CN113374504A - 隧道拱部预制管片拼装施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道拱部预制管片拼装施工方法，步骤A、在隧道洞外的预制场进行拱部预制管片钢筋笼绑扎施工；步骤B、拱部预制管片浇筑成型；步骤C、拱部预制管片预制完成后，采用先顶升再纵向滑移的方式进行分组安装；步骤D、每5～6片拱部预制管片为一组，安装完成一组后，再进行拱部背后注浆、拱部预制管片与边墙的接缝处注浆，注浆完成后拆除所有螺栓沉台内的螺栓。应用于隧道拼装式衬砌施工中，保证拱部预制管片施工安全稳定，并能与现浇边墙实现精准搭接。
Description
技术领域
本发明属于隧道混凝土衬砌施工技术领域，具体涉及一种隧道拱部预制管片拼装施工方法，专用于装配式衬砌结构。
背景技术
隧道二衬传统施工工艺采用全环钢筋绑扎，再结合全液压衬砌台车，通过向顶部垂直灌注孔逐孔注入混凝土的方式进行全环二衬混凝土浇筑。矿山法隧道采用系列控制欠挖、分窗入模、集中振捣、带模注浆等设备改装及工艺、工法提升措施，衬砌质量有较大改善，但隧道拱部衬砌强度不足、厚度不足、不密实、背后脱空等质量缺陷问题依然十分突出。近几年通过各种检测手段发现，已铺轨完成或开通运营的铁路隧道均不同程度存在上述质量缺陷，其中拱部质量问题最为突出，运营过程中存在掉块等安全隐患，对运营安全造成很大影响，需对其缺陷进行治理。由于部分隧道已铺轨或运营，后期整治耗费大量人力、财力和时间，其整治工作量及难度巨大，且难以达到原设计标准和使用功能。
为了解决二衬背后拱部脱空的现象，项目组提出了将隧道二衬分为左右两侧的边墙和隧道拱顶，采用先现浇边墙，再将隧道外预制好的拱顶管片运进隧道内，置于现浇边墙上进行拼装从而完成二衬施工。
发明内容
本发明旨在提供一种隧道拱部预制管片拼装施工方法，应用于隧道拼装式衬砌施工中，保证拱部预制管片施工安全稳定，并能与现浇边墙实现精准搭接。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种隧道拱部预制管片拼装施工方法，包括以下步骤：
步骤A、在隧道洞外的预制场进行拱部预制管片钢筋笼绑扎施工；
拱部预制管片钢筋笼呈弧形，管片弦长至少应覆盖隧道行车宽度，拱部预制管片钢筋笼的左右两端头位置处设置有加强配筋；
步骤B、拱部预制管片浇筑成型；
预制成型后的拱部预制管片的两端底部设置有半球形凸起，且加强配筋相对拱部预制管片钢筋笼本体的凸起部位正对半球形凸起，拱部预制管片内预埋有倾斜的螺纹套管，拱部预制管片的内壁上设置有螺栓沉台，拱部预制管片的左右两侧分别设置有吊装孔；
步骤C、拱部预制管片预制完成后，采用先顶升再纵向滑移的方式进行分组安装；
将拱部预制管片由隧道洞外运输至仰拱及填充、现浇边墙施作完成的位置，将拱部预制管片顶升至比设计安装位置高3～8cm，然后沿纵向移动至拼装位置后，放下拱部预制管片与边墙完成拼接，半球形凸起正好落入边墙上对应设置的半球形凹槽内，边墙顶部沿纵向设置有一列半球形凹槽，相邻两个半球形凹槽的距离等于单个拱部预制管片的厚度；除首片外，每安装完成一片，进行管片纵向顶紧后，再将螺栓打入该片的螺栓沉台内，使螺栓的前端与上一片中预埋的螺纹套管紧固在一起实现预紧，以确保每片拱部预制管片的安装位置与设计位置一致；
步骤D、每5～6片拱部预制管片为一组，安装完成一组后，再进行拱部背后注浆、拱部预制管片与边墙的接缝处注浆，注浆完成后拆除所有螺栓沉台内的螺栓。
