一种自紧快接的管片连接结构及应用方法

1.本发明涉及地铁建设隧道技术领域，更具体涉及一种自紧快接的管片连接结构及应用方法。

背景技术：

2.如今，我国大城市地铁设施已经发展几千公里，盾构隧道是城市隧道的主要类型，盾构隧道在施工过程中，相邻管片主要依靠螺栓紧固，在紧固过程中，主要面临两个问题，一是螺栓紧固依靠人工解决，工作量大，施工效果难以保证；二是螺栓部位有大量空隙，会加速管片与螺栓的锈裂。
3.如今的螺栓连接管片，需要在管片侧立面与管片圆弧面上开口，再用螺栓连接，由于开孔位置需要足够尺寸安装螺母，因此管片圆弧面上需要开若干较大的孔，同时开孔数量不宜过多，否则将会降低管片承载的有效体积；
4.有鉴于此，有必要对现有技术中螺栓的紧固方式予以改进，以解决上述问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于公开一种自紧快接的管片连接结构及应用方法，以解决上述技术问题，实现管片之间的自紧快接，提高管片之间的抗剪切力，避免螺栓后退，以及弥补空隙，降低螺栓的绣裂过程。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种自紧快接的管片连接结构，用在盾构隧道，管片与管片之间的接触面上，等间距设置有多组，每组包括：
7.第一螺栓与第二螺栓，分别固定在两个管片的相对接触面上，且对向设置，所述第一螺栓与第二螺栓结构相同，均包括：
8.柱形连接段，用于与管片构成固定连接；
9.柱形螺纹段，位于所述柱形连接段背离所述管片的一端，且外径小于所述柱形连接段的外径，所述柱形螺纹段与所述柱形连接段之间形成有台阶面；
10.锥形突刺部，布置于所述柱形螺纹段的外端；
11.螺母，内部对称设有逆向螺纹，逆向螺纹的外侧设有无螺纹段，所述螺母的两侧外边缘均开设有缺口；
12.第一环形限位件与第二环形限位件，预置在所述螺母的内部且靠中央布置，并与所述螺母的螺纹连接；
13.第一环形拧紧件与第二环形拧紧件，内壁均布置有与所述柱形螺纹段相配合的内螺纹段，外壁均布置有与所述螺母的螺纹相配合的外螺纹段；
14.所述台阶面与环形拧紧件之间通过第一滑动限位机构连接配合；
15.环形拧紧件与环形限位件之间通过第二滑动限位机构连接配合；
16.通过对两片管片施加对向压力，环形拧紧件通过第一滑动限位机构与第二滑动限位机构先后发生相对环形限位件与相对螺栓的转动，使得螺栓与环形拧紧件以及环形限位
件三者之间发生紧固连接；
17.药剂容器，布置在环形限位件内，并在锥形突刺部的作用下，释放化学药剂，对螺母内部的间隙填充。
18.作为本发明的进一步改进，所述第一滑动限位机构包括：
19.第一连接柱，具有多个，呈环形间隔布置于所述台阶面上，且与所述柱形螺纹段平行布置，顶部具有第一凸起；
20.位于环形拧紧件相对螺栓的侧端面上开设的多段第一圆弧限位槽，分别与所述第一连接柱构成滑动限位配合，所述第一圆弧限位槽与所述第一连接柱的接触端形成有供所述第一凸起穿过的第一扩口部；
21.所述第一圆弧限位槽的底部设有第一斜台，用于在两个所述管片施加的对向压力下，驱动环形拧紧件转动，使环形拧紧件与螺栓紧固贴合；
22.所述第二滑动限位机构包括：
23.第二连接柱，具有多个，呈环形间隔布置于环形拧紧件相对环形限位件的侧端面上，且与所述柱形螺纹段平行布置，顶部具有第二凸起；
24.位于环形限位件相对环形拧紧件的侧端面上开设的多段第二圆弧限位槽，分别与所述第二连接柱构成滑动限位配合，所述第二圆弧限位槽与所述第二连接柱的接触端形成有供所述第二凸起穿过的第二扩口部；
25.所述第二圆弧限位槽的底部设有第二斜台，用于在两个所述管片施加的对向压力下，驱动环形拧紧件转动，使环形拧紧件与环形限位件紧固贴合。
