一种盾构隧道的后置式管片结构及安装方法与流程

本发明属于隧道工程技术领域，尤其是涉及一种盾构隧道的后置式管片结构及安装方法。

背景技术：

隧道采用盾构方法施工过程中，盾构管片采用错缝插接拼装成型后，各个管片之间相互交错、嵌挤，形成一个统一的受力体系，从理论上讲盾构管片拼装成型后是不可逆的。但是随着隧道从开始试车调试到长期运行，不可避免的会受到地质条件变化、周围施工、突发事件等外部因素作用，当管片出现严重受损，破坏程度或裂缝超过设计和规范的要求，影响使用安全，不能满足地铁运营时的受力要求，现有技术往往是采用拆除管片、支模现浇的方法进行修复，施工结束后检查各缝处是否渗漏，再次注浆止水。但是现有技术有如下缺点：

1、现浇结构形成的管片质量无法得到保证，与旧有预制结构整体性差，成环椭圆度难以控制；

2、施工工艺复杂，施工工期长，现浇管片混凝土强度上的慢，在强度未达到预期值之前，外部因素可能会对现浇管片混凝土造成伤害，导致出现裂纹、变形等，最终达不到修补的目的；

3、施工工艺复杂，人材机投入较大，安全生产、文明施工投入成本高。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明提供一种盾构隧道的后置式管片结构,具有管片强度高，与原相邻管片结构整体性好，施工工艺简单，施工工期短，修补效果好，成本低。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种盾构隧道的后置式管片结构，用于替换隧道损坏的管片，包括管片固定端和第一管片滑动端，所述管片固定端和所述第一管片滑动端均沿环向设有企口，所述管片固定端和所述第一管片滑动端之间设有伸缩件，所述伸缩件两端分别与所述管片固定端的预埋件和所述第一管片滑动端内的预埋件连接，所述伸缩件推动所述第一管片滑动端沿环切向与所述管片固定端发生相对滑动，所述后置式管片安装完成后整体尺寸与被替换的管片结构尺寸相同。

优选的，还包括弯螺栓预埋件，所述弯螺栓预埋件数量和位置与损坏的管片周边管片的弯螺栓预埋件相对应。

优选的，所述第一伸缩件为顶推螺栓或者液压杆。

优选的，所述第一伸缩件至少为2个。

优选的，所述第一伸缩件沿环向企口方向均匀分布。

优选的，所述管片固定端和所述第一管片滑动端在环切向的最大位移为m,所述最大位移m的范围是35～75mm。

优选的，每相邻的第一伸缩件之间设有支撑杆，所述支撑杆由多节不同管径的管件套接在一起，通过控制相邻所述管件的搭接长度改变支撑杆的长度，所述支撑杆两端分别与管片固定端和第一管片滑动端固定连接。

优选的，还包括锁定长度的装置，可锁死相邻所述管件的搭接长度。

优选的，还包括第二管片滑动端，所述管片固定端和所述第二管片滑动端均沿环切向设有企口，所述管片固定端和所述第二管片滑动端之间设有第二伸缩件，所述第二伸缩件两端分别与所述管片固定端的预埋件和所述第二管片滑动端内的预埋件连接，所述第二伸缩件推动所述第二管片滑动端沿环向与所述管片固定端发生相对滑动。

本发明还公开了一种安装方法，步骤为：

对破损管片周围的管片进行加固；

拆除破损的管片；

将后置式管片与既有管片结构采用弯螺栓安装固定，调节伸缩件，使管片滑动端向外滑动至紧贴既有管片结构；

在管片滑动端与管片固定端之间立模压力注浆，养护；

拆除模板、加固装置。

通过上述技术方案，提前预制适用于替换管片的后置式管片结构，将预制好的后置式管片的管片固定端和管片滑动端通过伸缩件连接，调节至相对位移最小，现场固定破损管片周围管片，对破损管片后面注浆加固，拆除、替换管片，同步调节所有的伸缩件至最大，企口部分立模压力注浆，通过后置式管片的注浆口注浆，拆除固定支架，完成修复。整个施工过程投入的人、材、器少，施工工期短，受外界影响小，与原相邻管片结构整体性好，管片强度有保障，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例的一种盾构隧道的后置式管片结构管片滑动端和管片滑动端相对位移最大的立面图；

