CN107387119A - 预制装配式隧道仰拱、隧道结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程技术领域，公开了一种预制装配式隧道仰拱，包括多排沿隧道延伸方向顺序排列的拼装单元，每排拼装单元均包括多块横截面呈弧形的拼装块，每排拼装单元中的相邻拼装块之间的接缝与相邻拼装单元中的相邻拼装块之间的接缝均彼此错开，在每排拼装单元的两侧预制块外侧面顶部预留有用于与隧道拱墙连接的连接钢筋。本发明所提供的一种预制装配式隧道仰拱与沟槽结构建造过程具有节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率、降低工人劳动强度和提高质量安全水平等优点。还能够防止隧道受力不均匀、容易变形以及容易开裂的隐患。本发明还公开了一种包括上述一种预制装配式隧道仰拱的隧道结构及其施工方法。

Description

预制装配式隧道仰拱、隧道结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，涉及一种预制装配式隧道仰拱，还涉及一种包含上述预制装配式隧道仰拱的隧道结构，以及该隧道结构的施工方法。

背景技术

目前，隧道结构分为隧道仰拱、隧道拱墙、填充层、排水系统等，其中隧道洞室采用人工开挖或机械开挖，然后施作初期支护，现浇隧道仰拱采用现场绑扎钢筋，再浇筑混凝土的方式。该种施工方法存在机械化程度低、无法有效解决隧道基底常见的分层、开裂、底鼓、下陷、翻浆冒泥等病害，因而导致质量无法保证，此外，该施工方法还存在费时费力，增加工人劳动强度，施工效率低等缺点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种预制装配式隧道仰拱，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一；

本发明的另一个目的是提供一种包括上述预制装配式隧道仰拱的隧道结构，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一；

本发明的再一个目的是提供一种上述隧道结构的施工方法，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种预制装配式隧道仰拱，其中，包括多排沿隧道延伸方向顺序排列的拼装单元，每排拼装单元均包括多块横截面呈弧形的拼装块，每排拼装单元中的相邻拼装块之间的接缝与相邻拼装单元中的相邻拼装块之间的接缝均彼此错开，在每排拼装单元的两侧预制块顶部预埋有用于与隧道拱墙连接的钢筋。

其中，多排所述拼装单元中的第奇数排拼装单元中的接缝彼此相对应，第偶数排拼装单元中的接缝彼此相对应。

其中，在每块预制块上均设置有用于吊装的吊装环。

其中，每排拼装单元中的相邻两个预制块的相对的接缝面上设有相互配合的定位凸起和定位凹槽，不同排拼装单元中的相邻两个预制块采用榫槽式或球铰式连接，每排拼装单元中的相邻两个预制块以及不同排拼装单元中的相邻两个预制块均通过连接件可拆卸式连接。

其中，每排拼装单元中相邻两个预制块之间以及不同排拼装单元中的相邻预制块之间均设置有止水条。

其中在每排拼装单元位于中间的预制块上预留有贯通该预制块的竖向注浆孔。

本发明还公开了一种隧道结构，在隧道内表面上由外向内依次设置有初期支护、二次衬砌、排水系统以及填充层，所述二次衬砌包括隧道拱墙和如上所述的预制装配式隧道仰拱。

其中，所述排水系统采用预制装配式排水系统，其包括位于所述填充层中的填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管、检查井，以及位于所述初期支护中的仰拱底部排水盲管；所述检查井设置在所述填充层排水直盲管的管路上；所述排水系统还包括设置在所述填充层两侧的纵向排水沟，所述填充层排水倾斜盲管连通检查井和所述纵向排水沟；所述填充层排水直盲管与所述检查井之间，所述仰拱底部排水盲管与所述检查井之间，所述填充层排水倾斜盲管与所述检查井之间，以及所述填充层排水倾斜盲管与所述纵向排水沟之间均通过可拆卸的方式连接；所述纵向排水沟、所述填充层排水直盲管、所述填充层排水倾斜盲管、所述检查井、所述仰拱底部排水盲管均为预制件。

