管片接头及管片接头的连接方法技术领域
本发明涉及盾构技术领域，尤其涉及一种管片接头及管片接头的连接方法。
背景技术
目前，盾构法在城市地铁、市政管道、铁路、公路等隧道建设中广泛应用，具有高
效、安全、对周围环境影响小等优点，盾构法在煤矿斜井的掘进中也具有初步的应用。
现有技术中，盾构隧道一般采用装配式管片衬砌结构。安装时，首先利用环向螺栓
将预制管片连接成环，然后利用纵向螺栓将衬砌环纵向连接。对于一些煤矿斜井，其长度较
大，会穿过多个岩性、厚度、强度、含水量不同的地层。由于煤层开采引起地层的疏排水会导
致地层较大的不均匀沉降，这种螺栓连接的接头可适应的预制管片中环与环的连接缝处允
许两侧错开的距离较小，难以适应这种地层大变形的要求，容易引起应力集中和管片的破
损，严重影响斜井的稳定性。此外，即使使用其它形式的接头，例如无连接件接头、销插式接
头与插入式接头等，这些接头的柔性等力学特点与螺栓连接的接头差别不大，同样无法适
应地层大变形的状况。
因此，有必要解决上述技术问题。
发明内容
本发明提供一种管片接头及管片接头的连接方法，以解决现有技术中存在的问
题，提高盾构管片接头连接柔性，提高盾构管片接头的抗剪、抗拉、以及抗弯强度性能，可适
应较大的变形，保证盾构管片的完整性，提高斜井的稳定性。
本发明提供了一种管片接头，包括：第一管片，所述第一管片上开设有容纳槽，所
述容纳槽的槽底设置有弹性件，所述容纳槽内设置有挡块，所述挡块位于所述弹性件与所
述容纳槽的槽口之间，所述挡块上开设有对齐设置的连接孔和限位孔，所述连接孔的入口
位于所述挡块上朝向所述槽口的表面，所述连接孔的出口与所述限位孔的入口连通，所述
限位孔的出口位于所述挡块上背向所述槽口的表面，所述限位孔的内径沿远离所述连接孔
的出口的方向递增；压板、以及与所述压板旋转连接的多个限位杆，多个所述限位杆位于所
述压板的同一侧，所述压板背向所述限位杆的一侧抵接在所述弹性件上，多个所述限位杆
的末端均抵接在所述限位孔的内壁上，多个所述限位杆的末端限定出扣接孔，所述扣接孔
与所述限位孔对齐设置；第二管片，所述第二管片上连接有套杆，所述套杆的末端从所述连
接孔的入口依次穿过所述连接孔和所述限位孔后固定在所述扣接孔内。
如上所述的管片接头，优选地：多个所述限位杆的首端与所述压板铰接，多个所述
限位杆沿所述压板的边缘均匀分布。
如上所述的管片接头，优选地：所述管片接头还包括导向板，所述导向板设置在所
述弹性件与所述压板之间。
如上所述的管片接头，优选地：多个所述限位杆的轴面上均设置有第一螺纹，所述
套杆的轴面上设置有第二螺纹，所述第二螺纹与所述第一螺纹相螺接。
如上所述的管片接头，优选地：所述限位杆的末端是圆锥端，所述圆锥端的锥面抵
接在所述限位孔的内壁上。
如上所述的管片接头，优选地：所述第一管片与所述第二管片相抵接，所述套杆的
轴面上设置有第一凸起，所述第一凸起位于所述第一管片与所述第二管片的之间。
如上所述的管片接头，优选地：所述第一管片内设置有第一套筒，所述容纳槽开设
在所述第一套筒内，所述第二管片上设置有第二套筒，所述套杆设置在所述第二套筒内。
如上所述的管片接头，优选地：所述第二套筒的外侧筒面上设置有多个环状的第
二凸起。
本发明还提供了一种管片接头的连接方法，包括以下步骤：a.在第一管片内开设
有容纳槽，在所述容纳槽的槽底设置有弹性件，所述容纳槽内设置有挡块，所述挡块位于所
述弹性件与所述容纳槽的槽口之间，所述挡块上开设有对齐设置的连接孔和限位孔，所述
连接孔的入口位于所述挡块上朝向所述槽口的表面，所述连接孔的出口与所述限位孔的入
