一次成型的隧道拼装管片的制作方法

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种作为tbm或盾构施工工法中的支护结构——隧道管片。

背景技术：

在tbm或盾构等设备施工的隧道中，大部分需要使用管片作为隧道的支护结构。按照截面形状分类，现有技术中的tbm或盾构隧道管片结构可分为圆形断面、椭圆断面、矩形断面、马蹄形断面以及直墙拱断面等类型。目前广泛使用的管片采用在隧道内整体浇筑成型的环形结构，后续使用时还需增加仰拱块作为底板，方便设备在仰拱块上进行运转，保障tbm掘进。但随着隧道的成型，我们需要对仰拱块进行二次浇筑填充作为结构路面，以达到设备正常运转所需要的宽度。由此增加了施工时间，影响了施工进度，并且二次浇筑填充也会影响施工空间。

随着地层的埋深越深，管片需要承受的地应力或其它综合用力也会增大，要求的管片内部结构也就越复杂(浇筑时使用的钢筋越多，钢筋布设越复杂)，但是在同一隧道不同的地层(即埋深不同)中，如果都使用同一类型的管片，将会增加施工成本；实体钢筋混凝土仰拱块成本较高；另外，整体管片若局部出现缺陷，更换成本也很高。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种一次成型的隧道拼装管片，采用多块分别浇筑成型后再拼装的方式，不需要再进行结构路面的二次浇筑填充，降低施工成本，提高成型隧道的使用时间及有效使用空间，降低管片在施工过程中的运输时间，提高施工生产效率，可根据不同的埋深选择不同承受能力的拼装块，并且任一拼装块出现缺陷更换成本也很低。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种一次成型的隧道拼装管片，包括封顶块、仰拱块和拼装分块，三者均为钢筋混凝土件或钢纤维混凝土件，所述封顶块的宽度由前到后渐变呈楔形，所述仰拱块包括仰拱底块和仰拱顶块，所述封顶块、仰拱底块和至少两个拼装分块围合拼装成与隧道内腔匹配的环形结构，所述仰拱顶块位于仰拱底块的正上方，仰拱顶块的顶面水平，仰拱顶块的左右两端分别与对应侧的拼装分块拼接，仰拱顶块的中部与仰拱底块的中部通过相互匹配的凹凸限位槽拼装在一起，且在仰拱顶块与仰拱底块之间形成管线通道。

作为上述方案的优选，每个拼装部位均配备有弹性橡胶垫并结合螺栓实现柔性连接，弹性橡胶垫与拼装部位的贴合面匹配；有效避免管片各拼装块之间的硬连接，从而防止损伤管片。

进一步优选为，所述仰拱顶块的顶面设置有凹凸安装槽作为轨道安装基础或设备安装基础，仰拱顶块的顶面还设置有集水沟。

进一步优选为，所述仰拱块整体左右对称，凹凸限位槽为矩形或弧形。

进一步优选为，所述封顶块、仰拱块和拼装分块在各自浇筑成型时设置预埋件，从而形成中空结构，或悬挂结构，或供所述螺栓通过的拼装过孔。传统的混凝土预制块管片均是“填实”状态，即各结构面均是由钢筋与混凝土构成，没有形成中空或是沟壑部位，本发明提出的中空异形管片，减少管片生产过程中使用的材料，减轻了管片在预制、运输过程中的重量，提高了管片的成型时间及施工过程的运输时间，可有效提高管片断面利用率，节省成本，在市场上将具备较强的竞争力。

进一步优选为，形成所述中空结构的预埋件为塑料或铁制品，中空结构的形状为长方体或椭圆体。

进一步优选为，所述封顶块、仰拱底块和至少两个拼装分块围合拼装而成的环形结构的横断面为椭圆断面、矩形断面、马蹄形断面或直墙拱断面，以满足各种横断面隧道的使用要求。

进一步优选为，拼装时的分块线与径向线重合，所述拼装分块分为标准块和非标块。提高安装的方便性和管片的承压能力；优先选用标准块，其次选用非标块，进一步降低成本。

本发明的有益效果：

(1)一次成型后拼装而成的隧道管片的仰拱封顶块，可根据施工过程中的路面要求进行设计，高度、弧度、角度、厚度、顶部形状等各方面参数均是可进行设计调节，使用空间及范围较广；

(2)预拼装结构，便于运输及安装，可根据不同的埋深选择不同承受能力的拼装块，并且任一拼装块出现缺陷更换成本也很低；

(3)采用仰拱顶块替代传统管片使用时二次浇筑的路面结构，使路面随管片一次成型，有效地避免了隧道的二次浇筑填充，一次成型达运营要求，施工结束后可直接投入运营，缩短工期，提前了隧道使用时间；成本较传统管片结构后期铺底节约造价，同时降低了人工、材料、设备的投入，节约了项目成本；且弥补了一次成型类新型隧道管片市场的空白，具有较高的推广价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(隧道横断面为圆形)。

图2为仰拱底块的一种结构形式。

图3为仰拱底块的另一种结构形式。

图4为图2的俯视图。

图5为仰拱顶块的结构示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为封顶块的结构示意图。

图8为图7的a-a剖面图。

图9为本发明的使用状态图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种一次成型的隧道拼装管片，主要由封顶块1、仰拱块2和拼装分块3组成。封顶块1、仰拱块2和拼装分块3，三者均为钢筋混凝土件或钢纤维混凝土件。

