CN112593975A - 仰拱结构及其施工方法和隧道支护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仰拱结构及其施工方法和隧道支护结构，其中仰拱结构，用于隧道，包括：若干个预制组件，所述若干个预制组件在所述隧道的延伸方向间隔排列，并且在所述延伸方向上的相邻的两个预制组件拼接，使得所述若干个预制组件在所述延伸方向上依次固定；每一个所述预制组件包括至少三个预制块，所述至少三个预制块在所述隧道的宽度方向上间隔排列且依次拼接，使得所述至少三个预制块在所述宽度方向上依次固定。本发明技术方案旨在解决现有技术中现浇形成的仰拱导致初期支护缓慢的技术问题。

Description

仰拱结构及其施工方法和隧道支护结构

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种仰拱结构及其施工方法和隧道支护结构。

背景技术

隧道钻爆法施工具有成本低，适应性强的特点，隧道钻爆法施工中遭遇不良围岩情况时通常采用台阶法或分部开挖，最后衬砌闭合成环。

对于软弱围岩隧道，仰拱采用现场浇筑，导致初期支护成环慢，不利于衬砌受力。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种仰拱结构及其施工方法和隧道，旨在解决现有技术中现浇形成的仰拱导致初期支护缓慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种仰拱结构，用于隧道，所述仰拱结构包括：

若干个预制组件，所述若干个预制组件在所述隧道的延伸方向间隔排列，并且在所述延伸方向上的相邻的两个预制组件拼接，使得所述若干个预制组件在所述延伸方向上依次固定；

每一所述预制组件包括至少三个预制块，所述至少三个预制块在所述隧道的宽度方向上间隔排列且依次拼接，使得所述至少三个预制块在所述宽度方向上依次固定。

可选地，每一个所述预制组件包括第一预制块、第二预制块和第三预制块，其中，所述第一预制块和第三预制块的面向所述隧道的底部为弧面结构，所述第二预制块的面向所述隧道的底部为平面结构。

可选地，所述第一预制块、第二预制块和第三预制块的面向相邻的预制组件的第一侧面均构造有第一凹槽，其中，所述第一侧面与所述延伸方向垂直；所述仰拱结构还包括第一连接体，所述第一连接体嵌入所述第一凹槽。

可选地，所述第二预制块的面向相邻的另一预制组件的第二侧面有第一凸体，其中，所述第一侧面和所述第二侧面为相对面；所述第一凸体嵌入嵌合槽，所述嵌合槽为所述第一连接体嵌入第一凹槽后预留的空间。

可选地，所述第二预制块的面向所述第一预制块的第三侧面设置有第二凸体，所述第二预制块的面向第三预制块的第四侧面设置有第二凹槽，其中，所述第三侧面和所述第四侧面为相对面，且与所述宽度方向垂直。

可选地，所述仰拱结构还包括第二连接体，所述第二连接体设置于所述仰拱结构的面向隧道顶部的一侧，所述第二连接体与在所述宽度方向上相邻的两个预制块连接。

可选地，所述第一连接体在所述延伸方向上延伸，使得在所述延伸方向上的相邻的两个预制组件通过所述第一连接体保持固定。

可选地，不同预制块的侧面及底面均为毛面，预制块的棱角均预制为圆角，便于施工，提高容错率。

可选地，所述至少三个预制块的面向隧道的顶部的一侧设置有吊装件。

可选地，第二方面，本发明还提出一种仰拱结构的施工方法，所述施工方法包括：

预制至少三个预制块，将所述至少三个预制块在隧道的宽度方向上间隔排列且依次拼接，以构成预制组件；

将若干个所述预制组件在所述隧道的延伸方向上间隔排列且依次拼接，并通过在接缝处注入水泥浆液或水泥砂浆，凝固后以构成所述仰拱结构。

本发明技术方案通过采用而本发明的技术方案中，将事先预制好的预制组件在所述隧道的延伸方向间隔排列，在拼接至隧道的待安装区域后彼此依次固定，有效地抵抗隧道的收敛形成良好的初期之后；且由于预制组件事先已经成型自身具有力学稳定性，不容易出现隆起和变形等质量问题，降低了隧道内不安全事故产生的风险，且由于表面平整，为后续的隧道通车奠定了良好的基础，能够事先快速通车。每一个预制组件的至少三个预制块的拼装，降低了单个预制块的重量，便于运输、吊装，能够对大截面的隧道提供良好的初期支护且为后续通车提供良好的基础。

