一种兼具快速接合装置和立体防水系统的拱圆盾构拱顶块的制作方法

1.本发明属于盾构隧道工程领域，特别涉及一种兼具快速接合装置和立体防水系统的拱圆盾构拱顶块。


背景技术：

2.随着城市轨道交通的快速发展及地下空间的不断开发利用，地下环境愈加复杂，因此，合理的布置隧道断面、节约地下空间、提高施工效率实有必要。近年来国内工程界研制并实施了多种异性盾构隧道断面形式，从地下空间利用率、施工效率上进行了较好的探究。但是，目前实施的异形盾构断面形式均存在其使用的局限性，针对多种不同地层、不同埋深缺乏其广泛的适用性。因此，基于目前地下工程建设需求，研究设计出一套结构受力合理、地层适用性强、空间利用率高及施工效率明显提升的盾构隧道断面形式，将具有重要的探索价值及推广意义。
3.双圆盾构衬砌形式是目前双线盾构衬砌结构型式中的一种。双圆盾构法拱顶位置倒三角型土体在盾构掘进过程中不稳定，极易坠落形成空腔，进而造成较大的地表沉降。因此，改善盾构隧道断面形式，来缓解盾壳的土拱效应、盾壳背土及地层扰动，从而减小沉降，同时满足快速安装及接缝临时止水需求是丞待解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种兼具快速接合装置和立体防水系统的拱圆盾构拱顶块，可满足拱顶块限位、避免拱顶块上浮及接缝临时止水的需求。拱圆盾构拱顶块的设置有效改善了盾壳的土拱效应、盾壳背土及地层扰动，从而减小沉降。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明提供了一种兼具快速接合装置和立体防水系统的拱圆盾构拱顶块，包括拱顶块本体、快速接合装置、立体防水系统；
7.所述拱顶块本体顶部呈单拱形，所述拱顶块本体底部呈与拱圆盾构隧道衬砌环顶部凹槽相匹配的下凸形，拱圆盾构隧道衬砌环断面呈横向“8”字形；所述拱顶块本体设置于拱圆盾构隧道衬砌环顶部凹槽上方，所述拱顶块本体与拱圆盾构隧道衬砌环组成的结构断面顶部呈微拱形；
8.所述快速接合装置包括t-u快速接头、定位销；拱圆盾构隧道衬砌环中与拱顶块本体相邻的衬砌环管片分块与所述拱顶块本体之间通过t-u快速接头连接；所述t-u 快速接头包括t型凸起构件、u型凹槽构件，t型凸起构件一端连接有螺纹锚筋，与t 型凸起构件连接的螺纹锚筋预埋于与拱顶块本体相邻的衬砌环管片分块内；u型凹槽构件背面连接有若干螺纹锚筋，与u型凹槽构件连接的螺纹锚筋预埋于所述拱顶块本体内；所述t型凸起构件与u型凹槽构件连接；纵向相邻的拱顶块本体之间通过定位销连接；
9.所述立体防水系统包括空心硅胶条,所述拱顶块本体上沿水平环向设置有空心硅胶条槽，所述空心硅胶条环向设置于所述空心硅胶条槽中。
10.作为优选，所述t型凸起构件呈点状设置于拱圆盾构隧道衬砌环中与拱顶块本体相邻的衬砌环管片分块外皮；所述u型凹槽构件呈条状设置于所述拱顶块本体左右两侧。
11.作为优选，拱圆盾构隧道衬砌环中与拱顶块本体相邻的衬砌环管片分块靠近拱顶块本体一侧外皮沿纵向设置有两个t型凸起构件。
12.作为优选，所述t型凸起构件为一个形似字母t的钢质构件，u型凹槽构件为截面形似字母u的钢质条形槽道。
13.作为优选，所述拱顶块本体纵向前、后端分别对应设置有定位销槽，所述定位销为两头呈锥形的钢制构件，所述定位销槽与定位销的销头形状相匹配，所述定位销设置于相邻的两个定位销槽中。
14.作为优选，纵向相邻的拱顶块本体之间通过三个定位销连接。
15.作为优选，所述拱顶块本体上沿水平环向设置有两圈空心硅胶条槽。
16.作为优选，所述空心硅胶条断面呈凹月形，且所述空心硅胶条不凸出于空心硅胶条槽。
17.作为优选，通过向空心硅胶条内注入惰性气体或惰性浆液，使空心硅胶条断面在注入压力作用下膨胀呈凸月形，从而在接缝处形成足以抵挡外部水压的表面压力，以满足临时止水的需求。
18.作为优选，所述空心硅胶条通过氯丁胶固定于拱顶块本体预留的空心硅胶条槽中。
19.本发明具有如下有益效果：
20.拱圆盾构隧道断面形式属于独创性新型盾构隧道断面形式，隧道断面整体形状由两个半圆和顶部微拱组成，从结构整体受力上与传统圆形断面类似，内力表现较好，地层埋深适用性较强，同时，增加顶部凹槽处拱顶块的设置，使得盾壳顶部呈现拱形结构，从而有效缓解了盾壳顶部背土扰动土体的问题，并使刀盘布置也更趋于合理，集合了地下结构最具合理的两种结构形式，即拱形和圆形组合断面，称之为拱圆盾构隧道断面。
