CN107435547B - 支护用波纹板组件和隧道支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于隧道的支护用波纹板组件，其由若干个波纹板单元沿横向和纵向方向彼此相连而成；纵向上相邻的两个波纹板单元通过设置在波纹板单元的纵向边缘的第一连接板进行紧固连接；各波纹板单元的横向边缘处均设置有第二连接板，用于使各波纹板单元沿纵向彼此相连，第二连接板构造成相对于波纹板单元的中心轮廓线成一定的角度；其中，第一连接板构造成法兰式平板，其高度设置成大于波纹板单元的高度，第二连接板在中部区域与波纹板单元的横向末端边缘连接，第二连接板的高度设置成大于波纹板单元的高度，且第一连接板和第二连接板均具有弹性。本发明还涉及使用该支护用波纹板组件的隧道支护方法。

Description

支护用波纹板组件和隧道支护方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种支护用波纹板组件，以及使用这种支护用波纹板组件的隧道支护方法。

背景技术

随着交通建设速度的加快，隧道涵洞工程也得到了快速发展。不论对于铁路隧道、公路隧道还是相关的涵洞，其安全性要求极高。因此，隧道或涵洞的支护结构必须满足安全可靠和耐久性的要求。

在现有技术中，常常采用混凝土复合衬砌方法对隧道或涵洞进行支护。通常来说，其初期支护主要承担施工阶段的全部荷载和运营阶段的主要荷载。二次支护主要作为安全储备，承担初期支护可能劣化而作用于二次衬砌上的荷载或软岩蠕变、环境条件变化等引起的附加荷载。

然而，混凝土支护往往具有施工复杂，施工周期长等问题。同时，对于高寒地区，混凝土支护往往存在有冻胀问题，导致混凝土会掉落，从而带来安全性问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，根据本发明的第一方面，提供了一种用于隧道的支护用波纹板组件，其由若干个波纹板单元沿横向和纵向方向彼此相连而成。

在一个实施例中，相邻的两个波纹板单元通过波纹板单元边缘的彼此搭接而相连，搭接区域至少占所述波纹板单元的二分之一个波峰。

在一个实施例中，各波纹板单元的纵向边缘处均设置有第一连接板，用于使各波纹板单元沿纵向彼此相连。其中，所述第一连接板沿着横向延伸，并且具有比所述波纹板单元更大的高度。

在一个实施例中，横向上相邻的两个波纹板单元通过横向边缘的彼此搭接而相连，搭接区域至少占所述波纹板单元的二分之一个波峰。

在一个实施例中，各波纹板单元的横向边缘处均设置有第二连接板，用于使各波纹板单元沿纵向彼此相连。

在一个实施例中，所述第二连接板沿着纵向延伸，并且在中部区域与波纹板单元的横向末端边缘连接，其中，所述第二连接板的高度设置成大于所述波纹板单元的高度。

在一个实施例中，相邻两个波纹板单元的第一连接板之间和/或第二连接板之间设置有防水垫或遇水膨胀的防水材料层。

在一个实施例中，其特征在于，相邻两个波纹板单元之间的连接区域彼此错开。

在一个实施例中，所述支护用波纹板组件中的横向末端的波纹板单元通过螺栓紧固件固定到隧道两侧的坑槽内，所述螺栓紧固件包括与波纹板单元相连的L形角铁，以及埋入到坑槽内的L形地脚螺栓。

根据本发明的另一方面，提供了一种隧道支护方法，包括步骤：在隧道的混凝土衬砌层的内表面上施加防水层；以及在所述防水层的内表面上施加如上所述的支护用波纹板组件。

在一个实施例中，在所述支护用波纹板组件的远离隧道的表面上喷射保温层或者安装泡沫板。

在一个实施例中，在所述支护用波纹板组件的远离隧道的表面上直接灌注水泥浆或者混凝土。

在一个实施例中，在所述支护用波纹板组件的远离隧道的表面上直接灌注水泥浆或者混凝土，以及在所述支护用波纹板组件的靠近隧道的表面上喷射保温层或者安装泡沫板。

在一个实施例中，在所述支护用波纹板组件的靠近隧道的表面上植有钢筋并挂设钢筋网，之后再喷射保温层。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的支护用波纹板组件在隧道中的应用的示意图；

