CN113062756A - 隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构及其施工方法，包括洞口基础、槽钢架、套拱内环和套拱外环，槽钢架固定连接在洞口基础上，套拱内环固定安装在槽钢架上，套拱外环浇设在套拱内环的外侧，套拱内环包括基础套环和拼接套环，基础套环固定安装在洞口基础上，通过基础套环对槽钢架进行定位安装，以槽钢架为依托，将拼接套环固定安装在基础套环上，在施工前，对本独立套拱结构的各个部件进行预制，预制的内环的分段重量较小，便于吊装施工；管棚导向管的布置更加灵活方便，内环分段的预制过程中不用考虑其环向长度对管棚导向管的位置的影响；套拱外环采用现场喷射混凝土施工工艺，该施工方法所形成的独立套拱的整体性、稳定性和防水性能好。
Description
技术领域
本发明属于隧道套拱施工领域，具体涉及隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构及其施工方法。
背景技术
随着“两山”理论实践的深化，环保理念的增强，公路隧道施工中越来越多地采用“零开挖”进洞的工艺。该工艺可以最小程度地破坏植被，满足隧道“早进晚出”的施工原则，达到环保、美观、安全的效果。但在低缓坡地形条件下，特别是坡脚高度低于套拱顶部高度时，常规进洞施工一般需要先开挖坡体，形成一定高度的仰坡并加固后，再紧贴坡面施工套拱和管棚，当洞口位于村中时，村民对坡体开挖形成的各种扰动极为关注，容易形成群体事件。因此在这种复杂环境和低缓坡地形条件下，需要采用一种零开挖进洞的施工方法。
为了解决低缓坡地形和坡脚高度低于套拱顶部时，套拱不能完全贴住坡面的问题，该施工方法采用独立式套拱，无需将坡体开挖成一定高度的仰坡并加固后再施工套拱，从原理上可以实现零开挖进洞。
独立式套拱与坡体间存在空档段，普通管棚形成了“明管棚”，在空档段浇筑混凝土后，形成预构暗洞。预构暗洞由外层混凝土和内部的钢拱架混凝土构成。
预构暗洞将独立式套拱与坡体形成整体，既提高了套拱的稳定性，也对坡体形成支撑；同时通过管棚注浆加固坡体，进一步提高坡体稳定性，可以实现在浅埋、偏压、小净距条件下安全进洞，无需将坡体开挖形成足够高度的仰坡再进洞，实现零开挖进洞。
该施工方法中的独立式套拱为现场浇筑混凝土结构，需要预先制作混凝土模板，放置管棚导向管，浇筑混凝土和养护作业等主要工序，占用较多的人工和工时，而且施工过程中产生的噪音和粉尘对施工现场周围的居民生活造成不利影响，经常会发生投诉、索赔等问题。
发明内容
针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构及其施工方法，解决隧道工程快速进洞的施工问题，达到提高施工效率、降低生产成本、减小对周边环境的负面影响的目的。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，
隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，包括洞口基础、槽钢架、套拱内环和套拱外环，槽钢架固定连接在洞口基础上，套拱内环固定安装在槽钢架上，套拱外环浇设在套拱内环的外侧，套拱内环包括基础套环和拼接套环，基础套环固定安装在洞口基础上，拼接套环固定安装在基础套环上。
进一步的，拼接套环包括多个套环单元，套环单元内挖设有连接孔，相邻的套环单元之间通过连接孔固定连接，对应的，基础套环内挖设有基础连接孔，基础连接孔与套环单元上的连接孔相适配。
进一步的，连接孔包括前端套环连接孔和后端套环连接孔，前端套环连接孔和后端套环连接孔分别布设于拼接套环的两侧端部，相邻套环单元间的前端套环连接孔、后端套环连接孔相互首尾连接。
进一步的，套拱内环的外侧固定均匀布设有管棚导向管，套拱外环浇筑在管棚导向管的外侧。
进一步的，槽钢架包括相对布设的两榀弧形槽钢和槽钢连接件，相对布设的两榀弧形槽钢之间设有槽钢架间隙，槽钢连接件将两榀相对的弧形槽钢固定连接。
进一步的，槽钢连接件包括上部连接件和下部连接件，上部连接件固定连接在相邻的弧形槽钢内，下部连接件固定连接在弧形槽钢的下端面上。
进一步的，上部连接件的上端面与弧形槽钢的上端面处于同一平面内。
进一步的，槽钢架间隙内固定连接有交叉支撑，交叉支撑包括相互交叉的第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆、第二支撑杆的两端分别与两榀相对的弧形槽钢固定连接，第一支撑杆与第二支撑杆的交叉处固定连接。
进一步的，基础套环、套环单元的上端面上固定连接有吊耳。
上述隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构的施工方法，包括以下步骤，
(a)将基础套环固定至洞口基础内；
(b)在洞口基础上安装弧形槽钢，弧形槽钢的外表面与先前埋入的洞口基础的基础套环内表面贴合；
(c)将槽钢连接件、交叉支撑与弧形槽焊接或者用结构胶相互连接，最终组成槽钢架的整体结构；
(d)以钢拱架作为定位、导向和安装平台装配套环单元；
