[发明专利]强刚度低配筋预应力盾构隧道结构及其施工方法

权利要求书

1.一种强刚度低配筋预应力盾构隧道结构，包括多块盾构管环、环向预应力构造和纵向预应力构造，其特征在于：

各盾构管环由多片盾构管片通过环向预应力构造连接为一整体，多块盾构管环通过纵向预应力构造连接为预应力盾构隧道结构的整体构架，通过所述环向预应力构造对各盾构管片施加环向预应力，通过纵向预应力构造将多块纵向盾构管片连接成整体并对其施加纵向预应力；

所述环向预应力构造包括环向预埋于盾构管环内的金属波纹管、贯穿整个金属波纹管的预应力钢绞线以及锚固组件，所述预应力钢绞线从金属波纹管的两端伸出并分别通过一锚固组件固定于盾构管环的内壁上；

所述锚固组件包含预设于盾构管环内壁上的预留槽口、位于预应力钢绞线末端的锚固齿块以及封闭张拉锚具于混凝土内以形成永久结构的封锚混凝土，所述预留槽口为一朝向预应力钢绞线倾斜的楔形槽，所述楔形槽的末端垂直面供预应力钢绞线张拉和锚固以及封锚混凝土将张拉锚具进行稳定有效的封固卡固，从而形成预留槽口、锚固齿块和封锚混凝土共同形成的受力构造，所述锚固齿块上还设有扁形张拉端锚具以锚固预应力钢绞线并节省锚固空间，所述锚固组件还包含抵抗锚后牵拉开裂配筋、抗拉局部受弯配筋、抗拉锚下局部承压钢筋锚片、抗拉锚下劈裂配筋和抵抗径向力配筋，以提高锚固效果，由于环向预应力齿块的锚固区存在着垂直锚面的锚固力，导致预应力钢绞线的弯曲在此处引起径向力，同时锚固齿块的三角齿块也在管片内壁形成几何突变，因此此处为一个较为复杂的应力扰动区，需要配置足够钢筋以满足抗裂及承载力的需求，所述抵抗锚后牵拉开裂配筋平行于盾构管片的内壁设置，从而与盾构管片的构造钢筋并置，以抵抗锚后的拉应力集中；所述抗拉局部受弯配筋平行于盾构管片的外壁设置，与盾构管片的构造钢筋并置，以抵抗盾构管片外缘的局部弯曲效应；所述抗拉锚下局部承压钢筋锚片为钢筋网片，置于齿块内锚具下方，与锚下螺旋钢筋一起防止局部承压过高引起的锚下开裂；所述抗拉锚下劈裂配筋平行于锚面，设置于齿块内锚具后方，防止齿块锚下横向拉应力导致的锚下劈裂；所述抵抗径向力配筋设置于预应力钢绞线的弯曲处，形状为U形，以有效防止钢绞线转向区域的径向力作用导致管片内壁混凝土崩裂。

2.如权利要求1所述的强刚度低配筋预应力盾构隧道结构，其特征在于：所述盾构管片的端面采用平面，在盾构管片的两侧靠近迎水面处设置防水胶条预留沟槽，以容置防水胶条进行密封。

3.如权利要求1所述的强刚度低配筋预应力盾构隧道结构，其特征在于：所述波纹管的外缘间隔设有多个波纹管定位钢筋，所述波纹管定位钢筋为井字型以精确定位波纹管在管片中的位置并防止管片预制时管道发生偏移。

4.如权利要求1所述的强刚度低配筋预应力盾构隧道结构，其特征在于：所述纵向预应力构造沿预应力盾构隧道纵向设置，其包含纵向预埋于盾构管环内的波纹管、贯穿波纹管的预应力钢绞线以及锚固组件，纵向预应力构造的波纹管、预应力钢绞线均纵向设置并贯穿于多个盾构管环，各纵向预应力构造的预应力钢绞线设置在盾构管片的形心处，所述预应力钢绞线从波纹管的两端伸出并分别通过锚固组件进行固定。

5.如权利要求4所述的强刚度低配筋预应力盾构隧道结构，其特征在于：纵向预应力构造的波纹管的外缘间隔设有多个波纹管定位钢筋，所述波纹管定位钢筋为井字型，所述波纹管定位钢筋设置在盾构管片横向断面的形心位置处从而精确定位波纹管在管片中的位置。

6.一种如权利要求1-5中任一所述的强刚度低配筋预应力盾构隧道结构的施工方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：预制多片盾构管片，并在多片盾构管片内预埋有环向预应力构造和纵向预应力构造的波纹管；

步骤二：沿盾构隧道结构的纵向，多块盾构管片首尾相连而形成多个盾构管环，各盾构管环的环向预应力构造的预应力钢绞线贯穿波纹管后两端进行锚固，以形成盾构管环；

步骤三：多个盾构管环通过纵向预应力构造形成盾构隧道结构。