一种盾构隧道管片结构及由其组成的盾构隧道衬砌的制作方法
【专利摘要】一种盾构隧道管片结构，包括基体及基体两端的环向端头，管片的外半径为定值；管片内半径在基体部分为定值，从所述环向端头处开始至外边缘，内半径尺寸逐渐减小。本发明还公开了一种采用上述盾构隧道管片结构组成的盾构隧道衬砌，若干盾构隧道管片的环向端头通过活动联接结构两两相连，组成首尾相接的圆环结构。本发明能有效增加盾构衬砌环向接头承载力、接头刚度，增加盾构隧道的环向承载能力，同时提高管身承载力的发挥程度，对通缝拼装隧道的净空影响很小；尤其对位于软土地层的盾构隧道效果明显。
【专利说明】一种盾构隧道管片结构及由其组成的盾构隧道衬砌
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道工程领域，涉及一种盾构隧道管片结构。
【背景技术】
[0002]目前盾构隧道衬砌多为预制钢筋混凝土管片通过连接螺栓拼接而成，由于管片接头的构造特性，使得接头处承载力、刚度小于管片其他截面处，是隧道环向受力的薄弱环节，尤其是处于淤泥质软土这类侧压力系数小的地层，在周边工程活动的影响下易发生较大的收敛变形甚至结构破坏。亦有理论认为对处于工程性质差的淤泥质软土地层的盾构隧道，由于侧压力系数小、土体抗力很小，应当提高管片接头的刚度从而提高隧道承载能力。近年来，上海、南京等地地铁盾构隧道局部区段出现大的横断面变形，个别位置水平直径变化量甚至超过100mm，被迫采取内嵌钢环进行加固。上述问题的原因是多方面的，但管片接头处承载力低、刚度低是因素之一，一些整环隧道加载试验也显示接头破坏先于管身破坏(鲁亮，孙越峰等.地铁盾构隧道足尺整环结构极限承载能力试验研究，结构工程师，2012，28 (6))，说明管片接头处是薄弱环节。接头破坏时，管片其他位置承载力未充分发挥；增加接头刚度，可降低张开量，对承受负弯矩的接头防水有利。
[0003]虽然现行的隧道管片分块角度及拼装点位考虑了隧道环向内力的分布，尽量使接头处于环向弯矩较小的位置，但由于诸多局限性并不能完全弥补接头处的薄弱。由于接头的薄弱、首先破坏(或防水失效)，管身的承载力发挥不足也会造成一定程度的浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种盾构隧道管片结构，可以有效提高管片接头承载能力和接头刚度。
[0005]为达到以上目的，本发明采用以下解决方案:
[0006]一种盾构隧道管片结构，包括基体及基体两端的环向端头，管片的外半径尺寸为定值；管片内半径在基体部分为定值，从所述环向端头开始至外边缘，内半径尺寸逐渐减小。
[0007]环向端头的外弧长为1，在距环向端面的外边缘沿弧长的距离小于I时，管片内半径随着距环向端面弧长的减小而逐渐减小，在环向端头的外边缘处的管片内半径最小。
[0008]管片内半径的最大减小值Λ R为管片基体厚度的1/2?1/5。
[0009]环向端头的外弧长为1，I为管片环向端面厚度的1/2?3/2。
[0010]采用上述的盾构隧道管片结构组成的盾构隧道衬砌，若干盾构隧道管片的环向端头处通过活动联接结构两两相连，组成首尾相接的圆环结构。
[0011]所述活动联接结构为螺栓。
[0012]所述管片由钢筋混凝土制成。
[0013]由于采用了上述方案，本发明具有以下有益效果:由于盾构隧道管片接头的特殊构造，承载力较管片其它截面低，是受力的薄弱环节，本发明通过隧道管片的变厚度设计，增加接头位置的有效面积以提高其承载力，从而提高隧道的承载能力，与整体增加管片厚度提高承载力相比更具针对性，节约成本，而且对隧道净空影响很小。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例的盾构隧道管片三维示意图。
[0015]图2为由若干图1所示盾构隧道管片组成的一种盾构隧道整体的截面图及其中一处盾构隧道管片环向接头构造的局部放大图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0017]一种盾构隧道管片结构，管片由钢筋混凝土制成，一环隧道由数环管片拼接而成，相邻管片之间采用螺栓连接；管片沿纵向等厚度，管片沿环向非等厚度，在接近环向端面处厚度增加。
[0018]如图1所示，I为管片环向端头，2为环向螺栓手孔，3为环向螺栓孔，4为纵向螺栓手孔，5为纵向螺栓孔，6为管片接头附近加厚区域，t为管片厚度，Rl为管片外半径，R2为管片内半径。
[0019]一种盾构隧道管片结构，包括基体及基体两端的环向端头，所述基体是指图中管片的外半径及内半径尺寸都为定值没有变化的部分，即管片的主体部分；从所述环向端头
a、b开始分别至外边缘A、B，内半径尺寸逐渐减小，至环向端面处内半径最小。
[0020]在图2所示盾构隧道衬砌的实施例中:若干盾构隧道管片的环向端头通过活动联接结构(螺栓)两两相连，组成首尾相接的圆环结构。
[0021]管片外半径Rl为3100mm,管片基体厚度350mm,管片环向端头外弧长I为200mm,基体内半径R2为定值2750mm，管片环向端头内半径R2随距环向端面距离的减小而线性减小，在环向端面处管片内半径最小，为2650mm,内半径减小值Λ R为100mm。
[0022]本发明的盾构隧道管片结构由钢筋混凝土制成，一环隧道由数环管片拼接而成，分为封顶块、邻接快、标准快，相邻管片之间采用螺栓连接；对于每块管片，沿纵向等厚度，沿环向非等厚度，在环向端头处厚度增加，环向端面处厚度最大。
[0023]上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种盾构隧道管片结构，包括基体及基体两端的环向端头，其特征在于:管片的外半径尺寸为定值；管片内半径在基体部分为定值，从所述环向端头处开始至外边缘，内半径尺寸逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片结构，其特征在于:环向端头的外弧长为1，在距环向端面的外边缘沿弧长的距离小于I时，管片内半径随着距环向端面弧长的减小而逐渐减小，在环向端头的外边缘处的管片内半径最小。
3.根据权利要求1所述的盾构隧道管片结构，其特征在于:管片内半径的最大减小值Δ R为管片基体厚度的1/2?1/5。
4.根据权利要求1所述的盾构隧道管片结构，其特征在于:环向端头的外弧长为1，I为管片环向端面厚度的1/2?3/2。
5.采用权利要求1至4中任一所述的盾构隧道管片结构组成的盾构隧道衬砌，其特征在于:若干盾构隧道管片的环向端头通过活动联接结构两两相连，组成首尾相接的圆环结构。
6.根据权利要求5所述的盾构隧道管片结构组成的盾构隧道衬砌，其特征在于:所述活动联接结构为螺栓。
7.根据权利要求1至6中任一所述的盾构隧道管片结构组成的盾构隧道衬砌，其特征在于:所述管片由钢筋混凝土制成。
【文档编号】E21D11/10GK103775101SQ201410012358
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】王培鑫, 周顺华, 宫全美, 周俊宏 申请人:同济大学