一种盾构隧道底部预制中-边箱涵结构及施工方法与流程

1.本发明涉及盾构隧道施工领域，尤其涉及一种盾构隧道底部预制中-边箱涵结构及施工方法。


背景技术：

2.随着交通行业的发展，盾构隧道广泛应用于公路、市政、铁路等领域隧道的建设，受装配式施工技术、盾构隧道内部空间等的限制，以及现有的预制及施工水平的限制，盾构隧道内部结构预制化率仍较低。而盾构隧道底部中间箱涵及边箱涵作为内部结构的重要组成部分，是提高内部结构预制化率的重要节点。现有的中间箱涵已基本实现全部预制化，而受受力要求、施工工序及作业空间的影响，边箱涵多采用现浇或叠合(半现浇半预制)的方式，箱涵施工质量及施工速度被严重制约。
3.主要存在以下方面不足：1)当边箱涵采用现浇方式时，需提前在中间箱涵边缘预埋接驳器，费用较高，边箱涵下部空间较狭小，底部模板不易拆除，施工作业难度大，钢筋需要现场排布绑扎，施工速度较慢，长时间施工对管片影响较大；2)当边箱涵采用叠合构件时，增加了一道现浇施工工序，施工进度仍然较慢，边箱涵顶部仍采用预埋接驳器方式与中间箱涵连接，接驳器数量使用多，费用较高，边箱涵预制件施工期间与中间箱涵无连接，边箱涵预制板作用在两侧的牛腿上，牛腿角部的混凝土局部易被破坏，对箱涵整体结构安全性有一定影响；3)现有的预制箱涵结构不带楔形变量，当隧道平面转弯半径较小时，盾构隧道曲线地段箱涵拼装效果较差，拼装缝宽度随着曲线长度的增加而增加，不利于结构受力及施工。因此，亟需一种盾构隧道底部预制楔形中-边箱涵结构，解决上述问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种盾构隧道底部预制中-边箱涵结构，其设置在盾构隧道的盾构管片内，该箱涵结构包括预制中间箱涵、预制边箱涵、牛腿基座，所述预制中间箱涵的两端可拆卸连接有所述预制边箱涵，所述牛腿基座设置在所述预制边箱涵远离预制中间箱涵的一端的下方，所述预制中间箱涵和牛腿基座的下端与盾构隧道的盾构管片连接，所述预制中间箱涵的顶面高于所述预制边箱涵的顶面。
5.进一步地，在所述预制中间箱涵上与预制边箱涵相固定的位置处预埋有若干个第一螺纹孔，在所述预制边箱涵上与预制中间箱涵连接的一端设置有凸起，在所述凸起上设置有与所述第一螺纹孔相对应的通孔或第二螺纹孔。
6.进一步地，所述预制边箱涵靠近盾构管片的一侧设置有斜坡倒角。
7.进一步地，所述预制中间箱涵的两侧设置有用于支撑预制边箱涵的支撑牛腿。
8.进一步地，所述支撑牛腿的上端面设置缓冲层，该缓冲层由塑料材质制成。
9.进一步地，所述预制边箱涵、牛腿基座和盾构管片之间填充有混凝土，所述预制中间箱涵的底部和盾构管片之间填充有混凝土。
10.进一步地，所述预制中间箱涵和其两端的预制边箱涵的上端面为相匹配的楔形结
构，所述预制中间箱涵两端的宽度与其相连端的预制边箱涵的宽度相同。
11.另一方面，本发明还提供了一种盾构隧道底部预制中-边箱涵的施工方法，包括以下步骤：
12.s1：在工厂制作预制中间箱涵和预制边箱涵并运输至现场，所述预制中间箱涵预留有与预制边箱涵连接的第一螺纹孔、设置用于支撑预制边箱涵的支撑牛腿，所述预制边箱涵预留有与预制中间箱涵连接的通孔或第二螺纹孔，根据施工情况设置预制中间箱涵以及预制边箱涵的安装位置及安装高度；
13.s2：现场浇筑位于预制边箱涵下端的牛腿基座；
14.s3：安装预制中间箱涵，将预制中间箱涵的底部与盾构管片连接，在所述预制中间箱涵和牛腿基座之间拼装预制边箱涵，并调整至合适的位置；