图2显示了根据本发明的支护用波纹板组件施加到混凝土衬砌层上的断面示意图；

图3显示了沿隧道纵向方向和横向方向上的相邻的若干个波纹板单元的连接展开示意图；

图4显示了相邻两个波纹板单元之间的搭接状态；

图5显示了根据本发明的一个实施例的一个波纹板单元；

图6显示了根据本发明的另一个实施例的一个波纹板单元；

图7显示了多个波纹板单元沿横向连接的状态；

图8显示了多个波纹板单元沿纵向连接的状态；

图9以放大图的形式显示了根据本发明的支护用波纹板组件的安装状态；

图10以放大图的形式显示了根据本发明的支护用波纹板组件的另一种安装状态；

图11以放大图的形式显示了根据本发明的支护用波纹板组件的另外一种安装状态；

图12显示了用于将波纹板组件安装在坑槽内的地脚螺栓；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。需要说明的是，尽管下面的实施例通过在隧道中安装本发明的支护用波纹板组件为例进行介绍，然而本领域的技术人员可以理解，根据本发明的支护用波纹板组件也可应用于涵洞或其它类似的工程应用中，这同样属于本发明的保护范围。

图1显示了在隧道中应用根据本发明的支护用波纹板组件的示意图。如图1所示，在隧道1的内壁上设置了支护用波纹板组件100。支护用波纹板组件100通常由多个波纹板单元沿隧道的横向(图1中的方向X，或者说是隧道的宽度方向，也可称为环向)和隧道的纵向(图1中的方向Y，或者说是隧道的长度方向)拼接而成，这将在下文中详细地介绍。支护用波纹板组件100整体上形成为与隧道1的内壁大致匹配的形状，其两端分别通过地脚螺栓紧固件(将在下文中结合图6来详细介绍)安装到隧道两侧的基坑或针对此而新作的基础内。

根据本发明，支护用波纹板组件100布置在隧道1的内壁上。一般来说，隧道1的内壁上通常设置有混凝土衬砌层10。在安装支护用波纹板组件100时，首先在混凝土衬砌层10上布置防水层20。该防水层20例如可为聚氨酯层，且优选地具有2-10mm范围内的厚度。另外，该防水层20例如也可为水泥浆、特种灌浆料或者混凝土。之后，再在防水层20上布置支护用波纹板组件100。

考虑到在高寒地区经常发生冻胀病害，因此针对这一情况，根据本发明的一个优选的实施例，可以在支护用波纹板组件100的背离防水层20的表面上再增设一层保温层(未示出)，其优选地为5-15cm厚。保温层例如可由聚氨酯、泡沫板或其它保温材料制成。在另外一个未示出的实施例中，也可以在防水层20内掺杂了保温材料，使得防水层20同时兼具保温功能。这样，就可以省略掉单独的保温层。

隧道通常比较长(即图1中的Y方向)，并且在高度方向(即图1中的Z方向)和宽度方向(即图1中的X方向)上的尺寸也很大。因此，为方便起见，支护用波纹板组件100通常是通过若干个波纹板单元110拼接而成。仅作为示例，图3显示了六个波纹板单元110拼接在一起的情况。也就是说，三个波纹板单元110沿隧道的宽度方向(即图1中的X方向)连接在一起，构成一组波纹板单元。这一组波纹板单元跨过隧道的宽度方向，两个端部分别安装到隧道两侧的基坑内。也就是说，一组波纹板单元大致包覆了隧道的截面轮廓。同时，两组波纹板单元沿隧道的长度方向(即图1中的Y方向)连接在一起，从隧道的一端延伸到另一端。这样，就形成了能够覆盖整个隧道内壁的支护用波纹板组件100。当然，在实践中应根据实际情况来确定具体需要多少波纹板单元110拼接在一起。

在一个优选的实施例中，一组波纹板单元中的相邻两个波纹板单元110的连接区域115a与另一组波纹板单元中的相邻两个波纹板单元110的连接区域115b错开。例如，在沿长度方向Y上，每一组纹板单元中的相邻两个波纹板单元110的连接区域115a均相对于上一组纹板单元中的相邻两个波纹板单元110的连接区域115a朝向一侧错开，即均偏向左侧或均偏向右侧。图3中显示的是均向右侧偏离的情况。备选地，在沿长度方向Y上，每一组纹板单元中的相邻两个波纹板单元110的连接区域115a分别相对于上一组纹板单元中的相邻两个波纹板单元110的连接区域115a各自朝向两侧错开，即处于左半部分的连接区域115a偏向左侧，而处于右半部分的连接区域115偏向右侧。由此，支护用波纹板组件100的受力状况得到了优化，提高了其承承载能力，从而能够更有效地起到支护作用。

