一种盾构隧道管片纵向预应力加固结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种盾构管片施工时，在铺设完成的管纵向片之间设置预应力的方法，涉及到轨道交通及隧道类技术，属于工程技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的高速发展，交通运输业也随之蓬勃进行，丘陵隧道、过江隧道、城市地铁等工程在交通运输业中所占的比例逐年上升。在盾构隧道后期运营期间，因车辆运行产生的振动荷载以及不良地层引发的不均匀荷载，会使隧道沿纵向方向出现不均匀沉降，诱发相邻环管片之间出现错位甚至管片断裂，导致隧道渗水漏泥或地铁轨道扭曲变形，缩短隧道正常服役年限。
[0003]目前为止，针对盾构隧道后期产生的纵向变形及错位等，一般针对破坏区域进行简单处理或个别加固。中国专利201410048582.0公开了一种盾构隧道纵向预应力混凝土衬砌管片的制备方法，通过在每组循环区间衬砌环的连接块、标准块以及拱底块上的预定位置分别埋置制孔器以制成孔道，在孔道中穿入预应力钢绞线，并保证拱底块的两种锚固环在两个区间内交错进行，这种方法容易在B类锚固环处产生张拉缝隙，使B类锚固环成为薄弱环节，并且此专利的效果不能在整个盾构环上形成均匀的预应力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种盾构隧道管片纵向预应力加固结构及施工方法，将盾构管片在纵向方向上连接成了一个整体，提高了隧道纵向抗不均匀沉降的能力，限制了隧道纵向扭曲变形，等效提升了的盾构隧道管片的整体强度。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]—种盾构隧道管片纵向预应力加固结构，包括固定端管片、若干个区间管片和若干个连接处管片；在端部固定端管片与区间管片相接触，且固定端管片、区间管片和连接处管片由同一预应力连接件连接；在内部区间管片和连接处管片间隔布设，且连接处管片、区间管片和连接处管片由同一预应力连接件连接。
[0007]所述固定端管片和连接处管片均包括第一拱底块，所述第一拱底块与第一连接块连接，第一连接块与第一封顶块连接；所述第一拱底块、第一连接块和第一封顶块的环向切面均为弧形结构，三者连接组成衬砌环结构；所述第一拱底块、第一连接块和第一封顶块沿纵向方向的两端均开有管片预留凹槽。
[0008]所述第一拱底块、第一连接块和第一封顶块的纵向方向的两端面配合有应力传递板，应力传递板之间通过钢筋相连接；所述应力传递板中部开有预应力连接件穿过孔。
[0009]所述应力传递板沿环向方向的宽度比管片预留凹槽沿环向方向的宽度尺寸大。
[0010]进一步的，所述第一拱底块、第一连接块和第一封顶块与应力传递板配合处设有管片预留凹陷，所述应力传递板位于管片预留凹陷内，所述管片预留凹陷沿环向方向的宽度与应力传递板沿环向方向的宽度尺寸相同。
[0011]所述应力传递板的沿纵向方向的宽度尺寸小于管片预留凹陷沿纵向方向的宽度尺寸，应力传递板在管片预留凹陷内可在纵向方向上调整位置。
[0012]所述应力传递板内侧与管片预留凹陷最内侧有设定距离，所述应力传递板外侧与管片预留凹陷最外侧有设定距离。以保证应不同区间钢绞线上的不同大小的预应力值能通过应力传递板的微小移动传递至相邻区间的钢绞线上或通过应力传递板挤压管片进行平衡钢绞线的预应力差值。
[0013]所述区间管片包括第二拱底块，所述第二拱底块与第二连接块连接，第二连接块与第二封顶块连接；所述第二拱底块、第二连接块和第二封顶块的环向切面均为弧形结构，三者连接组成衬砌环结构；所述第二拱底块、第二连接块和第二封顶块沿纵向方向开有预应力连接件通孔道。
[0014]所述预应力连接件为钢绞线，钢绞线端部由钢绞线锁具锁定。
[0015]—种盾构隧道管片纵向预应力加固结构的施工方法，包括以下步骤:
[0016]步骤1:在固定端管片上一侧的应力传递板上的预应力连接件穿过孔上穿过预应力连接件；
[0017]步骤2:将预应力连接件的一端锁定在固定端管片上相应的管片预留凹槽中；
[0018]步骤3:将预应力连接件沿管片拼装的方向穿过区间管片上的相应的预应力连接件通孔道；
[0019]步骤4:将穿过区间管片的预应力连接件再穿过连接处管片上相应一侧的应力传递板上的预应力连接件穿过孔，此时预应力连接件的末端留在连接处管片上的相应的管片预留凹槽中；
[0020]步骤5:对预应力连接件施加预应力，并利用锁具将其固定住；