(e)通过螺栓将相邻的套环单元连接处和套环单元、基础套环连接处进行固定连接；
(f)在装配完成的套拱内环外侧按照设计要求布设管棚导向管；
(g)在套拱内环的外侧喷射混凝土构筑独立套拱外环；
(h)拆除槽钢架，独立套拱结构施工完毕。
本发明的有益效果是，在施工前，对本独立套拱结构的各个部件进行预制，预制的内环的分段重量较小，便于吊装施工；管棚导向管的布置更加灵活方便，内环分段的预制过程中不用考虑其环向长度对管棚导向管的位置的影响；套拱外环采用现场喷射混凝土施工工艺，该施工方法所形成的独立套拱的整体性、稳定性和防水性能好。
附图说明
图1是独立套拱结构的结构示意图。
图2是套拱内环的结构示意图。
图3是槽钢架的正视图。
图4是槽钢架的半剖视图。
图5是独立套拱结构的施工步骤图。
附图标记：洞口基础1，槽钢架2，套拱内环3，套拱外环4，基础套环5，拼接套环6，套环单元7，连接孔8，基础连接孔9，前端套环连接孔10，后端套环连接孔11，连接螺栓12，管棚导向管13，弧形槽钢14，槽钢连接件15，槽钢架间隙16，上部连接件17，下部连接件18，交叉支撑19，第一支撑杆20，第二支撑杆21，吊耳22。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。
隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，包括洞口基础1、槽钢架2、套拱内环3和套拱外环4，槽钢架2固定连接在洞口基础1上，套拱内环3固定安装在槽钢架2上，套拱外环4浇设在套拱内环3的外侧，套拱内环3包括基础套环5和拼接套环6，基础套环5固定安装在洞口基础1上，通过基础套环5对槽钢架2进行定位安装，以槽钢架2为依托，将拼接套环6固定安装在基础套环5上，形成独立套拱内环3，在施工前，对本独立套拱结构的各个部件进行预制，预制的内环的分段重量较小，便于吊装施工；管棚导向管的布置更加灵活方便，内环分段的预制过程中不用考虑其环向长度对管棚导向管的位置的影响；套拱外环采用现场喷射混凝土施工工艺，该施工方法所形成的独立套拱的整体性、稳定性和防水性能好。
拼接套环6包括多个套环单元7，套环单元7内挖设有连接孔8，相邻的套环单元7之间通过连接孔8固定连接，对应的，基础套环5内挖设有基础连接孔9，基础连接孔9与套环单元7上的连接孔8相适配，装配式的套拱内环3可以有效提高套拱内环3的安装效率，并且其他工种的施工作业也不会因为外环混凝土施工和养护而受到影响，能够提高施工效率。
连接孔8包括前端套环连接孔10和后端套环连接孔11，前端套环连接孔10和后端套环连接孔11分别布设于套环单元7的两侧端部，相邻套环单元7间的前端套环连接孔10、后端套环连接孔11相互首尾连接，在相互连接的前端套环连接孔10、后端套环连接孔11内穿设连接螺栓12，从而便于将套环单元7进行相互连接。
在一些优选的方式中，前端套环连接孔10、后端套环连接孔11、基础连接孔9均呈半圆弧形，拼合后形成完整的圆弧形，便于在圆弧形的螺孔内安装连接螺栓12，优选的，圆弧形的螺孔弧度大于本套拱结构的弧度，便于将相邻的套拱单元进行连接。
套拱内环3的外侧固定均匀布设有管棚导向管13，套拱外环4浇筑在管棚导向管13的外侧，通过管棚导向管13的设置，便于在管棚导向管13内穿设钢管，钢管与山体连接，从而加强本独立套拱结构的强度。
槽钢架2包括相对布设的两榀弧形槽钢14和槽钢连接件15，相对布设的两榀弧形槽钢14之间设有槽钢架间隙16，槽钢连接件15的两端分别与相对的弧形槽钢14固定连接，通过槽钢连接件15的设置，便于对相邻的弧形槽钢14进行固定连接，提高槽钢架2的强度和稳定性。
槽钢连接件15包括上部连接件17和下部连接件18，上部连接件17固定连接在相邻的弧形槽钢14内，下部连接件17固定连接在弧形槽钢14的下端面上，上部连接件17的上端面与弧形槽钢14的上端面处于同一平面内，防止上部连接件17凸出于槽钢架2的上端面，防止上部连接件17与套拱内环3发生干涉，提高套拱内环3的安装精度，将下部连接件18连接在槽钢架的下端面，可以降低下部连接件18的连接难度。
在一些优选的方式中，上部连接件17的间隔的距离要小于套拱单元7的弧长，便于上部连接件17对套拱单元7进行支撑，且与相邻的上部连接件17之间形成空隙，便于连接螺栓12的安装。
槽钢架间隙16内固定连接有交叉支撑19，交叉支撑19包括相互交叉的第一支撑杆20和第二支撑杆21，第一支撑杆20、第二支撑杆21的两端分别与两榀相对的弧形槽钢14固定焊接，第一支撑杆20与第二支撑杆21的交叉处固定焊接，通过交叉连接的第一支撑杆20和第二支撑杆21的设置，便于提高槽钢架2的抗扭强度，从而进一步提高槽钢架的强度和稳定性。
基础套环5、套环单元7的上端面上固定连接有吊耳22，通过吊耳22的设置，便于对基础套环5、套环单元7进行吊装，提高安装效率。
在一些优选的方式中，在施工前对洞口地面进行现浇，形成洞口基础1，现浇过程中，在洞口基础1上预设预埋槽，基础套环5埋设在预埋槽内，并通过素混凝土填充固定。
上述隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构的施工方法，包括以下步骤，
