CN110359934A - 六边形管片、支护结构和隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于隧道施工的六边形管片、支护结构、隧道掘进系统和一种隧道掘进与管片拼接同步的隧道施工方法。六边形管片包括：弧形板、两个正向结合板和四个侧向结合板；侧向结合板用于将多个六边形管片相拼接形成环形结构以支撑隧道的洞壁；正向结合板和与其相连的两个侧向结合板相配合，使拼接而成的环形结构为隧道掘进机前进提供持续的推动力。本发明提供的六边形管片呈拱形，既可以提高多个六边形管片拼装而成的环形结构的结构强度，又能利用侧向结合板使环形结构为隧道掘进机提供连续的推动力，从而使得隧道挖掘和管片拼接施工可以同步进行，解决了现有隧道挖掘施工中无法同步实施支护结构施工，整体施工效率低的问题。

Description

六边形管片、支护结构和隧道施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于隧道施工的六边形管片、支护结构和一种隧道施工方法。

背景技术

目前，现有的全断面隧道掘进机集隧洞开挖、出渣、支护功能于一身，能够实现隧洞施工各个工序同步，特别是护盾式掘进机(如盾构机、单护盾TBM、双护盾TBM等)可通过拼接预制混凝土管片快速实施隧洞支护。但是，仍无法实施同步内衬钢管支护，需要在隧洞完全贯通后撤出TBM，再采用专门的内衬钢管运送设备分段送至隧洞内进行对接、拼焊，然后在完成钢管焊接后还需进行管片注浆以填充钢管与预制管片间隙。由于隧道开挖与钢管内衬施工之间存在干扰，导致后续的工序无法同步实施，大幅度降低了隧道的施工效率，从而导致所需施工工期长，经济效益不好的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种用于隧道施工的六边形管片。

本发明的另一个目的在于提供一种包括上述六边形管片的支护结构。

本发明的再一个目的在于提供一种隧道施工方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种六边形管片，包括：弧形板，具有相互平行的两个侧边，所述侧边为弧形线段以使所述六边形管片弯曲成拱形结构；两个正向结合板，分别通过两个所述侧边与所述弧形板转折连接；四个侧向结合板，与所述弧形板转折连接且同一所述正向结合板的两端分别转折相连其中两个所述侧向结合板；所述侧向结合板用于将多个所述六边形管片相拼接形成环形结构以支撑所述隧道的洞壁；其中，正向结合板和与其相连的两个侧向结合板相配合，用于使拼接而成的环形结构为实施隧道施工的隧道掘进机的后部推进油缸提供多个反作用力面，以向所述隧道掘进机提供持续的推动力。

具体而言，所述六边形管片的左右两侧具有相互平行的两个正向结合板，所述正向结合板的两端分别转折连接所述侧向结合板，使得两个所述六边形管片通过所述侧向结合板进行拼装后，朝向同一方向的两个正向结合板不在同一平面上。从而使得在隧道施工过程中，由所述六边形管片组成的环形结构可以具有至少两个朝向隧道掘进机且不在同一沿所述隧道轴向方向的横截面上的正向结合板。这样，使得隧道掘进机可以通过辅推油缸依次支撑在上述两个正向结合板上，向隧道掘进机提供反作用力使得隧道掘进机前进，在所述隧道掘进机前进的过程中，同步拼接所述六边形管片保持具有至少两个朝向隧道掘进机且不在同一沿所述隧道轴向方向的横截面上的正向结合板，从而为所述隧道掘进机提供连续的推动力。

所述六边形管片由于设置有与弧形板转折连接的正向结合板和侧向结合板，因此所述六边形管片不是板状或片状结构而是空间上的立体结构，具体为拱形结构，使所述六边形管片在受到隧道的洞壁的压力时，将向下的压力分解为向下的压力和朝向所述六边形管片的侧向结合板方向的推力，使得多个所述六边形管片之间结合的更加紧密，提高了拼接而成的环形结构的轴向及周向结构强度，使整体结构更加稳固，从而为所述隧道提供有力的支撑作用。

另外，本发明提供的上述技术方案中的六边形管片还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，所述弧形板、两个所述正向结合板和四个所述侧向结合板围设出灌浆槽；所述灌浆槽设在所述拱形结构的凸起一侧；所述弧形板上设置有灌浆孔，所述灌浆孔用于向所述灌浆槽灌注混凝土。

在上述任一技术方案中，两个所述正向结合板上对称设有定位孔，所述定位孔用于通过定位销与另一所述六边形管片的正向结合板上的定位孔对准，以使两块所述六边形管片对齐。

在上述任一技术方案中，两个所述正向结合板之间跨设有横向筋梁；与同一正向结合板相连的两个所述侧向结合板之间跨设有纵向筋梁；和/或所述弧形板上设置有横向筋板和纵向筋板，所述横向筋板的两端分别与两个所述正向结合板相连接，所述纵向筋板的两端分别连接两个所述侧向结合板，其中两个所述侧向结合板与同一所述正向结合板相连接。

