本發(fā)明屬于隧道管片連接結構領域，更具體地，涉及一種適用于隧道管片縱縫的連接結構。

背景技術：

目前工程中盾構隧道管片環(huán)向以及縱向接縫一般均采用先拼裝后安裝螺栓的方式進行連接。根據螺栓類型不同可分為彎螺栓4，斜螺栓5，短直螺栓6等方式(如圖1所示)，但不管何種螺栓連接方式，均需設置手孔3，且在螺栓使用過程中，在大偏心受壓情況下，彎矩、軸力聯合作用會使得管片接縫張開。以結構受負彎矩為例，管片接縫外側張開螺栓受拉，接縫內側混凝土面受壓，接縫處于穩(wěn)定狀態(tài)。螺栓在一般情況下可滿足工程的使用要求，但在軟土地層或襯砌環(huán)變形較大時，則存在以下問題：1)當襯砌環(huán)變形較大時，在彎矩m的作用下管片接縫的張開量θ增加，螺栓的受力f會增加，會導致混凝土的壓應力σ增大，當這一趨勢繼續(xù)增大時，受壓區(qū)混凝土應力σ可能超過混凝土材料的抗壓強度，導致管片1破損(如圖2所示)；2)采用螺栓的連接方式，例如設置環(huán)向螺栓10和縱向螺栓11，其必然要設置手孔(即施工螺栓的孔洞)，手孔的存在會削弱管片結構，而手孔位于靠近接縫位置，尤其是環(huán)縫和縱縫連接螺栓接近的管片角部，手孔的削弱影響將會疊加，對接縫處混凝土受壓產生顯著的不利影響(如圖3所示)，如果采用短直螺栓則其對結構的削弱更大。

為了提高接縫處的剛度，現有的一些改進技術提供了如下方法：例如，葉建忠等提出了“一種采用特殊縱向連接件的城市地鐵重疊盾構隧道管片結構”(發(fā)明專利申請公告號cn104790974a)，該技術主要是在管片的環(huán)縫連接中分布若干鋼連接件及鋼卡槽，通過將鋼連接件縱向推入鋼卡槽后，再沿環(huán)向旋轉管片使鋼連接件扣入鋼卡槽，并使用插銷固定后充填空腔。該技術在實際工程應用中提高了管片環(huán)縫間的縱向連接剛度，在重疊隧道設計中可減少對地層加固，降低隧道之間的相互影響；再如，肖明清等提出了“一種圓形凹凸榫型盾構隧道管片環(huán)間抗剪結構”(發(fā)明專利授權公告號cn103924983b)，該技術主要是在管片環(huán)縫間沿分布若干個圓形凹凸榫，通過榫結構提高管片環(huán)縫間的抗剪能力，改善既有凹凸榫結構在實用中的集中荷載和局部應力，可有效降低局部混凝土受剪破壞的可能。

上述現有技術在實際工程應用中均有效解決了一定的工程問題，特別是對管片環(huán)與環(huán)之間環(huán)縫(即縱向連接)剛度提高起到了明顯的作用，其實質均是對環(huán)縫(即縱向連接)結構剛度的一種補強措施，也未能替代螺栓的作用，仍然需要采用螺栓連接，并且在管片上預留螺栓手孔，不可避免地造成管片接縫處的結構削弱，并且上述類似的榫槽結構及其實施方式無法在縱縫(即環(huán)向連接)直接采用，現有技術中管片的縱縫(即環(huán)向連接)仍然采用螺栓連接，其依然存在削弱管片結構，局部應力偏大，進而導致管片破壞的問題。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種隧道管片縱縫的連接結構，其中結合隧道管片縱縫連接的特點，相應設計了適用于管片縱縫的連接結構，通過該管片縱縫連接結構替代現有的螺栓連接結構，在保證接縫剛度的情況下可同時減少接縫螺栓手孔，有效改善接縫處的混凝土受力，降低接縫處混凝土局部受壓破壞的風險。

