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申请/专利权人：宁波用躬科技有限公司

摘要：本发明公开了一种类矩形盾构隧道用管片结构及其施工方法，包括管片本体，管片本体的断面呈类矩形状，管片本体包括位于拱底圆弧段、拱顶圆弧段和两个拱腰圆弧段，特点是拱顶圆弧段上设置有第一体外预应力筋，第一体外预应力筋的两端分别安装在拱顶圆弧段的第一端和第二端，拱底圆弧段上设置有第二体外预应力筋，第二体外预应力筋的两端分别安装在拱底圆弧段的第一端和第二端。优点是通过在拱顶圆弧段和拱底圆弧段上分别设置体外预应力筋，预先在管片本体上施加预应力，用于抵消外部的水土压力、注浆压力等产生的正负弯矩，使得管片能够满足跨度大、刚度好的设计需求，操作简便迅速、施工作业时间短、便于加工，可大大缩短工期、降低工程造价。

主权项：1.一种类矩形盾构隧道用管片结构，包括管片本体，所述的管片本体的断面呈类矩形状，所述的管片本体包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段，两个所述的拱腰圆弧段的半径相等且均小于所述的拱底圆弧段的半径以及所述的拱顶圆弧段的半径，所述的拱底圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，其特征在于所述的拱顶圆弧段上设置有第一体外预应力筋，所述的第一体外预应力筋的两端分别安装在所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端，所述的拱底圆弧段上设置有第二体外预应力筋，所述的第二体外预应力筋的两端分别安装在所述的拱底圆弧段的第一端和第二端；未受载状态下，所述的第一体外预应力筋的中部向下凹陷，所述的第二体外预应力筋的中部向上凸起；所述的拱顶圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的第一体外楔形体，所述的第一体外楔形体上设置有左右贯通的第一安装孔，所述的第一体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱顶圆弧段的第一端，所述的第一体外预应力筋的另一端穿过所述的第一安装孔固定安装在所述的拱顶圆弧段的第二端；所述的拱底圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的第二体外楔形体，所述的第二体外楔形体上设置有左右贯通的第二安装孔，所述的第二体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱底圆弧段的第一端，所述的第二体外预应力筋的另一端穿过所述的第二安装孔固定安装在所述的拱底圆弧段的第二端。

全文数据：一种类矩形盾构隧道用管片结构及其施工方法技术领域本发明涉及隧道盾构技术领域，尤其是涉及一种类矩形盾构隧道用管片结构及其施工方法。背景技术随着我国地下盾构技术的不断发展，地下空间设计与施工趋于多元化与经济化，大跨度的盾构隧道已成为地下空间发展的一种设计趋势，特别是椭圆形（类矩形）大跨度地铁盾构区间在工程应用中具有良好的环境与经济效益。专利号为201511018839.9的中国发明专利公开了一种类矩形盾构隧道的管片结构，断面呈类矩形状，管片结构包括：位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段；两个拱腰圆弧段的半径相等，且均小于拱底圆弧段的半径以及拱顶圆弧段的半径；拱底圆弧段分别与两个拱腰圆弧段光滑相切连接，拱顶圆弧段分别与两个拱腰圆弧段光滑相切连接。上述结构应用在在较深或者跨度较大的隧道中，管片本身需要较大的刚度才能有效控制其变形，而为了使管片本身具备较大的刚度，通常采用的方案为提高管片厚度、增加管片配筋、增加中间立柱减小跨度、更换更高刚度的管片材料等，如此会导致经济成本的增加、设计的不合理，同时会增大施工的难度，使得施工周期较长。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、易于施工且刚度大、适于应用在较深或者跨度较大的隧道中使用的类矩形盾构隧道用管片结构。