26.作为本发明的进一步改进，所述管片在螺栓的外周开设有圆柱形孔，供所述螺母插接。
27.作为本发明的进一步改进，所述螺母具有缺口的内壁沿周向设有弧形凸缘；螺栓的外周设有与弧形凸缘相配合的环形槽。
28.本发明还公开了一种自紧快接的管片连接结构的应用方法，包括以下步骤：
29.s1，首先将螺栓的柱形连接段与管片内的钢筋笼焊接，浇筑混凝土后成型，在螺栓外周的所述管片上开设圆柱形孔，配合螺母后期插接；
30.s2，将第一环形限位件与第二环形限位件通过螺纹转动的方式对称预置在所述螺母的内部且靠中央布置，并在第一环形限位件与第二环形限位件之间保留一定间隙，在第一环形限位件与第二环形限位件的内部事先放置装好化学药剂的药剂容器；
31.s3，在第一螺栓上布置第一环形拧紧件，第二螺栓上布置第二环形拧紧件，在机械装置的辅助下，使得第一螺栓、第二螺栓与螺母同步发生对接，通过机械装置对两个所述管片施加对向压力，第一环形拧紧件与第二环形拧紧件在所述无螺纹段上对向滑动，直至所述第二连接柱与所述第二圆弧限位槽配合，所述第一环形拧紧件、所述第二环形拧紧件同步发生相对螺母的转动，与所述螺母发生螺纹连接，直至所述第一环形拧紧件与所述第一环形限位件相贴合，所述第二环形拧紧件与所述第二环形限位件相贴合；
32.s4，当环形限位件与环形拧紧件贴合完成后，所述第一连接柱与所述第一圆弧限位槽开始配合，在机械装置对两个所述管片持续施加的对向压力下，环形拧紧件与环形限位件同步转动，并向所述螺母的中央方向位移，同时所述柱形螺纹段与所述内螺纹段开始螺纹配合，直至所述第一螺栓与所述第一环形拧紧件相贴合，所述第二螺栓与所述第二环
形拧紧件相贴合，实现螺栓与螺母的最终配接，所述药剂容器被所述锥形突刺部刺破，化学药剂释放，实现对螺栓与螺母之间的间隙进行填充。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.(1)一种自紧快接的管片连接结构，采用快接结构，只需要在管片侧立面上等距离开孔，预制好螺栓接头，用螺母连接即可，该结构整体体积损失减少，相邻管片间抵抗剪切力的作用提升，通过有效的化学药剂弥补空隙，降低螺栓的绣裂过程；相邻管片因为本方案设计的螺栓可以实现快接，抑制后退，具备化学密封的作用，因此不需要工人手动去紧固螺栓，降低了二次人为作用下的降低预期效果，大大提高了管片安装的效率。
35.(2)一种自紧快接的管片连接结构的应用方法，通过在两片管片之间预制螺栓接头，基于连接结构，只需通过对两片管片施加对向应力，即可完成对管片之间的连接，该连接方式简单快捷，且连接牢固性好，节省了大量人力，提高了施工效率。
36.(3)在实际投入过程，可根据受力需求，管片尺寸等参数调整在管片上开孔，设置螺栓的位置与数量；可根据相关研究调整药剂成分；本方案的设计，减少了原本在管片上设置锚具的开孔体积，增强了管片的整体性，同时，整个锚具发挥作用的过程，减少了人的干预作用，保证了生产效率与效果。
附图说明
37.图1为本发明一种自紧快接的管片连接结构及应用方法中管片与连接结构的部分装配示意图，且图中只示意出了连接结构的一侧；
38.图2为图1中a处的放大示意图；
39.图3为本发明一种自紧快接的管片连接结构及应用方法中连接结构的爆炸示意图，且图中只示意出了连接结构的一侧；
40.图4为图3的装配示意图；
41.图5为本发明一种自紧快接的管片连接结构及应用方法中螺栓的结构示意图；
42.图6为本发明一种自紧快接的管片连接结构及应用方法中环形拧紧件的结构示意图；
43.图7为本发明一种自紧快接的管片连接结构及应用方法中环形限位件的结构示意图；
44.图8为本发明一种自紧快接的管片连接结构及应用方法中螺母的结构示意图。
