盾构管片及盾构衬砌的制作方法

1.本技术涉及隧道建设技术领域，具体地，涉及一种盾构管片及盾构衬砌。


背景技术：

2.盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。一般地，盾构管片主要分为标准块、邻接块和封顶块等三类；至少一个标准块、至少一个邻接块和一封顶块拼接形成一个呈环状的盾构环，而多个盾构环形成盾构衬砌。
3.对于盾构衬砌的相邻两个盾构环的接触面，通常采用设置于盾构管片上的凹凸榫以提高抗剪能力。在相邻两个盾构环的接触面上，除了凹凸榫之外的其余区域，各部分同时均匀接触。在地下水位较高的情况下时，由于其横断面较大，所受到的浮力大，在上部覆土较浅的位置施工时，盾构管片的上浮趋势也较为明显，此时，在上浮力的作用下，盾构管片的应力集中现象更为突出，从而可能导致盾构管片的混凝土产生破损等病害，对盾构隧道的安全性、耐久性以及防水性能均有一定的危害。


技术实现要素：

4.本技术实施例中提供了一种盾构管片及盾构衬砌，以解决在一定程度上解决在浅埋、高地下水位条件下可能导致盾构管片的混凝土产生破损的问题。本技术的第二个目的是提供一种包括上述盾构管片的盾构衬砌。
5.为了达到上述目的，本技术提供如下技术方案：
6.本技术实施例提供一种盾构管片，所述盾构管片具有两个相对设置的环向面，所述环向面设置有多个传力面和多个第一非传力面，多个所述传力面与多个所述第一非传力面沿所述环向面的长度方向交替设置；在第一方向上，所述传力面高于所述第一非传力面，所述第一方向垂直于所述环向面。
7.可选地，所述盾构管片的两个环向面中，其中一个所述环向面上设置多个榫头，另一个所述环向面上设置有多个榫槽，所述榫头和所述榫槽均设置于所述传力面上。
8.可选地，相邻两个所述榫头之间具有所述第一非传力面；相邻两个所述榫槽之间具有所述第一非传力面。
9.可选地，所述环向面的长度方向的两端分别设置有第二非传力面，所述第一非传力面和所述第二非传力面等高；所述第二非传力面在沿所述环向面的长度方向上的宽度小于所述第一非传力面在沿所述环向面的长度方向上的宽度。
10.可选地，所述盾构管片的至少一个所述环向面上设置弹性组件；所述弹性组件包括第一弹性垫板、第二弹性垫板和第三弹性垫板；
11.所述榫头的顶端面或/和所述榫槽的槽底面设置有所述第一弹性垫板；
12.所述传力面设置有所述第二弹性垫板，所述第一非传力面和所述第二非传力面均
设置有所述第三弹性垫板。
13.可选地，所述第一弹性垫板的厚度和所述第二弹性垫板的厚度相等，所述第三弹性垫板的厚度大于所述第二弹性垫板的厚度。
14.可选地，当榫头的顶端面设置有第一弹性垫板时，第一弹性垫板的面积与榫头的顶端面的面积相等；当榫槽的槽底面设置有第一弹性垫板，第一弹性垫板的面积与榫槽的槽底面的面积相等；第二弹性垫板的面积与传力面的面积相等。
15.可选地，所述榫头的顶端面与所述榫头的底端面之间具有第一斜面，所述第一斜面在所述环向面上的投影的宽度为不小于10mm；
16.所述榫槽的槽顶面与所述榫槽的槽底面之间具有第二斜面，所述第二斜面在所述环向面上的投影的宽度为不小于10mm。
17.可选地，所述盾构管片包括混凝土主体和框架结构；所述框架结构内嵌于所述混凝土主体中。
18.可选地，所述框架结构包括主框体、边侧加强筋和护角加强筋，所述主框体的长度方向的四条边处分别固定有所述边侧加强筋；在所述边侧加强筋上，沿所述边侧加强筋的长度方向间隔设置有多个所述护角加强筋，所述护角加强筋包括相连接的两个子杆部，两个所述子杆部之间成角度设置，且两个所述子杆部所在的平面垂直所述环向面。
19.采用本技术实施例中提供的盾构管片，相较于现有技术，具有以下技术效果：
20.本技术实施例的盾构管片，在盾构管片的环向面上设置有多个传力面和多个第一非传力面，并将多个传力面与多个第一非传力面沿环向面的长度方向交替设置，且在在第一方向上，传力面高于第一非传力面，这样传力面和第一非传力面之间具有高度差，通过第一非传力面减少相邻两个盾构环的接触面之间的接触面积，这样利于降低应力过于集中的情况，从而有利于保证在浅埋、高地下水条件下盾构拼装施工时盾构管片的完整性，减少破损的情况。