21.本发明所提供的一种兼具快速接合装置和立体防水系统的拱圆盾构拱顶块，通过拱圆盾构拱顶块的设置，有效改善了盾壳的土拱效应、盾壳背土及地层扰动，从而减小沉降。拱顶块与管片间的快速结合装置有效防止了拱顶块的错位、上浮，其防水系统满足了盾构施工期间，避免拱顶块与相邻衬砌环管片分块接缝处渗水到盾壳内的风险。拱顶块本体结构形式、快速结合装置和立体防水系统可适用于富水地层及其他多种地层，有效降低了盾构施工对周边环境的影响，具有广泛的地层适用性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例。
23.图1为本发明实施例拱圆盾构拱顶块位置关系立面示意图；
24.图2为本发明实施例拱圆盾构拱顶块结构立面示意图；
25.图3为本发明实施例中t-u快速接头示意图；
26.图4为本发明实施例拱圆盾构拱顶块结构1-1剖面示意图；
27.图5为图2的a视图；
28.图6为本发明实施例中空心硅胶条膨胀前状态图；
29.图7为本发明实施例中空心硅胶条膨胀后状态图。
30.附图标记说明：
31.1.拱顶块本体；2.拱圆盾构隧道衬砌环；21.衬砌环管片分块一；22.衬砌环管片分块二；3.空心硅胶条；4.定位销槽；5.定位销；6.螺纹锚筋；7.u型凹槽构件； 8.t型凸起构件。
具体实施方式
32.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
33.本实施例提供了一种兼具快速接合装置和立体防水系统的拱圆盾构拱顶块，如图1至图7所示，包括拱顶块本体1、快速接合装置、立体防水系统；拱顶块本体1用于拱圆盾构隧道断面顶部凹槽内的填充，快速接合装置用来实现拱顶块本体1之间、拱顶块本体1与相邻衬砌环管片分块之间的连接，立体防水系统用来实现拱顶块本体 1之间、拱顶块本体1与相邻衬砌环管片外皮之间接缝处的止水。
34.所述拱顶块本体1顶部呈单拱形，所述拱顶块本体1底部呈与拱圆盾构隧道衬砌环2顶部凹槽相匹配的下凸形；所述拱顶块本体1设置于拱圆盾构隧道衬砌环2顶部凹槽上方，拱圆盾构隧道衬砌环2断面呈横向“8”字形，所述拱顶块本体1与拱圆盾构隧道衬砌环2组成的结构断面顶部呈微拱形。拱圆盾构隧道衬砌环2与拱顶块本体1的组合实现拱圆盾构断面的基本特点：隧道断面顶部呈单微拱形状，两侧及底部呈两个半圆形状，从而将盾构机整体断面形式优化为拱圆形状，以更好的适应不同地层内的掘进。拱顶块的设置可有效改善盾壳顶部的土拱效应，降低盾壳对地层的扰动，减小沉降。
35.所述快速接合装置包括t-u快速接头、定位销5，快速结合装置是为防止拱顶块填充后位置固定及防止上浮所用；拱圆盾构隧道衬砌环2中与拱顶块本体1相邻的衬砌环管片分块(衬砌环管片分块一21、衬砌环管片分块二22)与所述拱顶块本体1之间通过t-u快速接头连接；所述t-u快速接头包括t型凸起构件8、u型凹槽构件7，t型凸起构件8一端连接有螺纹锚筋6，与t型凸起构件8连接的螺纹锚筋6预埋于与拱顶块本体1相邻的衬砌环管片分块内；u型凹槽构件7背面焊接有若干螺纹锚筋6，与u型凹槽构件7连接的螺纹锚筋6预埋于所述拱顶块本体1内；所述t型凸起构件8件与u型凹槽构件7连接；所述t型凸起构件8呈点状设置于与拱顶块本体1相邻的衬砌环管片分块(衬砌环管片分块一21、衬砌环管片分块二22)外皮，衬砌环管片分块一21、衬砌环管片分块二22靠近拱顶块本体1一侧外皮沿纵向设置有两个t型凸起构件8；所述 u型凹槽构件7呈条状设置于所述拱顶块本体1左右两侧。所述t型凸起构件8为一个形似字母t的钢质构件，u型凹槽构件7为截面形似字母u的钢质条形槽道。快速接合装置起到纵向及竖向限位作用，有效防止拱顶块的错位及上浮。
36.纵向相邻的拱顶块本体1之间通过定位销5连接,通过设置纵向定位销5实现纵向限位连接；所述拱顶块本体1纵向前、后端分别对应设置有定位销槽4，所述定位销5 为两头呈锥形的钢制构件，所述定位销槽4与定位销5的销头形状相匹配，所述定位销5设置于相邻的两个定位销槽4(相邻的两个定位销槽4为靠前的拱顶块本体1后端设置的定位销槽4和靠后的拱顶块本体1前端设置的定位销槽4)中。纵向相邻的拱顶块本体1之间通过三个定位销
