本發(fā)明涉及盾構(gòu)隧道，尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道及其襯砌構(gòu)件預(yù)制方法。

背景技術(shù)：

1、預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道通常由一系列預(yù)制的預(yù)應(yīng)力管片組成，這些管片在工廠中預(yù)制后，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，并在盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)過程中被拼裝成隧道的襯砌。

2、預(yù)應(yīng)力管片內(nèi)一般設(shè)置有孔道?？椎酪话闶褂娩摴?、pvc管或者波紋管在澆筑過程中形成，具體地，在開始澆筑之前，使用固定夾具或支架將波紋管固定在模板上，確保其位置準(zhǔn)確且穩(wěn)定。波紋管應(yīng)沿著預(yù)定的路徑放置，以便于后續(xù)的預(yù)應(yīng)力鋼束布置。當(dāng)開始澆筑混凝土?xí)r，使用泵車或其他輸送設(shè)備將混凝土均勻地注入模板中，確?；炷粮采w波紋管并填滿模板的每個(gè)角落。在澆筑過程中，使用振動(dòng)器進(jìn)行振搗，以確?；炷脸浞置軐?shí)，排除氣泡，減少空隙。在混凝土達(dá)到足夠的強(qiáng)度后，可以進(jìn)行脫模。小心地移除模板，檢查管片和波紋管的完整性。檢查波紋管是否在管片中保持正確的位置，沒有移位或損壞。但是，上述澆筑的缺陷包括：孔道的端部直徑保持恒定，與孔道主體部分的直徑相同。這種設(shè)計(jì)使得在預(yù)制預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道的預(yù)應(yīng)力管片時(shí)，脫模過程變得困難。由于孔道端部沒有擴(kuò)張，模具與預(yù)應(yīng)力管片之間的摩擦力較大，導(dǎo)致脫模時(shí)可能需要較大的力量，這不僅增加了脫模的難度，還可能對(duì)預(yù)應(yīng)力管片造成損傷。當(dāng)預(yù)應(yīng)力管片的孔道部分被損壞時(shí)，該預(yù)應(yīng)力管片只能被廢棄。由于脫模時(shí)可能對(duì)管片造成損傷，這可能導(dǎo)致額外的修復(fù)工作，增加材料和人工成本。頻繁使用較大力量脫模可能會(huì)加速模具的磨損，需要更頻繁的維護(hù)或更換模具，從而增加成本。

3、此外，由于孔道端部直徑未擴(kuò)張，在從一個(gè)管片過渡到下一個(gè)管片時(shí)，由于管片端部的孔位偏差，預(yù)應(yīng)力鋼束可能會(huì)遇到阻力。阻力的存在可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束在孔道中的分布不均勻，這會(huì)影響預(yù)應(yīng)力的均勻施加，可能導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，影響結(jié)構(gòu)的長期性能和安全性，同時(shí)也造成了隧道內(nèi)穿束施工操作上的困難。為了確保預(yù)應(yīng)力鋼束的正確布置，可能需要更多的時(shí)間來檢查和調(diào)整管片位置，甚至需要重新拼裝管片，這會(huì)大幅度增加施工難度，延長施工周期。在施加預(yù)應(yīng)力的過程中，如果預(yù)應(yīng)力鋼束遇到過大的阻力，可能會(huì)導(dǎo)致鋼束斷裂或其他意外情況，增加施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，孔道端部直徑保持恒定的設(shè)計(jì)不僅增加了制作成本，并且增加了施工難度，還可能影響預(yù)應(yīng)力的施加效果和結(jié)構(gòu)的整體性能。

4、例如，專利文獻(xiàn)cn114991812a公開了一種盾構(gòu)隧道環(huán)向預(yù)應(yīng)力管，盾構(gòu)隧道環(huán)向預(yù)應(yīng)力管包括設(shè)置在固定端管片和連接處管片的環(huán)向鋼筋籠內(nèi)的空心波紋管，在波紋管內(nèi)穿設(shè)環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絞線，環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絞線從管片內(nèi)壁內(nèi)層孔道穿入后伸出，預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端分別與預(yù)應(yīng)力筋錨固裝置相連接。預(yù)應(yīng)力筋錨固裝置包括梯形殼體，梯形殼體的兩個(gè)側(cè)壁上分別開設(shè)有凹槽，其中一個(gè)側(cè)壁上的凹槽連接固定錨固端錨具，另一個(gè)側(cè)壁上的凹槽連接張拉端錨具。該發(fā)明中，預(yù)應(yīng)力管片的端部的孔道直徑就是恒定的，在對(duì)預(yù)應(yīng)力管環(huán)施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，預(yù)應(yīng)力管片的孔道的端部容易由于預(yù)應(yīng)力鋼束的作用而損壞。

