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2022年书写的专利(3):一种防盾构管片封顶块错台结构

 王国义 2023-01-19 发布于河北

技术领域

        本实用新型涉及盾构施工,特别涉及一种防盾构管片封顶块错台结构。

背景技术

        盾构工法由于具有安全风险低、成型隧道质量好、施工进度快、成本低等多个优点,广泛应用于城市地铁隧道施工建设中。在盾构施工过程中,盾构刀盘旋转切削前方的土体,推进油缸顶推管片前端面向前掘进。推进一定距离(一般为1500mm)后,在盾构盾尾内拼装一环管片,然后继续掘进、拼装管片。城市地铁常用隧道管片内径为5400mm、外径为6000mm,共分为6块,由管片拼装机拼装成圆形隧道。

        通常,6块管片分为3块标准块、2块邻接块和1块封顶块。为达到地铁隧道转弯之目的,有直线环、左转弯环和右转弯环3种类型管片。无论选用哪种类型管片,为了降低拼装安全风险,一般都是先从下部开始拼装标准块,然后是邻接块,最后是上部的封顶块,封顶块中心位置大部分处于竖直方向左转18°或右转18°。管片环与环、块与块之间通过弧形螺栓连接、固定,但由于环与环之间设计有10颗弧形螺栓,弧形螺栓之间角度为36°,导致环与环之间封顶块上是无纵向弧形螺栓与其他环管片连接、固定的。

        封顶块由于处于隧道顶部,承受地层向下压力较大,当封顶块与相邻块之间的摩擦力无法承受所受的向下压力时,封顶块将下落,与其他相邻块产生错台,错台之后又会造成管片破损与渗漏水,影响成型隧道质量。盾构管片封顶块容易错台是盾构施工中的通病,这就迫切需要找到一有效措施,解决管片封顶块容易产生错台的问题,提高成型隧道质量。

实用新型内容

        本实用新型的目的在于针对盾构管片封顶块容易错台的通病,提供一种防盾构管片封顶块错台结构。在盾构管片前后端面封顶块、2个邻接块管片分别设置圆锥形孔。在拼装管片时环与环之间管片封顶块与邻接块的圆锥形孔内安装抗剪榫,固定封顶块与相邻环的邻接块位置,防止发生封顶块错台现象。

        本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:

         一种防盾构管片封顶块错台结构,一个盾构管片环包括第一标准块、第二标准块、第三标准块、第一邻接块、第二邻接块和封顶块;第一标准块、第二标准块、第三标准块设置在下方,其中,第二标准块位于第一标准块和第三标准块之间;第一标准块上设置第一邻接块,第三标准块上设置第二邻接块;第一邻接块与第二邻接块之间安装封顶块;

封顶块包括前端和后端,前端尺寸大于后端,前端到后端设置两个倾斜的斜面;封顶块两侧设置的第一邻接块和第二邻接块的形状与封顶块相配合;第一标准块与第二标准块通过弧形螺栓连接;第二标准块与第三标准块通过弧形螺栓连接;第三标准块与第二邻接块通过弧形螺栓连接;第一标准块与第一邻接块通过弧形螺栓连接;

        封顶块的前端和后端上均设置圆锥形孔,第一邻接块和第二邻接块的前后两侧均设置圆锥形孔,一个盾构管片环上的封顶块与相邻盾构管片环上的第一邻接块或者第二邻接块通过抗剪榫相连;抗剪榫设置在圆锥形孔上。