21.为了达到上述第二个目的，本技术还提供了一种盾构衬砌，该盾构衬砌包括上述任一种盾构管片，由于上述的盾构管片具有上述技术效果，具有该盾构管片的盾构衬砌也应具有相应的技术效果。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
23.图1为本技术实施例中盾构环结构示意图；
24.图2为本技术实施例中盾构管片结构示意图；
25.图3为本技术实施例中相邻两个盾构环中的两个盾构管片相配合的结构示意图；
26.图4为本技术实施例中相邻两个盾构环中的两个盾构管片的榫槽与榫头相配合的结构示意图；
27.图5为本技术实施例中相邻两个盾构环中的两个盾构管片的榫槽与榫头相配合的另一视角的结构示意图；
28.图6为本技术实施例中相邻两个盾构环中的两个盾构管片相配合的结构示意图；
29.图7为本技术实施例中弹性组件设置于盾构管片结构示意图；
30.图8为本技术实施例中盾构管片的框架结构的示意图；
31.图9为图8中沿a-a线的剖视图。
32.附图中标记如下：
33.100、盾构环；101、盾构管片；102、环向面；103、传力面；104、第一非传力面；105、第二非传力面；106、榫头；107、榫槽；108、螺栓孔；109、第一斜面；110、顶端面；111、底端面；113、第二斜面；114、槽顶面；115、槽底面；116、第一弹性垫板；117、第二弹性垫板；118、第三弹性垫板；119、主框体；120、边侧加强筋；121、护角加强筋；122、子杆部；123、凹凸榫。
具体实施方式
34.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.参见图1和图2所示，本技术一个或多个实施例中，提供了一种盾构管片101，盾构管片101具有两个相对设置的环向面102，盾构管片101的环向面102为盾构衬砌中相邻两个盾构环100相对的面的组成部分，也就是说，盾构环100的环面包括多个环向面102；环向面102设置有多个传力面103和多个第一非传力面104，传力面103、第一非传力面104为环向面102的组成部分；多个传力面103与多个第一非传力面104沿环向面102的长度方向交替设置，这样相邻两个传力面103之间夹着一个第一非传力面104，至少有一个传力面103位于相邻两个第一非传力面104之间；在第一方向上，传力面103高于第一非传力面104，第一方向垂直于环向面102，传力面103主要用于实现相邻两个盾构环100之间的接触，相邻两个盾构环100之间第一非传力面104一般不用于传力。
36.至少一个实施例中的盾构管片101，在盾构管片101的环向面102上设置有多个传力面103和多个第一非传力面104，并将多个传力面103与多个第一非传力面104沿环向面102的长度方向交替设置，且在在第一方向上，传力面103高于第一非传力面104，这样传力面103和第一非传力面104之间具有高度差，通过第一非传力面104减少相邻两个盾构环100的接触面之间的接触面积，这样利于降低应力过于集中的情况，从而有利于保证在浅埋、高地下水条件下盾构拼装施工时盾构管片101的完整性，减少破损的情况；因此，相邻两个盾构环100中盾构管片101之间通过上述的接触结构，解决了传统的大直径盾构隧道盾构管片101在浅埋、高地下水位条件下拼装施工容易出现的由于盾构管片101上浮或者应力集中等所导致的混凝土破损问题，有利于施工质量和耐久性的提高。
37.在一些实施例中，第一非传力面104与传力面103之间的高度差2mm～3mm，例如第一非传力面104与传力面103之间的高度差为2mm，这样通过在相邻两个盾构环100的环向面102设立高差的方式，将接触面分成若干区域，即分成若干个传力面103；同时还设置非传力面，起到减少盾构管片101接触、尤其是边角等容易应力集中部位接触的作用，从而解决在浅埋、高地下水条件下盾构拼装施工容易出现的盾构管片101破损问题。
