一种盾构隧道管片纵缝接头.pdf

本发明提出了一种盾构隧道管片纵缝接头，包括管片本体、处于该管片本体中的纵缝连接孔、与纵缝连接孔匹配的纵缝连接件、位于纵缝连接孔处的纵缝连接孔防水密封垫槽、设置在所述管片本体的纵缝端偏内侧的纵缝防水密封垫槽、分别与纵缝连接孔防水密封垫槽和纵缝防水密封垫槽形状匹配的纵缝连接孔防水密封垫和纵缝防水密封垫。管片本体为位于所在管片上靠近所在纵缝一端的管片实体；在连接处纵缝连接孔的中心到管片本体外侧的距离小于到管片本体内侧的距离；纵缝防水密封垫槽到管片本体内侧的距离小于到管片本体外侧的距离。本发明加工简单，基本不增加工程成本；而应用于盾构隧道管片环外张受力的位置时，其接头抗弯刚度和防水能力均得到了极大的提高。

1.  一种盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：包括管片本体、处于所述管片本体中的纵 缝连接孔、与所述纵缝连接孔匹配的纵缝连接件、位于所述纵缝连接孔处的纵缝连接孔防水密 封垫槽、设置在所述管片本体的纵缝端偏内侧的纵缝防水密封垫槽、分别与所述纵缝连接孔防 水密封垫槽和所述纵缝防水密封垫槽形状匹配的纵缝连接孔防水密封垫和纵缝防水密封垫；
所述管片本体为位于所在管片上靠近所在纵缝一端的管片实体；所述纵缝连接孔在连接处 的中心到所述管片本体外侧的距离小于到所述管片本体内侧的距离；所述纵缝防水密封垫槽到 所述管片本体内侧的距离小于到所述管片本体外侧的距离。

2.  根据权利要求1所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接孔为纵缝 连接螺栓孔；所述纵缝连接件为纵缝连接螺栓；所述纵缝连接孔防水密封垫槽为纵缝连接螺栓 孔防水密封垫槽；所述纵缝连接孔防水密封垫为纵缝连接螺栓孔防水密封垫。

3.  根据权利要求1所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接孔在连接 处的中心到所述管片本体外侧的距离为所述管片本体厚度的2/7-3/7倍。

4.  根据权利要求1所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝防水密封垫槽 的中心到所述管片本体内侧的距离为50-70mm，宽度为30-45mm，深度为7-15mm。

5.  根据权利要求2所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓孔为 曲螺栓孔，所述纵缝连接螺栓为曲螺栓；所述曲螺栓孔为圆弧形，所述曲螺栓孔的中心轴的圆 弧的半径为所在管片的厚度的0.9-1.3倍。

6.  根据权利要求2所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓孔为 直螺栓孔，所述纵缝连接螺栓为直螺栓。

7.  根据权利要求2所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓为采 用防腐工艺处理的螺栓，以抵抗地层中腐蚀成分的侵蚀。

8.  根据权利要求7所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓中被 防腐处理的部分在所述纵缝连接螺栓的长度方向上两端超出所述纵缝连接孔防水密封垫两端 各10-15mm。

9.  根据权利要求7所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：整个所述纵缝连接螺栓 均被进行防腐工艺处理。

10.  根据权利要求2所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓孔防 水密封垫槽为圆台状，设置于所述纵缝连接螺栓孔端部。

11.  根据权利要求10所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述圆台的上底直径 为所述纵缝连接螺栓孔的直径的2.4-3倍，下底直径为所述纵缝连接螺栓孔的直径的3.4-4.5 倍，所述圆台高度为所述纵缝连接螺栓孔的直径的2.5-3倍。

12.  根据权利要求1所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述盾构隧道管片纵缝 接头还在环缝侧包括从所在管片的外侧向内侧的方向依次设置的环缝外侧防水密封垫槽、环缝 内外侧防水密封垫槽过渡段和环缝内侧防水密封垫槽；所述环缝外侧防水密封垫槽、所述环缝 内外侧防水密封垫槽过渡段、所述环缝内侧防水密封垫槽和所述纵缝防水密封垫槽依次连接构 成连续槽。

13.  根据权利要求12所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述环缝外侧防水密 封垫槽、所述环缝内外侧防水密封垫槽过渡段和所述环缝内侧防水密封垫槽的宽度与深度与所 述纵缝防水密封垫相同。

