一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法及装置与流程

1.本发明属于盾构隧道施工技术领域，特别涉及一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法及装置。


背景技术：

2.盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，盾构法是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
3.目前，在现有的盾构隧道施工技术中，通常是采用在密封垫沟槽外侧混凝土区配置钢筋网的处理方法，但是水下盾构隧道最大水压已突破100m，使得对盾构隧道的接缝防水要求愈来愈高，管片防水密封垫的接触压力也随之越来越大，在采用在密封垫沟槽外侧混凝土区配置钢筋网的处理方法中钢筋网会难以固定，在管片混凝土浇筑过程中容易变形变位，使用效果差。并且钢筋网所处区域素混凝土范围小，即使对钢筋网采取强有力的固定措施，也会因为钢筋网与管片钢筋的间距小，导致对混凝土浇筑质量和密实度产生不利影响，进而影响防水性能，继而盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度较弱，降低了防水性能。
4.综上所述，在现有的盾构隧道施工技术中，存在着盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度较弱，防水性较差的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度较弱，防水性较差的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法，所述方法包括：通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm；若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋参数，所述v形钢筋参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；依据获得的所述v形钢筋参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。
7.进一步地，所述方法还包括：依据换算出的v形钢筋的直径数值和间距数值，来将v形钢筋安装至管片外侧的安装区，所述安装区靠近管片外侧的主筋。
8.进一步地，所述管片外侧的主筋设置为u型筋，所述管片内侧的主筋设置为直型
筋。
9.进一步地，所述依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值包括：采用有限元计算软件，建立管片c60型混凝土结构模型；采用平面应变模型进行模拟，边界条件是平面应变模型的上弧面为自由面，平面应变模型的左侧与下侧为固定端，弹性密封垫和海绵橡胶条所形成的挤压力作用于平面应变模型中管片结构的右侧；建立好结构、约束和荷载的平面应变模型后，依据挤压力数值，通过软件进行受力计算，得出结构应力云图，来提取结构最大拉应力，所述结构最大拉应力即为所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值。
10.进一步地，所述预设的规范公式包括：
11.其中所述为所述裂缝的开展宽度数值，所述α
cr
为构件受力特征系数，所述ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；当所述ψ＜0.2时，则所述ψ＝0.2，当所述ψ＞1.0时，则所述ψ＝1.0；对直接承受重复荷载的构件，则所述ψ＝1.0；所述σs为按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉普通钢筋应力或按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力；所述es为钢筋的弹性模量，所述cs为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，当所述cs＜20时，则所述cs＝20，当所述cs＞65时，则所述cs＝65；所述p
te
为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋；所述d
eq
为受拉区纵向钢筋的等效直径；对无粘结后张构件，仅为受拉区纵向受拉普通钢筋的等效直径。
12.依据本发明的又一个方面，本发明还提供一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置，所述装置包括：挤压力数值获取模块，用于通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；拉应力值获取模块，用于依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；比较判断模块，用于依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm；钢筋参数获取模块，用于若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋参数，所述v形钢筋参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；钢筋应力与面积获取模块，用于依据获得的所述v形钢筋参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；直径与间距值获取模块，用于依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。
13.进一步地，所述装置还包括：布置安装模块，用于依据换算出的v形钢筋的直径数值和间距数值，来将v形钢筋安装至管片外侧的安装区，所述安装区靠近管片外侧的主筋。
14.进一步地，所述管片外侧的主筋设置为u型筋，所述管片内侧的主筋设置为直型筋。
15.进一步地，所述依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值包括：所述依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值包括：采用有限元计算软件，建立管片c60型混凝土结构模型；采用平面应变模型进行模拟，边界条件是平面应变模型的上弧
面为自由面，平面应变模型的左侧与下侧为固定端，弹性密封垫和海绵橡胶条所形成的挤压力作用于平面应变模型中管片结构的右侧；建立好结构、约束和荷载的平面应变模型后，依据挤压力数值，通过软件进行受力计算，得出结构应力云图，来提取结构最大拉应力，所述结构最大拉应力即为所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值。
16.进一步地，所述预设的规范公式包括：
17.其中所述为所述裂缝的开展宽度数值，所述α
cr