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种类矩形盾构隧道用管片结构，包括管片本体，所述的管片本体的断面呈类矩形状，所述的管片本体包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段，两个所述的拱腰圆弧段的半径相等且均小于所述的拱底圆弧段的半径以及所述的拱顶圆弧段的半径，所述的拱底圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，所述的拱顶圆弧段上设置有第一体外预应力筋，所述的第一体外预应力筋的两端分别安装在所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端，所述的拱底圆弧段上设置有第二体外预应力筋，所述的第二体外预应力筋的两端分别安装在所述的拱底圆弧段的第一端和第二端；未受载状态下，所述的第一体外预应力筋的中部向下凹陷，所述的第二体外预应力筋的中部向上凸起。所述的拱顶圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的第一体外楔形体，所述的第一体外楔形体上设置有左右贯通的第一安装孔，所述的第一体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱顶圆弧段的第一端，所述的第一体外预应力筋的另一端穿过所述的第一安装孔固定安装在所述的拱顶圆弧段的第二端。通过第一体外楔形体给第一体外预应力筋的中部位置提供一个稳定的安装定位，使得第一体外预应力筋形成一个左右对称的弯折直线形，形成张拉式，为管片整体提供较好的受力性能和刚度。所述的拱底圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的第二体外楔形体，所述的第二体外楔形体上设置有左右贯通的第二安装孔，所述的第二体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱底圆弧段的第一端，所述的第二体外预应力筋的另一端穿过所述的第二安装孔固定安装在所述的拱底圆弧段的第二端。通过第二体外楔形体给第二体外预应力筋的中部位置提供一个稳定的安装定位，使得第二体外预应力筋形成一个左右对称的弯折直线形，形成张拉式，为管片整体提供较好的受力性能和刚度。所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别设置有锚具槽，所述的锚具槽内设置有用于锚固所述的第一体外预应力筋的端头的锚具。通过锚具槽给锚具的安装提供一个安装空间，第一体外预应力筋的两个端头分别锚固安装在对应位置的锚具上，确保第一体外预应力筋的稳定安装，从而使其提供较为稳定的受力性能和刚度。所述的拱底圆弧段的第一端和第二端分别设置有锚具槽，所述的锚具槽内设置有用于锚固所述的第二体外预应力筋的端头的锚具。通过锚具槽给锚具的安装提供一个安装空间，第二体外预应力筋的两个端头分别锚固安装在对应位置的锚具上，确保第二体外预应力筋的稳定安装，从而使其提供较为稳定的受力性能和刚度。所述的拱腰圆弧段内设置有体内预应力筋，未受载状态下，所述的体内预应力筋呈与所述的拱腰圆弧段弧度相匹配的弧形结构。在拱腰圆弧段内设置体内预应力筋，使得整个管片的刚度和受力性能更好，通过该体内预应力筋的设置，与两个体外预应力筋相配合，可以抵消由于外部的水土压力、注浆压力等所产生的正负弯矩，使得管片的跨度能够更大，满足施工要求。所述的拱腰圆弧段内设置有一空心管，所述的空心管包括与所述的拱腰圆弧段弧度相配合的弧形段和呈镜像对称设置在所述的弧形段两端的内弯直线段，所述的体内预应力筋穿接设置在所述的空心管内，所述的体内预应力筋包括设置在所述的弧形段中的支承段和设置在所述的支承段两端的直线安装段，所述的支承段的形状与所述的弧形段的弧形相配合，所述的直线安装段设置在所述的内弯直线段内，且所述的直线安装段的端头伸出所述的内弯直线段分别固定安装在所述的拱腰圆弧段的两端。中间空心管的设置有利于预应力筋的快速准确穿束。所述的弧形段与所述的内弯直线段的连接处设置有转向板，所述的拱腰圆弧段的两端分别设置有锚具槽，所述的锚具槽内设置有用于锚固所述的直线安装段的锚具。