CN109184741B - 一种高承载力盾构隧道管片接头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高承载力盾构隧道管片接头结构，包括混凝土，以及预埋在混凝土内的铸铁预埋件，其特征在于在距管片端部一定距离内的混凝土为混杂纤维混凝土，混杂纤维混凝土内混杂有钢纤维和聚丙烯纤维；铸铁预埋件上预留螺栓孔，从铸铁预埋件上预留螺栓孔处穿入螺栓，实现两片相邻管片之间连接。通过采取这种接头型式，可以提高隧道接头的整体强度和刚度，抵御矩形隧道或高内水压隧道所受的不利大偏心受压荷载影响。

Description

一种高承载力盾构隧道管片接头结构

技术领域

本发明涉及一种高承载力盾构隧道管片接头结构，具体地说是针对矩形盾构隧道或者有内水压盾构隧道的管片块间连接接头结构。此种接头结构可以有效提高隧道接头的整体强度和刚度，降低接头在荷载作用下的开裂风险，抵御矩形盾构隧道或有内水压隧道带来的接头受到的大偏心荷载。

背景技术

目前，随着国民经济水平提升，为节约城市地下空间占用和降低地下空间开发成本，矩形盾构在城市密集区得到了广泛应用。矩形盾构法隧道因结构横断面接近矩形框架受力，接头截面受到的弯矩大而轴力小，呈现大偏心受压的不利受力模式。另外，受拼装装备承载力限制，管片厚度选择比较有限，接头可提高的截面承载力受到限制。根据国内外实践经验，采用复合管片可以解决接头受力的问题，但复合管片的造价达到一般钢筋混凝土管片的2倍以上，成本很高，不适用于长距离隧道的建设。

另一方面，在优化水源供给及推进海绵城市的过程中，我国盾构法施工的输水、储水、排水隧道越来越多，因内水压力抵消圆隧道所受轴力，接头也呈现大偏心受压的不利受力模式。传统的盾构隧道接头，以采用钢筋混凝土预制管片为主，用直螺栓或斜螺栓对接头直接进行连接的方法并不适用于有内水压影响的隧道接头。为降低内水压对隧道结构的影响，也常采用双层衬砌，但施工工期长且成本高。

纤维增强混凝土已经广泛应用于民用建筑、桥梁、道路等建构筑物中，有粗纤维及细纤维两大类。其中以钢纤维为代表的粗纤维的作用机制为：在拉伸荷载或弯曲荷载的作用下，混凝土出现裂缝后，纤维与混凝***同承担外力，使混凝土仍具有一定的承载与变形能力、吸收较多的能量，因而可显著提高混凝土的韧性，并相应地提高混凝土的抗冲击性与抗疲劳性。以聚丙烯（PP）纤维为代表的细纤维作用机制在于：一方面减少和抑制混凝土骨料沉降离析引起的塑性沉降裂缝，另一方面减少和抑制混凝土失水收缩引起的塑性收缩裂缝。采用合适掺量的纤维混凝土，结合接头板的加强措施，可有效提高接头刚度和承载力。

本发明中从提高管片接头受力性能的角度出发，基于受大偏心受压的盾构隧道接头的受力特点，提出了此种可用于单层衬砌的高承载力盾构隧道管片接头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高承载力盾构隧道管片接头结构，接头混凝土采用混杂纤维混凝土（钢纤维+聚丙烯纤维混凝土），螺栓连接部位采用铸铁件接头板，保证可以方便、快捷地将钢筋混凝土管片进行块间连接，从而得到整体刚度和强度足够，耐久性较好的盾构隧道环。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高承载力盾构隧道管片接头结构，包括混凝土，以及预埋在混凝土内的铸铁预埋件，其特征在于在距管片端部一定距离内的混凝土为混杂纤维混凝土，混杂纤维混凝土内混杂有钢纤维和聚丙烯纤维；铸铁预埋件上预留螺栓孔，从铸铁预埋件上预留螺栓孔处穿入螺栓，实现两片相邻管片之间连接。

