阅读说明：本技术 自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系及其施工方法 (Self-anchored shield tunnel reinforcing system without support rod pieces and construction method thereof ) 是由 曹伟 王立新 王俊 邵莹 韩建 杨罡 汪珂 胡瑞青 李储军 戴志仁 雷永生 王 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系及其施工方法,所述盾构隧道加固体系紧贴既有盾构隧道内侧,由环向的多个弧形的支撑块拼装成环、然后纵向多环拼装成型；支撑块环、纵向两侧分别设置有凹凸榫,相邻的支撑块通过彼此的凹榫与凸榫相互锚固。本发明用于对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响区域的加固处理,结构型式简明,受力合理,充分利用了钢构件工厂化加工、安装快速、承载能力高、可重复利用等特点,巧妙利用凹凸榫卯结构的优势,快速形成有效的自锚式无支撑杆件加固体系,有效地抑制变形,确保盾构隧道的结构安全与椭圆度要求,并使得加固后盾构隧道具备正常的通行能力。(The invention relates to a self-anchored shield tunnel reinforcing system without a support rod piece and a construction method thereof, wherein the shield tunnel reinforcing system is tightly attached to the inner side of an existing shield tunnel, is assembled into a ring by a plurality of circumferential arc-shaped support blocks and then is assembled into a plurality of rings longitudinally; the supporting block rings and the longitudinal two sides are respectively provided with a tenon and a mortise, and the adjacent supporting blocks are mutually anchored through the tenons and the tenons. The reinforcing method is used for reinforcing the influence areas of disturbance or deformation and the like of the existing shield tunnel, has simple and clear structural form and reasonable stress, fully utilizes the characteristics of factory processing, quick installation, high bearing capacity, reusability and the like of steel members, ingeniously utilizes the advantages of the concave-convex mortise-tenon structure, quickly forms an effective self-anchored type supporting-rod-piece-free reinforcing system, effectively inhibits deformation, ensures the structural safety and ovality requirements of the shield tunnel, and ensures that the reinforced shield tunnel has normal traffic capacity.)

自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系及其施工方法。

背景技术

随着修建技术、建设水平及建设要求的不断提高，越来越多的新工艺、新工法应用到隧道及地下工程的建设中，而盾构机作为隧道机械开挖的典型代表，已逐步广泛的应用于交通工程领域、水工领域及城市轨道交通领域的隧道建设。特别是在穿江越河隧道、城市隧道的建设中，盾构机以其快速、安全、优质、环保、文明施工等诸多优势，逐渐成为各类施工方法的首选。

盾构隧道周边临近工程建设或地下环境变化等，势必打破既有结构的受力平衡，致使存在一定的变形，甚至安全隐患。为此，需寻求一种快速加固体系，以解决对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响，并确保盾构隧道的正常通行能力、结构安全以及周边工程的顺利建设。

发明内容

本发明的目的是提供一种自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系及其施工方法，能确保既有盾构隧道受力平衡系统被打破后的正常通行能力、结构安全以及周边工程的顺利建设，并降低施工风险。

