CN109667587A - 采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，拱部为隧道初期支护，隧道初期支护内为现浇拱墙二次衬砌，现浇拱墙二次衬砌下端通过现浇仰拱衬砌与底部的装配式仰拱预制块衔接成环；装配式仰拱预制块两侧端部设置有装配式仰拱块两侧扩大端，端面设置有凸榫，与现浇仰拱衬砌端面的凹榫对接。本发明满足隧道装配式仰拱的基本结构型式要求，仰拱结构采用工厂化、标准化预制，质量保证可靠，预制构件的质量及强度等相比现浇结构要好很多。
Description
技术领域
本发明属于隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构。
背景技术
随着修建技术、建设水平及建设要求的不断提高，越来越多的新技术、新工艺、新工法应用到隧道及地下工程的建设中。装配式建筑是建造方式的重大变革，有利于节约资源、减少施工污染、改善作业环境、提高劳动生产效率、提高标准化作业和保证质量安全水平。但受限于各种因素，目前钻爆法施工隧道的建造方式仍然以现浇为主，装配式隧道施工比例很低，这与国家提倡发展绿色建筑的有关要求相比尚有很大差距。
根据目前已运营的铁路隧道，尤其是高速铁路隧道统计，部分隧道出现底拱上鼓，翻浆冒泥等病害，严重时导致道床开裂变形，致使隧道行车限速，影响了高铁的正常运营。通过查验，隧道仰拱质量不够也是影响因素之一，因此有必要探索采用新型的、更为可靠的隧道仰拱结构型式及施做工艺方式。
预制装配式结构具有工程质量易于控制、施工速度快、机械化作业程度高、施工操作人员少等诸多优点。特别是对于隧道工程，提升机械化作业水平，有效减少洞内作业人员，是提升人员安全、提高人口红利的重要保证。目前，预制装配式结构在房建工程中已取得了较好的应用，其在隧道工程的体现就是装配式衬砌，因此随着施工技术与配套设备的发展，装配式隧道衬砌必将成为隧道建设及地下工程产业化、机械化、智能化的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，满足隧道装配式仰拱的基本结构型式要求，仰拱结构采用工厂化、标准化预制，质量保证可靠。
本发明所采用的技术方案为：
采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
拱部为隧道初期支护，隧道初期支护内为现浇拱墙二次衬砌，现浇拱墙二次衬砌下端通过现浇仰拱衬砌与底部的装配式仰拱预制块衔接成环；
装配式仰拱预制块两侧端部设置有装配式仰拱块两侧扩大端，端面设置有凸榫，与现浇仰拱衬砌端面的凹榫对接。
隧道初期支护通过钢架锁脚锚杆稳定。
装配式仰拱预制块、现浇仰拱衬砌和现浇拱墙二次衬砌内的钢筋绑扎为一体。
当围岩为土质或较差时，隧道初期支护为带钢架隧道初期支护，采用型钢/格栅连接钢架将装配式仰拱预制块与带钢架隧道初期支护相连接。
装配式仰拱预制块端部设置有仰拱块两端预埋钢板，带钢架隧道初期支护底部设置有钢架上焊接钢垫板，型钢/格栅连接钢架两端通过分别焊接到仰拱块两端预埋钢板和钢架上焊接钢垫板上实现连接。
装配式仰拱预制块顶面两侧设置凸台，在凸台间形成洞内运输平台。
装配式仰拱预制块底部设置有仰拱块下部的混凝土垫层，上方为道床下方仰拱后期回填/填充层。
本发明具有以下优点：
1、钻爆法隧道仰拱采用预制装配式，仰拱结构采用工厂化、标准化预制，质量保证可靠，预制构件的质量及强度等相比现浇结构要好很多。
2、隧道仰拱采用预制构件装配后，实现了标准化统一施工，可保证仰拱的开挖弧度及结构尺寸等，规范仰拱质量，避免了传统的钻爆法作业隧道仰拱经常开挖不到位，由此导致现场施做的仰拱结构与设计尺寸相差较大等弊端。
3、可实现仰拱尽早安置，快速安置，仰拱尽量靠近掌子面，确保隧道结构早封闭，利于隧道安全；
4、取缔了传统钻爆法隧道仰拱设栈桥的模式，仰拱实施速度加快，节省人力资源，提高机械化程度，更好的保证人员安全；
5、隧道采用装配式仰拱，后续洞内各工序作业可同步进行，有利于总体工期；
6、隧道两侧水沟、线缆等可考虑结合仰拱预制块及填充层一体化实施，优化隧道断面型式及结构尺寸；
7、钻爆法隧道采用装配式仰拱块结构，仰拱不再施做钢架等初期支护，不仅节省了工序，也节约了土建投资；
