CN111322089A - 一种拱顶预制拼装隧道及建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拱顶预制拼装隧道及建造方法，属于隧道技术领域。一种拱顶预制拼装隧道，包括：初期支护、永久支护以及隧道底板；永久支护位于初期支护的内侧，永久支护包括仰拱、左边墙、右边墙以及拱顶；左边墙和右边墙的底端分别与仰拱的两侧连接，左边墙和右边墙的顶端分别设有第一台阶；拱顶的两侧分别设有与第一台阶相配合的第二台阶；拱顶与初期支护之间设有填充层；隧道底板设置在仰拱的上部。本发明的预制拼装隧道能够解决了现有隧道支护施工技术中因拱顶部位混凝土浇筑和振捣困难等而引起的隧道拱部支护厚度不足、混凝土强度难以达到设计要求以及拱顶背后存在有空洞等的突出问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道技术领域，具体涉及一种拱顶预制拼装隧道及建造方法。
背景技术
隧道作为以铁路、公路和地铁为代表的城市轨道交通线路在穿越岩石和坚硬土质地层时常采用的一种地下交通承载结构，其一方面用来承受岩土地层产生的压力，另一方面用来维持车辆如列车、机动车以及行人等安全通行所需要的地下空间。隧道修建方法的选择需要考虑隧道穿越地层的工程地质和水文地质条件。目前修建隧道的施工方法有钻爆法、盾构法和硬岩掘进机法。采用上述方法修建隧道时，隧道支护结构用来支撑地层压力和维持地下空间。与盾构法和硬岩掘进机法相比，钻爆法具有施工工艺简单、造价相对较低的突出优点，一直是国内隧道与地下工程中最常采用的一种施工方法。
用钻爆法修建隧道时隧道的支护结构通常采用立模现场灌注混凝土的方式进行浇筑。从目前已建成的大量铁路、公路和地铁等交通线路中隧道工程的运营状况分析，采用立模现浇混凝土方式来浇筑隧道的支护结构时，存在的突出问题是隧道拱部混凝土的输送和振捣困难，从而导致了现浇的隧道混凝土支护结构中拱部的厚度不足、拱部混凝土强度难以达到设计要求以及拱顶背后存在空洞等的技术难题，而上述问题又易造成隧道支护结构在施工和长期运营期间发生开裂、渗漏水、混凝土剥落与掉块等病害而影响隧道的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拱顶预制拼装隧道及建造方法，以解决现有隧道拱部混凝土的输送和振捣困难，从而导致了现浇的隧道混凝土支护结构中拱部的厚度不足、拱部混凝土强度难以达到设计要求以及拱顶背后存在空洞的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种拱顶预制拼装隧道，包括：初期支护、永久支护以及隧道底板；永久支护位于初期支护的内侧，永久支护包括仰拱、左边墙、右边墙以及拱顶；左边墙和右边墙的底端分别与仰拱的两侧连接，左边墙和右边墙的顶端分别设有第一台阶；拱顶的两侧分别设有与第一台阶相配合的第二台阶；拱顶与初期支护之间设有填充层；隧道底板设置在仰拱的上部。
本发明将隧道洞顶部位的支护结构，即拱顶，设置为预制件，在安装时，拱顶与左、右边墙装配在一起，最后灌注浆料形成填充层，实现拱顶的建造。与现有的隧道内采用立模板现浇混凝土的施工技术相比，不仅降低了现有技术中隧道拱部浇筑混凝土的难度，节省了功效，而且采用预制的混凝土构件可有效保证构件的厚度和混凝土的强度，同时采用在拱顶与初期支护之间设置预留空间、通过预制构件上部的注浆孔向预留空间进行注浆的技术方案，解决了现有隧道支护施工技术中因拱顶部位混凝土浇筑和振捣困难等而引起的隧道拱部支护厚度不足、混凝土强度难以达到设计要求以及拱顶背后存在有空洞等的突出问题，有利于提高隧道支护结构的施工质量，减少隧道支护在运营期间发生开裂、渗漏水和掉块等的病害，降低隧道运营和维修的成本，有利于延长隧道的使用寿命。