口连通，所述限位孔的出口位于所述挡块上背向所述槽口的表面，所述限位孔的内径沿远
离所述连接孔的出口的方向递增；b.将压板、以及与所述压板旋转连接的多个限位杆安装
在所述容纳槽内，多个所述限位杆位于所述压板的同一侧，所述压板背向所述限位杆的一
侧抵接在所述弹性件上，多个所述限位杆的末端均抵接在所述限位孔的内壁上，多个所述
限位杆的末端限定出扣接孔，所述扣接孔与所述限位孔对齐设置；c.将所述第一管片与第
二管片对接，所述第二管片上连接有套杆，使所述套杆的末端从所述连接孔的入口依次穿
过所述连接孔和所述限位孔后固定在所述扣接孔内。
如上所述的管片接头的连接方法，优选地：所述步骤b还包括：将多个所述限位杆
的首端与所述压板铰接，使多个所述限位杆沿所述压板的边缘均匀分布。
采用本发明提供的管片接头及管片接头的连接方法，可产生以下有益效果：通过
限位杆的末端对套杆末端的咬合作用，起到了连接第一管片和第二管片的作用，限位杆连
接在压板上，压板抵接在弹性件上，可使限位杆的末端在限位孔的内壁上进行旋转和滑移，
保证了第一管片和第二管片在受到拉伸、挤压、剪切旋转时足有足够的柔性以抵抗变形，保
护第一管片和第二管片免受损伤，提高了如隧道、煤矿斜井等支护系统的安全性。设置在弹
性件和压板之间的导向板使弹性件对压板施加的弹性力垂直于压板，保证了多个限位杆末
端均匀地抵接在限位孔的壁面上。
附图说明
下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优
点，其中:
图1为本发明优选实施例提供的管片接头的结构示意图。
图2为图1的分解图。
图3为本发明优选实施例提供的挡块的结构示意图。
图4为本发明优选实施例提供的压板与限位杆相连接的结构示意图。
图5为本发明优选实施例提供的连接有压板和限位杆的第一套筒的结构示意图。
图6为本发明优选实施例提供的连接有套杆的第二套筒的结构示意图。
图7为图6的剖视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表
示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图
中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1为本发明优选实施例提供的管片接头的结构示意图，图2为图1的分解图，图3
为本发明优选实施例提供的挡块的结构示意图。如图1至图3所示，本发明提供了一种管片
接头，包括第一管片1、压板32、限位杆33、以及第二管片2。
请同时参照图1和图3，所述第一管片1上开设有容纳槽11，所述容纳槽11的槽底设
置有弹性件12，所述容纳槽11内设置有挡块13，所述挡块13位于所述弹性件12与所述容纳
槽11的槽口之间，所述挡块13上开设有对齐设置的连接孔14和限位孔15，所述连接孔14的
入口位于所述挡块13上朝向所述槽口的表面；所述连接孔14的出口与所述限位孔15的入口
连通，所述限位孔15的出口位于所述挡块13上背向所述槽口的表面，所述限位孔15的内径
沿远离所述连接孔14出口的方向递增。压板32、以及与所述压板32旋转连接的多个限位杆
33，多个所述限位杆33位于所述压板32的同一侧，所述压板32背向所述限位杆33的一侧抵
接在所述弹性件12上，多个所述限位杆33的末端均抵接在所述限位孔15的内壁上(此处限
位杆33的首端连接在压板32上，限位杆33的末端是远离限位杆33首端的一端)，多个所述限