进一步地，混杂纤维混凝土中钢纤维的体积掺量为1~2%，聚丙烯纤维的体积掺量为0.8~1.2%。

进一步地，与管片端部距离在手孔宽度两倍范围内的区域浇筑混杂纤维混凝土。

进一步地，所述接头结构并排设置有两块铸铁预埋件，每一铸铁预埋件中并排设有两个螺栓孔。

进一步地，所述接头结构下部并排设置有两块铸铁预埋件，接头截面的两侧和中部均设置有抗剪箍筋，所述接头截面上部设置有构造筋，垂直于接头截面布置有主筋，所述接头截面的四个角处设置有角部钢筋，所述抗剪箍筋、构造筋、主筋、架立钢筋、角部钢筋共同构成了钢筋笼，每块铸铁预埋件的上部外侧设有多个锚接支座，每一锚接支座均通过与接头截面垂直设置的预埋支座锚筋与钢筋笼连接。

进一步地，一种高承载力盾构隧道管片接头结构的施工方法，其特征在于所述施工方法包括：

在构件加工阶段，管片模板内吊入钢筋笼，然后将铸铁预埋件锚固在管片手孔附近，所述铸铁预埋件上设置有螺栓孔，铸铁预埋件与钢筋笼通过预埋支座锚筋连接一体；

在管片浇筑阶段，在管片端部，距离手孔宽度两倍范围内采用混杂纤维混凝土；

在管片制作过程中，两相邻管片之间通过螺栓连接。

本发明在手孔宽度两倍范围内采用混杂纤维混凝土，降低管片在浇筑初期产生的裂缝并增加管片在运营期的承载能力及刚度。使用两块铸铁预埋件，每一铸铁预埋件使用两根螺栓，以抵抗大偏心受压产生的截面拉力。通过采取这种接头型式，可以提高隧道接头的整体强度和刚度，抵御矩形隧道或高内水压隧道所受的不利大偏心受压荷载影响。

附图说明

图1为接头连接构造图。

图2为接头截面钢筋配置图。

图3为接头预埋件。

图4为接头在管片中的位置（环面）。

图5为接头在管片中的位置（内弧面）。

图中包括：混杂纤维混凝土1、铸铁预埋件2、抗剪箍筋3、构造筋4、主筋5、架立钢筋6、角部钢筋7、预埋支座锚筋8、螺栓孔9、普通混凝土10、连接手孔11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种高承载力盾构隧道管片接头结构，包括混凝土，以及预埋在混凝土内的铸铁预埋件2，其特征在于在距管片端部一定距离内的混凝土为混杂纤维混凝土1，混杂纤维混凝土内混杂有钢纤维和聚丙烯纤维；铸铁预埋件上预留螺栓孔，从铸铁预埋件2上预留螺栓孔处穿入螺栓，实现两片相邻管片之间连接。

根据隧道的埋深、直径（跨度）、水位及外荷载等具体情况，在接头手孔两倍宽度范围内采用混杂纤维混凝土（体积掺量1.5%钢纤维+1%聚丙烯纤维混凝土），从铸铁预埋件上预留螺栓孔处穿入螺栓连接（图1中，a为连接手孔宽度）。

如图2所述，接头截面采用主筋与构造钢筋组合配筋的方式解决接头与管片的复杂受力模式。如图所示，所述接头结构下部并排设置有两块铸铁预埋件2，接头截面的两侧和中部均设置有抗剪箍筋3，铸铁预埋件2位于中部抗剪箍筋和两侧抗剪箍筋之间，所述接头截面上部设置有构造筋4，垂直于接头截面布置有主筋5和架立钢筋6，所述接头截面的四个角处设置有角部钢筋7，所述抗剪箍筋3、构造筋4、主筋5、架立钢筋6、角部钢筋7共同构成了钢筋笼，每块铸铁预埋件的上部外侧设有5个锚接支座，每一锚接支座均通过与接头截面垂直设置的预埋支座锚筋8与钢筋笼连接。