此外，由于填充层的存在，在灌注填充层前，初期支护与拱顶之间具有间隙，便于拱顶的第二台阶与左、右边墙的第一台阶相配合，便于拱顶与左、右边墙的咬合与拼接，即便于拱顶的安装。
进一步地，上述初期支护的内壁设有第一透水软管，第一透水软管的两端分别与隧道底板的两侧连通，第一透水软管沿初期支护的截面从初期支护的顶部向下延伸至隧道底板的两侧。
本发明的第一透水软管可以将水导流至隧道通道内，避免地下水从永久支护向隧道渗漏。
进一步地，上述仰拱的两侧分别设有第二透水软管，第二透水软管分别与第一透水软管和隧道底板连通。
进一步地，上述永久支护的外侧壁设有隔水层，第一透水软管位于初期支护和隔水层之间。
本发明的隔水层能够有效将第一透水软管和永久支护进行隔离，避免地下水从永久支护向隧道渗漏。
进一步地，上述隧道底板的中部设有沿隧道长度方向延伸的主排水沟，隧道底板的两侧分别设有沿隧道长度方向延伸的侧排水沟；主排水沟分别通过排水管与侧排水沟连通；侧排水沟与第二透水软管连通。
本发明能够将地层中的地下水导流至隧道底板的排水沟中，并向外排除，避免地下水在隧道中聚集。
进一步地，上述左边墙和右边墙的顶端设有斜置的拉杆，拉杆穿过初期支护并置于地层中。
本发明的拉杆可以确保左、右边墙的稳定和安全。
一种基于上述拱顶预制拼装隧道的建造方法，包括以下步骤：
S1：预制拱顶，并在拱顶的两侧施作第二台阶；
S2：在地层中开挖隧道主体，在隧道主体中施作初期支护，并进行养护；
S3：在隧道主体的底部现场浇筑仰拱，在仰拱的两侧现场浇筑左边墙和右边墙，在左边墙和右边墙的顶端施作第一台阶，并进行养护；
S4：将拱顶放置到隧道主体的顶部，使第二台阶与第一台阶相配合；
S5：向拱顶和初期支护之间灌注浆液，形成填充层；
S6：在仰拱上现场浇筑隧道底板。
本发明预制拼装隧道的建造方法与现有的现场立模浇筑隧道混凝土支护的施工方法相比，具有施工工艺较少、施工效率高和造价相对较低、使用范围广等特点，制造完成后，能够解决了现有隧道支护施工技术中因拱顶部位混凝土浇筑和振捣困难等而引起的隧道拱部支护厚度不足、混凝土强度难以达到设计要求以及拱顶背后存在有空洞等的突出问题。
进一步地，在步骤S2中：初期支护养护后，在初期支护的内壁安装第一透水软管，使第一透水软管沿初期支护的截面从初期支护的顶部向下延伸至隧道底板的两侧；
在步骤S3中，浇筑仰拱时，在仰拱的两侧埋设第二透水软管，并使第二透水软管与第一透水软管连通。
进一步地，上述第一透水软管安装后，在初期支护的内侧施作隔水层。
进一步地，在步骤S1中，在拱顶中施作注浆孔；
在步骤S3中，在浇筑左边墙和右边墙时，在左边墙和右边墙的顶端埋设拉杆，并使拉杆延伸至地层中；
在步骤S4中，第二台阶与第一台阶相配合时，在第二台阶与第一台阶之间放置止水条；
在步骤S5中，从注浆孔向拱顶和初期支护之间灌注浆液，形成填充层；
在步骤S6中，浇筑隧道底板时，在隧道底板的中部施作沿隧道长度方向延伸的主排水沟，在隧道底板的两侧施作沿隧道长度方向延伸的侧排水沟，使侧排水沟与第二透水软管连通，在隧道底板的内部施作排水管，使排水管连通主排水沟和侧排水沟。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的预制拼装隧道能够解决了现有隧道支护施工技术中因拱顶部位混凝土浇筑和振捣困难等而引起的隧道拱部支护厚度不足、混凝土强度难以达到设计要求以及拱顶背后存在有空洞等的突出问题，有利于提高隧道支护结构的施工质量，减少隧道支护在运营期间发生开裂、渗漏水和掉块等的病害，降低隧道运营和维修的成本，有利于延长隧道的使用寿命。