位杆33的末端限定出扣接孔31，所述扣接孔31与所述限位孔15对齐设置。所述第二管片2上
连接有套杆21，所述套杆21的末端从所述连接孔14的入口依次穿设过所述连接孔14和所述
限位孔15后固定在所述扣接孔31内。
作为一个优选的实施例，本发明提供的管片接头为插入式接头，压板32和限位杆
33设置在第一管片1的内部，并通过连接孔14与外界相通。在第一管片1和第二管片2相连接
时，第二管片2上连接的套杆21末端通过连接孔14的入口进入容纳槽11内，最终套杆21的末
端固定在限位杆33的末端限定出的扣接孔31内，通过套杆21的连接桥梁作用，实现了第一
管片1和第二管片2相对接的目的。此处的第一管片1和第二管片2均为盾构管片，第一管片1
和第二管片2既可以横向连接成环，也可以纵向连接成管，实现对隧道的支撑。限位杆33的
设置增加了第一管片1和第二管片2之间拉伸和旋转的灵活性，多个限位杆33的第二端在限
位孔15的孔壁挤压作用下向限位孔15的入口聚拢，增加了对套杆21的咬合作用力。
当第一管片1和第二管片2受到隧道或者煤矿斜井的轴向拉伸力时，套杆21的末端
在轴向有沿远离容纳槽11槽底的方向移动的倾向。当轴向拉伸力大于扣接孔31对套杆21末
端的紧固作用时，套杆21带动限位杆33的末端朝远离容纳槽11的槽底的方向移动，限位杆
33的末端在限位孔15的内壁上沿靠近连接孔14入口的方向滑移，以适应第一管片1和第二
管片2受到的轴向拉伸，其中弹性件12在受到拉伸时会变长，保证了限位杆33在套杆21轴向
上的滑移余量。同样地，当第一管片1和第二管片2受到挤压时，套杆21带动限位杆33反向移
动，以适应在轴向上的压缩要求。本发明提供的管片接头，保证了管片接头具有足够的抗拉
和抗压能力。
当第一管片1和第二管片2受到周向剪切时，套杆21在周向上有发生旋转的倾向。
此时，套杆21带动限位杆33的末端在限位孔15的内壁上发生旋转，压板32在限位杆33的末
端的带动下随之旋转，以适应第一管片1和第二管片2之间的旋转剪切作用，其中压板32可
相对于弹性件12发生旋转，保证了压板32具有充足的旋转余量。本发明提供的管片接头，保
证了管片接头具有足够的抗旋转剪切能力，实现了第一管片1和第二管片2之间的错动变
形。
本发明提供的管片接头，通过扣接孔31对套杆21末端的咬合作用，保证了第一管
片1和第二管片2在受到拉伸、挤压、剪切旋转时足有足够的柔性以抵抗变形，保护第一管片
1和第二管片2免受损伤，提高了如隧道、煤矿斜井等支护系统的安全性。
图4为本发明优选实施例提供的压板与限位杆相连接的结构示意图。
请同时参照图1至图4，优选地，多个所述限位杆33的首端与所述压板32铰接，多个
所述限位杆33沿所述压板32的边缘均匀分布。限位板33与压板32通过铰接连接，保证了限
位杆33在与压板32的连接处有旋转余量。多个限位杆33沿着压板32的边缘均匀分布，保证
了限位杆33末端抵接在限位孔15上时，形成抵接圆环，使限位杆33的末端限定出的扣接孔
31对套杆21末端具有均匀的卡接作用。其中，限位杆33的末端抵接在限位孔15的内壁上时，
限位杆33末端的延长线均通过限位孔15的圆心。限位杆33的数量可以是5-10个，优选8个，
以增加限位杆33末端限定出的扣接孔31与套杆21的接触面积，增加对套杆21的紧固作用。
优选地，所述管片接头还包括导向板34，所述导向板34设置在所述弹性件12与所
述压板32之间。由于弹性件12具有容易拉伸或压缩的特点，存在拉伸或压缩不均衡的问题，