5、因此，如何改進(jìn)預(yù)應(yīng)力管片的襯砌構(gòu)件預(yù)制方法及其預(yù)制模具，使得預(yù)應(yīng)力管片中的孔道的端部不容易損壞且減小對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束的阻力，同時(shí)提高隧道內(nèi)拼裝、穿束施工的易操作性，是當(dāng)前預(yù)應(yīng)力管片的預(yù)制問題。

6、此外，一方面由于對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解存在差異；另一方面由于申請(qǐng)人做出本發(fā)明時(shí)研究了大量文獻(xiàn)和專利，但篇幅所限并未詳細(xì)羅列所有的細(xì)節(jié)與內(nèi)容，然而這絕非本發(fā)明不具備這些現(xiàn)有技術(shù)的特征，相反本發(fā)明已經(jīng)具備現(xiàn)有技術(shù)的所有特征，而且申請(qǐng)人保留在背景技術(shù)中增加相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)之權(quán)利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、孔道的端部直徑保持恒定，與孔道主體部分的直徑相同。這種設(shè)計(jì)使得在預(yù)制預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道的預(yù)應(yīng)力管片時(shí)，脫模過程變得困難。由于孔道端部沒有擴(kuò)張，預(yù)應(yīng)力管片模具與預(yù)應(yīng)力管片之間的摩擦力較大，導(dǎo)致脫模時(shí)可能需要較大的力量，這不僅增加了脫模的難度，還可能對(duì)預(yù)應(yīng)力管片造成損傷。當(dāng)預(yù)應(yīng)力管片的孔道部分被損壞時(shí)，該預(yù)應(yīng)力管片只能被廢棄。

2、因此，如何將孔道改進(jìn)不是簡單的工作。若直接將管體例如波紋管設(shè)置為端部呈擴(kuò)張狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，那么基于管體例如波紋管薄且軟的特性，波紋管的擴(kuò)張段容易被混凝土擠壓和變形，完全無法形成完整的擴(kuò)張段。同時(shí)，波紋管的擴(kuò)張狀態(tài)的結(jié)構(gòu)也使得波紋管的兩端難以被固定。若直接將波紋管的兩端使用中空的喇叭形的部件塞住，那么中空的喇叭形塞體難以抗住混凝土對(duì)其施加的力，也會(huì)出現(xiàn)移位或者變形的情況。退一步地，即使將喇叭形塞體固定，由于喇叭形塞體的表面與管片端部持平，管片的端部與喇叭形塞體容易被混凝土連接和固定，脫模存在明顯困難。

3、故，如何將孔道結(jié)構(gòu)改進(jìn)且同時(shí)降低脫模難度，是亟需解決的技術(shù)問題。

4、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明從第一方面提供一種預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道，由多個(gè)預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片拼裝形成，預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片內(nèi)設(shè)置有孔道，孔道包括管體和位于預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部的至少兩個(gè)孔道擴(kuò)張段，管體與孔道擴(kuò)張段貫通，其中，在預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的預(yù)制過程中，孔道擴(kuò)張段是由用于固定管體的孔道固定模具在灌注混凝土過程中形成的混凝土管道。

5、本發(fā)明將孔道的端部設(shè)計(jì)為喇叭形的擴(kuò)張段，可以顯著改善脫模過程。喇叭形的擴(kuò)張段的開口大，使得孔道固定模具更容易從管片中脫離。同時(shí)，喇叭形的擴(kuò)張段也為預(yù)應(yīng)力鋼束提供了一個(gè)更寬敞的出入口，使得預(yù)應(yīng)力鋼束能夠更容易地從一個(gè)管片過渡到下一個(gè)管片的孔道中。這種設(shè)計(jì)有助于確保預(yù)應(yīng)力鋼束的平滑布置，從而實(shí)現(xiàn)更均勻的預(yù)應(yīng)力分布，提高了整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。

