CN113417669A - 边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，包括以下步骤：步骤A、边墙现浇；步骤B、拱部预制管片洞外预制；步骤C、在隧道洞外采用吊车，将拱部预制管片两端前后摆放在装入管片运输车上；步骤D、管片运输车运输到衬砌台车下方后，运输车上部旋转90°，使拱部预制管片的两端左右摆放；步骤E、采用管片门吊将拱部预制管片从管片运输车上吊装至台车端头液压起降机上；以及步骤F—步骤I。摒弃了传统衬砌现浇的施工方法，实现快速拼装，并能确保拼装质量，同时解决二衬背后拱部脱空的现象。
Description
技术领域
本发明涉及隧道混凝土衬砌施工技术，具体涉及边墙现浇与拱部预制管片采用球形接头实现快速拼装的隧道衬砌施工方法。
背景技术
矿山法开挖采取隧道二衬传统施工工艺通过向顶部垂直灌注孔逐孔注入混凝土的方式，是利用混凝土重力自流填满二衬空间的原理。由于混凝土的流动性难以达到理想状态，在混凝土灌注到隧道拱顶后，整个灌注纵向断面基本成等腰三角形正态分布，该等腰三角形的等腰边随灌注口间距的大小发生变化，灌注口间距越大，等腰三角形的腰边就越长，意味着二衬背后脱空越大。该现象也会随混凝土灌注泵压力的大小而变化，灌注压力偏大时脱空现象会减小，灌注压力偏小时脱空现象会增大，同时两个拱顶灌注孔之间的空气也很难全部排空，拱顶空洞现象的出现不可避免。
因此，隧道二衬传统施工工艺受现有灌注施工设备和工艺的限制，二衬拱部背后脱空的现象很常见。
发明内容
本发明旨在提供边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，摒弃了传统衬砌现浇的施工方法，以解决二衬背后拱部脱空的现象，实现快速拼装，并能确保拼装质量。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，包括以下步骤：
步骤A、边墙现浇；
绑扎左右两侧的边墙钢筋笼，再进行边墙的现场浇筑；左右两侧的边墙钢筋笼通过外环上的连接筋连接成环，边墙钢筋笼的上部增设有第一加强配筋，以增强顶部拼接位置处的强度，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；
步骤B、拱部预制管片洞外预制；
所述拱部预制管片在隧道洞外预制成型，预制管片钢筋笼的左右两端增设有第二加强配筋，以增强端头拼接位置处的强度，拱部预制管片的两端底部设置有半球形凸起；
步骤C、在隧道洞外采用吊车，将拱部预制管片两端前后摆放在装入管片运输车上；
步骤D、管片运输车运输到衬砌台车下方后，运输车上部旋转90°，使拱部预制管片的两端左右摆放；
步骤E、采用管片门吊将拱部预制管片从管片运输车上吊装至台车端头液压起降机上；
步骤F、台车端头液压起降机顶升至一定高度后，衬砌台车上部管片运输小车行走至拱部预制管片下方，在此过程中，调整衬砌台车上部管片运输小车与拱部预制管片偏距，使两者中线处于同一位置；
步骤G、衬砌台车上部管片运输小车顶升至衬砌的边墙高度，由大里程往小里程方向行驶，在行驶过程中，观察拱部预制管片底部是否与边墙顶部摩擦，衬砌台车上部管片运输小车行走至合适里程后，将拱部预制管片平稳地搁置在左右边墙上，此时，拱部预制管片的半球形凸起正好落入边墙的半球形凹槽内，拱部预制管片底部的宽度小于边墙顶部的宽度，且拱部预制管片的内壁与边墙的内壁齐平，再插入螺栓将拱部预制管片与两侧边墙连接成一个整体；
步骤H、每4-6片拱部预制管片为一组，每安装一组拱部预制管片后，对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进行注浆回填；
步骤I、重复步骤C-步骤H，进行下一组拱部预制管片的拼装。
作为上述方案的优选，拱部预制管片在隧道洞外预制完成后，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；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；
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。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，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。
进一步优选，所述第一加强配筋靠近边墙钢筋笼顶部设置，所述第二加强配筋靠近预制管片钢筋笼的左右两端设置，第一加强配筋、第二加强配筋均是由外侧环向加强筋、内侧环向加强筋、径向筋和纵向筋围成的网状结构，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，第一加强配筋、第二加强配筋采用φ12mm的钢筋制成。
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)左右两侧的边墙钢筋笼仅通过外环上的连接筋连接成环，内环上的连接筋各自断开，且拱部预制管片底部的宽度小于边墙顶部的宽度，既能确保左右两侧的边墙钢筋笼的稳定性，又能为拱部预制管片的拼装腾出足够的空间，拱部预制管片采用由下向上顶升安装的方式进行。
(3)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。
(4)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和边墙现浇一定范围增设加强配筋，以增强拼接位置处的强度。
(5)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。
附图说明
图1为边墙与拱部预制管片的拼装局部示意图。
