一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程技术领域，具体地，涉及一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置。


背景技术：

2.随着我国轨道交通的迅速发展，大量盾构隧道逐步进入服役期。由于隧道是修建在地下岩土介质中的半隐蔽工程，运营环境复杂，如：围岩压力变异、列车振动、温度变化、地下水等，衬砌不可避免会出现多种病害。依据既有研究，管片衬砌常见病害为渗漏水、结构裂缝及损坏、隧道纵向沉降及管径环向收敛变形等。
3.对于运营期的盾构隧道加固，一般分为内表面加固和地层注浆加固两大类。内表面加固一般包含：内表面粘钢、内张钢圈加固、复合结构加固、粘贴纤维等方法，此类方法在盾构隧道加固中较为常用，现常见内表面加固法仅增加盾构隧道刚度，无法主动调整变形。地层注浆加固则是通过注浆引起土体变形，进而控制隧道横椭变，减小接头张开量，现常有的地层注浆往往人材机消耗量大，且加固效果难以控制。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，通过在盾构隧道内壁设置体外预应力索，张拉预应力以调整衬砌内力，减小衬砌局部较大的弯矩，进而使衬砌整体内力分布更加合理,并减小盾构隧道的椭变程度。
5.为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，包括：管片衬砌、体外预应力索、转向装置、镦头锚具，所述管片衬砌的顶部设有镦头锚具，所述镦头锚具两侧的管片衬砌上对称设有若干转向装置，所述体外预应力索穿过转向装置与镦头锚具连接。
6.进一步地，所述镦头锚具一侧的转向装置沿管片衬砌环向等间距布置。
7.进一步地，所述转向装置包括：外套管、内套管、基座和锚栓，所述外套管固定于基座上，所述基座的两端通过锚栓与管片衬砌固定连接，所述外套管的内部设有内套管。
8.进一步地，所述外套管的外形为直桶形套管，且所述外套管的内壁呈向背离基座一侧弯曲。
9.进一步地，所述内套管为弯桶形套管，且所述内套管的弯曲弧度大于外套管的内壁弯曲弧度。
10.进一步地，既有盾构隧道采用两根体外预应力索，每根体外预应力索的一端与镦头锚具固定连接，体外预应力索的另一端依次贯穿转向装置的内套管，且体外预应力索贯穿离镦头锚具最远的两个转向装置后与管片衬砌固定连接。
11.进一步地，新建盾构隧道采用一根体外预应力索，且在新建盾构隧道的轨道板底座上设有孔道，所述内套管、盾构隧道的孔道中贯穿体外预应力索，且体外预应力索的两端
均与镦头锚具固定连接。
12.进一步地，所述体外预应力索为平行墩头钢丝，与镦头锚具通过墩头锚固法固定连接。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置通过设置转向装置、体外预应力索、镦头锚具，在盾构隧道有调整需求时，通过合理布置转向装置在衬砌内壁的位置，使用镦头锚具张拉体外预应力索，进而调整盾构隧道衬砌内力与收敛变形；同时，本实用新型采用无粘结体外预应力索作为主要受力构件，具有占用空间小，施工快，日常维护容易的特点。本实用新型采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置可以方便在盾构隧道全生命周期对衬砌进行调整，施工方便，同时节省后期加固费用，降低运维成本。
附图说明
14.图1是本实用新型采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置用于既有盾构隧道的整体布置示意图；
15.图2是本实用新型中转向装置的结构示意图；
16.图3是本实用新型采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置用于既有盾构隧道的局部布置示意图；
17.图4是本实用新型采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置用于新建盾构隧道的整体布置示意图；
18.附图中的标记为：
19.1、管片衬砌；2、体外预应力索；3、转向装置；31、外套管；32、内套管；33、基座；34、锚栓；4、镦头锚具。
具体实施方式
20.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅是本实用新型的一部分，而不是全部。基于本实用新型的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.本实用新型提供了一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置包括：管片衬砌1、体外预应力索2、转向装置3、镦头锚具4，管片衬砌1的顶部设有镦头锚具4，镦头锚具4两侧的管片衬砌1上对称设有若干转向装置3，体外预应力索2穿过转向装置3与镦头锚具4连接。本实用新型通过体外预应力加固法，在管片衬砌1上增加体外预应力拉索2，对体外预应力拉索2施加预应力，利用预应力原理改变结构弯矩、压力、剪力的分布情况，消除应力滞后现象，从而提高盾构隧道的受力性能，一定程度上减小盾构隧道的挠度和裂缝宽度，恢复盾构隧道的正常使用性能。
22.本实用新型中镦头锚具4一侧的转向装置3沿管片衬砌1环向等间距布置，转向装置3的布置间距越小，体外预应力索2的线形变化越接近管片衬砌1，且体外预应力索2的转向越平顺，体外预应力索2预应力的径向分力分布越均匀，同时体外预应力索2占用的隧道内空间越小。
23.如图2，本实用新型中转向装置3包括：外套管31、内套管32、基座33和锚栓34，外套管31通过焊接固定于基座33上，基座33的两端通过锚栓34与管片衬砌1固定连接，外套管31的内部设有内套管32；外套管31的外形为直桶形套管，且外套管31的内壁呈向背离基座一侧弯曲；内套管32为弯桶形套管，且内套管32的弯曲弧度大于外套管31的内壁弯曲弧度，由于内套管32外壁与外套管31并不完全紧贴，使得内套管32可相对于外套管31转动、滑动，进而实现体外预应力索2的平动、转动，可以自由平动、转动的体外预应力索2，在施加预应力后，可以避免在张拉处产生过大切向赘余力，从而实现对管片衬砌1径向力的施加，沿环周分布的径向力可对管片衬砌1形成环箍作用，增大管片衬砌1内的轴力，从而减小管片衬砌1内拉应力的大小，实现管片衬砌1的内力调整，优化管片衬砌1的受力状态。
