适用于类矩形盾构隧道的管片结构

摘要

本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构，断面呈类矩形状，管片结构包括：位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段；两个拱腰圆弧段的半径相等，且均小于拱底圆弧段的半径以及拱顶圆弧段的半径；拱底圆弧段分别与两个拱腰圆弧段光滑相切连接，拱顶圆弧段分别与两个拱腰圆弧段光滑相切连接。拱底圆弧段分别与两个拱腰圆弧段光滑相切连接，拱顶圆弧段分别与两个拱腰圆弧段光滑相切连接，具有良好的成拱效果，有利于减小衬砌管片所受的弯矩和偏心距，减少需要的钢筋用量和衬砌厚度，相应的土体开挖量、混凝土用量也较少。另外还有利于盾构设备全断面切削土体，对周边环境的影响更小。

权利要求

1.一种适用于类矩形盾构隧道的管片结构，其特征在于，所述管片结构的断面呈类矩形状，所述管片结构包括：位于所述断面拱底位置的拱底圆弧段、位于所述断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于所述断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段；两个所述拱腰圆弧段的半径相等，且均小于所述拱底圆弧段的半径以及所述拱顶圆弧段的半径；所述拱底圆弧段的半径为10000mm～20000mm，所述拱顶圆弧段的半径为10000mm～20000mm，所述拱腰圆弧段的半径为2500mm～3000mm；所述拱底圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接，所述拱顶圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接。

2.如权利要求1所述的适用于类矩形盾构隧道的管片结构，其特征在于，所述拱底圆弧段的半径等于所述拱顶圆弧段的半径，所述拱底圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接，所述拱顶圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接。

3.如权利要求1所述的适用于类矩形盾构隧道的管片结构，其特征在于，所述拱底圆弧段的半径大于所述拱顶圆弧段的半径，所述拱底圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接，所述拱顶圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接。

4.如权利要求1所述的适用于类矩形盾构隧道的管片结构，其特征在于，所述拱底圆弧段的半径小于所述拱顶圆弧段的半径，所述拱底圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接，所述拱顶圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接。

5.如权利要求1至4中任一项所述的适用于类矩形盾构隧道的管片结构，其特征在于，所述管片结构由多个管片分块拼接而成。

6.如权利要求5所述的适用于类矩形盾构隧道的管片结构，其特征在于，还包括中间立柱段，支撑于所述拱底圆弧段与所述拱顶圆弧段之间，两个所述拱腰圆弧段相对于所述中间立柱段呈对称布置。

说明书

适用于类矩形盾构隧道的管片结构

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道盾构技术领域，尤其是指一种适用于类矩形盾构隧道的管片结构。

背景技术

[0002] 在隧道盾构中，目前常规的隧道断面一般分为单洞单线隧道与单洞线双线隧道，其中，单洞单线隧道包括小直径圆隧道，单洞线双线隧道包括大直径圆隧道、双圆隧道与矩形隧道。

[0003] 但是，小直径圆隧道的双线隧道的线间距较大，隧道至建筑物的距离也较大，隧道占用地下空间范围也较大，盾构施工对周边建筑物的影响也相对较大，而且需要同时开挖两条隧道，工期较长。大直径圆隧道的开挖空间利用率较小，隧道占用地下空间范围也较大。双圆隧道的顶部存在海鸥形凹槽，土体不容易稳定，不利于地表沉降的施工控制，盾构纠偏加剧此处土体扰动，并容易产生背土导致地表隆起，对于地表沉降的施工控制难度极大。其次，双圆隧道的同步注浆孔设在盾构中心上下两凹槽处，浆液需填满整环双圆盾构后部建筑空隙所经过的路径相对较长，在软土地层中，浆液无法及时填充建筑空隙，最终导致地面变形较大。矩形隧道的管片混凝土用量较大。