(2)本发明预制拼装隧道的建造方法与现有的现场立模浇筑隧道混凝土支护的施工方法相比，具有施工工艺较少、施工效率高和造价相对较低、使用范围广等特点。
附图说明
图1为本发明的预制拼装隧道的结构示意图；
图2为本发明的永久支护的结构示意图；
图3为本发明的仰拱的结构示意图。
图中：10-初期支护；20-永久支护；21-仰拱；22-左边墙；23-右边墙；24-拱顶；25-第一台阶；26-第二台阶；27-拉杆；28-注浆孔；29-止水条；30-隧道底板；31-主排水沟；32-侧排水沟；33-排水管；40-填充层；50-第一透水软管；60-第二透水软管；70-隔水层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
在本实施例中，“左”、“右”等方位词是以隧道的轴向为参照，仅用于对结构的描述而并不用以限定本发明的保护范围
请参照图1，一种拱顶预制拼装隧道，包括：均安装在隧道主体内的初期支护10、永久支护20以及隧道底板30。初期支护10的截面呈环形的封闭结构，用于隧道在开挖时，对隧道进行支撑。永久支护20整体呈环形，其位于初期支护10的内侧。隧道底板30位于永久支护20的底部内侧。在本发明的其他实施例中，根据地层地质条件，初期支护10的截面也可以为非封闭结构。
初期支护10的内壁设有第一透水软管50，第一透水软管50沿初期支护10的截面从初期支护10的顶部向下延伸至隧道底板30的两侧，即第一透水软管50整体呈拱形，两端位于初期支护10左、右两侧的底端。第一透水软管50能够将地层中的地下水通过渗透等方式进行聚集，并进行导流，避免地下水从永久支护20渗透至隧道空间中。在本实施例中，第一透水软管50的数量为多根，沿隧道的延伸方向依次布置。
为了更好地避免地下水从永久支护20渗透至隧道空间中，在永久支护20与初期支护10之间设置隔水层70，第一透水软管50位于初期支护10与隔水层70之间，隔水层70紧贴永久支护20的外侧壁，即隔水层70包裹永久支护20。
请参照图2，永久支护20包括仰拱21、左边墙22、右边墙23以及拱顶24。仰拱21位于初期支护10的内部底侧，仰拱21的两侧分别埋设有第二透水软管60，第二透水软管60分别与第一透水软管50和隧道底板30连通。左边墙22和右边墙23的底端分别与仰拱21的两侧连接，左边墙22和右边墙23的顶端分别设有第一台阶25，左边墙22和右边墙23的顶端还分别埋设有拉杆27，拉杆27呈斜置状态，其穿过隔水层70和初期支护10后伸入地层中。拱顶24为预制件，其两侧分别设有与第一台阶25相配合的第二台阶26，通过第一台阶25和第二台阶26之间的配合，实现拱顶24与左边墙22和右边墙23的连接。为了便于拱顶24与左边墙22和右边墙23之间的连接，拱顶24装配完成后，拱顶24与初期支护10之间具有间隙，此间隙便于拱顶24通过倾斜的方式放入到间隙中，并向下与左边墙22和右边墙23配合连接。拱顶24与初期支护10之间的间隙通过灌注浆料形成填充层40。
在本实施例中，仰拱21与左边墙22和右边墙23之间一体成型；为了形成填充层40，拱顶24设有多个注浆孔28，拱顶24在装配完成后，通过注浆孔28注入浆料，形成填充层40；为了避免浆料从第一台阶25和第二台阶26之间溢出，在第一台阶25和第二台阶26之间设有止水条29。
