类矩形盾构隧道的管片连接结构及其施工方法与流程

本发明涉及盾构隧道管片施工技术领域，尤其是指一种类矩形盾构隧道的管片连接结构及其施工方法。

背景技术：
盾构结构的管片是相互拼接组装而成，在管片拼装过程中，管片与管片之间的接头位置是整个结构受力的薄弱点，由于类矩形的管片其截面跨度较大，因而当组装完成后管片所承受的外部荷载较大。目前常规的盾构隧道管片接缝方式，衬砌连接螺栓至管片内环面的距离相同，但是，由于整环管片各部位受到的弯矩大小是不同的，因此，现有的管片接缝方式还不能达到很好的结构承载能力。而且，现有的混凝土盾构隧道中的相邻的管片分块的环面基本是面与面直接接触，当隧道管片由于周围的水土压力作用产生应力弯曲时，或者隧道管片在施工拼装过程产生应力集中时，相邻的管片分块的角部极易相互碰撞而造成破损。

技术实现要素：
有鉴于上述问题，本发明提供了一种类矩形盾构隧道的管片连接施工方法，整环管片由多个管片分块拼接而成，所述方法包括：在多个所述管片分块的接缝处均设置用于将相邻两个管片分块相互连接的螺栓，将每个所述螺栓设置在相对于所述整环管片的内环面的距离相同的位置；根据有限元模型分析得到所述整环管片的内力分布情况，将承受正弯矩的接缝处的螺栓向靠近所述整环管片的内环面的方向移动一第一距离，将承受负弯矩的接缝处的螺栓向远离所述整环管片的内环面的方向移动一第二距离。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法，根据盾构隧道内力分布情况，将承受正弯矩(内侧受拉)的接头处的螺栓向靠近整环管片的内环面的方向移动，使该螺栓更靠近管片内边缘，将承受负弯矩(外侧受拉)的接头处的螺栓向远离整环管片的内环面的方向移动，使该螺栓更靠近管片外边缘，相比通常盾构隧道管片正、负弯矩处螺栓位置一致的布置方式，增加了接头刚度，更有效的发挥螺栓作用，提高了管片的承载能力。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的进一步改进在于，将承受正弯矩的接缝处的螺栓向靠近所述整环管片的内环面的方向移动一第一距离，包括：承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块的拼接面分别设有第一接头件，所述第一接头件上开设有第一螺栓孔组以及供穿设锚筋的多个第一锚固孔，所述第一螺栓孔组包括至少一个供穿设螺栓的第一螺栓孔，多个所述第一锚固孔以所述第一螺栓孔组为圆心并沿圆周布设于所述第一螺栓孔组的外围；调节所述第一接头件的高度，包括：所述第一接头件的底面与所述整环管片的内环面相贴合，所述第一螺栓孔组与所述整环管片的内环面的距离为第一初始距离，调节后的第一接头件的所述第一螺栓孔组与所述第一接头件的底面的距离为第一调后距离，调节所述第一接头件的高度以使所述第一调后距离小于所述第一初始距离，且所述第一调后距离与所述第一初始距离相差所述第一距离；在承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块的调节后的第一接头件的第一螺栓孔中穿设螺栓，以使承受正弯矩的接缝处的螺栓向靠近所述整环管片的内环面的方向移动一第一距离。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的进一步改进在于：承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块分别在拼接面处形成有第一手孔，该相邻两个管片分块各自的第一接头件在所述第一手孔内相向贴合设置；所述第一接头件上靠近拼接面的侧壁上部形成有第一定位槽，该相邻两个管片分块分别在拼接面处形成有与所述第一定位槽相对应的第二定位槽，该相邻两个管片分块各自的所述第二定位槽与该相邻两个管片分块各自的第一接头件的所述第一定位槽拼接形成供穿设第一定位棒的第一定位孔，该相邻两个管片分块通过所述第一定位棒进行径向方向上的定位。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的进一步改进在于，以所述第一距离调节所述第一接头件的高度，所述第一距离为25mm～75mm。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的进一步改进在于，将承受负弯矩的接缝处的螺栓向远离所述整环管片的内环面的方向移动一第二距离，包括：承受负弯矩的接缝处的相邻两个管片分块的拼接面分别设有第二接头件，所述第二接头件上开设有第二螺栓孔组以及供穿设锚筋的多个第二锚固孔，所述第二螺栓孔组包括至少一个供穿设螺栓的第二螺栓孔，多个所述第二锚固孔以所述第二螺栓孔组为圆心并沿圆周布设于所述第二螺栓孔组的外围；调节所述第二接头件的高度，包括：所述第二接头件的底面与所述整环管片的内环面相贴合，所述第二螺栓孔组与所述整环管片的内环面的距离为第二初始距离，调节后的第二接头件的所述第二螺栓孔组与所述第二接头件的底面的距离为第二调后距离，调节所述第二接头件的高度以使所述第二调后距离大于所述第二初始距离，且所述第二调后距离与所述第二初始距离相差所述第二距离；在承受负弯矩的接缝处的相邻两个管片分块的调节后的第二接头件的第二螺栓孔中穿设螺栓，以使承受负弯矩的接缝处的螺栓向远离所述整环管片的内环面的方向移动一第二距离。