[0004] 因此，有必要对现有的隧道盾构管片结构进行改进。

发明内容

[0005] 有鉴于上述问题，本发明提供了一种适用于类矩形盾构隧道的管片结构，所述管片结构的断面呈类矩形状，所述管片结构包括：位于所述断面拱底位置的拱底圆弧段、位于所述断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于所述断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段；两个所述拱腰圆弧段的半径相等，且均小于所述拱底圆弧段的半径以及所述拱顶圆弧段的半径；所述拱底圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接，所述拱顶圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接。

[0006] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构，通过所述拱底圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接，所述拱顶圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接，具有良好的成拱效果，有利于减小衬砌管片所受的弯矩和偏心距，从而减少需要的钢筋用量和衬砌厚度，相应的土体开挖量、混凝土用量也较少。另外还有利于盾构设备全断面切削土体，对周边环境的影响更小。

[0007] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的进一步改进在于，所述拱底圆弧段的半径等于所述拱顶圆弧段的半径，所述拱底圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接，所述拱顶圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接。

[0008] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的进一步改进在于，所述拱底圆弧段的半径大于所述拱顶圆弧段的半径，所述拱底圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接，所述拱顶圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接。

[0009] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的进一步改进在于，所述拱底圆弧段的半径小于所述拱顶圆弧段的半径，所述拱底圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接，所述拱顶圆弧段所对应的圆分别与两个所述拱腰圆弧段所对应的圆内切连接。

[0010] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的进一步改进在于，所述拱底圆弧段的半径为10000mm～20000mm，所述拱顶圆弧段的半径为10000mm～20000mm，所述拱腰圆弧段的半径为2500mm～3000mm。

[0011] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的进一步改进在于，所述管片结构由多个管片分块拼接而成。

[0012] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的进一步改进在于，还包括中间立柱段，支撑于所述拱底圆弧段与所述拱顶圆弧段之间，两个所述拱腰圆弧段相对于所述中间立柱段呈对称布置。

附图说明

[0013] 图1是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第一种断面形式示意图。

[0014] 图2是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第一种断面形式的原理图。

[0015] 图3是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第二种断面形式的原理图。

[0016] 图4是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第三种断面形式的原理图。

[0017] 图5是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的管片分块方式的较佳示意图。

[0018] 图6是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的较佳断面形式示意图。

[0019] 图7是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的较佳结构示意图。

[0020] 图8是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的受力分析示意图。

[0021] 图9是现有的适用于矩形盾构的管片结构的结构示意图。

具体实施方式

[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

[0023] 配合参看图1所示，图1是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第一种断面形式示意图。本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构1，管片结构1的断面呈类矩形状，管片结构1包括：位于所述断面拱底位置的拱底圆弧段10、位于所述断面拱顶位置的拱顶圆弧段20、以及位于所述断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段30；两个拱腰圆弧段30的半径相等，且均小于拱底圆弧段10的半径以及拱顶圆弧段20的半径；拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30光滑相切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30光滑相切连接。

[0024] 本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构，通过所述拱底圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接，所述拱顶圆弧段分别与两个所述拱腰圆弧段光滑相切连接，具有良好的成拱效果，有利于减小衬砌管片所受的弯矩和偏心距，从而减少需要的钢筋用量和衬砌厚度，相应的土体开挖量、混凝土用量也较少。另外还有利于盾构设备全断面切削土体，对周边环境的影响更小。

[0025] 参阅图2所示，图2是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第一种断面形式的原理图。拱底圆弧段10的半径为R1，拱顶圆弧段20的半径为R2，两个拱腰圆弧段30的半径均为R3，在该实施例中，拱底圆弧段10的半径R1等于拱顶圆弧段20的半径R2。拱底圆弧段10所对应的圆为圆110，拱顶圆弧段20所对应的圆为圆210，拱腰圆弧段30所对应的圆为圆310。拱底圆弧段10所对应的圆110分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接，拱顶圆弧段20所对应的圆210分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接。即，拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30内切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30内切连接。优选地，拱底圆弧段10的半径R1为10000mm～20000mm，拱顶圆弧段20的半径R2为10000mm～20000mm，拱腰圆弧段30的半径R3为2500mm～3000mm。

