CN111441797A - 用于隧道衬砌加固维修的预制套拱 - Google Patents
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Abstract
一种用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，包括N个预制衬砌块和两个混凝土台座，其中N≥2；预制衬砌块为圆弧形片体，预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构，混凝土台座设置于拱形结构的下端，混凝土台座和设于拱形结构两端的预制衬砌块的环向端部插接固定。本发明适用于隧道工程应用领域。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程应用领域，具体涉及一种用于隧道衬砌加固维修的预制套拱。
背景技术
在公路双车道隧道建设和运营期间，由于地质不良、地下水渗漏、设计施工不当等多方因素的影响，隧道会出现不同程度的损坏，其中衬砌开裂是极为严重的一种隧道病害，衬砌开裂不仅严重影响隧道本身的衬砌结构稳定，而且衬砌开裂发展到一定程度会出现表层混凝土剥落等危害，若隧道衬砌的混凝土剥落至高速行驶的汽车上，则会直接酿成严重安全事故，带来不可估量损失。
现有技术通常采用套衬方式对衬砌开裂进行处理，套衬通常采用架立钢架加混凝土的方式进行施工，为保证钢架基础及混凝土基础稳固，需对既有衬砌混凝土进行局部凿槽，而且混凝土浇筑工艺通常采用喷射混凝土或模筑。采用此种施工方式，不仅施工工序交叉严重、产能落后，给地方交通增加压力，而且现浇施工质量难以保证。
发明内容
为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种用于隧道衬砌加固维修的预制拼装结构，以达到处理隧道衬砌开裂问题时质量可靠、工序简单、施工速度快，不影响交通的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，包括N个预制衬砌块和两个混凝土台座，其中N≥2；预制衬砌块为圆弧形片体，预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构，混凝土台座设置于拱形结构的下端，混凝土台座和设于拱形结构两端的预制衬砌块的环向端部插接固定。
作为进一步限定，预制衬砌块的环向端面间通过卯榫接头固定连接，卯榫接头包括凸榫、榫槽和螺杆，凸榫和榫槽对应配合设置于预制衬砌块的环向端面上，每个凸榫的端面上设有相对应的螺纹孔，螺杆可插入对应好的螺纹孔内，凸榫的上下端面上还设有用于紧固螺杆的手孔。
作为再进一步限定，预制衬砌块的环向端部采用弯螺栓连接，预制衬砌块的连接部设置有径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个预制衬砌块的螺栓孔内，另一端插入相邻预制衬砌块端部的螺栓孔内。
作为另一种限定，预制衬砌块的轴向端部采用弯螺栓连接，预制衬砌块的连接部设置有径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个预制衬砌块的螺栓孔内，另一端插入相邻预制衬砌块端部的螺栓孔内。
作为进一步限定，混凝土台座和设于拱形结构两端的预制衬砌块的环向端部为承插式接头固定连接，承插式接头包括设于混凝土台座顶端的凹槽、设于预制衬砌块上的径向通孔和预设与混凝土台座上的螺栓，预制衬砌块的端部可插入凹槽内使螺栓插入通孔。
作为另一种限定，预制衬砌块的圆心角为90度，N等于2，采用2个预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构。
作为进一步限定，预制衬砌块为钢纤维混凝土制成的结构，预制衬砌块的径向厚度为10-40cm。
作为再另一种限定，预制衬砌块的圆心角为60度，N等于3，采用3个预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构。
作为进一步限定，预制衬砌块为钢纤维混凝土制成的结构，所述预制衬砌块的径向厚度为10-40cm。
作为最后一种限定，用于隧道衬砌加固维修的预制套拱还包括覆盖于其顶面的防水布。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：
本发明中设有N个预制衬砌块和两个混凝土台座，其中N≥2；预制衬砌块为圆弧形片体，预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构，混凝土台座设置于拱形结构的下端，混凝土台座和设于拱形结构两端的预制衬砌块的环向端部插接固定；预制衬砌块可直接进行工厂化生产，可以实现标准化、集约化管理，确保了生产质量；生产完成的预制衬砌块可直接运送到施工现场借助专用拼装机械进行现场拼装，施工速度较快，占用交通时间较少；
本发明中预制衬砌块的环向端面间通过卯榫接头固定连接，卯榫接头包括凸榫、榫槽和螺杆，凸榫和榫槽对应配合设置于预制衬砌块的环向端面上，每个凸榫的端面上设有相对应的螺纹孔，螺杆可插入对应好的螺纹孔内，凸榫的上下端面上还设有用于紧固螺杆的手孔内；预制衬砌块之间连接方式采用卯榫接头固定连接，现场拼装简单，节约工期；且卯榫接头的纵向通孔内使用螺栓连接，使预制衬砌块之间的连接更加稳固；另外，采用卯榫接头连接提高了整个预制套拱的力学性能，承载力更强，且防水效果更好；
