CN104929656A - 一种新型隧道初衬结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型隧道初衬结构及其施工方法。所述隧道初衬结构由多组预制件相互拼接组成。其是在隧道开挖前通过专用施工设备分块将预制件置入待建隧道周围并拼接形成隧道的衬砌结构，以取代传统的隧道施工方法中的初支或全部衬砌结构。所述隧道初砌结构施工方法包括场地准备、施工设备安装调试及箱体构件拼装、箱体构件及设备就位、掘进出土，箱体顶进、预制件置入及拼接等工序完成。这种先衬砌后开挖的隧道施工方法保证了隧道施工时的安全性和通用性；利用预制件取代现浇混凝土，避免了传统初衬或二衬结构施工中因现浇水泥而产生的喷砼质量问题和进度问题；而且该施工方法工序简单易实施，所用材料易搬运和放置，便于隧道的工厂化施工。

Description

一种新型隧道初衬结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种新型隧道初衬结构及其施工方法。

背景技术

隧道初衬即初期支护，是隧道开挖后立即施做刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层，其一般由锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等及其他们的组合构成。在初衬及二衬施工过程中均会涉及砼喷射或砼灌注工序，现浇混凝土存在浇筑不均匀等现象，从而导致初衬或二衬结构不均匀及不完整。另外，现有初衬施工都是在隧道开挖后进行的，如能在开挖前将初期支护完成将使隧道施工变得安全可控。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目在于提供一种新型隧道初衬结构及其施工方法，能在隧道开挖前完成，以避免目前隧道施工方法存在的混凝土灌注不均、工序繁琐、工期长、安全度不高等问题。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种隧道初衬结构，其由多组预制件按一定顺序在在土体内排列拼接而成；

优选，相邻预制件通过锁口、卡槽、卡扣或螺栓连接固定；

优选，所述初衬结构形状为圆形、半圆形、马鞍形或拱形。

优选，所述预制件的材料为混凝土或钢板，或上述材料经加工处理的产物。

优选，所述钢板为波纹钢板。

优选，所述的加工处理是指经过防腐和/或涂层处理。

优选，所述的加工处理是指经过镀锌、镀镍或沥青涂层处理。

施工时，预制件材料的选择及相关处理加工方式的选择以满足隧道抗压、抗剪、耐久、防渗为准。

一种隧道初衬结构施工方法，其包括以下步骤：

步骤一：场地准备

步骤二：施工设备安装调试及箱体构件的拼装

所述施工设备包括掘进机和机架，所述掘进机安装在机架上，并能够在机架上伸缩滑移；所述掘进机包括底座、掘进钻具以及液压驱动装置；所述箱体构件为与所述隧道初衬设备相匹配的箱体，该箱体为可分离式拼装结构，具有侧板和顶板。

步骤三：箱体构件就位及设备定位

首先，将多个箱体构件相互咬合拼接形成一个箱体组，所述箱体组形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状，箱体组中的每个箱体能以相邻的箱体为滑轨前后滑移；每个箱体的侧板可单独抽出脱离。

其次，将已形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状的箱体组通过机械设备置于工作面，箱体组中的多个箱体将工作面划分为多个工位，每个箱体对应于一个工位。

最后，控制掘进机在机架上伸缩滑移至施工工位。

步骤四：掘进出土及箱体构件顶进

驱动掘进机向土体中运动，在掘进机掘进出土的同时将掘进机所在工位的箱体推入土体中，推入时通过掘进钻具将土体排出，到达预定深度后回退掘进机并移至下一箱体工位，并将下一箱体推入至设计深度，如此依次将相互咬合拼接形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状的所有箱体推入到达预定深度，待全部箱体推入土体后，相互咬合拼接的箱体将承担土体的压力，起到隧道临时支护作用。

步骤五：预制件置入及拼接

采用机械设备将第一块预制件推入一个箱体内，在预制件置入箱体后将预制件置顶，使预制件顶住箱体的顶板。

在第一块预制件置入对应箱体后，抽出该箱体及相邻箱体的侧板，然后，在相邻箱体内置入下一块预制件，并同第一块第预制件进行拼接，相邻预制件通过锁口、卡槽、卡扣或螺栓紧固。

以此类推将所有预制件置入、置顶并拼接固定，最后即形成以相互拼接的预制件作为承力构件的隧道初衬。

步骤六：在初衬结构保护下进行隧道开挖

隧道开挖分段进行，每次开挖深度要小于所述预制件的长度，以保留一定长度的壳体以便为下一循环初衬结构施工提供保护并同下一循环置入的预制件形成搭接。

步骤七：以步骤六开挖结束位置作为新的掌子面，重复步骤一至六并根据需要进行隧道二次衬砌，直至全部隧道施工完成。

优选，对于所述步骤四，先施工中间工位，然后向两侧工位依次进行或直接从一侧工位向另一侧工位依次进行。优选，对于所述步骤五，若因置顶导致已置入预制件轮廓小于隧道支护轮廓，可在预制件缺失部位重新置入符合尺寸的预制件。