[0026] 参阅图3所示，图3是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第二种断面形式的原理图。拱底圆弧段10的半径为R1，拱顶圆弧段20的半径为R2，两个拱腰圆弧段30的半径均为R3，在该实施例中，拱底圆弧段10的半径R1大于拱顶圆弧段20的半径R2。拱底圆弧段10所对应的圆为圆110，拱顶圆弧段20所对应的圆为圆210，拱腰圆弧段30所对应的圆为圆310。拱底圆弧段10所对应的圆110分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接，拱顶圆弧段20所对应的圆210分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接。即，拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30内切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30内切连接。优选地，拱底圆弧段10的半径R1为10000mm～20000mm，拱顶圆弧段20的半径R2为10000mm～20000mm，拱腰圆弧段30的半径R3为2500mm～3000mm。

[0027] 参阅图4所示，图4是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的第三种断面形式的原理图。拱底圆弧段10的半径为R1，拱顶圆弧段20的半径为R2，两个拱腰圆弧段30的半径均为R3，在该实施例中，拱底圆弧段10的半径R1小于拱顶圆弧段20的半径R2。拱底圆弧段10所对应的圆为圆110，拱顶圆弧段20所对应的圆为圆210，拱腰圆弧段30所对应的圆为圆310。拱底圆弧段10所对应的圆110分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接，拱顶圆弧段20所对应的圆210分别与两个拱腰圆弧段30所对应的圆310内切连接。即，拱底圆弧段10分别与两个拱腰圆弧段30内切连接，拱顶圆弧段20分别与两个拱腰圆弧段30内切连接。优选地，拱底圆弧段10的半径R1为10000mm～20000mm，拱顶圆弧段20的半径R2为10000mm～20000mm，拱腰圆弧段30的半径R3为2500mm～3000mm。

[0028] 进一步地，在确定了本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的断面形式后，本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构1，可以由多个管片分块拼接而成。参阅图5所示，图5是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的管片分块方式的较佳示意图。在该较佳分块方式中，整个管片结构由十段管片分块A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10拼接而成。当然，本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的分块方式并不仅限于此，还可以将本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构根据其他划分方式进行划分，只要最后拼接完成后的管片结构的断面形式符合上述要求的断面形式即可，在此不一一赘述。

[0029] 参阅图6与图7所示，图6是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的较佳断面形式示意图。图7是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的较佳结构示意图。本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构1还包括中间立柱段40，支撑于拱底圆弧段10与拱顶圆弧段20之间，两个所述拱腰圆弧段相对于所述中间立柱段呈对称布置，中间立柱段40可以使整体的管片结构更加稳固。特别地，本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构优选地为钢筋混凝土结构。

[0030] 参阅图8与图9所示，图8是本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构的受力分析示意图。图9是现有的适用于矩形盾构的管片结构的结构示意图。对本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构以及现有的适用于矩形盾构的管片结构，采用η-ζ法进行有限元分析计算，进行同样的结构荷载受力分析，其中，分析的结构荷载表见下表1，荷载组合表见下表2，最后得到如下表3所示的比较结果。

[0031]

[0032]

[0033] 表1

[0034]

[0035]

[0036] 表2

[0037]

[0038] 表3

[0039] 从上表3中可以得出，采用本发明适用于类矩形盾构隧道的管片结构(以下简称方案1)与采用现有的适用于矩形盾构的管片结构(以下简称方案2)的配筋率均为1.5％，均满足盾构隧道的结构强度。因此，在满足盾构隧道功能需求、建筑限界以及结构强度的基础上，方案1的每环管片的弯矩大小要明显小于方案2的每环管片的弯矩大小，因此，方案1所需的配筋面积、管片衬砌厚度以及混凝土用量都小于方案2所需的配筋面积、管片衬砌厚度以及混凝土用量，也就是说，在满足相同的结构强度的前提下，方案1相比于方案2，可以节省钢筋用量和衬砌厚度，相应的土体开挖量、混凝土用量也较少，因此方案1相比于方案2更加节约施工成本。

[0040] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。