在上述任一技术方案中，所述侧向结合板上设有连接孔，所述连接孔用于穿设连接件，以通过所述连接件将两个所述六边形管片相连接；所述侧向结合板和正向结合板上开设有操作孔。

本发明第二方面的技术方案提供了一种用于隧道施工的支护结构，包括内衬钢管结构，包括多个如第一方面技术方案中任一项所述的六边形管片沿所述隧道的周向方向拼接而成的环状结构；外衬混凝土结构，与所述内衬钢管结构相抵靠，用于设置在所述内衬钢管结构和所述隧道的洞壁之间。

本发明第二方面的技术方案提供的支护结构，因包括第一方面技术方案中任一项所述的六边形管片，因为具有上述任一技术方案的有益效果，在此不在赘述。

本发明第三方面的技术方案提供了一种隧道施工方法，包括如下步骤：在隧道内向前掘进；使用六边形管片沿所述隧道掘进方向进行拼接；其中所述在隧道内向前掘进的步骤与所述使用六边形管片沿所述隧道掘进方向进行拼接的步骤同步进行。

具体而言，使用第一方面实施例中所述的六边形管片，在所述隧道掘进机在前进的过程中，由所述隧道掘进机的撑靴支撑在所述隧道的洞壁上，或由所述隧道掘进机的辅推油缸支撑在所述六边形管片上，均可为隧道掘进机提供持续向前的推动力。这样可以使得管片拼接装置紧跟所述隧道掘进机，快速拼接所述六边形管片形成内衬钢管结构，使得管片拼装可与隧道掘进同步，提高施工效率。

值得一提的是，对于在围岩自稳性好的条件下，所述隧道掘进机的撑靴支撑在所述隧道的洞壁上为隧道掘进机提供持续向前的推动力的情况下，仍使用所述六边形管片，这样在遇到围岩自稳性差或软弱破碎地层时可以进行快速转换，由所述隧道掘进机的辅推油缸支撑在所述六边形管片上为隧道掘进机提供持续向前的推动力，以保持推动力的连续性，提高施工效率。可以理解的是，所述六边形管片在几类围岩的工程条件下均可适用，既能保证隧道施工安全、质量与速度，又有利于提高标准化作业程度，具有极高的经济价值和使用价值。

另外，本发明提供的上述技术方案中的隧道施工方法还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，所述使用六边形管片沿所述隧道掘进机的推进方向进行拼接的步骤具体包括：从下向上逐块拼接所述六边形管片，形成环状结构；在所述六边形管片的定位孔上安装定位销，沿所述隧道的轴向方向设置另一所述六边形管片使其定位孔对转所述定位销，平移另一所述六边形管片；对已拼接的所述六边形管片间的接缝进行焊接处理，和/或通过操作孔安装连接件，使相拼接的两块所述六边形管片通过所述连接件固定连接。

在上述技术方案中，在所述使用六边形管片沿所述隧道掘进机的推进方向进行拼接的步骤后还包括如下步骤：将所述六边形管片拼接形成内衬钢管结构；向已拼接的所述六边形管片内灌注混凝土，使混凝土凝固形成外衬混凝土结构，所述外衬混凝土结构位于所述六边形管片和所述隧道的洞壁之间。在上述任一技术方案中，所述在隧道内向前掘进的步骤具体包括：控制所述隧道掘进机的辅推油缸的一端顶推在已拼接的六边形管片上，使所述已拼接的六边形管片提供反推力供所述隧道掘进机前进，所述辅推油缸的行程变大；控制所述辅推油缸独立回收，使所述辅推油缸和所述已拼接的六边形管片之间产生拼接位置，所述拼接位置用于供所述六边形管片进行拼装；或所述隧道掘进机的撑靴伸出并支撑在所述隧道的洞壁上，用于提供反推力使所述隧道掘进机前进或对隧道的端面进行钻孔爆破，并将出渣进行破碎，将破碎后的出渣运出所述隧道。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例所述的六边形管片的立体结构示意图；

图2是本发明一个实施例所述的六边形管片的另一角度的立体结构示意图；

图3是本发明一个实施例所述的六边形管片的拼装结构示意图；

图4是本发明一个实施例所述的隧道施工方法的流程框图；

图5是本发明一个实施例所述的隧道施工方法的步骤S20的具体流程框图；

图6至图9为本发明一个实施例所述的隧道施工方法的流程状态示意图；

图10为本发明另一实施例所述的隧道施工方法的流程状态示意图。

其中，图1至图10中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1管片拼接装置；10六边形管片；101弧形板；102正向结合板；103侧向结合板；104灌浆孔；105定位孔；106横向筋梁；107纵向筋梁；108横向筋板；109纵向筋板；110操作孔；2隧道掘进机；21辅推油缸；22撑靴；3混凝土填充装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图10描述根据本发明一些实施例所述六边形管片、支护结构、和隧道施工方法。