45.图中：10、管片；11、螺栓；21、螺母；31、环形限位件；41、环形拧紧件；51、药剂容器；60、第一圆弧限位槽；61、第一连接柱；70、第二圆弧限位槽；71、第二连接柱；110、环形槽；111、柱形连接段；112、柱形螺纹段；113、锥形突刺部；210、缺口；211、弧形凸缘；212、逆向螺纹；213、无螺纹段；411、外螺纹段；412、内螺纹段；600、第一扩口部；611、第一凸起；700、第二扩口部；701、第二斜台；711、第二凸起。
具体实施方式
46.下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
47.请参图1至图8所示出的本发明一种自紧快接的管片连接结构的一种具体实施方式。
48.一种自紧快接的管片10连接结构，用在盾构隧道，管片10与管片10之间的接触面上，等间距设置有多组，每组包括：第一螺栓11与第二螺栓11，分别固定在两个管片10的相对接触面上，且对向设置，第一螺栓11与第二螺栓11结构相同，均包括：柱形连接段111，用于与管片10构成固定连接；柱形螺纹段112，位于柱形连接段111背离管片10的一端，且外径小于柱形连接段111的外径，柱形螺纹段112与柱形连接段111之间形成有台阶面；锥形突刺部113，布置于柱形螺纹段112的外端；用于刺破螺母21内部放置的药剂容器51，同时在管片10进行盲接时方便对接。
49.螺母21，内部对称设有逆向螺纹212，逆向螺纹212的外侧设有无螺纹段213，螺母21的两侧外边缘均开设有缺口210；第一环形限位件31与第二环形限位件31，预置在螺母21的内部且靠中央布置，并与螺母21的螺纹连接；第一环形拧紧件41与第二环形拧紧件41，内壁均布置有与柱形螺纹段112相配合的内螺纹段412，外壁均布置有与螺母21的螺纹相配合的外螺纹段411；台阶面与环形拧紧件41之间通过第一滑动限位机构连接配合；环形拧紧件41与环形限位件31之间通过第二滑动限位机构连接配合；通过对两片管片10施加对向压力，环形拧紧件41通过第一滑动限位机构与第二滑动限位机构先后发生相对环形限位件31与相对螺栓11的转动，使得螺栓11与环形拧紧件41以及环形限位件31三者之间发生紧固连接；
50.药剂容器51，布置在环形限位件31内，并在锥形突刺部113的作用下，释放化学药剂，对螺母21内部的间隙填充。
51.第一滑动限位机构包括：第一连接柱61，具有多个，呈环形间隔布置于台阶面上，且与柱形螺纹段112平行布置，顶部具有第一凸起611，第一凸起611为球形结构；位于环形拧紧件41相对螺栓11的侧端面上开设的多段第一圆弧限位槽60，分别与第一连接柱61构成滑动限位配合，第一圆弧限位槽60与第一连接柱61的接触端形成有供第一凸起611穿过的第一扩口部600；第一圆弧限位槽60的底部设有第一斜台，用于在两个管片10施加的对向压力下，驱动环形拧紧件41转动，使环形拧紧件41与螺栓11紧固贴合；
52.第二滑动限位机构包括：第二连接柱71，具有多个，呈环形间隔布置于环形拧紧件41相对环形限位件31的侧端面上，且与柱形螺纹段112平行布置，顶部具有第二凸起711，第二凸起711同样为球形结构；位于环形限位件31相对环形拧紧件41的侧端面上开设的多段第二圆弧限位槽70，分别与第二连接柱71构成滑动限位配合，第二圆弧限位槽70与第二连接柱71的接触端形成有供第二凸起711穿过的第二扩口部700；第二圆弧限位槽70的底部设有第二斜台701，用于在两个管片10施加的对向压力下，驱动环形拧紧件41转动，使环形拧紧件41与环形限位件31紧固贴合。
