本發明涉及隧道工程技術領域，具體涉及一種適應于快速地鐵線路的盾構隧道襯砌環。

背景技術：

目前，城市地鐵已成為我國城市公共交通的重要方式，并逐漸成為城市現代化的重要標志之一。當前，國內地鐵普遍的最高運行速度為80km/h，盾構隧道內徑一般不超過5.5m。隨著城市地鐵從核心城區向周邊組團或者衛星城市延伸，站間距增長，因此，進一步提高地鐵運營速度對于改善城市交通運輸效率具有重要意義。特別是各大城市的機場線，由于機場遠離市區，對地鐵列車運行速度具有更高的要求，很多城市在建或擬建的地鐵機場線都是快速線路，設計的地鐵運行速度較目前的運行速度大幅度提高，以正在修建的成都地鐵18號線為例，其設計的地鐵運行速度達到了140km/h。而隨著地鐵速度的進一步提高，在常規斷面尺寸的地鐵隧道中，隧道空氣動力學效應會相當顯著，形成較大的空氣壓力波和微壓波，壓力波和微壓波進入車廂后，將造成乘車環境的惡化，引起司乘人員產生耳部不適、耳膜疼痛、頭暈目弦等身體不良反應，如廣州地鐵3號線，其最高運行速度可達120km/h，自運營以來，常有乘客反映出現車內壓力變化引起耳鳴、頭暈等身體不適的情況，嚴重影響了乘車舒適度，甚至對人體健康也造成了一定程度的危害。同時，地鐵列車速度的提高還將導致同等斷面隧道內空氣阻力的增大，影響列車牽引效能的有效發揮，并可能引起嚴重的噪聲污染。因此，針對城市快速地鐵線路區間盾構隧道的建設需求，相應地增大地鐵隧道的斷面尺寸，減小列車在隧道內的阻塞比，營造舒適的乘車環境非常必要。這就為盾構隧道結構斷面構造和幾何設計提出了新的要求，為此，需要發明一種適應于快速地鐵線路的盾構隧道襯砌環分塊結構型式。

眾所周知，增大地鐵盾構隧道的斷面尺寸，必然將改變傳統的盾構隧道襯砌環的分塊結構型式。而盾構隧道襯砌環分塊需要綜合考慮每塊管片的重量體積、拼裝便利性、縱向連接剛度、管片襯砌環的力學特征等因素，這些因素對工程的施工難度和工程造價具有較大的影響。目前，國內地鐵盾構隧道的內徑一般為5.4m或5.5m，對應外徑分別為6.0m、6.2m，管片厚度分別為30.0cm、35.0cm。其管片襯砌環主要采用3+2+1的分塊模式，縱向螺栓布置10顆或者12顆，以廣州、成都、深圳地鐵為例，隧道每環管片分成三塊標準塊(b)、兩塊鄰接塊(l)和一塊封頂塊(f)，其中管片封頂塊圓心角為15°，鄰接塊圓心角為64.5°，標準塊圓心角為72°，縱向連接螺栓共計10顆，按36°等角布置。若進一步擴大盾構隧道的斷面尺寸以適應140km/h的快速地鐵列車營運速度，則其內徑需增至7.5m，外徑增至8.3m，厚度增至40.0cm，若仍采用上述的襯砌環分塊結構型式，將面臨以下問題：

①單塊管片的體積和重量將大大增加，不利于管片的搬運、吊裝以及拼接等施工操作；②常規管片的10或12顆縱向連接螺栓數量無法保證加大斷面盾構隧道的縱向剛度。

技術實現要素：

為了解決現有存在的問題，本發明的目的在于提供一種適應于快速地鐵線路的盾構隧道襯砌環，其能夠滿足快速地鐵對隧道襯砌環的要求，其提供的分塊型式便于施工、縱向剛度高、穩定性好。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種適應于快速地鐵線路的盾構隧道襯砌環，該襯砌環為4+2+1分塊型式，襯砌環包括4個標準分塊、2個鄰接分塊和1個封頂分塊，4個標準分塊拼接在一起，2個鄰接分塊分別連接于4個標準分塊的兩側，封頂分塊連接于2個鄰接分塊之間，其中，標準分塊和鄰接分塊的圓心角均為54°，封頂分塊的圓心角為36°。

本發明在綜合考慮施工便利性的條件下，改變隧道襯砌環的分塊方案，設計出4+2+1的分塊型式，既能夠有效增大襯砌環的斷面尺寸，以滿足快速地鐵對地鐵盾構隧道斷面的大尺寸要求，又能夠確保每個分塊重量體積適宜，進而保證拼裝的便利性。而且，本發明在滿足列車快速運行的同時還能夠營造舒適的乘車環境。

進一步地，在本發明的較佳實施例中，上述襯砌環還包括沿其圓周方向均勻布置的20個縱向螺栓，并且每個標準分塊和每個鄰接分塊上均設有3個縱向螺栓，封頂分塊上設有2個縱向螺栓。

本發明適當增加縱向螺栓的數量，提高了襯砌環的縱向連接剛度。并且由于縱向螺栓數量設置合理，使得相鄰的兩個縱向螺栓形成的圓心角角度適中，能夠通過襯砌環之間角度的旋轉來實現多點位錯縫拼裝，從而提高整個隧道的穩定性。

進一步地，在本發明的較佳實施例中，上述襯砌環還包括沿其圓周方向布置的14個環向螺栓，每個分塊的環向兩側各布置一對環向螺栓，每對環向螺栓以分塊的中心軸線為對稱線對稱。