作为上述方案的优选，步骤B中，预制成型后的所述拱部预制管片上，至少设置有两个外壁未穿透的径向注浆孔，拱部预制管片的两端各有一个纵缝注浆孔从拱部预制管片内壁逐渐向下倾斜延伸至端头。拱部预制管片的径向注浆孔未穿透，在进行拱顶回填时避免出现混凝土从径向注浆孔溢出的现象，同时预留的径向注浆孔又能通过电钻快速打通进行径向注浆，径向注浆完成后通过堵孔塞进行封堵，方便快捷。、
进一步优选，步骤C中，在拱部预制管片拼装前，先将纵向注浆管和排气管纵向并列位于隧道拱部紧贴初期支护防水板上，在每组最后拼装的拱部预制管片的外侧安装有堵头板用于封堵，纵向注浆管和排气管的长度大于每组拱部预制管片的总长，使得纵向注浆管和排气管延伸到堵头板外，拱部预留观察窗口；
步骤D中，在对每组拱部预制管片与初期支护之间、拱部预制管片与边墙的接缝处进行注浆回填时，先通过混凝土回填泵送管进行拱顶细石混凝土回填；其次进行径向注浆：用电钻打穿径向注浆孔后，再利用径向注浆孔进行M20水泥砂浆注浆，当排气管溢浆时停止注浆并用堵孔塞对径向注浆孔进行封堵；再进行拱顶注浆：通过纵向注浆管进行M20水泥砂浆注浆，待排气管有砂浆溢出时，停止注浆；最后进行纵缝注浆：在拱部预制管片与边墙装配的接缝外面用砂浆封堵，在封堵的高点预留排气孔，然后从纵缝注浆孔注浆，并在高点处观察，当浆液压到高处时，用砂浆封堵排气孔，再低点保压一段时间，即可结束。采用拱顶混凝土回填-径向注浆-拱顶注浆-纵缝补注新工艺，拱部先进行混凝土回填，再采用M20水泥砂浆进行拱顶注浆，这样可以避免单一材料回填耗时较长、不易注满、留下拱部空洞等隐患，使浇筑材料能充分填满二次衬砌背后的空洞，有效地消除了隧道拱部空洞带来的安全质量隐患。
进一步优选，步骤A中，所述加强配筋是由外侧环向加强配筋、内侧环向加强配筋、径向配筋和纵向配筋围成的网状结构，网状结构相比对应位置处的钢筋笼向外偏移，且网状结构中的钢筋密度大于对应位置处的钢筋笼的钢筋密度，加强配筋采用φ12mm的钢筋制成。加强配筋专用于与边墙拼接位置处增加强度。
进一步优选，所述拱部预制管片的弦长8.6m、宽度2m，用于双线铁路隧道内。
进一步优选，所述吊装孔共两个，通孔结构，左右对称设置，孔径为50mm，便于吊装。
进一步优选，所述边墙上的半球形凹槽距离边墙外边缘有一段距离，拱部预制管片上的半球形凸起与拱部预制管片的外边缘齐平，除半球形凹槽与半球形凸起外，边墙与拱部预制管片的其余接触面为平面，拱部预制管片安装有与初期支护之间留有15mm～25mm的缝隙通过步骤D进行拱部背后注浆回填。
本发明的有益效果：
(1)摒弃传统的二次衬砌全部现浇的方式，采用边墙现浇+拱部预制管片拼装的方式，预制管片在洞外预制成型，有效避免了拱顶脱落塌陷的风险，且施工快速、周期短。
(2)边墙现浇完成后，浇筑后的边墙顶部沿纵向设置有一列半球形凹槽，相邻两个半球形凹槽的距离等于单个拱部预制管片的厚度，再分组进行拱部预制管片的拼装，每拼装完成一组，随即进行该组拱部预制管片与初期支护之间、拱部预制管片与边墙的接缝处的注浆回填，能确保施工质量。
(3)接头处受力复杂且施工过程易发生碰撞，对接头处拱部预制块增设加强配筋，以增强拼接位置处的强度。
(4)拱部预制管片与边墙采用半球形进行拼装，能有效降低工作应力，有效减缓磨损，减少出现部件弯曲、裂缝、断裂的负面情况。
(5)管片拼装时先纵向顶紧，再将螺栓打入该片的螺栓沉台内，使螺栓的前端与上一片中预埋的螺纹套管紧固在一起实现预紧，以确保每片拱部预制管片的安装位置与设计位置一致；注浆完成后拆除所有螺栓沉台内的螺栓，以防止螺栓老化脱落掉下来构成安全隐患。
附图说明
图1为边墙与拱部预制管片拼装后的示意图。
图2为拱部预制管片之间通过螺栓和螺纹套管实现预紧的状态。
图3为边墙与拱部预制管片采用半球形拼接的示意图。
图4为拱部预制管片钢筋笼端头示意图。