请参照图3，隧道底板30设置在仰拱21的上部，隧道底板30的中部设有沿隧道长度方向延伸的主排水沟31，隧道底板30的两侧分别设有沿隧道长度方向延伸的侧排水沟32。主排水沟31与两个侧排水沟32之间分别通过排水管33连通，侧排水沟32还与第二透水软管60连通。地层中的地下水依次经过第一透水软管50、第二透水软管60、侧排水沟32和主排水沟31向外排除。
一种基于上述拱顶预制拼装隧道的建造方法，包括以下步骤：
S1：预制拱顶24，在拱顶24的两侧施作第二台阶26以及在拱顶24的中部施作注浆孔28；
S2：在地层中开挖隧道主体，在隧道主体中施作初期支护10，并进行养护；初期支护10养护完成后，在初期支护10的内壁安装第一透水软管50，并使第一透水软管50沿初期支护10的截面从初期支护10的顶部向下延伸至隧道底板30的两侧，此时第一透水软管50的两端位于初期支护10的内部两侧的底部；第一透水软管50安装完成后，在初期支护10的内侧施作隔水层70；
S3：在隧道主体的底部现场浇筑仰拱21，并在仰拱21的两侧埋设第二透水软管60，使第二透水软管60与第一透水软管50连通；然后在仰拱21的两侧现场浇筑左边墙22和右边墙23，在左边墙22和右边墙23的顶端施作第一台阶25，在左边墙22和右边墙23的顶端埋设拉杆27，并使拉杆延伸至地层中，然后进行养护；
S4：在第一台阶25放置止水条29，并将拱顶24放置到隧道主体的顶部，使第二台阶26与第一台阶25相配合；在放置止水条29时，也可以将止水条29放置在第二台阶26上。
S5：从注浆孔28向拱顶24和初期支护10之间灌注浆液，形成填充层40；
S6：在仰拱21上现场浇筑隧道底板30，并在隧道底板30的中部施作沿隧道长度方向延伸的主排水沟31，在隧道底板30的两侧施作沿隧道长度方向延伸的侧排水沟32，使侧排水沟32与第二透水软管60连通，在隧道底板30的内部施作排水管33，使排水管33连通主排水沟31和侧排水沟32。
通过预制拱顶,并以组装的方式形成永久支护，能够避免现有隧道支护施工技术中因拱顶部位混凝土浇筑和振捣困难等而引起的隧道拱部支护厚度不足、混凝土强度难以达到设计要求的问题，而拱顶与初期支护之间的间隙较小，浆液灌注较少，灌注容易实施，质量容易保证，保证拱顶背后不会存在空洞，从而有利于提高隧道支护结构的施工质量，减少隧道支护在运营期间发生开裂、渗漏水和掉块等的病害，降低隧道运营和维修的成本，有利于延长隧道的使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)
1.一种拱顶预制拼装隧道，其特征在于，包括：初期支护(10)、永久支护(20)以及隧道底板(30)；所述永久支护(20)位于所述初期支护(10)的内侧，所述永久支护(20)包括仰拱(21)、左边墙(22)、右边墙(23)以及拱顶(24)；所述左边墙(22)和右边墙(23)的底端分别与所述仰拱(21)的两侧连接，所述左边墙(22)和右边墙(23)的顶端分别设有第一台阶(25)；所述拱顶(24)的两侧分别设有与所述第一台阶(25)相配合的第二台阶(26)；所述拱顶(24)与所述初期支护(10)之间设有填充层(40)；所述隧道底板(30)设置在所述仰拱(21)的上部。
2.根据权利要求1所述的拱顶预制拼装隧道，其特征在于，所述初期支护(10)的内壁设有第一透水软管(50)，所述第一透水软管(50)的两端分别与所述隧道底板(30)的两侧连通，所述第一透水软管(50)沿所述初期支护(10)的截面从所述初期支护(10)的顶部向下延伸至隧道底板(30)的两侧。
