隧道橫道三通接頭管組合件改進結構的製作方法

2023-05-21 01:37:41

本實用新型涉及地下重要基礎設施工程和各類隧道及城市地下管廊等工程的主隧道與服務隧道連接通道相貫可靠性固定領域，具體為一種隧道橫道三通接頭管組合件改進結構。

背景技術：

目前，國內陸地和海底長裡程隧道結構布局形式基本開始採用了「兩道一服」的建設模式，這樣對隧道減壓通風或服務維修搶險創造了非常合理和有效的工程結構布局。特別是我國的交通建設跨入了高速公路和高速鐵路的發展階段，對經濟發展起到了極為重要的推動作用。「十三五」規劃已將高鐵列入「八縱八橫」的建設目標。但根據過去多年和多項隧道建設施工經驗教訓，我國的隧道建設水平與國外發達國家相比仍有相當大的差距，因此改進和提高隧道工程合理布局和安全可靠性已經引起了相關領導部門的高度重視，鐵路部門已經採取措施對已建成通車的高鐵隧道在地質結構不良地段增設備用維修搶險服務通道，以防後患。

渤海跨海隧道在建設研究報告中也把建設質量放在第一位進行統籌謀劃，確保隧道使用壽命達到120年的目標。由於海底地質結構複雜，又處於地震帶附近地域，除了在隧道建設施工中遇到斷層等6種地質結構不良地段可採用我們已提出的多項球鐵組合壁板管片提高承載能力，確保安全質量的可靠性外，同時還應把兩主隧道與中間服務隧道連通的接頭部位每天受到幾萬次列車車輪碾壓震動產生疲勞破壞形式，應該認真研究解決預防應對措施，尤其作為海底高鐵隧道每相隔行程80米就要設立一組連通服務隧道兩側的各30米隧道橫道三通接頭管是受到連續循環震動，長久疲勞破壞最為嚴重的部位，很顯然採用以往使用的脆性材料混凝土構件作為橫道兩端連通三通接頭管是極不安全可靠的。

為了確保橫道三通接頭管及高鐵隧道備用維修搶險通道的接頭管質量安全可靠性和百年大計的使用壽命，是各類隧道工程建設所面臨的急需解決的重要研究課題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種隧道橫道三通接頭管組合件改進結構，具有通用化、標準化、高強度、耐腐蝕、結構合理等特點，且經久耐用，安全可靠。

本實用新型的技術方案是：

一種隧道橫道三通接頭管組合件，包括主隧道、混凝土層、大三通接頭管、小三通接頭管、橫道管廊、連通橫道路面、橢圓形服務橫道，具體結構如下：

主隧道與服務隧道之間設置服務橫道，服務橫道與主隧道之間通過大三通接頭管連接匹配，服務隧道兩側分別與小三通接頭管連通匹配，服務橫道與服務隧道一側之間通過小三通接頭管連接匹配，服務隧道另一側的小三通接頭管與橫道管廊連通，橫道管廊內底部設置連通橫道路面。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，主隧道和服務隧道分別為球鐵框架及其外側的混凝土層形成，主隧道底部設置主隧道路基，服務隧道底部設置服務隧道路基。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，大三通接頭管是由中弧板內外帶加強筋板的球鐵框架及其外側混凝土層澆築而成，其一端的管路與服務橫道管壁連接，其另一端的徑向弧面連續連接全球鐵壁板或球鐵-混凝土組合壁板管片，形成一圈與主隧道直徑一樣大小的大三通接頭主體。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，小三通接頭管是由中弧板內外帶加強筋板的球鐵框架及其外側混凝土層澆築而成，其一端的管路與服務橫道管壁連接，其另一端的徑向弧面連續連接全球鐵壁板或球鐵-混凝土組合壁板管片，形成一圈與服務隧道直徑一樣大小的小三通接頭主體。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，在球鐵框架的外側澆築混凝土層形成單塊球鐵-混凝土組合壁板管片，球鐵框架的中弧板內外帶加強筋板，球鐵框架的軸向兩側設置軸向邊框，球鐵框架的徑向兩側設置徑向邊框，混凝土層中設置鋼筋網架，鋼筋網架與球鐵框架中弧板外側的筋板通過螺栓連接，徑向邊框上開設徑向連接孔，通過徑向連接孔與相鄰單塊球鐵-混凝土組合壁板的球鐵框架連接，軸向邊框上開設軸向連接孔，通過軸向連接孔與相鄰整環球鐵-混凝土組合壁板的球鐵框架連接，軸向邊框和徑向邊框的外側分別設置密封槽，密封槽中設置塑膠密封圈，用於對相鄰壁板之間進行密封，相鄰球鐵-混凝土組合壁板管片之間加上兩道塑膠密封圈，並用螺栓固定。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，在三通接頭管本體組合連接或與其他連接面上的連接孔設置為階梯連接孔，階梯連接孔安裝定位抗剪套筒，定位抗剪套筒於連接位置帶有凸緣。

