沉管隧道用半剛性管節的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種沉管隧道用管節【技術領域】，尤其涉及一種沉管隧道用半剛性管節；其包括一個管節主體，該管節主體由多個首尾相接的管節節段拼接而成，各所述管節節段之間均設有榫凸結構；在所述管節主體內沿其周向布設有多條預應力管道；所述預應力管道內對應貫穿有用于對各所述管節節段進行預應力度調節的預應力鋼束；在所述管節主體兩端上設有預應力錨具。本發明采用預應力鋼束的設計，可以將多個管節節段串聯起來，使各管節節段串聯拼接成一個整體，使管節主體在不失整體剛度的前提下具有一定的柔度；半剛性管節比節段式柔性管節具有更高的受力及防水安全度，比整體式剛性管節具有更好的適應地基變形能力。
【專利說明】沉管隧道用半剛性管節
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種沉管隧道用管節【技術領域】，尤其涉及一種沉管隧道用半剛性管節。
【背景技術】
[0002]目前，國內外已建成的沉管隧道用管節結構主要分為節段式柔性管節和整體式剛性管節兩種。
[0003]柔性管節由多個首尾相連管節節段連接而成，管節節段間通過匹配的榫凸結構及跨縫中埋式止水帶連接；遇外荷載沉管結構主要呈現柔性特性，管節節段接頭發生張開和轉動，通過變形釋放管節彎矩，結構縱向受力較小，縱向配筋較少，但是管節節段之間為抗剪及防水的薄弱環節，管節節段間的止水存在風險，對于大荷載或軟基沉管隧道，風險更大；世界范圍內柔性管節節段之間多有漏水案例；
[0004]剛性管節由整體管節或多個首尾相連管節節段通過有粘結預應力連接而成，管節以整體剛性抵抗外荷載，管節結構縱向受力較大，需花費較大代價(配置大量的鋼筋或預應力)提高其承載能力；同時，剛性管節不能通過管節柔性變形實施結構內力重分配，結構內受力不均衡，受力較大區域長期高應力存在開裂及漏水風險，此外，剛性管節變形集中于長管節兩端，增加該處GINA止水產品要求。
[0005]因此，針對以上問題，本發明急需提供一種新的沉管隧道用半剛性管節。
【發明內容】
[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發明的目的是提供一種沉管隧道用半剛性管節，該沉管隧道用半剛性管節通過預應力鋼束和榫凸結構具有的半剛性特性，使管節實現更好的適應海底或河底地基的變形能力的目的。
[0008](二)技術方案
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:一種沉管隧道用半剛性管節，包括一個管節主體，該管節主體由多個首尾相接的管節節段拼接而成，各所述管節節段之間均設有榫凸結構；在所述管節主體內沿其周向布設有多條預應力管道；所述預應力管道沿所述管節主體的縱向貫通；所述預應力管道內對應貫穿有用于對各所述管節節段進行預應力度調節的預應力鋼束；在所述管節主體兩端上設有用于錨固所述預應力鋼束的預應力錨具。
[0010]進一步地，所述榫凸結構包括多個鍵榫和分別與各所述鍵榫對應設置的多個鍵槽。
[0011]進一步地，所述預應力管道包括多段分設在各所述管節節段內的波紋管和連接各波紋管的節段連接管；所述節段連接管對應設置在相鄰兩所述管節節段的拼接處。
[0012]進一步地，所述節段連接管包括與兩端的所述波紋管對接的連接外管和設置在該連接外管內的連接內管。[0013]進一步地，所述連接外管與所述連接內管之間通過止水密封件密封連接。
[0014]進一步地，所述連接外管表面光滑，且其與混凝土呈部分無粘結或弱粘結狀態。
[0015]進一步地，所述連接外管中部設有用于安裝所述連接內管的內安裝管腔，該內安裝管腔的內徑大于所述波紋管的內管徑。
[0016](三)有益效果
[0017]本發明與現有技術相比具有以下的優點:
