8之间产生挤压力，螺纹1和套筒8产生变形，使螺杆1与套筒8咬合，形成一个整体。各部件尺寸与材料等应根据具体工程所需要的接头强度进行计算确定。

本发明中各部件功能：

①雄接头的螺杆1和雌接头的套筒8，通过挤压后咬合形成纵向连接。

②雄接头螺杆1端部的球形螺帽2的作用，一是便于在棱柱体盖板4内移动，二是传递螺杆连接时的挤压力和使用阶段的拉力。

③带圆形开孔的垫板3是便于螺杆1与球形螺帽2的移动，垫板3的圆孔直径大于螺杆1的直径，△d为适应变形量，一般不大于10mm，可以自动适应各种误差，消除误差带来的拼装困难问题。

④螺帽盖板4及垫板3的连接螺栓5的作用是压紧球形螺帽2与垫板3，便于传递拼装时的挤压力，且通过控制连接螺栓5的扭矩，可以调整螺帽盖板4与球形螺帽2之间的挤压力，便于球形螺帽2和螺杆1的移动。需注意的是，螺帽盖板4的深度应略小于球形螺帽2的高度，便于螺帽盖板4能够通过连接螺栓5压紧球形螺帽2。

⑤雌接头的套筒8的锥形开孔是为了适用各种误差，便于将螺杆1导入套筒8内；套筒8内的螺纹是便于与螺杆1螺纹挤压连接。雌接头的深略大于雄接头的外露螺杆长，便于压紧。

⑥套筒外的环形橡胶板9是便于螺杆1挤压套筒8时，套筒8产生外张变形，防止套筒8外张变形对管片混凝土11产生过大的拉应力。

⑦雄接头锚筋6和雌接头锚筋10的作用是连接接头与管片混凝土11，将使用阶段接头的拉力传递至管片混凝土11内。

本发明还提供了一种盾构隧道管片环间自动连接结构的施工方法，包括以下步骤：

1)根据所需要的接头强度及施工误差(包含管片制作误差、接头部件安装误差、管片拼装误差)选择各部件材料，计算各部件的尺寸；

2)接头各部件按规定的材料与尺寸进行加工制作；

3)将雄接头锚筋6与垫板3连接(根据计算选择焊接或螺栓连接均可)；

4)将球形螺帽2与螺杆1连接，并穿过垫板3；

5)将螺帽盖板4盖住球形螺帽2，通过连接螺栓5连接螺帽盖板4与垫板3，并通过控制连接螺栓5的扭矩调整螺帽盖板4与球形螺帽2的挤压力，便于球形螺帽2在螺帽盖板4内移动；

6)将上述连接好雄接头按规定位置浇筑于管片混凝土11内；

7)将雌接头的圆柱体导入槽7与圆锥形套筒8焊接；

8)将雌接头锚筋10与圆锥形套筒8焊接；

9)将环形橡胶板9紧套在带有锚筋的套筒8外；

10)将上述连接的雌接头按规定位置浇筑于管片混凝土11内；

11)通过雄接头和雌接头进行管片拼装；

12)通过管片拼装机或盾构千斤顶将雄接头压入雌接头内；

13)施工完成。

图6-图7中的箭头方向15代表盾构掘进方向。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。