CN108915734A - 一种波纹钢-混凝土组合支护结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波纹钢‑混凝土组合支护结构及其施工方法。组合支护结构包括圆拱部波纹钢板，直墙波纹钢板，钢筋网，基座。圆拱部波纹钢依次与直墙波纹钢通过螺栓连接，直墙端部浇筑混凝土基座；各波纹钢中部设置注浆孔，与围岩之间灌注超流态混凝土。本发明采用波纹钢‑混凝土组合结构制成，能够满足新建隧道的支护及病害隧道的维修的要求，同时，结构中各类波纹钢板的厚度、单元板片的尺寸和弧度等多项参数可根据具体工程情况进行调整，适用性强。本发明提供的波纹钢‑混凝土组合支护结构的施工可在外场预制，不需要现场进行钢筋绑扎，降低了工人劳动强度，提高了施工速度和施工质量，并能对隧道进行快速加固和维修，降低隧道运行维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及隧道衬砌支护结构领域，尤其涉及一种波纹钢-混凝土组合支护结构及其施工方法，适用于圆拱直墙式隧道全断面开挖的支护结构。
背景技术
公路隧道通常采用以锚杆和喷射混凝土为主的柔性初期支护结合钢筋混凝土刚性二衬的复合式衬砌，以充分利用围岩自身承载能力为核心思想。
复合式衬砌自身存在厚度大、施工复杂、施工机械要求高、抗裂性能差等诸多材料问题。同时公路隧道断面大，衬砌结构形式多样，地质条件不确定性大，也容易产生施工不规范，造成施工上的各种缺陷，如：超欠挖控制不够，欠挖直接减薄隧道衬砌厚度；超挖回填不密实，导致衬砌背后空洞等，衬砌厚度的不足和背后的空洞改变衬砌结构的受力状况，容易导致衬砌结构的受力破坏，同时衬砌结构为分段施工，相邻衬砌段各自独立，承受围岩荷载时受力不均匀。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的衬砌结构厚度大，整体性差，施工速度慢等问题，提供一种施工速度快、力学性能好、运维费用低的适用于新建隧道支护及病害隧道维护的波纹钢-混凝土组合支护结构及其施工方法。
实现本发明发明目的的技术方案是提供一种波纹钢-混凝土组合支护结构，它包括圆拱部波纹钢板，直墙波纹钢板，钢筋网，剪力连接件；所述的圆拱部波纹钢板由螺栓将三块拱形波纹钢互相搭接固定形成，圆拱部波纹钢板与直墙波纹钢板通过螺栓连接；圆拱部波纹钢板两端的搭接波谷处设有垂直向的连接钢筋，钢筋网通过连接钢筋焊接于圆拱部波纹钢的背侧；圆拱部波纹钢和直墙波纹钢的背侧波谷处焊接剪力连接件；直墙波纹钢板与槽钢通过水平向锚栓相连接，槽钢通过竖直向锚栓与基座相连接；圆拱部波纹钢板、直墙波纹钢板的两端分别设有法兰，纵向通过法兰连接；各波纹钢板的中部设置注浆孔，波纹钢板与围岩之间灌注混凝土。
所述钢筋网由若干环向拱形钢筋及若干纵向钢筋绑扎而成。
本发明技术方案还包括一种波纹钢-混凝土组合支护结构的施工方法，步骤如下：
（1）按设计参数场外预制一块顶部拱形波纹钢板（3），两块侧边拱形波纹钢板（8）和两块直墙波纹钢板（7），各波纹钢板壁的中间分别开有用于灌注混凝土的注浆孔（5），两端焊接有用于组接的法兰，背侧波谷处焊有剪力连接件（12）；
（2）场外加工三块钢筋网（1），每块钢筋网由若干环向拱形钢筋及若干纵向钢筋绑扎而成，四个角点通过四根垂直向的连接钢筋（4）分别与圆拱部的三块波纹钢板焊接；
