CN110219667A - 隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构及施工工艺 - Google Patents

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CN110219667A CN201910605472.2A CN201910605472A CN110219667A CN 110219667 A CN110219667 A CN 110219667A CN 201910605472 A CN201910605472 A CN 201910605472A CN 110219667 A CN110219667 A CN 110219667A
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袁永新
胡玉琨
党晓宇
边磊
唐强
费占黎
秦亮
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Abstract

本发明公开了一种隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构及施工工艺,该替代钢混组合结构由预制仰拱和布设于预制仰拱上的钢桁架结构组成;预制仰拱由多榀装配式仰拱由后向前拼装而成,钢桁架结构包括多个竖向钢桁架和钢混组合板;每榀装配式仰拱中部上方均设置有一个竖向钢桁架,钢混组合板包括水平钢板和现浇混凝土层;该施工工艺包括步骤:一、预制仰拱拼装施工;二、钢桁架结构施工。本发明结构设计合理、施工工艺简便且使用效果好,将现浇隧底衬砌替换为由三个仰拱预制件连接而成的装配式仰拱,并将混凝土填充的仰拱填充层替换为钢桁架结构,现场只需对位拼接即可,能大幅简化隧道仰拱与隧道填充施工过程,提高施工效率,并能确保施工质量。

Description

隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构及施工工艺
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域,尤其是涉及一种隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构及施工工艺。
背景技术
目前,我国是一个发展中国家,交通是国民经济的命脉,同时我国也是一个多山国家,因此许多铁路、公路都要通过隧道来克服地形和高程障碍,从而改善路线技术指标,缩短路线里程,加快区域间联系。隧道结构的安全便成为交通行业发展的瓶颈要塞。
实际施工时,隧道结构通常由拱圈、边墙、仰拱、仰拱填充、超前支护体系及机电通风照明体系组成。目前,隧道仰拱初支、二衬,以及仰拱回填(也称为仰拱填充或仰拱填充层)都是通过现场绑扎钢筋,然后现浇混凝土的方式施做的,这种方法施工工序多、机械化程度较低、质量不易控制,更重要是现浇仰拱成型及受力滞后,与隧道“早封闭”这一设计施工原则不吻合,不能有效控制已开挖段落的变形沉降,易引发初支开裂、变形、坍塌、下陷、翻浆冒泥等事故。此外,受混凝土拌合、入模、捣固、养护及拆模等影响,现浇混凝土易出现衬砌蜂窝、麻面、拱顶混凝土浇筑不密实等现象,施工质量得不到有效保障。
目前,许多国家都把构件预制化作为技术发展的一个重要标志,构件预制化是施工工厂化技术发展和隧道机械化施工的必然趋势,也是提高工程质量和修建速度、降低成本的主要方法,能够真正做到“装配化快速施工与不中断交通快速维修”。因此,如何快速地施做仰拱,使隧道结构尽早封闭成环,形成受力整体,从而提高隧道施工和运营中的安全度、可靠度是当前隧道设计施工中面临的棘手问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其结构设计合理、施工简便且使用效果好,将现浇隧底衬砌替换为由三个仰拱预制件连接而成的装配式仰拱,并将混凝土填充的仰拱填充层替换为钢桁架结构,现场只需对位拼接即可,能大幅简化隧道仰拱与隧道填充施工过程,提高施工效率,并能确保施工质量。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:由布设于所施工隧道内的预制仰拱和布设于所述预制仰拱上的钢桁架结构组成;所述预制仰拱由多榀装配式仰拱拼装而成,多榀所述装配式仰拱的结构和尺寸均相同且其沿所施工隧道的纵向延伸方向由后向前布设;所述钢桁架结构包括多个沿所施工隧道纵向延伸方向由后向前布设的竖向钢桁架和水平支撑于多个所述竖向钢桁架上的钢混组合板,多个所述竖向钢桁架的结构和尺寸均相同;每榀所述装配式仰拱的中部上方均设置有一个所述竖向钢桁架,每个所述竖向钢桁架均支撑于一个所述装配式仰拱上,前后相邻两个所述竖向钢桁架之间的间距与一榀所述装配式仰拱的纵向长度相同,前后相邻两个所述竖向钢桁架之间均通过纵向连接机构进行紧固连接;所述钢混组合板包括固定支撑于所述钢桁架结构上的水平钢板和铺设于水平钢板上的现浇混凝土层;
多榀所述装配式仰拱均呈水平布设,前后相邻两榀所述装配式仰拱之间通过多个纵向连接件紧固连接,每个所述纵向连接件均沿所施工隧道的纵向延伸方向布设,多个所述纵向连接件均布设于同一个隧道横断面上;每榀所述装配式仰拱均包括左右两个对称布设的侧部仰拱预制件和一个连接于两个所述侧部仰拱预制件之间的中部仰拱预制件,所述中部仰拱预制件和两个所述侧部仰拱预制件的纵向长度均相同;所述侧部仰拱预制件和中部仰拱预制件均为混凝土预制件,所述中部仰拱预制件呈水平布设;每榀所述装配式仰拱中两个所述侧部仰拱预制件的外端上表面均为水平面且二者的外端上表面位于同一水平面上;每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件与两个所述侧部仰拱预制件之间均通过横向连接件紧固连接为一体,所述横向连接件与所述纵向连接件呈垂直布设;
每个所述竖向钢桁架均包括多个由左至右布设于同一个隧道横断面上的竖向支撑立柱和多个由左至右布设于同一个隧道横断面上的横向连接钢管,多个所述横向连接钢管和多个所述竖向支撑立柱均布设于同一平面上;每个所述竖向支撑立柱均为钢管混凝土预制件,所述钢管混凝土预制件包括竖向钢管和由灌注于竖向钢管内的混凝土浇筑成型的管内混凝土结构;多个所述竖向支撑立柱中位于最左侧的所述竖向支撑立柱为左侧立柱,多个所述竖向支撑立柱中位于最右侧的所述竖向支撑立柱为右侧立柱,所述左侧立柱与所述装配式仰拱的左端内侧壁之间、右侧立柱与所述装配式仰拱的右端内侧壁之间以及所述竖向钢桁架中左右相邻两个所述竖向支撑立柱之间均通过一个所述横向连接钢管进行连接;每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件和两个所述侧部仰拱预制件上均由左至右布设有多个所述竖向支撑立柱,所述中部仰拱预制件和侧部仰拱预制件上均设置有多个供所述竖向支撑立柱底部支撑的水平支撑座;所述水平支撑座为呈竖直向布设的混凝土预制座,所述混凝土预制座与其所处混凝土预制件浇筑为一体;每榀所述装配式仰拱中多个所述竖向支撑立柱的上表面均布设于同一水平面上且其上表面均低于侧部仰拱预制件的外端上表面,多个所述横向连接钢管均位于所述竖向支撑立柱的上表面下方。
上述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征是:所述钢混组合板上铺装有一层混凝土调平层,所述混凝土调平层位于现浇混凝土层上。
上述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征是:每个所述竖向钢桁架均包括M个由左至右布设于同一个隧道横断面上的竖向支撑立柱,其中M为正整数且M≥4;
所述钢桁架结构中的所有竖向支撑立柱由左至右分M列布设,每列所述竖向支撑立柱均包括多个沿所施工隧道纵向延伸方向由后向前布设的所述竖向支撑立柱,每列所述竖向支撑立柱中前后相邻两个所述竖向支撑立柱之间均通过一个纵向连接钢管进行连接,所述纵向连接钢管呈水平布设且其沿所施工隧道的纵向延伸方向布设;
连接于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间的M个所述纵向连接钢管组成所述纵向连接机构。
上述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征是:每榀所述装配式仰拱中两个所述侧部仰拱预制件的外端内侧均设置有对所述钢混组合板进行支撑的水平支撑台,所述水平支撑台为混凝土预制台,所述混凝土预制台与其所处混凝土预制件浇筑为一体;
所述水平支撑台的上表面与所述竖向支撑立柱的上表面相平齐。
上述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征是:所施工隧道的隧道二次衬砌为对所施工隧道的隧道洞进行全断面支护的二次衬砌;所述隧道二次衬砌由对所施工隧道的拱墙进行支护的拱墙衬砌和位于拱墙衬砌正下方且对所施工隧道底部进行支护的隧底衬砌拼接而成,所述拱墙衬砌和所述隧底衬砌的横截面均为拱形;所述隧底衬砌为所述预制仰拱;
所述拱墙衬砌为采用成型模板浇筑成型的现浇混凝土衬砌,所述成型模板底部支撑于水平支撑台上,所述水平支撑台为对所述成型模板进行支撑的模板支撑台,所述侧部仰拱预制件中位于水平支撑台上方的仰拱预制件节段为所述隧道二次衬砌的矮边墙;所述钢混组合板位于左右两个对称布设的所述矮边墙之间,所述钢混组合板与两个所述矮边墙之间的空腔均为供所述成型模板放置的模板放置腔。
上述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征是:每个所述竖向钢桁架均包括6个所述竖向支撑立柱,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件和两个所述侧部仰拱预制件上均布设有左右两个所述竖向支撑立柱;
6个所述竖向支撑立柱由左至右分别为左侧立柱、左侧中立柱、中部左立柱、中部右立柱、右侧中立柱和右侧立柱,所述中部左立柱和中部右立柱均布设于中部仰拱预制件上;所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件左侧的侧部仰拱预制件为左侧仰拱预制件,所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件右侧的侧部仰拱预制件为右侧仰拱预制件,所述左侧立柱和左侧中立柱均布设于所述左侧仰拱预制件上,所述右侧中立柱和右侧立柱均布设于所述右侧仰拱预制件上;所述中部左立柱和中部右立柱呈对称布设,所述左侧立柱和右侧立柱呈对称布设,所述左侧中立柱和右侧中立柱呈对称布设;
所述左侧立柱和右侧立柱的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述左侧中立柱和右侧中立柱的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述中部左立柱和中部右立柱的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上;
所述左侧立柱的底面高于左侧中立柱的底面,所述左侧中立柱的底面高于中部左立柱的底面;
每榀所述装配式仰拱中6个所述水平支撑座均沿所施工隧道的纵向延伸方向布设,6个所述水平支撑座的纵向长度均相同且其纵向长度均与其所处装配式仰拱的纵向长度相同;
对左侧中立柱进行支撑的水平支撑座为左侧中支座,对右侧中立柱进行支撑的水平支撑座为右侧中支座;
所述左侧中支座与所述右侧中支座之间的空腔为混凝土浇筑腔,所述混凝土浇筑腔沿所施工隧道的纵向延伸方向布设;所述混凝土浇筑腔内设置有中部混凝土浇筑层,所述中部混凝土浇筑层的上表面为水平面且其上表面与所述左侧中支座的上表面相平齐;对中部左立柱和中部右立柱进行支撑的水平支撑座均浇筑于中部混凝土浇筑层内,所述中部左立柱和中部右立柱的底部节段均浇筑于中部混凝土浇筑层内;
每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件与两个所述侧部仰拱预制件之间的连接缝均为湿接缝,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件与两个所述侧部仰拱预制件之间的湿接缝均位于中部混凝土浇筑层下方,所述湿接缝与位于其上方的所述混凝土浇筑腔内部连通。
