[发明专利]一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环。

背景技术

目前，城市地铁已成为我国城市公共交通的重要方式，并逐渐成为城市现代化的重要标志之一。当前，国内地铁普遍的最高运行速度为80km/h，盾构隧道内径一般不超过5.5m。随着城市地铁从核心城区向周边组团或者卫星城市延伸，站间距增长，因此，进一步提高地铁运营速度对于改善城市交通运输效率具有重要意义。特别是各大城市的机场线，由于机场远离市区，对地铁列车运行速度具有更高的要求，很多城市在建或拟建的地铁机场线都是快速线路，设计的地铁运行速度较目前的运行速度大幅度提高，以正在修建的成都地铁18号线为例，其设计的地铁运行速度达到了140km/h。而随着地铁速度的进一步提高，在常规断面尺寸的地铁隧道中，隧道空气动力学效应会相当显著，形成较大的空气压力波和微压波，压力波和微压波进入车厢后，将造成乘车环境的恶化，引起司乘人员产生耳部不适、耳膜疼痛、头晕目弦等身体不良反应，如广州地铁3号线，其最高运行速度可达120km/h，自运营以来，常有乘客反映出现车内压力变化引起耳鸣、头晕等身体不适的情况，严重影响了乘车舒适度，甚至对人体健康也造成了一定程度的危害。同时，地铁列车速度的提高还将导致同等断面隧道内空气阻力的增大，影响列车牵引效能的有效发挥，并可能引起严重的噪声污染。因此，针对城市快速地铁线路区间盾构隧道的建设需求，相应地增大地铁隧道的断面尺寸，减小列车在隧道内的阻塞比，营造舒适的乘车环境非常必要。这就为盾构隧道结构断面构造和几何设计提出了新的要求，为此，需要发明一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环分块结构型式。

众所周知，增大地铁盾构隧道的断面尺寸，必然将改变传统的盾构隧道衬砌环的分块结构型式。而盾构隧道衬砌环分块需要综合考虑每块管片的重量体积、拼装便利性、纵向连接刚度、管片衬砌环的力学特征等因素，这些因素对工程的施工难度和工程造价具有较大的影响。目前，国内地铁盾构隧道的内径一般为5.4m或5.5m，对应外径分别为6.0m、6.2m，管片厚度分别为30.0cm、35.0cm。其管片衬砌环主要采用3+2+1的分块模式，纵向螺栓布置10颗或者12颗，以广州、成都、深圳地铁为例，隧道每环管片分成三块标准块(B)、两块邻接块(L)和一块封顶块(F)，其中管片封顶块圆心角为15°，邻接块圆心角为64.5°，标准块圆心角为72°，纵向连接螺栓共计10颗，按36°等角布置。若进一步扩大盾构隧道的断面尺寸以适应140km/h的快速地铁列车营运速度，则其内径需增至7.5m，外径增至8.3m，厚度增至40.0cm，若仍采用上述的衬砌环分块结构型式，将面临以下问题：

①单块管片的体积和重量将大大增加，不利于管片的搬运、吊装以及拼接等施工操作；②常规管片的10或12颗纵向连接螺栓数量无法保证加大断面盾构隧道的纵向刚度。

发明内容

为了解决现有存在的问题，本发明的目的在于提供一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，其能够满足快速地铁对隧道衬砌环的要求，其提供的分块型式便于施工、纵向刚度高、稳定性好。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种适应于快速地铁线路的盾构隧道衬砌环，该衬砌环为4+2+1分块型式，衬砌环包括4个标准分块、2个邻接分块和1个封顶分块，4个标准分块拼接在一起，2个邻接分块分别连接于4个标准分块的两侧，封顶分块连接于2个邻接分块之间，其中，标准分块和邻接分块的圆心角均为54°，封顶分块的圆心角为36°。

本发明在综合考虑施工便利性的条件下，改变隧道衬砌环的分块方案，设计出4+2+1的分块型式，既能够有效增大衬砌环的断面尺寸，以满足快速地铁对地铁盾构隧道断面的大尺寸要求，又能够确保每个分块重量体积适宜，进而保证拼装的便利性。而且，本发明在满足列车快速运行的同时还能够营造舒适的乘车环境。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，上述衬砌环还包括沿其圆周方向均匀布置的20个纵向螺栓，并且每个标准分块和每个邻接分块上均设有3个纵向螺栓，封顶分块上设有2个纵向螺栓。

本发明适当增加纵向螺栓的数量，提高了衬砌环的纵向连接刚度。并且由于纵向螺栓数量设置合理，使得相邻的两个纵向螺栓形成的圆心角角度适中，能够通过衬砌环之间角度的旋转来实现多点位错缝拼装，从而提高整个隧道的稳定性。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，上述衬砌环还包括沿其圆周方向布置的14个环向螺栓，每个分块的环向两侧各布置一对环向螺栓，每对环向螺栓以分块的中心轴线为对称线对称。