3.根据权利要求2所述的拱顶预制拼装隧道，其特征在于，所述仰拱(21)的两侧分别设有第二透水软管(60)，第二透水软管(60)分别与所述第一透水软管(50)和隧道底板(30)连通。
4.根据权利要求3所述的拱顶预制拼装隧道，其特征在于，所述永久支护(20)的外侧壁设有隔水层(70)，所述第一透水软管(50)位于所述初期支护(10)和所述隔水层(70)之间。
5.根据权利要求4所述的拱顶预制拼装隧道，其特征在于，所述隧道底板(30)的中部设有沿隧道长度方向延伸的主排水沟(31)，所述隧道底板(30)的两侧分别设有沿隧道长度方向延伸的侧排水沟(32)；所述主排水沟(31)分别通过排水管(33)与所述侧排水沟(32)连通；所述侧排水沟(32)与所述第二透水软管(60)连通。
6.根据权利要求1至5任一项所述的拱顶预制拼装隧道，其特征在于，所述左边墙(22)和右边墙(23)的顶端设有斜置的拉杆(27)，所述拉杆(27)穿过初期支护(10)并置于地层中。
7.一种基于权利要求1至6任一项所述的拱顶预制拼装隧道的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预制拱顶(24)，并在拱顶(24)的两侧施作第二台阶(26)；
S2：在地层中开挖隧道主体，在隧道主体中施作初期支护(10)，并进行养护；
S3：在隧道主体的底部现场浇筑仰拱(21)，在仰拱(21)的两侧现场浇筑左边墙(22)和右边墙(23)，在左边墙(22)和右边墙(23)的顶端施作第一台阶(25)，并进行养护；
S4：将拱顶(24)放置到隧道主体的顶部，使第二台阶(26)与第一台阶(25)相配合；
S5：向拱顶(24)和初期支护(10)之间灌注浆液，形成填充层(40)；
S6：在仰拱(21)上现场浇筑隧道底板(30)。
8.根据权利要求7所述的建造方法，其特征在于，在步骤S2中：初期支护(10)养护后，在初期支护(10)的内壁安装第一透水软管(50)，使第一透水软管(50)沿初期支护(10)的截面从初期支护(10)的顶部向下延伸至隧道底板(30)的两侧；
在步骤S3中，浇筑仰拱(21)时，在仰拱(21)的两侧埋设第二透水软管(60)，并使第二透水软管(60)与第一透水软管(50)连通。
9.根据权利要求8所述的建造方法，其特征在于，第一透水软管(50)安装后，在初期支护(10)的内侧施作隔水层(70)。
10.根据权利要求9所述的建造方法，其特征在于，在步骤S1中，在拱顶(24)中施作注浆孔(28)；
在步骤S3中，在浇筑左边墙(22)和右边墙(23)时，在左边墙(22)和右边墙(23)的顶端埋设拉杆(27)，并使拉杆(27)延伸至地层中；
在步骤S4中，第二台阶(26)与第一台阶(25)相配合时，在第二台阶(26)与第一台阶(25)之间放置止水条(29)；
在步骤S5中，从注浆孔(28)向拱顶(24)和初期支护(10)之间灌注浆液，形成填充层(40)；
在步骤S6中，浇筑隧道底板(30)时，在隧道底板(30)的中部施作沿隧道长度方向延伸的主排水沟(31)，在隧道底板(30)的两侧施作沿隧道长度方向延伸的侧排水沟(32)，使侧排水沟(32)与第二透水软管(60)连通，在隧道底板(30)的内部施作排水管(33)，使排水管(33)连通主排水沟(31)和侧排水沟(32)。
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