上述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征是:所述预制仰拱的左右两侧底部均布设有一道纵向排水管,所述中部混凝土浇筑层上布设有一个中心排水沟,所述纵向排水管和中心排水沟呈平行布设且二者均沿所施工隧道的纵向延伸方向布设;每道所述纵向排水管与中心排水沟之间均通过多根横向排水管连接,多根所述横向排水管沿所施工隧道的纵向延伸方向由后向前布设,每根所述横向排水管均布设于同一个隧道横断面上,每根所述横向排水管均位于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间;
每个所述侧部仰拱预制件外侧与所施工隧道的隧道洞之间的空腔为混凝土浇筑区,所述混凝土浇筑区内设置有侧部混凝土浇筑层;所述纵向排水管浇筑于侧部混凝土浇筑层(26)内,所述中部混凝土浇筑层上由后向前设置有多个对中心排水沟进行支撑的排水管支撑座。
上述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征是:每个所述竖向钢桁架均包括7个所述横向连接钢管,7个所述横向连接钢管均为平直钢管且其由左至右分别为左端连接钢管、左侧外连接钢管、左侧内连接钢管、中部连接钢管、右侧内连接钢管、右侧外连接钢管和右端连接钢管,所述左端连接钢管、中部连接钢管和右端连接钢管均呈水平布设且三者均布设于同一水面上,所述中部连接钢管连接于中部左立柱上部与中部右立柱上部之间;所述左侧外连接钢管由左至右逐渐向下倾斜且其与右侧外连接钢管呈对称布设,所述左侧外连接钢管连接于左侧立柱上部与左侧中立柱下部之间;所述左侧内连接钢管由左至右逐渐向上倾斜且其与右侧内连接钢管呈对称布设,所述左侧内连接钢管连接于左侧中立柱下部与中部左立柱上部之间;
每个所述横向连接钢管与竖向钢管之间均通过一个横向外套管进行连接,所述横向外套管为钢管且其固定于竖向钢管的外侧壁上,每个所述竖向钢管的左右两个外侧壁上均设置有一个所述横向外套管,每个所述横向外套管均同轴套装于一个所述横向连接钢管上;
每个所述竖向钢管的上部均设置有上管端连接结构,每个所述竖向钢管的底部均设置有下管端连接结构,所述上管端连接结构和所述下管端连接结构的结构相同且二者均为栓接式连接结构;所述栓接式连接结构呈水平布设且其包括一个与所连接竖向钢管呈同轴布设的水平连接钢板和多个沿圆周方向均匀固定于水平连接钢板上的竖向连接螺栓,所述水平连接钢板与所连接的竖向钢管焊接固定为一体,所述水平连接钢板上开有多个供竖向连接螺栓安装的螺栓安装孔,所述竖向连接螺栓呈竖直向布设;
每个所述竖向钢管上部均通过所述上管端连接结构与水平钢板紧固连接为一体,每个所述上管端连接结构中水平连接钢板位于水平钢板下方且二者通过多个所述竖向连接螺栓紧固连接为一体;所述水平钢板上开有多个供竖向连接螺栓安装的螺栓安装孔;
每个所述竖向钢管底部均通过所述下管端连接结构与水平支撑座紧固连接为一体,每个所述下管端连接结构中的水平连接钢板均支撑于一个所述水平支撑座上,每个所述下管端连接结构中的多个所述竖向连接螺栓均为埋设于水平支撑座内的预埋螺栓。
同时,本发明还公开了一种工艺步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构施工工艺,其特征在于,该工艺包括以下步骤:
步骤一、预制仰拱拼装施工:沿所施工隧道的纵向延伸方向由后向前对所施工隧道进行开挖过程中,由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装;所述预制仰拱中位于最后侧的一榀所述装配式仰拱为后端仰拱;
对所述预制仰拱进行拼装时,由后向前对多榀所述装配式仰拱分别进行拼装,过程如下:
步骤101、后端仰拱拼装:将组成所述后端仰拱的中部仰拱预制件和两个所述侧部仰拱预制件均移动到位,并通过所述横向连接件将移动到位的中部仰拱预制件与两个所述侧部仰拱预制件均连接为一体,完成所述后端仰拱的拼装过程;
步骤102、下一榀装配式仰拱拼装:将组成当前所拼装装配式仰拱的中部仰拱预制件和两个所述侧部仰拱预制件均移动到位,并通过所述横向连接件将移动到位的中部仰拱预制件与两个所述侧部仰拱预制件均连接为一体,同时通过所述纵向连接件将当前所拼装装配式仰拱与上一榀已拼装仰拱连接为一体,完成当前所拼装装配式仰拱的拼装过程;
所述上一榀已拼装仰拱为一榀位于当前所拼装装配式仰拱后侧且与当前所拼装装配式仰拱相邻的所述装配式仰拱;
步骤103、一次或多次重复步骤102,直至完成所述预制仰拱中所有装配式仰拱的拼装过程;
步骤二、钢桁架结构施工:步骤一中由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装过程中,由后向前在已拼装完成的所述装配式仰拱上对所述钢桁架结构进行施工;
对所述钢桁架结构进行施工时,过程如下:
步骤201、竖向钢桁架安装:由后向前对多个所述竖向钢桁架分别进行安装,使已拼装完成的每榀所述装配式仰拱上均安装一个所述竖向钢桁架,并通过所述纵向连接机构将前后相邻两个已安装的所述竖向钢桁架连接为一体;
步骤202、钢混组合板施工:步骤201中由后向前对多个所述竖向钢桁架分别进行安装过程中,由后向前对水平钢板进行安装,并使水平钢板支撑于已安装好的所述竖向钢桁架上,再由后向前在已安装好的水平钢板上浇筑一层混凝土并形成现浇混凝土层。
上述工艺,其特征是:每个所述侧部仰拱预制件外侧与所施工隧道的隧道洞之间的空腔为混凝土浇筑区,所述混凝土浇筑区内设置有侧部混凝土浇筑层;
每个所述竖向钢桁架均包括6个所述竖向支撑立柱,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件和两个所述侧部仰拱预制件上均布设有左右两个所述竖向支撑立柱;
6个所述竖向支撑立柱由左至右分别为左侧立柱、左侧中立柱、中部左立柱、中部右立柱、右侧中立柱和右侧立柱,所述中部左立柱和中部右立柱均布设于中部仰拱预制件上;所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件左侧的侧部仰拱预制件为左侧仰拱预制件,所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件右侧的侧部仰拱预制件为右侧仰拱预制件,所述左侧立柱和左侧中立柱均布设于所述左侧仰拱预制件上,所述右侧中立柱和右侧立柱均布设于所述右侧仰拱预制件上;所述中部左立柱和中部右立柱呈对称布设,所述左侧立柱和右侧立柱呈对称布设,所述左侧中立柱和右侧中立柱呈对称布设;
所述左侧立柱和右侧立柱的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述左侧中立柱和右侧中立柱的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述中部左立柱和中部右立柱的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上;
所述左侧立柱的底面高于左侧中立柱的底面,所述左侧中立柱的底面高于中部左立柱的底面;
每榀所述装配式仰拱中6个所述水平支撑座均沿所施工隧道的纵向延伸方向布设,6个所述水平支撑座的纵向长度均相同且其纵向长度均与其所处装配式仰拱的纵向长度相同;
对左侧中立柱进行支撑的水平支撑座为左侧中支座,对右侧中立柱进行支撑的水平支撑座为右侧中支座;
所述左侧中支座与所述右侧中支座之间的空腔为混凝土浇筑腔,所述混凝土浇筑腔沿所施工隧道的纵向延伸方向布设;所述混凝土浇筑腔内设置有中部混凝土浇筑层,所述中部混凝土浇筑层的上表面为水平面且其上表面与所述左侧中支座的上表面相平齐;对中部左立柱和中部右立柱进行支撑的水平支撑座均浇筑于中部混凝土浇筑层内,所述中部左立柱和中部右立柱的底部节段均浇筑于中部混凝土浇筑层内;
所述预制仰拱的左右两侧底部均布设有一道纵向排水管,所述中部混凝土浇筑层上布设有一个中心排水沟,所述纵向排水管和中心排水沟呈平行布设且二者均沿所施工隧道的纵向延伸方向布设;每道所述纵向排水管与中心排水沟之间均通过多根横向排水管连接,多根所述横向排水管沿所施工隧道的纵向延伸方向由后向前布设,每根所述横向排水管均布设于同一个隧道横断面上,每根所述横向排水管均位于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间;
步骤一中进行预制仰拱拼装施工之前,先由后向前在已开挖成型的所述隧道洞底部左右两侧分别安装一道所述纵向排水管;
步骤一中由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装过程中,由后向前在已拼装完成的每榀所述装配式仰拱左右两侧下方的所述混凝土浇筑区内分别灌注混凝土,并获得侧部混凝土浇筑层,且使每道所述纵向排水管浇筑于侧部混凝土浇筑层内;
步骤二中对所述钢桁架结构进行施工过程中,由后向前在已安装所述竖向钢桁架的所述装配式仰拱上的所述混凝土浇筑腔内灌注混凝土,并获得中部混凝土浇筑层;再由后向前在已施工完成的中部混凝土浇筑层上布设中心排水沟,同时由后向前通过多根所述横向排水管将已安装好的每道所述纵向排水管均与已安装好的中心排水沟进行连接。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、所采用的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构结构简单、设计合理且投入施工成本较低。
2、所采用的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构设计合理,将隧道仰拱与矮边墙组成的现浇隧底衬砌替换为由三个仰拱预制件连接而成的装配式仰拱,仰拱预制件之间连接简便、牢靠,这样使隧底衬砌能尽早封闭,获得隧底衬砌;并且装配式衬砌安装连接以后就可以受力,能有效改善隧道内部受力情况,减小衬砌的变形;同时,将现有的由混凝土填充形成的仰拱填充层替换为钢桁架结构,钢桁架结构的特点是施工简便、快速且能即时受力,安全可靠,方便以后内部管道(主要指中心排水沟和横向排水管)的维修和加固,并且也能解决传统隧道建设中的仰拱开裂问题。
3、所采用的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构使用效果好且实用价值高,拱墙衬砌采用传统施做方式即采用模筑钢筋混凝土结构,隧道初期支护结构整体采用钢拱架与锚网喷联合支护结构;矮边墙(也称为小圆弧)和隧道仰拱作为整体结构(即装配式仰拱)采用分块预制且现场拼接的方式,现场安装及连接简便、可靠,采用钢桁架结构来代替普通的素混凝土仰拱填充,钢桁架结构中主要受力的竖向支撑立柱采用钢管混凝土结构,使结构更可靠,并且当中心排水沟(也称为中心水沟)和横向排水管发生故障和堵塞时,可以揭开路面结构(包括沥青面层、混凝土调平层和钢混组合板)直接进行维修检查,方便省事;竖向支撑立柱顶部的横向支撑采用钢板与钢纤维混凝土施工成型的钢混组合板,既可以起到横向支撑的作用,也可以有效的传递车辆荷载,保证结构的稳定安全;最后修筑混凝土调平层和沥青面层,完成路面结构;侧部仰拱预制件(主要是指矮边墙)内预埋的多道二衬连接钢筋的外端节段(即露头连接钢筋)与拱墙衬砌(即现浇模筑钢筋混凝土二衬)中的衬砌钢筋紧固连接为一体,并且侧部仰拱预制件与拱墙衬砌浇筑为整体,能简便、快速完成隧道二次衬砌封闭成环,并且能有效确保施工成型的隧道二次衬砌质量。
4、装配式仰拱采用整体分块预制方式,并采用湿接缝和栓接方式实现拼装连接,其中湿接缝能有效地消除施工引起的微小误差,钢混组合板铺设混凝土调平层能适应不同的路面横坡要求。每榀装配式仰拱中三个仰拱预制件均为预先在工厂加工成型,因而加工质量能得到有效保证,相应能有效保证所施工成型预制仰拱的拼接质量,并且现场只需进行拼接即可,能有效缩短施工工期,提高施工效率。
5、钢桁架结构中各组件均预先在工厂加工成型,因而加工质量能得到有效保证,相应能有效保证所施工成型钢桁架结构的质量和支撑效率,并且现场只需进行拼接即可,能有效缩短施工工期,提高施工效率。钢桁架结构中各竖向支撑立柱与预制仰拱与钢混组合板之间连接简便、可靠,并且通过横向连接钢管实现相邻竖向支撑立柱之间以及竖向支撑立柱与预制仰拱之间的简便、快速且可靠连接,能进一步确保钢桁架结构的整体性、稳固性和可靠性。
6、所采用的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构带有模板放置腔,能对成型模板进行平稳、稳固支撑,同时使成型模板与侧部仰拱预制件上部节段(即矮边墙)的内侧壁紧贴,从而能对成型模板进行准确导向,能有效确保施工成型拱墙衬砌的施工质量,使隧道仰拱与拱墙衬砌能平滑圆顺;并且,由于侧部仰拱预制件为预先加工而成,因而矮边墙的施工质量能得到有效保证。