为了保证连接的牢固性，相邻的波纹板单元110之间采用搭接来进行连接。如图4所示，优选地，相邻的波纹板单元110之间至少搭接二分之一个波纹板单元的波峰。相邻的波纹板单元110之间的搭接区域通过螺栓117来固定。为了防止漏水，根据一个优选的实施例，在相邻的波纹板单元110之间的搭接区域设置了防水垫118。该防水垫118例如为橡胶件，并通过螺栓117被压缩式地设置在两个波纹板单元之间。该防水垫118也可由遇水膨胀的防水材料制成。

图5显示了根据本发明的另外一种波纹板单元的构造。如图5所示，波纹板单元210具有与波纹板单元110大致相同的形状。不同的是，在波纹板单元210的两个横向端部均设置有第二连接板211。在本文中，波纹板单元的横向端部指的是其沿着波纹起伏的方向上的端部，即图1中的X方向。第二连接板211构造成法兰式平板，但可以带有一定的弹性以便于相邻波纹板单元的连接。波纹板单元210的横向边缘连接到第二连接板211的中部区域。即，相对于波纹板单元210的横向边缘来说，第二连接板211的一部分处于其上方而另一部分处于其下方。另外，第二连接板211的高度优选设置成大于波纹板单元的高度。通过这种设置，可以优化波纹板单元210在连接处的应力，提高连接强度和承载能力。在第二连接板211上均设有若干连接孔，它们优选地沿着波纹板单元210的纵向延伸。在本文中，波纹板单元的纵向端部指的是其沿着垂直于波纹起伏的方向上的端部。这样，当相邻的两个波纹板单元210通过其第二连接板211邻接在一起时，可使用螺栓和螺母等熟知的连接工具穿过连接孔来将相邻的两个波纹板单元210固定在一起。若干个波纹板单元210彼此首尾相接地通过连接板相连，从而构成了完整的一组波纹板单元(例如图3中的三个一组)。图7示出了利用第二连接板沿横向彼此相连的波纹板单元。

在一个优选的实施例中，第二连接板211构造成相对于波纹板单元210的中心轮廓线成一定的角度。优选地，第二连接板211相对于波纹板单元210的中心轮廓线所形成的角度根据其所处于隧道横断面轮廓中的位置来选择，以便于能实现相邻波纹板单元210之间的良好连接。

图6显示了根据本发明的另外一种波纹板单元的构造。如图6所示，波纹板单元310具有与波纹板单元210大致相同的形状。不同的是，波纹板单元310除了在其两个横向端部均设置有第二连接板311之外，在其两个纵向端部处也均设置有第一连接板321。

类似地，第一连接板321也构造成法兰式平板，但可以带有一定的弹性以便于相邻波纹板单元的连接。第一连接板321的高度优选地选择成大于波纹板单元310的高度，使得纹板单元310整体上处于第一连接板321之内。在第一连接板321上均设有连接孔。这样，当纵向上相邻的两组波纹板单元中的两个对应的波纹板单元310通过第一连接板321邻接在一起时，可使用螺栓和螺母等熟知的连接工具穿过连接孔来将这两个相邻的波纹板单元310固定在一起。若干个波纹板单元310彼此前后相接地通过第一连接板相连，从而构成了延伸过整个隧道长度的一列波纹板单元。图8示出了利用第一连接板沿纵向彼此相连的波纹板单元。

根据本发明，第一连接板和第二连接板可以单独地制造，然后通过例如焊接而固定到波纹板单元上。第一连接板和第二连接板也可以例如通过压制而与波纹板单元整体式形成。

在图5和图6所示的实施例中，实际上是通过连接板代替了波纹板单元的拼接。这样，可以避免波纹板单元之间的拼接区域处的部件重叠，同时仍保证足够的强度。

容易理解，在图5和图6所示的实施例中，可以在相邻两个波纹板单元的第一连接板之间和/或第二连接板之间设置如图4所示的防水垫，由此进一步加强防漏效果。

在一个未示出的特别优选的实施例中，波纹板单元仅设有纵向上的第一连接板，而并未设置横向上的第二连接板。在这种情况下，横向上或环向上的一组波纹板单元利用如图4所示的搭接手段彼此连接，而在纵向上的一列波纹板单元利用第一连接板彼此连接。这种设置方式已被证明尤其能够优化应力，提高连接强度和承载能力。

为了增强波纹板组件的安装稳定性，可以在波纹板组件的外侧(即靠近隧道的一侧)进行植筋。图9到11以放大图的形式分别显示了波纹板组件的安装状态。如图9所示，相邻两个波纹板单元110进行搭接。用于紧固相邻两个波纹板单元110的螺栓117延伸到混凝土衬砌层10内，形成植筋。作为备选或附加，还可以挂设一些钢筋网作为龙骨。

