CN112145196A - 一种隧道仰拱结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隧道仰拱结构及其施工方法，其中，仰拱结构的施工方法，包括：在隧道初支边墙钢拱架底部设置伸缩组件，所述伸缩组件具有伸缩段和非伸缩段；将所述非伸缩段铰接于所述边墙钢拱架，开挖与仰拱预制块的近地底面的轮廓一致的开挖面，将所述仰拱预制块吊装至所述开挖面，并将所述仰拱预制块的面向所述边墙钢拱架的两端分别与所述伸缩段接触，而使得仰拱预制块通过所述伸缩组件将所述边墙钢拱架顶紧。本发明的主要旨在解决现有技术中软弱围岩隧道初期支护成环慢和围岩变形增加的问题。

Description

一种隧道仰拱结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种隧道仰拱结构及其施工方法。

背景技术

山岭隧道的地质条件复杂多变，因此在山岭隧道中应用衬砌时，山岭隧道初期支护成环慢、容易对其他工序形成干扰，且围岩变形增加，严重地影响隧道的建设施工进度并容易造成安全事故。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种仰拱结构和隧道，旨在解决现有技术中软弱围岩隧道初期支护成环慢的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种仰拱结构的施工方法，包括：

设置边墙钢拱架开挖面和伸缩组件开挖面，所述伸缩组件开挖面具有伸缩段和非伸缩段；

将所述非伸缩段铰接于所述边墙钢拱架开挖面，

开挖与仰拱预制块开挖面的近地底面的形状一致的开挖面，并保证5～10cm的超挖量。

将所述仰拱预制块开挖面吊装至所述开挖面，并将所述仰拱预制块开挖面的面向所述边墙钢拱架开挖面的两端分别与所述伸缩段接触，而使得仰拱预制块开挖面通过所述伸缩组件开挖面将所述边墙钢拱架开挖面顶紧。

可选地，将所述仰拱预制块开挖面预制为直线段开挖面和两个弧线段开挖面，所述直线段开挖面位于所述两个弧线段开挖面之间，并且所述直线段开挖面和所述两个弧线段开挖面一体式连接。

可选地，在所述开挖面上铺设碎石垫层开挖面，所述碎石垫层开挖面在密实后形成平面，在吊装所述仰拱预制块开挖面时，将所述直线段开挖面与所述平面接触。

可选地，仰拱预制块布置于碎石垫层后，在所述开挖面上弧线部位打设混凝土垫块，起到固定仰拱预制块的作用。

可选地，通过设置于所述直线段开挖面上的第一注浆通孔开挖面向所述碎石垫层开挖面注入水泥浆液。

可选地，通过设置于所述弧形段开挖面上的第二注浆通孔开挖面向所述灌浆间隙开挖面注入水泥砂浆。

可选地，在边墙钢拱架开挖面设置有所述伸缩组件开挖面处与隧道二衬开挖面整体浇筑。

可选地，在铺设所述碎石垫层开挖面和/或预设所述混凝土垫块开挖面之前，根据围岩具体情况，可选择性地在所述开挖面上喷射混凝土层。

可选地，本发明还提出一种仰拱结构，所述仰拱结构采用前述的施工方法制成。

本发明技术方案通过将伸缩组件的非伸缩段铰接于边墙钢拱架，将伸缩组件的伸缩段与仰拱预制块的两端部接触，此时伸缩段会沿非伸缩段向边墙钢拱架一侧自适应滑动，而使得仰拱预制块通过伸缩组件顶紧边墙钢拱架，使得仰拱预制块能够有效抵抗隧道边墙收敛，解决软弱围岩隧道初期支护成环慢的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的仰拱结构的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的优选的仰拱预制块的第一视角下的示意图；

图3为本发明的优选的仰拱预制块的第二视角下的示意图；

图4为本发明的优选的仰拱预制块的第三视角下的示意图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图6为图1中B处的局部放大图；