7、施工工艺步骤简单、设计合理、施工简便且施工质量易于控制,能有效确保施工质量,并且施工效率高,施工工期短,沿纵向延伸方向由后向前对所施工隧道进行开挖过程中,便能由后向前同步在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装;由后向前在开挖成型的隧道洞内对预制仰拱进行拼装过程中,便能由后向前在已拼装完成的装配式仰拱上对钢桁架结构进行施工,各施工步骤互不影响。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明所采用隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构的横断面结构示意图。
图2为本发明装配式仰拱的连接状态示意图。
图3为本发明对隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构进行施工的工艺流程框图。
图4为本发明纵向连接螺栓的连接状态示意图。
图5为本发明纵向连接螺栓的结构示意图。
图6为本发明纵向连接螺栓安装口的平面结构示意图。
图7为本发明中部仰拱预制件的结构示意图。
图8为本发明侧部仰拱预制件的结构示意图。
图9为本发明钢混组合板的结构示意图。
图10为本发明左侧立柱与横向连接钢管的连接状态示意图。
图11为本发明左侧中立柱与横向连接钢管的连接状态示意图。
图12为本发明中部左立柱与横向连接钢管的连接状态示意图。
图13为本发明所采用隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构的纵断面结构示意图。
图14为本发明栓接式连接结构的结构示意图。
图15为本发明竖向钢管上部与水平钢板的连接状态示意图。
图16为本发明竖向钢管底部与水平支撑座的连接状态示意图。
图17为本发明左端连接钢管与水平支撑台的连接状态示意图。
附图标记说明:
1—所施工隧道; 2—混凝土调平层; 3—侧部仰拱预制件;
4—中部仰拱预制件; 5—水平钢板; 6—现浇混凝土层;
7-1—竖向钢管; 7-2—管内混凝土结构; 8-1—左端连接钢管;
8-2—左侧外连接钢管; 8-3—左侧内连接钢管; 8-4—中部连接钢管;
8-5—右侧内连接钢管; 8-6—右侧外连接钢管;
8-7—右端连接钢管; 9—水平支撑座; 10—水平支撑台;
11—拱墙衬砌; 12-1—左侧立柱; 12-2—左侧中立柱;
12-3—中部左立柱; 12-4—中部右立柱; 12-5—右侧中立柱;
12-6—右侧立柱; 13—中部混凝土浇筑层; 14—湿接缝;
15—横向外套管; 16—水平连接钢板; 17—竖向连接螺栓;
18—抗剪件; 19—纵向连接螺栓; 20—水平钢筋网片;
21—横向连接螺栓; 22—竖向连接钢板; 23—水平连接螺栓;
24—拱墙支架; 25—仰拱支架;
26—侧部混凝土浇筑层; 27—沥青面层;
28—纵向连接钢管; 29—纵向外套管; 30—纵向排水管;
31—中心排水沟; 32—横向排水管; 33—排水管支撑座;
34—锁紧螺母; 35—弧形连接杆; 36—螺栓安装口;
37—塑料套筒; 38—电缆槽; 39—水平盖板;
40—直角梯形钢板; 41—隧道初期支护结构;
42—二衬连接钢筋; 43—侧部放置腔; 44—弹性密封垫;
45—弧形通孔。
具体实施方式
如图1、图2及图13所示,本发明所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,由布设于所施工隧道1内的预制仰拱和布设于所述预制仰拱上的钢桁架结构组成;所述预制仰拱由多榀装配式仰拱拼装而成,多榀所述装配式仰拱的结构和尺寸均相同且其沿所施工隧道1的纵向延伸方向由后向前布设;所述钢桁架结构包括多个沿所施工隧道1纵向延伸方向由后向前布设的竖向钢桁架和水平支撑于多个所述竖向钢桁架上的钢混组合板,多个所述竖向钢桁架的结构和尺寸均相同;每榀所述装配式仰拱的中部上方均设置有一个所述竖向钢桁架,每个所述竖向钢桁架均支撑于一个所述装配式仰拱上,前后相邻两个所述竖向钢桁架之间的间距与一榀所述装配式仰拱的纵向长度相同,前后相邻两个所述竖向钢桁架之间均通过纵向连接机构进行紧固连接;所述钢混组合板包括固定支撑于所述钢桁架结构上的水平钢板5和铺设于水平钢板5上的现浇混凝土层6;
多榀所述装配式仰拱均呈水平布设,前后相邻两榀所述装配式仰拱之间通过多个纵向连接件紧固连接,每个所述纵向连接件均沿所施工隧道1的纵向延伸方向布设,多个所述纵向连接件均布设于同一个隧道横断面上;结合图7和图8,每榀所述装配式仰拱均包括左右两个对称布设的侧部仰拱预制件3和一个连接于两个所述侧部仰拱预制件3之间的中部仰拱预制件4,所述中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3的纵向长度均相同;所述侧部仰拱预制件3和中部仰拱预制件4均为混凝土预制件,所述中部仰拱预制件4呈水平布设;每榀所述装配式仰拱中两个所述侧部仰拱预制件3的外端上表面均为水平面且二者的外端上表面位于同一水平面上;每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间均通过横向连接件紧固连接为一体,所述横向连接件与所述纵向连接件呈垂直布设;
每个所述竖向钢桁架均包括多个由左至右布设于同一个隧道横断面上的竖向支撑立柱和多个由左至右布设于同一个隧道横断面上的横向连接钢管,多个所述横向连接钢管和多个所述竖向支撑立柱均布设于同一平面上,详见图10、图11和图12;每个所述竖向支撑立柱均为钢管混凝土预制件,所述钢管混凝土预制件包括竖向钢管7-1和由灌注于竖向钢管7-1内的混凝土浇筑成型的管内混凝土结构7-2;多个所述竖向支撑立柱中位于最左侧的所述竖向支撑立柱为左侧立柱12-1,多个所述竖向支撑立柱中位于最右侧的所述竖向支撑立柱为右侧立柱12-6,所述左侧立柱12-1与所述装配式仰拱的左端内侧壁之间、右侧立柱12-6与所述装配式仰拱的右端内侧壁之间以及所述竖向钢桁架中左右相邻两个所述竖向支撑立柱之间均通过一个所述横向连接钢管进行连接;每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3上均由左至右布设有多个所述竖向支撑立柱,所述中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3上均设置有多个供所述竖向支撑立柱底部支撑的水平支撑座9;所述水平支撑座9为呈竖直向布设的混凝土预制座,所述混凝土预制座与其所处混凝土预制件浇筑为一体;每榀所述装配式仰拱中多个所述竖向支撑立柱的上表面均布设于同一水平面上且其上表面均低于侧部仰拱预制件3的外端上表面,多个所述横向连接钢管均位于所述竖向支撑立柱的上表面下方。
所述左侧立柱12-1位于所述装配式仰拱的左端内侧壁右侧,所述右侧立柱12-6位于所述装配式仰拱的右端内侧壁左侧。
实际施工时,所述中部仰拱预制件4位于所述钢混组合板的正下方。
为确保防水效果,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间、所述预制仰拱中前后相邻两个所述中部仰拱预制件4之间以及所述预制仰拱中前后相邻两个所述侧部仰拱预制件3之间均设置有防水层。本实施例中,所述防水层为弹性密封垫44。实际使用时,所述防水层也可以为止水板。相应地,所述中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3的侧壁上开有供弹性密封垫44安装的凹槽。
由上述内容可知,本发明将传统普通的现浇仰拱(也称为现浇仰拱二衬或现浇仰拱二次衬砌)替换为由中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3连接而成的装配式仰拱,每榀所述装配式衬砌中所述中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3之间通过所述横向连接件进行连接,并且前后相邻两榀所述装配式仰拱之间通过多个纵向连接件紧固连接,具体是前后相邻两榀所述装配式仰拱中前后相邻两个所述侧部仰拱预制件3之间以及前后相邻两个所述中部仰拱预制件4之间均通过纵向连接件进行紧固连接。
由于装配式仰拱中的中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3均为预先加工成型的混凝土预制件,不仅加工质量能得到有效保证,并且施工现场只需采用纵向连接件与横向连接件进行拼装即可,现场施工简便,施工精度能有效保证,同时能有效缩短施工工期,提高隧道仰拱施工效率。另外,由于施工现场只需对预制仰拱进行拼装即可,而拼装成型的预制仰拱在拼装完成后便可正常受力,能有效改善隧道洞内的受力状况,有效减小后期隧道二次衬砌的变形。并且,由于装配式仰拱采用分块装配方式,具有一定的自适应变形能力,因而能有效解决传统隧道建设中存在的仰拱开裂问题。
另外,本发明将传统普通的仰拱填充(具体为素混凝土填充,也称为仰拱填充砼或仰拱填充层)替换为所述钢桁架结构,由于所述钢桁架结构中竖向钢桁架所采用的横向连接钢管和竖向支撑立柱,均为预先加工成型的构件,不仅加工质量能得到有效保证,并且施工现场只需进行拼装即可,现场施工简便,施工精度能有效保证,同时能有效缩短施工工期,提高隧道仰拱填充施工效率。其中,竖向支撑立柱采用钢管混凝土解耦股,受力性能好且整体结构稳定,能有效提高所述钢桁架结构的竖向承载能力;同时,多个竖向支撑立柱采用横向连接钢管连接成一体并形成整体式的竖向钢桁架,结构整体性和稳定性能得到有效提高,同时竖向钢桁架与装配式仰拱与钢混组合板可靠连接,具有能够即时受力、安全可靠等优点,并且采用所述钢桁架结构便于以后对内部管道(如布设于仰拱填充层内的排水管道等)进行维修和加固,也能进一步有效解决传统隧道建设中存在的仰拱开裂问题。所述钢桁架结构整体性好且承载性能优良,并且由于采用拼装方式,因而具有一定的自适应变形,能进一步提高隧道仰拱与仰拱填充结构的使用寿命和使用效果。
每个所述竖向钢桁架均包括M个由左至右布设于同一个隧道横断面上的竖向支撑立柱,其中M为正整数且M≥4;
如图13所示,所述钢桁架结构中的所有竖向支撑立柱由左至右分M列布设,每列所述竖向支撑立柱均包括多个沿所施工隧道1纵向延伸方向由后向前布设的所述竖向支撑立柱,每列所述竖向支撑立柱中前后相邻两个所述竖向支撑立柱之间均通过一个纵向连接钢管28进行连接,所述纵向连接钢管28呈水平布设且其沿所施工隧道1的纵向延伸方向布设。
并且,连接于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间的M个所述纵向连接钢管28组成所述纵向连接机构。
这样,所述钢桁架结构中的所有竖向钢桁架均通过纵向连接钢管28简便、快速且紧固连接为一体,能有效提高整体性和受力性能,并且连接简便,能有效提高施工效率,缩短施工周期。
本实施例中,为确保连接效果,每个所述纵向连接钢管28均连接于一列所述竖向支撑立柱中前后相邻两个所述竖向支撑立柱的中部之间。
每列所述竖向支撑立柱中连接所有竖向支撑立柱的纵向连接钢管28均布设于同一水平面上。
本实施例中,所述竖向钢管7-1和所述横向连接钢管均为圆形钢管。
并且,所述横向连接钢管为空钢管,加工简便,并且能有效减小所述钢桁架结构的自重,同时能有效节约成本。另外,由于所述横向连接钢管为空钢管,重量较轻且便于拼装与连接,同时连接质量能得到有效保证。
如图13所示,每个所述纵向连接钢管28与竖向钢管7-1之间均通过一个纵向外套管29进行连接,所述纵向外套管29为钢管且其固定于竖向钢管7-1的外侧壁上,每个所述竖向钢管7-1的前后两个外侧壁上均设置有一个所述纵向外套管29,每个所述纵向外套管29均同轴套装于一个所述纵向连接钢管28上。
所述纵向连接钢管28与竖向钢管7-1之间采用套管套装的方式,不仅连接简便,并且所采用的纵向外套管29能对纵向连接钢管28与竖向钢管7-1之间的连接处进行有效加固,确保纵向连接钢管28与竖向钢管7-1之间的连接强度,并能有效增强纵向连接钢管28的承载能力和抗变形能力,进一步确保所述钢桁架结构的整体性和稳固性。
为进一步提高连接强度,每个所述纵向外套管29与其所套装的纵向连接钢管28之间均通过多个纵向套管连接螺栓紧固连接为一体。
本实施例中,所述纵向连接钢管28为圆形钢管。多个所述纵向套管连接螺栓均安装于纵向外套管29上,多个所述纵向外套管29沿圆周方向均匀布设。