8、实现隧道仰拱装配只是个开端，后续要发展到隧道全环装配，进一步提升隧道机械化、信息化、智能化建造水平。
附图说明
图1为土质或围岩软弱破碎较差段采用预制装配仰拱的隧道结构型式。
图2为石质或围岩相对较好段采用预制装配仰拱的隧道结构型式。
图3为硬质石质围岩段采用预制装配仰拱的隧道结构型式。
图4为A节点大样图。
图5为B节点大样图。
图中：1-带钢架隧道初期支护；2-不带钢架隧道初期支护；3-现浇拱墙二次衬砌；4-现浇仰拱衬砌；5-钢架锁脚锚杆；6-仰拱块两端预埋钢板；7-钢架上焊接钢垫板；8-装配式仰拱块两侧扩大端；9-仰拱块两端预留衬砌钢筋接头；10-装配式仰拱预制块；11-仰拱块下部的混凝土垫层；12-装配式仰拱块两侧的凹凸榫结合处；13-二次衬砌钢筋与装配仰拱端头预留钢筋连接；14-洞内水沟及线缆槽；15-轨道道床；16-型钢/格栅连接钢架；17-装配仰拱后形成的洞内运输平台；18-道床下方仰拱后期回填/填充层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
装配式建筑是建造方式的重大变革，有利于节约资源、减少施工污染、改善作业环境、提高生产效率、推行标准化建造。钻爆法隧道采用装配式仰拱后，可替代传统的仰拱栈桥模式，仰拱预制拼装后可跟紧开挖掌子面，实现快速安装施做，在确保仰拱质量的同时也提升了隧道的安全性。限于各种因素，目前钻爆法施工隧道的建造方式仍以现浇为主，钻爆法装配式隧道施工的比例还非常低，这与国家提倡发展绿色建筑的要求相比还有很大差距，亟待研究，提升改善。本次首先针对钻爆法隧道进行装配式仰拱的系列研究，发明一种采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构型式，待仰拱装配工艺及技术成熟后，再逐步发展至钻爆法隧道全环衬砌装配，提升隧道建造的机械化、智能化水平。
本发明涉及一种采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，拱部为隧道初期支护，隧道初期支护内为现浇拱墙二次衬砌3，现浇拱墙二次衬砌3下端通过现浇仰拱衬砌4与底部的装配式仰拱预制块10衔接成环；装配式仰拱预制块10两侧端部设置有装配式仰拱块两侧扩大端8，端面设置有凸榫，与现浇仰拱衬砌4端面的凹榫对接。隧道初期支护通过钢架锁脚锚杆5稳定。装配式仰拱预制块10、现浇仰拱衬砌4和现浇拱墙二次衬砌3内的钢筋绑扎为一体。
当围岩为土质或较差时，隧道初期支护为带钢架隧道初期支护1，采用型钢/格栅连接钢架16将装配式仰拱预制块10与带钢架隧道初期支护1相连接。装配式仰拱预制块10端部设置有仰拱块两端预埋钢板6，带钢架隧道初期支护1底部设置有钢架上焊接钢垫板7，型钢/格栅连接钢架16两端通过分别焊接到仰拱块两端预埋钢板6和钢架上焊接钢垫板7上实现连接。
当围岩为石质或较好时，隧道初期支护为不带钢架隧道初期支护2，不带钢架隧道初期支护2通过钢架锁脚锚杆5稳定，不需要对不带钢架隧道初期支护2和装配式仰拱预制块10进行连接。
装配式仰拱预制块10顶面两侧设置凸台，在凸台间形成洞内运输平台17。装配式仰拱预制块10底部设置有仰拱块下部的混凝土垫层11，上方为道床下方仰拱后期回填/填充层18。
本发明的现场实施工序为：
1、当围岩为土质或较差时，钻爆法隧道采用台阶法开挖，拱墙初期支护设钢架；当围岩为石质或较好时，钻爆法隧道采用台阶法或全断面法开挖，拱墙是否架设钢架根据现场需要而定。
2、仰拱开挖、找平后，精确定位放置装配式仰拱块。当围岩为土质或较差时，采用型钢将仰拱块与初期支护的钢架相连接，初期支护闭合成环，利于受力；当围岩为石质或较好时，拱墙钢架靠锁脚锚杆可以稳定，此时不需要对拱墙钢架和装配式仰拱块进行连接。
3、装配式仰拱块和拱墙初期支护钢架之间若采用型钢连接时，为保证型钢及对应拱墙二次衬砌厚度的空间，仰拱块两端设计为扩大端，预制时预埋好钢板，采用型钢与初期支护钢架上预埋的钢板连接。为确保连接闭合及密实，连接型钢与初期支护钢架的结合处可通过增加垫板调节或纵向设型钢串联焊接或采用可伸缩式型钢等方式。