[0018]1、本發明采用預應力鋼束的設計，可以將多個管節節段串聯起來，使各管節節段串聯拼接成一個整體；這就使得各管節節段之間允許一定張開變形，使管節主體在不失整體剛度的前提下具有一定的柔度，降低了管節主體的內力，有效改善了各管節節段的受力及變形增大量；保證在最不利情況時，各管節節段之間具有合適的壓力；同時，利用管節節段之間的摩擦力及榫凸結構所提供的抗剪力，可有效提高管節節段的抗剪承載能力，用以確保管節的整體穩固度；使具有預應力鋼束和榫凸結構的管節真正具有半剛性的特性，從而使管節具有更好的適應海底或河底地基的變形能力。
[0019]2、本發明通過設置在各管節節段之間的所述榫凸結構配合各管節節段拼接面之間因縱向壓力而產生的摩擦力可有效提高管節節段的抗剪能力；用以防止管節節段徑向錯位，從而整體提高各管節節段的連接穩固度，使拼接后的管節主體整體更加穩定可靠。
[0020]3、本發明可通過部分無粘結或弱粘結的所述連接外管配合所述連接內管用以保證管節節段之間的拼接面具有有限張開的柔性特性，又同時通過波紋管有效約束管節節段間的張開量，防止過度張開；通過管節節段之間的張開或轉動變形，實現管節的結構內力合理重分布。
[0021]4、本發明采用止水密封件的設計，可有效防止因管節節段之間張開后，沿拼接面縫隙滲入的水進入管節主體內；充分保證了管節內部的干燥度要求；從而進一步提高管節的止水保障能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0023]圖1是本發明沉管隧道用半剛性管節的結構示意圖(主視圖)；
[0024]圖2是本發明中所述管節節段的結構示意圖(立體圖)；
[0025]圖3是本發明中位于相鄰兩所述管節節段之間的所述預應力管道的結構示意圖(局部剖視圖)；
[0026]圖4是本發明中位于所述管節主體兩端的所述預應力管道的結構示意圖(局部剖視圖)。
【具體實施方式】
[0027]參見圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發明的一種沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:包括一個管節主體1，該管節主體由多個首尾相接的管節節段2拼接而成，各所述管節節段之間均設有榫凸結構3 ;在所述管節主體內沿其周向均勻布設有多條預應力管道4 ;所述預應力管道沿所述管節主體的縱向貫通；所述預應力管道內對應貫穿有用于對各所述管節節段進行預應力度調節的預應力鋼束(圖中未顯示)；在所述管節主體兩端設有用于與相鄰管節對接的管節接頭5 ;在所述管節主體兩端上還設有用于錨固所述預應力鋼束的預應力錨具6，其中，在每一個預應力鋼束兩端貫穿出所述管節主體外的部分，均通過一個預應力錨具將其與管節主體對應錨固。其中，各所述預應力管道沿管節主體的縱向均布于所述管節主體的混凝土墻內，特別是位于所述管節主體上端的頂墻內和位于所述管節主體底端的底墻內。本實施例中所述預應力錨具是本領域中用于錨固鋼束的常用手段，關于其具體的結構此處不再過多贅述。
[0028]在管節組裝時，通過管節主體兩端的預應力張拉裝置(屬現有技術，圖中未顯示)對應拉伸各預應力鋼束，并向位于所述管節主體兩端的管節節段提供兩個相向的縱向推力，使各所述管節節段向中心并攏，并最終拼接成一個整體，在張拉過程中根據實際施工環境，通過預應力鋼束張拉力和節段連接管長度的調整，實現管節節段間的最大允許張開量的調節；在組裝拼接完成后；再用所述預應力錨具將兩端伸出預應力鋼束卡死固定，并向所述預應力管道內注漿固定，形成完整的沉管隧道用半剛性管節。本發明采用預應力鋼束的設計，可以將多個管節節段串聯起來，使各管節節段串聯拼接成一個整體；保證在最不利情況時，各所述管節節段之間具有合適的壓力；同時，利用所述管節節段之間的摩擦力及所述榫凸結構所提供的抗剪力，可有效提高管節節段的抗剪承載能力，用以確保管節的整體穩固度。本發明采用節段連接管實現預應力鋼束與管節節段部分無粘結或弱粘結效果，這就使得各管節節段之間允許一定張開變形，使管節主體在不失整體剛度的前提下具有一定的柔度，降低了管節主體的內力，有效改善了各管節節段的受力及變形增大量；使具有預應力鋼束和榫凸結構的管節真正具有半剛性的特性，從而使管節具有更好的適應海底或河底地基的變形能力。另外，采用半剛性連接的管節節段可有限張開釋放內力，其比世界范圍內現有的節段式柔性管節具有更高的受力及防水安全度，比整體式剛性管節具有更好的經濟性及受力合理性。