本实施例中,如图10、图11和图12所示,每个所述横向连接钢管与竖向钢管7-1之间均通过一个横向外套管15进行连接,所述横向外套管15为钢管且其固定于竖向钢管7-1的外侧壁上,每个所述竖向钢管7-1的左右两个外侧壁上均设置有一个所述横向外套管15,每个所述横向外套管15均同轴套装于一个所述横向连接钢管上。
所述横向连接钢管与竖向钢管7-1之间也采用套管套装的方式,不仅连接简便,并且所采用的横向外套管15能对所述横向连接钢管与竖向钢管7-1之间的连接处进行有效加固,确保所述横向连接钢管与竖向钢管7-1之间的连接强度,并能有效增强所述横向连接钢管的承载能力和抗变形能力,进一步确保所述钢桁架结构的整体性和稳固性。
为进一步提高连接强度,每个所述横向外套管15与其所套装的所述横向连接钢管之间均通过多个横向套管连接螺栓紧固连接为一体。
本实施例中,所述横向外套管15为圆形套管。多个所述横向套管连接螺栓均安装于横向外套管15上,多个所述横向套管连接螺栓沿圆周方向均匀布设。
由上述内容可知,所述竖向钢管7-1与所述横向连接钢管和纵向连接钢管28之间均采用外套管与栓接相结合的方式进行紧固连接,不仅连接简便、可靠,并且能有效确保所述钢桁架结构的整体性和连接质量,保证所述钢桁架结构的承载性能。
如图1所示,所述钢混组合板上铺装有一层混凝土调平层2,所述混凝土调平层2位于现浇混凝土层6上。
本实施例中,所述混凝土调平层2上铺装有一层沥青面层27。
本实施例中,所述中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3均采用超高性能混凝土浇筑而成,并且中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3均为钢筋混凝土结构。其中,超高性能混凝土简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),也称作活性粉末混凝土(RPC,Reactive Powder Concrete)。
所述中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3均经防水处理,因而防水效果能得到有效保证。
如图1所示,所述钢混组合板的左右两侧上方分别设置有一道电缆槽38,所述电缆槽38沿所施工隧道1的纵向延伸方向布设。所述电缆槽38的横截面为凹字形。
实际使用时,待所述钢混组合板施工完成后,再沿所施工隧道1的纵向延伸方向布设由后向前对两道所述电缆槽38分别进行施工。所述电缆槽38为混凝土槽,所述电缆槽38可以为在所述钢混组合板上施工成型的现浇混凝土槽,所述电缆槽38也可以采用混凝土预制槽,因而电缆槽38的施工过程简便且施工效率高。
两道所述电缆槽38也可以作为混凝土调平层2的外侧成型模板,能有效确保混凝土调平层2的施工质量和施工效率。
本实施例中,所述电缆槽38的盖板为水平盖板39。
所述水平盖板39为混凝土盖板,并且水平盖板39采用RPC高性能混凝土制成,其优点是结构稳定,具有更好的抗压、抗弯、抗裂和耐久性能。
本实施例中,所述竖向支撑立柱中竖向钢管7-1的管径为φ200mm且其壁厚为10mm,所述横向连接钢管的管径为φ150mm且其壁厚为6mm。
实际加工时,可根据具体需要,对竖向钢管7-1的管径和壁厚以及所述横向连接钢管的管径和壁厚分别进行相应调整。
本实施例中,所述管内混凝土结构7-2由灌注入竖向钢管7-1内的微膨胀混凝土浇筑而成,所述微膨胀混凝土为C50混凝土。
因而,能有效确保所述竖向支撑立柱中竖向钢管7-1与管内混凝土结构7-2之间连接强度,并且能有效确保所述竖向支撑立柱的承载性能。
为进一步提高所述钢桁架结构的整体性和承载性能,本实施例中,所述现浇混凝土层6为由铺设于水平钢板5上的钢纤维混凝土形成的混凝土层。并且,现浇混凝土层6所采用的混凝土为C50混凝土。
本实施例中,所述水平钢板5的板厚为2cm。并且,所述现浇混凝土层6的层厚为15cm~25cm。
实际使用时,可根据具体需要,对水平钢板5的板厚和现浇混凝土层6的层厚进行相应调整。
本实施例中,所述现浇混凝土层6以水平钢筋网片20为界分为下混凝土层和位于所述下混凝土层正上方的上混凝土层。
实际施工时,先在水平钢板5上焊接固定抗剪件18,再在水平钢板5上浇筑钢纤维混凝土并形成所述下混凝土层,之后在所述下混凝土层上放置冷轧带肋钢筋网片(即水平钢筋网片20),然后继续浇筑钢纤维混凝土到现浇混凝土层6的设计厚度,获得所述上混凝土层。通过抗剪件18和水平钢筋网片20能有效增强水平钢板5与现浇混凝土层6之间的连接,同时也能有效加强所述钢混组合板抵抗车辆荷载的能力。
如图9所示,所述水平钢板5上固定有多个抗剪件18,多个所述抗剪件18均呈竖直向布设,多个所述抗剪件18均浇筑于现浇混凝土层6内。通过多个所述抗剪件18,能有效提高所述钢混组合板的抗剪性能,并能有效提高所述钢混组合板中水平钢板5与现浇混凝土层6之间的连接强度,确保所述钢混组合板的整体性和受力性能。
同时,为进一步提高现浇混凝土层6的整体性和承载能力,所述现浇混凝土层6内设置有水平钢筋网片20,所述水平钢筋网片20位于多个所述抗剪件18上方,所述水平钢筋网片20浇筑于现浇混凝土层6内。
本实施例中,多个所述抗剪件18呈梅花形布设且其呈均匀布设。多个所述抗剪件18的结构和尺寸均相同。
并且,所述抗剪件18为铆钉。
实际使用时,所述抗剪件18也可以采用其它类型的剪力件,如竖向螺栓、竖向钢筋等。
本实施例中,所述水平钢筋网片20为由多根冷轧带肋钢筋绑扎而成的钢筋网片。因而,通过水平钢筋网片20能有效提高现浇混凝土层6的抗剪性能。
本实施例中,每榀所述装配式仰拱中两个所述侧部仰拱预制件3的外端内侧均设置有对所述钢混组合板进行支撑的水平支撑台10,所述水平支撑台10为混凝土预制台,所述混凝土预制台与其所处混凝土预制件浇筑为一体;
所述水平支撑台10的上表面与所述竖向支撑立柱的上表面相平齐。
并且,所述水平支撑座9和水平支撑台10均与其所处的混凝土预制件预制为一体,因而能有效提高中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3的整体性和受力性能。
本实施例中,所述水平支撑台10的内侧壁为竖向侧壁。
如图1所示,所施工隧道1的隧道二次衬砌为对所施工隧道1的隧道洞进行全断面支护的二次衬砌;所述隧道二次衬砌由对所施工隧道1的拱墙进行支护的拱墙衬砌11和位于拱墙衬砌11正下方且对所施工隧道1底部进行支护的隧底衬砌拼接而成,所述拱墙衬砌11和所述隧底衬砌的横截面均为拱形;所述隧底衬砌为所述预制仰拱;
所述拱墙衬砌11为采用成型模板浇筑成型的现浇混凝土衬砌,所述成型模板底部支撑于水平支撑台10上,所述水平支撑台10为对所述成型模板进行支撑的模板支撑台,所述侧部仰拱预制件3中位于水平支撑台10上方的仰拱预制件节段为所述隧道二次衬砌的矮边墙;所述钢混组合板位于左右两个对称布设的所述矮边墙之间,所述钢混组合板与两个所述矮边墙之间的空腔均为供所述成型模板放置的模板放置腔。
本实施例中,所述模板放置腔为侧部放置腔43。
本实施例中,所述隧底衬砌包括隧道仰拱和左右两个对称布设于所述隧道仰拱两侧上方的所述矮边墙,所述拱墙衬砌11的左右两侧底部与所述隧道仰拱之间均通过一个所述矮边墙连接;
所述侧部仰拱预制件3包括侧部拱形预制件和两个均布设于所述侧部拱形预制件上的水平支撑座9,所述中部仰拱预制件4包括中部拱形预制件和两个均布设于所述中部拱形预制件上的水平支撑座9;每榀所述装配式仰拱中所述中部拱形预制件和两个对称布设的所述侧部拱形预制件组成所述隧底衬砌,所述侧部拱形预制件中位于水平支撑台10上方的预制段节段为所述矮边墙。
本实施例中,所述拱墙衬砌11为模筑混凝土结构。所述拱墙衬砌11为现浇混凝土衬砌,采用常规的二衬台车进行施工即可,所述成型模板为所述二衬台车自带的成型模板,即所述二衬台车自带的钢模板。并且,所述拱墙衬砌11采用C30混凝土浇筑成型。其中,二衬台车也称为隧道衬砌台车或隧道二衬模板台车。
所述混凝土预制台和所述混凝土预制座均为混凝土预制结构。
根据本领域公知常识,矮边墙是铁路隧道的二次衬砌中的一个术语,又称小边墙。隧道仰拱两侧高出仰拱填充(即仰拱回填层)顶面30cm~50cm的部分为矮边墙,因而矮边墙是指位于隧道仰拱左右两端上方的弧形衬砌,矮边墙位于仰拱回填层上方且其连接于拱墙衬砌11与隧道仰拱之间。目前,施工成型的隧道仰拱两端通常与其内部回填的仰拱回填层表面相平齐,浇筑矮边墙的主要目的是为了拱墙衬砌11施工方便,由于受隧道结构以及衬砌台车结构的限制,如果隧道仰拱两侧与仰拱回填层表面持平,二次衬砌台车最下边的弧型模板或太长或太短,难以恰到好处地与填充顶面良好接触,不容易控制纵向墙脚线的正确位置,并且导致拆模困难,墙脚部分混凝土往往被撬得破破烂烂。但是如果施作了矮边墙,弧形模板只需要紧靠矮边墙的边缘,就可以使隧道仰拱与拱墙衬砌11平滑圆顺地对接,拆模也容易得多。
由于隧道二次衬砌台车的成型模板是弧形的,在混凝土浇筑过程中,模板反弧段极易产生气泡不易排出,将导致混凝土表面蜂窝麻面较多。并且,混凝土在反弧段对台车产生浮力,特别是矮边墙部分浮力更大。如果浇筑速度过快,台车受到浮力增大而上浮,底部的模板就会离开地面出现缝隙,导致混凝土外泄。混凝土外泄又使得模板边缘被凝固的混凝土困住,脱模不利索。而在有矮边墙的情况下,弧形模板在台车微小的浮动中仍然紧靠矮边墙边缘,不至于产生缝隙。同时,能有效减少气泡和浮力,对提高拱墙衬砌11的施工质量和减轻施工负担是有利的。因而,大多数隧道内均需施作矮边墙,如不施作矮边墙,则隧道拱墙衬砌施工中不可避免会出现台车上浮、混凝土外泄、边墙蜂窝麻面多、拆模困难等棘手问题。
由上述内容可知,无论是传统的还是现代的隧道施工实践中,大多数隧道都要求在隧道仰拱上施作矮边墙(也称为小边墙),然后在矮边墙上浇筑拱墙衬砌11。由于仰拱填充应在仰拱混凝土终凝后浇筑,并且必须保证仰拱的弧形,这就要求隧道仰拱及矮边墙施工必须借助模板成型,否则仰拱施工将会出现下列问题:首先不能很好成型;其次振捣难以进行,因为混凝土一旦振捣就会向底部溜滑。但目前很少有隧道施工时采用仰拱模板,往往是仅在仰拱填充顶面位置安装矮边墙侧模板,仰拱填充与仰拱同时浇筑。待填充到位后,工人将混凝土铲进矮边墙模板,稍作插捣,不敢振捣。这样一来,矮边墙的质量就大打折扣。而且仰拱与仰拱填充的混凝土等级不同,往往是先倾倒仰拱混凝土于隧底,然后再倾倒填充混凝土,两者混在一起。矮边墙本属于仰拱,却使用的是填充混凝土,加上不振捣,矮边墙的强度其实是相当低的。而且从拆模后可以看出,蜂窝麻面严重,外观质量也羞于见人,只好采用调制的水泥浆抹面进行掩盖。还存在模板重复利用凹凸不平,不加整修,不涂刷脱模剂等问题,施工成型的矮边墙的台阶线型极差,导致二衬台车模板与其接触不紧密,错台和漏浆严重。因而,矮边墙与仰拱不能实现一次浇筑成型,并且矮边墙与仰拱填充无法同步进行,因而极大程度影响施工效率,造成施工工期长。
现有规范中没有对矮边墙施作的先后顺序进行要求,但对整体式衬砌要求边墙基础(即矮边墙)的扩大部分及仰拱的拱座应结合边墙施工一次完成。这就可以理解为,衬砌环作为一个整体受力,应当尽量减少施工缝,边墙基础与仰拱应一次浇筑成型。而传统的隧道二次衬砌施工方法中普遍都是先仰拱铺底超前,然后利用组合钢模板施工矮边墙,最后采用模板台车(即衬砌台车)施工拱墙衬砌,共分为三步施工。因而,现有隧道二次衬砌施工方法是先对隧道仰拱进行超前施工,再利用组合钢模板对矮边墙进行施工,最后对拱墙衬砌进行施工,因而施工效率较低,施工工期较长,并且矮边墙与隧道仰拱连接处的施工质量与连接强度不易保证,需采用对应的加强措施确保矮边墙与隧道仰拱的施工质量以及二者之间的连接强度。同时,仰拱填充与矮边墙不能同时施工,从而使施工效率更低,施工操作复杂,费工费时,并且施工质量不易保证。另外,由于隧道仰拱内部左右两侧通常均设置有排水与电缆敷设用的沟槽,因而整体进度均较慢。
而本发明中由于侧部仰拱预制件3均为预先加工成型的混凝土预制件,并且所述侧部仰拱预制件3中位于水平支撑台10上方的仰拱预制件节段为所述隧道二次衬砌的矮边墙,因而所述矮边墙与所述隧道仰拱能一次预制成型且采用相同等级的混凝土,能确保所述矮边墙的质量和使用性能,并且现场施工简便,只需进行拼装即可获得所述装配式仰拱,而所述装配式仰拱由所述隧道仰拱和两个所述矮边墙组成,因而能有效解决隧道二次衬砌施工过程中矮边墙存在的上述问题。
并且,由于所述钢混组合板与两个所述矮边墙之间的空腔均为供所述成型模板放置的模板放置腔,因而非常便于拱墙衬砌11的成型模板支立,并能确保拱墙衬砌11的施工质量和施工效率。
