[发明专利]一种适用于矩形隧道的管片结构及其拼装方法

说明书

技术领域

本发明涉及矩形隧道，具体涉及一种适用于矩形隧道的管片结构及其拼装方法。

背景技术

伴随着中国城市化的进程，城市的车辆保有量以及人口随之不断增长，为此需要建设越来越多的地下通道和城市地下快速路以解决或缓解城市居民“过街难”和车辆交通拥挤等问题。

1825年英国伦敦泰晤士河下首次采用盾构法掘进道路隧道，断面为11.6m×6.4m的矩形。但由于圆形断面具有结构受力好、易拼装、施工方便等优点，以后的盾构法隧道99%采用圆形，并使用钢筋混凝土管片。从空间利用效率出发，在同等截面积条件下,矩形隧道比圆形隧道更有利。上海是土地资源极为稀缺的城市，地下空间资源是一种有限的资源，也是上海实现城市建设可持续发展的战略性空间资源。拓展开发地下空间资源必须贯彻“资源节约，环境友好”的城市建设理念。如图1所示，与传统圆形断面盾构隧道相比，矩形盾构隧道具有以下显著的优势：

1）断面利用优势：与圆形断面相比，矩形盾构隧道断面的有效使用面积节约了20％以上，甚至可达到45%；

2）施工深度浅：由于比起类矩形断面，为达到同样需要的建筑布置，圆形断面盾构直径很大，其施工深度也较深，施工成本较高；而矩形隧道施工深度浅；

3）节省地下空间：圆形断面盾构对地下空间的占用率高，而用于较小空间占用率的矩形盾构能为将来的地下开发预留更多的空间；

4）断面切削量小：与圆形断面隧道相比，矩形断面隧道切削量小，排出泥浆体积少，对环境影响小，施工更为环保，能充分体现“资源节约，环境友好”的施工理念；

5）浅覆土施工：圆形隧道为了满足隧道的抗浮要求，隧道的覆土厚度需要满足一定的深度，而矩形、异形隧道埋置深度可以较浅。这样矩形隧道对地下空间资源的占用率就越低，出入口的引道布置就越短，工程建造成本就越低。

综上所述，矩形盾构隧道在现代城市建设中具有开发价值与推广前景。

由于矩形盾构隧道的受力特点不同于圆形隧道。在矩形盾构隧道中产生的轴力远小于圆形隧道。圆形隧道管片以偏压为主，而矩形隧道管片以受弯剪为主。在采用混凝土管片的情况下，需要增加管片厚度或增加含钢量。管片厚度增大会导致盾构隧道内部使用空间的减小，采用过高的含钢量会使隧道的经济性能指标降低。此外，由于管片接头需要承受很大的荷载，需要采用钢结构接头箱。采用混凝土管片时钢结构接头箱与混凝土管片本体的可靠连接也存在技术难题。因此急需寻求一种特殊构造的管片以降低管片厚度，从而使大断面的矩形盾构隧道的建设成为可能。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种适用于矩形隧道的管片结构及其拼装方法，该管片结构均为五面覆盖有钢板的半封闭结构，以满足大断面矩形盾构隧道的受力要求。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种适用于矩形隧道的管片结构，涉及预制复合管片，其特征在于所述复合管片的五面覆盖有钢板以构成半封闭结构，即分别在所述复合管片的两端面、两侧面以及顶面或底面覆盖钢板。

所述复合管片两侧面设置钢结构接头箱，通过直螺栓实现所述复合管片之间的连接。

所述管片的两侧缘区域布置有过渡结构，实现钢结构接头箱与混凝土结构的有效连接，在所述过渡结构的顶面和底面上都覆盖有钢板。

所述钢板的表面布置有一定数量的栓钉，以使所述钢板与所述复合管片构成一体，实现所述复合管片内的混凝土与钢板的共同作用。

各所述复合管片均具有一定的弧度。

一种涉及上述适用于矩形隧道的管片结构的拼装方法，其特征在于至少包括如下步骤：分别将所述复合管片放置于所述矩形隧道的拱底、侧墙以及拱顶以构成拱底管片、侧墙管片以及封顶管片；放置时，使所述拱底管片和封顶管片不具有钢板的一面位于外弧面，使所述侧墙管片不具有钢板的一面位于内弧面。

所述复合管片的放置次序依次为拱底管片、两侧的侧墙管片以及封顶管片，在放置时将相邻所述复合管片之间的钢结构接头箱对齐，通过安装直螺栓以使相邻所述复合管片之间拼装成环。

所述复合管片的放置次序依次为拱底管片、两侧的侧墙管片以及封顶管片，在放置时将相邻所述复合管片之间的钢结构接头箱对齐，通过安装直螺栓以使相邻所述复合管片之间拼装成环。