15.s4：将预制边箱涵的通孔或第二螺纹孔与预制中间箱涵的第一螺纹孔对齐，用直螺栓进行固定；
16.s5：重复上述操作s1-s4，依次沿掘进方向拼装箱涵结构；
17.s6：沿盾构隧道纵向拼装一定长度后，回填浇筑预制边箱涵、牛腿基座及盾构管片之间的空腔，保证下部箱涵结构体系稳定。
18.进一步地，所述s1中，工厂制作的预制中间箱涵和其两端的预制边箱涵的上端面为相匹配的楔形结构，且预制中间箱涵两端的宽度与其相连端的预制边箱涵的宽度相同。
19.进一步地，所述s3中，盾构隧道为曲线地段，内侧的所述预制边箱涵的宽度小于外侧的预制边箱涵的宽度，盾构隧道为直线地段，箱涵结构沿盾构隧道纵向左右交替设置。
20.本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
21.1)本发明中的中间箱涵和边箱涵均采用预制结构，提高了盾构隧道内部结构预制化率，提高安装效率；预制中间箱涵和边箱涵之间通过直螺栓连接，避免了在预制件中预埋接驳器，节约了成本，同时避免了现场排布上层钢筋，大幅提高了施工速度；
22.2)本发明中预制边箱涵靠近预制中间箱涵的一端设置凸起，且预制边箱涵的顶面标高较预制中间箱涵低，不仅可以解决盾构隧道内下层车道垫层厚度不够的问题，还有利于直螺栓的现场拼装，加快拼装速度，进而提高施工速度；
23.3)本发明中预制边箱涵靠近盾构管片侧的底部设置有斜坡倒角，有利于角部混凝土的填充密实；
24.4)本发明中预制中间箱涵和预制边箱涵采用带楔形量的预制结构，有利于解决箱涵结构拼装缝隙大的问题，尤其是曲线地段拼装效果差的问题，减小拼装误差，提高箱涵拼装质量；
25.5)本发明中预制中间箱涵的支撑牛腿的顶面设置有缓冲层，避免了预制边箱涵直接作用于支撑牛腿混凝土上，有一定的缓冲作用，有利于保护预制中间箱涵支撑牛腿的完整性及安全性。
附图说明
26.图1为本发明盾构隧道底部预制中-边箱涵结构的结构示意图；
27.图2为本发明盾构隧道底部预制中-边箱涵结构的局部结构示意图；
28.图3为本发明盾构隧道底部预制中-边箱涵结构中预制中间箱涵的结构示意图；
29.图4为本发明盾构隧道底部预制中-边箱涵结构中预制边箱涵的结构示意图；
30.图5为本发明盾构隧道底部预制中-边箱涵结构中预制边箱涵和预制中间箱涵连接的结构示意图；
31.图6为本发明盾构隧道底部预制中-边箱涵结构的拼装结构示意图。
32.1-预制中间箱涵；2-预制边箱涵；3-牛腿基座；4-回填混凝土结构；5-盾构管片；6-直螺栓；7-支撑牛腿；8-第一螺纹孔；9-斜坡倒角；10-连接孔。
具体实施方式
33.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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。
34.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置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。