如图1至图3所示，本发明第一方面实施例所提供的六边形管片10包括弧形板101、两个正向结合板102和四个侧向结合板103。

实施例一

具体而言，如图1和图2所示，六边形管片10包括呈六边菱形的弧形板101，该弧形板101的一对对称且平行的侧边弯曲。弧形板101的左右两侧在侧边的位置转折连接两个正向结合板102，两个正向结合板102左右对称且相互平行，弧形板101的上下两侧各转折连接有两个侧向结合板103，两个侧向结合板103之间转折连接，且上述两个侧向结合板103分别与两个正向结合板102转折相连，使六边形管片10形成空间拱形结构。

其中正向结合板102和侧向结合板103用于将多个六边形管片10进行拼装，通过设置与弧形板101转折连接的两个正向结合板102和四个侧向结合板103，省去了为连接多个六边形管片10而需要的额外设置的连接板，使得管片结构简单，拼装方便。

如图3所示，正向结合板102的两端分别转折连接的侧向结合板103，使得两个六边形管片10通过侧向结合板103进行拼装后，朝向同一方向的两个正向结合板102不在同一平面上。从而使得在隧道施工过程中，由六边形管片10组成的环形结构可以具有至少两个朝向隧道掘进机2且不在同一沿隧道轴向方向的横截面上的正向结合板102。这样，使得隧道掘进机2可以通过辅推油缸21依次支撑在上述两个正向结合板102上，向隧道掘进机2提供反作用力使得隧道掘进机2前进，在隧道掘进机2前进的过程中，同步拼接六边形管片10保持具有至少两个朝向隧道掘进机2且不在同一沿隧道轴向方向的横截面上的正向结合板102，从而为隧道掘进机2提供连续的推动力，进而使得六边形管片10的拼接工作可以和隧道掘进工作同步进行，而不需要隧道掘进后将隧道掘进机2撤出再进行拼接工作，有利于提高隧道的整体施工效率。另外本领域技术人员可以理解的是，六边形管片10的拼接工作可以和隧道掘进工作同步进行，还可以快速对隧道进行支护，有利于提高隧道内人员的安全性。

六边形管片10由于设置有与弧形板101转折连接的正向结合板102和侧向结合板103，因此六边形管片10不是板状或片状结构而是空间上的立体结构，具体为拱形结构，使六边形管片10在受到隧道的洞壁的压力时，将向下的压力分解为向下的压力和朝向六边形管片10的侧向结合板103方向的推力，使得多个六边形管片10之间结合的更加紧密，提高了拼接而成的环形结构的轴向及周向结构强度，使整体结构更加稳固，从而为隧道提供有力的支撑作用。

进一步地，弧形板101、两个正向结合板102和四个侧向结合板103围设出灌浆槽；灌浆槽设在拱形结构的凸起一侧；弧形板101上设置有灌浆孔104，灌浆孔104用于向灌浆槽灌注混凝土。

如图2所示，六边形管片10上设有灌浆槽，灌浆槽为中空结构使得六边形管片10并非实心结构，较实芯混凝土管片轻便，这样有利于降低结构重量与成本，且更加便于运输、拼装，管片内部填充混凝土可在隧洞后部已拼装管片的任意位置实施，保证隧洞掘进与衬砌结构(管片拼装加混凝土灌注)施工同步进行。灌浆槽设置在弧形板101上背离该弧形板101的圆心方向，多块六边形管片10拼装后形成内衬钢管结构，而灌浆槽位于内衬钢管结构朝向隧道的洞壁的一侧，使灌注到灌浆槽内的混凝土位于内衬钢管结构与隧道的洞壁之间，在内衬钢管结构外侧形成外衬混凝土结构，从而形成可以分别受力的内外衬砌结构，比如输水管道，隧洞外部的水土围压由外衬混凝土结构承担，管道内的水压由内衬钢管结构承担。这样通过内衬钢管加外衬混凝土的复合型管壁结构，可以长期承受内侧高水压和外侧围岩压力，保持管道良好的密封性能。通过设置灌浆孔104可以更加方便进行混凝土灌注，而不需从六边形管片10的侧面进行灌注，利于灌注时的密闭性防止混凝土测漏，并为混凝土限定了灌注的范围空间，在灌注后只需将该灌浆孔104封堵住即可，有助于做到混凝土灌注与管片拼装同步，以进一步提高整体隧道的施工效率。