[0021]步骤6:在连接处管片上的另一侧的应力传递板上的预应力连接件穿过孔中，重新插入一根新的预应力连接件，并利用锁具将预应力连接件锁在连接处管片的管片预留凹槽内；
[0022]步骤7:重复上述步骤3-步骤5，完成整个预应力加固结构的预应力施加。
[0023]本发明的有益效果为:
[0024]本发明将盾构管片在纵向方向上连接成了一个整体，克服了在局部管片应力不均匀的缺陷，提高了隧道纵向抗不均匀沉降的能力，限制了隧道纵向扭曲变形，等效提升了的盾构隧道管片的整体强度。
[0025]本发明通过挤压盾构管片，能较好的保持住管片之间的应力，使管片之间的相互作用方式为相互挤压，防止相邻管片之间出现张开或错抬，提高了相邻管片之间缝隙的抗渗能力，有效控制隧道渗水漏泥现象。
[0026]本发明通过在连接位置处管片上的两侧设置应力传递板，可将下一循环区间内钢绞线的预应力通过应力传递板的微小移动传递至上一区间内的钢绞线上，当两个区间内的钢绞线应力值不同时，应力传递板会通过挤压管片的一侧从而平衡预应力的差值，避免了传统预应力管片受剪切的问题。
【附图说明】
[0027]图1为本发明固定端管片及连接处管片的示意图；
[0028]图2为本发明区间管片的示意图；
[0029]图3为本发明固定端管片、区间管片及连接处管片连接示意图；
[0030]图4为本发明固定端管片或连接处管片的拱底块及连接块的示意图；
[0031]图5为本发明固定端管片或连接处管片的封顶块示意图；
[0032]图6为本发明固定端管片或连接处管片应力传递板与凹陷及凹槽位置示意图；
[0033]图7为本发明区间管片处的拱底块及连接块示意图；
[0034]图8为本发明区间管片处的封顶块示意图；
[0035]图9为本发明连接处管片的拱底块及连接块利用钢绞线连接示意图；
[0036]图10为本发明连接处管片的封顶块利用钢绞线连接示意图；
[0037]图中，I是第一拱底块，2是第一封顶块，3是第二拱底块，4是第二封顶块，5是应力传递板，6是应力传递板预留钢绞线孔，7是管片预留凹槽，8是连接应力传递板的钢筋，9是管片预留孔道，10是管片预留钢绞线孔道，12是钢绞线，11是钢绞线锁具，13是管片预留凹陷，14是第一连接块，15是第二连接块。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0039]隧道管片纵向预应力加固措施包括固定端管片及连接处管片和区间管片，通过在固定端管片上一侧的应力传递板上的预留钢绞线孔中，将钢绞线穿过预留钢绞线孔，并利用锁具将钢绞线固定在管片预留凹槽里，然后沿管片的拼装方向，将钢绞线穿过区间管片上预留的钢绞线孔道，然后钢绞线通过下一连接处管片上应力传递板上的预留钢绞线孔上穿过，钢绞线的末端留在下一位置处连接处管片上的预留凹槽里，然后对钢绞线施加预应力，然后利用锁具将钢绞线锁住。完成一个循环区间内的预应力施加，下一循环区间内的预应力施加重复上述步骤即可。
[0040]如图1所示，固定端管片和连接处管片均包括第一拱底块1，第一拱底块I与第一连接块14连接，第一连接块14与第一封顶块2连接；第一拱底块、第一连接块和第一封顶块三者连接组成衬砌环结构；固定端管片及连接处管片上的应力传递板5，沿第一拱底块I和布置三处，中间的应力传递板5在第一拱底块I的中间位置，两侧的应力传递板5的中心位置与中间位置的应力传递板5的中心位置沿第一拱底块I环向方向且以第一拱底块I的圆心为圆心的角度差为22.5度。第一连接块14上的应力传递板5在其上的布设方式与在第一拱底块I的布设方式相同。
[0041]固定端管片和连接处管片上第一封顶块2的应力传递板5，在第一封顶块2的中间位置。
[0042]如图2所示，区间管片包括第二拱底块3，第二拱底块3与第二连接块15连接，第二连接块15与第二封顶块4连接；第二拱底块3、第二连接块15和第二封顶块4三者连接组成衬砌环结构；
[0043]如图4-图6所示，第一拱底块I和第一封顶块2上两侧的应力传递板5通过钢筋8相连，连接形式可以为铆接或焊接，接头保证不伸出应力传递板5的外侧。
[0044]应力传递板5比第一拱底块I和第一封顶块2上的管片预留凹槽7沿管片环向的宽度要宽一些，并且应力传递板5在第一拱底块I和第一封顶块2的预留的与应力传递板5两边形状相同的管片预留凹陷13内，管片预留凹陷13沿管片的环向宽度与应力传递板5的宽度相等，并保证第一拱底块I和第一封顶块2两边的应力传递板5沿管片纵向方向的最内侧宽度略大于第一拱底块I和第一封顶块2上相应的管片预留凹陷13沿管片纵向方向的宽度，并同时保证第一拱底块I和第一封顶块2两边的应力