36.如说明书附图1-2所示，本发明实施例提供了一种盾构隧道底部预制中-边箱涵结构，其设置在盾构隧道的盾构管片5内，且沿盾构隧道纵向依次设置，该箱涵结构包括预制中间箱涵1、预制边箱涵2、牛腿基座3，所述预制中间箱涵1的两端可拆卸连接有所述预制边箱涵2，所述牛腿基座3设置在所述边箱涵2远离预制中间箱涵1的一端的下方，牛腿基座3可采用现场现浇混凝土的方式进行施工，用于支撑其上方的预制边箱涵2，预制边箱涵2的两端分别通过预制中间箱涵1和牛腿基座3进行固定，预制边箱涵2和预制中间箱涵1沿盾构隧道横向铺设，预制边箱涵2和盾构隧道的管片之间留有一定的空隙，可通过现浇混凝土保障箱涵结构体系稳定，即在预制边箱涵2、牛腿基座3以及盾构管片5之间形成回填混凝土结构4，所述预制中间箱涵1和牛腿基座3的下端与盾构隧道的盾构管片5连接，所述预制中间箱涵1的顶面高于所述预制边箱涵2的顶面，由于超高横坡的存在，双层隧道中下层边跨车道板顶部垫层往往过薄，将预制边箱涵顶面做成低于预制中间箱涵顶面，可以解决盾构隧道内下层车道垫层厚度不够的问题；同时，预制边箱涵与预制中间箱涵采用直螺栓连接，预制边箱涵顶面低于预制中间箱涵，可以设置凸起物，方便螺栓的拧紧施工。
37.具体实施方式，在盾构管片5上设置牛腿基座3的位置处预埋有钢筋，然后进行现浇牛腿基座3，可以增加牛腿基座3的强度，预制中间箱涵1在预制过程可在底部预埋接驳器或连接件，同时，盾构管片5相应的位置也预埋有可与接驳器或连接件连接的结构件，实现预制中间箱涵1的安装，安装完成后，可在预制中间箱涵1底部和盾构管片5连接处现浇混凝
土，进行加固。
38.作为实施方式之一，如说明书附图3所示，在所述预制中间箱涵1上与预制边箱涵2相固定的位置处预埋有若干个第一螺纹孔8，具体的，在预制中间箱涵1与预制边箱涵2连接的侧壁上均匀预埋有多个螺纹套筒，形成第一螺纹孔8，可以与直螺栓6进行螺纹连接，在所述预制边箱涵2上与预制中间箱涵1连接的一端设置有凸起，预制边箱涵2和预制中间箱涵1拼接完成后，凸起的高度和预制中间箱涵1的高度相同，在所述凸起上设置有与所述第一螺纹孔8相对应的连接孔10，该连接孔10可以是通孔或第二螺纹孔，具体的，如说明书附图5所示，在预制边箱涵2的凸起上预埋有钢管或螺纹套筒，用于直螺栓6穿过或与直螺栓6螺纹连接，连接孔10穿过凸起设置，且连接孔10的位置与第一螺纹孔8的位置一一对应，预制边箱涵2和预制中间箱涵1的位置调整好后，通过直螺栓6穿过连接孔10并与第一螺纹孔8螺纹连接，实现预制中间箱涵1和预制边箱涵2的固定，凸起处还设置有可容纳直螺栓6螺帽的凹槽，凹槽可以是预制边箱涵2和预制中间箱涵1连接完成后在凸起一侧现浇混凝土制成，在预制中间箱涵1和预制边箱涵2连接完成后，在其接头处注浆填补间隙；预制中间箱涵1的两侧设置有用于支撑预制边箱涵2的支撑牛腿7，支撑牛腿7位于预制边箱涵2的下方，拼装过程中，预制边箱涵2的两端分别设置在牛腿基座3和支撑牛腿7上，再通过直螺栓6连接实现预制中间箱涵1和预制边箱涵2的有效连接，为了避免预制边箱涵2直接作用在支撑牛腿7上，可在支撑牛腿7的顶面设置缓冲层，可采用塑料材质制成，如eva塑料薄板，可减轻预制边箱涵2对支撑牛腿7的作用力，有利于保护预制中间箱涵1支撑牛腿的完整性及安全性。
39.如说明书附图4所示，所述预制边箱涵2靠近盾构管片5的一侧的底部设置有斜坡倒角9，其倾斜角度以及长度可以根据实际需求进行设置，预制边箱涵2的下端设置斜坡倒角9，有利于在预制边箱涵2、牛腿基座3以及盾构管片5之间进行混凝土回填时，增加角部混凝土的填充密实度，可增加箱涵体系的强度。