图7为图1中C处的局部放大图；

图8为本发明的伸缩组件的一种优选的结构示意图；

图9为本发明的仰拱结构的施工方法。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	仰拱预制块	100b	第二注浆通孔
200	边墙拱形架	100c	吊环孔
				300	伸缩组件	100d	膨胀止水条
400	碎石垫层	100e	凸榫
				500	灌浆间隙	100f	弧形段
600	混凝土垫块	100g	直线段
				700	底部岩体	100h	凹榫
800	隧道二衬	100i	中间箱室
				100a	第一注浆通孔	300a	伸缩段
300b	非伸缩段	300c	弹簧

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种仰拱结构的施工方法，如图9所示。

在本发明实施例中，如图1所示为采用该施工方法制成的一种仰拱结构的结构示意图；该施工方法包括：

S1：设置边墙钢拱架200和伸缩组件300，所述伸缩组件300具有伸缩段300b和非伸缩段300a；

将所述非伸缩段铰接于所述边墙钢拱架200，

S2：开挖与仰拱预制块100的近地底面的形状一致的开挖面，并保证扩挖5～10cm，

S3：将所述仰拱预制块100吊装至所述开挖面，

S4：并将所述仰拱预制块100的面向所述边墙钢拱架200的两端分别与所述伸缩段接触，而使得仰拱预制块100通过所述伸缩组件300将所述边墙钢拱架200顶紧。

本发明技术方案通过将伸缩组件300的非伸缩段300a铰接于边墙钢拱架200，在仰拱预制块100就位后，伸缩组件300的伸缩段300b与仰拱预制块100的两端部接触，此时伸缩段300b会沿非伸缩段300a向边墙钢拱架200一侧自适应滑动，而使得仰拱预制块100通过伸缩组件300顶紧边墙钢拱架200，使得仰拱预制块100能够有效抵抗隧道边墙收敛，解决软弱围岩隧道初期支护成环慢和围岩变形增加的问题。此时隧道就可恢复交通，大大减少隧道仰拱施工对掌子面施工的干扰。

具体实施过程中，将固定板焊接在边墙钢拱架200上，并且该固定板具有铰接孔。非伸缩段300b的远离伸缩段300a的一端具有与该铰接孔配对的另一铰接孔，将配对的销轴依次插入铰接孔和另一铰接孔，形成可以转动的结构；如此实现伸缩组件300与边墙钢拱架200的铰接。销轴的两端拧上螺栓，防止销轴滑落。

具体实施过程中，非伸缩段300b延伸入伸缩段300a内。伸缩段300a内径与非伸缩段300b的外径相互匹配，而实现两者之间的相对滑动。伸缩段300a与非伸缩段300b之间设置有弹簧300c，弹簧300c提供移动的预紧力。非伸缩段300a的外表面设置有滑槽，伸缩段300a的滑块在该滑槽内能够滑动，滑槽的端面分别限定了伸缩段300a沿非伸缩段300b的移动距离，便于仰拱预制块100能够自适应地调节位置。

可选地，将所述仰拱预制块100预制为直线段100g和两个弧线段100f，所述直线段100g位于所述两个弧线段100f之间，并且所述直线段100g和所述两个弧线段100f一体式连接。仰拱预制块100是通过预制模具一体浇筑而成。直线段100g主要是为了仰拱预制块100能够平稳的置于底部岩体400之上。两侧弧形段100f端部和两侧的伸缩组件300彼此接触、相互作用，以抵抗隧道边墙收敛。仰拱预制块100的横向宽度(即两个弧形段100f的横向距离)主要是根据所建隧道的宽度而定。

可选地，在所述开挖面上铺设碎石垫层400，所述碎石垫层400在密实后形成平面。在吊装所述仰拱预制块100时，将所述直线段100g与所述平面接触。碎石垫层400需要采用机械找平及碾压密实而形成平面，该平面与直线段100g相互接触，使得仰拱预制块100能够相对保持稳定、无偏斜。具体地，碎石垫层400的厚度一般为5～10cm，宽度为仰拱预制块直线段的长度，即2.0～2.5m。