图5为拱部预制管片成组拼装后的纵向加压注浆示意图。
图6为本发明预制管片的结构示意图。
图7为图6的局部放大图。
图8为边墙与拱部预制管片采用台阶拼装的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图7所示，一种隧道拱部预制管片拼装施工方法，包括以下步骤：
步骤A、在隧道洞外的预制场进行拱部预制管片钢筋笼绑扎施工。
拱部预制管片钢筋笼呈弧形，管片弦长至少应覆盖隧道行车宽度。优选为，拱部预制管片5的弦长8.6m、宽度2m，用于双线铁路隧道内。
拱部预制管片钢筋笼采用内侧环向筋、外侧环向筋、径向筋、外侧纵向筋、内侧纵向筋绑扎的结构形式。拱部预制管片钢筋笼的左右两端头位置处设置有加强配筋7，增加端头与边墙拼接位置处的强度。加强配筋7相对拱部预制管片钢筋笼本体设置有凸起部位71，作为后续浇筑时增加半球形凸起8的强度。
最好是，加强配筋7是由外侧环向加强配筋、内侧环向加强配筋、径向配筋和纵向配筋围成的网状结构，网状结构相比对应位置处的钢筋笼向外偏移，且网状结构中的钢筋密度大于对应位置处的钢筋笼的钢筋密度，加强配筋7采用φ12mm的钢筋制成。
步骤B、拱部预制管片浇筑成型。
预制成型后的拱部预制管片5的两端底部设置有半球形凸起8。加强配筋7相对拱部预制管片钢筋笼本体的凸起部位71正对半球形凸起8，拱部预制管片5内预埋有倾斜的螺纹套管1，拱部预制管片5的内壁上设置有螺栓沉台53，拱部预制管片5的左右两侧分别设置有吊装孔54。最好是，吊装孔54共两个，通孔结构，左右对称设置，孔径为50mm。
最好是，预制成型后的拱部预制管片5上，至少设置有两个外壁未穿透的径向注浆孔51，拱部预制管片5的两端各有一个纵缝注浆孔52从拱部预制管片5内壁逐渐向下倾斜延伸至端头。
步骤C、拱部预制管片预制完成后，采用先顶升再纵向滑移的方式进行分组安装；
将拱部预制管片由隧道洞外运输至仰拱及填充、现浇边墙施作完成的位置，将拱部预制管片顶升至比设计安装位置高3～8cm，然后沿纵向移动至拼装位置后，放下拱部预制管片与边墙完成拼接。半球形凸起8正好落入边墙2上对应设置的半球形凹槽21内。边墙2顶部沿纵向设置有一列半球形凹槽21，相邻两个半球形凹槽21的距离等于单个拱部预制管片5的厚度。除首片外，每安装完成一片，进行管片纵向顶紧后，再将螺栓打入该片的螺栓沉台53内，使螺栓的前端与上一片中预埋的螺纹套管1紧固在一起实现预紧，以确保每片拱部预制管片的安装位置与设计位置一致。管片纵向顶紧采用顶紧设备完成。
最好是，在拱部预制管片5拼装前，先将纵向注浆管9和排气管10纵向并列位于隧道拱部紧贴初期支护6防水板上，在每组最后拼装的拱部预制管片5的外侧安装有堵头板3用于封堵，纵向注浆管9和排气管10的长度大于每组拱部预制管片5的总长，使得纵向注浆管9和排气管10延伸到堵头板3外，拱部预留观察窗口。
步骤D、每5～6片拱部预制管片为一组，安装完成一组后，再进行拱部背后注浆、拱部预制管片5与边墙2的接缝处注浆，注浆完成后拆除所有螺栓沉台53内的螺栓。
最好是，在对每组拱部预制管片5与初期支护之间、拱部预制管片5与边墙2的接缝处进行注浆回填时，先通过混凝土回填泵送管4进行拱顶细石混凝土回填；其次进行径向注浆：用电钻打穿径向注浆孔51后，再利用径向注浆孔51进行M20水泥砂浆注浆，当排气管10溢浆时停止注浆并用堵孔塞11对径向注浆孔51进行封堵；再进行拱顶注浆：通过纵向注浆管9进行M20水泥砂浆注浆，待排气管10有砂浆溢出时，停止注浆；最后进行纵缝注浆：在拱部预制管片5与边墙2装配的接缝外面用砂浆封堵，在封堵的高点预留排气孔，然后从纵缝注浆孔52注浆，并在高点处观察，当浆液压到高处时，用砂浆封堵排气孔，再低点保压一段时间，即可结束。