53.第一滑动限位机构与第二滑动限位机构一方面能够在受力作用下驱动环形拧紧件41转动，实现螺栓11与环形拧紧件41以及环形限位件31三者之间的紧固连接，另一方面能够克服管片10连接处发生的剪切力作用，避免螺栓11与螺母21之间的相对位移，造成管片10脱离，巧妙的利用水平推力变换为螺栓11与螺母21之间的转动连接，且能够避免现有技术中普通的螺纹连接造成的螺栓11相对螺母21后退的现象发生，具有一定的限位作用。
54.管片10在螺栓11的外周开设有圆柱形孔，供螺母21插接，使得螺母21完全隐没在
管片10中。螺母21具有缺口210的内壁沿周向设有弧形凸缘211；螺栓11的外周设有与弧形凸缘211相配合的环形槽110，使得螺母21与螺栓11之间最终形成卡接，组成最后一道配合。
55.本发明还公开了一种自紧快接的管片10连接结构的应用方法，包括以下步骤：s1，首先将螺栓11的柱形连接段111与管片10内的钢筋笼焊接，浇筑混凝土后成型，在螺栓11外周的管片10上开设圆柱形孔，配合螺母21后期插接；s2，将第一环形限位件31与第二环形限位件31通过螺纹转动的方式对称预置在螺母21的内部且靠中央布置，并在第一环形限位件31与第二环形限位件31之间保留一定间隙，在第一环形限位件31与第二环形限位件31的内部事先放置装好化学药剂的药剂容器51；s3，在第一螺栓11上布置第一环形拧紧件41，第二螺栓11上布置第二环形拧紧件41，在机械装置的辅助下，使得第一螺栓11、第二螺栓11与螺母21同步发生对接，通过机械装置对两个管片10施加对向压力，第一环形拧紧件41与第二环形拧紧件41在无螺纹段213上对向滑动，直至第二连接柱71与第二圆弧限位槽70配合，第一环形拧紧件41、第二环形拧紧件41同步发生相对螺母21的转动，与螺母21发生螺纹连接，直至第一环形拧紧件41与第一环形限位件31相贴合，第二环形拧紧件41与第二环形限位件31相贴合；s4，当环形限位件31与环形拧紧件41贴合完成后，第一连接柱61与第一圆弧限位槽60开始配合，在机械装置对两个管片10持续施加的对向压力下，环形拧紧件41与环形限位件31同步转动，并向螺母21的中央方向位移，同时柱形螺纹段112与内螺纹段412开始螺纹配合，直至第一螺栓11与第一环形拧紧件41相贴合，第二螺栓11与第二环形拧紧件41相贴合，实现螺栓11与螺母21的最终配接，药剂容器51被锥形突刺部113刺破，化学药剂释放，实现对螺栓11与螺母21之间的间隙进行填充。
56.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

1.一种自紧快接的管片连接结构，用在盾构隧道，管片与管片之间的接触面上，等间距设置有多组，其特征在于，每组包括：第一螺栓与第二螺栓，分别固定在两个管片的相对接触面上，且对向设置，所述第一螺栓与第二螺栓结构相同，均包括：柱形连接段，用于与管片构成固定连接；柱形螺纹段，位于所述柱形连接段背离所述管片的一端，且外径小于所述柱形连接段的外径，所述柱形螺纹段与所述柱形连接段之间形成有台阶面；锥形突刺部，布置于所述柱形螺纹段的外端；螺母，内部对称设有逆向螺纹，逆向螺纹的外侧设有无螺纹段，所述螺母的两侧外边缘均开设有缺口；第一环形限位件与第二环形限位件，预置在所述螺母的内部且靠中央布置，并与所述螺母的螺纹连接；第一环形拧紧件与第二环形拧紧件，内壁均布置有与所述柱形螺纹段相配合的内螺纹段，外壁均布置有与所述螺母的螺纹相配合的外螺纹段；所述台阶面与环形拧紧件之间通过第一滑动限位机构连接配合；环形拧紧件与环形限位件之间通过第二滑动限位机构连接配合；通过对两片管片施加对向压力，环形拧紧件通过第一滑动限位机构与第二滑动限位机构先后发生相对环形限位件与相对螺栓的转动，使得螺栓与环形拧紧件以及环形限位件三者之间发生紧固连接；药剂容器，布置在环形限位件内，并在锥形突刺部的作用下，释放化学药剂，对螺母内部的间隙填充。2.