本实施例中,每个所述竖向钢桁架均包括6个所述竖向支撑立柱,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3上均布设有左右两个所述竖向支撑立柱;
6个所述竖向支撑立柱由左至右分别为左侧立柱12-1、左侧中立柱12-2、中部左立柱12-3、中部右立柱12-4、右侧中立柱12-5和右侧立柱12-6,所述中部左立柱12-3和中部右立柱12-4均布设于中部仰拱预制件4上;所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件4左侧的侧部仰拱预制件3为左侧仰拱预制件,所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件4右侧的侧部仰拱预制件3为右侧仰拱预制件,所述左侧立柱12-1和左侧中立柱12-2均布设于所述左侧仰拱预制件上,所述右侧中立柱12-5和右侧立柱12-6均布设于所述右侧仰拱预制件上;所述中部左立柱12-3和中部右立柱12-4呈对称布设,所述左侧立柱12-1和右侧立柱12-6呈对称布设,所述左侧中立柱12-2和右侧中立柱12-5呈对称布设。
6个所述竖向支撑立柱能有效确保所述钢桁架结构的竖向承载能力,并且能有效简化所述钢桁架结构的结构,便于加工与现场拼装。实际施工时,可根据具体需要,对所述竖向钢桁架中所包括竖向支撑立柱的数量以及各竖向支撑立柱的布设位置分别进行相应调整。
本实施例中,所述左侧立柱12-1和右侧立柱12-6的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述左侧中立柱12-2和右侧中立柱12-5的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述中部左立柱12-3和中部右立柱12-4的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上;
所述左侧立柱12-1的底面高于左侧中立柱12-2的底面,所述左侧中立柱12-2的底面高于中部左立柱12-3的底面;
每榀所述装配式仰拱中6个所述水平支撑座9均沿所施工隧道1的纵向延伸方向布设,6个所述水平支撑座9的纵向长度均相同且其纵向长度均与其所处装配式仰拱的纵向长度相同;
对左侧中立柱12-2进行支撑的水平支撑座9为左侧中支座,对右侧中立柱12-5进行支撑的水平支撑座9为右侧中支座;
所述左侧中支座与所述右侧中支座之间的空腔为混凝土浇筑腔,所述混凝土浇筑腔沿所施工隧道1的纵向延伸方向布设;所述混凝土浇筑腔内设置有中部混凝土浇筑层13,所述中部混凝土浇筑层13的上表面为水平面且其上表面与所述左侧中支座的上表面相平齐;对中部左立柱12-3和中部右立柱12-4进行支撑的水平支撑座9均浇筑于中部混凝土浇筑层13内,所述中部左立柱12-3和中部右立柱12-4的底部节段均浇筑于中部混凝土浇筑层13内。
所述水平支撑座9和水平支撑台10的上表面均为水平面,所述左侧中支座的上表面与所述右侧中支座的上表面布设于同一水平面上。对中部左立柱12-3进行支撑的水平支撑座9的上表面低于所述左侧中支座的上表面,所述左侧中支座的上表面低于对左侧立柱12-1进行支撑的水平支撑座9的上表面,对左侧立柱12-1进行支撑的水平支撑座9的上表面低于水平支撑台10的上表面。
实际使用时,通过中部混凝土浇筑层13能进一步确保每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3之间的连接强度,同时能确保所述预制仰拱中多榀所述装配式仰拱之间的连接强度,并能确保所述预制仰拱的整体强度,同时通过中部混凝土浇筑层13能对左侧中立柱12-2、中部左立柱12-3、中部右立柱12-4和右侧中立柱12-5底部均进行有效加固,并能确保左侧中立柱12-2、中部左立柱12-3、中部右立柱12-4和右侧中立柱12-5底部与其所处混凝土预制件之间的连接强度,确保所述预制仰拱与所述钢桁架结构的整体性和受力性能。
如图1所示,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间的连接缝均为湿接缝14,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间的湿接缝14均位于中部混凝土浇筑层13下方,所述湿接缝14与位于其上方的所述混凝土浇筑腔内部连通。
由于湿接缝14与位于其上方的所述混凝土浇筑腔内部连通,因而中部混凝土浇筑层13的混凝土浇筑能同步完成湿接缝14的混凝土浇筑过程,从而能有效简化每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间湿接缝14的施工过程,并且能有效确保中部混凝土浇筑层13与湿接缝14内所浇筑的混凝土能紧固连接为一体,从而进一步保证所述预制仰拱与所述钢桁架结构的整体性和受力性能,并能每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间的连接强度。
本实施例中,所述预制仰拱中前后相邻两榀所述装配式仰拱之间的连接缝为横向接缝,所述横向接缝为横向湿接缝,并且所述横向湿接缝与位于其上方的所述混凝土浇筑腔内部连通。从而,能进一步确保所述预制仰拱与所述钢桁架结构的整体性和受力性能。
所述中部混凝土浇筑层13为由灌注入所述混凝土浇筑腔内的混凝土浇筑成型的混凝土浇筑层。并且,灌注入所述混凝土浇筑腔内的混凝土为C15混凝土,通过向所述混凝土浇筑腔内灌注C15混凝土并找平,所述混凝土浇筑腔为仰拱槽。
结合图2和图4,所述纵向连接件为纵向连接螺栓19,前后相邻两个所述中部仰拱预制件4之间以及前后相邻两个所述侧部仰拱预制件3之间均通过多个所述纵向连接螺栓19进行连接,多个所述纵向连接螺栓19由左至右布设。
每个所述侧部仰拱预制件3的前后两端上方均开有多个供纵向连接螺栓19安装的纵向螺栓安装孔,每个所述中部仰拱预制件4的前后两端上方均开有多个供纵向连接螺栓19安装的纵向螺栓安装孔。
本实施例中,前后相邻两个所述中部仰拱预制件4之间以及前后相邻两个所述侧部仰拱预制件3之间均通过左右两个所述纵向连接螺栓19进行连接。
如图2所示,本实施例中,每个所述侧部仰拱预制件3上两个所述水平支撑座9均位于该侧部仰拱预制件3上左右两个所述纵向连接螺栓19之间,每个所述中部仰拱预制件4上两个所述水平支撑座9均位于该中部仰拱预制件4上左右两个所述纵向连接螺栓19之间。
实际施工时,可根据具体需要,对前后相邻两个所述中部仰拱预制件4之间以及前后相邻两个所述侧部仰拱预制件3之间所连接的纵向连接螺栓19的数量和各纵向连接螺栓19的布设位置分别进行相应调整。
本实施例中,所述横向连接件为横向连接螺栓21。
并且,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间均通过一个所述横向连接螺栓21进行连接,每榀所述装配式仰拱中所述横向连接螺栓21均位于该装配式仰拱的中部。
所述中部仰拱预制件4和侧部仰拱预制件3上均开有供横向连接螺栓21安装的横向螺栓安装孔。
实际施工时,可根据具体需要,对每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3之间所连接的横向连接螺栓21的数量以及各横向连接螺栓21的布设位置分别进行相应调整。
本实施例中,所述纵向连接螺栓19和横向连接螺栓21的结构相同且二者均为弧形螺栓。
并且,所述纵向螺栓安装孔和所述横向螺栓安装孔均为弧形通孔45,所述弧形通孔45的横截面为圆形,所述弧形通孔45的外端为螺栓安装口36,所述中部仰拱预制件4与侧部仰拱预制件3上均设置有螺栓安装口36。
结合图5和图6,所述弧形螺栓包括弧形连接杆35和两个分别连接于弧形连接杆35两端的平直杆段,所述平直杆段上设置有外螺纹;每个所述平直杆段上均设置有一个锁紧螺母34。本实施例中,所述弧形连接杆外侧同轴套装有塑料套筒37。
实际施工时,对中部仰拱预制件4与侧部仰拱预制件3进行预制加工时,提前将塑料套筒37埋入中部仰拱预制件4或侧部仰拱预制件3,通过塑料套筒37能简化后期所述弧形螺栓的穿入过程,并且能起到良好的防水和防腐作用。所述弧形连接杆35为向下弯曲的弧形杆。
为连接可靠,所述平直杆段上套装有密封垫圈,通过所述密封垫圈能有效提高所述弧形螺栓的防水效果。所述密封垫圈为对所述弧形通孔的外端口进行封堵的封堵垫圈。
由上述内容可知,所述预制仰拱采用整体分块预制方式,并采用湿接缝14和栓接方式实现拼装连接,其中湿接缝14能有效地消除施工引起的微小误差,并使混凝土调平层2能适应不同的路面横坡要求。
本实施例中,每个所述竖向钢桁架均包括7个所述横向连接钢管,7个所述横向连接钢管均为平直钢管且其由左至右分别为左端连接钢管8-1、左侧外连接钢管8-2、左侧内连接钢管8-3、中部连接钢管8-4、右侧内连接钢管8-5、右侧外连接钢管8-6和右端连接钢管8-7,所述左端连接钢管8-1、中部连接钢管8-4和右端连接钢管8-7均呈水平布设且三者均布设于同一水面上,所述中部连接钢管8-4连接于中部左立柱12-3上部与中部右立柱12-4上部之间;所述左侧外连接钢管8-2由左至右逐渐向下倾斜且其与右侧外连接钢管8-6呈对称布设,所述左侧外连接钢管8-2连接于左侧立柱12-1上部与左侧中立柱12-2下部之间;所述左侧内连接钢管8-3由左至右逐渐向上倾斜且其与右侧内连接钢管8-5呈对称布设,所述左侧内连接钢管8-3连接于左侧中立柱12-2下部与中部左立柱12-3上部之间。实际使用时,通过7个所述横向连接钢管能有效确保所述竖向钢桁架中6个所述竖向支撑立柱的连接强度,同时能确保所述竖向钢桁架与所述预制仰拱的连接强度和整体性。
实际施工时,可根据具体需要,对所述竖向钢桁架中所包括横向连接钢管的数量以及各横向连接钢管的布设位置分别进行相应调整。
本实施例中,所述左端连接钢管8-1左端和右端连接钢管8-7右端均设置有竖向管端连接结构,所述左端连接钢管8-1左端与位于其左侧的水平支撑台10之间以及右端连接钢管8-7右端与位于其右侧的水平支撑台10之间均通过所述竖向管端连接结构进行连接;所述左端连接钢管8-1和右端连接钢管8-7均为横向端部连接钢管;
所述竖向管端连接结构呈竖直向布设且其包括一个与所连接横向端部连接钢管呈同轴布设的竖向连接钢板22和多个沿圆周方向均匀固定于竖向连接钢板22上的水平连接螺栓23,所述竖向连接钢板22与所连接的所述横向端部连接钢管焊接固定为一体,所述竖向连接钢板22上开有多个供水平连接螺栓23安装的螺栓安装孔,所述水平连接螺栓23呈竖直向布设;
结合图17,每个所述横向端部连接钢管均通过所述竖向管端连接结构与位于其外侧的水平支撑台10紧固连接为一体,每个所述竖向管端连接结构中的竖向连接钢板22均支撑于一个所述水平支撑台10的内侧壁上,每个所述竖向管端连接结构中的多个所述水平连接螺栓23均为埋设于水平支撑台10内的预埋螺栓。因而,所述竖向管端连接结构为栓接式连接结构。
为进一步确保所述横向端部连接钢管与位于其外侧的水平支撑台10之间的连接强度,所述竖向连接钢板22与所述横向端部连接钢管之间设置有多道第一加劲肋,多道所述第一加劲肋沿圆周方向均匀布设。并且,所述第一加劲肋与竖向连接钢板22和所述横向端部连接钢管之间均以焊接方式固定连接。
如图15和图16所示,每个所述竖向钢管7-1的上部均设置有上管端连接结构,每个所述竖向钢管7-1的底部均设置有下管端连接结构,所述上管端连接结构和所述下管端连接结构的结构相同且二者均为栓接式连接结构;如图14所示,所述栓接式连接结构呈水平布设且其包括一个与所连接竖向钢管7-1呈同轴布设的水平连接钢板16和多个沿圆周方向均匀固定于水平连接钢板16上的竖向连接螺栓17,所述水平连接钢板16与所连接的竖向钢管7-1焊接固定为一体,所述水平连接钢板16上开有多个供竖向连接螺栓17安装的螺栓安装孔,所述竖向连接螺栓17呈竖直向布设;
每个所述竖向钢管7-1上部均通过所述上管端连接结构与水平钢板5紧固连接为一体,每个所述上管端连接结构中水平连接钢板16位于水平钢板5下方且二者通过多个所述竖向连接螺栓17紧固连接为一体;所述水平钢板5上开有多个供竖向连接螺栓17安装的螺栓安装孔;
每个所述竖向钢管7-1底部均通过所述下管端连接结构与水平支撑座9紧固连接为一体,每个所述下管端连接结构中的水平连接钢板16均支撑于一个所述水平支撑座9上,每个所述下管端连接结构中的多个所述竖向连接螺栓17均为埋设于水平支撑座9内的预埋螺栓。
为进一步确保竖向钢管7-1与水平支撑座9之间的连接强度,所述水平连接钢板16与竖向钢管7-1之间设置有多道第二加劲肋,多道所述第二加劲肋沿圆周方向均匀布设。并且,所述第二加劲肋与水平连接钢板16和竖向钢管7-1之间均以焊接方式固定连接。