6、根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在沿管體的端部至預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部的方向上，孔道擴(kuò)張段的直徑逐漸增大，以減小貫穿孔道的預(yù)應(yīng)力鋼束在對(duì)拼裝的預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片施加預(yù)應(yīng)力時(shí)的阻力，同時(shí)降低預(yù)應(yīng)力鋼束在預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片拼裝成在環(huán)后的孔道中的穿渡施工的難度。

7、尤其需要注意的是，在施加預(yù)應(yīng)力的過程中，相鄰兩個(gè)管片的端部存在輕微的位置偏差，這使得預(yù)應(yīng)力鋼束與突出的管片的邊沿的摩擦增大，從而移動(dòng)阻力增大，將孔道的端部改為擴(kuò)張段，兩個(gè)孔道的端部即使彼此存在位置偏差，各個(gè)預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部的邊沿也不會(huì)與預(yù)應(yīng)力鋼束接觸并增加阻力。

8、根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，孔道擴(kuò)張段的外部孔口設(shè)置在預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部，孔道擴(kuò)張段的外部孔口的周圍設(shè)置有脫模平臺(tái)，脫模平臺(tái)的邊相對(duì)孔道擴(kuò)張段的截面傾斜并形成脫模角。

9、若不設(shè)置脫模角，那么預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部與擴(kuò)張段的擴(kuò)張段模具平齊，預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部與模具的連接處的移動(dòng)空間受限，可能需要較大的力量才能將預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片從模具中取出，這不僅增加了脫模的難度，還可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片或模具的損傷。

10、設(shè)置脫模角后，由于脫模角呈擴(kuò)張狀態(tài)，定型后的預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部能夠有較大的移動(dòng)空間來進(jìn)行脫模。脫模角的斜面為定型后的預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部提供了較大的移動(dòng)空間，使得預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片在脫模時(shí)能夠通過輕微的移動(dòng)方式輕松地從模具中滑出。這種設(shè)計(jì)不僅減少了脫模所需的力，降低了勞動(dòng)力和設(shè)備成本，還減少了預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片和模具在脫模過程中受損的風(fēng)險(xiǎn)，提高了脫模過程的安全性和效率。此外，脫模角的設(shè)置還有助于保持預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的形狀和尺寸精度，確保了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

11、根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，脫模平臺(tái)的脫模角的角度α的取值范圍為10～75度。脫模角設(shè)置在該范圍，有利于預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片以較小的移動(dòng)幅度來實(shí)現(xiàn)脫模。

12、根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片包括錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片、非錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片、鄰接管片和封頂管片，錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片設(shè)置有錨固組件，非錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片設(shè)置在兩個(gè)錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片之間，錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片與鄰接管片連接，鄰接管片與封頂管片連接；其中，在相鄰的預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部接觸部分，兩個(gè)孔道擴(kuò)張段呈孔口相對(duì)的狀態(tài)。

13、cn114991812a公開了一種盾構(gòu)隧道環(huán)向預(yù)應(yīng)力管，盾構(gòu)隧道環(huán)向預(yù)應(yīng)力管包括設(shè)置在固定端管片和連接處管片的環(huán)向鋼筋籠內(nèi)的空心波紋管，在波紋管內(nèi)穿設(shè)環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絞線，環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絞線從管片內(nèi)壁內(nèi)層孔道穿入后伸出，預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端分別與預(yù)應(yīng)力筋錨固裝置相連接。預(yù)應(yīng)力筋錨固裝置包括梯形殼體，梯形殼體的兩個(gè)側(cè)壁上分別開設(shè)有凹槽，其中一個(gè)側(cè)壁上的凹槽連接固定錨固端錨具，另一個(gè)側(cè)壁上的凹槽連接張拉端錨具。該盾構(gòu)隧道環(huán)向預(yù)應(yīng)力管的結(jié)構(gòu)的缺陷包括：(1)預(yù)應(yīng)力筋錨固需要設(shè)置額外的梯形殼體。(2)梯形殼體突出管片內(nèi)徑側(cè)高度較高，影響了盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)的作業(yè)界限，因此在實(shí)際施工應(yīng)用中會(huì)受到局限。(3)梯形殼體設(shè)置在盾構(gòu)隧道下部，而在實(shí)際施工中，管片拼裝后，隧道下部需要鋪設(shè)軌道，且需要設(shè)置輸送管片以及出土的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸，因此會(huì)與梯形殼體發(fā)生沖突，不便于實(shí)際施工。除隧道下方作業(yè)空間有限因素外，隧道下部經(jīng)常存在積水、廢渣、廢棄物等，影響預(yù)應(yīng)力鋼束穿索和張拉的操作。