[0029]參見圖1、圖2所示，本實施例中所述榫凸結構包括多個鍵榫7和分別與各所述鍵榫對應設置的多個鍵槽8。其中，若所述鍵榫設置在其中一個所述管節節段一側的拼接面上，則在與該管節節段相對應的另一個管節節段的拼接面上設置與所述鍵榫對應的所述鍵槽，所述鍵榫容置在該鍵槽內；本發明通過設置在各管節節段之間的所述榫凸結構配合各管節節段拼接面之間因縱向壓力而產生的摩擦力可有效提高管節節段之間的抗剪能力；用以防止管節節段徑向錯位，從而整體提高各管節節段的連接穩固度，使拼接后的管節主體整體更加穩定可靠。其中所述管節節段之間主要以摩擦力提供的抗剪能力為主，以鍵榫提供的抗剪能力為輔。
[0030]參見圖3所示，本實施例中所述預應力管道包括多段分設在各所述管節節段內的波紋管9和連接各波紋管的節段連接管；所述節段連接管對應設置在相鄰兩所述管節節段的拼接處。本實施例中所述節段連接管包括與兩端的所述波紋管對接的連接外管10和設置在該連接外管內的連接內管11。本實施例中所述節段連接管呈兩段式設置，具體地說，其中一段連接在相鄰兩管節節段中的一個管節節段中的所述波紋管一端，另一段連接在相鄰兩管節節段中的另一個所述管節節段中的所述波紋管一端；兩段節段連接管對應拼接成一個完整的節段連接管；也就是說，相鄰兩所述管節節段拼接面拼接后的拼縫位于所述節段連接管中間，并將節段連接管一分為二。
[0031]參見圖3所示，其中，所述預應力鋼束貫穿各波紋管和各連接內管；所述連接外管和所述連接內管的外壁均呈光滑設置；由于所述預應力管道整體澆筑在所述管節主體的混凝土墻內，因此，澆筑后所述波紋管通過其外壁的螺紋與所述管節節段的混凝土呈粘結設置；而表面光滑的所述連接外管與所述管節節段的混凝土呈部分無粘結或弱粘結狀態；以此實現半剛性管節只在管節節段接縫兩側有一定長度的與管節混凝土墻呈無粘結或弱粘結的連接外管；而在預應力管道的其他區域為有粘結的波紋管。采用這樣的設計，可通過部分無粘結或弱粘結的所述連接外管配合所述連接內管用以保證管節節段之間的拼接面具有有限張開的柔性特性，又同時通過波紋管有效約束管節節段間的張開量，防止過度張開；通過管節節段之間的張開或轉動變形，實現管節的結構內力合理重分布。
[0032]參見圖3所示，本實施例中所述連接外管與所述連接內管之間通過止水密封件12密封連接。由于沉管隧道用的管節，多被用于河底或海底隧道鋪設之用，因此，本發明的半剛性管節在通過預應力鋼束和榫凸結構滿足管節鋪設姿態微調整的需求同時，可能也會出現微調后水會沿各管節節段之間滲入節段連接管的問題；因此，采用止水密封件的設計，可有效防止因管節節段之間張開后，沿拼接面縫隙滲入的水進入預應力管道內；充分保證了預應力管道內部的干燥度要求；從而進一步提高預應力鋼束的耐久性。
[0033]參見圖3所示，本實施例中所述連接外管中部設有用于安裝所述連接內管的內安裝管腔13，該內安裝管腔的內徑大于所述波紋管的內管徑。所述連接內管被所述內安裝管腔整體限制在其內；采用這樣的設計，主要是為了在裝配管節時，便于連接內管的裝配和便于連接內管在連接外管中的定位。
[0034]本發明沉管隧道用半剛性管節的設計施工步驟如下:
[0035]1、綜合工程建設條件，確定臨時施工階段(包括系泊、浮運、沉放等階段)和運營階段控制半剛性管節的各項驗算指標，比如各管節節段之間允許的最大張開量、管節接頭允許的最大張開量、管節節段裂縫寬度及承載能力允許值等；