14.  根据权利要求12所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述环缝外侧防水密 封垫槽的中心到所述管片本体外侧的距离为50-70mm。

15.  根据权利要求12所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述环缝内外侧防水 密封垫槽过渡段与所述内侧防水密封垫槽和所述外侧防水密封垫槽的连接处切线的夹角为直 角或钝角。

16.  根据权利要求2所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓孔防 水密封垫与所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽均为圆台形。

17.  根据权利要求16所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓孔 防水密封垫的上、下直径比所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽的上、下直径大5-8mm，所述 纵缝连接螺栓孔防水密封垫的高度比所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽的深度大15-20mm。

18.  根据权利要求2所述的盾构隧道管片纵缝接头，其特征在于：所述纵缝连接螺栓孔防 水密封垫中设有与所述纵缝连接螺栓匹配的圆孔，所述圆孔的直径比所述纵缝连接螺栓的直径 大1-1.5mm。

一种盾构隧道管片纵缝接头
技术领域
本发明属于盾构隧道技术领域，涉及一种接头，尤其是管片纵缝接头。
背景技术
盾构隧道在地层荷载作用下，因竖向土压力要大于侧向水平土压力，因此管片环在两侧 一定范围内在弯矩作用下导致管片环外侧受拉，因此，管片纵缝接头在该位置呈现外张。现 有管片纵缝接头的连接螺栓通常设置为偏向内侧，而采用单道防水密封垫时该防水密封垫通 常设置为偏向外侧，如图1a所示(其中1为该单道防水密封垫)，因此导致管片纵缝接头刚 度小，且外张时极易导致设置于外侧的防水密封垫因管片纵缝接头外张而防水失效，如图1b 所示(其中2表示外张接头的防水失效)，而管片内侧的止水条在防水能力上是非常有限的。
现有的盾构隧道在特殊情况下，采用了双道管片防水密封垫设计，如图1c所示，即分别 设置于管片接缝的内侧与外侧，其中3为外侧防水密封垫，4为内侧防水密封垫。但在管片 接头承受弯矩时，在接头张开一侧的防水密封垫与单道防水密封垫时一样薄弱，即在水压作 用下接头张开一侧的防水密封垫仍极易发生防水失效。而对于单环管片，在地层荷载作用下， 既有因承受弯矩而发生外侧张开的接头(本申请也称其为外张接头)，也有因承受弯矩而发生 内侧张开的接头(本申请也称其为内张接头)，因此，当结构变形达到一定程度时，外张接头 的外侧防水失效，隧道外侧的地层水透过外张接头的外侧防水密封垫进入管片纵缝的内外侧 防水密封垫之间，再经过管片环缝并透过纵缝内张接头的防水密封垫进入隧道内侧，如图1d 所示。图1d中，5表示外张接头的外侧防水密封垫防水失效，6表示纵向螺栓孔渗漏水，7 表示内张接头的内侧防水密封垫防水失效。此外，由于纵向螺栓孔的防水能力非常有限，环 缝中的渗漏水可能渗入纵向螺栓孔内，造成螺栓的腐蚀及损坏。由此可见，采用双道防水密 封垫时，仍难以避免管片张开侧防水密封垫这道“短板”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刚度大、防水能力强的盾构隧道管片纵缝接头。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种盾构隧道管片纵缝接头，包括管片本体、处于所述管片本体中的纵缝连接孔、与所 述纵缝连接孔匹配的纵缝连接件、位于所述纵缝连接孔处的纵缝连接孔防水密封垫槽、设置 在所述管片本体的纵缝端偏内侧的纵缝防水密封垫槽、分别与所述纵缝连接孔防水密封垫槽 和所述纵缝防水密封垫槽形状匹配的纵缝连接孔防水密封垫和纵缝防水密封垫；所述管片本 体为位于所在管片上靠近所在纵缝一端的管片实体；所述纵缝连接孔在连接处的中心到所述 管片本体外侧的距离小于到所述管片本体内侧的距离；所述纵缝防水密封垫槽到所述管片本 体内侧的距离小于到所述管片本体外侧的距离。