如图3所示，铸铁预埋件采用两个螺栓孔，节省拼装时间。每一接头结构并排设置两块铸铁预埋件，每一铸铁预埋件设置两个螺栓孔，两个相邻管片之间采用并排设置的四根螺栓连接，以抵抗大偏心受压产生的截面拉力。螺栓所处高度根据截面最不利受力状态确定。

如图4和图5所述，管片在浇筑过程中根据混杂纤维混凝土与普通混凝土各自的部分区域进行分区浇筑，提高纤维的使用效率，降低管片的制作成本。图中h为螺栓所处高度，a为连接手孔宽度。

本发明与现有技术的区别点在于：在管片浇筑阶段，手孔宽度两倍范围内采用混杂纤维混凝土，降低管片在浇筑初期产生的裂缝并增加管片在运营期的承载能力及刚度。接头部位，预埋铸铁件与普通混凝土在大偏心受压状态下，产生的局部应力集中产生的混凝土开裂问题可以得到解决。管片在浇筑过程中根据混杂纤维混凝土与普通混凝土各自的部分区域进行分区浇筑，提高纤维的使用效率，降低管片的制作成本。在管片环拼装阶段，可通过机具将螺栓穿进预埋件螺栓孔再将螺帽拧紧完成拼装。在构件加工阶段，在管片模板内吊入钢筋笼，然后将预埋件锚固在管片手孔附近，使预埋件与钢筋笼形成一体。

Claims (6)

1.一种高承载力盾构隧道管片接头结构，包括混凝土，以及预埋在混凝土内的铸铁预埋件，其特征在于在距管片端部一定距离内的混凝土为混杂纤维混凝土，其他部位采用普通混凝土，混杂纤维混凝土内混杂有钢纤维和聚丙烯纤维；铸铁预埋件上预留螺栓孔，从铸铁预埋件上预留螺栓孔处穿入螺栓，实现两片相邻管片之间连接。

2.如权利要求1所述的高承载力盾构隧道管片接头结构，其特征在于，混杂纤维混凝土中钢纤维的体积掺量为1~2%，聚丙烯纤维的体积掺量为0.8~1.2%。

3.如权利要求1所述的高承载力盾构隧道管片接头结构，其特征在于，与管片端部距离在手孔宽度两倍范围内的区域浇筑混杂纤维混凝土。

4.如权利要求1所述的高承载力盾构隧道管片接头结构，其特征在于，所述接头结构并排设置有两块铸铁预埋件，每一铸铁预埋件中并排设有两个螺栓孔。

5.如权利要求1所述的高承载力盾构隧道管片接头结构，其特征在于，所述接头结构下部并排设置有两块铸铁预埋件，接头截面的两侧和中部均设置有抗剪箍筋，所述接头截面上部设置有构造筋，垂直于接头截面布置有主筋，所述接头截面的四个角处设置有角部钢筋，所述抗剪箍筋、构造筋、主筋、架立钢筋、角部钢筋共同构成了钢筋笼，每块铸铁预埋件的上部外侧设有多个锚接支座，每一锚接支座均通过与接头截面垂直设置的预埋支座锚筋与钢筋笼连接。

6.如权利要求1所述的高承载力盾构隧道管片接头结构的施工方法，其特征在于所述施工方法包括：在构件加工阶段，管片模板内吊入钢筋笼，然后将铸铁预埋件锚固在管片手孔附近，所述铸铁预埋件上设置有螺栓孔，铸铁预埋件与钢筋笼通过预埋支座锚筋连接一体；

在管片浇筑阶段，在管片端部，距离手孔宽度两倍范围内采用混杂纤维混凝土；

在管片制作过程中，两相邻管片之间通过螺栓连接。