其中，每侧的纵向排水沟的数量为两个，且这两个所述纵向排水沟之间设置有止水条。

其中，所述纵向排水沟与所述填充层排水倾斜盲管的连接处位于所述纵向排水沟的底部上方。

本发明还公开了一种隧道结构的施工方法，其包括以下步骤：

S1：施作初期支护，在施作初期支护时预埋仰拱底部排水盲管；

S2：拼装隧道仰拱；在拼装所述隧道仰拱时，首先吊装位于中间位置的预制块，然后再吊装位于两侧的预制块；

S3：安装隧道拱墙；隧道拱墙通过隧道仰拱两侧预制块顶部预埋的钢筋与所述隧道仰拱连接；

S4：安装排水系统；首先安装填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管和检查井；然后将纵向排水沟拼装到隧道的两侧，并将所述排水系统的填充层排水倾斜盲管与所述纵向排水沟连通；

S5：浇筑填充层。

(三)有益效果

本发明所提供的预制装配式隧道仰拱、隧道结构及其施工方法通过将不同排拼装单元沿隧道延伸方向错缝连接，以使得隧道仰拱受力更加均匀，且不容易变形，从而防止隧道开裂。此外，由于隧道仰拱由多个截面呈弧形的预制块拼接而成，这样不仅便于在工厂对预制块进行批量预制加工，而且便于运输和安装，可将各预制块运至施工现场后进行现场安装，且安装快速、简便，从而能够实现隧道仰拱的快速施工，降低工人劳动强度，提高施工效率并保证施工质量，以避免隧道仰拱现浇作业带来的质量隐患。此外，在建造过程中具有节约资源能源、减少施工污染和提高质量安全水平等优点。还能够防止隧道受力不均匀、容易变形以及容易开裂的隐患。

附图说明

图1示出了根据本发明的一种隧道结构的一个优选实施例的局部示意图；

图2是图1中的隧道仰拱的结构示意图；

图3是图2中的隧道仰拱的A部放大图；

图4是根据本发明的一种隧道结构的示意图；

图5是图4中的隧道结构的结构示意图；

图6是图4中的排水系统的纵向断面图。

图中，1：初期支护；2：二次衬砌；21：仰拱；22：拱墙；3：预制块；4：吊装环；5：钢筋；6：榫槽；7：排水系统；71：横向盲管；72：填充层排水倾斜盲管；73：纵向盲管；74：检查井；75：填充层中心纵向排水管；76：仰拱底部排水盲管；77：纵向排水沟；8：定位凹槽；9：定位凸起；10：连接部；11：填充层；12：轨道板基础。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

图1示出了根据本发明的一种隧道结构的一个优选实施例。如图所示，该隧道包括初期支护1和二次衬砌2，其中二次衬砌2包括隧道拱墙22和隧道仰拱21，其中，隧道仰拱21采用预制装配式隧道仰拱，其包括多排沿隧道延伸方向顺序排列的拼装单元，每排拼装单元均包括多块横截面呈弧形的拼装块3，每排拼装单元中的相邻拼装块3之间的接缝与相邻拼装单元中的相邻拼装块3之间的接缝均彼此错开，隧道仰拱21通过其两侧的预制块3顶部预留的钢筋5与隧道拱墙22连接。本发明所提供的二次衬砌2通过将不同排拼装单元沿隧道延伸方向错缝连接，以使得二次衬砌结构受力更加均匀，且不容易变形，从而防止隧道开裂。此外，由于隧道仰拱21由多个截面呈弧形的预制块3拼接而成，这样不仅便于在工厂对预制块3进行批量预制加工，而且便于运输和安装，可将各预制块3运至施工现场后进行现场安装，且安装快速、简便，从而能够实现隧道二次衬砌2的快速施工，降低工人劳动强度，提高施工效率并保证施工质量，以避免隧道隧道仰拱时现浇作业带来的质量隐患。

为了便于预制块3的加工，减少生产预制块3的模具数量，优选多排拼装单元中的第奇数排拼装单元中的接缝相对应，第偶数排拼装单元中的接缝相对应。具体地，在该实施例中，第奇数排拼装单元包括4块预制块3，第偶数排拼装单元均包括3块预制块3，第奇数排中的4块预制块3包括左预制块，左中预制块，右中预制块，右预制块。第偶数排拼装单元中的3块预制块3包括左预制块、中预制块和右预制块。在本发明的其它一些实施例中，每排拼装单元中预制块的数量应根据隧道的具体情况具体设计。