根据权利要求1所述的一种自紧快接的管片连接结构，其特征在于，所述第一滑动限位机构包括：第一连接柱，具有多个，呈环形间隔布置于所述台阶面上，且与所述柱形螺纹段平行布置，顶部具有第一凸起；位于环形拧紧件相对螺栓的侧端面上开设的多段第一圆弧限位槽，分别与所述第一连接柱构成滑动限位配合，所述第一圆弧限位槽与所述第一连接柱的接触端形成有供所述第一凸起穿过的第一扩口部；所述第一圆弧限位槽的底部设有第一斜台，用于在两个所述管片施加的对向压力下，驱动环形拧紧件转动，使环形拧紧件与螺栓紧固贴合；所述第二滑动限位机构包括：第二连接柱，具有多个，呈环形间隔布置于环形拧紧件相对环形限位件的侧端面上，且与所述柱形螺纹段平行布置，顶部具有第二凸起；位于环形限位件相对环形拧紧件的侧端面上开设的多段第二圆弧限位槽，分别与所述第二连接柱构成滑动限位配合，所述第二圆弧限位槽与所述第二连接柱的接触端形成有供所述第二凸起穿过的第二扩口部；所述第二圆弧限位槽的底部设有第二斜台，用于在两个所述管片施加的对向压力下，驱动环形拧紧件转动，使环形拧紧件与环形限位件紧固贴合。3.根据权利要求1所述的一种自紧快接的管片连接结构，其特征在于，所述管片在螺栓
的外周开设有圆柱形孔，供所述螺母插接。4.根据权利要求1所述的一种自紧快接的管片连接结构，其特征在于，所述螺母具有缺口的内壁沿周向设有弧形凸缘；螺栓的外周设有与弧形凸缘相配合的环形槽。5.基于权利要求2中任一项所述的一种自紧快接的管片连接结构的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，首先将螺栓的柱形连接段与管片内的钢筋笼焊接，浇筑混凝土后成型，在螺栓外周的所述管片上开设圆柱形孔，配合螺母后期插接；s2，将第一环形限位件与第二环形限位件通过螺纹转动的方式对称预置在所述螺母的内部且靠中央布置，并在第一环形限位件与第二环形限位件之间保留一定间隙，在第一环形限位件与第二环形限位件的内部事先放置装好化学药剂的药剂容器；s3，在第一螺栓上布置第一环形拧紧件，第二螺栓上布置第二环形拧紧件，在机械装置的辅助下，使得第一螺栓、第二螺栓与螺母同步发生对接，通过机械装置对两个所述管片施加对向压力，第一环形拧紧件与第二环形拧紧件在所述无螺纹段上对向滑动，直至所述第二连接柱与所述第二圆弧限位槽配合，所述第一环形拧紧件、所述第二环形拧紧件同步发生相对螺母的转动，与所述螺母发生螺纹连接，直至所述第一环形拧紧件与所述第一环形限位件相贴合，所述第二环形拧紧件与所述第二环形限位件相贴合；s4，当环形限位件与环形拧紧件贴合完成后，所述第一连接柱与所述第一圆弧限位槽开始配合，在机械装置对两个所述管片持续施加的对向压力下，环形拧紧件与环形限位件同步转动，并向所述螺母的中央方向位移，同时所述柱形螺纹段与所述内螺纹段开始螺纹配合，直至所述第一螺栓与所述第一环形拧紧件相贴合，所述第二螺栓与所述第二环形拧紧件相贴合，实现螺栓与螺母的最终配接，所述药剂容器被所述锥形突刺部刺破，化学药剂释放，实现对螺栓与螺母之间的间隙进行填充。

技术总结

本发明公开了一种自紧快接的管片连接结构，用在盾构隧道，管片与管片之间的接触面上，等间距设置有多组，每组包括：第一螺栓与第二螺栓，分别固定在两个管片的相对接触面上，且对向设置，螺母，内部对称设有逆向螺纹，逆向螺纹的外侧设有无螺纹段；第一环形限位件与第二环形限位件，预置在螺母的内部且靠中央布置，并与螺母的螺纹连接；第一环形拧紧件与第二环形拧紧件，内壁均布置有内螺纹段，外壁均布置有外螺纹段；台阶面与环形拧紧件之间通过第一滑动限位机构连接配合；环形拧紧件与环形限位件之间通过第二滑动限位机构连接配合。本发明的公开，实现管片之间的自紧快接，提高管片之间的抗剪切力，降低螺栓的绣裂过程。降低螺栓的绣裂过程。降低螺栓的绣裂过程。