转向板对空心管的转向起引导作用，同时对空心管的安装起支撑作用；通过锚具槽给锚具的安装提供一个安装空间，体内预应力筋的两个端头分别锚固安装在对应位置的锚具上，确保体内预应力筋的稳定安装，从而使其提供较为稳定的受力性能和刚度。所述的第一体外预应力筋、所述的第二体外预应力筋和所述的体内预应力筋为钢绞线。钢绞线，就是将几根钢丝绞合在一起而形成的一种材料，上述预应力筋均采用钢绞线使得其具有高强度、高韧性、松弛性能好等特性，同时在展开的时候比较挺直，使得其抗拉强度等级也较高。所述的拱底圆弧段、所述的拱顶圆弧段和所述的拱腰圆弧段均采用钢板结构。上述设计，使得整个管片本体为一个钢构管片，较传统的混凝土管片而言，钢构管片具有质量轻、加工方便等优点，在确保刚度的前提下，能够明显地缩短工期、降低成本。一种类矩形盾构隧道用管片结构的施工方法，包括如下步骤：（1）将拱顶圆弧段、拱底圆弧段和两个拱腰圆弧段拼接到一起形成断面呈类矩形状的管片本体；（2）在拱顶圆弧段上设置第一体外预应力筋，并将第一体外预应力筋的两端分别安装在拱顶圆弧段的两端，并保持第一体外预应力筋在为受载状态下其中部向下凹陷；（3）在拱底圆弧段上设置第二体外预应力筋，并将第二体外预应力筋的两端分别安装在拱底圆弧段的两端，并保持第二体外预应力筋在未受载状态下其中部向上凸起。与现有技术相比，本发明的优点在于：结构简单，通过在拱顶圆弧段和拱底圆弧段上分别设置体外预应力筋，预先在管片本体上施加预应力，用于抵消当管片安装到隧道中外部的水土压力、注浆压力等产生的正负弯矩，无需在管片内格外加工立柱结构，使得管片能够满足跨度大、刚度好的设计需求，同时操作简便迅速、施工作业时间短、便于加工，可大大缩短工期、降低工程造价，适于应用在较深或者跨度较大的隧道中使用。附图说明图1为本发明实施例一的剖视结构示意图；图2为本发明实施例二的剖视结构示意图；图3为图2中A处的放大结构示意图；图4为图2中B处的放大结构示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例一：如图1所示，一种类矩形盾构隧道用管片结构，包括管片本体1，管片本体1的断面呈类矩形状，管片本体1包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段11、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段12、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段13，两个拱腰圆弧段13的半径相等且均小于拱底圆弧段11的半径以及拱顶圆弧段12的半径，拱底圆弧段11的第一端和第二端分别与两个拱腰圆弧段13光滑相切连接，拱顶圆弧段12的第一端和第二端分别与两个拱腰圆弧段13光滑相切连接，拱顶圆弧段12上设置有第一体外预应力筋2，第一体外预应力筋2的两端分别安装在拱顶圆弧段12的第一端和第二端，拱底圆弧段11上设置有第二体外预应力筋3，第二体外预应力筋3的两端分别安装在拱底圆弧段11的第一端和第二端；未受载状态下，第一体外预应力筋2的中部向下凹陷，第二体外预应力筋3的中部向上凸起。在此具体实施例中，拱顶圆弧段12的内壁的中间位置上设置有一凸起的第一体外楔形体121，第一体外楔形体121上设置有左右贯通的第一安装孔1211，第一体外预应力筋2的一端固定安装在拱顶圆弧段12的第一端，第一体外预应力筋2的另一端穿过第一安装孔1211固定安装在拱顶圆弧段12的第二端。通过第一体外楔形体121给第一体外预应力筋2的中部位置提供一个稳定的安装定位，使得第一体外预应力筋2形成一个左右对称的弯折直线形，形成张拉式，为管片整体提供较好的受力性能和刚度。在此具体实施例中，拱底圆弧段11的内壁的中间位置上设置有一凸起的第二体外楔形体111，第二体外楔形体111上设置有左右贯通的第二安装孔1111，第二体外预应力筋3的一端固定安装在拱底圆弧段11的第一端，第二体外预应力筋3的另一端穿过第二安装孔1111固定安装在拱底圆弧段11的第二端。