如图10所示，相邻两个波纹板单元410通过连接板相连。此时，在波纹板单元的波峰和波谷处分别进行植筋。钢筋127延伸到混凝土衬砌层10内。在波纹板单元410的两侧分别设置有防水层420和保温层430。

图11同样显示了波纹板组件的安装状态。图11采用的植筋方案与图10中的相同。不同之处在于，在图11中，仅在波纹板单元510的内侧(即背离隧道的方向)设置了含有保温材料的防水层520。

图12显示了用于将横向方向上的最末端的波纹板单元固定到坑槽内的螺栓紧固件180。如图所示，螺栓紧固件180包括L形角铁183，其一边通过螺栓183与波纹板单元的末端相连。埋入到坑槽内的L形地脚螺栓185安装在L形角铁183的另一边上。由此，波纹板单元能够牢固地安装就位。

根据本发明，还提供了一种隧道支护方法。在该方法中，首先在设置于隧道内壁上的混凝土衬砌层的远离隧道的表面上施加防水层。之后，在该防水层的远离隧道的表面上施加根据本发明的支护用波纹板组件。

对于有冻胀病害的隧道而言，可以在支护用波纹板组件的远离隧道的表面上喷射保温层或者安装泡沫板及其他保温材料。保温层例如可由聚氨酯构成。对于无冻胀病害的隧道而言，可以在支护用波纹板组件的远离隧道的表面上直接灌注水泥浆、特种灌浆料或者混凝土。

在另一个实施例中，对于有冻胀病害的隧道而言，可以在支护用波纹板组件的远离隧道的表面上直接灌注水泥浆、特种灌浆料或者混凝土，以及在支护用波纹板组件的靠近隧道的表面上喷射保温层或者安装泡沫板及其他保温材料。为了增加保温材料与波纹板的粘结性，可以在支护用波纹板组件的靠近隧道的表面上植有钢筋并挂设钢筋网作为龙骨，之后再喷射保温层。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于隧道的支护用波纹板组件，由若干个波纹板单元沿横向和纵向方向彼此相连而成；

纵向上相邻的两个波纹板单元通过设置在所述波纹板单元的纵向边缘的第一连接板进行紧固连接；

各波纹板单元的横向边缘处均设置有第二连接板，用于使各波纹板单元沿纵向彼此相连，所述第二连接板构造成相对于所述波纹板单元的中心轮廓线成一定的角度；

其中，所述第一连接板构造成法兰式平板，其高度设置成大于所述波纹板单元的高度，所述第二连接板在中部区域与所述波纹板单元的横向末端边缘连接，所述第二连接板的高度设置成大于所述波纹板单元的高度，且所述第一连接板和所述第二连接板均具有弹性。

2.根据权利要求1所述的支护用波纹板组件，其特征在于，所述第一连接板沿着横向延伸设置。

3.根据权利要求1所述的支护用波纹板组件，其特征在于，相邻两个波纹板单元的第一连接板之间和/或第二连接板之间设置有防水垫。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的支护用波纹板组件，其特征在于，相邻两个波纹板单元之间的连接区域彼此错开。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的支护用波纹板组件，其特征在于，所述支护用波纹板组件中的横向末端的波纹板单元通过螺栓紧固件固定到隧道两侧的坑槽内，所述螺栓紧固件包括与波纹板单元相连的L形角铁，以及埋入到坑槽内的L形地脚螺栓。

6.隧道支护方法，包括步骤：

在隧道的混凝土衬砌层的远离隧道的表面上施加防水层；

在所述防水层的远离隧道的表面上施加根据权利要求1到5中任一项所述的支护用波纹板组件。

7.根据权利要求6所述的隧道支护方法，其特征在于，在所述支护用波纹板组件的远离隧道的表面上喷射保温层或者安装泡沫板。

8.根据权利要求6所述的隧道支护方法，其特征在于，在所述支护用波纹板组件的远离隧道的表面上直接灌注水泥浆或者混凝土。

9.根据权利要求6所述的隧道支护方法，其特征在于，在所述支护用波纹板组件的远离隧道的表面上直接灌注水泥浆或者混凝土，以及在所述支护用波纹板组件的靠近隧道的表面上喷射保温层或者安装泡沫板。

10.根据权利要求9所述的隧道支护方法，其特征在于，在所述支护用波纹板组件的靠近隧道的表面上植有钢筋并挂设钢筋网，之后再喷射保温层。

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