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为本发明仰拱结构的优选结构示意图；

图2为本发明仰拱结构的优选安装结构示意图；

图3为本发明仰拱结构的优选结构的一视角下的示意图；

图4为本发明仰拱结构的优选的第二预制块的一视角下的示意图；

图5为本发明仰拱结构的另一优选的第二预制块的一视角下的示意图；

图6为本发明仰拱结构的优选的第三预制块的一视角下的示意图。

附图标号说明：

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。

限于隧道施工现场环境，尤其是山岭隧道等软弱岩层，现浇的混凝土仰拱结构的质量往往达不到预期，因此容易造成隧道围岩变形增加，不利于施工安全。本发明提出的技术方案可有效解决山岭隧道等软弱围岩初期支护成环慢、隧道施工各工序存在干扰的问题，仰拱施工后可实现快速通车，能有效减少传统钻爆法隧道仰拱施工对掌子面施工的干扰，具有较好经济效益。此外，在大断面隧道工程中，本发明提出的仰拱结构能够有效减小单块预制块重量，便于运输、吊装及拼装，可较快地形成初期支护，而有效地实现快速通车。

具体地，本发明提出一种仰拱结构，用于隧道；参照图1所示，所述仰拱结构包括：

若干个预制组件100，所述若干个预制组件100在所述隧道的延伸方向间隔排列，并且在所述延伸方向上的相邻的两个预制组件100拼接，使得所述若干个预制组件100在所述延伸方向上依次固定；

每一个所述预制组件100包括至少三个预制块，所述至少三个预制块在所述隧道的宽度方向上间隔排列且依次拼接，使得所述至少三个预制块在所述宽度方向上依次固定。

需要说明的是，预制组件100是混凝土制品，其内有钢筋结构。不同于现有技术中的现浇制备仰拱结构，预制组件100是隧道截面成型之前，已经根据设计的隧道截面预制。在抵抗软弱岩层的收敛过程中，尤其是在大断面隧道的情况下，现浇制备的仰拱结构由于成环慢，浇筑及硬化过程中不能有效抵抗隧道断面收敛，同时现场施工环境复杂，本身施工质量难以有效保证，导致隧道运营期出现隆起、变形等质量问题。而本发明的技术方案中，将事先预制好的预制组件100在所述隧道的延伸方向间隔排列，在拼接至隧道的待安装区域后彼此依次固定，有效地抵抗隧道的收敛形成良好的初期之后；且由于预制组件100事先已经成型自身具有力学稳定性，不容易出现隆起和变形等质量问题，降低了隧道内不安全事故产生的风险，且由于表面平整，为后续的隧道通车奠定了良好的基础，能够事先快速通车。

需要说明的是，所述隧道的延伸方向参照图1所示，应当是指隧道的轴线方向，可以理解为隧道的长度方向。

需要说明的是，本发明的预制组件100包括至少三个预制块；至少三个预制块在隧道的横向方向依次拼接，以契合隧道底部的形状。对隧道底部岩体进行钻爆法开挖，使隧道底部会呈现“曲线段—直线段—曲线段”的形状；保证其开挖面比仰拱预制块底部轮廓超挖5～10cm，向围岩基底喷射5～10cm混凝土，保证喷射混凝土厚底及表面平整度满足要求；在安装且拼接预制块的过程中，一般会先拼装直线段对应的预制块，以提供参照面。每一个预制组件100的至少三个预制块的拼装，能够对大断面的隧道提供良好的初期支护且为后续通车提供良好的基础。

需要说明的是，所述隧道的宽度方向参照图1所示，应当是指隧道的横向方向。

可选地，每一个所述预制组件包括第一预制块100a、第二预制块100b和第三预制块100c，其中，所述第一预制块100a和第三预制块100c的面向所述隧道的底部为弧面结构，所述第二预制块100a的面向所述隧道的底部为平面结构。参照图2所示，第一预制块100a和第三预制块100c分别安装于隧道截面的曲线段，因而其面向底部的一侧构造为弧形结构；而第二预制块100b安装于隧道的截面的直线段，因而其面向底部的一侧构造为直线段，为找平提供条件。同时，第二预制块100b不限于1个，可以为多个，如图1或2所示的两个。每一预制组件的第二预制块100b均介于第一预制块100a和第三预制块100c之间，第一预制块100a和第三预制块100c位于两侧。

