一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构的制作方法

1.本发明属于地下构筑物技术领域，具体涉及一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构。


背景技术：

2.软土地区常用的地下结构施工方法是明挖法，且常用的断面型式为矩形结构。但经常碰到站位范围有无法迁改的重要管线和建构筑物等，无条件采用明挖法施工。
3.若采用暗挖法施工时，由于处于软土地层，常规的矩形或类矩形断面受力较差，尤其覆土较深时，顶部受力较大，变形较大，需架设临时支撑分仓开挖，容易产生裂缝渗漏等不良后果。对此，本领域技术人员急需一种受力性能更优且可进行全断面开挖的暗挖马蹄形结构型式。


技术实现要素：

4.本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，该结构通过将若干梯形管节拼装拟合形成马蹄形横断面，使结构受力体系较优；通过在梯形钢管节内横向穿预应力钢绞线，并在填充混凝土达到强度后张拉锁紧，使得结构体系在土体开挖后处于全断面受压的状态，从而最大限度利用拟合后的拱形形状来提高顶管支护结构的受力性能。
5.本发明目的实现由以下技术方案完成：一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其特征在于所述结构的横断面呈马蹄形，由若干梯形管节拼装拟合构成，相邻的所述梯形管节侧壁面之间具有张开间隙，所述梯形管节的类型不少于一种。
6.所述梯形管节的类型为两种，分别为a型等腰梯形管节、b型等腰梯形管节，相邻的所述梯形管节侧壁面之间通过锁扣连接以控制所述张开间隙，所述张开间隙的尺寸在100-200mm之间。
7.所述马蹄形是指断面轮廓形状由若干个圆弧连接而成的形状。
8.所述结构的马蹄形断面由四段圆弧组成，分别为仰拱、拱顶以及位于两侧的拱脚，各段所述圆弧均由若干块所述梯形管节拼装拟合组成。
9.所述拱顶、所述拱脚及所述仰拱内横向穿设有预应力钢绞线以将各所述梯形管节张拉后形成整体。
10.各所述梯形管节中填充有混凝土。
11.本发明的优点是：（1）马蹄形断面的结构拱顶受力最优且空间利用效率较高，拱顶为圆弧曲线，受力状态以受压为主，理论上可不设置或少设置预应力，预应力可作为适度的安全储备；（2）不同高度、不同宽度的马蹄形断面结构通过采用标准模块化的几种等腰梯形管节拼装拟合而成，安装便捷、施工效率高，利于推广应用于不同场景的暗挖结构。
附图说明
12.图1为本发明中马蹄形结构由若干梯形管节拼装拟合的横断面示意图；图2为本发明中马蹄形结构以两种类型梯形管节为例拼装拟合的横断面示意图；图3为本发明中以a型等腰梯形管节和b型等腰梯形管节为例局部拟合的断面示意图；图4为本发明中梯形管节的纵向剖视图。
具体实施方式
13.以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-4，以两种梯形管节为例，图中各标记分别为：梯形管节1、a型等腰梯形管节1a、b型等腰梯形管节1b、预应力钢绞线2、焊接环缝3、预留孔4。
14.实施例：如图1、2、3、4所示，本实施例具体涉及一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，该结构横断面呈马蹄形，由若干梯形管节1拼装拟合构成，相邻的梯形管节1侧壁面之间具有张开间隙并通过锁扣保持相互连接（图中锁扣未示出）。需要说明的是，本实施例中所指的马蹄形结构可以是诸如地下车站等建构筑物。
15.如图1、2、3所示，本实施例拼装拟合用的梯形管节1具体以两种管节类型为例，分别为a型等腰梯形管节1a和b型等腰梯形管节1b，需要说明的是，各梯形管节1均为钢制结构。根据具体的拼装形状需要，可将若干a型等腰梯形管节1a进行连续拼装，也可将若干b型等腰梯形管节1b进行连续拼装，或者是将a型等腰梯形管节1a和b型等腰梯形管节1b进行交替间隔拼装；相邻的梯形管节1侧壁面之间通过锁口扣接以控制张开间隙并起到导向和防水作用，如图3所示可见相邻梯形管节1之间呈三角形状的张开间隙，张开间隙的尺寸控制在100-200mm之间。
16.如图1、2、3所示，马蹄形在本领域中定义为断面轮廓形状由若干个圆弧或圆弧与直线连接而成，具体的，本实施例中马蹄形断面结构由四段圆弧组成，分别为仰拱、拱顶以及位于两侧的拱脚，分别由若干块不同类型的等腰梯形管节拼装拟合组成。其中：仰拱由若干块a型等腰梯形管节1a拼装拟合组成；拱顶由相互交替设置的若干块a型等腰梯形管节1a和b型等腰梯形管节1b拼装拟合组成；拱脚由若干块b型等腰梯形管节1b拼装拟合组成。
17.如图1、2所示，对马蹄形断面进行理论受力计算分析，根据受力状态对梯形管节1不同部位匹配布设相应的预应力钢绞线2，梯形管节1在匹配的预应力钢绞线2路径范围内对应设置有等间隔的圆孔，便于管节顶进完毕后的波纹管敷设。拱顶、拱脚及仰拱内横向穿设有预应力钢绞线2以将各梯形管节1张拉后形成整体。如图4所示为梯形管节1的纵向剖视图，可见，在纵向上，前、后设置的梯形管节1之间通过焊接环缝3进行连接，在梯形管节1的纵向上间隔开设有若干供预应力钢绞线2穿设的预留孔4。
18.进一步的，在拱腰理论弯矩零点处，对称确定了两个梯形管节1作为预应力钢绞线2的张拉块，根据计算，如有需要，在张拉块以下的适当位置设置钢绞线固定端梯形管节，在固定端管节之间的预应力钢绞线2按交错布置；对除张拉块以外的管节进行混凝土填充，预应力钢绞线2采用两端或单端张拉的方式对称施加预应力，在张拉工作结束后对张拉块管节进行混凝填充，最终形成管幕支护结构。
19.本实施例的有益效果在于：（1）利用模块化的梯形管节，通过梯形管节组合拼装拟合成不同高度、不同宽度的马蹄形结构断面型式，可适用于不同应用场景的暗挖结构。包括：马蹄形断面轮廓、可内穿预应力钢绞线的钢管节拟合断面，通过合理的轮廓设计，使结构受力体系较优，可通过在钢管节内横向穿预应力钢绞线，并在填充混凝土达到强度后张拉锁紧，使得结构体系在土体开挖后处于全断面受压的状态，从而最大限度利用拟合后的拱形形状来提高顶管支护结构的受力性能。
20.（2）马蹄形结构断面的轮廓所构成的弧形由仰拱、拱脚和拱顶的多段圆弧组成。为满足结构内部限界净空需求、减少管节分块数量及种类，根据仰拱、拱脚和拱顶的圆弧类型，可通过模块化的梯形钢管节，拟合不同半径的圆弧，使得钢管节模块化，利于推广应用于不同场景的暗挖结构。