38.在一些实施例中，盾构管片101的两个环向面102中，其中一个环向面102上设置多个榫头106，另一个环向面102上设置有多个榫槽107，榫头106和榫槽107均设置于传力面103上，榫槽107为凸凹榫123中的凹进去的部分，而榫头106为凸凹榫123中的凸出的部分。
这样设置后结合第一非传力面104利于降低榫槽107和榫头106处的应力，从而在一定程度上保证盾构管片101的完整性。
39.在一些实施例中，榫槽107的槽底面115或榫头106的顶端面110设置有螺栓孔108，将螺栓孔108设置于榫槽107或榫头106后，相邻两个盾构环100之间的盾构管片101之间连接时，可以方便拼装，并同时可最大限度减少螺栓孔108对盾构管片101的环向连接的削弱。
40.在一些实施例中，相邻两个榫头106之间具有第一非传力面104；相邻两个榫槽107之间具有第一非传力面104。通过这样设置利于减少盾构管片101破损的情况。在一个实施例中，相邻两个第一非传力面104之间的间距相等，相邻两个传力面103之间的间距相等，这样使得传力面103和非传力面在环向面102上均匀布设，以降低应力过于集中的情况。榫头106的横截面呈腰圆形，榫槽107的横截面呈腰圆形，这样利于保证榫头106的完整性，榫头106的横截面和榫槽107的横截面均与第一方向垂直。
41.在一些实施例中，环向面102的长度方向的两端分别设置有第二非传力面105，第一非传力面104和第二非传力面105等高；第二非传力面105在沿环向面102的长度方向上的宽度小于第一非传力面104在沿环向面102的长度方向上的宽度。第二非传力面105为环向面102的组成部分。通过第二非传力面105在一定程度上保证盾构管片101的完整性。在一个实施例中，第二非传力面105的宽度为第一非传力面104的宽度b的一半，第一非传力面104的宽度为200mm～300mm。
42.参见图6所示，在一些实施例中，榫头106的顶端面110与榫头106的底端面111之间具有第一斜面109，第一斜面109在环向面102上的投影的宽度d5为不小于10mm，榫槽107的槽顶面114与榫槽107的槽底面115之间具有第二斜面113，第二斜面113在环向面102上的投影的宽度d6为不小于10mm。参见图4所示，在一个实施例中，榫槽107的槽顶面的面积大于榫头106的底端面的面积，这样榫槽107的槽顶与榫头106的底端的之间的缝宽d1不小于10mm。第一斜面109和第二斜面113在环向面102上的投影为环状结构，因此投影的宽度即环状结构的内环与外环之间的差值，也就是环宽。这增加榫槽107与榫头106之间的相接面的宽度差，有利于防止盾构管片101脱模过程中榫槽107与榫头106的损坏，提高工程质量。需要说明的是，图4中左侧的盾构管片101迎向千斤顶，右侧的盾构管片101背向千斤顶。
43.结合图1和图7所示，在一些实施例中，盾构管片101的至少一个环向面102上设置弹性组件；弹性组件包括第一弹性垫板116、第二弹性垫板117和第三弹性垫板118；榫头106的顶端面110或/和榫槽107的槽底面115设置有第一弹性垫板116；传力面103设置有第二弹性垫板117，第一非传力面104和第二非传力面105均设置有第三弹性垫板118。在一个实施例中，当榫头106的顶端面110设置有第一弹性垫板116时，第一弹性垫板116的面积与榫头106的顶端面110的面积相等；当榫槽107的槽底面115设置有第一弹性垫板116，第一弹性垫板116的面积与榫槽107的槽底面115的面积相等；第二弹性垫板117的面积与传力面103的面积相等；第一非传力面104处的第三弹性垫板118的面积，与第一非传力面104的面积相等；第二非传力面105处的第三弹性垫板118的面积，与第二非传力面105的面积相等，通过弹性组件有利于保证防水性能；在盾构管片101的一个环向面102上设置弹性组件，在另一个环向面102不设置弹性组件，这样，相邻两个盾构环100之间只设置一个弹性组件，从而进一步保证防水性能，并且利于提高施式速度。