可选地，仰拱预制块100就位后，在其弧线段100g处打设混凝土垫块600，保证所述混凝土垫块600和所述仰拱预制块100之间的灌浆间隙500，同时可以对仰拱预制块100起到有效固定作用。具体地，灌浆间隙500的厚度一般为5～10cm，便于对仰拱预制块100进行灌浆加固。

可选地，通过设置于所述直线段100g上的第一注浆通孔100a向所述碎石垫层400注入水泥浆液。具体是是过程中，所述直线段100f具有第一注浆通孔100a，所述第一注浆通孔100a的轴线垂直于所述碎石垫层400限定的平面。通过第一注浆通孔100a灌注水泥浆液，填充碎石垫层400中碎石之间的间隙，也使得仰拱预制块100与碎石垫层400能够形成一体。

可选地，通过设置于所述弧形段100f上的第二注浆通孔100b向所述灌浆间隙500注入水泥砂浆。具体实施过程中，所述弧形段100f具有第二注浆通孔100b，所述第二注浆通孔100b的轴线垂直于所述碎石垫层400限定的平面。通过第二注浆通孔100b灌注水泥砂浆，填充灌浆间隙500，便于仰拱预制块100的固定。

可选地，在边墙钢拱架200设置有所述伸缩组件300处与隧道二衬800整体浇筑。具体实施过程中，仰拱结构整体达到相对稳定的变形状态后，在边墙钢拱架200设置有所述伸缩组件300处与隧道二衬800整体浇筑，使得拱形结构100与隧道二衬800形成一体支撑防护构造。

可选地，在铺设所述碎石垫层400之前，在所述开挖面上喷射混凝土层。隧道围岩稳定性较差时，开挖面在成型后需要在施工碎石垫层400，预先喷射混凝土层(未示出)，可以形成临时封闭有效减少隧道变形，同时保证仰拱底面平顺。

可选地，所述仰拱预制块100的背离所述碎石垫层400的一侧开设有吊环孔100c，所述吊环孔100c在所述仰拱预制块100的厚度方向上未贯穿。吊环孔100c内预埋吊钩，用于吊装仰拱预制块100。

可选地，所述仰拱结构的面向前一仰拱结构的一侧具有凸榫100e；所述仰拱结构的面向后一仰拱结构的另一侧具有凹榫100h。凸榫100e嵌合入凹榫100h内，将若干个仰拱预制块100在隧道走向方向上拼装在一起。

可选地，所述仰拱预制块100的面向前一仰拱结构的一侧具有膨胀止水条100d；和/或所述仰拱预制块100的面向后一仰拱结构的一侧具有膨胀止水条100d。遇水膨胀止水条是一种独特的橡胶新产品，是有遇水膨胀性能的腻子型止水条和制品型止水条的统称。该种橡胶在遇水后产生2-3倍的膨胀变形，并充满接缝的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生巨大的接触压力，彻底防止渗漏。其主要是为了方式水从相邻的两个仰拱预制块100之间的缝隙渗漏而破坏仰拱结构。

本实施例的一种优选的施工方法为：对隧道底部岩体700进行钻爆法开挖，保证其开挖面比仰拱预制块100底部轮廓超挖5～10cm，优选为5cm。底部岩体700开挖面满足施工要求后，在仰拱预制块100的直线段100g铺设碎石垫层400，其厚度为5～10cm，宽度为2.0～2.5m。对碎石垫层400采用机械找平及碾压密实后形成平面，通过吊环孔100c内预设的吊钩吊装仰拱预制块700就位，后在其两侧弧线段100f的灌浆间隙500中打设混凝土垫块600，便于仰拱预制块700的相对固定。隧道边墙钢拱架200底部预先铰接有伸缩组件300，其伸缩段与仰拱预制块700接触，仰拱预制块700就位后，仰拱预制块700通过伸缩组件300端部将边墙钢拱架200顶紧，使得仰拱预制块700实现有效抵抗隧道边墙收敛。此时隧道就可恢复交通，大大减少隧道仰拱施工对掌子面施工的干扰。仰拱预制块700沉降变形稳定后，通过第一注浆通孔100a对底部碎石垫层400注入水泥浆液，通过第二注浆通孔100b对灌浆间隙500注入水泥砂浆。待仰拱结构整体变形稳定后，隧道边墙钢拱架200有伸缩组件300处通过隧道衬砌台车实现与隧道二衬800整体浇筑。