40.如说明书附图6所示，所述预制中间箱涵1和其两端的预制边箱涵2的上端面为相匹配的楔形结构，所述预制中间箱涵1两端的宽度与其相连端的预制边箱涵2的宽度相同，每组箱涵结构由预制中间箱涵1和两端的预制边箱涵2组成，且沿着盾构隧道的掘进方向拼装箱涵结构，对于曲线地段，盾构隧道有一定的弧度，以曲线地段的圆心的一侧为内侧，则内侧的预制边箱涵2的宽度小于外侧的预制边箱涵2的宽度，且预制中间箱涵1的宽度较小的一端朝向内侧设置，箱涵结构沿着盾构隧道的纵向依次铺设，预制中间箱涵1和预制边箱涵2的楔形量根据实际需求进行设置，具体的，可根据曲线地段的弧度进行设置；对于直线地段，预制中间箱涵1和预制边箱涵2的上端面可以为方形，也可以为楔形结构，预制中间箱涵1和预制边箱涵2为方形，则预制中间箱涵1和预制边箱涵2的宽度相同，沿着盾构隧道纵向依次设置即可，预制中间箱涵1和预制边箱涵2为楔形结构，则每组箱涵结构沿盾构隧道的纵向左右交替设置，以减小箱涵结构拼装的缝隙。
41.在一些实施例中，将预制中间箱涵1和预制边箱涵2制作成模块化的标准件，预制边箱涵为楔形结构，则需要制作两种不同尺寸的预制边箱涵标准件，可节约成本，方便运输以及备品备件，可在每组箱涵结构的缝隙处注浆填补间隙。
42.另一方面，本发明还提供了一种盾构隧道底部预制中-边箱涵的施工方法，包括以下步骤：
43.s1：在工厂制作预制中间箱涵1和预制边箱涵2并运输至现场，所述预制中间箱涵1
预留有与预制边箱涵2连接的第一螺纹孔8、设置用于支撑预制边箱涵2的支撑牛腿7，预制中间箱涵1的底部还预埋有用于与盾构管片5连接的接驳器，所述预制边箱涵2预留有与预制中间箱涵1连接的连接孔10，可以是通孔或第二螺纹孔，根据施工情况设置预制中间箱涵1以及预制边箱涵2的安装位置及安装高度；
44.s2：确定好牛腿基座3的安装位置，提前在盾构管片5上预埋有钢筋，现场浇筑位于预制边箱涵2下端的牛腿基座3；
45.s3：确定好中间箱涵1的安装位置，提前在盾构管片5上预埋与预制中间箱涵1连接的连接件，将预制中间箱涵吊装至目标位置并进行安装，实现预制中间箱涵1的底部与盾构管片5的连接，在所述预制中间箱涵1和牛腿基座3之间拼装预制边箱涵2，即将预制边箱涵2吊装至牛腿基座3和预制中间箱涵1的支撑牛腿7上，并调整至合适的位置；
46.s4：将预制边箱涵2的通孔或第二螺纹孔与预制中间箱涵1的第一螺纹孔8对齐，用直螺栓6进行固定；
47.s5：重复上述操作s1-s4，依次沿盾构隧道掘进方向拼装箱涵结构；
48.s6：沿盾构隧道纵向拼装一定长度后，回填浇筑预制边箱涵2、牛腿基座3及盾构管片5之间的空腔，保证下部箱涵结构体系稳定，在各接头处进行注浆填补空隙。
49.细化实施方式，预制中间箱涵1和预制边箱涵2的上端面为方形或相匹配的楔形结构，且预制中间箱涵1两端的宽度与其相连端的预制边箱涵2的宽度相同，具体的，如说明书附图6所示，盾构隧道为曲线地段，内侧的所述预制边箱涵2的宽度小于外侧的预制边箱涵2的宽度，盾构隧道为直线地段，箱涵结构沿盾构隧道纵向左右交替设置，以减小箱涵结构之间的缝隙。
50.综上所述，本发明提供了一种盾构隧道底部预制中-边箱涵结构及施工方法，边箱涵和中间箱涵均采用预制结构，提高了箱涵结构的预制化率，提高安装效率，预制边箱涵和预制中间箱涵采用螺纹连接方式，通过直螺栓进行可拆卸连接，避免了在预制件中预埋接驳器，节约了成本，大幅提高施工速度；预制边箱涵和预制中间箱涵采用楔形结构，在拼接过程中，可以减小箱涵结构之间的缝隙，尤其适用于曲线地段使用，减小拼装误差，提高箱涵拼装质量。
51.本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。