[发明专利]一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装方法

说明书

一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装方法，具有对称的双面楔形环；封顶块拼装点位位于衬砌圆环的0°位置，此点位处的圆环外径处的环宽为最小值或最大值，与封顶块相对的于180°点位的为第一标准块，与其两侧相邻的为第二标准块，第二标准块及邻接块的内弧表面上均设置一个一体成型凸出于内弧表面外的牛腿连接基座，且由水平面、垂直面两个方向的连接基面构成，在衬砌圆环内对称分布四个，构成的衬砌圆环为模式1或模式4。封顶块及两侧邻接块拼接整体绕Y轴旋转180°就位，第一标准块及与其顺序拼接的各标准块拼接整体绕Z轴旋转180°镜像就位后构成的衬砌圆环为模式2或模式3。增加管片的通用性，避免管片内弧表面钻孔植筋。

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种带牛腿连接基座预制的管片拼装的衬砌圆环及其拼装方法，用于盾构法修建的交通隧道内部的衬砌管片的拼装。

背景技术

盾构法修建的交通隧道内部空间，通常按功能分区自上而下划分为三层：重点排烟道层、机动车行车道层、疏散救援与管线廊道层参见图1所示。烟道板、行车道板等构件，通过两端牛腿支座实现与主体结构间受力传递。该牛腿支座凸出于管片内弧表面，并与管片结构连成一体。

现有技术中，通常采用在拼装成型的管片上植筋锚固、再现浇牛腿支座的施工方法。该方法存在以下不足：

(1)钻孔损伤管片结构，尤其对于拼装成型的衬砌结构，其损伤难以修复。

(2)钻孔定位困难、废孔率高。钢筋混凝土管片采用高精度钢模分块预制成型，混凝土强度等级较高、弧面光滑圆顺、内部钢筋交错，钻孔作业时，定位精度难以保障，若钻进位置与管片内部钢筋冲突，则进一步损伤结构承载力。当需非垂直于管片内弧表面钻孔时，这一问题更为突出。

(3)受到钻孔、植筋锚固的工艺特点与现场条件的限制，达到现浇牛腿与预制管片形成整体结构的难度较大，其连接部位在传力可靠、防水密闭、使用耐久等方面都是控制施工质量的风险点。

(4)钻孔植筋、现浇牛腿等施工作业强度大、工效低、环境差，与盾构掘进平行作业，交叉干扰多。

工程实践中，通过提高拼装质量、管片内弧表面标识主筋位置及钻孔前采用无损检测技术精准定位钢筋等措施，力争改善钻孔植筋存在的质量问题，但收效甚微。

除植筋锚固方式在工程中的普遍应用外，针对牛腿与管片的连接方式，管片内表面预置钢板、预留钢筋、预埋钢筋接驳器及带牛腿预制等方式均进行了研究与尝试。

预埋、预留、预制等方式，在大直径盾构隧道普遍采用通用楔形衬砌、以管环有序旋转来拟合线路中线的技术方案下，都面临一个共同难题：通用楔形环拼装点位，即管块在横断面位置的不确定性。

衬砌圆环拼装点位取决于楔形方式、楔形量、线路平纵参数等设计条件，某一环管片的拼装点位实施方案，则取决于盾构机实时姿态。

楔形量决定了单环衬砌圆环对于线路平纵曲线的拟合能力，平纵曲线及其组合的线路条件确定了衬砌圆环的拟合目标，结合盾构机空间姿态与实时调整、纠偏的需要，最终筛选管片拼装点位的最优方案。而盾构机空间姿态受机械性能、操作水平、地质条件、控制标准等复杂因素的影响，由前一环管片拼装状态、盾构机推进千斤顶行程、盾尾间隙等监测数据的反馈信息而取得，即具体某环管片的拼装点位实施方案的确定是一个动态选择的过程。

内部结构部件在隧道横断面的位置是固定的，不能随衬砌圆环的旋转而变化。因此，针对某一特定管块所采取的预埋、预留、预制等构造，在各管块空间位置动态调整的情况下，将失去目标位置，以至于难以保障其有效性。当采用大量的冗余预埋、预留、预制方式时，在经济性与施工便利性方面也得不偿失。

诚然，衬砌圆环的拼装点位有其规律性，可以通过理论计算并结合施工经验预估概率，但钻孔植筋仍是不可避免的。