设置的导向板34抵接在弹性件12中靠近压板32的一边，可以有效地平衡弹性件12的倾斜
度，将弹性件12的弹性力经过平衡处理后再传递给压板32，保证了多个限位杆33运动的平
稳性。进一步地增加了扣接孔31与套杆21的末端扣接的紧密度，提高了连接的稳定性。
进一步地，多个所述限位杆33的轴面上均设置有第一螺纹，所述套杆21的轴面上
设置有第二螺纹，所述第二螺纹与所述第一螺纹相螺接。第一螺纹和第二螺纹相螺接后，不
易发生相对滑移，增加了限位杆33和套杆21之间的摩擦作用，提高了套杆21与多个限位杆
33之间连接的稳定性，进一步地增加了套杆21的抗拉伸和抗剪切能力。
作为一个优选的实施例，所述限位杆33的末端是圆锥端，所述圆锥端的锥面抵接
在所述限位孔15的内壁上。圆锥母线的倾斜角度和连接孔14出口的倾斜角度可以设置成一
致的角度，以使圆锥端的锥面紧密贴合在连接孔14出口的内壁上，提高连接孔14的出口对
限位杆33的第二端的限位能力。限位杆33的第二端还可以设置成圆锥台状。
优选地，所述第一管片1与所述第二管片2相抵接，所述套杆21的轴面上设置有第
一凸起22，所述第一凸起22位于所述第一管片1与所述第二管片2的之间。第一管片1和第二
管片2的对接处是套杆21受到拉伸和剪切作用力最大的地方，设置的第一凸起22可以有效
地增加套杆21位于第一管片1和第二管片2之间的部位的强度，增加了套杆21的抗剪切和抗
拉伸的能力，在提高了管片接头的稳定性。需要指出的是，第一凸起22还可以抵接在所述连
接孔14的入口，以调整套杆21的末端延伸进扣接孔31内的长度。
图5为本发明优选实施例提供的压板和限位杆的结构示意图，图6为本发明优选实
施例提供的连接有套杆的第二套筒的结构示意图，图7为图6的剖视图。
请同时参照图1至图7，优选地，所述第一管片1内设置有第一套筒，所述容纳槽11
开设在所述第一套筒内，所述第二管片2上设置有第二套筒，所述套杆21设置在所述第二套
筒内。第一套筒和第二套筒的设置，可以简化管片接头的连接工艺。连接时，首先将压板32
和限位杆33设置在第一套筒内部，然后将第一套筒浇筑在第一管片1内部即实现了第一管
片1的接头制作。随后将套杆21固定的第二套筒内部，然后将第二套筒浇筑在第二管片2内，
最后将第一管片1和第二管片2相对接，使套杆21延伸进扣接孔31内，即实现了管片接头的
安装。
进一步地，所述第二套筒的外侧筒面上设置有多个环状的第二凸起。设置的第二
凸起可以有效地增加第二套筒的外侧壁面与混凝土之间的相互作用力，提高混凝土对第二
套筒的握紧力，保证了第二套筒在第二管片2内部的稳定性。
本发明还提供了一种管片接头的连接方法，包括以下步骤：a.在第一管片内开设
有容纳槽11，所述容纳槽11的槽底设置有弹性件12，所述容纳槽11内设置有挡块13，所述挡
块13位于所述弹性件12与所述容纳槽11的槽口之间，所述挡块13上开设有对齐设置的连接
孔14和限位孔15，所述连接孔14的入口位于所述挡块13上朝向所述槽口的表面；所述连接
孔14的出口与所述限位孔15的入口连通，所述限位孔15的出口位于所述挡块13上背向所述
槽口的表面，所述限位孔15的内径沿远离所述连接孔14出口的方向递增；b.将压板32、以及
与所述压板32旋转连接的多个限位杆33安装在所述容纳槽11内，多个所述限位杆33位于所
述压板32的同一侧，所述压板32背向所述限位杆33的一侧抵接在所述弹性件12上，多个所
述限位杆33的末端均抵接在所述限位孔15的内壁上，多个所述限位杆33的末端限定出扣接