实施例二

在实施例一的基础上，进一步地，如图1和图2所示，两个正向结合板102上对称设有定位孔105，定位孔105用于通过定位销与另一六边形管片10的正向结合板102上的定位孔105对准，以使两块六边形管片10对齐。

在已拼装的六边形管片10的正向结合板102上设置与定位孔105适配的定位销，该正向结合板102朝向掘进的前进方向。安装新的六边形管片10时，使新的六边形管片10正向结合板102上的定位孔105对准定位销，该正向结合板102背离掘进的前进方向。对准后平移安装新的六边形管片10，使其与已拼装的六边形管片10拼装在一起。通过定位销实现快速定位，有助于减少拼装时间，提高拼装效率，同时由于设置定位拼装的六边形管片10间不会产生较大的错位，只需微调便可保证新的六边形管片10的两个侧向结合板103分别与两个已拼装的六边形管片10的侧向结合板103对准，使得拼装后六边形管片10之间的接缝一致，可使用自动或半自动焊接设备实施焊接，做到焊接与管片拼装同步，进一步提高整体隧道施工效率。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，进一步地，如图1和图3所示，两个正向结合板102之间跨设有横向筋梁106；与同一正向结合板102相连的两个侧向结合板103之间跨设有纵向筋梁107；弧形板101上设置有横向筋板108和纵向筋板109，横向筋板108的两端分别与两个正向结合板102相连接，纵向筋板109的两端分别连接两个侧向结合板103，其中两个侧向结合板103与同一正向结合板102相连接。

如图1所示，六边形管片10的弧形板101、两个正向结合板102和四个侧向结合板103共同围设出一个凹腔结构，在凹腔结构的腔口位置设有横竖交错设置的多条横向筋梁106与纵向筋梁107，在凹腔结构的底壁上设有横竖交错设置的多条横向筋板108和纵向筋板109，形成一体式结构。省去了额外设置加强结构，同时在设置有混凝土灌浆后，筋板和筋梁还可以起到抗拉的作用，以增强混凝土的抗拉能力，从而增强外衬混凝土结构的使用稳定性和可靠性。

六边形管片10与围岩接触的外侧边不设置封闭弧形板101，而在弧形板101的背面，即六边形管片10的灌浆槽内设置有纵向筋板109、横向筋板108、纵向筋梁107和横向筋梁106，横向筋梁106和横向筋板108平行于六边形管片10宽度方向，在多块六边形管片10拼接成环后，横向筋梁106和横向筋板108沿隧道的轴向分布位置则根据六边形管片10所需轴向承载位置和承载力确定。通过设置横向筋梁106、纵向筋梁107、横向筋板108和纵向筋板109还可以提高六边形管片10的结构强度。可以理解的是，根据六边形管片10上设置的横向筋梁106、纵向筋梁107、横向筋板108和纵向筋板109的数量不同，使得六边形管片10的结构强度不同，从而可以将六边形管片10分为至少包括重型六边形管片10和轻型六边形管片10的多种形式。对于围岩自稳性好的工况条件，比如五类围岩，不需要六边形管片10向隧道掘进机2提供推动力，这样六边形管片10不会收到隧道掘进机2轴向的推力，为降低支护结构成本与重量可采用轻型管片。而对于围岩自稳性不好的工况条件，比如二类围岩，洞壁无法为隧道掘进机2提供足够支撑力，需要六边形管片10向隧道掘进机2提供推动力，六边形管片10会收到隧道掘进机2轴向的推力，需要使用重型六边形管片10，以保证其轴向承载力。在遭遇较硬岩层、需较大推力时，管片需承受更大的轴向推力，可以适当增加横向筋梁106、纵向筋梁107、横向筋板108和纵向筋板109的布置数量、并加厚钢板厚度。由于隧道掘进机2的辅推油缸21始终顶推在六边形管片10上，仍能实现不间断连续施工。可以理解的是，不同形式的六边形管片10的大小尺寸是相同的，这样在隧道掘进的过程中，可以针对不同类型的围岩适用不同的形式的六边形管片10，有利于节省成本，同时不同形式的六边形管片10依然能够实现快速拼装，并实现管片拼装和隧道掘进的同步进行，有利于提高标准化作业水平。

实施例四

在上述实施例的基础上，进一步地，如图1和图2所示，侧向结合板103上设有连接孔，连接孔用于穿设连接件，以通过连接件将两个六边形管片10相连接；侧向结合板103和正向结合板102上开设有操作孔110。

