一种后浇筑成型的预制盾构管片、管片总成及施工方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种后浇筑成型的预制盾构管片、管片总成及施工方法。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层永久衬砌结构，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构法施工的隧道，一环管片衬砌一般由一块封顶块、两块邻接块和三块标准块构成，环与环之间采用通缝或错缝拼接形式。管片间接头的连接有沿隧道纵轴的纵向连接和与纵轴垂直的环向连接。目前常见的管片接头连接方式主要有弯曲螺栓接头、直螺栓接头、多螺栓接头、插入式接头、插销式接头以及ta-sring接头等。尽管管片接头形式多样，但其设计思路仍然离不开金属连接件，这些金属连接件或预埋在混凝土管片之中，或后期管片拼装成环后插入管片间起到连接紧固的作用。管片主要以螺栓连接为主，管片上预留有螺栓孔(一般轴向连接螺栓孔预留6个，环向连接螺栓孔预留4个)。

发明人发现，目前盾构施工所采用的管片主要存在以下问题：

(1)管片预留螺栓孔导致模具制造难度大，管片上过多的细节使管片质量难以保证。外荷载作用下预留孔位处也是管片的薄弱点，易产生损坏；

(2)管片间通过螺栓连接的方式决定了隧道防水的薄弱环节不是管片本身，而是管片成环时片与片、环与环之间的缝隙；

(3)螺栓连接的形式自动化程度不高，且螺栓容易锈蚀。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种后浇筑成型的预制盾构管片，加工难度小，且施工方便快捷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种后浇筑成型的预制盾构管片，沿环向的两侧的第一端面开设有第一凹槽，沿纵向的两侧的第二端面开设有第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽相连通。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述后浇筑成型的预制盾构管片沿环向的一侧的第一端面上设有第一止水条，沿纵向的一侧的第二端面上设有第二止水条。

第二方面，本发明的实施例提供了一种后浇筑成型的预制盾构管片总成，由多个管片环沿纵向拼接构成，所述管片环由多个第一方面所述的后浇筑成型的预制盾构管片沿环向拼接构成，沿环向的相邻两个后浇筑成型的预制盾构管片的第一凹槽构成的空间中填充有粘结材料，沿纵向的相邻两个后浇筑成型的预制盾构管片环的第二凹槽构成的空间中填充有粘结材料。

结合第二方面，本发明的实施例提供了第二方面的一种可能实施方式，所述管片环中，至少一个后浇筑成型的预制盾构管片设有与第一凹槽或第二凹槽内部空间相连通的注浆孔，至少一个后浇筑成型的预制盾构管片设有与第一凹槽或第二凹槽内部空间相连通的排气孔。

结合第二方面，本发明的实施例提供了第二方面的一种可能实施方式，管片环中位于最底部的后浇筑成型的预制盾构管片设置注浆孔。

结合第二方面，本发明的实施例提供了第二方面的一种可能实施方式，管片环中位于最顶部的后浇筑成型的预制盾构管片设置排气孔。

结合第二方面，本发明的实施例提供了第二方面的一种可能实施方式，所述粘结材料采用混凝土。

结合第二方面，本发明的实施例提供了第二方面的一种可能实施方式，相邻管片环错缝拼接或通缝拼接。

第三方面，本发明的实施例提供了第二方面所述的后浇筑成型的预制盾构管片总成的施工方法：利用后浇筑成型的预制盾构管片拼接出管片环，将设定数量的管片环沿纵向拼接，在沿环向相邻后浇筑成型的预制盾构管片第一凹槽形成的空间及相邻管片环第二凹槽形成的空间中注入粘结材料，利用粘结材料将管片环中沿环向的相邻后浇筑成型的预制盾构管片进行粘结固定，利用粘结材料将相邻的管片环进行粘结固定，采用相同的方法施工多个管片环，直至施工完成。

结合第三方面，本发明的实施例提供第三方面的一种可能实施方式，管片环拼接完成后，在管片环内部放入支撑件，支撑件与管片环内侧面接触，对管片环进行临时支撑。

本发明的有益效果：

1.本发明的管片，取消了管片预留的螺栓孔，增加了管片第一端面和第二端面的凹槽，管片结构简单，没有异形块，通过简化管片细节降低了管片加工模具的设计难度，便于规模化生产，保证了管片的质量，同时无需在管片上设置薄弱点，避免了管片的损坏。