本发明所采用的技术方案为：

自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系，其特征在于：

所述盾构隧道加固体系紧贴既有盾构隧道内侧，由环向的多个弧形的支撑块拼装成环、然后纵向多环拼装组成；

支撑块纵向两侧分别设置有纵向凸榫和纵向凹榫，环向两侧分别设置有环向凸榫和环向凹榫，环向及纵向相邻的支撑块通过彼此的凹榫和凸榫进行拼装。

支撑块呈弧板状，内部为支撑骨架，支撑骨架内外两面设置的面板。

支撑块的支撑骨架包括环向的两片弧形边框和径向的两片直边框，框架内设置有互相垂直交错的径向的直肋板和环向的弧形肋板，直肋板与直边框平行，弧形肋板与弧形边框平行。

支撑块支撑骨架环向一侧的弧形边框设置有环向凸榫，另一侧的弧形边框为带凹槽的弧形边框，其凹槽为环向凹榫，位置与环向凸榫对应；

环向凸榫和环向凹榫均呈块状。

支撑块支撑骨架纵向一侧的直边框设置有纵向凸榫，另一侧的直边框设置有纵向凹榫，位置与纵向凸榫对应；

纵向凸榫和纵向凹榫均呈直条形。

支撑块的环向接缝与环向的管片接缝错开布置。

弧形边框、弧形肋板、带凹槽的弧形边框、直边框、直肋板、纵向凸榫、纵向凹榫、环向凸榫和环向凹榫均为角钢、槽钢或工字钢，面板为钢板，各部分通过焊接方式固定连接。

单块支撑块厚度150～300mm，纵向长度为0.8～2.0m，环向弧度为30°～60°，适用于外径6.0～14.0m的盾构隧道；

相邻两弧形肋板、两直肋板之间距离为0.3～0.5m；

面板厚度为5～20mm。

纵向凸榫、纵向凹榫通长设置，纵向凸榫高度和纵向凹榫深度相匹配，为10～50mm；

环向凸榫、环向凹榫环向间隔0.3～0.5m，环向凸榫高度和环向凹榫深度相匹配，为10～50mm。

自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系的施工方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：工厂下料，制作胎膜：

在工厂内，根据实际尺寸下料，并精确制作支撑骨架加工的胎膜；

步骤二：制作支撑骨架体系：

结合胎膜精确定位弧形边框、弧形肋板、带凹槽的弧形边框、直边框和直肋板，将弧形边框、弧形肋板、带凹槽的弧形边框与直边框焊接牢固；并将直边框、直肋板与弧形边框、弧形肋板、带凹槽的弧形边框焊接为一体，确保支撑骨架整体稳定性；

步骤三：加工凹凸榫槽：

在直边框外侧焊接符合要求的纵向凸榫、纵向凹榫；在弧形边框和带凹槽的弧形边框外侧分别焊接环向凸榫、环向凹榫；

步骤四：焊接面板：

焊接面板，完成支撑块工厂加工，进行储存；

步骤五：运抵现场组装成型：

将支撑块从工厂运抵组装现场，自下而上对称安装支撑块封闭成环。

本发明具有以下优点：

本发明用于对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响区域的加固处理。该结构型式简明，受力合理，充分利用了钢支架安装快速、承载能力高、可重复利用等特点，综合考虑既有结构的结构型式、空间尺寸等具体情况，巧妙利用凹凸榫卯结构的优势，快速形成有效的自锚式无支撑杆件加固体系，有效地抑制变形，确保盾构隧道的结构安全与椭圆度要求，并具备正常的通行能力；并通过调节直肋板与弧形肋板间距或支撑块厚度或进行块体内部充填任意改变加固体系的整体刚度；同时，该结构具有很强的可操作性，该结构具有很强的可操作性，可实现工厂化作业，重复利用率高，具有较高的经济效益和社会效益，在盾构隧道工程领域中有广泛的应用价值。

附图说明

图1为本发明结构立面图。

图2为支撑块平面图。

图3为Ⅰ-Ⅰ剖面图。

图4为Ⅱ-Ⅱ剖面图。

图中，A-盾构隧道，B-支撑块，C-管片接缝，1-弧形边框，2-弧形肋板，3-带凹槽的弧形边框，4-直边框，5-直肋板，6-面板，7-纵向凸榫，8-纵向凹榫，9-环向凸榫，10-环向凹榫。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系，紧贴既有盾构隧道A内侧，由环向的多个弧形的支撑块B拼装成环、然后纵向多环拼装组成。盾构隧道A为预制钢筋混凝土结构或钢管片。支撑块B环向两侧分别设置有向纵凸榫7和纵向凹榫8，纵向两侧分别设置有环向凸榫9和环向凹榫10，环向及纵向相邻的支撑块B通过彼此的凹榫和凸榫进行拼装，形成自锚无支撑杆件体系。支撑块B的环向接缝与环向的管片接缝C错开布置。

支撑块B呈弧板状，内部为支撑骨架，支撑骨架内外两面设置的面板6。支撑块B的支撑骨架包括环向的两片弧形边框1和径向的两片直边框4，框架内设置有互相垂直交错的径向的直肋板5和环向的弧形肋板2，直肋板5与直边框4平行，弧形肋板2与弧形边框1平行。可通过调节直肋板5与弧形肋板2间距或支撑块B厚度或进行块体内部充填任意改变加固体系的整体刚度，满足各种条件所需。