（3）隧道围岩开挖至设计洞径，初喷初衬混凝土（2），再喷涂防水层改性乳化沥青；
（4）浇筑混凝土形成基座（10），将基底槽钢（14）置于基座的混凝土中；
（5）安装直墙波纹钢板拱架（7），使用水平锚栓（13）与基底槽钢（14）锚固，浇筑剩余基底混凝土，在波纹钢板底部形成封闭区域；
（6）依次安装圆拱部的三块波纹钢板，通过波纹钢板连接螺栓（9）连接成环；
（7）纵向按步骤（4）～（6）依次拼装；
（8）在最外侧一榀波纹钢拱圈的外侧面与初衬之间缝隙涂抹结构胶，形成侧面封闭区域，最内侧一榀波纹钢利用掌子面封闭，或用结构胶封闭；
（9）浇筑超流态混凝土（6），从两侧边墙直墙波纹钢板（7）的注浆孔（5）开始浇筑，直至上部两侧的侧边拱形波纹钢板（8）的注浆孔（5）有浆液溢出；再分别从上部两侧的侧边拱形波纹钢板（8）的注浆孔（5）注浆，直至有浆液从顶部拱形波纹钢板（3）的注浆孔（5）溢出，通过顶部拱形波纹钢板（3）的注浆孔（5）补灌浆液，完成混凝土的灌注后，得到一种波纹钢-混凝土组合支护结构。
在本发明技术方案中，波纹钢板的纵向长度为1 m；纵向一次拼装作业距离为3 m。
超流态混凝土为在预拌的坍落度为8～12 cm的基体混凝土中，掺人适量的流化剂，经过1～5 min的搅拌，使混凝土的坍落度顿时到达20～22 cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1. 本发明提供利用波纹钢本身作为模板，支护结构减少了混凝土内的钢筋使用量，不需要制作专用台车，降低了台车应用成本。
2.本发明提供的波纹钢-混凝土组合支护结构的施工可在外场预制，不需要现场进行钢筋绑扎，降低了工人劳动强度，提高了施工速度，利于提高施工质量。
3.本发明提供的支护结构减小了隧道衬砌的厚度，减少了围岩开挖量，节约了工程成本。同时，衬砌最外侧为波纹钢，具有较好的整体性、延性，在衬砌表面无裂缝等渗漏水通道；即使在内部混凝土出现裂缝的情况下仍能保证隧道具有较好的行车环境。
4.衬砌可采用工厂预制，现场安装和注浆的施工方法，可实现隧道衬砌的快速维修。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种波纹钢-混凝土组合支护结构的示意图。
图2是本发明实施例提供的一种波纹钢-混凝土组合支护结构的波纹钢板底板纵向截面结构示意图。
图3是本发明实施例提供的一种波纹钢-混凝土组合支护结构的直墙波纹钢板与基座连接结构示意图。
附图中的标记分述如下：1.钢筋网，2.初衬混凝土，3.顶部拱形波纹钢板， 4.连接钢筋，5.注浆孔，6.超流态混凝土，7.直墙波纹钢板，8.侧边拱形波纹钢板，9.波纹钢板连接节点，10.基座，11.波纹钢板底板，12.剪力连接件，13.水平锚栓，14. 基底槽钢，15.竖向锚栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详细阐述。
实施例1