本发明中预制衬砌块的环向端面采用弯螺栓连接，预制衬砌块的连接部设置有径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个预制衬砌块的螺栓孔内，另一端插入相邻预制衬砌块端部的螺栓孔内；预制衬砌块的轴向端面采用弯螺栓连接，预制衬砌块的连接部设置有径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个预制衬砌块的螺栓孔内，另一端插入相邻预制衬砌块端部的螺栓孔内；采用弯螺栓的连接方式，实现了环向、轴向预制衬砌块的连接，不仅安装速度快，节省了大量的时间；而且结构稳固，增强了结构稳定性；
本发明中预制衬砌块的圆心角为90度，采用2个预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构；本发明也可以是预制衬砌块的圆心角为60度，采用3个预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构，可根据隧道结构选择合适圆心角的预制衬砌块保证结构稳定性的同时拼装更加省时；另外，预制衬砌块为钢纤维混凝土制成的结构，预制衬砌块的径向厚度为10-40cm，掺入钢纤维的预制衬砌块，其抗弯、抗剪、抗腐等性能更强；厚度可以根据现场衬砌的破损程度来进行设计，不会造成隧道侵限；
本发明中包括覆盖于衬砌块顶面的防水布，地下水较丰富或套拱厚度较大时，需在套拱与衬砌之间设置防水布，有效的解决隧道衬砌渗水问题。
本发明提供了一种结构简单、容易制作的用于隧道衬砌加固维修的预制拼装结构；选材方便、制作过程简单快捷，可实现集约化标准化生产，质量可控；预制衬砌块使用专用机械拼装，操作简单、工作时间短，有效缓解了交通压力。本发明适用于隧道工程应用领域。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
图1为本发明实施例1和实施例2的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例1中采用卯榫接头连接的整体结构示意图；
图4为本发明实施例2的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例2中第二预制衬砌块的结构示意图。
图中：1、第一预制衬砌块；2、第二预制衬砌块；3、混凝土台座；4、凹槽；5、螺栓；6、防水布；7、凸榫；8、榫槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和理解本发明，并不用于限定本发明。
实施例1 用于隧道衬砌加固维修的预制套拱
本实施例如图1和图2所示，包括两个第一预制衬砌块1、两个混凝土台座3和防水布6，第一预制衬砌块1为圆弧形片体结构，第一预制衬砌块1对应的圆心角为90度，因此环向采用两个第一预制衬砌块1可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构。
混凝土台座3和第一预制衬砌块1的环向端部为承插式接头固定连接，承插式接头包括设于混凝土台座3顶端的凹槽4、设于第一预制衬砌块1上的径向通孔和预设与混凝土台座3上的螺栓5，安装时，将第一预制衬砌块1的环向端部插入凹槽4内，此时螺栓5和第一预制衬砌块1上的径向通孔对应，将螺栓5插入径向通孔内实现第一预制衬砌块1和混凝土台座3的固定连接。
两个第一预制衬砌块1的环向端面间通过卯榫接头固定连接，如图3所示，卯榫接头包括凸榫7、榫槽8和螺杆，所述凸榫7和榫槽8对应配合设置于第一预制衬砌块1的环向端面上，每个凸榫7的端面上设有沿第一预制衬砌块1轴向的螺纹孔，安装两个第一预制衬砌块1时，将凸榫7和榫槽8对应拼装，此时每个凸榫7上的螺纹孔对应贯穿，此时螺杆可插入对应好的螺纹孔内，从而实现两个第一预制衬砌块1固定安装，并且凸榫7的上下端面上还设置有手孔，方便拧紧螺杆以及后续维修等操作。
本实施例中，两个第一预制衬砌块1的环向端面间还可以采用弯螺栓连接，第一预制衬砌块1的连接部位设置有径向的螺栓孔，安装时，将弯螺栓的一端插入其中一个第一预制衬砌块1的螺栓孔内，弯螺栓的另一端插入相邻的第一预制衬砌块1端部的螺栓孔内，此时在弯螺栓的两端拧入螺母实现两个第一预制衬砌块1的固定连接。
第一预制衬砌块1为钢纤维混凝土制成，第一预制衬砌块1的径向厚度为10-40cm，厚度可以根据现场衬砌的破损程度来进行设计，为了有效解决隧道衬砌开裂位置的渗水问题，还可以在安装好的预制套拱顶面覆盖防水布6。
作为对本实施例的补充，为了满足隧道衬砌大面积损坏时的维修，还可以沿隧道的轴向设置多组上述半圆形预制套拱，此时第一预制衬砌块1的轴向端面也采用弯螺栓连接，同样在第一预制衬砌块1的连接部设置径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个第一预制衬砌块1的螺栓孔内，另一端插入相邻第一预制衬砌块1端部的螺栓孔内，此时在弯螺栓的两端拧入螺母实现两个第一预制衬砌块1的固定连接。
实施例2
本实施例如图1和图4所示，包括三个第二预制衬砌块2、两个混凝土台座3和防水布6，如图5所示，第二预制衬砌块2为圆弧形片体结构，第二预制衬砌块2对应的圆心角为60度，因此环向采用三个第二预制衬砌块2可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构。