一種隧道橫道三通接頭管組合件，包括主隧道、混凝土層、大三通接頭管、服務隧道、小三通接頭管、橫道管廊、連通橫道路面、橢圓形服務橫道，具體結構如下：

主隧道與服務隧道之間設置橢圓形服務橫道，橢圓形服務橫道與主隧道之間通過大三通接頭管連接匹配，服務隧道兩側分別與小三通接頭管連通匹配，橢圓形服務橫道與服務隧道一側之間通過小三通接頭管連接匹配，服務隧道另一側的小三通接頭管與橫道管廊連通，橫道管廊內底部設置連通橫道路面。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，兩個主隧道與服務隧道之間設置立式橢圓形服務橫道，橢圓形服務橫道與主隧道之間通過大三通接頭管連接匹配，服務隧道兩側分別與小三通接頭管連通，橢圓形服務橫道與服務隧道之間通過小三通接頭管連接匹配，服務隧道中設置疏散通道。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，兩個主隧道與服務隧道之間通過橢圓形服務橫道形成減壓通道連通。

所述的隧道橫道三通接頭管組合件，球鐵框架、大三通接頭管、小三通接頭管、橢圓形服務橫道框架的材質選用QT600-7或QT500-10，混凝土選用C50級。

本實用新型的設計思想是：

本實用新型為全球鐵或球鐵-混凝土組合壁板組裝的隧道橫道三通接頭管組合件，主要用於海底隧道與服務隧道之間連通橫道的接頭部位的三通接頭管組合件或高鐵隧道的備用維修搶險通道結合部的三通接頭管組合件。海底隧道為了解決通風、排風、減壓和防止漏水每行程相距80米就必須設置工字形連通橫道，而以往建成的陸地高鐵隧道也要在地質結構出現斷層、流沙、鬆軟、黃土、高地應力特殊及不良地質地段增設備用維修搶險通道的結合部三通接頭管組合件，上述通道接頭管組合件採用全球鐵或球鐵-混凝土組合三通接頭管及配套連接組裝技術，並將原來圓管形橫道方案改進為橢圓形橫道方案，以解決和排除以往施工中存在的安全質量可靠性低，使用壽命低、施工效率低的問題。

本實用新型的優點及有益效果是：

1、本實用新型所採用的是一種能夠有效適應斷層等不良地質結構補強需要和解決各類陸地隧道、海底隧道的主隧道與服務隧道連通相貫的橫道兩端三通接頭管組合件及已建成通車的高鐵隧道的不良地質結構地段增設備用維修搶險通道連通結合部三通接頭管組合件及配套構件，防止和杜絕由於連續不斷地車輛通行受到的震動或疲勞破壞而形成早期裂紋漏水事故及降低使用壽命，確保隧道工程安全可靠性和百年大計的使用壽命。