如图1和图2所示，侧向连接的两个六边形管片10通过连接件相连，连接件可以包括但不限于螺栓。设置操作孔110是为了拼装作业人员方便操作，可允许拼装作业人员伸手进入六边形管片10内实施螺栓安装等作业，加快拼装速度。螺栓拧紧固定，使多个六边形管片10拼装形成的钢管内衬结构更加稳固，使两个六边形管片10的侧向结合板103相对齐，以保证多个六边形管片10间的接缝均为等长度的直缝，方便实施焊接作业，提高整体的施工效率。

两个六边形管片10的侧向结合板103之间的连接方式不限于通过连接件连接，还可以滑槽与滑轨的形式，或是卡扣与卡槽的形式。由于均能实现本发明的目的，均应包含在本发明的保护范围内。其中两个六边形管片10的侧向结合板103之间通过连接件连接的方式，不需要额外设置连接结构，六边形管片10结构简单，便于制作。

另外，六边形管片10的接缝焊接完成后，在新拼装的六边形管片10的外侧操作孔110设置临时封板封堵，防止后续混凝土灌浆侧漏。然后可以对新拼装位置实施混凝土灌浆。当然也可以不封堵操作孔110，保持灌浆位置距离新拼装管片端面一定距离。

本发明第二方面实施例所提供的用于隧道施工的支护结构，包括内衬钢管结构和外衬混凝土结构，多个六边形管片10沿隧道的周向方向拼接形成环状结构，多个环状结构沿隧道的轴向方向拼接形成内衬钢管结构；向六边形管片10的弧形板101、两个正向结合板102和四个侧向结合板103共同围设出的凹腔结构内灌注混凝土，从而得到设置在内衬钢管和隧道的洞壁之间外衬混凝土结构。

以有压输水管道为例，由于管道需要长期承受内侧高水压和外侧围岩压力，同时为保持良好的密封性能，输水管道支护结构往往采用内衬钢管结构加外衬混凝土结构的复合型管壁结构，这样使内外衬砌分别受力：隧洞外部的水土围压由外衬承担，内衬承受内水压力。由于组成内衬钢管结构由第一方面实施例中的六边形管片10，因而本实施例中的支护结构也具有上述技术效果。另外值得一提的是，本实施例中的内衬钢管结构需要先进行安装，在隧道内将多个六边形管片拼接后，再向已完成拼接的六边形管片的灌浆槽内灌注混凝土，以形成外衬混凝土结构。这样形成的支护结构，不仅可以具有设在内部的管片结构作为初期支护，还有管片拼装完成后快速灌注混凝土形成的外部支护，从而通过对内外两层支护结构同步施工，提高了整体支护结构的质量。

对于隧道中的某一段隧洞，该段隧洞的长度略大于六角形管片的两个正向结合板102之间的距离，可选地该段隧洞的长度大约为六角形管片的两个正向结合板102之间距离的1.5倍，在这段隧洞中，隧道掘进机2、管片拼接装置1、混凝土填充装置3依次进行施工，混凝土填充装置3在该段进行灌注混凝土时，管片拼接装置1在这段隧洞的前方一段隧洞中进行六边形管片10拼接，在管片拼接装置1在这段隧洞中进行六边形管片10拼接时，隧道掘进机2在向这段隧洞的前方一段隧洞方向掘进。可以理解的是，在管片拼接的过程中，操作人员还对已拼接的六边形管片10之间的接缝进行焊接。这样，隧道掘进机2、管片拼接装置1、混凝土填充装置3均保持连续不断的施工状态，从而使得隧道掘进的过程中，六边形管片10的洞内运输、拼装成环、接缝焊接、填充混凝土等工序可同步进行，完成隧道掘进后即可同步完成隧洞支护结构施工，隧洞一次成型，提高了整体施工效率。

如图4至图10所示，本发明第三方面实施例所提供了一种隧道施工方法。

实施例一

如图4所示，隧道施工方法包括：步骤S10，使用六边形管片沿隧道掘进方向进行拼接；步骤S20，使用六边形管片沿隧道掘进方向进行拼接；步骤S30，将六边形管片拼接形成内衬钢管结构；步骤S40，向已拼接的六边形管片内灌注混凝土，使混凝土凝固形成外衬混凝土结构，外衬混凝土结构位于六边形管片和隧道的洞壁之间。

具体而言，如图6至图9所示，控制隧道掘进机2在隧道内向前推进；同时控制管片拼接装置1跟随隧道掘进机2，将六边形管片10沿隧道掘进机2的推进方向依次拼接，形成内衬钢管结构，在六边形管片拼接的同时控制混凝土填充装置3跟随管片拼接装置1，在已拼接的六边形管片10和隧道的洞壁间进行混凝土灌注处理。