进一步地，在每块预制块3上都设置有用于吊装的吊装环4，以便于在安装过程中对预制块3进行吊装。

具体地，每排拼装单元中相邻两个预制块3的相对的接缝面上设有相互配合的定位凹槽8和定位凸起9，每排拼装单元中相邻两个预制块3的接缝处通过定位凹槽8和定位凸起9进行定位、密封和安装，且密封效果好。不同排拼装单元中的相邻预制块3采用榫槽式或球铰式连接，以便于进一步定位、密封和安装。

此外，在预制块3上还设置有连接部10，每排拼装单元中的相邻两个预制块3以及不同排拼装单元中的相邻两个预制块3(例如第一排拼装单元中的预制块与第二排拼装单元中的预制块)均通过连接件可拆卸式连接。以便于快速安装。具体地，在该实施例中，连接件为曲螺栓，在每个预制块3的顶部上设置有向内凹陷的沉槽10，该沉槽10靠近接缝面的一侧槽壁上沿横向设有供曲螺栓通过的通孔，曲螺栓的两端分别穿过所对应的通孔，并与设置在所对应的沉槽中的锁紧螺母相配合，将相邻两个预制块3连接固定，实现各预制块3之间的连接固定。需要说明的是，在本发明的其它一些实施例中，连接部也可以为设置在预制块3顶部向上凸起的凸台。在凸台上沿横向设有供连接件通过的通孔。此外，在某些实施例中，连接件也可以为直螺栓或销钉等。

此外，为了保证预制块3拼接好后接缝处具有良好的密封和防水性能，优选在每排拼装单元中相邻两个预制块3之间以及不同排拼装单元中的相邻预制块3之间均设置有止水条(未示出)。

进一步地，在每排拼装单元位于中间的预制块3上预留有贯通预制块的竖向注浆孔(未示出)，在隧道仰拱21拼装固定好后，通过该竖向注浆孔向隧道仰拱21与初期支护1之间的缝隙以及相邻的预制块3之间的缝隙注入水泥浆填充，以进一步增强预制块3之间的密封和防水性能。

本发明还公开了一种隧道结构，隧道内表面上由外向内依次设置有初期支护1、二次衬砌2、排水系统7以及填充层11，其中，二次衬砌2包括隧道拱墙和如上所述的预制装配式隧道仰拱。

更优选地，排水系统7采用预制装配式排水系统，其包括填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管72和仰拱底部排水盲管76，其中填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管72、检查井74位于填充层11内，仰拱底部排水盲管76设置在初期支护1中。检查井74设置在所述填充层排水直盲管的管路上。排水系统还包括设置在填充层两侧的纵向排水沟77，填充层排水倾斜盲管72连通检查井74和纵向排水沟77。填充层排水直盲管与检查井74之间，仰拱底部排水盲管76与检查井74之间，填充层排水倾斜盲管72与检查井74之间，以及填充层排水倾斜盲管72与所述向排水沟77之间均通过可拆卸的方式连接。并且，填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管72、仰拱底部排水盲管76、检查井74和纵向排水沟77均为预制件。

图5中仅示出了排水系统7的局部结构，实际上排水系统7包括的检查井74数量可能为多个，而围绕各个检查井74布置的排水盲管的数量也更多。但是由于各个检查井74布置的情况几乎一样，因此图5中仅截取其中一段结构进行说明。

该排水系统7通过现场拼装形成，提高了排水系统施工质量与效率，避免了排水系统后期开裂漏水的问题。并且，在系统出现堵塞时可以通过检查井74处进行疏通，从而提高了排水系统7后期维护能力。

在此基础上，由于检查井74和所有排水盲管(包括填充层排水直盲管、仰拱底部排水盲管76和填充层排水倾斜盲管72)直接或者间接连接，从而其可以汇流所有排水盲管中的水后将水排出，从而可以省略排水沟的设置，实现节约成本并加强隧道底部结构强度的效果。

需要说明的是，“检查井74设置在所述填充层排水直盲管的管路上”指的是检查井74和填充层排水直盲管连通，从而使得填充层排水直盲管中的水可以通过检查井74排出。并且，填充层排水直盲管包括四通八达的很多管段，检查井74并非和所有管段直接连接，而是只要保证管段中的水可以流入到检查井74中即可。当然，较优选的方案是将检查井74设置在填充层排水直盲管的中心枢纽位置，从而保证各个位置排水的可行性。