        作为优选方式,抗剪榫包括双圆锥弹性橡胶圈和双圆锥钢柱;双圆锥弹性橡胶圈贴在双圆锥钢柱外侧。

        作为优选方式,双圆锥钢柱采用实心钢材制成,双圆锥钢柱的中间大、两端小。

        作为优选方式,封顶块的前端中部和后端中部上均设置圆锥形孔。

        作为优选方式,圆锥形孔与封顶块端面之间设置圆弧形倒角。

        作为优选方式,圆锥形孔与第一邻接块端面之间设置圆弧形倒角;圆锥形孔与第二邻接块端面之间设置圆弧形倒角。

        作为优选方式,圆锥形孔内径大于同位置抗剪榫外径1mm或1mm以上。

        作为优选方式,封顶块与第一邻接块或者第二邻接块上的圆锥形孔形状、大小一致。

        作为优选方式,2个相邻圆锥形孔组合形成榫眼,榫眼总长度大于抗剪榫长度2mm或2mm以上。

        作为优选方式,盾构管片环A上的封顶块与相邻盾构管片环B上的第一邻接块相连;盾构管片环B上的封顶块与相邻盾构管片环A上的第二邻接块相连。

        本实用新型至少具有以下有益效果:提供一种防盾构管片封顶块错台的结构。管片封顶块与邻接块前后端面设置圆锥形孔并在拼装管片时环与环之间的封顶块与邻接块圆锥形孔内安装抗剪榫,抗剪榫与管片孔槽(圆锥形孔)之间柔性挤压受力,有效防止了封顶块管片错台和破损,提高了成型隧道质量。

附图说明

        下文中将参考附图使用示例性实施例更详细地说明本实用新型,示例性实施例的不同特征可根据上述说明按需要彼此组合。特别地,如果个别特征的效果对于特定应用是必要的,则可根据以上说明将这些特征添加到现有实施例中。相反,如果个别特征的技术效果在特定应用中并不重要,则可从现有实施例中省略这些特征。附图中的类似、相同和功能上相同的元件在适当的范围内被赋予相同的附图标记。

        图1为管片封顶块左转18°示意图;

        图2为管片封顶块右转18°示意图;

        图3为管片俯视图;

        图4为管片圆锥形孔详图;

        图5为抗剪榫示意图;

        图中,1-第一标准块,2-第二标准块,3-第三标准块,4-第一邻接块,5-第二邻接块,6-封顶块,7-管片,8-弧形螺栓,9-圆锥形孔,10-抗剪榫,11-双圆锥弹性橡胶圈,12-双圆锥钢柱。

具体实施方式

        在下文,将参考附图描述本公开的不同实施方式。然而,应当理解,没有将本公开限制为在此公开的具体形式,而是,本公开应该解释为覆盖本公开的实施方式的不同改变、等效物和/或替换。在描述附图时,相似的附图标记可以用于指明相似的组成元件。

        在本公开中,如果存在表述“A或B”、“A和/或B中的至少一个”或“A和/或B中的一个或多个”可以包括列出的项目的所有可能组合。例如,表述“A或B”、“A和B的至少一个”或“A或B的至少一个”涉及所有以下情况:(1)包括至少一个A,(2)包括至少一个B、或(3)包括至少一个A和至少一个B二者。

        本公开的不同实施方式中使用的表述,如果存在“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可以修饰不同的元件,与次序和/或重要性无关,而不限制相应的元件。例如,第一用户装置和第二用户装置涉及不同的用户装置,虽然它们二者都是用户装置。例如,第一元件可以被称为第二元件,类似地,第二元件可以被称为第一元件,而不脱离本公开的范围。

        将理解的是,当一元件(例如,第一元件)被称为(操作地或通信地)“连接到”或“联接到”另一元件(例如,第二元件)时,该元件可以直接连接或联接到另一元件,或者任何其他元件(例如,第三元件)可以插置在它们之间。相反,当一元件(例如,第一元件)被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件(第二元件)时,没有元件(例如,第三元件)插置在它们之间。

        在本公开中,术语用于描述特定实施方式,且不限制本公开。如在此使用,单数形式旨在也包括复数形式,除非内容清楚地指示另外的意思。在说明书中,应当理解,术语“包括”或“具有”表示特征、数目、步骤、操作、结构元件、部件或其组合的存在,而不预先排除一个或更多个其他特征、数目、步骤、操作、结构元件、部件或其组合的存在或添加的可能性。