最好是，边墙2上的半球形凹槽21距离边墙2外边缘有一段距离，拱部预制管片5上的半球形凸起8与拱部预制管片5的外边缘齐平，除半球形凹槽21与半球形凸起8外，边墙2与拱部预制管片5的其余接触面为平面，拱部预制管片5安装有与初期支护之间留有15mm～25mm的缝隙通过步骤D进行拱部背后注浆回填。
在实际施工过程中，也尝试过边墙与拱部预制管片采用台阶拼装的结构形式，如图8所示。在实际应用过程中发现，此台阶拼装的结构形式施工质量控制难度大，分析原因如下：
1)由于模板定位精度、混凝土收缩形变、边墙整体收敛变形等因素，现浇边墙在台阶位置处存在转角，施工精度不能满足设计要求，从而导致拱部预制管片拼装时接触存在空隙，沿衬砌环径向的接触面不能接触或局部(点)接触，导致边墙与拱部预制管片衬砌无法传递轴力，影响边墙结构稳定性。
2)现浇边墙顶部振捣存在问题，由于边墙顶部存在转角台阶，成型精度要求高，加深边墙顶部本身混凝土压注困难，导致边墙顶部接头处混凝土质量缺陷，在灌注过程中，若采用振捣棒则会导致粗骨料下沉，若采用附着式振捣器则存在接头浇筑不饱满的问题；
3)转角台阶盖模拆除过程易出现“卡壳”，较难掌握边墙合适的拆模时机，拆除时间过早(强度未达到)容易导致混凝土缺棱掉角，拆除时间晚模板易与混凝土粘连、拆模难度增大。即使第一板边墙衬砌强度达到13MPa后开始拆除盖模，仍有部分混凝土表面在脱模时损坏，此后拆模强度控制在15-20MPa，以保证混凝土表面完整，但拆模难度增加；
4)边墙浇筑完成后，再进行拱部预制管片拼装时，由于转角台阶的存在，再调整拱部预制管片进行对正时，也极容易发生磕碰损伤。
为此，在拱部预制管片与现浇边墙衬砌拼装的基础上，将转角台阶优化为半球型接头。该半球形接头相比转角台阶大大减小了拱部预制管片在安装时与现浇边墙的摩擦，安装速度较转角台阶快，也减小了衬砌混凝土之间的碰撞，减少了缺棱掉角，而且半球形接头接缝密实，能够有效传递边墙与拱部预制管片轴力，边墙结构稳定，克服了转角台阶边墙与拱部预制管片无法传递轴力，影响边墙结构稳定的难点，是一种受力合理、稳定性好又经济可行的结构形式，消除整个铁路隧道行车界限范围内拱部二次衬砌缺陷，能顺应国家装配式构件发展的新要求。
Claims (7)
1.一种隧道拱部预制管片拼装施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、在隧道洞外的预制场进行拱部预制管片钢筋笼绑扎施工；
拱部预制管片钢筋笼呈弧形，管片弦长至少应覆盖隧道行车宽度，拱部预制管片钢筋笼的左右两端头位置处设置有加强配筋(7)；
步骤B、拱部预制管片浇筑成型；
预制成型后的拱部预制管片(5)的两端底部设置有半球形凸起(8)，且加强配筋(7)相对拱部预制管片钢筋笼本体的凸起部位(71)正对半球形凸起(8)，拱部预制管片(5)内预埋有倾斜的螺纹套管(1)，拱部预制管片(5)的内壁上设置有螺栓沉台(53)，拱部预制管片(5)的左右两侧分别设置有吊装孔(54)；
步骤C、拱部预制管片预制完成后，采用先顶升再纵向滑移的方式进行分组安装；
将拱部预制管片由隧道洞外运输至仰拱及填充、现浇边墙施作完成的位置，将拱部预制管片顶升至比设计安装位置高3～8cm，然后沿纵向移动至拼装位置后，放下拱部预制管片与边墙完成拼接，半球形凸起(8)正好落入边墙(2)上对应设置的半球形凹槽(21)内，边墙(2)顶部沿纵向设置有一列半球形凹槽(21)，相邻两个半球形凹槽(21)的距离等于单个拱部预制管片(5)的厚度；除首片外，每安装完成一片，进行管片纵向顶紧后，再将螺栓打入该片的螺栓沉台(53)内，使螺栓的前端与上一片中预埋的螺纹套管(1)紧固在一起实现预紧，以确保每片拱部预制管片的安装位置与设计位置一致；
