[发明专利]一种适用于隧道管片纵缝的连接结构

说明书

技术领域

本发明属于隧道管片连接结构领域，更具体地，涉及一种适用于隧道管片纵缝的连接结构。

背景技术

目前工程中盾构隧道管片环向以及纵向接缝一般均采用先拼装后安装螺栓的方式进行连接。根据螺栓类型不同可分为弯螺栓4，斜螺栓5，短直螺栓6等方式(如图1所示)，但不管何种螺栓连接方式，均需设置手孔3，且在螺栓使用过程中，在大偏心受压情况下，弯矩、轴力联合作用会使得管片接缝张开。以结构受负弯矩为例，管片接缝外侧张开螺栓受拉，接缝内侧混凝土面受压，接缝处于稳定状态。螺栓在一般情况下可满足工程的使用要求，但在软土地层或衬砌环变形较大时，则存在以下问题：1)当衬砌环变形较大时，在弯矩M的作用下管片接缝的张开量θ增加，螺栓的受力F会增加，会导致混凝土的压应力σ增大，当这一趋势继续增大时，受压区混凝土应力σ可能超过混凝土材料的抗压强度，导致管片1破损(如图2所示)；2)采用螺栓的连接方式，例如设置环向螺栓10和纵向螺栓11，其必然要设置手孔(即施工螺栓的孔洞)，手孔的存在会削弱管片结构，而手孔位于靠近接缝位置，尤其是环缝和纵缝连接螺栓接近的管片角部，手孔的削弱影响将会叠加，对接缝处混凝土受压产生显著的不利影响(如图3所示)，如果采用短直螺栓则其对结构的削弱更大。

为了提高接缝处的刚度，现有的一些改进技术提供了如下方法：例如，叶建忠等提出了“一种采用特殊纵向连接件的城市地铁重叠盾构隧道管片结构”(发明专利申请公告号CN 104790974 A)，该技术主要是在管片的环缝连接中分布若干钢连接件及钢卡槽，通过将钢连接件纵向推入钢卡槽后，再沿环向旋转管片使钢连接件扣入钢卡槽，并使用插销固定后充填空腔。该技术在实际工程应用中提高了管片环缝间的纵向连接刚度，在重叠隧道设计中可减少对地层加固，降低隧道之间的相互影响；再如，肖明清等提出了“一种圆形凹凸榫型盾构隧道管片环间抗剪结构”(发明专利授权公告号CN 103924983 B)，该技术主要是在管片环缝间沿分布若干个圆形凹凸榫，通过榫结构提高管片环缝间的抗剪能力，改善既有凹凸榫结构在实用中的集中荷载和局部应力，可有效降低局部混凝土受剪破坏的可能。

上述现有技术在实际工程应用中均有效解决了一定的工程问题，特别是对管片环与环之间环缝(即纵向连接)刚度提高起到了明显的作用，其实质均是对环缝(即纵向连接)结构刚度的一种补强措施，也未能替代螺栓的作用，仍然需要采用螺栓连接，并且在管片上预留螺栓手孔，不可避免地造成管片接缝处的结构削弱，并且上述类似的榫槽结构及其实施方式无法在纵缝(即环向连接)直接采用，现有技术中管片的纵缝(即环向连接)仍然采用螺栓连接，其依然存在削弱管片结构，局部应力偏大，进而导致管片破坏的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隧道管片纵缝的连接结构，其中结合隧道管片纵缝连接的特点，相应设计了适用于管片纵缝的连接结构，通过该管片纵缝连接结构替代现有的螺栓连接结构，在保证接缝刚度的情况下可同时减少接缝螺栓手孔，有效改善接缝处的混凝土受力，降低接缝处混凝土局部受压破坏的风险。

为实现上述目的，本发明提出了一种适用于隧道管片纵缝的连接结构，该连接结构包括预埋在待拼装的第一管片中的连接榫件以及预埋在待拼装的第二管片中的卯件，该待拼装的第一管片与该待拼装的第二管片之间形成一分布方向与隧道掘进方向相同的纵缝，通过所述待拼装的第一管片中的所述连接榫件与所述待拼装的第二管片中的卯件之间的咬合作用以锁紧所述待拼装的第一管片和第二管片，并且达到连接该第一管片和第二管片的目的。

作为进一步优选的，所述连接榫件包括两个端部及用于连接所述两个端部的连接板，其中所述一个端部预埋在管片中，另一个端部位于管片的外部，以用于与其他管片中的卯件相配合。

作为进一步优选的，两个所述端部的截面形状设计成能够有效提供足够端部接触面积的形式，以此通过将所述连接榫件的位于管片外部的端部嵌固入所述卯件中后，以提供接触面上的拉力及压力，从而使两块待拼装的管片形成一个整体结构。

作为进一步优选的，两个所述端部的截面形状优选为矩形、半圆形、圆形、梯形、异形、T型或L型。

作为进一步优选的，所述卯件的形状与所述连接榫件的形状相适应，并且所述卯件的尺寸大于所述连接榫件的尺寸，以此保证拼装时所述连接榫件顺利嵌固入所述卯件中并且最大程度的提供两者的接触面积，保证受力均匀，提高纵缝处的抗弯刚度。

作为进一步优选的，所述卯件的各项尺寸优选比所述连接榫件的各项尺寸大1mm～2mm。