本实施例中,所述第一加劲肋和所述第二加劲肋均为直角梯形钢板40且二者均为平直钢板。
本实施例中,所述竖向连接钢板22和水平连接钢板16均为圆形平直钢板,并且竖向连接钢板22和水平连接钢板16均为管端连接钢板。
因而,所述竖向钢管7-1和所述横向连接钢管与所述预制仰拱之间均通过管端连接钢板与预埋螺栓栓接相结合的方式进行紧固连接,不仅连接简便、可靠,并且能有效确保所述竖向钢桁架与所述预制仰拱之间的连接强度和整体性。
本实施例中,所述预埋螺栓为S8.8级高强螺栓,能有效确保连接强度。
所述钢桁架结构中竖向钢管7-1为腹管,所述横向连接钢管和纵向连接钢管28均为弦管,所述钢桁架结构中腹管与弦管之间均采用外套管与栓接相结合的方式进行固定连接,所述腹管和弦管与所述预制仰拱之间均采用管端连接钢板、加肋板与预埋螺栓栓接相结合的方式进行固定连接,连接简便、可靠。
如图1所示,每个所述侧部仰拱预制件3外侧与所施工隧道1的隧道洞之间的空腔为混凝土浇筑区,所述混凝土浇筑区内设置有侧部混凝土浇筑层26。
所述侧部混凝土浇筑层26为由灌注入所述混凝土浇筑区内的自流平混凝土浇筑成型的混凝土浇筑层。本实施例中,所述自流平混凝土为C50混凝土。
所述预制仰拱的左右两侧底部均布设有一道纵向排水管30,所述中部混凝土浇筑层13上布设有一个中心排水沟31,所述纵向排水管30和中心排水沟31呈平行布设且二者均沿所施工隧道1的纵向延伸方向布设;每道所述纵向排水管30与中心排水沟31之间均通过多根横向排水管32连接,多根所述横向排水管32沿所施工隧道1的纵向延伸方向由后向前布设,每根所述横向排水管32均布设于同一个隧道横断面上,每根所述横向排水管32均位于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间。
本实施例中,每根所述横向排水管32均由外向内逐渐向下倾斜。
两道所述纵向排水管30布设于同一水平面上,所述中心排水沟31位于两道所述纵向排水管30之间下方。
本实施例中,所述纵向排水管30浇筑于侧部混凝土浇筑层26内。
并且,所述侧部仰拱预制件3上开有供横向排水管32穿过的水管安装通道。
对左侧立柱12-1进行支撑的水平支撑座9为左侧支座,对右侧立柱12-6进行支撑的水平支撑座9为右侧支座;所述横向排水管32支撑于所述左侧支座或所述右侧支座上。因而,所述横向排水管32实际安装非常简便。
本实施例中,所述中心排水沟31为外侧包裹有保温层的排水管。
所述中部混凝土浇筑层13上由后向前设置有多个对中心排水沟31进行支撑的排水管支撑座33,所述排水管支撑座33为混凝土垫块且其上部设置有供中心排水沟31放置的凹槽。因而,所述中心排水沟31实际安装非常简便。实际施工时,可根据具体需要,对中心排水沟31的布设位置进行简便、快速调整。因而,所述中心排水沟31布设于中部混凝土浇筑层13上。
本实施例中,所述中心排水沟31位于左侧中立柱12-2与中部左立柱12-3之间。
如图1所示,所施工隧道1的初期支护结构包括多榀隧道钢拱架,多榀所述隧道钢拱架的结构均相同且其沿所施工隧道1的纵向延伸方向由前至后布设;每榀所述隧道钢拱架均位于所施工隧道1的一个隧道横断面上,每榀所述隧道钢拱架均包括一个对所施工隧道1拱墙进行支护的拱墙支架24和一个连接于拱墙支架24底部左右两端之间的仰拱支架25;每榀所述装配式仰拱均位于一个所述仰拱支架25正上方,前后相邻两榀所述隧道钢拱架之间的间距与一榀所述装配式仰拱的纵向长度相同。
所施工隧道1的初期支护结构为对所施工隧道1的隧道洞进行全断面支护的隧道初期支护结构41。
实际对所施工隧道1的隧道洞进行初期支护时,采用常规的初期支护方法,如网喷联合支护法(也称为网喷法)、锚网喷联合支护法(也称为锚网喷法)对所述隧道洞进行初期支护。
本实施例中,对所施工隧道1的隧道洞进行初期支护时,采用锚网喷联合支护法对所述隧道洞进行初期支护。
所述隧道初期支护结构4包括多榀所述隧道钢拱架和采用锚网喷法施工成型的锚网喷支护结构。
所述锚网喷支护结构包括多个沿所施工隧道1的纵向延伸方向由后向前布设的锚杆支护结构、一层挂装在所述隧道洞内壁上的钢筋网和一层喷射在所述隧道洞的内壁上的混凝土喷射层,每个所述锚杆支护结构均包括多个沿隧道开挖轮廓线布设在所述隧道洞拱墙上的初期支护锚杆,多个所述初期支护锚杆均布设在同一个隧道横断面上;前后相邻两个所述初期支护锚杆支护结构中的所述初期支护锚杆呈交错布设。多个所述锚杆支护结构呈均匀布设,前后相邻两个所述锚杆支护结构之间的间距与前后相邻两榀所述隧道钢拱架之间的间距相同,每个所述锚杆支护结构的内侧均设置有一榀所述隧道钢拱架。所述锚杆支护结构和所述钢筋网均固定于所述混凝土喷射层内侧。
并且,每榀所述隧道钢拱架均位于一榀所述装配式仰拱的中部外侧。
采用自流平混凝土对每个所述侧部仰拱预制件3外侧与所施工隧道1的隧道洞之间的空腔进行填充,不仅施工后简便,并且能对每个所述侧部仰拱预制件3外侧与所施工隧道1的隧道洞之间的连接处进行有效加固,同时能对纵向排水管30进行有效固定。其中,每个所述侧部仰拱预制件3外侧与所施工隧道1的隧道洞之间的空腔为每个所述侧部仰拱预制件3外侧与隧道初期支护结构41之间的空腔。
所施工隧道1内的隧道排水系统采用中心排水沟31、位于隧道洞两侧拱脚的纵向排水管30以及连接纵向排水管30与中心排水沟31的横向排水管32,每个所述侧部仰拱预制件3外侧与隧道初期支护结构41之间的空腔采用自流平混凝土填充,中心排水沟31以混凝土垫块作为底座。并且中心排水沟31和纵向排水管30的布设位置合理,中心排水沟31支撑于中部混凝土浇筑层13上,不仅支设简便,并且便于通过横向排水管32与纵向排水管30连接,同时后期维护与更换简便。所述纵向排水管30浇筑于侧部混凝土浇筑层26内,采用自流平混凝土固定,固定简便、牢靠。
如图3所示的一种对隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构进行施工的工艺,包括以下步骤:
步骤一、预制仰拱拼装施工:沿所施工隧道1的纵向延伸方向由后向前对所施工隧道1进行开挖过程中,由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装;所述预制仰拱中位于最后侧的一榀所述装配式仰拱为后端仰拱;
对所述预制仰拱进行拼装时,由后向前对多榀所述装配式仰拱分别进行拼装,过程如下:
步骤101、后端仰拱拼装:将组成所述后端仰拱的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3均移动到位,并通过所述横向连接件将移动到位的中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3均连接为一体,完成所述后端仰拱的拼装过程;
步骤102、下一榀装配式仰拱拼装:将组成当前所拼装装配式仰拱的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3均移动到位,并通过所述横向连接件将移动到位的中部仰拱预制件4与两个所述侧部仰拱预制件3均连接为一体,同时通过所述纵向连接件将当前所拼装装配式仰拱与上一榀已拼装仰拱连接为一体,完成当前所拼装装配式仰拱的拼装过程;
所述上一榀已拼装仰拱为一榀位于当前所拼装装配式仰拱后侧且与当前所拼装装配式仰拱相邻的所述装配式仰拱;
步骤103、一次或多次重复步骤102,直至完成所述预制仰拱中所有装配式仰拱的拼装过程;
步骤二、钢桁架结构施工:步骤一中由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装过程中,由后向前在已拼装完成的所述装配式仰拱上对所述钢桁架结构进行施工;
对所述钢桁架结构进行施工时,过程如下:
步骤201、竖向钢桁架安装:由后向前对多个所述竖向钢桁架分别进行安装,使已拼装完成的每榀所述装配式仰拱上均安装一个所述竖向钢桁架,并通过所述纵向连接机构将前后相邻两个已安装的所述竖向钢桁架连接为一体;
步骤202、钢混组合板施工:步骤201中由后向前对多个所述竖向钢桁架分别进行安装过程中,由后向前对水平钢板5进行安装,并使水平钢板5支撑于已安装好的所述竖向钢桁架上,再由后向前在已安装好的水平钢板5上浇筑一层混凝土并形成现浇混凝土层6。
本实施例中,步骤一中进行预制仰拱拼装施工之前,先由后向前在已开挖成型的所述隧道洞底部左右两侧分别安装一道所述纵向排水管30;
步骤一中由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装过程中,由后向前在已拼装完成的每榀所述装配式仰拱左右两侧下方的所述混凝土浇筑区内分别灌注混凝土,并获得侧部混凝土浇筑层26,且使每道所述纵向排水管30浇筑于侧部混凝土浇筑层26内;
步骤二中对所述钢桁架结构进行施工过程中,由后向前在已安装所述竖向钢桁架的所述装配式仰拱上的所述混凝土浇筑腔内灌注混凝土,并获得中部混凝土浇筑层13;再由后向前在已施工完成的中部混凝土浇筑层13上布设中心排水沟31,同时由后向前通过多根所述横向排水管32将已安装好的每道所述纵向排水管30均与已安装好的中心排水沟31进行连接。
本实施例中,步骤一中沿所施工隧道1的纵向延伸方向由后向前对所施工隧道1进行开挖过程中,由后向前对开挖成型的隧道洞进行初期支护,并获得施工完成的隧道初期支护结构41,再由后向前在已施工完成的隧道初期支护结构41内侧底部对所述预制仰拱进行拼装。
并且,由后向前在已施工完成的隧道初期支护结构41内侧底部对所述预制仰拱进行拼装之前,先由后向前在已施工完成的隧道初期支护结构41左右两侧底部分别安装一道所述纵向排水管30。
本实施例中,步骤101中将组成所述后端仰拱的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3均移动到位时,采用汽车吊机将所述后端仰拱的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3均吊装到预定安装位置,再对吊装到位的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3的标高和纵横向位置分别进行调整,随后通过所述横向连接件连接为一体获得所述后端仰拱,实现所述装配式仰拱的横向快速成环。
步骤102中将组成当前所拼装装配式仰拱的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3均移动到位,采用汽车吊机将当前所拼装装配式仰拱的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3均吊装到预定安装位置,再对吊装到位的中部仰拱预制件4和两个所述侧部仰拱预制件3的标高和纵横向位置分别进行调整,随后通过所述横向连接件连接为一体获得当前所拼装装配式仰拱,实现所述装配式仰拱的横向快速成环;同时,通过纵向连接件将当前所拼装装配式仰拱与所述上一榀已拼装仰拱进行纵向连接。
所述钢桁架结构中位于最后侧的一个所述竖向钢桁架为后端钢桁架。
本实施例中,步骤201中由后向前对多个所述竖向钢桁架分别进行安装时,多个所述竖向钢桁架的安装方法均相同。
步骤201中进行竖向钢桁架安装时,包括以下步骤:
步骤2011、后端钢桁架安装:将组成所述后端钢桁架的6个竖向支撑立柱和7个所述横向连接钢管均移动到位,并将移动到位的各竖向支撑立柱底部均固定安装在一个所述水平支撑座9上,同时通过所述横向连接钢管对相邻两个竖向支撑立柱进行紧固连接,且将两个所述横向端部连接钢管均与一个所述水平支撑台10紧固连接,完成所述后端钢桁架的安装过程;
步骤2012、下一个竖向钢桁架安装:将6个所述纵向连接钢管28以及组成当前所安装竖向钢桁架的6个竖向支撑立柱和7个所述横向连接钢管均移动到位,并将移动到位的各竖向支撑立柱底部均固定安装在一个所述水平支撑座9上,同时通过所述横向连接钢管对相邻两个竖向支撑立柱进行紧固连接,且将两个所述横向端部连接钢管均与一个所述水平支撑台10紧固连接,完成当前所安装竖向钢桁架的安装过程;并且,通过移动到位的6个所述纵向连接钢管28将当前所安装竖向钢桁架与上一个已安装钢桁架紧固连接;
所述上一个已安装钢桁架为一个位于当前所安装竖向钢桁架后侧且与当前所安装竖向钢桁架相邻的竖向钢桁架;
步骤2013、一次或多次重复步骤2012,直至完成所述钢桁架结构中所有竖向钢桁架的安装过程。