所述纵缝连接孔为纵缝连接螺栓孔；所述纵缝连接件为纵缝连接螺栓；所述纵缝连接孔 防水密封垫槽为纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽；所述纵缝连接孔防水密封垫为纵缝连接螺栓 孔防水密封垫。
所述纵缝连接孔在连接处的中心到所述管片本体外侧的距离为所述管片本体厚度的2/7- 3/7倍。
所述纵缝防水密封垫槽的中心到所述管片本体内侧的距离为50-70mm，宽度为30- 45mm，深度为7-15mm。
所述纵缝连接螺栓孔为曲螺栓孔，所述纵缝连接螺栓为曲螺栓；所述曲螺栓孔为圆弧形， 所述曲螺栓孔的中心轴的圆弧的半径为所在管片的厚度的0.9-1.3倍。
或者，所述纵缝连接螺栓孔为直螺栓孔，所述纵缝连接螺栓为直螺栓。
所述纵缝连接螺栓为采用防腐工艺处理的螺栓，以抵抗地层中腐蚀成分的侵蚀。
所述纵缝连接螺栓中被防腐处理的部分在所述纵缝连接螺栓的长度方向上两端超出所述 纵缝连接孔防水密封垫两端各10-15mm。
整个所述纵缝连接螺栓均被进行防腐工艺处理。
所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽为圆台状，设置于所述纵缝连接螺栓孔端部。
所述圆台的上底直径为所述纵缝连接螺栓孔的直径的2.4-3倍，下底直径为所述纵缝连 接螺栓孔的直径的3.4-4.5倍，所述圆台高度为所述纵缝连接螺栓孔的直径的2.5-3倍。
所述盾构隧道管片纵缝接头还在环缝侧包括从所在管片的外侧向内侧的方向依次设置的 环缝外侧防水密封垫槽、环缝内外侧防水密封垫槽过渡段和环缝内侧防水密封垫槽；所述环 缝外侧防水密封垫槽、所述环缝内外侧防水密封垫槽过渡段、所述环缝内侧防水密封垫槽和 所述纵缝防水密封垫槽依次连接构成连续槽。
所述环缝外侧防水密封垫槽、所述环缝内外侧防水密封垫槽过渡段和所述环缝内侧防水 密封垫槽的宽度与深度与所述纵缝防水密封垫相同。
所述环缝外侧防水密封垫槽的中心到所述管片本体外侧的距离为50-70mm。
所述环缝内外侧防水密封垫槽过渡段与所述内侧防水密封垫槽和所述外侧防水密封垫槽 的连接处切线的夹角为直角或钝角。
所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫与所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽均为圆台形。
所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫的上、下直径比所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽的上、 下直径大5-8mm，所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫的高度比所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫 槽的深度大15-20mm。
所述纵缝连接螺栓孔防水密封垫中设有与所述纵缝连接螺栓匹配的圆孔，所述圆孔的直 径比所述纵缝连接螺栓的直径大1-1.5mm。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明盾构隧道管片纵缝接头相比现有纵缝 接头，仅根据受力状态从结构上进行了优化，加工简单且基本不增加工程成本；而应用于外 张受力的位置时，其接头抗弯刚度和防水能力均得到了极大的提高，其防水效果比双道防水 圈更优。
附图说明
图1a是现有技术中包含单道防水密封垫的管片接头的断面示意图；
图1b是现有技术中包含单道防水密封垫的管片接头的防水失效示意图；
图1c是现有技术中包含双道防水密封垫的管片接头的断面示意图；
图1d是现有技术中包含双道防水密封垫的管片接头的防水失效示意图；
图2是现有技术中管片纵缝内张接头的纵缝侧视图；
图3是本发明实施例中管片纵缝外张接头的纵缝侧视图；
图4是一端为本发明实施例的管片纵缝外张接头，一端为现有技术的管片纵缝内张接头的管片 的环缝侧视图；