4、装配式仰拱两侧预留钢筋接头，后期与拱墙衬砌钢筋进行连接，确保衬砌钢筋形成闭环，再浇筑衬砌混凝土，衬砌受力闭合。若隧道的二次衬砌不设钢筋，此时仰拱块两侧不预留钢筋接头。
5、仰拱块装配后，先期形成的仰拱块顶面可作为洞内的运输通道或运输平台。仰拱块的结构型式及尺寸要确保其所形成的运输平台宽度满足隧道洞内正常的施工运输作业等要求。本图仰拱块结构上部的虚线部分为示意，表示装配式仰拱块可采用很多种结构型式，不限于图示这一种。运输平台上方的空间后期采用现浇方式填充，增加隧道仰拱的整体性，直至道床底部，具备施做道床的条件。
6、当地层条件较好时，装配式仰拱预制块与道床之间的空间也可考虑采用装配式填充块的方式，此时隧道两侧的水沟及线缆槽可考虑纳入至仰拱填充块内，如此也可进一步优化钻爆法隧道的轨下结构与断面尺寸，进一步节省投资。
7、钻爆法隧道的装配式仰拱块为工厂化预制，运输至洞内后采用专用设备精确定位安装，仰拱块预制时两侧先期预留凹凸榫结构，以确保预制的仰拱块和后期现浇的二次衬砌实现紧密握裹结合。
8、装配式仰拱块纵向可设计为1.5~3.0m/块；钻爆法单线隧道仰拱环向分块可按1~2块考虑，双线隧道仰拱环向可按2~3块考虑，具体需结合洞内设备拼装能力而定。在能力允许时，尽量纵、环向分块尺寸大些，以减少吊装及定位次数，减少接缝数量，提高作业工效，提高结构的受力和防水能力。
9、仰拱块洞内装配后，快速形成隧道仰拱结构及洞内运输通道，洞内开挖、出渣、支护等作业可正常开展，后续施做拱墙衬砌、仰拱块填充层等工序可同步开展，提高了隧道的综合实施工效。
本发明为一种采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构型式。随着具体工程隧道断面尺寸等差异，其相关参数如：装配式仰拱预制块的结构型式、装配式仰拱预制块的几何尺寸、仰拱分块型式、仰拱块填充方式、仰拱块与隧道初期支护的连接方式等，可根据实际工程需要，因地制宜，具体确定，或大或小、或多或少、或长或短、或强或弱。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
拱部为隧道初期支护，隧道初期支护内为现浇拱墙二次衬砌（3），现浇拱墙二次衬砌（3）下端通过现浇仰拱衬砌（4）与底部的装配式仰拱预制块（10）衔接成环；
装配式仰拱预制块（10）两侧端部设置有装配式仰拱块两侧扩大端（8），端面设置有凸榫，与现浇仰拱衬砌（4）端面的凹榫对接。
2.根据权利要求1所述的采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
隧道初期支护通过钢架锁脚锚杆（5）稳定。
3.根据权利要求2所述的采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
装配式仰拱预制块（10）、现浇仰拱衬砌（4）和现浇拱墙二次衬砌（3）内的钢筋绑扎为一体。
4.根据权利要求3所述的采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
当围岩为土质或较差时，隧道初期支护为带钢架隧道初期支护（1），采用型钢/格栅连接钢架（16）将装配式仰拱预制块（10）与带钢架隧道初期支护（1）相连接。
5.根据权利要求4所述的采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
装配式仰拱预制块（10）端部设置有仰拱块两端预埋钢板（6），带钢架隧道初期支护（1）底部设置有钢架上焊接钢垫板（7），型钢/格栅连接钢架（16）两端通过分别焊接到仰拱块两端预埋钢板（6）和钢架上焊接钢垫板（7）上实现连接。
6.根据权利要求3所述的采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
装配式仰拱预制块（10）顶面两侧设置凸台，在凸台间形成洞内运输平台（17）。
7.根据权利要求3所述的采用预制装配仰拱的钻爆法隧道结构，其特征在于：
装配式仰拱预制块（10）底部设置有仰拱块下部的混凝土垫层（11），上方为道床下方仰拱后期回填/填充层（18）。
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