5连接。管片拼装前，将定位销5后部固定在拱顶块本体 1前端定位销槽4内，然后沿纵向将该定位销5前部插入到已拼装拱顶块本体1后端的定位销槽4内，实现纵向限位连接。
37.立体防水系统是为防止盾构掘进过程中外部土体中的水通过拱顶块与拱圆盾构隧道衬砌环2断面之间的接缝流入盾体内。所述立体防水系统包括空心硅胶条3,所述拱顶块本体1上沿水平环向设置有空心硅胶条槽，所述空心硅胶条3环向设置于所述空心硅胶条槽中，空心硅胶条3环向兜圈设置，阻断接缝渗水路径。所述空心硅胶条 3通过氯丁胶固定于拱顶块本体1预留的空心硅胶条槽中。所述拱顶块本体1上沿水平环向设置有两圈空心硅胶条槽。所述空心硅胶条3断面呈凹月形，且所述空心硅胶条 3不凸出于空心硅胶条槽。通过向空心硅胶条3内注入惰性气体或惰性浆液，使空心硅胶条3断面在注入压力作用下膨胀呈凸月形，从而在接缝处形成足以抵挡外部水压的表面压力，以满足临时止水的需求。
38.拱圆盾构隧道断面整体上分为两半圆形衬砌环和拱顶块组成，主要受力构件为两个半圆组成的呈横向“8”字形断面的拱圆盾构隧道衬砌环2，拱圆盾构拱顶块仅作为拱圆盾构隧道衬砌环2顶部凹槽内的填充所用，不参与受力。
39.拱顶块本体1为预制结构，采用定制钢模在工厂预制而成，考虑其拼装需求，应尽可能降低拱顶块本体1的重量，拱顶块本体1可采用轻骨料混凝土或泡沫混凝土预制而成。拱顶块本体1预制生产时，需在拱顶块本体1对应位置预留两圈空心硅胶条槽，要求空心硅胶条槽沿水平环向兜圈设置。拱顶块本体1预制生产时，需在拱顶块本体1对应位置预留定位销槽4，前后端面分别设置三处定位销槽4，以满足拱顶块本体1纵向连接需求。拱顶块本体1预制生产时，拱顶块本体1两侧各设置一道u型凹槽构件7，u型凹槽构件7背面连接的若干螺纹锚筋6预埋在拱顶块本体1中。
40.拱圆盾构隧道衬砌环2各衬砌环管片分块均为预制构件，拱圆盾构隧道衬砌环2 中与拱顶块本体1相邻的衬砌环管片分块(衬砌环管片分块一21、衬砌环管片分块二 22)预制生产时，应在对应位置预埋构件t型凸起构件8，衬砌环管片分块一1、衬砌环管片分块二2沿纵向分别设置两处与u型凹槽构件7配合的t型凸起构件8。
41.拱圆盾构隧道衬砌环2各衬砌环管片分块及拱顶块本体1预制生产满足各项技术要求后，运至现场安装，拱顶块本体1安装前，将空心硅胶条3采用氯丁胶等胶结材料将空心硅胶条3嵌在拱顶块预留空心硅胶条槽内，未充气或浆液前，空心硅胶条3 断面呈“凹月形”，不凸出空心硅胶条槽，以保护空心硅胶条3避免在管片纵向插入时破坏。
42.拱顶块本体1安装前，将定位销5固定在前端面定位销槽4内，然后沿纵向将后拼拱顶块本体1前置的定位销5插入到已拼装拱顶块本体1后端的定位销槽4内，与此同时，拱顶块本体1的u型凹槽构件7沿纵向套在衬砌环管片分块一21、衬砌环管片分块二22上的t型凸起构件8上，从而实现环、纵向快速连接，满足拱顶块的限位固定。
43.待拱顶块安装并连接固定后、管片推出盾尾前，在盾壳内通过向空心硅胶条3内注入惰性气体或惰性浆液，使空心硅胶条3在注入压力作用下膨胀形成“凸月形”，膨胀后的空心硅胶条在接缝处形成足以抵挡外部水压的表面压力，以达到临时止水的需求。
44.用于拱圆盾构隧道断面拱顶块本体结构、快速结合装置及立体防水系统，在形式和细节上对本发明进行的局部改变，并不偏离本发明权利要求书所限定的范围。不限于本专利所举例证，基于本专利理念所产生的类似结构形式、连接及防水做法均属于本专利权利范围。
45.以上通过实施例对本发明实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明实施例的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明实施例的实施范围。本发明实施例的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明实施例所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明实施例技术方案的启发下，在本发明实施例的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明实施例的专利涵盖保护范围之内。