图2是本发明实施例的一种盾构隧道的后置式管片结构管片滑动端和管片滑动端相对位移最小的立面图；

图3是图1中实施例的b区局部放大图；

图4是图2中实施例的a-a剖面图；

图5是图2中实施例r向结构示意图；

图6是图1中实施例r向结构示意图；

图7是发明实施例的一种盾构隧道的后置式管片结构的支撑杆的结构示意图；

图8是本发明另一实施例的种盾构隧道的后置式管片结构示意图；

图9是图8中实施例的b-b剖面图；

图10是本发明实施例的一种盾构隧道的后置式管片结构安装过程三维示意图；

图11是隧道管片环预拆损坏管片断面图与俯视图；

图12是隧道管片环拆除损坏管片后断面图与俯视图；

图13是隧道管片环预安装后置式管片断面图与俯视图；

图14是隧道管片环安装完成后置式管片断面图与俯视图；

图中：

1、管片固定端2、第一管片滑动端3、弯螺栓

4、顶推螺栓5、支撑杆6、注浆孔。

7、第二管片滑动端8、固定支架。9、待拆除更换管片

10、后置式管片11、灌浆缝

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

后置式管片可以提前预制，如在隧道施工时就可根据隧道所用管片尺寸预制一定数量的后置式管片，即用于后期更换管片的后置式管片。后置式管片的制作方法如下：

①按照施工图纸绑扎管片固定端钢筋，安装弯螺栓预埋件、伸缩件预埋件、支撑杆预埋件以及手孔预留模块，并做好封堵，然后安装、加固定型模具，浇筑混凝土，养护成型；

②按照施工图纸绑扎管片滑动端钢筋，安装弯螺栓预埋件、伸缩件预埋件、支撑杆预埋件以及手孔预留模块，然后安装、加固定型模具，浇筑混凝土，养护成型；

③企口的宽度为35～75mm较为合适，制作好的管片滑动端和管片固定端的相对位移为35～75mm，也即企口的宽度为35～75mm较为合适，用以保证管片滑动端和管片固定端企口密实情况下后置式管片结构能够安装至修复位置，以边缘与安装空间距离最小为宜，管片结构调整、安装完成后，整体尺寸与被替换管片结构尺寸相同；

④将管片滑动端和管片固定端置于专用拼装台架上，在企口处安装密封、防水材料，在管片固定端的螺栓插接槽中安装顶推螺栓和支撑杆，利用手孔同时旋转螺栓，使管片滑动端和管片固定端密实连接完成；

⑤做好成品保护及固定措施后，完成后置式管片制作，存放备用。

示例性的，图1为本发明实施例的一种盾构隧道的后置式管片结构管片滑动端和管片滑动端相对位移最大的立面图，包括管片固定端1和第一管片滑动端2，管片固定端1上端和第一管片滑动端2下端之间通过企口连接，企口内设置密封条，起到密封、防水的作用，还包括第一伸缩件，管片固定端1和第一管片滑动端2上设有第一伸缩件的预埋件，优选的，所述第一伸缩件可以是顶推螺栓5或者液压杆。需要说明的是，本实施例对于第一伸缩件以及对应的预埋件的数量、位置不做限定，例如，优选的为两个或者四个，沿企口方向平均分布。所述第一伸缩件推动第一管片滑动端2沿环切向与管片固定端1发生相对滑动，常态状态下的后置式管片结构企口是密实的，即管片固定端1和第一管片滑动端2的相对位移为零，方便后期更换与安装，安装完成后的后置式管片的尺寸大小与破损的被替换的管片结构尺寸相同。

其中，后置式管片上设置有弯螺栓3预埋件，所述弯螺栓3预埋件的数量、位置和开口方向均与原破损管片周围的管片的弯螺栓预埋件相适配。

其中，后置式管片上设置有注浆孔6，后置式管片安装、固定完成后，通过注浆口6对后置式管片背面压力注浆，确保后置式管片结构背后无空隙，保证结构的整体性和强度。

其中，后置式管片安装、固定完成后，在企口上方搭设模板，压力注浆，将管片固定端1和管片滑动端2浇筑连接在一起，提高结构的整体性和强度，所述第一伸缩件在施工、运营期间承担第一管片滑动端2和管片固定端1之间环切向剪力。

示例性的，图2是本发明实施例的一种盾构隧道的后置式管片结构管片滑动端和管片滑动端相对位移最小的立面图，后置式管片处于常态状态，管片固定端1和第一管片滑动端2之间的企口密实结合，即管片固定端1和第一管片滑动端2的相对位移为零，适合存放以及后期安装。

示例性的，图3是图2中实施例的b区局部放大图，具体的是，顶推螺栓4近螺栓头部的预埋件内设螺纹，近螺杆端的预埋件设有枢接孔，顶推螺栓4的螺杆端安装于所述枢接孔，顶推螺栓4可绕螺杆轴心在上述枢接孔内转动。

