[发明专利]拱腹式超高性能混凝土预制盾构隧道管片结构及设计方法

说明书

本发明涉及一种拱腹式超高性能混凝土预制盾构隧道管片结构及设计方法，针对本发明管片结构来说，其包括：管片主体，管片主体包括：拱顶，拱腹，拱脚，混凝土内部的钢筋网，管片注浆孔，管片接缝凹槽，拱腹的横向截面为弧面片状结构；拱腹还具有拱形的纵向截面。针对本发明设计方法来说，具体包括如下步骤：1）确定拱顶厚度h₁和拱脚厚度h₂；2）超高性能混凝土管片主体拱腹区正截面承载力计算，将拱腹区正截面等效为矩形截面进行配筋计算；3）管片主体拱腹区内力复核4）对比按受弯构件正截面承载力计算和按大偏心受压构件正截面承载力计算的配筋结果，选择其中配筋面积大的方案进行配筋。本发明能解决管片结构抗裂性能差的问题。

技术领域

本发明涉及地铁盾构隧道管片结构技术领域，尤其涉及一种拱腹式超高性能混凝土预制盾构隧道管片结构；

本发明还涉及上述管片结构的设计方法。

背景技术

随着城市化进程推进，我国城市轨道交通隧道建设快速推进，盾构法施工作为城市地下隧道施工的主要施工形式被广泛应用在地铁、地下管廊和地下排水通道等城市地下空间工程建设中。然而在盾构隧道运营阶段，盾构隧道管片不可避免地出现不同程度的损伤裂缝、应力松弛和接头局部破坏等问题，最终导致隧道变形过大和隧道渗漏水等工程问题，严重影响列车行驶安全。

盾构管片作为盾构法施工中主要的承载构件，需要满足承载力要求的同时还需要有足够的刚度和韧性来满足隧道的变形控制和抗渗要求。现今普通钢筋混凝土盾构隧道管片结构自重大抗裂性能较差，容易在地铁隧道施工和运营过程中产生裂缝，形成渗流路径造成严重的隧道渗水问题，无法满足地下结构长期使用的耐久性要求。同时运营期管片环缝间的应力松弛问题和螺栓接头混凝土局部破坏问题也是管片接缝错台张开变形和接缝渗漏水问题的重要诱因。

发明内容

本发明的目的是提供一种拱腹式超高性能混凝土预制盾构隧道管片结构来解决管片结构运营期间抗裂性能差渗漏水严重、环缝间应力松弛和螺栓接头处混凝土局部破坏三大技术问题。

本发明的另一个目的是提供上述管片结构的设计方法，便于设计上述管片结构。

针对本发明拱腹式超高性能混凝土预制盾构隧道管片结构来说，其包括：

管片主体，所述管片主体包括：拱顶，拱腹，拱脚，混凝土内部的钢筋网，管片注浆孔，管片接缝凹槽，所述拱腹的横向截面为弧面片状结构；

拱腹还具有拱形的纵向截面。

作为本发明管片结构进一步的改进，拱形的纵向截面是由拱腹处的管片主体上，成矩形的纵向截面中间减薄混凝土厚度而形成。

作为本发明管片结构进一步的改进，拱顶处的混凝土层最小厚度不小于150mm。

作为本发明管片结构进一步的改进，超高性能混凝土抗压强度不小于120MPa。

作为本发明管片结构进一步的改进，管片注浆孔位于管片主体中心位置，管片注浆孔周围配置螺旋箍筋，在管片注浆孔附近区域内的混凝土层局部加厚并设置相应的第二加强肋；

本发明管片结构还具有另一种改进，管片结构还包括：

局部加强带，其为沿管片主体四周边缘周长路径布置的闭合的条带状钢筋混凝土加厚层。

优选的，所述局部加强带上垂直于其轴向的截面，此截面的宽度为100~200mm，厚度不小于300mm。

优选的，管片主体两侧拱脚处预留部分作为局部加强带。

优选的，局部加强带的受力主筋与管片主体内的钢筋网通过焊接方式形成整体钢筋笼，其中：