优选，对于所述步骤五，在将第一块预制件置入箱体时，若箱体的侧向空间不够，可事先抽出该箱体的侧板。

优选，对于所述步骤五，在形成以相互拼接的预制件作为承力构件的隧道初衬后，将箱体的顶板依次抽出。

优选，所述机架的形状为半圆形、马鞍形或拱形。

本发明的有益效果：（1）利用预制件组装拼接形成初衬结构，结构受力更加合理，荷载分布更加均匀，而且具有一定的抗变形能力；（2）利用预制件取代传统现浇混凝土，避免了传统初衬或二衬结构施工中存在的浇筑不均匀问题，承载能力更强；（3）先衬砌后开挖，保证了施工安全；（4）在土体中顶入箱体构件，既作为掘进机掘进时的临时支护，也作为掘进机掘进和预制件置入时的导向装置，保证了安全性和准确性；（5）预制件可以采用包括波纹钢板在内的钢板制成，易于生产，便于工厂化施工；（6）所用原料来源广泛，使用更节约，更方便；（7）施工工序更加简单，工效高；（8）施工过程不存在材料浪费等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是半圆形隧道初衬结构主视图。

图2是拱形隧道初衬结构主视图。

图3是隧道初衬结构侧剖面图。

图4是波纹钢板预制件局部俯视图。

图5是掘进设备整体示意图。

图6是掘进机内部构造示意图。

图7是箱体顶入土体后的主视图。

图8是在箱体内置入预制件示意图。

图中：1-预制件；2-掘进机； 2.1-底座； 2.2-掘进钻具；2.3-动力装置；3-机架；4-箱体；5-隧道围岩土体；6-已开挖部分；7-波纹钢板；8-螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2、3所示，一种隧道初衬结构，其由多组预制件1按一定顺序在在土体内排列拼接而成；相邻预1制件通过锁口、卡槽、卡扣或螺栓连接固定；

所述初衬结构形状为圆形、半圆形、马鞍形或拱形；

所述预制件1的材料为波纹钢板（如图4所示），并经过镀锌或镀镍处理，相邻波纹钢板通过螺栓连接。

一种如上所述的隧道初衬结构的施工方法，其包括以下步骤：

步骤一：场地准备

步骤二：施工设备安装调试及箱体构件的拼装

如图5-6所示，所述施工设备包括掘进机2和机架3，所述掘进机2安装在机架3上，并能够在机架上伸缩滑移；所述掘进机2包括底座2.1、掘进钻具2.2以及动力装置2.3；

所述箱体构件为与所述隧道初衬设备相匹配的箱体4，该箱体为可分离式拼装结构，具有侧板和顶板；

步骤三：箱体构件就位及设备定位

首先，将多个箱体构件相互咬合拼接形成一个箱体组，所述箱体组形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状，箱体组中的每个箱体能以相邻的箱体为滑轨前后滑移；每个箱体的侧板可单独抽出脱离；

其次，将已形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状的箱体组通过机械设备置于工作面，箱体组中的多个箱体将工作面划分为多个工位，每个箱体对应于一个工位；

最后，控制掘进机在机架上伸缩滑移至施工工位。

步骤四：掘进出土及箱体构件顶进

驱动掘进机向土体中运动，在掘进机掘进出土的同时将掘进机所在工位的箱体推入土体中，推入时通过掘进钻具将土体排出，到达预定深度后回退掘进机并移至下一箱体工位，并将下一箱体推入至设计深度，如此依次将相互咬合拼接形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状的所有箱体推入到达预定深度，待全部箱体推入土体后，相互咬合拼接的箱体将承担土体的压力，起到隧道临时支护作用（如图7所示），施工时由中间工位向两侧工位或直接从一侧工位向另一侧工位依次进行。

步骤五：预制件置入及拼接

采用机械设备将第一块预制件推入一个箱体内，在预制件置入箱体后将预制件置顶，使预制件顶住箱体的顶板；

在第一块预制件置入对应箱体后，抽出该箱体及相邻箱体的侧板，然后，在相邻箱体内置入下一块预制件，并同第一块预制件进行拼接，相邻预制件通过锁口、卡槽、卡扣或螺栓紧固（如图8所示）；