图5是两端均为本发明实施例的管片纵缝外装接头的管片的环缝侧视图；
图6是本发明实施例中管片纵缝外张接头连接后的环缝侧视图。
附图中：1、单道防水密封垫；2、外张接头的防水失效；3、外侧防水密封垫；4、内侧防水 密封垫；5、外张接头的外侧防水密封垫失效；6、纵向螺栓孔渗漏水；7、内张接头的内侧防 水密封垫失效；8、管片本体；9、纵缝防水密封垫槽；10、纵缝连接螺栓孔；11、纵缝防水 密封垫槽；12、纵缝连接螺栓孔；13、纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽；14、环缝连接螺栓孔； 15、纵缝连接螺栓；16、环缝外侧防水密封垫槽；17、环缝内外侧防水密封垫槽过渡段；18、 环缝内侧防水密封垫槽；19、管片防水密封垫；20、纵缝连接螺栓孔防水密封垫；21、管片 防水密封垫。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提出了一种适用于外张受力状态的盾构隧道管片纵缝接头结构，根据其所适应的 受力状态，在本申请中也将其称为管片纵缝外张接头结构。
现有技术中管片纵缝接头均较为适用于内张受力的位置，图2是现有技术中管片纵缝内张 接头的纵缝侧视图，从中可以看出其纵缝连接螺栓孔10偏内侧(图2和图3中，下侧为管片的 内侧，上侧为管片的外侧，下侧较上侧更靠近所在管片环的圆心)，纵缝防水密封垫槽9偏外 侧，其中8为该纵缝内张接头的管片本体。图3是本实施例的管片纵缝外张接头的纵缝侧视图， 该管片纵缝外张接头包括管片本体8、纵缝防水密封垫槽11、纵缝连接螺栓孔12和纵缝连接螺 栓孔防水密封垫槽13。其中，管片本体8为所在管片上处于该纵缝一端的管片实体。纵缝连接 螺栓孔12用于连接相同环上相邻的两个管片，因此纵缝连接螺栓孔12和纵缝连接螺栓孔防水 密封垫槽13在连接处的轴心切线方向为从该管片到同一管片环上相邻管片的方向。
在该纵缝外张接头中，纵缝连接螺栓孔12比内张接头中的纵缝连接螺栓孔10更为偏向管 片本体8的外侧，从而纵缝连接螺栓孔12在纵缝连接处(即所在管片与相同环上相邻管片在该 螺栓孔13所在的纵缝侧的连接处)的中心到管片本体8外侧的距离小于其到管片本体8内侧的 距离，该距离可以为管片本体8厚度的2/7-3/7倍。本实施例中，该纵缝连接螺栓孔12为曲螺 栓孔，该曲螺栓孔为圆弧形，所述曲螺栓孔的中心轴的圆弧的半径为所在管片的厚度的0.9- 1.3倍。该纵缝连接螺栓孔12的孔径与按照现有技术在所在位置设置的一般纵缝内张接头螺栓 孔10的孔径相同。在本发明中，该纵缝连接螺栓孔12还可以设置为直螺栓孔。
该管片纵缝外张接头还包括与该纵缝连接螺栓孔12匹配的纵缝连接螺栓15(从图中来 看，纵缝连接螺栓的编号应该是15)。由于该纵缝连接螺栓孔12较一般纵缝内张接头的纵 缝连接螺栓孔如10在管片本体8上外移，因此在圆弧半径相同的情况下，其弧长更长，从而 与之配合的纵缝连接螺栓15相对一般纵缝内张接头的纵缝连接螺栓也需要相对加长。该纵缝 连接螺栓15采用防腐工艺处理，以抵抗地层中腐蚀成分的侵蚀，这种防腐工艺处理包括例如 加厚该纵缝连接螺栓15。本实施例中，该纵缝连接螺栓中被防腐处理的部分在该纵缝连接螺 栓的长度方向超出纵缝连接孔防水密封垫两端各10-15mm。本发明中，也可以对整个纵缝连 接螺栓进行防腐工艺处理。
该管片纵缝外张接头中，较一般纵缝内张接头来说在纵缝连接螺栓孔12处增设了纵缝连 接螺栓孔防水密封垫槽13。该纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽13具体设置在纵缝连接螺栓孔12 的端部，呈圆台状。该圆台的上底直径约为纵缝连接螺栓孔12的直径的2.4-3倍，下底直径约 为纵缝连接螺栓孔12的直径的3.4-4.5倍，圆台高度为该纵缝连接螺栓孔12的直径的2.5-3倍。