在上述基础上，相邻排水盲管之间可以采用内插式螺纹连接或者密封圈连接接头连接。除此以外，检查井74与仰拱底部排水盲管76之间，以及填充层排水直盲管与检查井74之间均可以采用内插式螺纹连接或者密封圈连接接头连接。当然，在三根管道交汇的地方还可以采用三通接头进行连接。

具体地，所述三通接头包括第一管段，以及相对所述第一管段对称设置的第二管段和第三管段。一旦第二管段或者第三管段发生堵塞，则通常的做法是通过第一管段进行疏通。但是现有技术中，高压疏通喷头插入第一管段之后，无法很好的控制其走向，从而很可能第二管段堵塞时高压疏通喷头最终的喷射放向是朝着第三管段的。有鉴于此，本实施例一在第一管段的轴截面上设置有隔离板，且在隔离板上设置有通孔，从而隔离板在实现对高压疏通喷头进行引导的基础上不会影响三通结构的水的流通。

本实施例中，假设第一管段靠近第二管段(或者第三管段)的一端为第一端，而另一端为第二端。为了有效对高压疏通喷头进行导向，则隔离板边缘距离第一管段的第二端端口不能太远，优选隔离板直接延伸到第二端端口。此外，隔离板的边缘距离第一管段的第一端端口也不能太远，并且优选隔离板伸出第一管段并延伸进入到第二管段和第三管段的交汇处。当然，隔离板的设置不能影响第二管段和第三管段之间的连通。此外，为了保证三通管段连接的可靠性，优选第一管段的第二端端口外侧套设有堵头。

请进一步参见图5，本实施例中填充层排水直盲管包括横向盲管71和纵向盲管73。图5中对应一个检查井74设置有一根纵向盲管73，并且73直接和检查井4连接。此外图5中，或者横向盲管71与纵向盲管73连接，从而通过纵向盲管73将水通入到检查井中；又或者，横向盲管71直接和检查井74连接并将水直接通入到检查井74当中。

应当理解的是，每个检查井74对应的纵向盲管73和横向盲管71的数量及分布不受附图5的限制，只要整个填充层排水直盲管可以实现相应排水功能即可。从而，纵向盲管73和横向盲管71都既可以直接和检查井74连接，也可以通过其它管段和检查井连接。并且，除了纵向盲管73和横向盲管71，本实施例的排水系统还可以包括与仰拱底部排水盲管76及竖直井74呈一定角度的倾斜盲管，该倾斜盲管通过三通单向阀与仰拱底部排水盲管76连通。其中，三通单向阀既可以是竖直三通；也可以是斜三通，具体分布此处不再赘述。

此外，图5中整个预制装配式排水系统是一个轴对称结构。应当理解的是轴对称的结构形式更能保证各个位置正常排水，但是其并不构成对预制装配式排水系统的限制。显然施工过程中在面临不同的施工条件时，预制装配式排水系统的具体布置很可能会进行相应的调整，而合理的调整都应当是包括在本实施例一的保护范围之内的。

在该实施例中，每侧的纵向排水沟77的数量为两个，且这两个纵向排水沟77之间设置有止水条。此外，优选纵向排水沟77与填充层排水倾斜盲管72的连接处位于纵向排水沟77的底部上方。

此外，为了便于纵向排水沟77中的水顺利流向检查井74，优选填充层排水倾斜盲管72的上端朝着远离所述检查井74的方向向上倾斜，从而对水流放向起到一定的引导作用。此外，填充层排水倾斜盲管72可以为实壁管或者双壁波纹管。此处填充层排水倾斜盲管72优先选择直径为50mm～160mm的双壁波纹管，并且相邻的填充层排水直盲管之间的间距可以设置为500mm～1000mm。此外，填充层排水直盲管优选位于填充层顶面以下30cm处在填充层排水直盲管管壁的一侧设置有进水孔。并且，纵向盲管73的直径优选为100mm～200mm。

同样仰拱底部排水盲管76可以为实壁管或者双壁波纹管。本实施例中仰拱底部排水盲管76优先采用直径为200mm～400mm的双壁波纹管，仰拱底部排水盲管76位于仰拱下方100mm～2000mm内，在仰拱底部排水盲管76上侧也设置有进水孔。