14、本發(fā)明將兩個(gè)設(shè)置有錨固組件的錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片對(duì)稱設(shè)置，得兩個(gè)錨固組件內(nèi)的孔道的應(yīng)力分布相對(duì)均勻。通過將非錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片、錨固端標(biāo)準(zhǔn)管片、鄰接管片和封頂管片連接形成預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道，有效提升了隧道的整體穩(wěn)定性和抗變形能力。錨固組件的對(duì)稱布置確保了孔道應(yīng)力的均勻分布，從而減少了局部應(yīng)力集中，增強(qiáng)了隧道的持久性和安全性。

15、本發(fā)明從第二方面提供一種預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道的襯砌構(gòu)件預(yù)制方法，方法包括：將管體以預(yù)定的姿態(tài)設(shè)置在鋼筋骨架的預(yù)定位置；在將鋼筋骨架放入管片模具后，使用孔道固定模具將管體的兩端分別固定，同時(shí)固定鋼筋骨架；灌注混凝土并預(yù)制形成預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片；其中，在預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片灌注混凝土并定型后，孔道包括管體和位于預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部的至少兩個(gè)孔道擴(kuò)張段，管體與孔道擴(kuò)張段貫通。

16、本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)隧道的襯砌構(gòu)件預(yù)制方法，能夠在避免管體由于灌注混凝土錯(cuò)位的同時(shí)形成擴(kuò)張形孔道，減少了預(yù)應(yīng)力鋼束在孔道連接處的通過阻力和與孔道邊沿的摩擦力，使得預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的脫模難度下降，同時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束施加的力更均勻。

17、根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，方法還包括：孔道固定模具包括固定端模具和擴(kuò)張段模具，固定端模具與管體連接，擴(kuò)張段模具的直徑較小一端與固定端模具連接，在固定管體的端部的同時(shí)限制混凝土形成孔道擴(kuò)張段，擴(kuò)張段模具的直徑較大一端由連接端以貫穿管片模具的端部的方式螺栓連接。從而以將擴(kuò)張段模具固定。

18、根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，方法還包括：將孔道平臺(tái)模具設(shè)置在擴(kuò)張段模具與管片模具之間，使得擴(kuò)張段模具壓緊孔道平臺(tái)模具，當(dāng)混凝土定型時(shí)，孔道擴(kuò)張段的外部孔口的周圍由孔道平臺(tái)模具形成脫模平臺(tái)，脫模平臺(tái)的側(cè)邊相對(duì)孔道擴(kuò)張段的截面傾斜并形成脫模角。

19、通過脫模平臺(tái)的安裝，使得預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的擴(kuò)張段模具不容易會(huì)混凝土固定，同時(shí)脫模角的設(shè)置也使得預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部的移動(dòng)空間增大，脫模難度降低。

20、根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，孔道平臺(tái)模具由連接端固定在管片模具上，孔道平臺(tái)模具為四周表面呈傾斜輪廓的片體，孔道平臺(tái)模具的傾斜面朝向擴(kuò)張段模具，其中，脫模角模具的傾斜面與其中軸線的夾角為脫模角。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，脫模角模具的脫模角的角度α的取值范圍為10～75度。脫模角模具的設(shè)置，不僅使得擴(kuò)張段模具的端部以預(yù)應(yīng)力盾構(gòu)管片的端部有序分離，同時(shí)還將擴(kuò)張段模具進(jìn)行定位，避免擴(kuò)張段模具移位。