穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构及其设置方法技术

本发明专利技术公开了穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构及其设置方法，属于隧道工程技术领域，其中通过在可同轴匹配的两管片环端面上分别对应预埋设置圆钢环和预埋螺栓套，并对应预埋螺栓套设置具有缓冲垫的抗剪螺栓，使得抗剪螺栓的一端可对应匹配连接在预埋螺栓套中，且其另一端可在两管片环对应匹配后嵌入对应的圆钢环中，继而在两管片环匹配后形成盾构隧道的环间抗剪结构。本发明专利技术的管片环间抗剪结构，其结构简单，设置简便，能有效提升盾构隧道的环间抗剪能力，确保盾构隧道设置的稳定性和安全性，准确适用于盾构隧道的各种受力情形，设置的灵活性高，稳定性强，能大大提升盾构隧道设置的安全性和稳定性，具有较好的应用前景和推广价值。

Shear Resistance Structure between Segment Rings of Tunnels Crossing Special Strata and Its Setting Method

【技术实现步骤摘要】
穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构及其设置方法
本专利技术属于隧道工程
，具体涉及一种穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构及其设置方法。
技术介绍
近年来，我国的盾构隧道得到了快速的发展，在地铁、铁路、公路、输水、输气等领域得到了广泛的应用，极大地提升了人和物运输的效率，节约了运输的成本。在盾构隧道的施工过程中，经常会遇到穿越特殊地层的情况，例如穿越活动断层、软硬不均地层、顶部荷载突变地层或地质条件突变地层等。盾构隧道在穿越上述特殊地层时，往往会存在管片衬砌环间错动的风险，这也是盾构隧道在特殊地层中设置时需要重点关心的问题之一。目前，为了保证盾构隧道在穿越特殊地层时的设置安全性和稳定性，最常见的做法是在盾构隧道的管片环间设置凹凸榫。例如，在本申请人的在先申请CN103924983B中，公开了一种圆形凹凸榫型盾构隧道管片环间抗剪结构，其包括沿隧道纵向相互配合布置的相邻第一管片环和第二管片环，所述第一管片环和第二管片环之间对应的配合面上分别设有多个相互配合的圆形凸块和圆形凹槽，所述多个圆形凸块和圆形凹槽按隧道圆心呈同心圆布置，所述圆形凹槽的直径大于圆形凸块的直径，所述圆形凸块与圆形凹槽之间的间隙为等间距。通过上述管片环间抗剪结构的设置，能一定程度提升盾构隧道管片的环间抗剪能力，确保盾构隧道在特殊地层中受位错应力时能一定程度保证隧道的稳定性。但是，通过不断的研究测试和长期的实际应用发现，上述管片环间抗剪结构存在较大的应用缺陷。虽然管片的对接面上设置有分布式凹凸榫，管片在发生位错时可以由多个凹凸榫同时受力；但是，由于上述环间抗剪结构的凹凸榫结构往往是混凝土结构，其设置受管片钢筋布置的制约，凹凸榫的设置长度往往较短，且混凝土结构的凹凸榫其抗剪能力往往也较差。对于穿越特殊地层的盾构隧道而言，上述分布式凹凸榫结构的抗环间错动能力往往有限，仍然存在发生环间错动的可能性，无法充分满足盾构隧道管片在穿越特殊地层时的应用需求，存在较大的局限性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构及其设置方法，其中通过在可同轴匹配的两管片环端面上分别对应预埋设置圆钢环和预埋螺栓套，并对应预埋螺栓套设置具有缓冲垫的抗剪螺栓，使得抗剪螺栓的一端可对应匹配连接在预埋螺栓套中，且其另一端可在两管片环对应匹配后嵌入对应的圆钢环中，从而形成盾构隧道的环间抗剪结构，有效提升盾构隧道的环间抗剪能力，确保穿越特殊地层的盾构隧道的设置安全。