[发明专利]预应力盾构隧洞及施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧洞，具体是一种预应力盾构隧洞，它为一种可承受较高内压力的压力隧洞，本发明还涉及这种预应力盾构隧洞的施工方法。

背景技术

在水工结构中，压力输水隧洞（含管道，下同）并不少见，但多为山岭隧洞或明管。在软土地层中采用盾构法施工的隧洞，目前国内、外多为交通隧道或无压、低压输水或排水隧洞；天然气通过高压液化存储，为因压力较高，通常只能选址于地质条件较好的岩体中；上述工程均无对盾构施工形成的拼装式管片环施加预应力，使其成为可承受较高内压力隧洞的先例。

南水北调中线的穿黄隧洞为压力输水隧洞，采用盾构法施工，穿过多种软土地层，其中大部分为砂土，须严防内水外渗影响隧洞稳定。由于盾构施工过程形成的拼装式管片环为普通钢筋混凝土衬砌，若直接用于高压输水，难于防止内水外渗，以满足正常使用要求，因而采用双层衬砌。即在拼装式管片环形成后，再现浇一层预应力钢筋混凝土衬砌，以承担内水压力。这是一种新的结构型式，并已应用到南水北调中线穿黄隧洞中去。2010年9月申请人曾以“盾构隧洞预应力复合衬砌输水隧洞”为名向国家专利局申报了发明专利。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种仅采用单层衬砌结构，通过往拼装式管片环内施加预应力使其能承受较高内压力的预应力盾构隧洞，本发明的第二目的在于提供这种预应力盾构隧洞的施工方法。

为了实现以上目的，本发明提供的一种预应力盾构隧洞，包括由多块管片拼装而成的拼装式管片环，其特征在于：所述管片内设有预埋孔道且管片内壁上还设有预留槽，所述预留槽与预埋孔道相通且开口朝管片内壁方向，所述所有管片内的预埋孔道首尾拼接形成环形孔道；它还包括设于环形孔道内的锚索和施工期与锚索相连的张拉机械，所述张拉机械与锚索之间还设有锚板。

作为本发明的优选方案：所述张拉机械与锚索之间通过弧形垫座张拉，并采用锚板固定。

作为本发明的优选方案：所述相邻管片之间通过螺栓固定。

预应力盾构隧洞的施工方法，其特征在于它包括如下步骤：

①拼装式管片环：在盾构法施工过程由若干普通钢筋混凝土管片拼装形成，同环各块管片通过螺栓连接；各块管片分别预埋孔道和预留与其相通的预留槽。

②拼装式管片环形成后，锚索穿入孔道，两端交会于放置在预留槽内的锚板。

③运用张拉机械，借助弧形垫座顶压锚板，实施对锚索的张拉，使拼装式管片环预加压应力。

④锚索张拉完毕，锁定于锚板后，撤出张拉机械和弧形垫座；对预留槽回填混凝土，并对孔道灌浆，最后经对管片接缝封闭整平后，便形成预应力盾构隧洞。

使用时，张拉机械开启，拉动锚索使其拉紧，从而施加了预应力。当施加的预应力达到要求后，关闭张拉机械，通过工作锚板将拉紧的锚索固定。然后撤出张拉机械和弧形垫座，往预留槽内回填混凝土，对预埋孔道实施低压灌浆充填，并对管片接缝封闭整平，最后形成预应力盾构隧洞。

本发明的有益效果：其一，由于采用将锚索设于管片内部，通过张拉机械拉紧锚索施加预应力的结构和方法，可使管片拥有预应力，因而当隧洞内输送高压液体的时候，可抵消隧洞内壁的压力，使整个隧洞保持良好的紧密型，不会造成渗漏；其二，由于采用在管片内部设置锚索的结构代替现有在拼装式管片环内壁再形成一层预应力钢筋混凝土衬砌的结构，使本发明成为仅有一层衬砌结构，施工难度降低，且整体结构紧密型更好，维护更加方便；其三，隧洞内压力与外部水土压力作用于同一衬砌结构上，而方向相反，有一定的减载效果，对结构安全十分有利。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中预留槽部位局部放大图；

图3为地下仿真试验模型埋置图；

图4 为地下模型结构纵向剖面图；

图5为地下模型结构平面布置图；

图6为洞内充水加压与洞外水环境营造布置图。

图中：1-管片，1.1-预埋孔道1.2-预留槽，2-拼装式管片环，3-环形孔道，4-锚索，5-张拉机械，6-锚板，7-弧形垫座，8-螺栓。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。