2.本发明的管片，第一端面和第二端面上均设置有止水条，管片拼接后具有较好的防水性能，而且在管片拼装过程中可以防止管片间的硬接触，起到保护管片的作用。

3.本发明的管片总成，隧道成型后，向相邻管片第一凹槽的空间中浇筑混凝土，相邻管片环的第二凹槽空间中浇注混凝土，依靠混凝土与管片之间的粘结作用，不仅提高了隧道整体性而且有效避免了管片接头处渗漏水的问题。

4.本发明的管片总成，现浇混凝土硬化后可有效抑制管片之间因剪切作用而产生的错台现象，保证成型隧道外观质量。

5.本发明的施工方法，浇筑混凝土相比螺栓安装更容易实现机械化、自动化。

6.本发明的施工方法，设置了支撑件，不仅可以保证混凝土硬化前管片环的稳定性，而且混凝土养护周期结束后可以拆除，并用于新拼装管片环的支护。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1后浇筑成型的预制盾构管片结构轴测示意图；

图2为本发明实施例1后浇筑成型的预制盾构管片结构主视示意图；

图3为本发明实施例2相邻两个管片拼接示意图；

图4为本发明实施例2注浆孔设置示意图；

图5为本发明实施例2相邻管片环通缝拼接示意图；

图6为本发明实施例2相邻管片环通缝拼接时现浇的混凝土结构示意图；

图7为本发明实施例2相邻管片环错缝拼接示意图；

图8为本发明实施例2相邻管片环错缝拼接时现浇的混凝土结构示意图；

图9为本发明实施例3支撑件与管片环装配示意图；

图10为本发明实施例3管片总成施工时的总装示意图；

其中，1.第一凹槽，2.第一止水条，3.第二凹槽，4.第二止水条，5.混凝土，6.注浆孔，7.排气孔，8.支撑环。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例中，“环向”指沿管片拼接成的管片环所在圆周的周向方向，“纵向”指沿隧道的纵轴的方向，与现有的管片“环向”“纵向”的定义一致。

正如背景技术所介绍的，目前的管片沿环向和纵向采用金属连接件进行连接，管片模具制造单独大，管片易损坏，且拼装时自动化程度不高，本申请提出了一种后浇筑成型的预制盾构管片。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-图2所示，一种后浇筑成型的预制盾构管片，沿环向的两侧的第一端面上均开设有第一凹槽1，所述第一凹槽的截面为半圆形，且半圆形直径小于第一端面的宽度，使得第一凹槽的两侧留出设定宽度的平面，其中一侧的第一端面上，第一凹槽两侧留出的平面上固定有第一止水条2，本实施例中，所述第一止水条采用橡胶止水条。

所述后浇筑成型的预制盾构管片沿纵向的两侧的第二端面上均开设有第二凹槽3，所述第二凹槽的截面为半圆形，第二凹槽两端与第一凹槽相连通，第二凹槽的宽度小于第二端面的宽度，使得第二端面上，第二凹槽的两侧留出设定宽度的平面，其中一侧的第二端面上，第二凹槽两侧留出的平面上固定有第二止水条4，本实施例中，所述第二止水条采用橡胶止水条。

相邻管片环向拼接时，其中一个管片的第一止水条与另一个管片的未设置第一止水条的第一端面接触，相邻管片沿纵向拼接时，其中一个管片的第二止水条与另一个管片未设置第二止水条的第二端面接触，能够有效避免管片拼接缝处的渗漏水问题，防水性能好，而且在管片拼装过程中可以防止管片间的硬接触，起到保护管片的作用。

可以理解的时，所述第一凹槽和第二凹槽的截面形状也可采用矩形或其他形状，只要满足相邻两个预制盾构管片沿环向拼接时，两个管片的第一凹槽能够构成一个空间，相邻两个预制盾构管片沿纵向拼接时，两个管片的第二凹槽能够构成一个空间即可。

本实施例的管片，由于取消了预留螺栓孔，增加了半圆形的第一凹槽和第二凹槽，结构简单，没有异形块，降低了管片加工模具的设计难度，便于规模化生产，而且管片不存在薄弱点，不易损坏，保证了管片的质量。

