一種盾構(gòu)隧道管片雙向預(yù)應(yīng)力加固裝置及施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)管片施工時(shí)，涉及到軌道交通及隧道類技術(shù)，屬于工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種盾構(gòu)隧道管片雙向預(yù)應(yīng)力加固裝置及施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)施工憑借其掘進(jìn)速度快、受環(huán)境影響較小、自動(dòng)化高以及對(duì)地面擾動(dòng)小的特點(diǎn)被越來越多的應(yīng)用到城市地鐵及過山或過江隧道建設(shè)中，但是盾構(gòu)隧道管片寬度會(huì)有尺寸限制，導(dǎo)致隧道一定進(jìn)深深度范圍內(nèi)有數(shù)量較多的管片拼裝組成，使得盾構(gòu)隧道在后期運(yùn)營(yíng)期間，因車輛運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)荷載，以及不良地層引發(fā)的不均勻荷載，導(dǎo)致隧道管片之間沿縱向方向出現(xiàn)不均勻沉降甚至斷裂，以及環(huán)向之間的管片出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，誘發(fā)隧道滲水漏泥或地鐵軌道扭曲變形，破壞盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)安全。
[0003]目前為止，對(duì)于盾構(gòu)隧道管片出現(xiàn)的破壞一般只是采取單獨(dú)縱向加固或者單獨(dú)環(huán)向加固，再或者是對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)單處理或個(gè)別加固。例如，中國(guó)專利201410048582.0公開了一種盾構(gòu)隧道縱向預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌管片的制備方法，通過在每組循環(huán)區(qū)間襯砌環(huán)的連接塊、標(biāo)準(zhǔn)塊以及拱底塊上的預(yù)定位置分別埋置制孔器以制成孔道，在孔道中穿入預(yù)應(yīng)力鋼絞線，并保證拱底塊的兩種錨固環(huán)在兩個(gè)區(qū)間內(nèi)交錯(cuò)進(jìn)行，這種方法容易在B類錨固環(huán)處產(chǎn)生張拉縫隙，使B類錨固環(huán)成為薄弱環(huán)節(jié)，并且此專利的效果不能在整個(gè)盾構(gòu)環(huán)上形成均勻的預(yù)應(yīng)力。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?01110125181.7的中國(guó)專利公開了盾構(gòu)隧洞預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌輸水隧洞，它包括盾構(gòu)施工形成的拼裝式管片環(huán)為普通鋼筋混凝土外襯，同環(huán)各塊管片通過連接鎖具相連，在拼裝式管片環(huán)手孔上安裝插筋，在外襯上直接澆筑混凝土形成內(nèi)襯和混凝土填入外襯手孔形成的剪力鍵，內(nèi)襯與外襯通過插筋和混凝土剪力鍵結(jié)合為復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。該方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，材料消耗大，且現(xiàn)澆內(nèi)襯混凝土由內(nèi)部鋼筋、波紋管較多造成混凝土不密實(shí)，整體效果較差。
[0005]又如說，申請(qǐng)?zhí)枮?01210023547.4公開了一種預(yù)應(yīng)力管片，管片上設(shè)有多個(gè)沿軸線分布的鋼絞線孔道，多個(gè)管片組成的圓周上，相應(yīng)的鋼絞線孔道之間互相聯(lián)通，每條鋼絞線孔道上設(shè)有一錨具槽。還提供了一種采用上述的預(yù)應(yīng)力管片進(jìn)行盾構(gòu)隧道預(yù)應(yīng)力襯砌施工方法，包括以下步驟:一、盾構(gòu)掘進(jìn)管片拼裝的步驟；二、通過管片上的錨具槽沿鋼絞線孔道張拉鋼絞線的步驟；三、混凝土回填的步驟；通過上述步驟實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道預(yù)應(yīng)力襯砌施工。此方法在管片之間穿鋼絞線比較困難，并且預(yù)留槽孔會(huì)削弱管片的強(qiáng)度。