优选地，该排水系统还包括位于填充层中的填充层中心纵向排水管75，且所述填充层中心纵向排水管75与所述检查井4可拆卸式连接。

本发明还公开了上述隧道的施工方法，其包括以下步骤：

S1：施作初期支护，在施作初期支护时预埋仰拱底部排水盲管76；

S2：拼装隧道仰拱21；在拼装隧道仰拱21时，首先吊装位于中间位置的预制块，然后再吊装位于两侧的预制块；

S3：安装隧道拱墙22；隧道拱墙通过隧道仰拱两侧预制块顶部预埋的钢筋与隧道仰拱21连接；

S4：安装排水系统；首先安装填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管72和检查井74；然后将纵向排水沟77拼装到隧道的两侧，并将排水系统的填充层排水倾斜盲管72与纵向排水沟77连通；

S6：浇筑填充层11。在浇筑完填充层11后可以再施作轨道板基础12。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种预制装配式隧道仰拱，其特征在于，包括多排沿隧道延伸方向顺序排列的拼装单元，每排拼装单元均包括多块横截面呈弧形的拼装块，每排拼装单元中的相邻拼装块之间的接缝与相邻拼装单元中的相邻拼装块之间的接缝均彼此错开，在每排拼装单元的两侧预制块顶部预埋有用于与隧道拱墙连接的钢筋。

2.根据权利要求1所述的预制装配式隧道仰拱，其特征在于，多排所述拼装单元中的第奇数排拼装单元中的接缝彼此相对应，第偶数排拼装单元中的接缝彼此相对应。

3.根据权利要求1所述的预制装配式隧道仰拱，其特征在于，在每块预制块上均设置有用于吊装的吊装环。

4.根据权利要求1所述的预制装配式隧道仰拱，其特征在于，每排拼装单元中的相邻两个预制块的相对的接缝面上设有相互配合的定位凸起和定位凹槽，不同排拼装单元中的相邻两个预制块采用榫槽式或球铰式连接，每排拼装单元中的相邻两个预制块以及不同排拼装单元中的相邻两个预制块均通过连接件可拆卸式连接。

5.根据权利要求1所述的预制装配式隧道仰拱，其特征在于，每排拼装单元中相邻两个预制块之间以及不同排拼装单元中的相邻预制块之间均设置有止水条。

6.根据权利要求1所述的预制装配式隧道仰拱，其特征在于，在每排拼装单元位于中间的预制块上预留有贯通该预制块的竖向注浆孔。

7.一种隧道结构，其特征在于，在隧道内表面上由外向内依次设置有初期支护、二次衬砌、排水系统以及填充层，所述二次衬砌包括隧道拱墙和如权利要求1-6中任一项所述的预制装配式隧道仰拱。

8.根据权利要求7所述的隧道结构，其特征在于，所述排水系统采用预制装配式排水系统，其包括位于所述填充层中的填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管、检查井，以及位于所述初期支护中的仰拱底部排水盲管；所述检查井设置在所述填充层排水直盲管的管路上；所述排水系统还包括设置在所述填充层两侧的纵向排水沟，所述填充层排水倾斜盲管连通检查井和所述纵向排水沟；所述填充层排水直盲管与所述检查井之间，所述仰拱底部排水盲管与所述检查井之间，所述填充层排水倾斜盲管与所述检查井之间，以及所述填充层排水倾斜盲管与所述纵向排水沟之间均通过可拆卸的方式连接；所述纵向排水沟、所述填充层排水直盲管、所述填充层排水倾斜盲管、所述检查井、所述仰拱底部排水盲管均为预制件。

9.根据权利要求8所述的隧道结构，其特征在于，每侧的纵向排水沟的数量为两个，且这两个所述纵向排水沟之间设置有止水条。

10.根据权利要求8所述的隧道结构，其特征在于，所述纵向排水沟与所述填充层排水倾斜盲管的连接处位于所述纵向排水沟的底部上方。

11.一种隧道结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：施作初期支护，在施作初期支护时预埋仰拱底部排水盲管；

S2：拼装隧道仰拱；在拼装所述隧道仰拱时，首先吊装位于中间位置的预制块，然后再吊装位于两侧的预制块；

S3：安装隧道拱墙；隧道拱墙通过隧道仰拱两侧预制块顶部预埋的钢筋与所述隧道仰拱连接；

S4：安装排水系统；首先安装填充层排水直盲管、填充层排水倾斜盲管和检查井；然后将纵向排水沟拼装到隧道的两侧，并将所述排水系统的填充层排水倾斜盲管与所述纵向排水沟连通；

S5：浇筑填充层。