步骤2011中将组成所述后端钢桁架的6个竖向支撑立柱和7个所述横向连接钢管均移动到位时,采用汽车吊机吊装到预定的安装位置,再对6个竖向支撑立柱的安装位置和安装高度进行调整,并对7个所述横向连接钢管进行安装,使得6个竖向支撑立柱与7个所述横向连接钢管连接形成所述后端钢桁架,再在所述后端仰拱左右两侧下方的所述混凝土浇筑区内分别灌注混凝土,并获得侧部混凝土浇筑层26,且使每道所述纵向排水管30浇筑于侧部混凝土浇筑层26内。
步骤2011中待侧部混凝土浇筑层26浇筑完成后,再在所述后端仰拱的所述混凝土浇筑腔内灌注混凝土,并获得中部混凝土浇筑层13;再在中部混凝土浇筑层13上施做混凝土垫块作为底座并安装中心排水沟31,同时由后向前接通中心排水沟31与两道所述纵向排水管30之间的横向排水管32,并做好所述后端仰拱底部的防水工作。
步骤2012中将6个所述纵向连接钢管28以及组成当前所安装竖向钢桁架的6个竖向支撑立柱和7个所述横向连接钢管均移动到位,采用汽车吊机吊装到预定的安装位置,再对6个竖向支撑立柱的安装位置和安装高度进行调整,并对7个所述横向连接钢管进行安装,使得6个竖向支撑立柱与7个所述横向连接钢管连接形成当前所安装竖向钢桁架;同时,通过移动到位的6个所述纵向连接钢管28将当前所安装竖向钢桁架与上一个已安装钢桁架紧固连接。之后,在当前所安装竖向钢桁架所处的所述装配式仰拱左右两侧下方的所述混凝土浇筑区内分别灌注混凝土,并获得侧部混凝土浇筑层26,且使每道所述纵向排水管30浇筑于侧部混凝土浇筑层26内。
步骤2012中待侧部混凝土浇筑层26浇筑完成后,再在当前所安装竖向钢桁架所处装配式仰拱的所述混凝土浇筑腔内灌注混凝土,并获得中部混凝土浇筑层13;再在中部混凝土浇筑层13上施做混凝土垫块作为底座并安装中心排水沟31,同时由后向前接通中心排水沟31与两道所述纵向排水管30之间的横向排水管32,并做好当前所安装竖向钢桁架所处装配式仰拱底部的防水工作。
步骤202中由后向前对水平钢板5进行安装过程中,由后向前将每个所述竖向钢桁架均与水平钢板5紧固连接。并且,每个所述竖向钢桁架与水平钢板5之间的连接方式相同,每个所述竖向钢桁架与水平钢板5之间均通过所述栓接式连接结构进行紧固连接。
步骤202中由后向前在已安装好的水平钢板5上浇筑一层混凝土并形成现浇混凝土层6过程中,由后向前在现浇混凝土层6已终凝的所述隧道洞内施工拱墙衬砌11。
本实施例中,如图8所示,所述侧部仰拱预制件3内预埋有多道二衬连接钢筋42,多道所述二衬连接钢筋42的外端节段均伸出至侧部仰拱预制件3外侧,每道所述二衬连接钢筋42的外端节段均埋设于位于上方的拱墙衬砌11内。这样,所述侧部仰拱预制件3与拱墙衬砌11能紧固连接为一体。每道所述二衬连接钢筋42的外端节段均与拱墙衬砌11内的钢筋网(也称为钢筋笼、衬砌钢筋或内部钢筋支撑结构)紧固连接为一体。
对拱墙衬砌11进行施工时,先安装二衬台车并使所述二衬台车自带的成型模板支撑于所述模板放置腔内,再对拱墙衬砌11内的钢筋网进行绑扎,并将所绑扎的钢筋网与位于其下方的二衬连接钢筋42的外端节段紧固连接,然后对拱墙衬砌11进行混凝土浇筑施工,混凝土浇筑完成后进行养护,获得施工成型的拱墙衬砌11,完成所施工隧道1的隧道二次衬砌的施工过程。
本实施例中,待拱墙衬砌11所浇筑混凝土终凝后施做电缆槽38,并在现浇混凝土层6上浇筑混凝土调平层2,最后摊铺沥青混凝土面层(即沥青面层)。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:由布设于所施工隧道(1)内的预制仰拱和布设于所述预制仰拱上的钢桁架结构组成;所述预制仰拱由多榀装配式仰拱拼装而成,多榀所述装配式仰拱的结构和尺寸均相同且其沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向由后向前布设;所述钢桁架结构包括多个沿所施工隧道(1)纵向延伸方向由后向前布设的竖向钢桁架和水平支撑于多个所述竖向钢桁架上的钢混组合板,多个所述竖向钢桁架的结构和尺寸均相同;每榀所述装配式仰拱的中部上方均设置有一个所述竖向钢桁架,每个所述竖向钢桁架均支撑于一个所述装配式仰拱上,前后相邻两个所述竖向钢桁架之间的间距与一榀所述装配式仰拱的纵向长度相同,前后相邻两个所述竖向钢桁架之间均通过纵向连接机构进行紧固连接;所述钢混组合板包括固定支撑于所述钢桁架结构上的水平钢板(5)和铺设于水平钢板(5)上的现浇混凝土层(6);
多榀所述装配式仰拱均呈水平布设,前后相邻两榀所述装配式仰拱之间通过多个纵向连接件紧固连接,每个所述纵向连接件均沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设,多个所述纵向连接件均布设于同一个隧道横断面上;每榀所述装配式仰拱均包括左右两个对称布设的侧部仰拱预制件(3)和一个连接于两个所述侧部仰拱预制件(3)之间的中部仰拱预制件(4),所述中部仰拱预制件(4)和两个所述侧部仰拱预制件(3)的纵向长度均相同;所述侧部仰拱预制件(3)和中部仰拱预制件(4)均为混凝土预制件,所述中部仰拱预制件(4)呈水平布设;每榀所述装配式仰拱中两个所述侧部仰拱预制件(3)的外端上表面均为水平面且二者的外端上表面位于同一水平面上;每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件(4)与两个所述侧部仰拱预制件(3)之间均通过横向连接件紧固连接为一体,所述横向连接件与所述纵向连接件呈垂直布设;
每个所述竖向钢桁架均包括多个由左至右布设于同一个隧道横断面上的竖向支撑立柱和多个由左至右布设于同一个隧道横断面上的横向连接钢管,多个所述横向连接钢管和多个所述竖向支撑立柱均布设于同一平面上;每个所述竖向支撑立柱均为钢管混凝土预制件,所述钢管混凝土预制件包括竖向钢管(7-1)和由灌注于竖向钢管(7-1)内的混凝土浇筑成型的管内混凝土结构(7-2);多个所述竖向支撑立柱中位于最左侧的所述竖向支撑立柱为左侧立柱(12-1),多个所述竖向支撑立柱中位于最右侧的所述竖向支撑立柱为右侧立柱(12-6),所述左侧立柱(12-1)与所述装配式仰拱的左端内侧壁之间、右侧立柱(12-6)与所述装配式仰拱的右端内侧壁之间以及所述竖向钢桁架中左右相邻两个所述竖向支撑立柱之间均通过一个所述横向连接钢管进行连接;每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件(4)和两个所述侧部仰拱预制件(3)上均由左至右布设有多个所述竖向支撑立柱,所述中部仰拱预制件(4)和侧部仰拱预制件(3)上均设置有多个供所述竖向支撑立柱底部支撑的水平支撑座(9);所述水平支撑座(9)为呈竖直向布设的混凝土预制座,所述混凝土预制座与其所处混凝土预制件浇筑为一体;每榀所述装配式仰拱中多个所述竖向支撑立柱的上表面均布设于同一水平面上且其上表面均低于侧部仰拱预制件(3)的外端上表面,多个所述横向连接钢管均位于所述竖向支撑立柱的上表面下方。
2.按照权利要求1所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:所述钢混组合板上铺装有一层混凝土调平层(2),所述混凝土调平层(2)位于现浇混凝土层(6)上。
3.按照权利要求1或2所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:每个所述竖向钢桁架均包括M个由左至右布设于同一个隧道横断面上的竖向支撑立柱,其中M为正整数且M≥4;
所述钢桁架结构中的所有竖向支撑立柱由左至右分M列布设,每列所述竖向支撑立柱均包括多个沿所施工隧道(1)纵向延伸方向由后向前布设的所述竖向支撑立柱,每列所述竖向支撑立柱中前后相邻两个所述竖向支撑立柱之间均通过一个纵向连接钢管(28)进行连接,所述纵向连接钢管(28)呈水平布设且其沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设;
连接于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间的M个所述纵向连接钢管(28)组成所述纵向连接机构。
4.按照权利要求1或2所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:每榀所述装配式仰拱中两个所述侧部仰拱预制件(3)的外端内侧均设置有对所述钢混组合板进行支撑的水平支撑台(10),所述水平支撑台(10)为混凝土预制台,所述混凝土预制台与其所处混凝土预制件浇筑为一体;
所述水平支撑台(10)的上表面与所述竖向支撑立柱的上表面相平齐。
5.按照权利要求4所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:所施工隧道(1)的隧道二次衬砌为对所施工隧道(1)的隧道洞进行全断面支护的二次衬砌;所述隧道二次衬砌由对所施工隧道(1)的拱墙进行支护的拱墙衬砌(11)和位于拱墙衬砌(11)正下方且对所施工隧道(1)底部进行支护的隧底衬砌拼接而成,所述拱墙衬砌(11)和所述隧底衬砌的横截面均为拱形;所述隧底衬砌为所述预制仰拱;
所述拱墙衬砌(11)为采用成型模板浇筑成型的现浇混凝土衬砌,所述成型模板底部支撑于水平支撑台(10)上,所述水平支撑台(10)为对所述成型模板进行支撑的模板支撑台,所述侧部仰拱预制件(3)中位于水平支撑台(10)上方的仰拱预制件节段为所述隧道二次衬砌的矮边墙;所述钢混组合板位于左右两个对称布设的所述矮边墙之间,所述钢混组合板与两个所述矮边墙之间的空腔均为供所述成型模板放置的模板放置腔。
6.按照权利要求1或2所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:每个所述竖向钢桁架均包括6个所述竖向支撑立柱,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件(4)和两个所述侧部仰拱预制件(3)上均布设有左右两个所述竖向支撑立柱;
6个所述竖向支撑立柱由左至右分别为左侧立柱(12-1)、左侧中立柱(12-2)、中部左立柱(12-3)、中部右立柱(12-4)、右侧中立柱(12-5)和右侧立柱(12-6),所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)均布设于中部仰拱预制件(4)上;所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件(4)左侧的侧部仰拱预制件(3)为左侧仰拱预制件,所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件(4)右侧的侧部仰拱预制件(3)为右侧仰拱预制件,所述左侧立柱(12-1)和左侧中立柱(12-2)均布设于所述左侧仰拱预制件上,所述右侧中立柱(12-5)和右侧立柱(12-6)均布设于所述右侧仰拱预制件上;所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)呈对称布设,所述左侧立柱(12-1)和右侧立柱(12-6)呈对称布设,所述左侧中立柱(12-2)和右侧中立柱(12-5)呈对称布设;
所述左侧立柱(12-1)和右侧立柱(12-6)的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述左侧中立柱(12-2)和右侧中立柱(12-5)的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上;
所述左侧立柱(12-1)的底面高于左侧中立柱(12-2)的底面,所述左侧中立柱(12-2)的底面高于中部左立柱(12-3)的底面;
每榀所述装配式仰拱中6个所述水平支撑座(9)均沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设,6个所述水平支撑座(9)的纵向长度均相同且其纵向长度均与其所处装配式仰拱的纵向长度相同;
对左侧中立柱(12-2)进行支撑的水平支撑座(9)为左侧中支座,对右侧中立柱(12-5)进行支撑的水平支撑座(9)为右侧中支座;
所述左侧中支座与所述右侧中支座之间的空腔为混凝土浇筑腔,所述混凝土浇筑腔沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设;所述混凝土浇筑腔内设置有中部混凝土浇筑层(13),所述中部混凝土浇筑层(13)的上表面为水平面且其上表面与所述左侧中支座的上表面相平齐;对中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)进行支撑的水平支撑座(9)均浇筑于中部混凝土浇筑层(13)内,所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)的底部节段均浇筑于中部混凝土浇筑层(13)内;
