高强度预制管片及使用该预制管片的支护结构的制作方法

1.本实用新型涉及隧道或地下工程的支护结构领域，特别是涉及到了一种高强度预制管片及使用该预制管片的支护结构。


背景技术：

2.盾构施工过程中，预制管片的使用极大的促进了施工效率的提升。预制管片的拼装是通过盾构设备的管片拼装机进行的，具体过程是管片拼装机首先抓取预制管片，然后将其送至相应的位置，通过向后推动预制管片实现其与前一级管片之间的拼接，拼接完成后，掘进设备在向前移动时，是通过其尾部的顶推油缸顶在预制管片的前侧面上来提供推动力，预制管片在提供反力的同时，自身也被向已经拼好的上一级预制管片挤紧，从而形成紧密配合结构。循环进行上述操作，便可形成支护结构，实现对开挖隧道的支护。
3.前后相邻的两预制管片之间需要通过管片接头进行连接，常采用的接头形式有螺栓连接、插销连接、榫槽连接等形式。现有的管片接头往往需要人工参与进行操作，一方面增加了人工成本，另一方面也给管片拼装效率的提升造成了极大的限制。另外，管片接头是预制管片强度最薄弱的位置，常规接头的承载力远低于预制管片本体的承载力，导致预制管片整体承载力受到局限。在复杂多变的工程环境中，地下结构经常会面临大跨度、重荷载和动荷载等情况，因管片接头承载力较低，在特殊环境下容易造成隧道结构失稳破坏，这在一定程度上限制了预制管片的应用。
4.申请公布号为cn113294173a、申请公布日为2021年8月24日的中国发明专利申请公开了一种盾构管片连接结构；该盾构管片连接结构包括顺序设置的第一固定件、轴向件和第二固定件，第一固定件和第二固定件分别安装在相邻的两个管片上，轴向件具有第一连接部和第二连接部，第一连接部和第一固定件固定连接，第二连接部和第二固定件插接，其中第一、第二固定件以及轴向件均为杆件，该连接结构式仿螺栓接头结构，与螺栓接头不同之处是通过第一、第二固定件与轴向件的两端的过盈插接来实现对前后相邻的两管片间的连接，能够减少人工的操作(如拧螺栓操作)，因此可提高施工效率。
5.上述盾构管片连接结构虽然可以减少预制管片拼装过程中人工的操作，但是轴向件的安装仍然需要人工进行，这仍然限制着施工效率的提升。同时上述仿螺栓接头的连接结构无法解决接头部位强度差的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种高强度预制管片，以解决预制管片拼装施工中由于需要人工参与所带来的施工效率低的问题。
7.同时，本实用新型的目的还在于提供使用了上述高强度预制管片的支护结构。
8.为了解决上述问题，本实用新型的高强度预制管片采用以下技术方案：高强度预制管片，包括管片本体以及接头，所述接头包括预设在所述管片本体的前、后两端中的一端的公接头及另一端的母接头，所述公接头上设有用于与所述母接头插接的插舌，母接头上
设有与所述插舌前后对应的插槽，所述插舌与插槽插接时过盈配合。
9.有益效果：本实用新型通过改进现有预制管片的接头，在管片本体的前、后端中的一个上设置了公接头，另一个上设置了母接头，并且所述公接头上设有用于与所述母接头插接的插舌，母接头上设有与所述插舌前后对应的插槽，所述插舌与插槽插接时过盈配合，因此，在进行预制管片拼装时，可直接将前后两管片的公、母接头插接，从而实现二者之间的拼接，尤其是在掘进机后续的掘进过程中，在掘进机顶推油缸的作用下，插舌与插槽之间将形成更加紧密的过盈配合，实现对前后相邻的两预制管片间的自动连接，拼装全过程无需人工干预，从而解决了预制管片拼装施工中由于需要人工参与所带来的施工效率低的问题。
10.更进一步地，所述母接头在管片本体的厚度方向上和/或宽度方向上设有至少两个插槽，所述公接头上的插舌与所述母接头上的插槽对应。多个插舌及插槽能够形成更加紧密的连接结构，这是因为除了每个插舌各自与插槽的过盈配合外，各插舌之间也会形成相对的作用力，为公、母接头的可靠连接提供助力。
