小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力构造方法与流程

本发明涉及盾构隧道施工领域，尤其是涉及一种小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力构造方法。

背景技术：

由于客观条件的限制，在复杂的城市环境条件下，盾构隧道线形存在较多小曲率半径区段，在盾构隧道的施工和运营过程中，盾构隧道小曲率半径区段由于非均衡力的作用，导致管片环向接头张开并引起渗漏和管片开裂的案例屡见不鲜，是盾构隧道设计、施工和运营过程中需要重点关注的热点。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力构造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力构造方法，用以降低盾构隧道小曲率半径段因施工荷载和水土压力分布的不均衡导致管片环向接头张开渗漏病害发生的风险，包括以下步骤：

1)对于小曲率半径区段，根据隧道施工和运营过程中的不平衡力，确定需要施加的预应力的大小；

2)根据需要施加的预应力的大小及管片构造，完成管片预埋件以及布置位置、金属管道、预应力钢绞线、垫板和锚具的设计；

3)预制管片预埋件，在隧道管片钢筋绑扎过程中，定位管片预埋件并浇筑在隧道管片中；

4)进行隧道施工，拼装隧道管片，在拼装完成的隧道管片上，采用焊接或螺栓连接定位金属管道和垫板；

5)根据施工进程，分组分段施工钢绞线，施加预应力并采用锚具进行锚固，完成盾构隧道管片纵向非对称体外预应力的构建。

2.根据权利要求1所述的一种小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力构造方法，其特征在于，所述的管片预埋件由锚栓和预埋钢板构成。

所述的金属管道与预埋钢板焊接或通过螺栓固接，预应力钢绞线穿过金属管道并施加预应力后采用锚具固定。

所述的步骤5)中，根据施工阶段和运营阶段隧道不平衡力的大小调整所施加的预应力。

应用该方法构造的小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力结构包括固定在盾构隧道小曲率半径段外圆弧内侧的隧道管片上的多组体外预应力固定件，每组体外预应力固定件在沿隧道掘进方向上，包括多个两端固定在相邻隧道管环管片上的金属管道以及分别穿过每段金属管道施加预应力后通过锚具进行锚固的预应力钢绞线。

每组体外预应力固定件中，对于非首尾位置的金属管道，相邻两个金属管道在同一隧道管环管片的中线位置处通过中间管道接头实现预应力钢绞线和金属管道的固定。

所述的中间管道接头包括浇筑在管片内并且通过锚栓实现固定的预埋钢板以及固定在预埋钢板上且分别通过锚板和夹片与相邻金属管道的预应力钢绞线进行锚固的垫板。

所述的预埋钢板为一整块预埋钢板，该预埋钢板两端分别与相邻金属管道焊接或通过螺栓固接，所述的垫板呈封闭的方形，且与预埋钢板垂直设置，所述的锚板和夹片分别安装在方形垫板内壁上，实现相邻两个金属管道的预应力构建和固定。

在每组体外预应力固定件中，对于首尾位置的金属管道，金属管道首端或尾端通过端部管道接头固定在隧道管环管片上，所述的端部管道接头包括浇筑在管片内并且通过锚栓实现固定的预埋钢板以及固定在预埋钢板上且分别通过锚板和夹片与金属管道的预应力钢绞线进行锚固的垫板，所述的垫板呈u型，所述的锚板和夹片分别安装在u型垫板内壁上，实现首端或尾端金属管道的预应力构建和固定。

所述的端部管道接头的安装位置为超出隧道管环管片的中线位置的远端侧。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过多组平行设置的体外预应力固定件以及在多段金属管道内施加预紧力的预应力钢绞线来对盾构隧道小曲率半径段进行体外预应力加设，并且配合中间和端部的管道接头实现每段预应力钢绞线的固定以及预应力的调节，从而安全稳固的实现了体外的预应力加设，有效防止管片环向接头张开引起的渗漏和管片开裂现象。

附图说明

图1为非对称体外预应力布置横断面图。

图2为连接金属管道前预埋件与管片横断面图。

图3为安装预应力钢绞线后构造布置横断面图。

图4为一般区段金属管道与预埋件沿盾构隧道纵向剖面图。

图5为中部连接段金属管道、垫板、锚具等与预埋件沿盾构隧道纵向剖面图。

图6为首尾端部金属管道、垫板、锚具等与预埋件沿盾构隧道纵向剖面图。

图7为非对称体外预应力布置侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提供一种小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力结构及构造方法，如图1和7所示，该非对称体外预应力结构包括固定在盾构隧道小曲率半径段外圆弧内侧的隧道管片上的多组体外预应力固定件，每组体外预应力固定件在沿隧道掘进方向上，包括多个两端固定在相邻隧道管环管片上的金属管道以及分别穿过每段金属管道施加预应力后通过锚具进行锚固的预应力钢绞线。

如图4所示，图为在一般区段处，金属管道与预埋件沿盾构隧道纵向的固定结构。

如图5所示，在每组体外预应力固定件中，对于非首尾位置的金属管道，相邻两个金属管道在同一隧道管环管片的中线位置处通过中间管道接头实现预应力钢绞线和金属管道的固定，中间管道接头包括浇筑在管片内并且通过锚栓实现固定的预埋钢板以及固定在预埋钢板上且分别通过锚板和夹片与相邻金属管道的预应力钢绞线进行锚固的垫板；

预埋钢板为一整块预埋钢板，该预埋钢板两端分别与相邻金属管道焊接或通过螺栓固接，垫板呈封闭的方形，且与预埋钢板垂直设置，锚板和夹片分别安装在方形垫板内壁上，实现相邻两个金属管道的预应力构建和固定。

如图6所示，在每组体外预应力固定件中，对于首尾位置的金属管道，金属管道首端或尾端通过端部管道接头固定在隧道管环管片上，端部管道接头包括浇筑在管片内并且通过锚栓实现固定的预埋钢板以及固定在预埋钢板上且分别通过锚板和夹片与金属管道的预应力钢绞线进行锚固的垫板，垫板呈u型，锚板和夹片分别安装在u型垫板内壁上，实现首端或尾端金属管道的预应力构建和固定，端部管道接头的安装位置为超出隧道管环管片的中线位置的远端侧。

为实现该小曲率半径盾构隧道管片纵向非对称体外预应力结构，本发明给出了对应的构造方法，该构造方法适用于减小盾构隧道小曲率半径段因施工荷载和水土压力分布的不均衡可能导致的管片环向接头张开渗漏等病害发生的风险，包括以下步骤：

1)针对小曲率半径区段，研究隧道施工和运营过程中的不平衡力，确定需要施加的预应力的大小；

2)根据预应力大小及管片构造，确定管片预埋件及其布置、金属管道、预应力钢绞线、垫板及锚具设计；

3)预制预埋件，在管片钢筋绑扎过程中，定位预埋件并浇筑在管片中，采用锚栓和钢板构成基本预埋件，不会对隧道管片结构本体造成损伤；

4)进行隧道施工，拼装管片，在拼装完成的管片上，采用焊接或螺栓连接定位金属管道和垫板，金属管道与预埋钢板焊接或螺栓连接，预应力钢绞线穿过金属管道并施加预应力后采用锚具固定；

5)根据施工进程，分组、分段施工钢绞线，施加预应力并采用锚具进行锚固，根据计算结果及施工工艺，进行金属管道和垫板的定位与焊接或螺栓连接，钢绞线预应力的施加，可分组、分段进行；

6)可根据施工阶段和运营阶段隧道不平衡力大小的不同调整所施加的预应力。