结合图7、图8所示，封顶块1的宽度由前到后渐变呈楔形，封顶块1作为拼装成环形结构的最后一块，先被吊装到预定高度后，再利用自身的楔形结构，方便封顶块1水平插入安装。

结合图1—图6所示，仰拱块2主要由仰拱底块2a和仰拱顶块2b组成。封顶块1、仰拱底块2a和至少两个拼装分块3围合拼装成与隧道内腔匹配的环形结构，最好是，拼装时的分块线与径向线重合。其中，拼装分块3的数量根据需要配置，图1中的圆形隧道，共使用了五块拼装分块3。

仰拱顶块2b位于仰拱底块2a的正上方。仰拱顶块2b的顶面水平，仰拱顶块2b替代传统管片使用时二次浇筑的路面结构。仰拱顶块2b在预制时，设计参数均要考虑路面成型后的使用形状、强度、刚度、粗糙度等参数，使生产的仰拱顶块在预制时就能达到使用条件，即可以进行无轨运输车或有轨运输车的运转。

仰拱顶块2b的左右两端分别与对应侧的拼装分块3拼接，仰拱顶块2b的中部与仰拱底块2a的中部通过相互匹配的凹凸限位槽2c拼装在一起，且在仰拱顶块2b与仰拱底块2a之间形成管线通道2d。凹凸限位槽2c得连接方式，能有效防止仰拱顶块2b在隧道方向的左右偏移。管线通道2d分为左右两个，分别用于铺设电缆线、水管，为永久性的，且隐蔽性好。而施工过程中使用的电缆线、水管则布置在仰拱顶块2b与封顶块1、拼装分块3围合成的环形腔内，为临时性的，施工完成后要撤离。

仰拱块2采用中空结构，既可以安排管线排(供排水管路、高压、通讯电缆等)，也可以作为排水沟，将管片缝隙的泄露水聚集在仰拱底块底部进行排放，可有效防止泄露水在仰拱顶块(即路面)窜流，影响施工。仰拱顶块与仰拱底块之间的高程可根据具体成型隧洞的使用要求进行设计，设计高程需要达到路面的设计宽度及高度，若为圆形隧道，其高程范围为0～r(r为隧道成型外径的一半)。

最好是，每个拼装部位均配备有弹性橡胶垫4并结合螺栓5实现柔性连接，弹性橡胶垫4与拼装部位的贴合面匹配。比如，仰拱顶块2b与拼装分块3拼装部位的贴合面为弧形，则该位置处的弹性橡胶垫4也为弧形。

仰拱顶块2b的顶面设置有凹凸安装槽2e作为轨道安装基础或设备安装基础。凹凸安装槽2e可以作为有轨运输车在仰拱顶块上面运行时的轨道底部基础，可与轨道进行配合；也可以在仰拱顶块顶部设置皮带机机架等其他关联设备底部基础，方便与皮带机等设备进行安装配合。仰拱顶块的顶面(即设备接触面)可设置防滑面、条(可为规则与非规则形状)，可有效防止设备(如：胶轮运输车)在上面运行时发生“溜车”。仰拱顶块2b的顶面还设置有集水沟2f，可将管片缝隙的泄露水进行汇集排放。

仰拱块2整体左右对称，凹凸限位槽2c为矩形(如图2所示)或弧形(如图3所示)。

封顶块1、仰拱块2和拼装分块3在各自浇筑成型时设置预埋件，从而形成中空结构(如图8所示)；或悬挂结构用于悬挂物体；或供螺栓5通过的拼装过孔。形成中空结构的预埋件可以为塑料或铁制品，或者其他新型材料件。中空结构的形状为长方体或椭圆体，形状不限，该结构形状的厚度为0～d/2(d为管片厚度)。在埋深较浅的地层或者地应力较小的位置使用这种中空的管片结构，可有效减少钢筋或钢纤维、混凝土的用量，节省成本，不同于传统的管片通过减少钢筋数量或者降低管片厚度来达到要求。预埋悬挂结构为隧道成型后电缆悬挂、管路悬挂、通风管道悬挂等奠定基础。

在钢筋混凝土中添加钢纤维，可以代替钢筋作为承力主要构件，缺点是钢纤维的承受应力比钢筋低，预埋件为中空预埋件，可有效降低混凝土及钢筋的用量，从而降低每立米混凝土方量和配筋量，达到降低成本的功效，并且可以降低管片的重量，从而减少施工过程的管片运输时间，从而提高施工进度。

封顶块1、仰拱底块2a和至少两个拼装分块3围合拼装而成的环形结构的横断面不限于圆形断面，可以为椭圆断面、矩形断面、马蹄形断面或直墙拱断面，以满足各种横断面的隧道使用。

拼装分块3分为标准块和非标块，鉴于隧道横断面的形状各不相同，即使同一隧道不同的转弯半径对应的横断面也各不相同，当无法全部使用标准块时，优先选用标准块，再定制非标块。如图1所示，混合使用了标准块和非标块。

结合图4、图6、图7所示，在封顶块1、仰拱块2上均设置有吊装孔6和供螺栓5通过的拼装过孔。吊装孔6同时作为注浆孔使用，当拼装完成后，由于管片与隧道内壁之间还有微量的间隙，通过注浆孔进行注浆，能确保管片在隧道内安装更加稳固，与传统管片相同，安装后都需要进行注浆。