[0006]以上專利都是對(duì)管片單獨(dú)進(jìn)行環(huán)向或者縱向加固，并沒有同時(shí)對(duì)管片進(jìn)行縱向或者環(huán)向同時(shí)加固，且縱向采用鋼絞線固定，是一段一段的，沒有實(shí)現(xiàn)整體的支撐；如果同時(shí)對(duì)管片進(jìn)行縱向和環(huán)向加固，那么能有效提高拼接管片的強(qiáng)度。專利201410311274.2公開了一種盾構(gòu)隧道內(nèi)部設(shè)置支撐的加固方法，該申請(qǐng)中通過設(shè)置鋼環(huán)，并通過工字鋼支撐這個(gè)鋼環(huán)來實(shí)現(xiàn)環(huán)向和縱向的剛度和強(qiáng)度，但由于工字鋼支撐是設(shè)置在管片內(nèi)部的，造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)為了提高支撐強(qiáng)度，其需要這樣的支撐裝置數(shù)量較多。
[0007]因此，需要一種能提高盾構(gòu)隧道管片強(qiáng)度的、能對(duì)管片環(huán)向和縱向同時(shí)加固的加固裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是為了提供一種能同時(shí)對(duì)管片進(jìn)行縱向和環(huán)向加固的，能提高管片抗不均勻沉降或者不均勻載荷的盾構(gòu)隧道管片雙向預(yù)應(yīng)力加固裝置及施工方法。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種盾構(gòu)隧道管片雙向預(yù)應(yīng)力加固裝置，盾構(gòu)隧道管片包括若干組環(huán)向設(shè)置的中間含有至少一環(huán)特殊管片的組合管片，在相鄰組合管片之間設(shè)有與組合管片同軸的若干組普通管片，在每環(huán)特殊管片內(nèi)鑲嵌有一個(gè)應(yīng)力環(huán)，應(yīng)力環(huán)包括至少兩段應(yīng)力半環(huán)，相鄰組合管片上位置相同的兩個(gè)應(yīng)力環(huán)之間通過緊固結(jié)構(gòu)連接，起到環(huán)向加固的作用；緊固結(jié)構(gòu)連接應(yīng)力環(huán)實(shí)現(xiàn)相鄰組合管片連接為一個(gè)整體，將兩組組合管片之間的普通管片軸向擠緊，起到了軸向預(yù)應(yīng)力加固的效果，將管片的軸向預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為環(huán)向的支撐力，提高了盾構(gòu)隧道管片的整體強(qiáng)度。
[0011]進(jìn)一步地，每組所述組合管片中相鄰兩個(gè)所述應(yīng)力環(huán)中所述應(yīng)力半環(huán)的拼接處錯(cuò)開布置，應(yīng)力半環(huán)包括外半圈、中半圈和內(nèi)半圈，中半圈和外半圈之間含有呈三角狀的多個(gè)支撐鋼板，中半圈和內(nèi)半圈之間含有多個(gè)呈三角狀的多個(gè)支撐鋼板。
[0012]進(jìn)一步地，構(gòu)成所述應(yīng)力環(huán)的兩段所述應(yīng)力半環(huán)之間間隔設(shè)定距離，拼接處的中部形成一個(gè)開口，每段應(yīng)力半環(huán)的兩端均有一個(gè)半圓形槽，相鄰兩段應(yīng)力半環(huán)上的半圓形槽構(gòu)成一個(gè)圓孔，應(yīng)力半環(huán)間距離的設(shè)置方便了將圓臺(tái)卡在應(yīng)力環(huán)中。
[0013]進(jìn)一步地，所述緊固結(jié)構(gòu)包括錐形的圓臺(tái)和鋼絞線，兩個(gè)圓臺(tái)通過鋼絞線連接相鄰兩組組合管片上開口在同一高度的兩個(gè)應(yīng)力環(huán)。
[0014]進(jìn)一步地，所述圓臺(tái)窄的一端朝向所述的圓孔，在圓臺(tái)寬的一端設(shè)有與鋼絞線連接的鎖具，通過錐形的圓臺(tái)來固定鋼絞線的兩端，當(dāng)拉緊鋼絞線時(shí)，窄的一端插入到圓孔內(nèi)，而因?yàn)閳A臺(tái)另一端直徑較大，成功將縱向的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)移到應(yīng)力環(huán)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋼絞線越拉越緊。
[0015]進(jìn)一步地，所述特殊管片朝向特殊管片的軸線方向設(shè)有凹槽，所述應(yīng)力環(huán)鑲嵌在凹槽內(nèi)，通過將應(yīng)力環(huán)卡在凹槽內(nèi)，便于固定應(yīng)力環(huán)。
[0016]進(jìn)一步地，所述組合管片的兩端設(shè)置有普通管片，所述普通管片包括封頂塊、至少一塊連接塊和拱底塊，拱底塊設(shè)置在底部，連接塊連接封頂塊和拱底塊。
[0017]進(jìn)一步地，所述特殊管片包括封頂塊、至少一塊連接塊和拱底塊，拱底塊設(shè)置在底部，連接塊連接封頂塊和拱底塊，封頂塊在上部。
[0018]進(jìn)一步地，在所述普通管片上開有用于所述鋼絞線穿過的通孔，在普通管片上設(shè)有與通孔相交的注漿孔，注漿孔根據(jù)具體情況設(shè)置在普通管片的連接塊上或是封頂塊上，在組裝完畢后，通過注漿孔向通孔內(nèi)注漿以穩(wěn)定鋼絞線和管片。
[0019]預(yù)應(yīng)力加固裝置的施工方法，具體步驟如下:
[0020]1)在盾構(gòu)隧道的起始端設(shè)置至少一環(huán)特殊管片；
[0021]2)在每一環(huán)特殊管片的凹槽里安裝應(yīng)力半環(huán)；
[0022]3)沿著盾構(gòu)隧道的方向，在特殊管片的一側(cè)設(shè)置若干組普通管片；
[0023]4)在普通管片的另一側(cè)設(shè)置至少一環(huán)特殊管片；
[0024]5)重復(fù)步驟3)?步驟4)；
[0025]6)將鋼絞線通過鎖具與圓臺(tái)鎖定，將圓臺(tái)窄的一端放入應(yīng)力環(huán)的圓孔中；
[0026]7)將鋼絞線依次穿過應(yīng)力環(huán)的圓孔、普通管片中相對(duì)應(yīng)的通孔、下一組特殊管片凹槽側(cè)壁上對(duì)應(yīng)的通孔及特殊管片中的應(yīng)力環(huán)的圓孔；
[0027]8)在下一組組合管片中應(yīng)力環(huán)的開口中，對(duì)鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，然后用圓臺(tái)通過鎖具將鋼絞線固定住，圓臺(tái)窄的一面朝向應(yīng)力環(huán)的圓孔，此時(shí)，由于鋼絞線的拉力，將圓臺(tái)楔入應(yīng)力環(huán)的圓孔中。
[0028]9)在同一個(gè)方形口中再放置一個(gè)圓臺(tái)，圓臺(tái)窄的一面朝向應(yīng)力環(huán)另一側(cè)的圓孔中，重復(fù)步驟6)?步驟8)。
[0029]10)所有管片穿過鋼絞線并鎖定完成后，通過注漿孔向開孔內(nèi)注漿，完成預(yù)應(yīng)力加固。
[0030]本發(fā)明的工作原理是:間隔普通管片設(shè)置特殊管片，在特殊管片內(nèi)設(shè)置應(yīng)力環(huán)，利用緊固裝置將應(yīng)力環(huán)撐起，對(duì)管片起到環(huán)向加固，同時(shí)環(huán)向加固的管片等效于簡(jiǎn)支梁的支座，再通過鋼絞線將依次拼接的普通管片擠緊，構(gòu)成了簡(jiǎn)支梁的梁板，讓后配合下一組環(huán)向加固的管片形成了一個(gè)簡(jiǎn)支梁模型，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)管片的縱向和環(huán)向施加預(yù)應(yīng)力，通過緊固裝中的圓臺(tái)將管片的軸向預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為環(huán)向的支撐力，提高了盾構(gòu)隧道管片的整體強(qiáng)度。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0032]1)通過在應(yīng)力環(huán)中設(shè)置兩個(gè)圓臺(tái)對(duì)圓環(huán)的兩側(cè)產(chǎn)生平衡拉力，避免了管片在施加軸向預(yù)應(yīng)力時(shí)，管片受拉的缺點(diǎn)。
[0033]2)在管片的環(huán)向設(shè)置應(yīng)力環(huán)，利用應(yīng)力環(huán)在環(huán)向?qū)⒐芷瑩纹?，?shí)現(xiàn)了管片環(huán)向的加固。
[0034]3)在管片的縱向方向，通過鋼絞線將管片擠緊，限制了隧道管片縱向不均勻變形。
[0035]4)同時(shí)對(duì)管片進(jìn)行縱向和環(huán)向加固，在一定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)的管片形成了簡(jiǎn)支梁的效果，提高了管片抗不均勻沉降或者不均勻荷載的能力，進(jìn)而提高了盾構(gòu)隧道管片的強(qiáng)度。
[0036]5)實(shí)現(xiàn)了管片的軸向預(yù)應(yīng)力與環(huán)向預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換，可達(dá)到調(diào)節(jié)隧道管片不均勻變形的能力。如隧道縱向變形較大時(shí)，通過鋼絞線的拉緊會(huì)緊固環(huán)向支撐，然后如果環(huán)向變形也較大，應(yīng)力環(huán)的圓孔會(huì)通過將圓臺(tái)擠出的手段實(shí)現(xiàn)對(duì)管片總線預(yù)應(yīng)力的重新加固；或者管片的環(huán)向變形較大，圓臺(tái)不能將應(yīng)力環(huán)撐起，然后普通區(qū)間的管片出現(xiàn)了沉降，會(huì)通過拉緊鋼絞線而實(shí)現(xiàn)將圓臺(tái)楔入應(yīng)力環(huán)圓孔的效果，重新對(duì)管片進(jìn)行了環(huán)向加固，從而實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)管片的“自我治愈功能”。
[0037]6)因應(yīng)力環(huán)設(shè)置在特殊管片凹槽里，不會(huì)對(duì)隧道的凈空造成影響。
【附圖說明】
[0038]圖1為預(yù)應(yīng)力管片不意圖；
[0039]圖2