可选地，所述第一预制块100a、第二预制块100b和第三预制块100c的面向相邻的预制组件的第一侧面均构造有第一凹槽100i；所述仰拱结构还包括第一连接体100e，所述第一连接体100e嵌入所述第一凹槽100i。参照图5、6所示，每一个预制块都具有第一凹槽100i，在所述宽度方向上相邻的两个预制块的拼接一侧的第一凹槽100i用于连接所述第一连接体100e。参照图1所示，第一连接体100e具有至少两组第一螺栓孔100e-1，第一螺栓孔100e-1的轴向与延伸方向平行，即第一螺栓孔100e-1的轴向平行于仰拱结构限定出的平面；相对应地，每一预制块的第一凹槽100i的面向相邻的预制组件100一侧设置有与第一螺栓孔100e-1配合的第二螺栓孔100h；在安装时，通过螺柱依次旋入第一螺栓孔100e-1和第一螺栓孔100e-1，以使得第一连接体100e将相邻的两个预制块彼此固定，提高两者的一体性，从而有效地提高抵抗隧道变形的能力。可选地，第一连接体100e优选为板体结构，其形状需要契合预制块底部的形状。比如，第一连接体100e的部分部段需要与第一预制块100a的弧面形状一致。

可选地，所述第二预制块100b的面向相邻的另一预制组件的第二侧面有第一凸体100k，其中，所述第一侧面和所述第二侧面为相对面，且与所述延伸方向垂直；所述第一凸体100k嵌入嵌合槽100j，所述嵌合槽100j为所述第一连接体100e嵌入第一凹槽100i后预留的空间。参照图1所示，当第一连接体100e嵌入同一组的预制组件的预制块的第一凹槽100i之后，会在第二预制块100b的第一凹槽100i内预留下一空间，即嵌合槽100j，使得下一组的预制组件的第二预制块100b的第一凸体100k嵌入该嵌合槽100j内，以增加相邻的两个预制组件的一体性，有效地抵抗隧道收敛变形。

可选地，所述第二预制块100b的面向所述第一预制块100a的第三侧面设置有第二凸体100m，所述第二预制块100b的面向在宽度方向上相邻的另一个第二预制块100b的第四侧面设置有另一第二凹槽100l，其中，所述第三侧面和所述第四侧面为相对面，且与所述宽度方向垂直。即：在宽度方向上相邻的第二预制块100b之间通过第二凸体100m和第二凹槽100l配合而能够实现固定。同时，不限于此，参照图2所示，所述第一预制块100a和第三预制块100c的面向第二预制块的一侧构造有第三凹槽100n；而其中一个第二预制块的所述第三侧面和所述第四侧面均构造为第二凸体100m；本发明通过将第二凸体100m分别与第二凹槽100l、第三凹槽100n的依次嵌合，将每一组第一预制块100a、第二预制块100b和第三预制块100c拼接为预制组件100。

可选地，所述仰拱结构还包括第二连接体100d，所述第二连接体100d设置于所述仰拱结构的面向隧道顶部的一侧，所述第二连接体100d与在所述宽度方向上相邻的两个预制块连接。参照图1所示，第二连接体100d的面向仰拱结构的一侧为平面，以符合快速通车的需求；参照图4和图6所示，每一个预制块都具有缺口100g，在所述宽度方向上相邻的两个预制块的拼接一侧的缺口100g形成用于连接所述第二连接体100d。参照图1所示，第二连接体100d具有至少两组第三螺栓孔100d-1，第三螺栓孔100d-1的轴向与宽度方向和延伸方向均垂直，即第三螺栓孔的轴向垂直于仰拱结构限定出的平面；相对应地，预制块的缺口的面向隧道顶部的一侧设置有与第三螺栓孔100d-1配合的第四螺栓孔；在安装时，通过螺柱依次旋入第三螺栓孔100d-1和第四螺栓孔，以使得第二连接体100d将相邻的两个预制块彼此固定，提高两者的一体性，从而有效地提高抵抗隧道变形的能力。

可选地，所述第二连接体100d在所述延伸方向上延伸，使得在所述延伸方向上的相邻的两个预制组件100通过所述第二连接体100d保持固定。同时，参照图1所示，第二连接体100d在相邻的两个预制组件100沿隧道的延伸方向延伸，而使得第二连接体100d能够同时连接四周的四个预制块(相邻的两个预制组件100的两个预制块)，以提高预制组件100的一体性，从而有效地提高抵抗隧道变形的能力。需要说明的是，第二连接体100d可以优选为板体，如图1所示的方形板体；可理解地，不限于此，第二连接体100d还可以为弧面板，异形面板等。

可选地，所述至少三个预制块的面向隧道的顶部的一侧设置有吊装件。该吊装件包括连接部位和吊钩。吊钩和连接部位固定连接或者铰接。连接部位与至少三个预制块的面向隧道的顶部的一侧的第五螺栓孔连接。本发明通过吊装的方式将所述至少三个部位依次吊装至待安装区域，进行拼接安装。

可选地，参照图4至6所示，所述至少三个预制块的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面均设置有第四凹槽100f，用于安装遇水膨胀止水带，用于防止水渗透。

