拓扑自锁式盾构隧道管片、管片环结构和隧道制造技术

本发明专利技术提供了一种拓扑自锁式盾构隧道管片及管片环结构，属于隧道工程技术领域。该拓扑自锁式盾构隧道管片包括呈劣弧状的圆弧形片体，圆弧形片体在圆周方向上的相对两侧对称设置有侧拼合面，侧拼合面包括相互匹配的第一曲面和第二曲面，圆弧形片体在圆周方向上设置有相对的第三曲面和第四曲面，两个圆弧形片体能够通过第一曲面和第二曲面对合拼接实现咬合固定，或者通过第三曲面和第四曲面对合拼接实现咬合固定。采用该管片能够实现圆形盾构隧道模块化衬砌结构的自锁式安装，管片拼接面之间无需设置连接螺栓或者榫卯、嵌入式结构，有效降低了局部应力集中，改善了沿隧道走向方向的受力性能，提高了衬砌结构的整体性和稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
拓扑自锁式盾构隧道管片、管片环结构和隧道


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，特别涉及一种拓扑自锁式盾构隧道管片及管片环结构。

技术介绍

[0002]盾构法是隧道建设方法中的一种全机械化施工方法，具有安全性高、扰动小等优点，普遍应用于铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水利隧道等。在盾构机开挖掘进的过程中，开挖的过程中会在隧道内拼装预制管片结构形成衬砌结构，维持隧道的稳定性。随着交通运输事业的发展，盾构隧道的建设广泛开展，提出新型的管片衬砌结构，从而改善盾构隧道衬砌结构的受力、防水性能，提高拼装速度与施工质量，是隧道工程专业技术人员急需解决的问题。
[0003]在相关技术中，盾构隧道管片由预制混凝土构成，通过螺栓连接拼装成环，拼装连接方式对衬砌结构的受力、变形、抗渗等有显著影响。盾构隧道管片常使用螺栓连接，衬砌结构通过接头将管片拼接成环状，再通过环间接头组合成管状结构。
[0004]相关技术中的拼接管状结构，其管片之间的拼接接头是衬砌结构的薄弱环节。在地面堆载、地层不均匀沉降等环境下，拼接面之间的管片螺栓需要承受侧向荷载，同时现有管片结构沿隧道轴线方向上的接触面之间也会同时承受剪应力，容易发生不均匀沉降时易产生开裂变形。部分学者提出利用榫卯式结构或嵌入式结构实现管片间的紧密连接，提高衬砌结构的承载力，但这种方法需要极高的加工精度，且在施工现场复杂的情况下，安装难度大。此外，榫卯连接有折线状的混凝土表面结构，会在连接处产生应力集中，对结构的耐久性和可靠性不利。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种拓扑自锁式盾构隧道管片、管片环结构和隧道，能够实现圆形盾构隧道模块化衬砌结构的自锁式安装，管片拼接面之间无需设置连接螺栓或者榫卯、嵌入式结构，有效降低了局部应力集中，改善了沿隧道走向方向的受力性能，提高了衬砌结构的整体性和稳定性。技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种拓扑自锁式盾构隧道管片，该拓扑自锁式盾构隧道管片包括：
[0007]圆弧形片体，
[0008]所述圆弧形片体呈劣弧状，所述圆弧形片体在圆周方向上的相对两侧对称设置有侧拼合面，所述侧拼合面包括依次连接的第一曲面和第二曲面，所述第一曲面和所述第二曲面相匹配，所述圆弧形片体在圆周方向上设置有相对的第三曲面和第四曲面，所述第三曲面和所述第四曲面相匹配，所述拓扑自锁式盾构隧道管片被配置为两个所述圆弧形片体能够通过所述第一曲面和所述第二曲面对合拼接，以在所述圆弧形片体的径向上实现咬合固定；或者，两个所述圆弧形片体能够通过所述第三曲面和所述第四曲面对合拼接，已在所
述圆弧形片体的径向上实现咬合固定。
[0009]可选地，所述圆弧形片体包括相对的外弧面和内弧面，所述外弧面在所述圆弧形片体的圆周方向上具有相对的第一拼合边、第二拼合边以及对称布置的两个第一侧边，所述第一拼合边为凹弧，所述第二拼合边为与所述第一拼合边相匹配的凸弧，所述第一拼合边和所述第二拼合边通过所述第一侧边连接，所述第一侧边包括依次连接的第一弧形边和第二弧形边，所述第一弧形边和所述第二弧形边的长度相同，所述第一弧形边为凸弧，所述第二弧形边为凹弧；所述内弧面在所述圆弧形片体的圆周方向上具有相对的第三拼合边、第四拼合边和对称布置的两个第二侧边，所述第三拼合边为凸弧，所述第四拼合边为与所述第三拼合边相匹配的凹弧，所述第三拼合边和所述第四拼合边通过所述第二侧边连接，所述第二侧边包括依次连接的第三弧形边和第四弧形边，所述第三弧形边和所述第四弧形边的长度相同，所述第三弧形边为凹弧，所述第四弧形边为凸弧，所述第一弧形边和所述第三弧形边通过第一曲面连接，所述第二弧形边和所述第四弧形边通过所述第二曲面连接，所述第一拼合边和所述第三拼合边通过第三曲面连接，所述第二拼合边和所述第四拼合边通过所述第四曲面连接。
[0010]可选地，所述内弧面上开设有6个校准螺栓孔，所述6个校准螺栓孔分别与所述第三曲面、所述第四曲面、两个所述第一曲面和两个所述第二曲面连通。
[0011]可选地，所述内弧面上设置有6个注浆手孔，所述6个注浆手孔分别与所述6个校准螺栓孔连通。