本發明將連接每個分塊的環向螺栓對稱地設置在每個分塊的兩側，有利于安裝連接，并且保證每個分塊受力平衡，提高襯砌環在圓周方向的穩固性。

進一步地，在本發明的較佳實施例中，上述環向螺栓和縱向螺栓均為m30彎螺栓。

進一步地，在本發明的較佳實施例中，上述的襯砌環的外徑為8.3m，內徑為7.5m，管片厚度為40.0cm，幅寬為2.0m。

進一步地，在本發明的較佳實施例中，上述標準分塊、鄰接分塊和封頂分塊均包括吊裝孔，吊裝孔分別設置于標準分塊、鄰接分塊和封頂的幾何中心處。

本發明具有以下有益效果：

①適當地增加了盾構隧道襯砌環的分塊數，在保證加大斷面地鐵盾構隧道適應快速列車行駛的同時，不會明顯增加管片的體積和重量，有利于管片的搬運、吊裝以及拼接等施工操作，能有效降低施工難度；

②適當增加了盾構隧道襯砌環環間縱向螺栓數量，確保盾構隧道斷面尺寸增大后結構的縱向剛度；

③合理地設置了相鄰縱向螺栓的中心角，能夠通過襯砌環環間多角度旋轉實現多點位錯縫拼接，有效減小結構變形，提高盾構隧道的縱向穩定性。

附圖說明

圖1為本發明的適應于快速地鐵線路的盾構隧道襯砌環的分塊示意圖；

圖2為圖1沿a-a剖面線的結構示意圖；

圖3為圖1沿b-b剖面線的結構示意圖；

圖4為本發明的適應于快速地鐵線路的盾構隧道襯砌環的拼裝示意圖。

圖中：100-襯砌環；110-標準分塊；120-鄰接分塊；130-封頂分塊；140-縱向螺栓；150-環向螺栓；160-吊裝孔。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。

需要說明的是，本發明所指的“分塊”，是對封頂分塊、鄰接分塊和標準分塊的統稱，其可以被理解為封頂分塊、鄰接分塊和標準分塊的替代，在沒有特別強調時，分塊包含封頂分塊、鄰接分塊和標準分塊，其限定的特征均適用于封頂分塊、鄰接分塊和標準分塊。同時，本發明的分塊也可以稱之為管片。

本發明所指的“分塊的環向兩側”，是指在分塊的沿襯砌環圓周方向上的兩側，而不是分塊的與襯砌環斷面平行的兩側。

實施例

請參照圖1所示出的適應于快速地鐵線路的盾構隧道襯砌環100，該襯砌環100為4+2+1分塊型式，襯砌環100包括4個標準分塊110、2個鄰接分塊120和1個封頂分塊130。封頂分塊130、鄰接分塊120和標準分塊110由盾構機拼接成封閉的并且端面平滑的襯砌環100。

4個標準分塊110拼接在一起，2個鄰接分塊120分別連接于4個標準分塊110的兩側，封頂分塊130連接于2個鄰接分塊120之間。4個標準分塊110依次連接，2個鄰接塊分別與標準分塊110兩端連接，封頂分塊130位于2個鄰接分塊120之間。封頂塊為楔形，楔形量為64.0mm。

標準分塊110和鄰接分塊120的圓心角均為54°，封頂分塊130的圓心角為36°。襯砌環100的外徑為8.3m，內徑為7.5m，分塊厚度為40.0cm，幅寬為2.0m。

本發明的4+2+1分塊型式，通過合理地設置每個分塊的圓心角，使得襯砌環100的外徑和內徑可以分別達到8.3m和7.5m，增大了襯砌環100的斷面尺寸，能夠適應140km/h的快速地鐵列車營運速度，并且在分塊厚度為40.0cm的情況下，該分塊型式也不會導致每個分塊的體積和重量過大，不會影響分塊的搬運、吊裝以及拼接等施工操作。

標準分塊110、鄰接分塊120和封頂分塊130均包括吊裝孔160。吊裝孔160分別設置于標準分塊110、鄰接分塊120和封頂的幾何中心處，用于吊裝。

請參照圖2或圖3，襯砌環100還包括沿其圓周方向均勻布置的20個縱向螺栓140。縱向螺栓140用于連接相鄰兩個襯砌環100，其設置在分塊的與襯砌環100斷面平行的端面上，如圖1所示。20顆縱向螺栓140沿襯砌環100的圓周方向按18°等角布置。并且每個標準分塊110和每個鄰接分塊120上均設有3個縱向螺栓140，封頂分塊130上設有2個縱向螺栓140。

請參照圖2或圖3，襯砌環100還包括沿其圓周方向布置的14個環向螺栓150，每個分塊的環向兩側各布置一對環向螺栓150，每對環向螺栓150以分塊的中心軸線為對稱線對稱。根據一個優選實施方式，環向螺栓150和縱向螺栓140均為m30彎螺栓。

如圖4所示，在分塊的拼裝過程中，沿著盾構的掘進方向(圖中箭頭所指方向)，相鄰的襯砌環100之間旋轉18°，可以實現環與環之間良好的錯縫拼裝，可以有效提高結構的縱向連接剛度。

綜上所示，本發明結構簡單，方便實用，能夠保證加大斷面地鐵盾構隧道適應快速列車行駛的同時，不會明顯增加管片的體積和重量，便于施工，加上縱向連接螺栓數量以及布置合理，能夠實現多點錯位拼裝，確保盾構隧道斷面尺寸增大后結構的縱向剛度。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。