本发明还提出一种仰拱结构，该仰拱结构的施工方法参照上述实施例，由于仰拱结构采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。该仰拱结构，用于隧道，包括：边墙钢拱架200，伸缩组件300，所述伸缩组件300包括伸缩段和非伸缩段，所述非伸缩段铰接于所述边墙钢拱架200；仰拱预制块100，所述仰拱预制块100的面向所述边墙钢拱架的两端分别与所述伸缩段接触。

可选地，仰拱预制块100包括中间箱室100i；一般情况下，中间箱室100i具有三个，有两个大致呈三角形的中间箱室100i分别位于两侧的弧形段100f，有一个大致呈方形的中间箱室100i位于直线段100g；具体实施过程中，中间箱室100i的个数和尺寸与围岩级别关，主要是为了能够抵御两侧隧道的收敛；如遇围岩危险级别高时，中间箱室100i的个数可以超过三个，且尺寸变小；如遇围岩危险级别低时，中间箱室100i可以仅设置两个，位于弧形段100f。具体地，一般情况下，位于弧形段100f的中间箱室100i的个数大于位于直线段100g的个数，主要是仰拱预制块100两端为主要的承力部位。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种仰拱结构的施工方法，其特征在于，包括：

设置边墙钢拱架和伸缩组件，所述伸缩组件具有伸缩段和非伸缩段；

将所述非伸缩段铰接于所述初支边墙钢拱架，

开挖与仰拱预制块的近地底面的形状一致的开挖面，并保证5～10cm的超挖量，

将所述仰拱预制块吊装至所述开挖面，并将所述仰拱预制块的面向所述边墙钢拱架的两端分别与所述伸缩段接触，而使得仰拱预制块通过所述伸缩组件将所述边墙钢拱架顶紧。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，将所述仰拱预制块预制为直线段和两个弧线段，所述直线段位于所述两个弧线段之间，并且所述直线段和所述两个弧线段一体式连接。

3.如权利要求2所述的施工方法构，其特征在于，在所述开挖面上铺设碎石垫层，所述碎石垫层在密实后形成平面，

在吊装所述仰拱预制块时，将所述直线段与所述平面接触。

4.如权利要求3所述的施工方法，其特征在于，在仰拱预制块就位于直线段碎石垫层后，在所述开挖面上打设混凝土垫块，起到固定仰拱预制块的作用。

5.如权利要求4所述的施工方法，其特征在于，通过设置于所述直线段上的第一注浆通孔向所述碎石垫层注入水泥浆液。

6.如权利要求5所述的施工方法，其特征在于，通过设置于所述弧形段上的第二注浆通孔向灌浆间隙注入水泥砂浆。

7.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，在边墙钢拱架设置有所述伸缩组件处与隧道二衬整体浇筑。

8.如权利要求1-7中任一项所述的施工方法，其特征在于，在铺设所述碎石垫层和/或预设所述混凝土垫块之前，根据围岩具体情况可选择性地在所述开挖面上喷射混凝土层。

9.如权利要求1-7中任一项所述的施工方法，其特征在于，所述超挖量为5cm～10cm。

10.一种仰拱结构，其特征在于，所述仰拱结构采用权利要求1-8中任一项所述的施工方法制成。

Images