为实现上述目的，本专利技术的一个方面，提供一种穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，包括沿隧道纵向相互配合布置的相邻第一管片环和第二管片环，其特征在于，所述第一管片环和所述第二管片环之间对应的配合面上分别沿环向间隔设置有多个呈同心圆布置的预埋螺栓套和圆钢环，各所述预埋螺栓套可在两管片环同轴匹配后分别与对应的所述圆钢环在纵向上同轴对正；所述圆钢环为一端封闭且中部具有圆柱形空腔的筒状结构，其预埋设置在所述第二管片环的端部，且所述圆钢环的端部不突出于所述第二管片环的端面，并使得所述圆钢环的轴线平行于所述第二管片环的轴线且所述圆柱形空腔连通所述第二管片环的端面；所述预埋螺栓套沿纵向预埋在所述第一管片环的端部，其一端连通所述第一管片环的端面；相应地，全部或者部分所述预埋螺栓套中分别设置有呈长杆状的抗剪螺栓，所述抗剪螺栓的一端为可与所述预埋螺栓套以螺纹匹配连接的连接端，另一端为可与所述圆钢环匹配的限位端，所述限位端可在所述连接端连接所述预埋螺栓套时突出所述第一管片环的端面，且所述限位端的外周上套设有一定长度的缓冲垫，以及两管片环同轴对正并以配合面抵接匹配时，各所述抗剪螺栓的限位端可同轴嵌入对应的圆钢环中。作为本专利技术的进一步改进，所述圆钢环沿环向等间隔设置，所述预埋螺栓套沿环向等间隔设置，且相邻两所述圆钢环的环向间距等于相邻两所述预埋螺栓套的环向间距。作为本专利技术的进一步改进，所述限位端的端部设置有外径大于所述抗剪螺栓杆体外径的螺帽，且所述限位端的外周上沿环向设置有环形限位凸台；所述环形限位凸台与所述螺帽在纵向上间隔一定的距离，且所述缓冲垫可对应套设在所述环形限位凸台与所述螺帽之间的杆体上，以及所述缓冲垫的外径分别大于所述环形限位凸台的外径和所述螺帽的外径。作为本专利技术的进一步改进，所述缓冲垫为橡胶垫，且所述橡胶垫的外径小于所述圆钢环的外径。作为本专利技术的进一步改进，所述限位端的长度小于所述圆钢环的纵向长度，以使得所述限位端匹配嵌入所述圆钢环内时其端部不抵接所述圆钢环的底部。本专利技术的另一个方面，提供一种穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构的设置方法，其步骤如下：S1：根据盾构隧道的隧道勘探参数计算所述盾构隧道设置后的环间允许错动量和需要提供的剪切力大小，以及确定盾构隧道可能存在环间错动的错动方向；S2：根据需要提供的剪切力大小和单个所述抗剪螺栓的抗剪强度，计算需要设置的所述抗剪螺栓的数量；S3：根据所述盾构隧道可能存在环间错动的错动方向确定所述抗剪螺栓在所述第一管片环端部环向上的布置形式；S4：根据所述抗剪螺栓的布置形式将对应数量的所述抗剪螺栓分别连接在对应的预埋螺栓套中；S5：将所述第一管片环和所述第二管片环以配合面同轴匹配，并使得各所述抗剪螺栓的限位端嵌入对应的圆钢环中，完成管片环间抗剪结构的设置。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中的隧道勘探参数包括工程地质条件、隧道结构设计要求和防水设计要求。上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术的穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，其中通过在可同轴匹配的两管片环端面上分别对应预埋设置圆钢环和预埋螺栓套，并对应预埋螺栓套设置具有缓冲垫的抗剪螺栓，使得抗剪螺栓的一端可对应匹配连接在预埋螺栓套中，且其另一端可在两管片环对应匹配后嵌入对应的圆钢环中，继而在两管片环匹配后形成盾构隧道的环间抗剪结构，以多个抗剪螺栓与对应圆钢环的匹配组合，大大提升了盾构隧道的环间抗剪能力，确保了穿越特殊地层的盾构隧道的设置安全；(2)本专利技术的穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，其通过优选第一管片环端部上设置的抗剪螺栓的数量和布置形式，使得抗剪螺栓的设置与盾构隧道在穿越特殊地层时受的环间剪切力相适应，不仅有效保证了盾构隧道的设置稳定性，还能有效节约抗剪螺栓的使用，减少了材料的浪费，提升了盾构隧道设置的稳定性和经济性；(3)本专利技术的穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