参见附图1，它是本实施例提供的一种波纹钢-混凝土组合支护结构示意图，沿隧道环向设置有五块钢板，包括圆拱部波纹钢板和两块直墙波纹钢7，圆拱部波纹钢板由顶部拱形波纹钢板3和两块侧边拱形波纹钢板8通过波纹钢板连接螺栓9连接成圆拱形，两块侧边拱形波纹钢板8再分别与两块直墙波纹钢7通过波纹钢板连接螺栓9连接，形成波纹钢支护结构；三块圆拱部波纹钢板的两端搭接的波谷处设有垂直向的连接钢筋4，钢筋网1由若干环向拱形钢筋及若干纵向钢筋绑扎而成，每块钢筋网的四个角点通过四根垂直向的连接钢筋4，分别与形成圆拱部的三块波纹钢板的背侧焊接。连接钢筋为若干热轧钢筋按即定尺寸制成；五块波纹钢板的两端各自设有法兰，纵向通过法兰连接；在每块顶部拱形波纹钢板3、侧边拱形波纹钢板8和直墙波纹钢7的中部分别设置注浆孔5，各波纹钢与围岩之间灌注超流态混凝土6，最外层为初衬混凝土2。两块直墙波纹钢7的底端通过连接件固定于基座10的混凝土中。
参见附图2，它是本实施例提供的波纹钢支护结构中所使用的波纹钢板底板的纵向截面结构图；剪力连接件12分别设置于各波纹钢板底板11（包括顶部拱形波纹钢板、侧边拱形波纹钢板和直墙波纹钢板）的背侧波谷处。在本实施例中，剪力连接件为若干热轧钢筋按即定尺寸弯曲90°制成，与各波纹钢板焊接。
在本实施例中，基座10为钢筋混凝土结构；螺栓采用的是高强螺栓，一般大于8.8级，并进行热镀锌防腐处理。
本实施例使用的超流态混凝土，即为在预拌的坍落度为8～12 cm的基体混凝土中，掺人适量的流化剂，经过1～5 min的搅拌，使混凝土的坍落度顿时增大至20～22 cm，能像水一样流动的混凝土。
参见附图3，它是本实施例提供的一种波纹钢-混凝土组合支护结构的直墙波纹钢板与基座连接结构示意图；直墙波纹钢7与槽钢14通过水平向锚栓13相连接，槽钢14通过竖直向锚栓15将直墙波纹钢固定于基座10的混凝土中。
上述结构中各类波纹钢板的厚度、单元板片的尺寸和弧度等多项参数可根据具体工程情况进行调整，适用性强。
本实施例提供一种波纹钢-混凝土组合支护结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一，按设计参数场外预制一块支护波纹钢板顶部拱形波纹钢板3，两块侧边拱形波纹钢板8和两块直墙波纹钢板7，以1 m宽度为单位，即纵向长度为1 m，各波纹钢板两端均焊接有用于组接的法兰；五块波纹钢板壁的中间分别开有用于灌注混凝土的注浆孔5，五块波纹钢板的背侧波谷处均焊有剪力连接件12；
步骤二，场外加工圆拱部波纹钢板用的三块钢筋网1，每块钢筋网由若干环向拱形钢筋及若干纵向钢筋绑扎而成，四个角点通过四根垂直向的连接钢筋4分别与圆拱部的三块波纹钢板焊接。
步骤三，隧道围岩开挖至设计洞径，初喷4 cm厚初衬混凝土2，再喷涂三道改性乳化沥青作为防水层；
步骤四，浇筑 C30 混凝土形成基座10，将基底槽钢14置于基座混凝土中；
步骤五，安装直墙波纹钢板拱架7，使用水平锚栓13与基底槽钢14锚固，浇筑剩余基底混凝土，在波纹钢板底部形成封闭区域；
步骤六，依次安装圆拱部的三块波纹钢板，通过波纹钢板连接螺栓9连接成环；
步骤七，纵向按步骤四～步骤六依次拼装，但纵向上搭接位置不同，即相邻的各环错缝拼接；一次拼装作业距离为3 m；
步骤八，在最外侧一榀波纹钢拱圈的外侧面与初衬之间缝隙涂抹结构胶，以形成侧面封闭区域，最内侧一榀波纹钢利用掌子面封闭，或用结构胶封闭；
步骤九，密闭完成后浇筑超流态型高强微膨胀混凝土6，从两侧边墙开始浇筑，直至上部两侧波纹钢注浆孔有浆液溢出，再分别从上部两侧波纹钢注浆孔进行注浆，直至有浆液从顶部注浆孔溢出，最后通过拱顶处注浆口补灌，完成混凝土的灌注后，得到一种波纹钢-混凝土组合支护结构。
Claims (7)