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的进一步改进在于：承受负弯矩的接缝处的相邻两个管片分块分别在拼接面处形成有第二手孔，该相邻两个管片分块各自的第二接头件在所述第二手孔内相向贴合设置；所述第二接头件上靠近拼接面的侧壁下部形成有第三定位槽，该相邻两个管片分块分别在拼接面处形成有与所述第三定位槽相对应的第四定位槽，该相邻两个管片分块各自的所述第四定位槽与该相邻两个管片分块各自的第二接头件的所述第三定位槽拼接形成供穿设第二定位棒的第二定位孔，该相邻两个管片分块通过所述第二定位棒进行径向方向上的定位。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的进一步改进在于，以所述第二距离调节所述第二接头件的高度，所述第二距离为25mm～75mm。本发明还提供了一种利用上述的类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的类矩形盾构隧道的管片连接结构，整环管片由多个管片分块拼接而成，多个所述管片分块的接缝处均设有用于将相邻两个管片分块相互连接的螺栓，位于承受正弯矩的接缝处的螺栓靠近所述整环管片的内环面，位于承受负弯矩的接缝处的螺栓远离所述整环管片的内环面。本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构，位于承受正弯矩(内侧受拉)的接头处的螺栓靠近整环管片的内环面，即该螺栓更靠近管片内边缘，位于承受负弯矩(外侧受拉)的接头处的螺栓远离整环管片的内环面，即该螺栓更靠近管片外边缘，相比通常盾构隧道管片正、负弯矩处螺栓位置一致的布置方式，增加了接头刚度，更有效的发挥螺栓作用，提高了管片的承载能力。本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的进一步改进在于，所述整环管片的断面呈类矩形状，所述整环管片包括：位于所述断面拱底位置的拱底圆弧段、位于所述断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于所述断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段；两个所述拱腰圆弧段的半径相等，且均小于所述拱底圆弧段的半径以及所述拱顶圆弧段的半径；所述拱底圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接，所述拱顶圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接。本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的进一步改进在于：相邻两个管片分块的拼接面包括端面外弧侧与端面内弧侧，相邻两个管片分块各自的所述端面外弧侧设有对应的端面密封垫以及位于所述端面密封垫上方的端面挡水条；相邻两个管片分块各自的端面内弧侧设有对应的端面填充槽，所述端面填充槽内填充有端面防水材料。附图说明图1是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的结构示意图。图2是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的螺栓分布示意图。图3是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的整环管片的断面示意图。图4是图3中的整环管片的第一种断面形式的原理图。图5是图3中的整环管片的第二种断面形式的原理图。图6是图3中的整环管片的第三种断面形式的原理图。图7是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构在拼接面处的局面示意图。图8是图7中S1区域的放大示意图。图9是图8中设有端面密封垫和端面挡水条的示意图。图10是图7中S2区域的放大示意图。图11是图1中A处的放大示意图。图12是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第一接头件的结构示意图。图13是图12的侧视图。图14是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第一接头件的调节前后比对示意图。图15是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第二接头件的结构示意图。图16是图15的侧视图。图17是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第二接头件的调节前后比对示意图。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用以解释本发明，并不用于限定本发明。