11.更进一步地，所述母接头在管片本体的厚度方向上设有两个插槽，形成“e”字形截面。管片本体厚度方向上的两插槽可弥补公、母接头处在厚度方向的强度的不足，提升预制管片的整体强度。
12.更进一步地，所述插舌在管片本体的宽度方向上延伸设定的宽度以达到设定强度。通过使插舌具有一定的宽度，能够分散插舌各处所受的应力，保证插舌的强度及可靠性。
13.更进一步地，所述插槽的插口位于管片本体的相应端面内或者与管片本体的相应端面平齐。插槽的槽口位置决定了相邻预制管片间是否能够严丝合缝的拼合，插槽的插口位于管片本体的相应端面内或者与管片本体的相应端面平齐时，可保证相邻两预制管片间的充分拼合。
14.更进一步地，所述插槽为口部大底部小的楔形槽，所述插舌的形状与插槽的形状适配。楔形槽便于在插接初期捕捉到相应的插舌，在插接完成后形成更加可靠的过盈配合。
15.更进一步地，所述公接头和/或母接头外表面设有密封层。密封层可保证公、母接头配合处的密封。
16.更进一步地，所述密封层为粘贴在所述公接头和/或母接头外表面的弹性橡胶垫。粘贴的弹性橡胶垫具有成本低、便于布置的优点。
17.更进一步地，所述管片本体中预埋有加强筋，所述公接头和母接头均与临近的加强筋固定连接。公接头和母接头与临近的加强筋固定连接，一方面可起到加强公、母接头的作用，另一方面可保证公、母接头与管片本体结合的可靠性。
18.更进一步地，所述公接头还包括插舌座，所述插舌座覆盖管片本体的相应端面。通过插舌座覆盖管片本体的相应端面时，一方面起到了放大与管片本体结合面，增加二者结合强度的作用，另一方面可以保护管片本体的端部，避免其由于磕碰而损坏。
19.更进一步地，所述母接头通过在其插槽的槽口设置翻边而覆盖管片本体的相应端面。母接头覆盖管片本体的相应端面，同样可以起到加强与管片本体的结合强度及保护管片本体的端面的作用。
20.本实用新型的支护结构采用以下技术方案：支护结构，该支护结构包括前后依次
拼接的预制管片，所述预制管片包括管片本体以及接头，所述接头包括预设在所述管片本体的前、后两端中的一端的公接头及另一端的母接头，所述公接头上设有用于与所述母接头插接的插舌，母接头上设有与所述插舌前后对应的插槽，所述插舌与插槽插接时过盈配合，相邻的预制管片的公、母接头通过插舌与插槽的插接及过盈配合而连接在一起。
21.有益效果：本实用新型通过改进现有预制管片的接头，在管片本体的前、后端中的一个上设置了公接头，另一个上设置了母接头，并且所述公接头上设有用于与所述母接头插接的插舌，母接头上设有与所述插舌前后对应的插槽，所述插舌与插槽插接时过盈配合，因此，在进行预制管片拼装时，可直接将前后两管片的公、母接头插接，从而实现二者之间的拼接，尤其是在掘进机后续的掘进过程中，在掘进机顶推油缸的作用下，插舌与插槽之间将形成更加紧密的过盈配合，实现对前后相邻的两预制管片间的自动连接，拼装全过程无需人工干预，从而解决了预制管片拼装施工中由于需要人工参与所带来的施工效率低的问题。
22.更进一步地，所述母接头在管片本体的厚度方向上和/或宽度方向上设有至少两个插槽，所述公接头上的插舌与所述母接头上的插槽对应。多个插舌及插槽能够形成更加紧密的连接结构，这是因为除了每个插舌各自与插槽的过盈配合外，各插舌之间也会形成相对的作用力，为公、母接头的可靠连接提供助力。
23.更进一步地，所述母接头在管片本体的厚度方向上设有两个插槽，形成“e”字形截面。管片本体厚度方向上的两插槽可弥补功公、母接头处在厚度方向的强度的不足，提升预制管片的整体强度。
24.更进一步地，所述插舌在管片本体的宽度方向上延伸设定的宽度以达到设定强度。通过使插舌具有一定的宽度，能够分散插舌各处所受的应力，保证插舌的强度及可靠性。
25.更进一步地，所述插槽的插口位于管片本体的相应端面内或者与管片本体的相应端面平齐。插槽的槽口位置决定了相邻预制管片间是否能够严丝合缝的拼合，插槽的插口位于管片本体的相应端面内或者与管片本体的相应端面平齐时，可保证相邻两预制管片间的充分拼合。