为构件受力特征系数，所述ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；当所述ψ＜0.2时，则所述ψ＝0.2，当所述ψ＞1.0时，则所述ψ＝1.0；对直接承受重复荷载的构件，则所述ψ＝1.0；所述σs为按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉普通钢筋应力或按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力；所述es为钢筋的弹性模量，所述cs为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，当所述cs＜20时，则所述cs＝20，当所述cs＞65时，则所述cs＝65；所述p
te
为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋；所述d
eq
为受拉区纵向钢筋的等效直径；对无粘结后张构件，仅为受拉区纵向受拉普通钢筋的等效直径。
18.有益效果：
19.本发明提供一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法，通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm；若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋参数，所述v形钢筋参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；依据获得的所述v形钢筋参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。这样通过在管片外侧的角部区域设置安装v形钢筋的空间，按照获得的v形钢筋的直径数值和间距数值，来布置所安装的v形钢筋，能够对管片外侧的角部区域进行加强，增强了管片外侧的角部区域的混凝土的抗拉强度，有利于提高管片外侧的角部区域的防水性能。从而达到了能够增强盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度，有利于提高防水性的技术效果。
附图说明
20.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他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法的流程图；
22.图2为本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置的
结构图；
23.图3为本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法中管片接缝数值计算应力云图；
24.图4为本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置的示意图一；
25.图5为本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置的示意图二。
具体实施方式
26.本发明公开了一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法，通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm；若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋7参数，所述v形钢筋7参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；依据获得的所述v形钢筋7参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。这样通过在管片外侧的角部区域(即下述安装区)设置安装v形钢筋的空间，按照获得的v形钢筋的直径数值和间距数值，来布置所安装的v形钢筋，能够对管片外侧的角部区域进行加强，增强了管片外侧的角部区域的混凝土的抗拉强度，有利于提高管片外侧的角部区域的防水性能。从而达到了能够增强盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度，有利于提高防水性的技术效果。
27.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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本发明实施例所提及的a和/或b，表示了a和b、a或b两种情况，描述了a与b所存在的三种状态，如a和/或b，表示：只包括a不包括b；只包括b不包括a；包括a与b。
28.应当理解，虽然术语“第一”，“第二”等在这里可以用来描述各种元件，部件，区域，层和/或部分，但是这些元件，部件，区域，层和/或部分不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件，部件，区域，层或区段与另一个元件，部件，区域，层或区段。因此，在不背离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件，部件，区域，层或部分可以被称作第二元件，部件，区域，层或部分。这里可以使用空间上相关的术语，例如“下面”，“上面”等，以便于描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。可以理解，除了图中所示的方位之外，空间上相对的术语还包括使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，那么被描述为“下面”的元件或特征将被定向为“上面”其它元件或特征。因此，示例性术语“下面”可以包括上面和下面的取向。该设备可以被定向(旋转90度或在其它定向上)，并且这里所使用的空间相关描述符被相应地解释。
29.同时，本发明实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个
组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本发明实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
30.实施例一
31.请参见图1、图2、图3、图4和图5，图1是本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法的流程图，图2是本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置的结构图，图3是本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法中管片接缝数值计算应力云图，图4是本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置的示意图一，图5是本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置的示意图二。本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法的方法，所述方法包括：
32.步骤s100，通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；
33.其中，所述管片外侧的主筋5设置为u型筋，所述管片内侧的主筋6设置为直型筋。
