一种盾构隧道管片双向预应力加固装置及施工方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种盾构隧道管片双向预应力加固装置及施工方法，包括若干组环向设置的中间含有至少一环特殊管片的组合管片，在相邻组合管片之间设有与组合管片同轴的若干组普通管片，在每环特殊管片内镶嵌有一个应力环，应力环包括至少两段应力半环，相邻组合管片上位置相同的两个应力环之间通过紧固结构连接。本发明专利技术的有益效果：在管片的环向设置应力环，利用应力环在环向将管片撑起，实现了管片环向的加固；在管片的纵向方向，通过钢绞线将管片挤紧，限制了隧道管片纵向不均匀变形；同时对管片进行纵向和环向加固，在一定的长度范围内的管片形成了简支梁的效果，提高了管片抗不均匀沉降或者不均匀荷载的能力，进而提高了盾构隧道管片的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道管片双向预应力加固装置及施工方法
本专利技术涉及一种盾构管片施工时，涉及到轨道交通及隧道类技术，属于工程
，具体涉及一种盾构隧道管片双向预应力加固装置及施工方法。
技术介绍
盾构施工凭借其掘进速度快、受环境影响较小、自动化高以及对地面扰动小的特点被越来越多的应用到城市地铁及过山或过江隧道建设中，但是盾构隧道管片宽度会有尺寸限制，导致隧道一定进深深度范围内有数量较多的管片拼装组成，使得盾构隧道在后期运营期间，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，导致隧道管片之间沿纵向方向出现不均匀沉降甚至断裂，以及环向之间的管片出现错台，诱发隧道渗水漏泥或地铁轨道扭曲变形，破坏盾构隧道的结构安全。目前为止，对于盾构隧道管片出现的破坏一般只是采取单独纵向加固或者单独环向加固，再或者是对破坏区域进行简单处理或个别加固。例如，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。申请号为201110125181.7的中国专利公开了盾构隧洞预应力复合衬砌输水隧洞，它包括盾构施工形成的拼装式管片环为普通钢筋混凝土外衬，同环各块管片通过连接锁具相连，在拼装式管片环手孔上安装插筋，在外衬上直接浇筑混凝土形成内衬和混凝土填入外衬手孔形成的剪力键，内衬与外衬通过插筋和混凝土剪力键结合为复合衬砌结构。该方法费时、费力，材料消耗大，且现浇内衬混凝土由内部钢筋、波纹管较多造成混凝土不密实，整体效果较差。又如说，申请号为201210023547.4公开了一种预应力管片，管片上设有多个沿轴线分布的钢绞线孔道，多个管片组成的圆周上，相应的钢绞线孔道之间互相联通，每条钢绞线孔道上设有一锚具槽。还提供了一种采用上述的预应力管片进行盾构隧道预应力衬砌施工方法，包括以下步骤：一、盾构掘进管片拼装的步骤；二、通过管片上的锚具槽沿钢绞线孔道张拉钢绞线的步骤；三、混凝土回填的步骤；通过上述步骤实现盾构隧道预应力衬砌施工。此方法在管片之间穿钢绞线比较困难，并且预留槽孔会削弱管片的强度。以上专利都是对管片单独进行环向或者纵向加固，并没有同时对管片进行纵向或者环向同时加固，且纵向采用钢绞线固定，是一段一段的，没有实现整体的支撑；如果同时对管片进行纵向和环向加固，那么能有效提高拼接管片的强度。专利201410311274.2公开了一种盾构隧道内部设置支撑的加固方法，该申请中通过设置钢环，并通过工字钢支撑这个钢环来实现环向和纵向的刚度和强度，但由于工字钢支撑是设置在管片内部的，造成内部结构复杂，同时为了提高支撑强度，其需要这样的支撑装置数量较多。因此，需要一种能提高盾构隧道管片强度的、能对管片环向和纵向同时加固的加固装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供一种能同时对管片进行纵向和环向加固的，能提高管片抗不均匀沉降或者不均匀载荷的盾构隧道管片双向预应力加固装置及施工方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种盾构隧道管片双向预应力加固装置，盾构隧道管片包括若干组环向设置的中间含有至少一环特殊管片的组合管片，在相邻组合管片之间设有与组合管片同轴的若干组普通管片，在每环特殊管片内镶嵌有一个应力环，应力环包括至少两段应力半环，相邻组合管片上位置相同的两个应力环之间通过紧固结构连接，起到环向加固的作用；紧固结构连接应力环实现相邻组合管片连接为一个整体，将两组组合管片之间的普通管片轴向挤紧，起到了轴向预应力加固的效果，将管片的轴向预应力转化为环向的支撑力，提高了盾构隧道管片的整体强度。进一步地，每组所述组合管片中相邻两个所述应力环中所述应力半环的拼接处错开布置，应力半环包括外半圈、中半圈和内半圈，中半圈和外半圈之间含有呈三角状的多个支撑钢板，中半圈和内半圈之间含有多个呈三角状的多个支撑钢板。进一步地，构成所述应力环的两段所述应力半环之间间隔设定距离，拼接处的中部形成一个开口，每段应力半环的两端均有一个半圆形槽，相邻两段应力半环上的半圆形槽构成一个圆孔，应力半环间距离的设置方便了将圆台卡在应力环中。