[实用新型]膨胀岩土地区盾构隧道管片衬砌的纵缝弹性装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于盾构隧道管片纵缝连接处的构造，尤其涉及一种膨胀岩土地区地盾构隧道管片的弹性纵缝装置。

背景技术

膨胀岩、土体随着环境变化特别是湿度状态的变化发生膨胀和收缩，并产生膨胀压力。膨胀土的重要性质是膨胀土的黏土矿物成分中含有较多的蒙脱石、伊利石和多水高岭石，这类矿物具有较强的与水结合的能力，吸水膨胀、失水收缩，并具膨胀-收缩-再膨胀的往复胀缩特性，特别是蒙脱石含量直接决定其膨胀性能的大小。膨胀岩、土体浸水后体积膨胀，在无侧限的条件下则发生吸水湿化，不同类型的膨胀岩、土其崩解性不一样，强膨胀岩、土浸水后，几分钟很快就完全崩解；弱膨胀岩、土浸水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解。如果膨胀岩、土体在吸水膨胀时受到外部约束的限制，阻止其膨胀，此时则在土体内产生一种内应力，即为膨胀力或称膨胀压力。与土体吸水膨胀相反，倘若土体失水，其体积随之减小而产生收缩，并伴随土中出现裂隙。隧道修建后阻止了膨胀岩、土体的膨胀，隧道的衬砌会承受较大的膨胀压力，在衬砌中也产生较大的内应力。

现有盾构隧道由多个弧形的管片拼装成管片环，管片环再拼装成纵向延伸的盾构隧道的衬砌。管片连接成管片环时，管片与管片之间的连接缝呈纵向方向，称为纵缝。现有的衬砌，管片间的连接纵缝壁设有密封槽和带水胀橡胶的密封垫，具有较好的防水、密封性能；但在密封槽之外的其余接缝部位只有1.5mm的间隙且在该间隙内设有1.5mm厚度的传力衬垫。这种纵缝装置扩张和收缩的余地极小，如果在膨胀岩、土地区仍然采用这样的衬砌，当膨胀岩、土体吸水膨胀受到衬砌约束则产生较大的膨胀力，将会引起衬砌产生较大的内力，从而对衬砌的力学性能要求大大提高，虽可通过增加钢筋量来降低内应力，但成本过高难以实现。而更改衬砌结构的方法，则需要更改衬砌的模板，同样费用很高，难以实施。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种膨胀岩土地区盾构隧道管片衬砌的纵缝弹性装置，该装置能大幅度降低衬砌的等效刚度，从而减小作用在衬砌上的膨胀力，以保证在膨胀岩土地区修建的盾构隧道结构的安全、可靠；同时它也降低衬砌结构的内应力，可有效减少衬砌的配筋量；并且其防水性能好。

本实用新型实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种膨胀岩土地区盾构隧道管片衬砌的纵缝弹性装置，包括相接的管片纵缝壁上各自设置的密封槽和密封槽内的密封垫，其结构特点是：管片的纵缝壁上设置有覆盖全纵缝壁的橡胶带，在密封槽处的橡胶带位于密封槽壁和密封垫之间，橡胶带的厚度P由以下公式确定：

P=P′/(1-NE2A)]]>

其中，P′为在衬砌结构轴力的作用下橡胶带被压缩后的厚度，为3-8mm；E₂-橡胶带弹性模量；N-衬砌结构所受到的轴力(环向力)；A-轴力作用面积，A＝bh，b为管片纵缝的长度，h为管片的厚度。

理论分析表明，若隧道衬砌刚度越大、深部围岩越硬、膨胀岩圈越厚，则作用在隧道衬砌上的膨胀力越大，反之，则膨胀力越小。而膨胀岩圈外侧岩土的刚度、膨胀岩圈厚度、膨胀岩的自由膨胀率和膨胀岩弹性模量是无法改变的，只能通过降低衬砌刚度的方法来降低衬砌上的膨胀力。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、使用在轴力作用下压缩后厚度为3-8mm的橡胶带后，衬砌环向等效抗压刚度大幅度降低，计算表明，使用橡胶带后的等效抗压刚度仅为未使用时的5％。岩土体发生膨胀时，衬砌可以产生较大的收缩变形，作用在衬砌上的膨胀力也会随之减小。膨胀土失水收缩后，衬砌恢复原来状态。这样，在不改变现有衬砌的结构也即不改变衬砌模板的情况下，可以有效实现降低衬砌等效刚度，以减少作用在衬砌上的膨胀力，从而保证在膨胀岩土地区修建的盾构隧道结构的安全、可靠。

二、同时，采用橡胶带之后，也有效降低了衬砌结构的内应力，可在受力不变的情况下，减少配筋量，有较高的经济效益。