每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件(4)与两个所述侧部仰拱预制件(3)之间的连接缝均为湿接缝(14),每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件(4)与两个所述侧部仰拱预制件(3)之间的湿接缝(14)均位于中部混凝土浇筑层(13)下方,所述湿接缝(14)与位于其上方的所述混凝土浇筑腔内部连通。
7.按照权利要求6所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:所述预制仰拱的左右两侧底部均布设有一道纵向排水管(30),所述中部混凝土浇筑层(13)上布设有一个中心排水沟(31),所述纵向排水管(30)和中心排水沟(31)呈平行布设且二者均沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设;每道所述纵向排水管(30)与中心排水沟(31)之间均通过多根横向排水管(32)连接,多根所述横向排水管(32)沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向由后向前布设,每根所述横向排水管(32)均布设于同一个隧道横断面上,每根所述横向排水管(32)均位于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间;
每个所述侧部仰拱预制件(3)外侧与所施工隧道(1)的隧道洞之间的空腔为混凝土浇筑区,所述混凝土浇筑区内设置有侧部混凝土浇筑层(26);所述纵向排水管(30)浇筑于侧部混凝土浇筑层(26)内,所述中部混凝土浇筑层(13)上由后向前设置有多个对中心排水沟(31)进行支撑的排水管支撑座(33)。
8.按照权利要求6所述的隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构,其特征在于:每个所述竖向钢桁架均包括7个所述横向连接钢管,7个所述横向连接钢管均为平直钢管且其由左至右分别为左端连接钢管(8-1)、左侧外连接钢管(8-2)、左侧内连接钢管(8-3)、中部连接钢管(8-4)、右侧内连接钢管(8-5)、右侧外连接钢管(8-6)和右端连接钢管(8-7),所述左端连接钢管(8-1)、中部连接钢管(8-4)和右端连接钢管(8-7)均呈水平布设且三者均布设于同一水面上,所述中部连接钢管(8-4)连接于中部左立柱(12-3)上部与中部右立柱(12-4)上部之间;所述左侧外连接钢管(8-2)由左至右逐渐向下倾斜且其与右侧外连接钢管(8-6)呈对称布设,所述左侧外连接钢管(8-2)连接于左侧立柱(12-1)上部与左侧中立柱(12-2)下部之间;所述左侧内连接钢管(8-3)由左至右逐渐向上倾斜且其与右侧内连接钢管(8-5)呈对称布设,所述左侧内连接钢管(8-3)连接于左侧中立柱(12-2)下部与中部左立柱(12-3)上部之间;
每个所述横向连接钢管与竖向钢管(7-1)之间均通过一个横向外套管(15)进行连接,所述横向外套管(15)为钢管且其固定于竖向钢管(7-1)的外侧壁上,每个所述竖向钢管(7-1)的左右两个外侧壁上均设置有一个所述横向外套管(15),每个所述横向外套管(15)均同轴套装于一个所述横向连接钢管上;
每个所述竖向钢管(7-1)的上部均设置有上管端连接结构,每个所述竖向钢管(7-1)的底部均设置有下管端连接结构,所述上管端连接结构和所述下管端连接结构的结构相同且二者均为栓接式连接结构;所述栓接式连接结构呈水平布设且其包括一个与所连接竖向钢管(7-1)呈同轴布设的水平连接钢板(16)和多个沿圆周方向均匀固定于水平连接钢板(16)上的竖向连接螺栓(17),所述水平连接钢板(16)与所连接的竖向钢管(7-1)焊接固定为一体,所述水平连接钢板(16)上开有多个供竖向连接螺栓(17)安装的螺栓安装孔,所述竖向连接螺栓(17)呈竖直向布设;
每个所述竖向钢管(7-1)上部均通过所述上管端连接结构与水平钢板(5)紧固连接为一体,每个所述上管端连接结构中水平连接钢板(16)位于水平钢板(5)下方且二者通过多个所述竖向连接螺栓(17)紧固连接为一体;所述水平钢板(5)上开有多个供竖向连接螺栓(17)安装的螺栓安装孔;
每个所述竖向钢管(7-1)底部均通过所述下管端连接结构与水平支撑座(9)紧固连接为一体,每个所述下管端连接结构中的水平连接钢板(16)均支撑于一个所述水平支撑座(9)上,每个所述下管端连接结构中的多个所述竖向连接螺栓(17)均为埋设于水平支撑座(9)内的预埋螺栓。
9.一种对如权利要求1所述隧道仰拱与仰拱填充层替代钢混组合结构进行施工的工艺,其特征在于,该工艺包括以下步骤:
步骤一、预制仰拱拼装施工:沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向由后向前对所施工隧道(1)进行开挖过程中,由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装;所述预制仰拱中位于最后侧的一榀所述装配式仰拱为后端仰拱;
对所述预制仰拱进行拼装时,由后向前对多榀所述装配式仰拱分别进行拼装,过程如下:
步骤101、后端仰拱拼装:将组成所述后端仰拱的中部仰拱预制件(4)和两个所述侧部仰拱预制件(3)均移动到位,并通过所述横向连接件将移动到位的中部仰拱预制件(4)与两个所述侧部仰拱预制件(3)均连接为一体,完成所述后端仰拱的拼装过程;
步骤102、下一榀装配式仰拱拼装:将组成当前所拼装装配式仰拱的中部仰拱预制件(4)和两个所述侧部仰拱预制件(3)均移动到位,并通过所述横向连接件将移动到位的中部仰拱预制件(4)与两个所述侧部仰拱预制件(3)均连接为一体,同时通过所述纵向连接件将当前所拼装装配式仰拱与上一榀已拼装仰拱连接为一体,完成当前所拼装装配式仰拱的拼装过程;
所述上一榀已拼装仰拱为一榀位于当前所拼装装配式仰拱后侧且与当前所拼装装配式仰拱相邻的所述装配式仰拱;
步骤103、一次或多次重复步骤102,直至完成所述预制仰拱中所有装配式仰拱的拼装过程;
步骤二、钢桁架结构施工:步骤一中由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装过程中,由后向前在已拼装完成的所述装配式仰拱上对所述钢桁架结构进行施工;
对所述钢桁架结构进行施工时,过程如下:
步骤201、竖向钢桁架安装:由后向前对多个所述竖向钢桁架分别进行安装,使已拼装完成的每榀所述装配式仰拱上均安装一个所述竖向钢桁架,并通过所述纵向连接机构将前后相邻两个已安装的所述竖向钢桁架连接为一体;
步骤202、钢混组合板施工:步骤201中由后向前对多个所述竖向钢桁架分别进行安装过程中,由后向前对水平钢板(5)进行安装,并使水平钢板(5)支撑于已安装好的所述竖向钢桁架上,再由后向前在已安装好的水平钢板(5)上浇筑一层混凝土并形成现浇混凝土层(6)。
10.按照权利要求9所述的工艺,其特征在于:每个所述侧部仰拱预制件(3)外侧与所施工隧道(1)的隧道洞之间的空腔为混凝土浇筑区,所述混凝土浇筑区内设置有侧部混凝土浇筑层(26);
每个所述竖向钢桁架均包括6个所述竖向支撑立柱,每榀所述装配式仰拱中所述中部仰拱预制件(4)和两个所述侧部仰拱预制件(3)上均布设有左右两个所述竖向支撑立柱;
6个所述竖向支撑立柱由左至右分别为左侧立柱(12-1)、左侧中立柱(12-2)、中部左立柱(12-3)、中部右立柱(12-4)、右侧中立柱(12-5)和右侧立柱(12-6),所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)均布设于中部仰拱预制件(4)上;所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件(4)左侧的侧部仰拱预制件(3)为左侧仰拱预制件,所述装配式仰拱中位于中部仰拱预制件(4)右侧的侧部仰拱预制件(3)为右侧仰拱预制件,所述左侧立柱(12-1)和左侧中立柱(12-2)均布设于所述左侧仰拱预制件上,所述右侧中立柱(12-5)和右侧立柱(12-6)均布设于所述右侧仰拱预制件上;所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)呈对称布设,所述左侧立柱(12-1)和右侧立柱(12-6)呈对称布设,所述左侧中立柱(12-2)和右侧中立柱(12-5)呈对称布设;
所述左侧立柱(12-1)和右侧立柱(12-6)的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述左侧中立柱(12-2)和右侧中立柱(12-5)的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上,所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)的底面均为水平面且其二者的底面位于同一水平面上;
所述左侧立柱(12-1)的底面高于左侧中立柱(12-2)的底面,所述左侧中立柱(12-2)的底面高于中部左立柱(12-3)的底面;
每榀所述装配式仰拱中6个所述水平支撑座(9)均沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设,6个所述水平支撑座(9)的纵向长度均相同且其纵向长度均与其所处装配式仰拱的纵向长度相同;
对左侧中立柱(12-2)进行支撑的水平支撑座(9)为左侧中支座,对右侧中立柱(12-5)进行支撑的水平支撑座(9)为右侧中支座;
所述左侧中支座与所述右侧中支座之间的空腔为混凝土浇筑腔,所述混凝土浇筑腔沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设;所述混凝土浇筑腔内设置有中部混凝土浇筑层(13),所述中部混凝土浇筑层(13)的上表面为水平面且其上表面与所述左侧中支座的上表面相平齐;对中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)进行支撑的水平支撑座(9)均浇筑于中部混凝土浇筑层(13)内,所述中部左立柱(12-3)和中部右立柱(12-4)的底部节段均浇筑于中部混凝土浇筑层(13)内;
所述预制仰拱的左右两侧底部均布设有一道纵向排水管(30),所述中部混凝土浇筑层(13)上布设有一个中心排水沟(31),所述纵向排水管(30)和中心排水沟(31)呈平行布设且二者均沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向布设;每道所述纵向排水管(30)与中心排水沟(31)之间均通过多根横向排水管(32)连接,多根所述横向排水管(32)沿所施工隧道(1)的纵向延伸方向由后向前布设,每根所述横向排水管(32)均布设于同一个隧道横断面上,每根所述横向排水管(32)均位于前后相邻两个所述竖向钢桁架之间;
步骤一中进行预制仰拱拼装施工之前,先由后向前在已开挖成型的所述隧道洞底部左右两侧分别安装一道所述纵向排水管(30);
步骤一中由后向前在开挖成型的隧道洞内对所述预制仰拱进行拼装过程中,由后向前在已拼装完成的每榀所述装配式仰拱左右两侧下方的所述混凝土浇筑区内分别灌注混凝土,并获得侧部混凝土浇筑层(26),且使每道所述纵向排水管(30)浇筑于侧部混凝土浇筑层(26)内;
步骤二中对所述钢桁架结构进行施工过程中,由后向前在已安装所述竖向钢桁架的所述装配式仰拱上的所述混凝土浇筑腔内灌注混凝土,并获得中部混凝土浇筑层(13);再由后向前在已施工完成的中部混凝土浇筑层(13)上布设中心排水沟(31),同时由后向前通过多根所述横向排水管(32)将已安装好的每道所述纵向排水管(30)均与已安装好的中心排水沟(31)进行连接。
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CN112377255A (zh) * 2021-01-18 2021-02-19 中铁工程设计咨询集团有限公司 一种隧道锚定式隧底结构及其施工方法
CN113107594A (zh) * 2020-01-13 2021-07-13 中国建筑第四工程局有限公司 一种隧道直排水管的施工方法及所用充气模板

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