2、本實用新型所採用的是一種全球鐵或球鐵-混凝土組合壁板管片及配套構件連接為一體的隧道橫道三通接頭管組合件，其橫道兩端與主隧道和服務隧道相貫連接處的三通接頭管根據隧道直徑大小可採取整體式或多等分組合連接式，由於盾構機挖掘的巖體直徑空間狹小，三通接頭體積大、重量大，為施工運輸方便，事先可在洞外工廠化生產出通用化、標準化、高強度、耐腐蝕的三通接頭管各部構件運到洞內，在相應的設計路段部位進行安裝組合成完整的隧道橫道三通接頭管組合件(見圖1左端所示)。

3、本實用新型述橫道三通接頭管本體外，其餘的三通所用弧形壁板管片沿直徑圓周接續安裝其餘標準化、通用化全球鐵壁板或球鐵-混凝土組合壁板管片，不僅組裝快捷，而且組裝後的主隧道大三通軸向長度大於橫道管直徑，這樣有效分散了隧道橫道接頭部位集中載荷所引起的震動或疲勞破壞，大大提高了隧道橫道接頭部位的整體結構強度和使用壽命，完全克服和避免了由於接頭質量不佳而出現的裂紋漏水事故。

4、本實用新型所採用的所有構件連接面都設有抗老化、耐腐蝕塑膠密封圈，而且是雙層密封，有效解決了構件連接面密封不牢而出現漏水事故。

5、本實用新型在組合構件連接孔部位採用了定位抗剪套筒，既能起到提高徑向壁板管片和軸向整環壁板管片連接組裝安裝精度，又極大提高構件連接螺栓的抗剪強度和抗壓強度。

6、本實用新型建議將橫道圓管形橫截面改進為立式橢圓形結構，以增大通風減壓的有效面積，縮短施工周期，降低工程成本。

附圖說明

圖1-圖2為隧道橫道三通接頭管組合件布置示意圖，其中：圖1為隧道橫斷面結構布置圖，圖2為圖1中的隧道和服務隧道布置頂視圖。

圖3-圖6為隧道橫道三通接頭管示意圖，其中：圖3-圖4為橫道與主隧道相貫連接的大三通接頭管，圖3是圖4的A-A剖視圖；圖5-圖6為橫道與服務隧道貫通連接的小三通接頭管，圖5是圖6的A-A剖視圖，小三通接頭管只在遇到不良地質結構情況時使用。

圖7-圖8為球鐵-混凝土組合壁板管片示意圖，其中：圖8為圖7的A向半剖視圖。

圖9為定位抗剪套筒示意圖。

圖10-圖13為橫道改進為橢圓形方案，其中：圖10-圖12中橫道改進為橢圓形方案，圖10為主視圖，圖11為俯視圖，圖12為圖10的A-A剖視圖，圖13為海峽隧道橫斷面初步設計方案(有減壓通道)。

圖中，1、主隧道，2、球鐵框架，3、混凝土層，4、主隧道路基，5、大三通接頭管，6、服務隧道路基，7、服務隧道，8、小三通接頭管，9、橫道管廊，10、連通橫道路面，11、加強筋板，12、定位抗剪套筒，13、徑向連接孔，14、徑向邊框，15、軸向連接孔，16、密封槽，17、軸向邊框，18、鋼筋網架，19、螺栓，20、橢圓形服務橫道，21、減壓通道；22、疏散通道；23、服務橫道。