本发明还提出一种仰拱结构的施工方法，所述施工方法包括：

预制至少三个预制块，将所述至少三个预制块在隧道的宽度方向上间隔排列且依次拼接，以构成预制组件100；

将若干个所述预制组件100在所述隧道的延伸方向上间隔排列且依次拼接，以构成所述仰拱结构。

该施工方法用于施工前述的仰拱结构。

请参阅图1至图6，优选的实施过程中，一种仰拱结构的施工方法为，尤其是装配式仰拱结构的施工方法：对隧道底部岩体进行钻爆法开挖，保证其开挖面比仰拱预制块底部轮廓超挖5～10cm，向围岩基底喷射5～10cm混凝土，保证喷射混凝土厚底及表面平整度满足要求。以此吊装就位两个第二预制块100b，通过机械挤紧，后安装第一连接体100d及第二连接板100e。然后拼装第一预制块100a和第三预制块100c，利用第一连接体100d及第二连接板100e与第一预制块100a和第三预制块100c固定，后向第一预制块100a和第二预制块100c与隧底基岩的缝隙注入水泥砂浆，保证充填密实，待混凝土凝固后通过利用钢板300将第一预制块100a和第三预制块100c与隧道边墙钢架200焊接，使得仰拱预制块实现有效抵抗隧道边墙收敛。以此，一组预制组件100由此组装完成，随后拼接下一组预制组件100，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，后可通过注浆管对预制块的接缝处进行灌入水泥砂浆。待仰拱结构整体变形稳定后，隧道隧道边墙钢架200处通过隧道衬砌台车实现与隧道二衬整体浇筑。

本发明还提出一种隧道支护结构，该隧道支护结构包括仰拱结构，该仰拱结构的具体结构参照上述实施例，由于隧道支护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。

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，用于隧道，其特征在于，所述仰拱结构包括：

若干个预制组件，所述若干个预制组件在所述隧道的延伸方向间隔排列，并且在所述延伸方向上的相邻的两个预制组件拼接，使得所述若干个预制组件在所述延伸方向上依次固定；

每一所述预制组件包括至少三个预制块，所述至少三个预制块在所述隧道的宽度方向上间隔排列且依次拼接，使得所述至少三个预制块在所述宽度方向上依次固定。

2.如权利要求1所述的仰拱结构，其特征在于，每一个所述预制组件包括第一预制块、第二预制块和第三预制块,

其中，所述第一预制块和所述第三预制块的面向所述隧道的底部为弧面结构，

所述第二预制块的面向所述隧道的底部为平面结构。

3.如权利要求2所述的仰拱结构，其特征在于，所述第一预制块、所述第二预制块和所述第三预制块的面向相邻的预制组件的第一侧面均构造有第一凹槽，其中，所述第一侧面与所述延伸方向垂直；

所述仰拱结构还包括第一连接体，所述第一连接体嵌入所述第一凹槽。

4.如权利要求3所述的仰拱结构，其特征在于，所述第二预制块的面向相邻的另一预制组件的第二侧面有第一凸体，其中，所述第一侧面和所述第二侧面为相对面；

所述第一凸体嵌入嵌合槽，所述嵌合槽为所述第一连接体嵌入第一凹槽后预留的空间。

5.如权利要求4所述的仰拱结构，其特征在于，所述第二预制块的面向所述第一预制块的第三侧面设置有第二凸体，所述第二预制块的面向第三预制块的第四侧面设置有第二凹槽，

其中，所述第三侧面和所述第四侧面为相对面，且与所述宽度方向垂直。

6.如权利要求1至5中任一项所述的仰拱结构，其特征在于，所述仰拱结构还包括第二连接体，所述第二连接体设置于所述仰拱结构的面向隧道顶部的一侧，

所述第二连接体与在所述宽度方向上相邻的两个预制块连接。

7.如权利要求6所述的仰拱结构，其特征在于，所述第一连接体在所述延伸方向上延伸，使得在所述延伸方向上的相邻的两个预制组件通过所述第一连接体保持固定。

8.如权利要求1至5中任一项所述的仰拱结构，其特征在于，所述至少三个预制块的面向隧道的顶部的一侧设置有吊装件。

9.一种仰拱结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括：

预制至少三个预制块，将所述至少三个预制块在隧道的宽度方向上间隔排列且依次拼接，以构成预制组件；

将若干个所述预制组件在所述隧道的延伸方向上间隔排列且依次拼接，以构成所述仰拱结构。

10.一种隧道支护结构，其特征在于，所述隧道包括权利要求1至8中任一项所述的仰拱结构。

Images