26.更进一步地，所述插槽为口部大底部小的楔形槽，所述插舌的形状与插槽的形状适配。楔形槽便于在插接初期捕捉到相应的插舌，在插接完成后形成更加可靠的过盈配合。
27.更进一步地，所述公接头和/或母接头外表面设有密封层。密封层可保证公、母接头配合处的密封。
28.更进一步地，所述密封层为粘贴在所述公接头和/或母接头外表面的弹性橡胶垫。粘贴的弹性橡胶垫具有成本低、便于布置的优点。
29.更进一步地，所述管片本体中预埋有加强筋，所述公接头和母接头均与临近的加强筋固定连接。公接头和母接头与临近的加强筋固定连接，一方面可起到加强公、母接头的作用，另一方面可保证公、母接头与管片本体结合的可靠性。
30.更进一步地，所述公接头还包括插舌座，所述插舌座覆盖管片本体的相应端面。通过插舌座覆盖管片本体的相应端面时，一方面起到了放大与管片本体结合面，增加二者结合强度的作用，另一方面可以保护管片本体的端部，避免其由于磕碰而损坏。
31.更进一步地，所述母接头通过在其插槽的槽口设置翻边而覆盖管片本体的相应端
面。母接头覆盖管片本体的相应端面，同样可以起到加强与管片本体的结合强度及保护管片本体的端面的作用。
附图说明
32.图1是本实用新型的高强度预制管片的实施例1的结构示意图；
33.图2是本实用新型的高强度预制管片的实施例1的拼装示意图；
34.图3是本实用新型的高强度预制管片的实施例1的母接头端的端面示意图；
35.图4是本实用新型的高强度预制管片的实施例2的母接头端的端面示意图；
36.图5是本实用新型的高强度预制管片的实施例3的结构示意图。
37.图中：101、管片本体；11加强筋；102、母接头；21、插槽；22、翻边；103、连接筋；104、公接头；41、插舌；42、密封层。
具体实施方式
38.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
41.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
42.高强度预制管片的实施例1：
43.如图1-3所示，该高强度预制管片包括管片本体101，管片本体101为混凝土浇筑预制体，在本实施例中，管片本体101的横截面为圆弧形，可用于横截面为圆形的隧道。当然，在其它实施例中，管片本体101的横截面形状还可以根据需要进行任意设计，使其能够适用于横截面为马蹄形、矩形等形状的隧道，管片本体101的形状为现有技术，此处不予赘述。为了保证强度，管片本体101中设置有加强筋11，在管片本体101中设置加强筋11也为现有技术，此处不予赘述。
44.在管片本体101的后端设有母接头102，如图1、3所示，母接头102上设有插槽21，在本实施例中，插槽21在管片本体厚度方向上设有两层，由此使得母接头102的横截面形成了“e”字形。从图3中可以看出，插槽21在管片本体101的宽度方向上具有设定宽度，该设定宽度基本与管片本体101的宽度相当。插槽21采用的是楔形槽(由于插槽21本身的槽壁斜度较小，为了清楚的显示器结构，图中采用小三角形展示了其斜度)，具体地，在本实施例中，插槽21在深度方向上的横截面为矩形，但是在管片本体101厚度方向上，槽口的尺寸大于槽底的尺寸，并且在前后方向上与管片本体101的端面平齐。母接头102的背面通过连接筋103与管片本体101内的连接筋103连接，具体连接方式为焊接。