[0036]2、設計階段:根據臨時施工階段和運營階段的最不利工況條件，計算半剛性管節所需的預應力鋼束的數量；其中臨時施工階段需保證管節主體始終具有一定的壓應力，運營階段需保證管節主體、管節節段、管節接頭等構件滿足半剛性管節的受力特征。
[0037]3、預制階段:單個管節分成若干個管節節段，采用工廠法或干塢法對單個管節節段進行逐個預制。其預制過程主要包含以下工序:綁扎鋼筋、定位安裝波紋管、節段連接管、預應力錨具等構件，澆注榫凸結構及結構混凝土墻。所有管節節段預制完成且強度達標后，通過預應力管道穿入預應力鋼束，實現預應力鋼束貫通整個管節主體。通過預應力張拉裝置張拉預應力鋼束，將多個管節節段串連在一起，并成為一個整體的管節。預應力鋼束張拉并被錨固在預應力錨具上后，將所有的預應力管道進行注漿。
[0038]4、臨時施工階段:系泊、浮運、沉放等臨時施工階段，各管節節段均不允許張開且具有一定的壓應力儲備。
[0039]5、運營階段:通過設置的預應力鋼束增加了管節的縱向力，保證最不利情況相鄰兩管節節段拼接處有合適的壓力，利用管節節段間的摩擦力及管節節段的榫凸結構提供抗剪力；同時，兩管節節段銜接處所呈現的局部無粘結狀態，可允許拼接處有限張開或轉動，實現管節整體的內力釋放自調節。
[0040]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都要落入要求保護的本發明范圍內。
【權利要求】
1.一種沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:包括一個管節主體，該管節主體由多個首尾相接的管節節段拼接而成，各所述管節節段之間均設有榫凸結構；在所述管節主體內沿其周向布設有多條預應力管道；所述預應力管道沿所述管節主體的縱向貫通；所述預應力管道內對應貫穿有用于對各所述管節節段進行預應力度調節的預應力鋼束；在所述管節主體兩端上設有用于錨固所述預應力鋼束的預應力錨具。
2.根據權利要求1所述沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:所述榫凸結構包括多個鍵榫和分別與各所述鍵榫對應設置的多個鍵槽。
3.根據權利要求2所述沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:所述預應力管道包括多段分設在各所述管節節段內的波紋管和連接各波紋管的節段連接管；所述節段連接管對應設置在相鄰兩所述管節節段的拼接處。
4.根據權利要求3所述沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:所述節段連接管包括與兩端的所述波紋管對接的連接外管和設置在該連接外管內的連接內管。
5.根據權利要求4所述沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:所述連接外管與所述連接內管之間通過止水密封件密封連接。
6.根據權利要求5所述沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:所述連接外管表面光滑，且其與混凝土呈部分無粘結或弱粘結狀態。
7.根據權利要求6所述沉管隧道用半剛性管節，其特征在于:所述連接外管中部設有用于安裝所述連接內管的內安裝管腔，該內安裝管腔的內徑大于所述波紋管的內管徑。
【文檔編號】E02D29/073GK103526777SQ201310488492
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】林鳴, 劉曉東, 尹海卿, 周山水, 李毅, 呂勇剛, 梁桁, 張志剛, 黃清飛, 林巍 申請人:中國交通建設股份有限公司, 中交公路規劃設計院有限公司