通过第二体外楔形体111给第二体外预应力筋3的中部位置提供一个稳定的安装定位，使得第二体外预应力筋3形成一个左右对称的弯折直线形，形成张拉式，为管片整体提供较好的受力性能和刚度。在此具体实施例中，拱顶圆弧段12的第一端和第二端分别设置有锚具槽4，锚具槽4内设置有用于锚固第一体外预应力筋2的端头的锚具41。通过锚具槽4给锚具41的安装提供一个安装空间，第一体外预应力筋2的两个端头分别锚固安装在对应位置的锚具41上，确保第一体外预应力筋2的稳定安装，从而使其提供较为稳定的受力性能和刚度。在此具体实施例中，拱底圆弧段11的第一端和第二端分别设置有锚具槽4，锚具槽4内设置有用于锚固第二体外预应力筋3的端头的锚具41。通过锚具槽4给锚具41的安装提供一个安装空间，第二体外预应力筋3的两个端头分别锚固安装在对应位置的锚具41上，确保第二体外预应力筋3的稳定安装，从而使其提供较为稳定的受力性能和刚度。在此具体实施例中，第一体外预应力筋2和第二体外预应力筋3为钢绞线。钢绞线，就是将几根钢丝绞合在一起而形成的一种材料，上述预应力筋均采用钢绞线使得其具有高强度、高韧性、松弛性能好等特性，同时在展开的时候比较挺直，使得其抗拉强度等级也较高。在此具体实施例中，拱底圆弧段11、拱顶圆弧段12和拱腰圆弧段13均采用钢板结构。上述设计，使得整个管片本体1为一个钢构管片，较传统的混凝土管片而言，钢构管片具有质量轻、加工方便等优点，在确保刚度的前提下，能够明显地缩短工期、降低成本。上述类矩形盾构隧道用管片结构的施工方法，包括如下步骤：（1）将拱顶圆弧段12、拱底圆弧段11和两个拱腰圆弧段13拼接到一起形成断面呈类矩形状的管片本体1；（2）在拱顶圆弧段12上设置第一体外预应力筋2，并将第一体外预应力筋2的两端分别安装在拱顶圆弧段12的两端，并保持第一体外预应力筋2在为受载状态下其中部向下凹陷；（3）在拱底圆弧段11上设置第二体外预应力筋3，并将第二体外预应力筋3的两端分别安装在拱底圆弧段11的两端，并保持第二体外预应力筋3在未受载状态下其中部向上凸起。实施例二：如图2至图4所示，其他部分与实施例一相同，其不同之处在于拱腰圆弧段13内设置有体内预应力筋5，未受载状态下，体内预应力筋5呈与拱腰圆弧段13弧度相匹配的弧形结构。在拱腰圆弧段13内设置体内预应力筋5，使得整个管片的刚度和受力性能更好，通过该体内预应力筋5的设置，与两个体外预应力筋相配合，可以抵消由于外部的水土压力、注浆压力等所产生的正负弯矩，使得管片的跨度能够更大，满足施工要求。在此具体实施例中，拱腰圆弧段13内设置有一空心管6，空心管6包括与拱腰圆弧段13弧度相配合的弧形段61和呈镜像对称设置在弧形段61两端的内弯直线段62，体内预应力筋5穿接设置在空心管6内，体内预应力筋5包括设置在弧形段61中的支承段51和设置在支承段51两端的直线安装段52，支承段51的形状与弧形段61的弧形相配合，直线安装段52设置在内弯直线段62内，且直线安装段52的端头伸出内弯直线段62分别固定安装在拱腰圆弧段13的两端。中间空心管6的设置有利于预应力筋的快速准确穿束。在此具体实施例中，弧形段61与内弯直线段62的连接处设置有转向板7，拱腰圆弧段13的两端分别设置有锚具槽4，锚具槽4内设置有用于锚固直线安装段52的锚具41。转向板7对空心管6的转向起引导作用，同时对空心管6的安装起支撑作用；通过锚具槽4给锚具41的安装提供一个安装空间，体内预应力筋5的两个端头分别锚固安装在对应位置的锚具41上，确保体内预应力筋5的稳定安装，从而使其提供较为稳定的受力性能和刚度。在此具体实施例中，体内预应力筋5为钢绞线。钢绞线，就是将几根钢丝绞合在一起而形成的一种材料，上述预应力筋均采用钢绞线使得其具有高强度、高韧性、松弛性能好等特性，同时在展开的时候比较挺直，使得其抗拉强度等级也较高。