配合参看图1与图2所示，图1是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的结构示意图。图2是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的螺栓分布示意图。本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构，整环管片1由多个管片分块101拼接而成，多个管片分块101的接缝处均设有用于将相邻两个管片分块101相互连接的螺栓2，根据有限元模型分析得到整环管片1的内力分布情况，位于承受正弯矩的接缝处的螺栓2靠近整环管片1的内环面，如图2中所示的接缝处JF2,JF4,JF6,JF7,JF9,JF10，位于承受负弯矩的接缝处的螺栓2远离整环管片1的内环面，如图2中所示的接缝处JF1,JF3,JF5,JF8。本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构，位于承受正弯矩(内侧受拉)的接头处的螺栓靠近整环管片的内环面，即该螺栓更靠近管片内边缘，位于承受负弯矩(外侧受拉)的接头处的螺栓远离整环管片的内环面，即该螺栓更靠近管片外边缘，相比通常盾构隧道管片正、负弯矩处螺栓位置一致的布置方式，增加了接头刚度，更有效的发挥螺栓作用，提高了管片的承载能力。进一步地，参阅图3所示，图3是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的整环管片的断面示意图。本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构的整环管片1的断面呈类矩形状，整环管片1包括：位于所述断面拱底位置的拱底圆弧段10、位于所述断面拱顶位置的拱顶圆弧段20、以及位于所述断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段30；两个拱腰圆弧段30的半径相等，且均小于拱底圆弧段10的半径以及拱顶圆弧段20的半径；拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30光滑相切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30光滑相切连接。通过拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30光滑相切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30光滑相切连接，具有良好的成拱效果，有利于减小衬砌管片所受的弯矩和偏心距，从而减少需要的钢筋用量和衬砌厚度，相应的土体开挖量、混凝土用量也较少。另外还有利于盾构设备全断面切削土体，对周边环境的影响更小。在图3所示的实施例中，整环管片1由十段管片分块101拼接而成。当然，整环管片1的分块方式并不仅限于此，还可以将整环管片1根据其他划分方式进行划分，只要最后拼接完成后的整环管片1的断面形式符合上述要求的断面形式即可，在此不一一赘述。具体地，参阅图4所示，图4是图3中的整环管片的第一种断面形式的原理图。拱底圆弧段10的半径为R1，拱顶圆弧段20的半径为R2，两个拱腰圆弧段30的半径均为R3，在该实施例中，拱底圆弧段10的半径R1等于拱顶圆弧段20的半径R2。拱底圆弧段10所对应的圆为圆110，拱顶圆弧段20所对应的圆为圆210，拱腰圆弧段30所对应的圆为圆310。拱底圆弧段10所对应的圆110分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接，拱顶圆弧段20所对应的圆210分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接。即，拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30内切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30内切连接。优选地，拱底圆弧段10的半径R1为10000mm～20000mm，拱顶圆弧段20的半径R2为10000mm～20000mm，拱腰圆弧段30的半径R3为2500mm～3000mm。参阅图5所示，图5是图3中的整环管片的第二种断面形式的原理图。拱底圆弧段10的半径为R1，拱顶圆弧段20的半径为R2，两个拱腰圆弧段30的半径均为R3，在该实施例中，拱底圆弧段10的半径R1大于拱顶圆弧段20的半径R2。拱底圆弧段10所对应的圆为圆110，拱顶圆弧段20所对应的圆为圆210，拱腰圆弧段30所对应的圆为圆310。拱底圆弧段10所对应的圆110分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接，拱顶圆弧段20所对应的圆210分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接。即，拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30内切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30内切连接。