具體實施方式

在具體實施過程中，本實用新型作為地下重要基礎設施工程或各類隧道與服務隧道連接「工字形」通道的三通接頭管組合構件，該隧道橫道三通接頭管組合件包括：全球鐵壁板或球鐵-混凝土組合壁板管片、三通接頭管、定位抗剪套筒、塑膠密封圈、橢圓形服務橫道等，將上述構件連接安裝後便形成一個大型隧道橫道三通接頭管組合件及橫道改進，通過接續連接全球鐵壁板或球鐵-混凝土組合壁板管片，同時在所有組合安裝連接面上有兩條密封槽，用於固定抗老化耐腐蝕的防水密封塑膠圈。這種隧道橫道三通接頭管組合件在全隧道相隔80米增設服務橫道接頭處必須採用，而橫道與服務隧道連通相貫接頭要視所處地質結構情況而定，當遇到斷層等不良地質結構地段時為確保安全質量也必須按照主隧道大三接通接頭管組合件的裝配形式處理，但用量相對少得多。改進後的橢圓形服務橫道仍可採用上述橫道三通接頭管組合件的生產和組裝方式進行。

下面，通過實施例和附圖對本實用新型進一步詳細闡述。

實施例1

如圖1-圖9所示，本實施例隧道橫道三通接頭管組合件，主要包括：主隧道1、球鐵框架2、混凝土層3、主隧道路基4、大三通接頭管5、服務隧道路基6、服務隧道7、小三通接頭管8、橫道管廊9、連通橫道路面10、加強筋板11、定位抗剪套筒12、徑向連接孔13、徑向邊框14、軸向連接孔15、密封槽16、軸向邊框17、鋼筋網架18、螺栓19、服務橫道23(如：截面為橢圓形的服務橫道)等，具體結構如下：

主隧道1與服務隧道7之間設置服務橫道23，服務橫道23與主隧道1之間通過大三通接頭管5連接，服務隧道7兩側分別與小三通接頭管8連通，服務橫道23與服務隧道7一側之間通過小三通接頭管8連接，服務隧道7另一側的小三通接頭管8與橫道管廊9連通，橫道管廊9內底部設置連通橫道路面10。主隧道1和服務隧道7分別為球鐵框架2及其外側的混凝土層3形成，主隧道1底部設置主隧道路基4，服務隧道7底部設置服務隧道路基6。

如圖3-圖6所示，大三通接頭管5是由中弧板內外帶加強筋板的球鐵框架及其外側混凝土層3澆築而成，其一端的管路與服務橫道23管壁連接，其另一端的徑向弧面連續連接全球鐵壁板或球鐵-混凝土組合壁板管片，形成一圈與主隧道直徑一樣大小的三通接頭主體。小三通接頭管8是由中弧板內外帶加強筋板的球鐵框架及其外側混凝土層3澆築而成，其一端的管路與服務橫道23管壁連接，其另一端的徑向弧面連續連接全球鐵壁板或球鐵-混凝土組合壁板管片，形成一圈與服務隧道直徑一樣大小的三通接頭主體。

如圖1-圖2、圖7-圖8所示，在球鐵框架2的外側澆築混凝土層3形成單塊球鐵-混凝土組合壁板，球鐵框架2的中弧板內外帶加強筋板，球鐵框架2的軸向兩側設置軸向邊框17，球鐵框架2的徑向兩側設置徑向邊框14，混凝土層3中設置鋼筋網架18，鋼筋網架18與球鐵框架2的外側筋板通過螺栓19連接，徑向邊框14上開設徑向連接孔13，通過徑向連接孔13與相鄰單塊球鐵-混凝土組合壁板的球鐵框架2連接，軸向邊框17上開設軸向連接孔15，通過軸向連接孔15與相鄰整環球鐵-混凝土組合壁板的球鐵框架2連接，軸向邊框17和徑向邊框14的外側分別設置密封槽16，密封槽16中設置塑膠密封圈，用於對相鄰壁板之間進行密封，相鄰球鐵-混凝土組合壁板之間加上兩道塑膠密封圈，並用螺栓固定。

如圖7-圖9所示，在軸向連接孔15與徑向連接孔13內增設定位抗剪套筒12，A板和B板通過螺栓連接時，螺栓外側與A板、B板之間設置定位抗剪套筒12，定位抗剪套筒12於A板、B板之間位置帶有凸緣。