為實現上述目的，本發(fā)明提出了一種適用于隧道管片縱縫的連接結構，該連接結構包括預埋在待拼裝的第一管片中的連接榫件以及預埋在待拼裝的第二管片中的卯件，該待拼裝的第一管片與該待拼裝的第二管片之間形成一分布方向與隧道掘進方向相同的縱縫，通過所述待拼裝的第一管片中的所述連接榫件與所述待拼裝的第二管片中的卯件之間的咬合作用以鎖緊所述待拼裝的第一管片和第二管片，并且達到連接該第一管片和第二管片的目的。

作為進一步優(yōu)選的，所述連接榫件包括兩個端部及用于連接所述兩個端部的連接板，其中所述一個端部預埋在管片中，另一個端部位于管片的外部，以用于與其他管片中的卯件相配合。

作為進一步優(yōu)選的，兩個所述端部的截面形狀設計成能夠有效提供足夠端部接觸面積的形式，以此通過將所述連接榫件的位于管片外部的端部嵌固入所述卯件中后，以提供接觸面上的拉力及壓力，從而使兩塊待拼裝的管片形成一個整體結構。

作為進一步優(yōu)選的，兩個所述端部的截面形狀優(yōu)選為矩形、半圓形、圓形、梯形、異形、t型或l型。

作為進一步優(yōu)選的，所述卯件的形狀與所述連接榫件的形狀相適應，并且所述卯件的尺寸大于所述連接榫件的尺寸，以此保證拼裝時所述連接榫件順利嵌固入所述卯件中并且最大程度的提供兩者的接觸面積，保證受力均勻，提高縱縫處的抗彎剛度。

作為進一步優(yōu)選的，所述卯件的各項尺寸優(yōu)選比所述連接榫件的各項尺寸大1mm～2mm。

作為進一步優(yōu)選的，所述第一管片位于縱縫的一端同時設有連接榫件和卯件；同樣的，所述第二管片位于縱縫的一端同時設有連接榫件和卯件。

作為進一步優(yōu)選的，所述第一管片和第二管片采用先徑向搭接再縱向推入的方式進行拼裝。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種管片環(huán)，該管片環(huán)中的各個管片之間由所述的連接結構連接。

按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種隧道襯砌，該隧道襯砌包括多個管片環(huán)，每個管片環(huán)中的各個管片之間由所述的連接結構連接。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優(yōu)點：

1.本發(fā)明創(chuàng)造性的研究設計了適用于管片縱縫(環(huán)向連接)的連接結構，通過該連接結構可實現同一管片環(huán)上相鄰兩塊待拼裝管片的穩(wěn)定可靠的連接，并且拼裝后獲得的管片環(huán)的整體剛度好，且通過該連接結構的使用，可將管片接縫的環(huán)向螺栓及其對應手孔取消，減少了對接縫處管片結構的削弱，提高了接縫處的管片抗壓性能。

2.本發(fā)明利用預制管片中預埋的榫件與卯件的相互咬合，并通過榫件與卯件之間的接觸壓力給管片的連接提供拉力，可有效提高管片接縫的剛度。

3.本發(fā)明采用預埋構件連接的接頭(即榫件+卯件)，免除了螺栓安裝的工序，可有效加快管片的拼裝速度；此外，本發(fā)明的管片結構內壁無外露構件，可減少運營期螺栓脫落的風險。