[0012]可选地，所述第一曲面上设置有连通所述校准螺栓孔开口与所述第一弧形边的第一注浆槽；所述第二曲面上设置有连通所述校准螺栓孔开口与所述第二弧形边的第二注浆槽；所述第三曲面上设置有连通所述校准螺栓孔开口与所述第一拼合边的第三注浆槽；所述第四曲面上设置有连通所述校准螺栓孔开口与所述第二拼合边的第四注浆槽。
[0013]可选地，所述圆弧形片体为高强混凝土制件。
[0014]第二方面，本专利技术实施例提供了一种管片环结构，包括多个前述第一方面所述的拓扑自锁式盾构隧道管片，多个所述拓扑自锁式盾构隧道管片的所述圆弧形片体通过所述第三曲面和所述第四曲面依次拼接，以形成环状结构。
[0015]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种隧道，包括多个前述第二方面所述的管片环结构，多个所述管片环结构沿所述管片环结构的轴线方向错缝拼装，在相邻两个所述管片环结构之间，所述圆弧形片体的所述第一曲面与相邻的所述圆弧形片体的所述第二曲面相互拼接。
[0016]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0017]采用本专利技术实施例所提供的拓扑自锁式盾构隧道管片，并利用该盾构隧道管片进行组合以制成管片环结构和隧道，其在进行盾构隧道管片的组合拼装时，由于圆弧形片体用于相互组合的边缘由相互匹配的第一曲面和第二曲面，以及第三曲面和第四曲面等特殊曲面结构组成。其组合拼接后相互之间能够产生咬合作用，第一曲面和第二曲面，以及第三曲面和第四曲面在拼合后会产生强烈的挤压、摩擦和咬合，同时相比常规的平直拼接面相互之间的接触面积更大，能够实现圆形盾构隧道模块化衬砌结构的自锁式安装，管片拼接面之间无需设置连接螺栓或者榫卯、嵌入式结构，有效降低了局部应力集中，改善了沿隧道走向方向的受力性能，提高了衬砌结构的整体性和稳定性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种拓扑自锁式盾构隧道管片的立体结构示意图；
[0020]图2是本专利技术实施例提供的一种拓扑自锁式盾构隧道管片的外弧面一侧的结构示意图；
[0021]图3是图2中A
‑
A处的截面示意图；
[0022]图4是本专利技术实施例提供的一种拓扑自锁式盾构隧道管片的侧视结构示意图；
[0023]图5是本专利技术实施例提供的一种拓扑自锁式盾构隧道管片的内弧面一侧的结构示意图；
[0024]图6是本专利技术实施例提供的另一种拓扑自锁式盾构隧道管片的内弧面一侧的结构示意图；
[0025]图7是本专利技术实施例提供的另一种拓扑自锁式盾构隧道管片的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拓扑自锁式盾构隧道管片，其特征在于，包括：圆弧形片体(1)，所述圆弧形片体(1)呈劣弧状，所述圆弧形片体(1)在圆周方向上的相对两侧对称设置有侧拼合面，所述侧拼合面包括依次连接的第一曲面(1a)和第二曲面(1b)，所述第一曲面(1a)和所述第二曲面(1b)相匹配，所述圆弧形片体(1)在圆周方向上设置有相对的第三曲面(1c)和第四曲面(1d)，所述第三曲面(1c)和所述第四曲面(1d)相匹配，所述拓扑自锁式盾构隧道管片被配置为两个所述圆弧形片体(1)能够通过所述第一曲面(1a)和所述第二曲面(1b)对合拼接，以在所述圆弧形片体(1)的径向上实现咬合固定；或者，两个所述圆弧形片体(1)能够通过所述第三曲面(1c)和所述第四曲面(1d)对合拼接，已在所述圆弧形片体(1)的径向上实现咬合固定。2.根据权利要求1所述的拓扑自锁式盾构隧道管片，其特征在于，所述圆弧形片体(1)包括相对的外弧面(11)和内弧面(12)，所述外弧面(11)在所述圆弧形片体(1)的圆周方向上具有相对的第一拼合边(111)、第二拼合边(112)以及对称布置的两个第一侧边(113)，所述第一拼合边(111)为凹弧，所述第二拼合边(112)为与所述第一拼合边(111)相匹配的凸弧，所述第一拼合边(111)和所述第二拼合边(112)通过所述第一侧边(113)连接，所述第一侧边(113)包括依次连接的第一弧形边(1131)和第二弧形边(1132)，所述第一弧形边(1131)和所述第二弧形边(1132)的长度相同，所述第一弧形边(1131)为凸弧，所述第二弧形边(1132)为凹弧；所述内弧面(12)在所述圆弧形片体(1)的圆周方向上具有相对的第三拼合边(121)、第四拼合边(122)和对称布置的两个第二侧边(123)，所述第三拼合边(121)为凸弧，所述第四拼合边(122)为与所述第三拼合边(121)相匹配的凹弧，所述第三拼合边(121)和第四拼合边(122)通过所述第二侧边(123)连接，所述第二侧边(123)包括依次连接的第三弧形边(1231)和第四弧形边(1232)，所述第三弧形边(1231)和所述第四弧形边(1232)的长度相同，所述第三弧形边(1231)为凹弧，所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟飞，阮梓良，姜岚清，吴品豪，罗忆，李新平，刘晖，刘婷婷，郭运华，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：