(a)将基础套环固定至洞口基础的预埋槽内，并通过素混凝土填充固定；
(b)在洞口基础上安装弧形槽钢，弧形槽钢的外表面与先前埋入的洞口基础的基础套环内表面贴合；
(c)将槽钢连接件、交叉支撑与弧形槽焊接或者用结构胶相互连接，最终组成槽钢架的整体结构；
(d)以钢拱架作为定位、导向和安装平台装配套环单元；
(e)通过螺栓将相邻的套环单元连接处和套环单元、基础套环连接处进行固定连接；
(f)在装配完成的套拱内环外侧按照设计要求布设管棚导向管；
(g)在套拱内环的外侧喷射混凝土构筑独立套拱外环；
(h)拆除槽钢架，独立套拱结构施工完毕。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记对应的术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，包括洞口基础(1)、槽钢架(2)、套拱内环(3)和套拱外环(4)，槽钢架(2)固定连接在洞口基础(1)上，套拱内环(3)固定安装在槽钢架(2)上，套拱外环(4)浇设在套拱内环(3)的外侧，套拱内环(3)包括基础套环(5)和拼接套环(6)，基础套环(5)固定安装在洞口基础(1)上，拼接套环(6)固定安装在基础套环(5)上。
2.根据权利要求1所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，拼接套环(6)包括多个套环单元(7)，套环单元(7)内挖设有连接孔(8)，相邻的套环单元(7)之间通过连接孔(8)固定连接，对应的，基础套环(5)内挖设有基础连接孔(9)，基础连接孔(9)与套环单元(7)上的连接孔(8)相适配。
3.根据权利要求2所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，连接孔(8)包括前端套环连接孔(10)和后端套环连接孔(11)，前端套环连接孔(10)、后端套环连接孔(11)分别布设于套环单元(7)的两侧端部，相邻套环单元(7)间的前端套环连接孔(10)、后端套环连接孔(11)相互首尾连接。
4.根据权利要求1所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，套拱内环(3)的外侧固定均匀布设有管棚导向管(13)，套拱外环(4)浇筑在管棚导向管(13)的外侧。
5.根据权利要求1所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，槽钢架(2)包括相对布设的两榀弧形槽钢(14)和槽钢连接件(15)，相对布设的两榀弧形槽钢(14)之间设有槽钢架间隙(16)，槽钢连接件(15)将两榀相对的弧形槽钢(14)固定连接。
6.根据权利要求5所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，槽钢连接件(15)包括上部连接件(17)和下部连接件(18)，上部连接件(17)固定连接在相邻的弧形槽钢(14)内，下部连接件(18)固定连接在弧形槽钢(14)的下端面上。
7.根据权利要求6所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，上部连接件(17)的上端面与弧形槽钢(14)的上端面处于同一平面内。
8.根据权利要求1所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，槽钢架间隙(16)内固定连接有交叉支撑(19)，交叉支撑(19)包括相互交叉的第一支撑杆(20)和第二支撑杆(21)，第一支撑杆(20)、第二支撑杆(21)的两端分别与两榀相对的弧形槽钢(14)固定连接，第一支撑杆(20)与第二支撑杆(21)的交叉处固定连接。
9.根据权利要求2所述的隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构，其特征在于，基础套环(5)、套环单元(7)的上端面上固定连接有吊耳(22)。
10.隧道零开挖进洞的半装配式独立套拱结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤，
(a)将基础套环固定至洞口基础内；
(b)在洞口基础上安装弧形槽钢，弧形槽钢的外表面与先前埋入的洞口基础的基础套环内表面贴合；
(c)将槽钢连接件、交叉支撑与弧形槽焊接或者用结构胶相互连接，最终组成槽钢架的整体结构；
(d)以钢拱架作为定位、导向和安装平台装配套环单元；
(e)通过连接螺栓将相邻的套环单元连接处和套环单元、基础套环连接处进行固定连接；
(f)在装配完成的套拱内环外侧按照设计要求布设管棚导向管；
(g)在套拱内环的外侧喷射混凝土构筑独立套拱外环；
(h)拆除槽钢架，独立套拱结构施工完毕。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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