        应当理解,在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统,以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中,可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术,以避免使得示例不清楚。

        如图1、图2,盾构掘进约一环管片7距离,采用管片7拼装机在盾尾内拼装一环管片7,拼装管片7顺序一般为第二标准块2、第一标准块1、第三标准块3、第一邻接块4、第二邻接块5、然后是封顶块6与第一邻接块4、第二邻接块5搭接一段距离,径向伸出再纵向向后插入到位,6块管片7拼装成环并与前一环管片7前端面相连。每块标准块角度为72°,每块邻接块小端角度为62.2051°,封顶块6大端角度 19.5899°。为便于安装,封顶块6角度为前大后小,便于纵向向后插入拼装成环。每环管片7中块与块之间采用2颗弧形螺栓8固定,环与环之间每块管片7(除封顶块)采用2颗弧形螺栓8固定。每拼装一块管片7,相邻的弧形螺栓8都要安装并上紧。为了管片7拼装安全,一般封顶块6都处于顶部左转或右转18°位置,封顶块6与相邻环是无纵向弧形螺栓8固定的。由于此设计缺点,当封顶块6与相邻管片7摩擦力小于封顶块6所受地层压力作用时,封顶块6将向下掉落,与相邻环管片7之间产生错台,错台较大时也会造成管片7破损。

        实施例一

        一种防盾构管片7封顶块6错台结构,一个盾构管片环包括第一标准块1、第二标准块2、第三标准块3、第一邻接块4、第二邻接块5和封顶块6(标准块、邻接块和封顶块6在盾构领域是公知常识,都可称为管片7,本实用新型不再赘述);第一标准块1、第二标准块2、第三标准块3设置在下方,其中,第二标准块2位于第一标准块1和第三标准块3之间;第一标准块1上设置第一邻接块4,第三标准块3上设置第二邻接块5;第一邻接块4与第二邻接块5之间安装封顶块6;

        封顶块6包括前端和后端,前端尺寸大于后端,前端到后端设置两个倾斜的斜面;封顶块6两侧设置的第一邻接块4和第二邻接块5的形状与封顶块6相配合(设置与封顶块6配合的斜面);第一标准块1与第二标准块2通过弧形螺栓8连接;第二标准块2与第三标准块3通过弧形螺栓8连接;第三标准块3与第二邻接块5通过弧形螺栓8连接;第一标准块1与第一邻接块4通过弧形螺栓8连接;相邻环管片7前后之间也通过弧形螺栓8连接(每块管片2颗弧形螺栓8),只有封顶块6前后无弧形螺栓8连接。

        封顶块6的前端和后端上均设置圆锥形孔9,第一邻接块4和第二邻接块5的前后两侧均设置圆锥形孔9,一个盾构管片环上的封顶块6与相邻盾构管片环上的第一邻接块4或者第二邻接块5通过抗剪榫10相连;抗剪榫10设置在圆锥形孔9上。

        本实施例提供一种防盾构管片7封顶块6错台的结构。管片7封顶块6与邻接块前后端面设置圆锥形孔9并在拼装管片7时环与环之间的封顶块6与邻接块圆锥形孔9内安装抗剪榫10,抗剪榫10与管片7孔槽(圆锥形孔9)之间柔性挤压受力,有效防止了封顶块6管片7错台和破损,提高了成型隧道质量。整个结构采用弧形螺栓8和抗剪榫10作为盾构管片7环的连接组件,结构牢固,特别是管片7封顶块6有了抗剪榫10支撑,克服了封顶块6管片7错台的技术难题。