混凝土台座3和设于拱形结构两端的第二预制衬砌块2的环向端部为承插式接头固定连接，承插式接头包括设于混凝土台座3顶端的凹槽4、设于第二预制衬砌块2上的径向通孔和预设于混凝土台座3上的螺栓5，安装时，将第二预制衬砌块2的环向端部插入凹槽4内，此时螺栓5和第二预制衬砌块2上的径向通孔对应，将螺栓5插入径向通孔内实现第二预制衬砌块2和混凝土台座3的固定连接。
每个第二预制衬砌块2的环向端面间通过卯榫接头固定连接，如图3所示，卯榫接头包括凸榫7、榫槽8和螺杆，所述凸榫7和榫槽8对应配合设置于第一预制衬砌块1的环向端部上，每个凸榫7的端面上设有沿第二预制衬砌块2轴向的螺纹孔，拼装第二预制衬砌块1时，将凸榫7和榫槽8对应拼装，此时每个凸榫7上的螺纹孔对应贯穿，螺杆可插入对应好的螺纹孔内，从而实现第二预制衬砌块2固定安装，并且凸榫7的上下端面上还手孔，方便拧紧螺杆以及后续维修等操作。
本实施例中，第二预制衬砌块2的环向端面间还可以采用弯螺栓连接，第二预制衬砌块2的连接部位设置有径向的螺栓孔，安装时，将弯螺栓的一端插入其中一个第二预制衬砌块2的螺栓孔内，弯螺栓的另一端插入相邻的第二预制衬砌块2端部的螺栓孔内，此时在弯螺栓的两端拧入螺母实现两个第二预制衬砌块2的固定连接。
第二预制衬砌块2为钢纤维混凝土制成，第二预制衬砌块2的径向厚度为10-40cm，为了有效解决隧道衬砌开裂位置的渗水问题，还可以在安装好的预制套拱顶面覆盖防水布6。
作为对本实施例的补充，为了满足隧道衬砌大面积损坏时的维修，还可以沿隧道的轴向设置多组上述半圆形预制套拱，此时第二预制衬砌块2的轴向端面也采用弯螺栓连接，同样在第二预制衬砌块2的连接部设置径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个第二预制衬砌块2的螺栓孔内，另一端插入相邻第二预制衬砌块2端部的螺栓孔内，此时在弯螺栓的两端拧入螺母实现两个第二预制衬砌块2的固定连接。
本发明提供了一种结构简单、容易制作的用于隧道衬砌加固维修的预制套拱。选材方便、制作过程简单快捷，可实现集约化标准化施工，质量可控。可专用机械拼装，操作简单、工作时间短，有效减少缓解了交通压力。
Claims (10)
1.一种用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：包括N个预制衬砌块和两个混凝土台座，其中N≥2；
所述预制衬砌块为圆弧形片体，所述预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构，所述混凝土台座设置于拱形结构的下端，所述混凝土台座和设于拱形结构两端的预制衬砌块的环向端部插接固定。
2.根据权利要求1所述的用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述预制衬砌块的环向端面间通过卯榫接头固定连接，所述卯榫接头包括凸榫、榫槽和螺杆，所述凸榫和榫槽对应配合设置于预制衬砌块的环向端面上，每个凸榫的端面上设有相对应的螺纹孔，所述螺杆可插入对应好的螺纹孔内，所述凸榫的上下端面上还设有用于紧固螺杆的手孔。
3.根据权利要求1所述的用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述预制衬砌块的环向端部采用弯螺栓连接，预制衬砌块的连接部设置有径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个预制衬砌块的螺栓孔内，另一端插入相邻预制衬砌块端部的螺栓孔内。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述预制衬砌块的轴向端部采用弯螺栓连接，预制衬砌块的连接部设置有径向的螺栓孔，弯螺栓的一端插入其中一个预制衬砌块的螺栓孔内，另一端插入相邻预制衬砌块端部的螺栓孔内。
5.根据权利要求4中所述用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述混凝土台座和设于拱形结构两端的预制衬砌块的环向端部为承插式接头固定连接，所述承插式接头包括设于混凝土台座顶端的凹槽、设于预制衬砌块上的径向通孔和预设于混凝土台座上的螺栓，所述预制衬砌块的端部可插入凹槽内使螺栓插入通孔。
6.根据权利要求1至3、5中任意一项所述用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述预制衬砌块的圆心角为90度，N等于2，采用2个预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构。
7.根据权利要求6所述的用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述预制衬砌块为钢纤维混凝土制成的结构，所述预制衬砌块的径向厚度为10-40cm。
8.根据权利要求1至3、5中任意一项所述用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述预制衬砌块的圆心角为60度，N等于3，采用3个预制衬砌块可拼接安装成截面为半圆形的拱形结构。
9.根据权利要求8所述的用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述预制衬砌块为钢纤维混凝土制成的结构，所述预制衬砌块的径向厚度为10-40cm。
10.根据权利要求1至3、5、7、9中任一项所述的用于隧道衬砌加固维修的预制套拱，其特征在于：所述用于隧道衬砌加固维修的预制套拱还包括覆盖于其顶面的防水布。
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