进一步地，所述紧固结构包括锥形的圆台和钢绞线，两个圆台通过钢绞线连接相邻两组组合管片上开口在同一高度的两个应力环。进一步地，所述圆台窄的一端朝向所述的圆孔，在圆台宽的一端设有与钢绞线连接的锁具，通过锥形的圆台来固定钢绞线的两端，当拉紧钢绞线时，窄的一端插入到圆孔内，而因为圆台另一端直径较大，成功将纵向的预应力转移到应力环上，同时实现钢绞线越拉越紧。进一步地，所述特殊管片朝向特殊管片的轴线方向设有凹槽，所述应力环镶嵌在凹槽内，通过将应力环卡在凹槽内，便于固定应力环。进一步地，所述组合管片的两端设置有普通管片，所述普通管片包括封顶块、至少一块连接块和拱底块，拱底块设置在底部，连接块连接封顶块和拱底块。进一步地，所述特殊管片包括封顶块、至少一块连接块和拱底块，拱底块设置在底部，连接块连接封顶块和拱底块，封顶块在上部。进一步地，在所述普通管片上开有用于所述钢绞线穿过的通孔，在普通管片上设有与通孔相交的注浆孔，注浆孔根据具体情况设置在普通管片的连接块上或是封顶块上，在组装完毕后，通过注浆孔向通孔内注浆以稳定钢绞线和管片。预应力加固装置的施工方法，具体步骤如下：1)在盾构隧道的起始端设置至少一环特殊管片；2)在每一环特殊管片的凹槽里安装应力半环；3)沿着盾构隧道的方向，在特殊管片的一侧设置若干组普通管片；4)在普通管片的另一侧设置至少一环特殊管片；5)重复步骤3)～步骤4)；6)将钢绞线通过锁具与圆台锁定，将圆台窄的一端放入应力环的圆孔中；7)将钢绞线依次穿过应力环的圆孔、普通管片中相对应的通孔、下一组特殊管片凹槽侧壁上对应的通孔及特殊管片中的应力环的圆孔；8)在下一组组合管片中应力环的开口中，对钢绞线施加预应力，然后用圆台通过锁具将钢绞线固定住，圆台窄的一面朝向应力环的圆孔，此时，由于钢绞线的拉力，将圆台楔入应力环的圆孔中。9)在同一个方形口中再放置一个圆台，圆台窄的一面朝向应力环另一侧的圆孔中，重复步骤6)～步骤8)。10)所有管片穿过钢绞线并锁定完成后，通过注浆孔向开孔内注浆，完成预应力加固。本专利技术的工作原理是：间隔普通管片设置特殊管片，在特殊管片内设置应力环，利用紧固装置将应力环撑起，对管片起到环向加固，同时环向加固的管片等效于简支梁的支座，再通过钢绞线将依次拼接的普通管片挤紧，构成了简支梁的梁板，让后配合下一组环向加固的管片形成了一个简支梁模型，实现了同时对管片的纵向和环向施加预应力，通过紧固装中的圆台将管片的轴向预应力转化为环向的支撑力，提高了盾构隧道管片的整体强度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)通过在应力环中设置两个圆台对圆环的两侧产生平衡拉力，避免了管片在施加轴向预应力时，管片受拉的缺点。2)在管片的环向设置应力环，利用应力环在环向将管片撑起，实现了管片环向的加固。3)在管片的纵向方向，通过钢绞线将管片挤紧，限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构隧道管片双向预应力加固装置，其特征在于，包括若干组环向设置的中间含有至少一环特殊管片的组合管片，在相邻组合管片之间设有与组合管片同轴的若干组普通管片，在每环特殊管片内镶嵌有一个应力环，应力环包括至少两段应力半环，相邻组合管片上位置相同的两个应力环之间通过紧固结构连接。

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道管片双向预应力加固装置，其特征在于，包括若干组环向设置的中间含有至少一环特殊管片的组合管片，在相邻组合管片之间设有与组合管片同轴的若干组普通管片，在每环特殊管片内镶嵌有一个应力环，应力环包括至少两段应力半环，相邻组合管片上位置相同的两个应力环之间通过紧固结构连接；构成所述应力环的所述应力半环之间间隔设定距离，拼接处的中部形成一个开口，每段应力半环的两端均有一个半圆形槽，相邻两段应力半环上的半圆形槽构成一个圆孔。2.如权利要求1所述的预应力加固装置，其特征在于，每组所述组合管片中相邻两个所述应力环中所述应力半环的拼接处错开布置，应力半环包括外半圈、中半圈和内半圈，中半圈和外半圈之间含有呈三角状的多个支撑钢板，中半圈和内半圈之间含有多个呈三角状的多个支撑钢板。3.如权利要求1所述的预应力加固装置，其特征在于，所述紧固结构包括锥形的圆台和钢绞线，两个圆台通过钢绞线连接相邻两组组合管片上开口在同一高度的两个应力环。4.如权利要求3所述的预应力加固装置，其特征在于，所述圆台窄的一端朝向所述的圆孔，在圆台宽的一端设有与钢绞线连接的锁具。5.如权利要求1所述的预应力加固装置，其特征在于，所述特殊管片朝向特殊管片的轴线方向设有凹槽，所述应力环镶嵌在凹槽内。6.如权利要求1所述的预应力加固装置，其特征在于，所述组合管片的两端设置有普通管片，所述普通管片包括封顶块...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国富，王丹，路林海，孙捷城，
申请(专利权)人：济南轨道交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37