34.具体而言，通过将一个管片外侧的主筋5设置为u型筋，将该管片内侧的主筋6设置为直型筋，u型筋和直型筋相互连接。弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条安装在两个管片之间连接处中的管片接缝沟槽4内，将两个管片中弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条(海绵橡胶条可以位于弹性密封垫的外侧)的挤压力作用于两个管片的连接处(该连接处可以是指对管片中安装弹性密封垫和海绵橡胶条的面进行挤压)。这样将管片主筋的配置方式设置为“外侧主筋为u形筋、内侧主筋为直钢筋”，能够加大角部素混凝土区域的范围，以为细部构造钢筋的配置留有条件。同时为下述步骤s110提供挤压力数值，即将接缝外侧密封垫和海绵橡胶条对管片的挤压力作用于管片上，可以采用数值分析方法得出角部混凝土内的拉应力。
35.步骤s110，依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；
36.所述依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值包括：采用有限元计算软件，建立管片c60型混凝土结构模型；采用平面应变模型进行模拟，边界条件是平面应变模型的上弧面为自由面，平面应变模型的左侧与下侧为固定端，弹性密封垫和海绵橡胶条所形成的挤压力作用于平面应变模型中管片结构的右侧；建立好结构、约束和荷载的平面应变模型后，依据挤压力数值，通过软件进行受力计算，得出结构应力云图，来提取结构最大拉应力，所述结构最大拉应力即为所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值。
37.具体而言，通过上述步骤s100获得挤压力数值后，可以通过采用有限元计算软件，建立管片c60混凝土结构模型，采用平面应变模型进行模拟，边界条件为上弧面为自由面，模型左侧与下侧为固定端，弹性密封垫和海绵橡胶条形成的挤压力作用于管片结构右侧。建立好结构-约束-荷载的平面应变模型之后，通过软件进行受力计算，得出结构应力云图(如图3)，提取结构最大拉应力。继而为下述步骤s120提供管片外侧角部混凝土内的拉应力值。
38.步骤s120，依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm(水压小时取大值，水压大时取小值)；
39.所述预设的规范公式包括：
40.其中所述为所述裂缝的开展宽度数值，所述α
cr
为构件受力特征系数，所述ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；当所述ψ＜0.2时，则所述ψ＝0.2，当所述ψ＞1.0时，则所述ψ＝1.0；对直接承受重复荷载的构件，则所述ψ＝1.0；所述σs为按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉普通钢筋应力或按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力；所述es为钢筋的弹性模量，所述cs为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，当所述cs＜20时，则所述cs＝20，当所述cs＞65时，则所述cs＝65；所述p
te
为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋；所述d
eq
为受拉区纵向钢筋的等效直径；对无粘结后张构件，仅为受拉区纵向受拉普通钢筋的等效直径。
41.具体而言，通过上述步骤s100、步骤s110获得所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值后，再通过预设的设计规范(即《混凝土结构设计规范》第7.1.2条中的7.1.2-1式)，以及按照裂缝的开展宽度(即管片角部混凝土受拉应力作用开展的裂缝宽度)不大于数值a，，数值a大于或等于0.05mm，并且数值a小于或等于0.1mm。来将裂缝的开展宽度数值(即)与数值a进行比较判断，根据比较的结果，在比较的结果为裂缝的开展宽度数值不大于数值a时，为下述步骤s130中提供应的v形钢筋7参数。
42.步骤s130，若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋参数，所述v形钢筋参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；
43.具体而言，根据上述步骤s100、步骤s110和步骤s120来将将裂缝的开展宽度数值(即)与数值a进行比较判断的过程中，若裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则将此时的钢筋直径和钢筋布置间距作为对应的v形钢筋7参数。继而为下述步骤s140中提供所需的v形钢筋7参数。
44.步骤s140，依据获得的所述v形钢筋参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；
45.具体而言，依据上述步骤s100、步骤s110、步骤s120和步骤s130所获得的v形钢筋7参数，以及采用《混凝土结构设计规范》第7.1.4条中的钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，即可计算出钢筋应力，继而得出钢筋面积as。
46.步骤s150，依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。
47.具体而言，依据上述步骤s100、步骤s110、步骤s120、步骤s130和步骤s140获得钢筋应力和钢筋面积后，本领域技术人员根据现有技术所公开的内容，依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，即可直接换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。
48.本发明实施例提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法还包括：
依据换算出的v形钢筋的直径数值和间距数值，来将v形钢筋安装至管片外侧的安装区，所述安装区靠近管片外侧的主筋5。
49.具体而言，在根据上述步骤s100、步骤s110、步骤s120、步骤s130、步骤s140和步骤s150所换算出的v形钢筋的直径数值和间距数值，按照该v形钢筋的直径数值和间距数值，来将v形钢筋安装至管片外侧的安装区，该安装区靠近管片外侧的主筋5处，即在将管片主筋的配置方式设置为“外侧主筋为u形筋、内侧主筋为直钢筋”后，在设置为u型筋的管片外侧的主筋5所让出的外弧面角部空隙处(即安装区)，来按照该v形钢筋的直径数值和间距数值布置v形加强钢筋，对防水密封垫处的管片外弧面角部混凝土进行保护，可以提高管片防水能力。然后为了便于受力钢筋安装而布置的钢筋，还可以配置其余构造钢筋。并且在盾构隧道管片外侧角部(即上述安装区)布置的v型钢筋较简易，相较于钢筋网布置，更便于安装，提高了施工的便利性与施工可靠性。这样加大角部素混凝土区域的范围，为细部构造钢筋的配置留有条件，能够在不影响角部混凝土浇筑质量的前提下，通过配筋方式加强管片外侧角部混凝土的抗拉强度，也便于施工，便于实际可操作。继而能够增强盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度，有利于提高防水性。