44.在一些实施例中，第一弹性垫板116的厚度和第二弹性垫板117的厚度相等，第三
弹性垫板118的厚度大于第二弹性垫板117的厚度。参见图3所示，在一个实施例中，以第一非传力面104与传力面103之间的高度差为2mm为例，在相邻两个盾构环100之间，其中一个盾构管片101的榫槽107的槽底面115与另一个盾构管片101的榫头106的顶端面110之间的接缝宽度d3为2mm；对于传力面区域，其接缝宽度d2为2mm，即其中一个盾构管片101的传力面103与另一个盾构管片101之间的传力面103之间的接缝宽度为2mm；对于非传力面区域，由于相邻两盾构环100的第一非传力面104和第二传力面103均相对于传力面103下凹2mm，因此接缝宽度为6mm；由于设置传力面103和非传力面区域后，相邻两盾构环100的盾构管片101之间的非传力面区域(第一非传力面104和第二非传力面105组成了非传力面区域)接缝缝宽度d4增加至6mm，参见图5所示，因此通过设置弹性组件，以保证防水质量；第一弹性垫板116和第二弹性垫板117的厚度均为3mm，施工后压缩至2mm；第三弹性垫垫板的厚度为7mm，施工后压缩至6mm。需要说明的是，图3中左侧的盾构管片101迎向千斤顶，右侧的盾构管片101背向千斤顶。
45.在一些实施例中，第一弹性垫板116、第二弹性垫板117和第三弹性垫板118均为橡胶垫板，例如橡胶垫板为丁腈软木橡胶垫板。施工时，将橡胶垫板贴在背向千斤顶的盾构管片101的环向面102上，各个橡胶垫板之间预留20mm的间隙，以保证压缩后，相邻两个橡胶垫板之间具有膨胀冗余。橡胶垫板与盾构管片101之间可以采用单组份阻燃型氯丁-酚醛胶粘剂粘接；另外，在粘贴前，需要清除接触面的灰尘，保证盾构管片101四周与橡胶垫板紧密贴合。吊装过程中加强管理，防止剥离、脱落或损伤。需要说明的是，第一弹性垫板116、第二弹性垫板117和第三弹性垫板118还可以采用其它的弹性材质。
46.结合图1、图8和图9所示，在一些实施例中，盾构管片101包括混凝土主体和框架结构；框架结构内嵌于混凝土主体中；在一个实施例中，盾构管片101采用预制的方式制成，因此可以采用混凝土浇注的形式，将框架结构内嵌于混凝土主体中。
47.参见图9所示，在一些实施例中，框架结构包括主框体119、边侧加强筋120和护角加强筋121，主框体119的长度方向的四条边处分别固定有边侧加强筋120；在边侧加强筋120上，沿边侧加强筋120的长度方向间隔设置有多个护角加强筋121，护角加强筋121包括相连接的两个子杆部122，两个子杆部122之间成角度设置，且两个子杆部122所在的平面垂直环向面102；在一个实施例中，四条边处的四个边侧加强筋120平行设置，边侧加强筋120和护角加强筋121可以采用直径8mm或者10mm的钢筋，护角加强筋121与边侧加强筋120固定连接。这样可以保护相邻两个盾构环100的盾构管片101之间的接触面的角部保护，以及加强相邻两个盾构环100中的盾构管片101的环向面102的端部保护，提高工程质量和耐久性。需要说明的是，本技术实施例中，对于主框体119其为现有技术，本技术实施例并未对其进行改进，因此不再详细阐述。
48.综上所述，本技术至少一个实施例中的盾构管片101至少包括以下优点：第一、通过在相邻两个盾构环100的盾构管片101的环向面102设置传力面103、第一非传力面104、第二非传力面105、优化凹凸榫相接的宽度差、在角部设置钢筋等措施，在保证盾构管片101环向传力满足要求的同时，减少了盾构管片101，尤其是边角部分的接触，防止了拼装施工过程的盾构管片101破损，有效地提高了盾构管片101的拼装质量，施工便利性；第二，通过对相邻两个盾构环100的盾构管片101的环向面102设置弹性组件，以实现防水处理，保证了后续运营过程中盾构隧道的防水性能。