以此类推将所有预制件置入、置顶并拼接固定，最后即形成以相互拼接的预制件作为承力构件的隧道初衬；之后可将箱体的顶板依次抽出。

步骤六：在初衬结构保护下进行隧道开挖

隧道开挖分段进行，每次开挖深度要小于所述预制件的长度，以保留一定长度的壳体以便为下一循环初衬结构施工提供保护并同下一循环置入的预制件形成搭接（如图3所示）；

步骤七：以步骤六开挖结束位置作为新的掌子面，重复步骤一至六并根据需要进行隧道二次衬砌，直至全部隧道施工完成。

本发明利用预制件组装拼接形成初衬结构，结构受力更加合理，荷载分布更加均匀，而且具有一定的抗变形能力；而且利用预制件取代传统现浇混凝土，避免了传统初衬或二衬结构施工中存在的浇筑不均匀问题，承载能力更强，保证了隧道施工安全性；而且预制件所用材料来源广泛，便于工厂化生产。

Claims (10)

1.一种隧道初衬结构，其特征在于：所述初衬结构由多组预制件按一定顺序在土体内排列拼接而成，相邻预制件通过锁口、卡槽、卡扣或螺栓连接固定；所述初衬结构形状为圆形、半圆形、马鞍形或拱形。

2.根据权利要求1所述的一种隧道初衬结构，其特征在于所述预制件的材料为混凝土或钢板，或上述材料经加工处理的产物。

3.根据权利要求2所述的一种隧道初衬结构，其特征在于所述的钢板为波纹钢板。

4.根据权利要求2所述的一种隧道初衬结构，其特征在于所述的加工处理是指经过防腐和/或涂层处理。

5.根据权利要求4所述的一种隧道初衬结构，其特征在于所述的加工处理是指经过镀锌、镀镍或沥青涂层处理。

6.一种隧道初衬结构施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：场地准备

步骤二：施工设备安装调试及箱体构件的拼装

所述施工设备包括掘进机和机架，所述掘进机安装在机架上，并能够在机架上伸缩滑移；所述掘进机包括底座、掘进钻具以及液压驱动装置；

所述箱体构件为与所述隧道初衬设备相匹配的箱体，该箱体为可分离式拼装结构，具有侧板和顶板；

步骤三：箱体构件就位及设备定位

首先，将多个箱体构件相互咬合拼接形成一个箱体组，所述箱体组形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状，箱体组中的每个箱体能以相邻的箱体为滑轨前后滑移；每个箱体的侧板可单独抽出脱离；

其次，将已形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状的箱体组通过机械设备置于工作面，箱体组中的多个箱体将工作面划分为多个工位，每个箱体对应于一个工位；

最后，控制掘进机在机架上伸缩滑移至施工工位；

步骤四：掘进出土及箱体构件顶进

驱动掘进机向土体中运动，在掘进机掘进出土的同时将掘进机所在工位的箱体推入土体中，推入时通过掘进钻具将土体排出，到达预定深度后回退掘进机并移至下一箱体工位，并将下一箱体推入至设计深度，如此依次将相互咬合拼接形成隧道支护外轮廓形状或拱部外轮廓形状的所有箱体推入到达预定深度，待全部箱体推入土体后，相互咬合拼接的箱体将承担土体的压力，起到隧道临时支护作用；

步骤五：预制件置入及拼接

采用机械设备将第一块预制件推入一个箱体内，在预制件置入箱体后将预制件置顶，使预制件顶住箱体的顶板；

在第一块预制件置入对应箱体后，抽出该箱体及相邻箱体的侧板，然后，在相邻箱体内置入下一块预制件，并同第一块第预制件进行拼接，相邻预制件通过锁口、卡槽、卡扣或螺栓紧固；

以此类推，将所有预制件置入、置顶并拼接固定，最后即形成以相互拼接的预制件作为承力构件的隧道初衬；

步骤六：在初衬结构保护下进行隧道开挖；

隧道开挖分段进行，每次开挖深度要小于所述预制件的长度，以保留一定长度的壳体以便为下一循环初衬结构施工提供保护并同下一循环置入的预制件形成搭接；

步骤七：以步骤六开挖结束位置作为新的掌子面，重复步骤一至六并根据需要进行隧道二次衬砌，直至全部隧道施工完成。

7.根据权利要求6所述的一种隧道初衬结构施工方法，其特征在于，对于所述步骤四，先施工中间工位，然后向两侧工位依次进行或直接从一侧工位向另一侧工位依次进行。

8.根据权利要求6所述的一种隧道初衬结构施工方法，其特征在于，对于所述步骤五，在将第一块预制件置入箱体时，若箱体的侧向空间不够，可事先抽出该箱体的侧板。

9.根据权利要求6所述的一种隧道初衬结构施工方法，其特征在于，对于所述步骤五，在形成以相互拼接的预制件作为承力构件的隧道初衬后，将箱体的顶板依次抽出。

10.根据权利要求6所述的一种隧道初衬结构施工方法，其特征在于，所述机架的形状为半圆形、马鞍形或拱形。