孔31，所述扣接孔31与所述限位孔15对齐设置；c.将所述第一管片1与第二管片2对接，所述
第二管片2上连接有套杆21，使所述套杆21的末端从所述连接孔14的入口依次穿过所述连
接孔14和所述限位孔15后固定在所述扣接孔31内。
本发明提供的管片接头为插入式接头，压板32和限位杆33设置在第一管片1的内
部，并通过连接孔14与外界相连。在第一管片1和第二管片2相连接时，第二管片2上连接的
套杆21末端通过连接孔14的入口进入容纳槽11内，最终套杆21的末端固定在限位杆33的末
端限定出的扣接孔31内，通过套杆21的连接桥梁作用，实现了第一管片1和第二管片2相对
接目的。此处的第一管片1和第二管片2均为盾构管片，第一管片1和第二管片2既可以横向
连接成环，也可以纵向连接成管，实现对隧道的支撑。限位杆33的设置增加了第一管片1和
第二管片2之间拉伸和旋转的灵活性，多个限位杆33的第二端在连接孔14的出口的挤压作
用下向限位孔15的中心聚拢，增加了对套杆21的咬合作用力。
当第一管片1和第二管片2受到隧道或者煤矿斜井的轴向拉伸力时，套杆21的末端
在轴向有沿远离容纳槽11槽底的方向移动的倾向。当轴向拉伸力大于扣接孔31对套杆21末
端的紧固作用时，套杆21带动限位杆33的末端朝远离容纳槽11的槽底的方向移动，限位杆
33的末端在限位孔15的内壁上沿靠近连接孔14入口的方向滑移，以适应第一管片1和第二
管片2受到的轴向拉伸，其中弹性件12在受到拉伸时会变长，保证了限位杆33在套杆21轴向
上的滑移余量。同样地，当第一管片1和第二管片2受到挤压时，套杆21带动限位杆33反向移
动，以适应在轴向上的压缩要求。本发明提供的管片接头，保证了管片接头具有足够的抗拉
和抗压能力。
当第一管片1和第二管片2受到周向剪切时，套杆21在周向上有发生旋转的倾向。
此时，套杆21带动限位杆33的末端在限位孔15的内壁上发生旋转，压板32在限位杆33的末
端的带动下随之旋转，以适应第一管片1和第二管片2之间的旋转剪切作用，其中压板32可
相对于弹性件12发生旋转，保证了压板32具有充足的旋转余量。本发明提供的管片接头，保
证了管片接头具有足够的抗旋转剪切能力，实现了第一管片1和第二管片2之间的错动变
形。
本发明提供的管片接头的连接方法，通过扣接孔31对套杆21末端的咬合作用，保
证了第一管片1和第二管片2在受到拉伸、挤压、剪切旋转时足有足够的柔性以抵抗变形，保
护第一管片1和第二管片2免受损伤，提高了如隧道、煤矿斜井等支护系统的安全性。
较佳地，所述步骤b还包括：将多个所述限位杆33的首端与所述压板32铰接，使多
个所述限位杆33沿所述压板32的边缘均匀分布。限位板33与压板32通过铰接连接，保证了
限位杆33在与压板32的连接处有旋转余量。多个限位杆33沿着压板32的边缘均匀分布，保
证了限位杆33末端抵接在限位孔15上时，形成抵接圆环，使限位杆33的末端限定出的扣接
孔31对套杆21末端具有均匀的卡接作用。其中，限位杆33的末端抵接在限位孔15的内壁上
时，限位杆33末端的延长线均通过限位孔15的圆心。限位杆33的数量可以是5-10个，优选8
个。
本发明提供的管片接头及管片接头的连接方法，通过扣接孔31的第二端对套杆21
末端的咬合作用，保证了第一管片1和第二管片2在受到拉伸、挤压、剪切旋转时足有足够的
柔性以抵抗变形，保护第一管片1和第二管片2免受损伤，提高了如隧道、煤矿斜井等支护系
统的安全性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。