[发明专利]一种地铁盾构隧道纵向刚度加强结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种地铁盾构隧道纵向刚度加强结构及其施工方法，该加强结构包括叠合设置在地铁盾构隧道内表面的轨道板以及若干根纵向钢筋混凝土梁；轨道板以及纵向钢筋混凝土梁均沿地铁盾构隧道的轴线方向设置，在地铁盾构隧道的管片内壁的设计叠合面上均布有预留的突出钢筋以同轨道板以及纵向钢筋混凝土梁连接构成叠合的组合结构。本发明的优点是，合理的利用盾构隧道的内部净空，通过在管片上预留突出钢筋，加强地铁盾构隧道与现浇的纵向钢筋混凝土梁及轨道板之间的连接，形成叠合良好的组合结构，大大地增加了地铁盾构隧道的纵向的竖向弯曲刚度、水平弯曲刚度、纵向扭转刚度以及横向的抗弯刚度，减少盾构隧道的纵向不均匀变形和横椭圆变形。

技术领域

本发明属于轨道交通领域，具体涉及一种地铁盾构隧道纵向刚度加强结构及其施工方法。

背景技术

盾构隧道为细长的管状结构，且由管片拼装而成，其纵刚度抗弯刚度与抗扭刚度均较小，因此，在地铁运营使用过程中易发生不均匀沉降、扭转、水平偏移等变形等问题，并由此导致盾构隧道的管片接头张开量过大，发生渗漏水，甚至管片接头破损等问题，进而导致管片棱角碎裂、连接螺栓的螺纹发生塑性变形、接接螺栓拉断或剪断等损害。现有的盾构隧道管片内侧均为光滑面，尽管轨道板为现浇的钢筋混凝土板，其纵向刚度较大，但当盾构隧道发生不均匀沉降、扭转、水平偏移等变形时，轨道板不仅无法发挥其纵向刚度较大的作用，而且轨道板与盾构隧道之间易发生脱空，在列车荷载作用下易发生轨道板与隧道之间的振动，并加速隧道与轨道的损坏。上述工程问题更容易在软土地区的盾构隧道中出现。

现有的盾构隧道横断面普遍采用圆形结构，为了更合理地利用截面空间，或提高施工效率，也有采用其它截面形式的盾构隧道，如横椭圆形、类矩形（宁波地铁三号线采用）、半圆形、马蹄形、双圆形、三圆形等。然而，地铁限界（在满足地铁车辆运行、设备安装、管线安装后的最小有效断面）接近矩形，因此，盾构隧道总存在无法利用的内部净空。

此外，因盾构隧道受到的竖向的水土压力大于水平的水土压力，这导致盾构隧道横断面在其顶部受到较大的内侧受拉的弯矩，而在盾构隧道底部受到较大的外侧受拉的弯矩，并由此导致管片之间的纵缝接头张开，甚至导致纵缝接头破损与渗漏水；这种水土压力的差异还有可能导致盾构隧道横断面发生较大的横椭圆变形，尤其是位于软土地区的盾构隧道。

为了解决上述技术，部分现有技术中会在盾构隧道的内表面浇筑一层厚度均匀的钢筋混凝土作为隧道的内衬，这种方式可以在一定程度上增加盾构隧道的刚度，但是现有技术中的钢筋混凝土内衬存在以下技术问题：

1. 钢筋混凝土内衬的厚度均匀，这会极大的减少盾构隧道内部可以利用的净空；采用钢筋混凝土内衬的情况下，为了满足地铁的限界要求，需要增加盾构隧道的直径，从而增加工程造价，且减小盾构隧道的横向刚度。

2. 现有技术中钢筋混凝土内衬大多通过焊接在在管片连接螺栓上的连接钢筋与管片连接，这种连接方式过于薄弱，很难承受拉力；此外管片螺栓孔的周围应力非常复杂，螺栓孔的周围混凝土易破损，现有技术中的做法极易导致管片连接螺栓孔破损。

3. 在管片与现浇内衬之间预留凹坑与凸起物，其作用是抗剪。而当盾构隧道发生不均匀沉降时，管片与现浇内衬之间极可能出现拉力，因此，预留凹坑与凸起物无法发挥作用。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种地铁盾构隧道纵向刚度加强结构及其施工方法，该加强结构通过在盾构隧道内壁叠合设置纵向混凝土梁，有效地提高了盾构隧道的结构刚度。

本发明目的实现由以下技术方案完成：