50.本发明提供一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法，通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm；若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋7参数，所述v形钢筋7参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；依据获得的所述v形钢筋7参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。这样通过在管片外侧的角部区域(即安装区)设置安装v形钢筋的空间，按照获得的v形钢筋的直径数值和间距数值，来布置所安装的v形钢筋，能够对管片外侧的角部区域进行加强，增强了管片外侧的角部区域的混凝土的抗拉强度，有利于提高管片外侧的角部区域的防水性能。从而达到了能够增强盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度，有利于提高防水性的技术效果。
51.为了对本发明提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置做详细说明，上述实施例一对一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的方法做了详细说明，基于同一发明构思，本技术还提供了一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置，详见实施例二。
52.实施例二
53.本发明实施例二提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置，包括挤压力数值获取模块200、拉应力值获取模块210、比较判断模块220、钢筋参数获取模块230、钢筋应力与面积获取模块240、直径与间距值获取模块250，挤压力数值获取模块200用于通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；其中，所述管片外侧的主筋5设置为u型筋，所述管片内侧的主筋6设置为直型筋。
54.拉应力值获取模块210用于依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；其中，所述依据获得的所述挤压力数值，通
过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值包括：采用有限元计算软件，建立管片c60型混凝土结构模型；采用平面应变模型进行模拟，边界条件是平面应变模型的上弧面为自由面，平面应变模型的左侧与下侧为固定端，弹性密封垫和海绵橡胶条所形成的挤压力作用于平面应变模型中管片结构的右侧；建立好结构、约束和荷载的平面应变模型后，依据挤压力数值，通过软件进行受力计算，得出结构应力云图，来提取结构最大拉应力，所述结构最大拉应力即为所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值。
55.同时，比较判断模块220用于依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm；其中，所述预设的规范公式包括：
56.其中所述为所述裂缝的开展宽度数值，所述α
cr
为构件受力特征系数，所述ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；当所述ψ＜0.2时，则所述ψ＝0.2，当所述ψ＞1.0时，则所述ψ＝1.0；对直接承受重复荷载的构件，则所述ψ＝1.0；所述σs为按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉普通钢筋应力或按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力；所述es为钢筋的弹性模量，所述cs为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，当所述cs＜20时，则所述cs＝20，当所述cs＞65时，则所述cs＝65；所述p
te
为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋；所述d
eq
为受拉区纵向钢筋的等效直径；对无粘结后张构件，仅为受拉区纵向受拉普通钢筋的等效直径。
57.并且，钢筋参数获取模块230用于若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋7参数，所述v形钢筋7参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；钢筋应力与面积获取模块240用于依据获得的所述v形钢筋7参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；直径与间距值获取模块250用于依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。本发明实施例二提供的一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置还可以包括布置安装模块260，布置安装模块260用于依据换算出的v形钢筋的直径数值和间距数值，来将v形钢筋安装至管片外侧的安装区，所述安装区靠近管片外侧的主筋5。
58.本发明提供一种用于盾构隧道管片外侧角部混凝土防水的装置，通过挤压力数值获取模块200用于通过弹性橡胶密封垫和海绵橡胶条对两个管片的连接处进行挤压，来获得挤压力数值；拉应力值获取模块210用于依据获得的所述挤压力数值，通过数值模拟计算来获得两个所述管片外侧角部混凝土内的拉应力值；比较判断模块220用于依据获得的所述拉应力值和预设的规范公式，获得裂缝的开展宽度数值，并将所述裂缝的开展宽度数值与数值a进行比较判断，所述数值a的取值范围是0.05mm至0.1mm；钢筋参数获取模块230用于若所述裂缝的开展宽度数值不大于数值a，则获得对应的v形钢筋7参数，所述v形钢筋7参数包括钢筋直径和钢筋布置间距；钢筋应力与面积获取模块240用于依据获得的所述v形钢筋7参数，通过钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力计算公式，来获得钢筋应力和钢筋面积；直径与间距值获取模块250用于依据获得的所述钢筋应力和所述钢筋面积，来换算出设置在管片外侧角部v形钢筋的直径数值和间距数值。这样通过在管片外侧的角部区域
(即安装区)设置安装v形钢筋的空间，按照获得的v形钢筋的直径数值和间距数值，来布置所安装的v形钢筋，能够对管片外侧的角部区域进行加强，增强了管片外侧的角部区域的混凝土的抗拉强度，有利于提高管片外侧的角部区域的防水性能。从而达到了能够增强盾构隧道管片外侧角部混凝土的抗拉强度，有利于提高防水性的技术效果。
59.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。