不論三通接頭管本體組合連接或其與徑向的連接，以及整環的球鐵-混凝土組合壁板管片連接面上的連接孔設置為階梯連接孔，階梯連接孔為了安裝定位抗剪套筒12，目的是承受來自橫向載荷，增加抵抗橫向載荷的抗剪強度，以減少螺栓結構尺寸和增強連接穩定可靠性。

其中，球鐵框架2、三通接頭管、橢圓形服務橫道(少量)(大三通接頭管5、小三通接頭管8)的材質選用QT600-7或QT500-10製造，混凝土選用C50級。

實施例2

與實施例1不同之處在於：

如圖10-圖12所示，本實施例隧道橫道三通接頭管組合件，主要包括：主隧道1、球鐵框架2、混凝土層3、主隧道路基4、大三通接頭管5、服務隧道路基6、服務隧道7、小三通接頭管8、橫道管廊9、連通橫道路面10、橢圓形服務橫道20等，具體結構如下：

主隧道1與服務隧道7之間設置橢圓形服務橫道20，橢圓形服務橫道20與主隧道1之間通過大三通接頭管5連接匹配，服務隧道7兩側分別與小三通接頭管8連通，橢圓形服務橫道20與服務隧道7一側之間通過小三通接頭管8連接匹配，服務隧道7另一側的小三通接頭管8與橫道管廊9連通，橫道管廊9內底部設置連通橫道路面10。主隧道1和服務隧道7分別為球鐵框架2及其外側的混凝土層3形成，主隧道1底部設置主隧道路基4，服務隧道7底部設置服務隧道路基6。

實施例3

與實施例1不同之處在於：

如圖13所示，兩個主隧道1與服務隧道7之間設置服務橫道23(如：截面為橢圓形的服務橫道)，服務橫道23與主隧道1之間通過大三通接頭管連接，服務隧道7兩側分別與小三通接頭管連通，服務橫道23與服務隧道7之間通過小三通接頭管連接，服務隧道7中設置疏散通道22。另外，兩個主隧道1與服務隧道7之間通過減壓通道21連通。

本實用新型將海峽隧道橫道橫截面(圓管形橫截面)改進為橢圓形立式結構方案，因兩側橫道施工長度只有20多米，只能靠鑽爆法工人手工施工，而且減壓通道橫截面積與下側橫道的橫截面積基本相同。如將原來圓形橫道改進為橢圓形結構，即增大近二倍多的通風減壓使用面積，同時也提高了橫道的承載能力，又可大幅降低施工技術難度和工程成本，因為在海底進行隧道施工，多挖洞就意味著增加隧道漏水的風險，如在原來圓管形橫道的基礎上在同一個空間內向上多挖掘出減壓通道那麼大的空間面積，就形成橢圓形橫道結構，即省錢又安全。

另外，將原來橫道橫截面由圓管形改進為立式橢圓形結構，可以增加服務隧道通風排風的減壓效果，將服務隧道直徑改進為同兩側主隧道同樣大的直徑或比主隧道直徑再大一些更有利於排風減壓，施工也方便，由盾構機直接完成，縮短工期降低工程成本減少施工漏水風險，因為將服務橫道圓管形改進為橢圓形立式結構主隧道與服務隧道的直徑上部空間可以得到充分利用。

實施例結果表明，本實用新型主要適用於各類隧道(尤其是海底隧道)與服務隧道之間連接貫通的三通接頭管及陸地高鐵隧道備用維修搶險通道連結部三通接頭管的可靠性固定，能夠完全有效提高主隧道與服務隧道相貫連接處的連接結構強度和密封度，並將原來圓管形橫道截面改進為橢圓形立式橫道結構，完全可以解決以往使用的混凝土構件三通接頭處由於每天連續不斷受到列車車輪的震動所產生疲勞破壞而出現的裂紋漏水事故和使用壽命過低的問題。