优选地，拱底圆弧段10的半径R1为10000mm～20000mm，拱顶圆弧段20的半径R2为10000mm～20000mm，拱腰圆弧段30的半径R3为2500mm～3000mm。参阅图6所示，图6是图3中的整环管片的第三种断面形式的原理图。拱底圆弧段10的半径为R1，拱顶圆弧段20的半径为R2，两个拱腰圆弧段30的半径均为R3，在该实施例中，拱底圆弧段10的半径R1小于拱顶圆弧段20的半径R2。拱底圆弧段10所对应的圆为圆110，拱顶圆弧段20所对应的圆为圆210，拱腰圆弧段30所对应的圆为圆310。拱底圆弧段10所对应的圆110分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接，拱顶圆弧段20所对应的圆210分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接。即，拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30内切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30内切连接。优选地，拱底圆弧段10的半径R1为10000mm～20000mm，拱顶圆弧段20的半径R2为10000mm～20000mm，拱腰圆弧段30的半径R3为2500mm～3000mm。参阅图7～图10所示，图7是本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构在拼接面处的局面示意图。图8是图7中S1区域的放大示意图。图9是图8中设有端面密封垫和端面挡水条的示意图。图10是图7中S2区域的放大示意图。相邻两个管片分块101的拼接面包括端面外弧侧与端面内弧侧，相邻两个管片分块101各自的端面外弧侧设有对应的端面密封垫80以及位于端面密封垫80上方的端面挡水条81。相邻两个管片分块101各自的端面内弧侧设有对应的端面填充槽9，端面填充槽9内填充有端面防水材料，端面防水材料可以是弹性环氧胶泥、高模量聚氨酯密封胶等。当设置于相邻两个管片分块101的端面外弧侧的端面密封垫80与端面挡水条81的防水措施失效时，由于相邻两个管片分块101的端面内弧侧填充有端面防水材料的端面填充槽9，依然能起到防水效果。进一步地，相邻两个管片分块101的端面外弧侧设有端面垫槽800，端面垫槽800内填充端面密封垫80，端面垫槽800宽度可以为38mm。端面密封垫80可以为弹性密封垫，所述弹性密封垫宽度38mm，厚度12mm。相邻两个管片分块101的端面外弧侧设有端面挡水条81，端面挡水条81可以为遇水膨胀橡胶挡水条，从而能够有效防止杂物和油脂进入管片接缝处。更进一步地，相邻两个管片分块101的端面外弧侧突设有定位台阶810，定位台阶810位于端面挡水条81上方且止挡于端面挡水条81，定位台阶810突出的厚度可以为1mm。通过设置定位台阶810能够准确定位端面挡水条81，有效提高施工精度和端面挡水条81效果。为了实现上述本发明类矩形盾构隧道的管片连接结构，本发明提供了一种类矩形盾构隧道的管片连接施工方法，整环管片1由多个管片分块101拼接而成，所述方法包括：在多个管片分块101的接缝处均设置用于将相邻两个管片分块101相互连接的螺栓2，将每个螺栓2设置在相对于整环管片1的内环面的距离相同的位置；根据有限元模型分析得到整环管片1的内力分布情况，将承受正弯矩的接缝处的螺栓2向靠近整环管片1的内环面的方向移动一第一距离s1，如图2中所示的接缝处JF2,JF4,JF6,JF7,JF9,JF10，将承受负弯矩的接缝处的螺栓2向远离整环管片1的内环面的方向移动一第二距离s2，如图2中所示的接缝处JF1,JF3,JF5,JF8。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法，根据盾构隧道内力分布情况，将承受正弯矩(内侧受拉)的接头处的螺栓向靠近整环管片的内环面的方向移动，使该螺栓更靠近管片内边缘，将承受负弯矩(外侧受拉)的接头处的螺栓向远离整环管片的内环面的方向移动，使该螺栓更靠近管片外边缘，相比通常盾构隧道管片正、负弯矩处螺栓位置一致的布置方式，增加了接头刚度，更有效的发挥螺栓作用，提高了管片的承载能力。具体地，参阅图11～图14所示，图11是图1中A处的放大示意图。图12是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第一接头件的结构示意图。图13是图12的侧视图。图14是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第一接头件的调节前后比对示意图。将承受正弯矩的接缝处的螺栓向靠近所述整环管片的内环面的方向移动一第一距离，包括：结合图12～图14所示，初始状态时，多个管片分块101的接缝处的多个螺栓2相对于整环管片1的内环面的距离是相同的。