示例性的，图4是图2中实施例的a-a剖面图，后置式管片通过弯螺栓3与相邻的原管片连接。

示例性的，图5、图6为本发明实施例的r向结构示意图，管片固定端1和管片滑动端2通过企口连接，通过顶推螺栓的旋转管片滑动端与管片固定端发生相对移动，使得后置式管片与原有管片紧密贴合。

优选的一种方案，每相邻的伸缩件之间设置有支撑杆5，支撑杆5可以伸长、缩短长度，支撑杆5还包括锁紧结构，可以锁定当前长度。示例性的，如图7所示，支撑杆包括多节不同管径且能套在一起的管件，管件顺次套接在一起，内设置卡簧限定各节管件伸出的位置，进一步优选的方案，管件外壁设有防滑纹，辅助伸缩件承受环切向剪力，增加结构的整体性和强度。

优选的一种方案，如图8所示，还包括第二管片滑动端7，管片固定端1和第二管片滑动端7均沿环切向设有企口，管片固定端1和第二管片滑动端7之间设有第二伸缩件，所述第二伸缩件两端分别与管片固定端1的预埋件和第二管片滑动端7的预埋件连接，所述第二伸缩件推动第二管片滑动端7沿环向与管片固定端1发生相对滑动。

示例性的，图9是图8中实施例的b-b剖面图。

示例性的，如图10至图14所示，本发明还公开了一种安装方法，步骤为：

对破损的待拆除更换管片9周围的管片进行加固；

拆除破损的待拆除更换管片9；

将后置式管片10与既有管片结构采用弯螺栓3安装固定，调节伸缩件，使管片滑动端向外滑动至紧贴既有管片结构；

在管片滑动端与管片固定端之间立模压力注浆，养护；

拆除模板、加固装置。

其中，伸缩件的调节过程中，优选的方案为同步调节，如同时同步调节所有的第一伸缩件，保证后置式管片在环切向平稳移动，使第一管片滑动端2向外滑动至紧贴既有管片结构，同时同步调节所有的第二伸缩件，保证后置式管片在环向平稳移动，使第二管片滑动端7向外滑动至紧贴既有管片结构。

其中，使用提前预制好的后置式管片，检查接缝企口严密性，成环环面是否一致，不能出现错台现象，螺栓孔、吊装孔位置准确，强度及各项指标满足要求；如尺寸不合适，可根据实际需要尺寸现场预制

其中，后置式管片使用前应检查接缝企口严密性，成环环面是否一致，不能出现错台现象，螺栓孔、吊装孔位置准确，强度及各项指标满足要求。

其中，在拆除破损的管片之前，对预拆除管片及相邻管片进行注浆，填充管片背后空隙且对周围土体进行加固，注浆完成后，钻孔取样查看注浆情况，以无明显渗漏水为准，停止注浆。在条件许可时，应采用三维有限元软件提前进行安装模拟，对危险工序、阶段进行重点控制。

其中，对预拆除管片的相邻管片采用固定支架进行支撑加固，以保证管片拆除、安装过程中地铁隧道的结构稳定性。

其中，拆除破损的管片，可以采用切割机将管片切为小块，每个小块逐步依次拆除，拆除完毕后，应及时对相邻管片的环、纵缝进行清理，弹性橡胶垫及挡水条、定位棒根据情况进行更换。

其中，可以采用移动式管片安装机进行运输及安装，顶升管片至预定位置，优选的同步调节4个顶推螺栓，使管片滑动端平稳的向外滑动至紧贴既有管片结构，再次复测后置式管片成环环面位置、高程、平整度、成环椭圆度满足要求。

其中，在管片滑动端与管片固定端之间压力注浆混凝土达到预定强度后，通过管片中部注浆孔再次注浆，确保后置式管片结构背后无空隙。

其中，可以选择在待结构固定后安装变形监测装置，监测后置式管片结构的变形情况。

其中，拆除固定支架时，可先拆除部分固定支架，观察原有管片和后置式管片的变形量，变形量满足要求后，拆除剩余支架。

通过上述技术手段和方法，相对于现阶段常用技术现浇管片施工来说，采用提前预制的工艺缩短了施工工期，降低了修复过程中再次受到伤害的可能性，能有效的控制替换管片的质量，能够保证隧道管片的成环椭圆度和工程质量，使用的人、材、器少，成本低，且施工过程中安全生产、文明施工的投入少，有效的降低了施工成本。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。