        实施例二

        对于抗剪榫10,为了达到更好的效果。抗剪榫10包括双圆锥弹性橡胶圈11和双圆锥钢柱12;双圆锥弹性橡胶圈11紧密贴套在双圆锥钢柱12外侧。双圆锥钢柱12提供足够承受作用力,防止封顶块6与相邻环管片7之间产生错台,双圆锥弹性橡胶圈11保证双圆锥钢柱12与管片7混凝土接触面之间有足够弹、柔性,防止双圆锥钢柱12与管片7混凝土接触面之间硬性接触,造成管片7混凝土破损。

        实施例三

        进一步地,双圆锥钢柱12采用实心钢材制成,双圆锥钢柱12的中间大、两端小,其结构如图5所示。

        实施例四

        封顶块6的前端中部和后端中部上均设置圆锥形孔9。如图3所示,封顶块6的前后端通过中部支撑,更有利于标准化和安装。

        实施例五

        如图4所示,圆锥形孔9与封顶块6端面之间设置圆弧形倒角。圆锥形孔9与第一邻接块4端面之间设置圆弧形倒角;圆锥形孔9与第二邻接块5端面之间设置圆弧形倒角。倒角设计,防止相应管片7掉角、损坏。

        实施例六

        圆锥形孔9内径大于同位置(同一截面上)抗剪榫10外径1mm或1mm以上,不超过2mm。封顶块6与第一邻接块4或者第二邻接块5上的圆锥形孔9形状、大小一致。2个相邻圆锥形孔9组合形成榫眼,榫眼总长度大于抗剪榫10长度2mm或2mm以上,不超过3mm。

        实施例七

        如图3所示,盾构管片7环A上的封顶块6与相邻盾构管片7环B上的第一邻接块4相连;盾构管片7环B上的封顶块6与相邻盾构管片7环A上的第二邻接块5相连。

        如图1、图2,为防止封顶块6错台,在封顶块6、第一邻接块4、第二邻接块5管片7弧形螺栓8同直径位置,封顶块6在前后中心、邻接块在两弧形螺栓8中心设置圆锥形孔9,并在拼装管片7时,封顶块6圆锥形孔9与相邻环圆锥形孔9对应处安装抗剪榫10,保证封顶块6与相邻环之间有固定装置(抗剪榫10),防止封顶块6产生错台。

        如图1,管片7拼装与抗剪榫10安装作业流程示例:采用管片7拼装机在盾尾内顺序拼装第二标准块2、第一标准块1、第三标准块3、第二邻接块5,然后将上一环封顶块6前端面的圆锥形孔9内安装抗剪榫10,抗剪榫10一部分在上一环封顶块6内一部分伸出在外边,然后将第一邻接块4右侧靠紧第一标准块1左侧再纵向向后将第一邻接块4的圆锥形孔9准确插入抗剪榫10外面,最后将上一环第二邻接块5前端面的圆锥形孔9内安装抗剪榫10,封顶块6与第一邻接块4和第二邻接块5搭接一段距离,径向伸出再纵向向后插入,封顶块6圆锥形孔9准确插入抗剪榫10外,至此完成了一环管片7的拼装和抗剪榫10的安装。为便于安装和防止圆锥形孔9管片7端受压破损,圆锥形孔9内径要大于同位置抗剪榫10外径1mm,2个圆锥形孔9总长度要大于抗剪榫10长度2mm。

        橡胶的柔性与实心钢材的刚性两种材料组合构成抗剪榫10,直径较小,既能够保证封顶块6不错台又不会造成管片7破损,有效解决了管片7中的封顶块6容易错台的难题,提高了管片7拼装成型隧道的质量。抗剪榫10的大角度锥形设计,更容易将圆锥形孔9插入抗剪榫10外面,拼装的管片7更容易正确对位,降低了管片7拼装产生错台的几率。

        以上所述只是用图解说明本实用新型一种防盾构管片7封顶块6错台的机构及安装方法的一些原理及功能,并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内,故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物均属于本实用新型所申请的专利范围。

        尽管已描述了本实用新型的优选实施例,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实用新型范围的所有变更和修改。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,应当指出的是,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

图1

图2

图3

图4

图5

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