49.在一个或多个实施例中，本技术还提供了一种盾构衬砌，其包括：多个任一实施例提供的盾构管片101。多个盾构管片101拼接形成一个呈环状的盾构环100，多个盾构环100相拼接形成盾构衬砌。由于该盾构衬砌采用了上述实施例中的盾构管片101，所以该盾构衬砌的有益效果请参考上述实施例。
50.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
51.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种盾构管片，其特征在于，所述盾构管片具有两个相对设置的环向面，所述环向面设置有多个传力面和多个第一非传力面，多个所述传力面与多个所述第一非传力面沿所述环向面的长度方向交替设置；在第一方向上，所述传力面高于所述第一非传力面，所述第一方向垂直于所述环向面。2.根据权利要求1所述的盾构管片，其特征在于，所述盾构管片的两个环向面中，其中一个所述环向面上设置多个榫头，另一个所述环向面上设置有多个榫槽，所述榫头和所述榫槽均设置于所述传力面上。3.根据权利要求2所述的盾构管片，其特征在于，相邻两个所述榫头之间具有所述第一非传力面；相邻两个所述榫槽之间具有所述第一非传力面。4.根据权利要求3所述的盾构管片，其特征在于，所述环向面的长度方向的两端分别设置有第二非传力面，所述第一非传力面和所述第二非传力面等高；所述第二非传力面在沿所述环向面的长度方向上的宽度小于所述第一非传力面在沿所述环向面的长度方向上的宽度。5.根据权利要求4所述的盾构管片，其特征在于，所述盾构管片的至少一个所述环向面上设置弹性组件；所述弹性组件包括第一弹性垫板、第二弹性垫板和第三弹性垫板；所述榫头的顶端面或/和所述榫槽的槽底面设置有所述第一弹性垫板；所述传力面设置有所述第二弹性垫板，所述第一非传力面和所述第二非传力面均设置有所述第三弹性垫板。6.根据权利要求5所述的盾构管片，其特征在于，所述第一弹性垫板的厚度和所述第二弹性垫板的厚度相等，所述第三弹性垫板的厚度大于所述第二弹性垫板的厚度。7.根据权利要求5所述的盾构管片，其特征在于，所述榫头的顶端面设置有所述第一弹性垫板时，所述第一弹性垫板的面积与所述榫头的顶端面的面积相等；和/或，所述榫槽的槽底面设置有所述第一弹性垫板，所述第一弹性垫板的面积与所述榫槽的槽底面的面积相等；所述第二弹性垫板的面积与所述传力面的面积相等。8.根据权利要求2或3所述的盾构管片，其特征在于，所述榫头的顶端面与所述榫头的底端面之间具有第一斜面，所述第一斜面在所述环向面上的投影的宽度为不小于10mm；所述榫槽的槽顶面与所述榫槽的槽底面之间具有第二斜面，所述第二斜面在所述环向面上的投影的宽度为不小于10mm。9.根据权利要求1-3中任一项所述的盾构管片，其特征在于，所述盾构管片包括混凝土主体和框架结构；所述框架结构内嵌于所述混凝土主体中。10.根据权利要求9所述的盾构管片，其特征在于，所述框架结构包括主框体、边侧加强筋和护角加强筋，所述主框体的长度方向的四条边处分别固定有所述边侧加强筋；在所述边侧加强筋上，沿所述边侧加强筋的长度方向间隔设置有多个所述护角加强筋，所述护角加强筋包括相连接的两个子杆部，两个所述子杆部之间成角度设置，且两个所述子杆部所在的平面垂直所述环向面。11.一种盾构衬砌，其特征在于，包括：多个如权利要求1-10中任一项所述的盾构管片。

技术总结
本申请涉及隧道建设技术领域，具体地，涉及一种盾构管片及盾构衬砌。该盾构管片具有两个相对设置的环向面，环向面设置有多个传力面和多个第一非传力面，多个传力面与多个第一非传力面沿环向面的长度方向交替设置；在第一方向上，传力面高于第一非传力面，第一方向垂直于环向面。该盾构衬砌包括：多个任一所述的盾构管片。本申请有利于保证在浅埋、高地下水条件下盾构拼装施工时盾构管片的完整性，减少破损的情况。损的情况。损的情况。


技术研发人员：卢裕杰 赵法亮 王伟 罗章波 刘彦文 秦丁伊 魏士杰 贾萱 董云生 李日华
受保护的技术使用者：中铁第五勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/9/20