在隧道掘进机2在前进的过程中，由隧道掘进机2的撑靴22支撑在隧道的洞壁上，或由隧道掘进机2的辅推油缸21支撑在六边形管片10上，均可为隧道掘进机2提供持续向前的推动力。这样可以使得管片拼接装置1紧跟隧道掘进机2，快速拼接六边形管片10形成内衬钢管结构，使得管片拼装可与隧道掘进同步，提高施工效率。同步对已完成焊接的六边形管片10灌注混凝土，形成外衬混凝土结构。以上几个步骤同步进行且互不干扰，从而实现隧道开挖、管片运输和拼装、混凝土灌注等工序同步实施并保障良好的支护结构质量，大幅度提升施工效率。

值得一提的是，对于在围岩自稳性好的条件下，隧道掘进机2的撑靴22支撑在隧道的洞壁上为隧道掘进机2提供持续向前的推动力的情况下，仍使用六边形管片10，这样在遇到围岩自稳性差或软弱破碎地层时可以进行快速转换，由隧道掘进机2的辅推油缸21支撑在六边形管片10上为隧道掘进机2提供持续向前的推动力，以保持推动力的连续性，提高施工效率。可见六边形管片10在几类围岩的工程条件下均可适用，既能保证隧道施工安全、质量与速度，又有利于提高标准化作业程度，具有极高的经济价值和使用价值。

实施例二

在实施例一的基础上，进一步地，如图5所示，步骤S20具体包括：步骤S201，从下向上逐块拼接六边形管片10，形成环状结构；步骤S202，在六边形管片10的定位孔105上安装定位销，沿隧道的轴向方向设置另一六边形管片10使其定位孔105对转定位销，平移另一六边形管片10；步骤S203，通过操作孔110安装连接件，使相拼接的两块六边形管片10通过连接件固定连接步骤S204，对已拼接的六边形管片间的接缝进行焊接处理。

具体而言，六边形管片10拼接必须按照从下往上的顺序逐块拼装，即：先沿隧道的底部安装六边形管片10，然后再通过该六边形管片10上方的两个侧向结合板103拼接两个六边形管片10，之后再在这两个六边形管片10上方拼接另一六边形管片10。重复上述步骤，这样每次一块、之后两块将多个六边形管片10依次拼接，形成环形结构。六边形管片10可承受轴向较大推力，其外形轮廓为具有六个管片结合板的空间菱形构造，包括四个侧向结合板103、两个正向结合板102。侧向结合板103是在侧面方向与其它六边形管片10拼接以形成环形结构，正向结合板102则沿隧洞轴向方向拼接其它六边形管片10。每个成环的六边形管片10的正向结合板102交错排布，形成空间交错的连接面构造，从而为隧道掘进机2提供持续的推动力。

六边形管片10拼接前需在与之配合已安装的六边形管片10的正向接合板上安装定位销，确保新拼接的六边形管片10的定位孔105与该定位销在沿隧道的轴向方向上对准，然后轴向平移新拼接的六边形管片10。拼接后检查六边形管片10上的螺栓孔对准情况，可微调六边形管片10姿态确保两个六边形管片10的螺栓孔对准，然后通过管片上的操作孔110安装螺栓并进行紧固。可选地，边形管片的正向结合板102对称上设置两处定位孔105，并配置相应的定位销通过在定位孔105内插入定位销，在拼接与之临近的管片时可将该定位孔105落入预先插入的定位销，可实现快速、精准定位。同时，六边形管片10侧向连接面和正向连接面上均设有操作孔110，可允许作业人员伸手进入管片内实施螺栓安装等作业。拼接管片时方便安装连接螺栓，在完成螺栓安装紧固后，操作孔110可用封板封堵，便于就近实施混凝土灌浆、防止侧漏。当操作孔110不封堵时，管片灌浆位置需距离管片端面一定距离，避免混凝土浆侧漏。弧形板101上设有灌浆孔104，同时也用做吊装孔，可以用于运输，并便于安装。另外，对已完成拼接的六边形管片10间的接缝进行同步焊接处理。由于接缝均为等长度的直缝，可应用自动或半自动焊接设备实施焊接，进一步提高施工效率。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，进一步地，步骤S10具体包括：控制隧道掘进机2的辅推油缸21的一端顶推在已拼接的六边形管片10上，使已拼接的六边形管片10提供反推力供隧道掘进机2前进，辅推油缸21的行程变大；控制辅推油缸21独立回收，使辅推油缸21和已拼接的六边形管片10之间产生拼接位置，拼接位置用于供六边形管片10进行拼装。