24.本实用新型中体外预应力索2为平行墩头钢丝，与镦头锚具4通过墩头锚固法固定连接，通过镦头锚具4张拉，通过调整张拉力的大小，进而使管片衬砌1内力得到调整。
25.对于既有盾构隧道，采用两根体外预应力索2，每根体外预应力索2的一端与镦头锚具4固定连接，体外预应力索2的另一端依次贯穿转向装置3的内套管32，且体外预应力索2贯穿离镦头锚具4最远的两个转向装置3后与管片衬砌1固定连接。
26.如图1为本实用新型采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置用于既有盾构隧道的整体布置示意图，在既有盾构隧道的顶部固定镦头锚具4，在镦头锚具4两侧的管片衬砌1上钻孔，通过锚栓34安装固定转向装置3，将体外预应力索2穿过转向装置3与镦头锚具4连接，通过镦头锚具4的张拉，实现管片衬砌1的内力调整。
27.如图3为本实用新型采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置用于既有盾构隧道的局部布置示意图，在隧道横椭变发展时，会导致拱顶弯矩增大，并产生接缝张开量过大等病害，此时，在管片衬砌1的上半段布置转向装置，并将体外预应力索2穿过转向装置3与镦头锚具4连接，通过镦头锚具4的张拉，导致盾构隧道衬砌拱顶下缘受拉，通过在上半拱布置转向装置3并张拉体外预应力索2，可减小拱顶弯矩与接头张开量。本实用新型通过局部布置盾构隧道椭变主动控制装置改善隧道不利受力及变形过大的问题。
28.如图4，对于新建盾构隧道，采用一根体外预应力索2，且在新建盾构隧道的轨道板底座上设有孔道，内套管32、盾构隧道的孔道中贯穿体外预应力索2，且体外预应力索2的两端均与镦头锚具4固定连接。本实用新型通过在新建盾构隧道布置盾构隧道椭变主动控制装置，实现仰拱的内缩变形控制。
29.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施方式，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，包括：管片衬砌（1）、体外预应力索（2）、转向装置（3）、镦头锚具（4），所述管片衬砌（1）的顶部设有镦头锚具（4），所述镦头锚具（4）两侧的管片衬砌（1）上对称设有若干转向装置（3），所述体外预应力索（2）穿过转向装置（3）与镦头锚具（4）连接。2.根据权利要求1所述的一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，所述镦头锚具（4）一侧的转向装置（3）沿管片衬砌（1）环向等间距布置。3.根据权利要求1所述的一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，所述转向装置（3）包括：外套管（31）、内套管（32）、基座（33）和锚栓（34），所述外套管（31）固定于基座（33）上，所述基座（33）的两端通过锚栓（34）与管片衬砌（1）固定连接，所述外套管（31）的内部设有内套管（32）。4.根据权利要求3所述的一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，所述外套管（31）的外形为直桶形套管，且所述外套管（31）的内壁呈向背离基座一侧弯曲。5.根据权利要求3所述的一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，所述内套管（32）为弯桶形套管，且所述内套管（32）的弯曲弧度大于外套管（31）的内壁弯曲弧度。6.根据权利要求5所述的一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，既有盾构隧道采用两根体外预应力索（2），每根体外预应力索（2）的一端与镦头锚具（4）固定连接，体外预应力索（2）的另一端依次贯穿转向装置（3）的内套管（32），且体外预应力索（2）贯穿离镦头锚具（4）最远的两个转向装置（3）后与管片衬砌（1）固定连接。7.根据权利要求5所述的一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，新建盾构隧道采用一根体外预应力索（2），且在新建盾构隧道的轨道板底座上设有孔道，所述内套管（32）、盾构隧道的孔道中贯穿体外预应力索（2），且体外预应力索（2）的两端均与镦头锚具（4）固定连接。8.根据权利要求1所述的一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，其特征在于，所述体外预应力索（2）为平行墩头钢丝，与镦头锚具（4）通过墩头锚固法固定连接。

技术总结
本实用新型提供一种采用体外预应力的盾构隧道椭变主动控制装置，包括：管片衬砌、体外预应力索、转向装置、镦头锚具，所述管片衬砌的顶部设有镦头锚具，所述镦头锚具两侧的管片衬砌上对称设有若干转向装置，所述体外预应力索穿过转向装置与镦头锚具连接。运营期盾构隧道收敛变形过大，内力分布不利有调整需求时，本实用新型通过合理布置转向装置位置，张拉体外预应力索，进而调整衬砌的内力分布；新建盾构隧道同样可以采用本实用新型，结合注浆等加固措施以达到控制隧道收敛变形的目的。措施以达到控制隧道收敛变形的目的。措施以达到控制隧道收敛变形的目的。


技术研发人员：朱利明 杨书一 佘才高 黎庆 李长春 孟江
受保护的技术使用者：南京工大交通科学研究院（滁州）有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/20