步骤D、每5～6片拱部预制管片为一组，安装完成一组后，再进行拱部背后注浆、拱部预制管片(5)与边墙(2)的接缝处注浆，注浆完成后拆除所有螺栓沉台(53)内的螺栓。
2.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片拼装施工方法，其特征在于：步骤B中，预制成型后的所述拱部预制管片(5)上，至少设置有两个外壁未穿透的径向注浆孔(51)，拱部预制管片(5)的两端各有一个纵缝注浆孔(52)从拱部预制管片(5)内壁逐渐向下倾斜延伸至端头。
3.根据权利要求2所述的隧道拱部预制管片拼装施工方法，其特征在于：步骤C中，在拱部预制管片(5)拼装前，先将纵向注浆管(9)和排气管(10)纵向并列位于隧道拱部紧贴初期支护(6)防水板上，在每组最后拼装的拱部预制管片(5)的外侧安装有堵头板(3)用于封堵，纵向注浆管(9)和排气管(10)的长度大于每组拱部预制管片(5)的总长，使得纵向注浆管(9)和排气管(10)延伸到堵头板(3)外，拱部预留观察窗口；
步骤D中，在对每组拱部预制管片(5)与初期支护之间、拱部预制管片(5)与边墙(2)的接缝处进行注浆回填时，先通过混凝土回填泵送管(4)进行拱顶细石混凝土回填；其次进行径向注浆：用电钻打穿径向注浆孔(51)后，再利用径向注浆孔(51)进行M20水泥砂浆注浆，当排气管(10)溢浆时停止注浆并用堵孔塞(11)对径向注浆孔(51)进行封堵；再进行拱顶注浆：通过纵向注浆管(9)进行M20水泥砂浆注浆，待排气管(10)有砂浆溢出时，停止注浆；最后进行纵缝注浆：在拱部预制管片(5)与边墙(2)装配的接缝外面用砂浆封堵，在封堵的高点预留排气孔，然后从纵缝注浆孔(52)注浆，并在高点处观察，当浆液压到高处时，用砂浆封堵排气孔，再低点保压一段时间，即可结束。
4.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片拼装施工方法，其特征在于：步骤A中，所述加强配筋(7)是由外侧环向加强配筋、内侧环向加强配筋、径向配筋和纵向配筋围成的网状结构，网状结构相比对应位置处的钢筋笼向外偏移，且网状结构中的钢筋密度大于对应位置处的钢筋笼的钢筋密度，加强配筋(7)采用φ12mm的钢筋制成。
5.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片拼装施工方法，其特征在于：所述拱部预制管片(5)的弦长8.6m、宽度2m，用于双线铁路隧道内。
6.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片拼装施工方法，其特征在于：所述吊装孔(54)共两个，通孔结构，左右对称设置，孔径为50mm。
7.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片拼装施工方法，其特征在于：所述边墙(2)上的半球形凹槽(21)距离边墙(2)外边缘有一段距离，拱部预制管片(5)上的半球形凸起(8)与拱部预制管片(5)的外边缘齐平，除半球形凹槽(21)与半球形凸起(8)外，边墙(2)与拱部预制管片(5)的其余接触面为平面，拱部预制管片(5)安装有与初期支护之间留有15mm～25mm的缝隙通过步骤D进行拱部背后注浆回填。
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