实施例2：

本实施例公开了一种后浇筑成型的预制盾构管片总成，由多个管片环沿纵向拼接构成，所述管片环由多个实施例1所述的后浇筑成型的预制盾构管片沿环向拼接构成。

如图3所示，同一个管片环中，其中一个后浇筑成型的预制盾构管片的第一止水条与另一个管片的未设置第一止水条的第一端面紧密贴合，相邻管片环中，其中一个管片环的第二止水条与另一个管片管为设置第二止水条的第二端面紧密贴合，保证防水性。

同一个管片环中，相邻两个管片的第一凹槽共同构成一个截面为圆形的且轴线沿纵向设置的第一通道，相邻两个管片环的第二凹槽能够构成一个截面为圆形的且轴线沿环形设置的第二通道。由于第一凹槽和第二凹槽相连通，所以第一通道和第二通道相连通。

所述第一通道和第二通道中填充有粘结材料，通过粘结材料将管片环中沿环向相邻的两个管片固定连接，将沿纵向相邻的两个管片环粘结固定。

本实施例中，所述粘结材料采用现浇的混凝土5，现浇混凝土可以将环向及纵向相邻管片很好的粘结在一起，提高隧道整体性的同时还可以起到很好的防水效果。现浇混凝土硬化后可以有效防止管片间的错台现象。

本实施例中，所述混凝土具有早强的特性，在混凝土中添加膨胀剂，适度膨胀后有利于充填密实。

如图4所示，本实施例中，一个管片环中，至少有一个预制盾构管片设置有注浆孔6，所述注浆孔与第一凹槽或第二凹槽相连通，优选的与第二凹槽相连通，至少有一个预制盾构管片设置有排气孔7，所述排气孔与第一凹槽或第二凹槽相连通，优选的与第二凹槽相连通，所述注浆孔和排气孔均设置在管片的内侧弧面上。

所述注浆孔用于向第二通道内注入混凝土浆液，由于第一通道和第二通道相连通，所以混凝土浆液能够流入第一通道和第二通道内部，对管片进行环向和纵向粘结固定。

本实施例中，为了保证混凝土充填密实，防止出现空洞气泡等现象，所述注浆孔设置在管片环最底部的后浇筑成型的预制盾构管片上，所述排气孔设置在管片环最顶部的后浇筑成型的预制盾构管片上，混凝土从底部管片的注浆孔注入，通道中的空气从顶部排气孔排出。

本实施例中，相邻管片管沿纵向采用通缝拼接或错缝拼接，如图5所示，通缝拼接指相邻两个管片环中，对应位置的相邻两个管片的拼缝在同一条直线上，第一通道和第二通道中形成的混凝土结构如图6所示，如图7所示，错缝拼接指相邻两个管片环中，对应位置的相邻两个管片的拼缝不在同一条直线上，第一通道和第二通道中形成的混凝土结构如图8所示。

实施例3：

本实施例公开了实施例2所述的后浇筑成型的预制盾构管片总成的施工方法：包括以下步骤：

根据实际工况，确定每天盾构机推进的距离，进而确定每天施工的管片环数量。

同一天的管片总成施工中：

如图9-图10所示，利用施工设备将多个实施例1所述的后浇筑成型的预制盾构管片沿圆周拼接构成管片环，其中相邻两个管片中，其中一个管片的第一止水条与另一个管片未设置第一止水条的第一端面接触。

所示，管片环拼接完成后，在管片环内部置入支撑件，对管片环的每个管片进行支撑，形成临时支护，所述支撑件采用由u型钢制成的支撑环8，所述支撑环的外侧面能够与管片环的内侧面接触，对管片环进行支撑，支撑件施工完成后，采用相同的方法对下一个管片环进行拼接并施工支撑件，相邻两个管片环中，其中一个管片环的第二止水条与另一个管片环未设置第二止水条的第二端面紧密贴合。

多个管片环拼接完成后，利用注浆孔相拼接后形成的第一通道和第二通道内注入混凝土浆液，使得同一个管片环中，相邻两个管片利用混凝土粘结固定，相邻两个管片环利用混凝土粘结固定。

重复上述步骤，直至完成所有管片环的施工，其中前期施工养护完成的管片环拆除其对应的支撑件，用于后续施工的管片环的支护。

本实施例的管片总成，利用注浆实现相邻管片的固定，相对于传统的采用螺栓固定，更容易实现机械化和自动化，施工效率更高，缩短了施工周期。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。