如图8和图9所示，在围岩自稳性差或软弱破碎地层施工时，洞壁无法提供足够支撑反力，此时撑靴22始终处于收缩位置，由辅推油缸21推动隧道掘进机2前进。此时辅推油缸21全部伸出顶紧在已拼接六边形管片10上，隧道掘进机2后部配置的管片拼装机在隧道掘进期间不能同步实施管片拼装。在辅推油缸21最大伸出行程超过1.5倍管片宽度时，进入“管片拼接模式”，此时自动调控辅推油缸21压力以确保推进力，待拼接管片位置的辅推油缸21独立回收，由于环形结构上的多个六边形管片10的正向结合板102交错排布，在辅推油缸21独立回收后，部分辅推油缸21仍然支撑在已拼接的六边形管片10上，另一部分辅推油缸21则通过回收留出六边形管片10拼装位置；隧道掘进机2后方的管片拼装装置逐块抓取六边形管片10，然后转至拼接位置。由于存在辅推油缸21始终顶推在管片上为隧道掘进机2提供前进推力，然后再同步实施拼装、焊接、注浆等工序，以确保不间断连续施工，提高隧道的整体施工效率。

实施例四

与实施例三的区别在于，在实施例一或实施例二的基础上，进一步地，步骤S10具体包括：隧道掘进机2的撑靴22伸出并支撑在隧道的洞壁上，用于提供反推力使隧道掘进机2前进。

如图6和图7所示，在围岩自稳性好的条件下，隧道掘进机2的撑靴22伸出并撑紧在隧道的洞壁上，为隧道掘进机2提供前进的推动力，辅推油缸21则可以处于完全收缩状态。隧道掘进机2后方的管片拼装装置同样可在隧道掘进期间同步实施管片拼接。管片拼装装置逐块抓取六边形管片10，然后转至拼接位置。在这种状态下，六边形管片10不承受轴向推力，为降低支护结构成本与重量可采用轻型六边形管片10。另外，管片拼装同样与隧道掘进作业同步，施工速度快。在这种掘进模式下管片重量轻、运输效率高、拼装速度快，整体隧洞施工效率非常高。值得一提的是，在掘进的过程中，遇到围岩自稳性差或软弱破碎地层时，可以将轻型六边形管片10更换为重型六边形管片10，收缩撑靴22而使辅推油缸21支撑在六边形管片10为隧道掘进机2前进提供推动力。由于六边形管片10的尺寸大小一致，可以进行快速转换，以保持推动力的连续性，提高施工效率。可以理解的是，六边形管片10在几类围岩的工程条件下均可适用，既能保证隧道施工安全、质量与速度，又有利于提高标准化作业程度，具有极高的经济价值和使用价值。

实施例五

与实施例三和实施例四的区别在于，在实施例一或实施例二的基础上，进一步地，对隧道的端面进行钻孔爆破，并将出渣进行破碎，将破碎后的出渣运出隧道。如图10所示，比如钻爆法，仍可使用六边形管片10与之配合使用，管片拼接位置需距离隧道掌子面(爆破作业面)有一定安全距离，避免爆破冲击影响。另外，需配置移动式破碎机、移动管片拼装机、移动型连续皮带机，解决出渣机械化拼装和出渣问题。移动破碎机用于破碎爆破产生的粗岩渣，为连续皮带机提供合适尺寸岩渣物料；移动拼装机将管片按照拼装顺序和要求正确拼装成环。连续皮带机穿过移动拼装机中心位置。这样通过合理的设备配置技术和施工工艺，实现出渣、管片运输、管片拼装等工序连续作业，较传统钻爆法顺序作业大幅提高施工工效。

具体而言，隧道掌子面钻孔、爆破，爆破前需撤出隧洞内所有人员；渣土装运铲车将岩渣装入移动破碎机破碎，碎块岩渣送入连续皮带机进渣口并运输至隧道后方或洞外；拼装六边形管片10，其中步骤渣土装运铲车将岩渣装入移动破碎机破碎，碎块岩渣送入连续皮带机进渣口并运输至隧道后方或洞外与步骤拼装六边形管片10可同步实施例，提高隧道的整体施工效率。

综上，本发明所提供的六边形管片10仅设置有一个朝向隧道内部的弧形板101，而不设置靠向隧道洞壁的弧形板101，减轻材料消耗和重量；同时六边形管片10较实芯混凝土管片轻便，便于运输、拼装，管片内部填充混凝土可在隧洞后部已拼装管片的任意位置实施，保证隧洞开挖与衬砌结构施工同步进行，提高施工效率；正向结合板102和侧向结合板103设置操作孔110，操作孔110可封堵防止侧漏；筋板和筋梁可根据管片承载情况灵活调整，节约材料，且可以根据隧道围岩的不同工况条件，切换使用不同形式的六边形管片10进行施工，可配置轻型、重型、超重型等类型，可根据施工方法、地质情况灵活选用，最大程度节约支护成本；由于均能够实现隧道掘进和管片拼装同步连续作业，有利于提高隧道整体施工效率。同时该六边形管片10可与单护盾TBM法、双护盾TBM法、钻爆法等多种隧道掘进方法配套使用，无论隧道施工过程中使用何种方法均可以保证不间断的连续施工，有助于提高六边形管片10的适用范围，并提高整体隧道施工的标准化程度。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种用于隧道施工的六边形管片，其特征在于，包括：

