一种单管双洞矩形盾构隧道的衬砌结构及其拼装方法
【技术领域】
[0001]本发明属于盾构隧道技术领域，尤其涉及一种单管双洞矩形盾构隧道的衬砌结构及其拼装方法。
【背景技术】
[0002]盾构隧道技术由于具有对周围环境影响小、机械化施工速度快、适于各种埋深、安全性高等特点，在城市建筑密集区和水下隧道工程中得到广泛的应用。目前国内采用盾构法施工的隧道大多采用圆环形衬砌，此种圆环形衬砌具有预制拼装简单、结构受力好等优点；但是圆环形隧道衬砌结构在内部空间利用率上并不高，隧道顶底部和两侧均存在较多未利用区域，特别在单管双洞隧道中由于隧道直径太大，空间利用率更低；圆环形隧道衬砌为满足使用阶段内部空间的限界要求，直径往往都很大，在地下水浮力的作用下，对上部覆土厚度也有较高要求；从断面的有效利用率看，矩形隧道断面比圆形断面更合理，在有效面积相同的条件下，显然矩形断面的外包尺寸比圆环形隧道外包尺寸要更小，占用地下空间更少，隧道顶覆土厚度要求更小。在地下空间狭窄、隧道覆土较小或者隧道线路受到四周环境限制的条件下，圆形隧道衬砌适应性差、对于空间的利用率明显较低。
[0003]为解决隧道衬砌空间利用率问题，矩形隧道在我国得到较大发展，上海、广州、宁波、郑州等城市均有采用矩形顶管掘进机施工的成功案例，但矩形盾构隧道案例较少，且仅为单管单洞隧道、断面尺寸小、长度短。对于类似长度长、断面尺寸大的单管双洞矩形隧道，在国内研究很少。
[0004]为解决矩形盾构隧道受衬砌结构预制拼装和施工空间限制的问题，目前常见的分块和拼装方法为错缝拼装和通缝拼装两种方式。通缝拼装对相邻管片的分块要求低，因此管片类型少、管片分块数量少，但是隧道整体性能较差、防水性能薄弱；错缝拼装对相邻管片的分块要求高，为了实现隧道转弯，往往需要多种类型的衬砌和分块，给管片的预制拼装带来极大不便，但是错缝拼装使得矩形隧道结构受力更合理、防水性能更好。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种单管双洞矩形盾构隧道的衬砌结构及其拼装方法，以解决上述【背景技术】中提出的目前拼装方式不够完善的问题。
[0006]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种单管双洞矩形盾构隧道的衬砌结构，其特征在于:包括F型衬砌环、R型衬砌环；所述F型衬砌环、R型衬砌环截面呈圆角矩形，F型衬砌环、R型衬砌环均包含14个分块，分别为顶部“T”型块、顶部块一、顶部块二、顶部转角块一、顶部转角块二、底部转角块一、底部转角块二、底部块一、底部块二、底部“ T ”型块、侧墙块一、侧墙块二、中隔墙块一、中隔墙块二，顶部“ T ”型块一侧连接有顶部块一，顶部块一连接有顶部转角块一，顶部转角块一连接有侧墙块二，侧墙块二连接有底部转角块二，底部转角块二连接有底部块二，底部块二连接有底部“T”型块，底部“T”型块连接有底部块一，底部块一连接有底部转角块一，底部转角块一连接有侧墙块一，侧墙块一连接有顶部转角块二，顶部转角块二连接有顶部块二，顶部块二连接顶部“T”型块的另一侧，顶部“T”型块底部连接中隔墙块一，中隔墙块一连接中隔墙块二，中隔墙块二连接底部“T”型块的顶部。
[0007]所述F型衬砌环分块、R型衬砌环分块均具有方向性，同一衬砌环分块，其背向盾构前进方向的断面中部设置有管片接缝凹槽，其面向盾构前进方向的断面中部设置有管片接缝凸榫，相邻两块衬砌分块管片接缝凹槽和管片接缝凸榫的尺寸和位置互相吻合，相邻两块衬砌的断面上均设有两道弹性密封胶垫安装槽，弹性密封胶垫安装槽尺寸小于管片接缝凹槽，所述两道弹性密封胶垫安装槽分别位于管片接缝凹槽或管片接缝凸榫的两侧，所述弹性密封胶垫安装槽内安装有弹性密封垫，相邻两块衬砌内侧边缘设置有管片内侧嵌缝槽，所述管片内侧嵌缝槽内安装有嵌缝材料。