技术特征：
1.一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其特征在于所述结构的横断面呈马蹄形，由若干梯形管节拼装拟合构成，相邻的所述梯形管节侧壁面之间具有张开间隙，所述梯形管节的类型不少于一种。2.根据权利要求1所述的一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其特征在于所述梯形管节的类型为两种，分别为a型等腰梯形管节、b型等腰梯形管节，相邻的所述梯形管节侧壁面之间通过锁扣连接以控制所述张开间隙，所述张开间隙的尺寸在100-200mm之间。3.根据权利要求2所述的一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其特征在于所述马蹄形是指断面轮廓形状由若干个圆弧连接而成的形状。4.根据权利要求3所述的一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其特征在于所述结构的马蹄形断面由四段圆弧组成，分别为仰拱、拱顶以及位于两侧的拱脚，各段所述圆弧均由若干块所述梯形管节拼装拟合组成。5.根据权利要求4所述的一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其特征在于所述拱顶、所述拱脚及所述仰拱内横向穿设有预应力钢绞线以将各所述梯形管节张拉后形成整体。6.根据权利要求5所述的一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其特征在于各所述梯形管节中填充有混凝土。

技术总结
本发明公开了一种适用于软土地区全断面暗挖的马蹄形结构，其横断面呈马蹄形，由若干梯形管节拼装拟合构成，相邻的梯形管节侧壁面之间具有张开间隙，梯形管节的类型为一种或多种的等腰梯形管节，相邻的梯形管节侧壁面之间通过锁扣连接以控制张开间隙并起到导向和防水作用。本发明的优点是：（1）马蹄形断面的结构拱顶受力最优且空间利用效率较高，拱顶为圆弧曲线，受力状态以受压为主，理论上可不设置或少设置预应力，预应力可作为适度的安全储备，可全断面开挖提高施工效率；（2）不同高度、不同宽度的马蹄形断面结构通过采用标准模块化的等腰梯形管节拼装拟合而成，安装便捷、施工效率高，利于推广应用于不同场景的软土暗挖地下结构。结构。结构。


技术研发人员：陈鸿 陈文艳 杨玲 胡晓燕 郑仁癸 韩小勇 夏旻 唐国胜 陈江 吴筱薇 朱令 周冬军 祝平
受保护的技术使用者：上海市隧道工程轨道交通设计研究院
技术研发日：2022.10.08
技术公布日：2023/2/27