1.一种波纹钢-混凝土组合支护结构，其特征在于：它包括圆拱部波纹钢板，直墙波纹钢板，钢筋网，剪力连接件；所述的圆拱部波纹钢板由螺栓将三块拱形波纹钢互相搭接固定形成，圆拱部波纹钢板与直墙波纹钢板（7）通过螺栓连接；圆拱部波纹钢板两端的搭接波谷处设有垂直向的连接钢筋（4），钢筋网（1）通过连接钢筋（4）焊接于圆拱部波纹钢的背侧；圆拱部波纹钢和直墙波纹钢的背侧波谷处焊接剪力连接件（12）；直墙波纹钢板（7）与槽钢（14）通过水平向锚栓（13）相连接，槽钢（14）通过竖直向锚栓（15）与基座（10）相连接；圆拱部波纹钢板、直墙波纹钢板（7）的两端分别设有法兰，纵向通过法兰连接；各波纹钢板的中部设置注浆孔（5），波纹钢板与围岩之间灌注混凝土（6）。
2.根据权利要求1所述的一种波纹钢-混凝土组合支护结构，其特征在于：所述钢筋网（1）由若干环向拱形钢筋及若干纵向钢筋绑扎而成。
3.根据权利要求1所述的一种波纹钢-混凝土组合支护结构，其特征在于：所述混凝土（6）为超流态混凝土，在预拌的坍落度为8～12 cm的基体混凝土中，掺人适量的流化剂，经过1～5 min的搅拌，使混凝土的坍落度顿时到达20～22 cm。
4.一种波纹钢-混凝土组合支护结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）按设计参数场外预制一块顶部拱形波纹钢板（3），两块侧边拱形波纹钢板（8）和两块直墙波纹钢板（7），各波纹钢板壁的中间分别开有用于灌注混凝土的注浆孔（5），两端焊接有用于组接的法兰，背侧波谷处焊有剪力连接件（12）；
（2）场外加工三块钢筋网（1），每块钢筋网由若干环向拱形钢筋及若干纵向钢筋绑扎而成，四个角点通过四根垂直向的连接钢筋（4）分别与圆拱部的三块波纹钢板焊接；
（3）隧道围岩开挖至设计洞径，初喷初衬混凝土（2），再喷涂防水层改性乳化沥青；
（4）浇筑混凝土形成基座（10），将基底槽钢（14）置于基座的混凝土中；
（5）安装直墙波纹钢板拱架（7），使用水平锚栓（13）与基底槽钢（14）锚固，浇筑剩余基底混凝土，在波纹钢板底部形成封闭区域；
（6）依次安装圆拱部的三块波纹钢板，通过波纹钢板连接螺栓（9）连接成环；
（7）纵向按步骤（4）～（6）依次拼装；
（8）在最外侧一榀波纹钢拱圈的外侧面与初衬之间缝隙涂抹结构胶，形成侧面封闭区域，最内侧一榀波纹钢利用掌子面封闭，或用结构胶封闭；
（9）浇筑超流态混凝土（6），从两侧边墙直墙波纹钢板（7）的注浆孔（5）开始浇筑，直至上部两侧的侧边拱形波纹钢板（8）的注浆孔（5）有浆液溢出；再分别从上部两侧的侧边拱形波纹钢板（8）的注浆孔（5）注浆，直至有浆液从顶部拱形波纹钢板（3）的注浆孔（5）溢出，通过顶部拱形波纹钢板（3）的注浆孔（5）补灌浆液，完成混凝土的灌注后，得到一种波纹钢-混凝土组合支护结构。
5. 根据权利要求4所述的一种波纹钢-混凝土组合支护结构的施工方法，其特征在于：波纹钢板的纵向长度为1 m。
6.根据权利要求4所述的一种波纹钢-混凝土组合支护结构的施工方法，其特征在于：纵向一次拼装作业距离为3 m。
7.根据权利要求4所述的一种波纹钢-混凝土组合支护结构的施工方法，其特征在于：超流态混凝土为在预拌的坍落度为8～12 cm的基体混凝土中，掺人适量的流化剂，经过1～5 min的搅拌，使混凝土的坍落度顿时到达20～22 cm。
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