弧形板，具有相互平行的两个侧边，所述侧边为弧形线段以使所述六边形管片弯曲成拱形结构；

两个正向结合板，分别通过两个所述侧边与所述弧形板转折连接；

四个侧向结合板，与所述弧形板转折连接且同一所述正向结合板的两端分别转折相连其中两个所述侧向结合板；所述侧向结合板用于将多个所述六边形管片相拼接形成环形结构以支撑所述隧道的洞壁；

其中，正向结合板和与其相连的两个侧向结合板相配合，用于使拼接而成的环形结构为实施隧道施工的隧道掘进机的后部推进油缸提供多个反作用力面，以向所述隧道掘进机提供持续的推动力。

2.根据权利要求1所述的六边形管片，其特征在于，

所述弧形板、两个所述正向结合板和四个所述侧向结合板围设出灌浆槽；

所述灌浆槽设在所述拱形结构的凸起一侧；

所述弧形板上设置有灌浆孔，所述灌浆孔用于向所述灌浆槽灌注混凝土。

3.根据权利要求1所述的六边形管片，其特征在于，

两个所述正向结合板上对称设有定位孔，所述定位孔用于通过定位销与另一所述六边形管片的正向结合板上的定位孔对准，以使两块所述六边形管片对齐。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的六边形管片，其特征在于，

两个所述正向结合板之间跨设有横向筋梁；与同一正向结合板相连的两个所述侧向结合板之间跨设有纵向筋梁；和/或

所述弧形板上设置有横向筋板和纵向筋板，所述横向筋板的两端分别与两个所述正向结合板相连接，所述纵向筋板的两端分别连接两个所述侧向结合板，其中两个所述侧向结合板与同一所述正向结合板相连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的六边形管片，其特征在于，

所述侧向结合板上设有连接孔，所述连接孔用于穿设连接件，以通过所述连接件将两个所述六边形管片相连接；

所述侧向结合板和正向结合板上开设有操作孔。

6.一种用于隧道施工的支护结构，其特征在于，包括：

内衬钢管结构，包括多个如权利要求1至5中任一项所述的六边形管片沿所述隧道的周向方向拼接而成的环状结构；

外衬混凝土结构，与所述内衬钢管结构相抵靠，用于设置在所述内衬钢管结构和所述隧道的洞壁之间。

7.一种隧道施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

在隧道内向前掘进；

使用六边形管片沿所述隧道掘进方向进行拼接；

其中所述在隧道内向前掘进的步骤与所述使用六边形管片沿所述隧道掘进方向进行拼接的步骤同步进行。

8.根据权利要求7所述的隧道施工方法，其特征在于，所述使用六边形管片沿所述隧道掘进机的推进方向进行拼接的步骤具体包括：

从下向上逐块拼接所述六边形管片，形成环状结构；

在所述六边形管片的定位孔上安装定位销，沿所述隧道的轴向方向设置另一所述六边形管片使其定位孔对转所述定位销，平移另一所述六边形管片；

对已拼接的所述六边形管片间的接缝进行焊接处理，和/或通过操作孔安装连接件，使相拼接的两块所述六边形管片通过所述连接件固定连接。

9.根据权利要求7所述的隧道施工方法，其特征在于，在所述使用六边形管片沿所述隧道掘进机的推进方向进行拼接的步骤后还包括如下步骤：

将所述六边形管片拼接形成内衬钢管结构；

向已拼接的所述六边形管片内灌注混凝土，使混凝土凝固形成外衬混凝土结构，所述外衬混凝土结构位于所述六边形管片和所述隧道的洞壁之间。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的隧道施工方法，其特征在于，所述在隧道内向前掘进的步骤具体包括：

控制所述隧道掘进机的辅推油缸的一端顶推在已拼接的六边形管片上，使所述已拼接的六边形管片提供反推力供所述隧道掘进机前进，所述辅推油缸的行程变大；控制所述辅推油缸独立回收，使所述辅推油缸和所述已拼接的六边形管片之间产生拼接位置，所述拼接位置用于供所述六边形管片进行拼装；或

所述隧道掘进机的撑靴伸出并支撑在所述隧道的洞壁上，用于提供反推力使所述隧道掘进机前进；或

对隧道的端面进行钻孔爆破，并将出渣进行破碎，将破碎后的出渣运出所述隧道。