权利要求：1.一种类矩形盾构隧道用管片结构，包括管片本体，所述的管片本体的断面呈类矩形状，所述的管片本体包括位于断面拱底位置的拱底圆弧段、位于断面拱顶位置的拱顶圆弧段、以及位于断面两侧拱腰位置的两个拱腰圆弧段，两个所述的拱腰圆弧段的半径相等且均小于所述的拱底圆弧段的半径以及所述的拱顶圆弧段的半径，所述的拱底圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别与两个所述的拱腰圆弧段光滑相切连接，其特征在于所述的拱顶圆弧段上设置有第一体外预应力筋，所述的第一体外预应力筋的两端分别安装在所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端，所述的拱底圆弧段上设置有第二体外预应力筋，所述的第二体外预应力筋的两端分别安装在所述的拱底圆弧段的第一端和第二端；未受载状态下，所述的第一体外预应力筋的中部向下凹陷，所述的第二体外预应力筋的中部向上凸起。2.如权利要求1所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱顶圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的第一体外楔形体，所述的第一体外楔形体上设置有左右贯通的第一安装孔，所述的第一体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱顶圆弧段的第一端，所述的第一体外预应力筋的另一端穿过所述的第一安装孔固定安装在所述的拱顶圆弧段的第二端。3.如权利要求1或2所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱底圆弧段的内壁的中间位置上设置有一凸起的第二体外楔形体，所述的第二体外楔形体上设置有左右贯通的第二安装孔，所述的第二体外预应力筋的一端固定安装在所述的拱底圆弧段的第一端，所述的第二体外预应力筋的另一端穿过所述的第二安装孔固定安装在所述的拱底圆弧段的第二端。4.如权利要求1所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱顶圆弧段的第一端和第二端分别设置有锚具槽，所述的锚具槽内设置有用于锚固所述的第一体外预应力筋的端头的锚具。5.如权利要求1所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱底圆弧段的第一端和第二端分别设置有锚具槽，所述的锚具槽内设置有用于锚固所述的第二体外预应力筋的端头的锚具。6.如权利要求1所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱腰圆弧段内设置有体内预应力筋，未受载状态下，所述的体内预应力筋呈与所述的拱腰圆弧段弧度相匹配的弧形结构。7.如权利要求6所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的拱腰圆弧段内设置有一空心管，所述的空心管包括与所述的拱腰圆弧段弧度相配合的弧形段和呈镜像对称设置在所述的弧形段两端的内弯直线段，所述的体内预应力筋穿接设置在所述的空心管内，所述的体内预应力筋包括设置在所述的弧形段中的支承段和设置在所述的支承段两端的直线安装段，所述的支承段的形状与所述的弧形段的弧形相配合，所述的直线安装段设置在所述的内弯直线段内，且所述的直线安装段的端头伸出所述的内弯直线段分别固定安装在所述的拱腰圆弧段的两端。8.如权利要求7所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的弧形段与所述的内弯直线段的连接处设置有转向板，所述的拱腰圆弧段的两端分别设置有锚具槽，所述的锚具槽内设置有用于锚固所述的直线安装段的锚具。9.如权利要求6所述的一种类矩形盾构隧道用管片结构，其特征在于所述的第一体外预应力筋、所述的第二体外预应力筋和所述的体内预应力筋为钢绞线。10.一种如权利要求1所述的类矩形盾构隧道用管片结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将拱顶圆弧段、拱底圆弧段和两个拱腰圆弧段拼接到一起形成断面呈类矩形状的管片本体；（2）在拱顶圆弧段上设置第一体外预应力筋，并将第一体外预应力筋的两端分别安装在拱顶圆弧段的两端，并保持第一体外预应力筋在为受载状态下其中部向下凹陷；（3）在拱底圆弧段上设置第二体外预应力筋，并将第二体外预应力筋的两端分别安装在拱底圆弧段的两端，并保持第二体外预应力筋在未受载状态下其中部向上凸起。

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