构的设置方法，其步骤简单，操作简便，可根据盾构隧道的勘探参数准确设置盾构隧道的管片环间抗剪结构，确保盾构隧道管片环间抗剪结构的设置与盾构隧道在特殊地层中的实际受力情形相适应，从而有效提升盾构隧道的设置稳定性和安全性；(4)本专利技术的穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，其结构简单，设置简便，能有效提升盾构隧道的环间抗剪能力，确保盾构隧道设置的稳定性和安全性，准确适用于盾构隧道的各种受力情形，设置的灵活性高，稳定性强，能大大提升盾构隧道设置的安全性和稳定性，具有较好的应用前景和推广价值。附图说明图1是本专利技术实施例中第一管片环和第二管片环组合拼装的组合端面示意图；图2是本专利技术实施例中的抗剪钢构件在两管片环同轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，包括沿隧道纵向相互配合布置的相邻第一管片环和第二管片环，其特征在于，所述第一管片环和所述第二管片环之间对应的配合面上分别沿环向间隔设置有多个呈同心圆布置的预埋螺栓套和圆钢环，各所述预埋螺栓套可在两管片环同轴匹配后分别与对应的所述圆钢环在纵向上同轴对正；所述圆钢环为一端封闭且中部具有圆柱形空腔的筒状结构，其预埋设置在所述第二管片环的端部，且所述圆钢环的端部不突出于所述第二管片环的端面，并使得所述圆钢环的轴线平行于所述第二管片环的轴线且所述圆柱形空腔连通所述第二管片环的端面；所述预埋螺栓套沿纵向预埋在所述第一管片环的端部，其一端连通所述第一管片环的端面；相应地，全部或者部分所述预埋螺栓套中分别设置有呈长杆状的抗剪螺栓，所述抗剪螺栓的一端为可与所述预埋螺栓套以螺纹匹配连接的连接端，另一端为可与所述圆钢环匹配的限位端，所述限位端可在所述连接端连接所述预埋螺栓套时突出所述第一管片环的端面，且所述限位端的外周上套设有一定长度的缓冲垫，以及两管片环同轴对正并以配合面抵接匹配时，各所述抗剪螺栓的限位端可同轴嵌入对应的圆钢环中。

【技术特征摘要】
1.一种穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，包括沿隧道纵向相互配合布置的相邻第一管片环和第二管片环，其特征在于，所述第一管片环和所述第二管片环之间对应的配合面上分别沿环向间隔设置有多个呈同心圆布置的预埋螺栓套和圆钢环，各所述预埋螺栓套可在两管片环同轴匹配后分别与对应的所述圆钢环在纵向上同轴对正；所述圆钢环为一端封闭且中部具有圆柱形空腔的筒状结构，其预埋设置在所述第二管片环的端部，且所述圆钢环的端部不突出于所述第二管片环的端面，并使得所述圆钢环的轴线平行于所述第二管片环的轴线且所述圆柱形空腔连通所述第二管片环的端面；所述预埋螺栓套沿纵向预埋在所述第一管片环的端部，其一端连通所述第一管片环的端面；相应地，全部或者部分所述预埋螺栓套中分别设置有呈长杆状的抗剪螺栓，所述抗剪螺栓的一端为可与所述预埋螺栓套以螺纹匹配连接的连接端，另一端为可与所述圆钢环匹配的限位端，所述限位端可在所述连接端连接所述预埋螺栓套时突出所述第一管片环的端面，且所述限位端的外周上套设有一定长度的缓冲垫，以及两管片环同轴对正并以配合面抵接匹配时，各所述抗剪螺栓的限位端可同轴嵌入对应的圆钢环中。2.根据权利要求1所述的穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，其中，所述圆钢环沿环向等间隔设置，所述预埋螺栓套沿环向等间隔设置，且相邻两所述圆钢环的环向间距等于相邻两所述预埋螺栓套的环向间距。3.根据权利要求1或2所述的穿越特殊地层隧道的管片环间抗剪结构，其中，所述限位端的端部设置有外径大于所述抗剪螺栓杆体外径的螺帽，且所述限位端的外周上沿环向设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，孙文昊，李翔，曲立清，陈立保，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42