附圖說明

圖1(a)-(c)分別是現有管片接縫不同的螺栓連接形式示意圖；

圖2是管片接頭處受力與變形示意圖；

圖3是螺栓手孔位置示意圖；

圖4是本發(fā)明管片縱縫連接結構示意圖；

圖5(a)-(c)分別是本發(fā)明不同形狀榫件與卯件的嵌固示意圖；

圖6是本發(fā)明預制管片縱縫預埋榫卯接頭示意圖；

圖7是本發(fā)明預制管片拼裝示意圖。

圖中：1、1＇-管片；2-管片縱縫；3-手孔；4-彎螺栓；5-斜螺栓；6-短直螺栓；7-連接榫件；7-1-端部；7-2-連接板；8-卯件；9-卯件槽口；10-環(huán)向螺栓；11-縱向螺栓；12-已拼裝管片環(huán)；a-管片拼裝方向；c-盾構掘進方向。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的一種適用于隧道管片縱縫的連接結構，該縱縫由兩塊待拼裝的管片(第一管片1和第二管片1＇)形成，如圖4和7所示，縱縫2位于待拼裝的第一管片1和第二管片1＇之間，并且與隧道的掘進方向相同(即與盾構機的掘進方向相同，圖7的c方向)，該連接結構包括連接榫件7和卯件8，其中連接榫件7預埋在縱縫一側的待拼裝的第一管片1中，具體的在第一管片預制過程中在其位于縱縫一側的端面預埋外露的連接榫件，卯件8預埋在縱縫另一側的待拼裝的第二管片1＇中，具體的在第二管片預制過程中在其位于縱縫一側的端面預埋嵌固卯件，以此通過縱縫兩側的連接榫件7與卯件8之間形成的咬合作用鎖緊第一管片1和第二管片1＇，達到連接第一管片1和第二管片1＇的目的，有效提高管片縱縫剛度。

在一個實施例中，如圖4所示，連接榫件7一部分預埋在管片中，一部分外露在管片外，具體的，連接榫件7包括兩個端部7-1及用于連接兩個端部的連接板部7-2，其中一個端部預埋在管片中，另一個端部位于管片的外部，以用于與其他管片中的卯件相配合。

在一個實施例中，兩個端部部7-1的截面形狀設計成能夠有效提供足夠端部接觸面積的形式，以此通過將連接榫件7的位于管片外部的一端部部7-1嵌固入卯件8中后，以提供接觸面上的拉力及壓力，從而使兩塊待拼裝的管片形成一個整體結構。

在一個實施例中，兩個端部部7-1的截面形狀優(yōu)選為矩形、半圓形、圓形、梯形、異形、t型、l型等。

在一個實施例中，如圖6所示，同一管片上同時預埋有榫件和卯件，進一步增強兩塊待拼裝管片之間的咬合力，提高縱縫連接穩(wěn)定性及整體剛度。

在一個實施例中，卯件8的形狀與連接榫件7的形狀相適應，同時考慮一定的制作誤差及施工誤差，預留一定富余量(b1、d1、h1)，即使卯件8的尺寸大于連接榫件7的尺寸，以確保拼裝時連接榫件易于安裝且能最大程度的提供接觸面積，保證受力均勻，提高縱縫處整體剛度。本發(fā)明設計的連接榫件和卯件的形狀滿足鎖緊傳力及接頭剛度要求，本發(fā)明所示的榫卯結構可以提供較大的接觸傳力面，初始卯件與榫件間拼裝時存在空隙便于拼裝，受力后結構產生位移卯件與榫件貼緊，榫件和卯件之間產生壓力和剪力，起到傳力的作用。此外，榫件相較于螺栓連接，可以提供更大的承力面積，而不必擔心削弱管片接縫處結構，因而剛度更大。

在一個實施例中，卯件8的各項尺寸優(yōu)選比連接榫件7的各項尺寸大1mm～2mm。如圖5(a)所示，為平板型端板榫件與卯件，如圖5(b)所示，為柱(球)型端板榫件與卯件，如圖5(c)所示，為異型端板榫件與卯件，其中卯件8的各項尺寸均比連接榫件7的各項尺寸大1mm～2mm。

實際操作時，管片采用先徑向(即管片環(huán)徑向，與盾構掘進方向垂直)搭接再縱向(與盾構掘進方向相同)推入的形式進行拼裝：如圖7所示，將后序拼裝塊(第二管片1＇)沿管片環(huán)向送至指定位置以搭接在前序拼裝塊(第一管片1)上，然后將后序拼裝塊(第二管片1＇)的榫件對齊前序拼裝塊(第一管片1)上對應的預制卯件槽口9，以及使后序拼裝塊(第二管片1＇)的卯件對齊前序拼裝塊(第一管片1)上對應的預制榫件，最后沿縱向將后序拼裝管片推入，使其榫件及卯件與前序拼裝塊上對應的卯件及榫件完全咬合。

本發(fā)明的管片縱縫連接結構可用于連接各個管片以形成管片環(huán)，而各個管片環(huán)相互拼接即可形成隧道的永久襯砌結構。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。