[0008]所述顶部“T”型块、底部“T”型块均具有相同的弧度，所述顶部转角块一、顶部转角块二、底部转角块一、底部转角块二均具有弧度，所述顶部转角块一、顶部转角块二、底部转角块一、底部转角块二的弧度大于所述顶部“T”型块、底部“T”型块的弧度，所述顶部转角块一、顶部转角块二、底部转角块一、底部转角块二与相邻管片平滑连接，侧墙块一、侧墙块二、中隔墙块一、中隔墙块二均为平直块，不含弧度。
[0009]所述F型衬砌环具有双面楔形量，按楔形方向不同，分为F右衬砌环和F左衬砌环，R型衬砌环也具有双面楔形量，按楔形方向不同，分为R右衬砌环和R左衬砌环。
[0010]所述顶部“T”型块为沿隧道中线方向三个分块面均具有一定的楔形量的分块，顶部块一、顶部块二、中隔墙块一为沿隧道中线方向具有单面楔形量的分块，其他分块沿隧道中线方向均不具有楔形量。
[0011]所述F型衬砌环、R型衬砌环每个分块上设有3-5组斜螺栓孔和斜螺栓安装手孔。
[0012]所述F型衬砌环、R型衬砌环厚度均为450mm、F型衬砌环、R型衬砌环沿隧道中线方线长度为1200mm。
[0013]—种单管双洞矩形盾构隧道的衬砌拼装方法，其特征在于:包括如下两部分:
第一部分为单衬砌环的分块之间的拼装；
衬砌环拼装前，在预留弹性密封胶垫安装槽内安装弹性密封胶垫；
衬砌环拼装包含F型衬砌环和R型衬砌环两类不同衬砌环的拼装，F型衬砌环和R型衬砌环的单环拼装时分别将衬砌分块放置于矩形隧道的顶部、底部、两侧和中隔墙位置；每个F型衬砌环按如下顺序拼装成整环:先将底部“T”型块定位到隧道道中心位置，然后在底部“T”型块两侧拼装底部块一、底部块二，然后拼装底部转角块一、底部转角块二、中隔墙块二分块，然后拼装侧墙块一、侧墙块二、中隔墙块一分块，然后拼装顶部转角块一、顶部转角块二、顶部块一、顶部块二分块，最后拼装顶部“T”型块楔形块；每个R型衬砌环按如下顺序拼装成整环:先将底部“T”型块定位到隧道道中心位置，然后在底部“T”型块两侧拼装底部块一、底部块二，然后拼装底部转角块一、底部转角块二、中隔墙块二分块，然后拼装侧墙块一、侧墙块二、中隔墙块一分块，然后拼装顶部转角块一、顶部转角块二、顶部块一、顶部块二分块，最后拼装顶部“T”型块楔形块；
衬砌分块之间，在预留斜螺栓孔中安装螺栓使相邻分块连接；
衬砌环拼装后，在预留的管片内侧嵌缝槽内安装嵌缝材料；
第二部分包括相邻衬砌环之间的拼装； 衬砌环之间通过F型衬砌环和R型衬砌环的交替拼装实现错缝拼装；其分为三种情况，
直行的时候，按照R右、F左、R右、F左.........依次类推的顺序进行组合拼装，右转弯的时候，
按照R右、F右、R右、F右.........依次类推的顺序进行组合拼装，左转弯的时候，按照R左、
F左、R左、F左.........依次类推的顺序进行组合拼装，从而实现隧道的直行、左转弯和右转弯，实现隧道中线与线路中线的拟合；
衬砌环之间，在预留斜孔中安装螺栓使相邻环连接。
[0014]本发明的有益效果为:
通过衬砌块的合理分割，在满足大断面矩形盾构隧道的施工拼装、受力要求、防水要求的同时，提高了隧道的空间利用率；该衬砌结构可以满足大断面矩形盾构隧道的受力要求，与大直径圆形隧道相比可以极大提高空间利用效率，可以进行浅覆土施工，在圆形断面无法通过的空间，使此种矩形断面隧道具有强大优势。通过F、R衬砌的交叉拼装，实现了相邻两环衬砌管片间纵缝的错缝拼接，提高了隧道衬砌环的整体性，使结构内力沿隧道纵向均匀分布，有效解决接缝处应力大而结构簿弱的问题，提高了隧道防水性能，降低了施工成本；通过F左、F右、R左、R右管片环不同配比的组合拼装，实现了隧道中心线与线路中心线