对应于该纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽13，该管片纵缝外张接头还包括纵缝连接螺栓孔 防水密封垫20，该纵缝连接螺栓孔防水密封垫20与该纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽13的外形 匹配，从而管片拼装后该纵缝连接螺栓孔防水密封垫20因受压而达到螺栓孔防水的效果。本 实施例中，该纵缝连接螺栓孔防水密封垫20与纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽13均为圆台形。 该纵缝连接螺栓孔防水密封垫20的上、下直径分别比该纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽13的上、 下直径大5-8mm，该纵缝连接螺栓孔防水密封垫20的高度比该纵缝连接螺栓孔防水密封垫槽 13的深度大15-20mm。同时，该纵缝连接螺栓孔防水密封垫20中设有与上述纵缝连接螺栓匹 配的圆孔，该圆孔的直径比上述纵缝连接螺栓的直径大1-1.5mm。
该管片纵缝外张接头中，纵缝防水密封垫槽11设置于管片本体的纵缝端偏内侧，即较管 片本体在纵缝端的外侧来说更靠近在纵缝端的内侧，也较一般内张接头的纵缝防水密封垫槽9 更靠近内侧，从而该纵缝防水密封垫槽11与管片本体8的内侧的距离小于其与管片本体8的外 侧的距离。该纵缝防水密封垫槽11与管片本体8的内侧的距离为50-70mm，其宽度与深度与 内张接头中纵缝防水密封垫槽9的宽度和深度相同，本实施例中其宽度为30-45mm，深度为7 -15mm。此外，该管片纵缝外张接头还包括设置在该纵缝防水密封垫槽11中的纵缝防水密封 垫，该纵缝防水密封垫的形状与该纵缝防水密封垫槽11的外形匹配，具体截面可参考一般内 张接头中纵缝防水密封垫的截面形状。
图4是一端为该管片纵缝外张接头，一端为现有技术的管片纵缝内张接头的管片的环缝侧 视图；图5是两端均为该管片纵缝外装接头的管片的环缝侧视图。该盾构隧道管片纵缝接头还 在环缝侧包括从所在管片的外侧向内侧的方向依次设置的环缝外侧防水密封垫槽16、环缝内 外侧防水密封垫槽过渡段17和环缝内侧防水密封垫槽18。该环缝外侧防水密封垫槽16的中心 到管片本体8外侧的距离为50-70mm。该环缝内侧防水密封垫槽18与纵缝防水密封垫槽11处 于所在管片上相同的径向位置并无缝连接即为连续槽，该环缝内外侧防水密封垫槽过渡段17 则连通环缝外侧防水密封垫槽16和环缝内侧防水密封垫槽18；从而，环缝外侧防水密封垫槽 16、环缝内外侧防水密封垫槽过渡段17、环缝内侧防水密封垫槽18和纵缝防水密封垫槽18依 次连接构成连续槽，且该连续槽围绕所在管片一圈。在本发明中，该环缝内外侧防水密封垫 槽过渡段17与内、外侧防水密封垫段槽的连接处切线的夹角成直角或钝角。环缝外侧防水密 封垫槽16、环缝内外侧防水密封垫槽过渡段17及环缝内侧防水密封垫槽18的宽度和深度与外 张接头的纵缝防水密封垫槽11及内张接头的纵缝防水密封垫槽9相同。
图6是纵缝外张接头将两环向相邻管片连接后的示意图，其中清楚地表示出了纵缝连接螺 栓孔防水密封垫槽20、环缝连接螺栓孔14、纵缝连接螺栓15和管片防水密封垫21。该管片防 水密封垫21填充环缝外侧防水密封垫槽16、环缝内外侧防水密封垫槽过渡段17、环缝内侧防 水密封垫槽18、外张接头的纵缝防水密封垫槽11及内张接头纵缝防水密封垫槽9，其中填充纵 缝防水密封垫槽9、11的一段即为纵缝防水密封垫。在本发明中填充纵缝防水密封垫槽11的一 端为本发明的纵缝防水密封垫。管片防水密封垫21在整块管片四周形成一个封闭的圈，从而 达成防水的目的。
综上所述，本发明盾构隧道管片适用于外张的纵缝接头较现有适用于内张的纵缝接头仅 根据受力状态从结构上进行了优化，加工简单且基本不增加工程成本；而应用于外张受力的 位置时，其抗弯刚度和防水能力均得到了极大的提高，其防水效果甚至比双道防水圈更优。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉 本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应 用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技 术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范 围之内。