45.在管片本体101的前端设有公接头104，如图2所示，公接头104包括插舌座以及设于插舌座上的插舌41，插舌41与插槽21一一对应，形状与插槽21的形状互相吻合，因此也具备了设定的宽度，可以满足预定的强度要求。插舌41在管片本体101的厚度方向上同样设有两层。当与对应的插槽21插接时，能够形成过盈配合，并且二者可形成越插越紧的配合。插舌41的外表面上设置有密封层42，在本实施例中，密封层42具体由粘贴在插舌上的弹性橡胶垫构成。公接头104的背面，即插舌座的背面同样通过连接筋103与管片本体101内的加强筋11连接，具体连接方式为焊接。插舌41的根部与管片本体101的端面平齐，可有助于管片本体101与相邻的管片本体之间严丝合缝的拼接；在本实施例中，插舌座嵌在管片本体中。
46.该高强度预制管片在制造时，可将加强筋11形成的钢筋骨架与公接头104、母接头102通过连接筋103连接，各连接位置处点焊固定，焊接完成后浇筑混凝土并养护，便可形成预制管片，经养护后，在公接头104的插舌41周圈粘贴包裹弹性橡胶垫即可。
47.在使用该高强度预制管片拼装形成支护结构时，可在上一级预制管片(后方管片)定位后，通过管片拼装机抓取预制管片并将其送到设定的位置，然后将抓取的预制管片向后移动，将该预制管片的母接头102与后方预制管片上的公接头104插接即可，在插接的过程中，插舌41与插槽21的槽壁之间将形成过盈配合，从而实现前后两预制管片间的固定。掘进设备继续掘进的过程中，其顶推油缸将会顶在靠前的预制管片上，将其向后再次顶压，从而实现前、后两预制管片间的进一步固定，此过程中，两预制管片的插接位置将会通过弹性橡胶垫实现密封。
48.高强度预制管片的实施例2：
49.在高强度预制管片的实施例1中，沿管片本体的宽度方向设置了一处插槽。在本实施例中，如图4所示，沿管片本体101的宽度方向设置了两处母接头102。相应地，管片本体101另一端的插舌也与插槽对应设置，采用这种结构，能够减小单个公、母接头的尺寸规格，使其更加便于制造和与加强筋结合。
50.高强度预制管片的实施例3：
51.在高强度预制管片的实施例1中，公接头104的插舌座的尺寸小于管片本体101的端面的尺寸，其采用了嵌入式的安装结构，母接头同样采用了全部嵌入式的安装结构，如图5所示，在本实施例中，所述公接头104的插舌座覆盖管片本体101的相应端面。母接头102通过在其插槽的槽口设置翻边22而覆盖管片本体101的相应端面。通过上述结构，起到了加强与管片本体101的结合强度及保护管片本体101的端面的作用。
52.高强度预制管片的实施例4：
53.在高强度预制管片的实施例1中，插舌及相应的插槽在管片本体的厚度方向上设置了两层，在本实施例中，仅设置了一层插舌及插槽。当然，在其它实施例中，插舌即插槽的层数还可以为三层以上，根据实际需要设置即可。
54.高强度预制管片的实施例5：
55.在高强度预制管片的实施例1中，公接头被设在了管片本体的前端，母接头被设在了管片本体的后端。在本实施例中，对公、母接头的前后位置进行了互换。
56.高强度预制管片的实施例6：
57.在高强度预制管片的实施例1中，仅在公接头上设置了密封层。在本实施例中，在母接头的插槽中也设置了密封层。在其它实施例中，还可以在公、母接头的表面分别设置密封层，密封层除了采用实施例1中的结构外，还可以是通过涂覆等方式设在公、母接头上的涂层。
58.高强度预制管片的实施例7：
59.在高强度预制管片的实施例1中，母接头的的插槽的槽口在前后方向上与管片本体的端面平齐，插舌的根部与管片本体的端面在前后方向上平齐。在本实施例中，母接头的的插槽的槽口在前后方向上位于管片本体的端面内侧，插舌的根部与管片本体的端面在前后方向上位于管片本体的端面内侧。
60.高强度预制管片的实施例8：
61.在高强度预制管片的实施例1中，公接头104包括了插舌座和插舌，在本实施例中，公接头省略了插舌座，插舌直接与管片本体连接，例如可以是与管片本体内的加强筋等连接，而后通过管片本体成型时的混凝土进一步结合。
62.支护结构的实施例：
63.该支护结构包括前后依次拼接的预制管片，其中所述的预制管片为本实用新型的高强度预制管片，此处不予赘述。相邻的预制管片的公、母接头通过插舌与插槽的插接及过盈配合而连接在一起。