支撑块B支撑骨架纵向一侧的弧形边框1设置有环向凸榫9，另一侧的弧形边框1为带凹槽的弧形边框3，其凹槽为环向凹榫10，位置与环向凸榫9对应；环向凸榫9和环向凹榫10均呈块体。

支撑块B支撑骨架环向一侧的直边框4设置有纵向凸榫7，另一侧的直边框4设置有纵向凹榫8，位置与环向凸榫7对应；纵向凸榫7和纵向凹榫8均呈条形。

弧形边框1、弧形肋板2、带凹槽的弧形边框3、直边框4、直肋板5、纵向凸榫7、纵向凹榫8、环向凸榫9和环向凹榫10均为角钢、槽钢、工字钢等型钢或组合型钢，面板6为钢板，各部分通过焊接方式固定连接，确保支撑骨架整体稳定性。内外面板6均为弧面，与既有盾构隧道A为同心圆弧面，与支撑骨架垂直。

单块支撑块B厚度150～300mm，纵向长度为0.8～2.0m，环向弧度为30°～60°，适用于外径6.0～14.0m的盾构隧道；相邻两弧形肋板2、两直肋板5之间距离为0.3～0.5m；面板6厚度为5～20mm。

纵向凸榫7、纵向凹榫8通长设置，纵向凸榫7高度和纵向凹榫8深度相匹配，为10～50mm；环向凸榫9、环向凹榫10环向间隔0.3～0.5m，环向凸榫9高度和环向凹榫10深度相匹配，为10～50mm。

本发明的尺寸总体上应以既有结构的结构型式、空间尺寸为基准，其构件刚度应足以抵抗周边临近工程建设或地下环境变化产生的应力变化。

本发明采用多片支撑块拼装而成封闭环形结构，紧贴既有盾构隧道内侧，并通过每片支撑块设置的环、纵凹凸榫槽进行锚固，形成自锚无支撑杆件体系。同时，可通过调节直肋板与弧形肋板间距或支撑块厚度或进行块体内部充填任意改变加固体系的整体刚度，满足各种条件所须。

本发明可满足对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响区域的加固处理。应用本发明后，随着具体工程中所采用的既有结构空间尺寸、结构类型、临近工程施工方法、地质条件、隧道埋深及周边环境等差异，其相关结构参数均可根据实际工程需要或大或小、或多或少、或长或短、或强或弱，如：弧形边框、弧形肋板、带凹槽的弧形边框、直边框、直肋板、面板、环向凸榫、环向凹榫、纵向凸榫、纵向凹榫等的型号、材质和尺寸，支撑块、纵向凸榫、纵向凹榫的数量、型号、间距及其整体厚度与宽度等。

上述自锚式无支撑杆件的盾构隧道加固体系的施工方法，由以下步骤实现：

步骤一：工厂下料，制作胎膜：

在工厂内，根据实际尺寸下料，并精确制作支撑骨架加工的胎膜；

步骤二：制作支撑骨架体系：

结合胎膜精确定位弧形边框1、弧形肋板2、带凹槽的弧形边框3、直边框4和直肋板5，将弧形边框1、弧形肋板2、带凹槽的弧形边框3与直边框4焊接牢固；并将直边框4、直肋板5与弧形边框1、弧形肋板2、带凹槽的弧形边框3焊接为一体，确保支撑骨架整体稳定性；

步骤三：加工凹凸榫槽：

在直边框4外侧焊接符合要求的纵向凸榫7、纵向凹榫8；在弧形边框1和带凹槽的弧形边框3外侧分别焊接环向凸榫9、环向凹榫10；

步骤四：焊接面板：

焊接面板6，完成支撑块B工厂加工，进行储存；

步骤五：运抵现场组装成型：

将支撑块B从工厂运抵组装现场，自下而上对称安装支撑块B封闭成环。

本发明用于对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响区域的加固处理，加固体系紧贴既有盾构隧道内侧，由多片支撑块拼装成封闭环形结构，且通过相邻支撑块设置的环、纵凹凸榫槽实现自锚，形成无支撑杆件的加固体系；并可通过调节直肋板与弧形肋板间距或支撑块厚度或进行块体内部充填改变加固体系的整体刚度，抑制变形，确保正常的通行能力与结构安全。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。