承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块的拼接面分别设有第一接头件510，第一接头件510上开设有第一螺栓孔组511以及供穿设锚筋3的多个第一锚固孔512，第一螺栓孔组511包括至少一个供穿设螺栓2的第一螺栓孔513，多个第一锚固孔512以第一螺栓孔组51为圆心并沿圆周布设于第一螺栓孔组511的外围。第一接头件510的底面与整环管片1的内环面相贴合，第一螺栓孔组511与整环管片1的内环面的距离为第一初始距离d1。调节第一接头件510的高度，包括：调节后的第一接头件510的第一螺栓孔组511与第一接头件510的底面的距离为第一调后距离t1，调节第一接头件510的高度以使第一调后距离t1小于第一初始距离d1，且第一调后距离t1与第一初始距离d1相差第一距离s1。优选地，第一距离s1为25mm～75mm，最优选为50mm。在承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块101的调节后的第一接头件510的第一螺栓孔513中穿设螺栓2，以使承受正弯矩的接缝处的螺栓2向靠近整环管片1的内环面的方向移动一第一距离s1。进一步地，结合图11与图13所示，承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块101分别在拼接面处形成有第一手孔102，该相邻两个管片分块101各自的第一接头件510在第一手孔102内相向贴合设置。第一接头件510上靠近拼接面的侧壁上部形成有第一定位槽501，承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块101分别在拼接面处形成有与第一定位槽501相对应的第二定位槽103，该相邻两个管片分块101各自的第二定位槽103与该相邻两个管片分块101各自的第一接头件510的第一定位槽501拼接形成供穿设第一定位棒的第一定位孔104，该相邻两个管片分块101通过所述第一定位棒进行径向方向上的定位。参阅图15～图17所示，图15是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第二接头件的结构示意图。图16是图15的侧视图。图17是本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法的第二接头件的调节前后比对示意图。将承受负弯矩的接缝处的螺栓向远离所述整环管片的内环面的方向移动一第二距离，包括：结合图15～图17所示，初始状态时，多个管片分块101的接缝处的多个螺栓2相对于整环管片1的内环面的距离是相同的。承受负弯矩的接缝处的相邻两个管片分块101的拼接面分别设有第二接头件520，第二接头件520上开设有第二螺栓孔组521以及供穿设锚筋3的多个第二锚固孔522，第二螺栓孔组521包括至少一个供穿设螺栓2的第二螺栓孔523，多个第二锚固孔522以第二螺栓孔组521为圆心并沿圆周布设于第二螺栓孔组521的外围。第二接头件520的底面与整环管片1的内环面相贴合，第二螺栓孔组521与整环管片1的内环面的距离为第二初始距离d2。调节第二接头件520的高度，包括：调节后的第二接头件520的第二螺栓孔组521与第二接头件520的底面的距离为第二调后距离t2，调节第二接头件520的高度以使第二调后距离t2大于第二初始距离d2，且第二调后距离t2与第二初始距离d2相差第二距离s2。优选地，第二距离s2为25mm～75mm，最优选为50mm。在承受负弯矩的接缝处的相邻两个管片分块101的调节后的第二接头件520的第二螺栓孔523中穿设螺栓2，以使承受负弯矩的接缝处的螺栓2向远离整环管片1的内环面的方向移动一第二距离s2。进一步地，结合图16所示，承受负弯矩的接缝处的相邻两个管片分块分别在拼接面处形成有第二手孔，该相邻两个管片分块各自的第二接头件在所述第二手孔内相向贴合设置。第二接头件520上靠近拼接面的侧壁下部形成有第三定位槽502，承受正弯矩的接缝处的相邻两个管片分块分别在拼接面处形成有与第三定位槽502相对应的第四定位槽，该相邻两个管片分块各自的所述第四定位槽与该相邻两个管片分块各自的第二接头件520的所述第三定位槽502拼接形成供穿设第二定位棒的第二定位孔，该相邻两个管片分块通过所述第二定位棒进行径向方向上的定位。本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法，根据盾构隧道内力分布情况，将承受正弯矩(内侧受拉)的接头处的螺栓向靠近整环管片的内环面的方向移动，使该螺栓更靠近管片内边缘，将承受负弯矩(外侧受拉)的接头处的螺栓向远离整环管片的内环面的方向移动，使该螺栓更靠近管片外边缘，相比通常盾构隧道管片正、负弯矩处螺栓位置一致的布置方式，增加了接头刚度，更有效的发挥螺栓作用，提高了管片的承载能力。表1参见上表1所示，为采用本发明类矩形盾构隧道的管片连接施工方法，分别将螺栓向外侧(内侧)移动50mm与25mm的实验比对表，由表中可以看出，将承受正弯矩(负弯矩)的螺栓向内侧(外侧)移动50mm，对转角刚度、接头刚度以及结构承载能力的提升最大。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。