图2为预制管片钢筋笼拼接部位的透视图。
图3为边墙钢筋笼拼接部位的透视图。
图4为拱部预制管片成组拼装后的纵向加压注浆示意图。
图5为本发明预制管片结构示意图。
图6为图5的局部放大图。
图7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：
根据图1—图6所示，一种边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，包括以下步骤：
步骤A、边墙现浇；
绑扎左右两侧的边墙钢筋笼1，再进行边墙2的现场浇筑。左右两侧的边墙钢筋笼1通过外环上的连接筋连接成环，内环的连接筋各自断开，以腾出内环上的空间用于拱部预制管片5的拼装。每个边墙钢筋笼1的上部增设有第一加强配筋3，以增强顶部拼接位置处的强度。浇筑后的边墙2顶部沿纵向设置有一列半球形凹槽4，每个半球形凹槽4对应安装一个拱部预制管片5，相邻两个半球形凹槽4的距离等于单个拱部预制管片5的厚度。
步骤B、拱部预制管片洞外预制；
拱部预制管片5在隧道洞外预制成型，预制管片钢筋笼6的左右两端增设有第二加强配筋7，以增强端头拼接位置处的强度。拱部预制管片5的两端底部设置有半球形凸起8，半球形凸起8与半球形凹槽4匹配。
步骤C、在隧道洞外采用吊车，将拱部预制管片5两端前后摆放在装入管片运输车上，以减小整体宽度，方便拱部预制管片5在隧道内顺利运输。
步骤D、管片运输车运输到衬砌台车下方后，运输车上部旋转90°，使拱部预制管片5的两端左右摆放，调整拱部预制管片5的摆放方向，为拱部预制管片5的安装作好准备。
步骤E、采用管片门吊将拱部预制管片5从管片运输车上吊装至台车端头液压起降机上方。
步骤F、台车端头液压起降机顶升拱部预制管片5至一定高度后，衬砌台车上部管片运输小车行走至拱部预制管片5下方，在此过程中，调整衬砌台车上部管片运输小车与拱部预制管片5偏距，使两者中线处于同一位置。
步骤G、衬砌台车上部管片运输小车顶升至衬砌的边墙2高度，由大里程往小里程方向行驶，在行驶过程中，观察拱部预制管片5底部是否与边墙2顶部摩擦，衬砌台车上部管片运输小车行走至合适里程后，将拱部预制管片5平稳地搁置在左右边墙2上。
此时，拱部预制管片5的半球形凸起8正好落入边墙2的半球形凹槽4内，拱部预制管片5底部的宽度小于边墙2顶部的宽度，且拱部预制管片5的内壁与边墙2的内壁齐平，再插入螺栓将拱部预制管片5与两侧边墙2连接成一个整体。
最好是，边墙2上的半球形凹槽4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4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。
步骤H、每4-6片拱部预制管片5为一组，每安装一组拱部预制管片5后，对该组拱部预制管片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。
最好是，拱部预制管片5在隧道洞外预制完成后，拱部预制管片5上设置有两个外壁未穿透的径向注浆孔51，且两个外壁未穿透的径向注浆孔51最好左右对称布置，径向注浆孔51至少为两个，但不限于两个。径向注浆孔51未穿透的预留厚度优选为5cm。
拱部预制管片5的两端各有一个纵缝注浆孔52，纵缝注浆孔52为内高外低的斜孔，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。
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12防水板上，拼装完成后，在每组最后拼装的拱部预制管片5的外侧安装有堵头板13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13外，拱部预留观察窗口，用于观察混凝土是否注满；纵向注浆管9和排气管10的管道直径均优选为3.2cm。
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14进行拱顶细石混凝土回填，待排气管10有砂浆溢出时，停止注浆；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，压力控制在0.1Mpa，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，压力控制在0.1Mpa，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，注浆材料最好采用灌浆料，水料比为0.14:1，注浆压力为0.1MPa，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。
步骤I、重复步骤C-步骤H，进行下一组拱部预制管片5的拼装。
最好是，第一加强配筋3靠近边墙钢筋笼1顶部设置，第二加强配筋7靠近预制管片钢筋笼6的左右两端设置，第一加强配筋3、第二加强配筋7均是由外侧环向加强筋、内侧环向加强筋、径向筋和纵向筋围成的网状结构，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，第一加强配筋3、第二加强配筋7采用φ12mm的钢筋制成。
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7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 (4)
1.一种边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、边墙现浇；
绑扎左右两侧的边墙钢筋笼(1)，再进行边墙(2)的现场浇筑；左右两侧的边墙钢筋笼(1)通过外环上的连接筋连接成环，每个边墙钢筋笼(1)的上部增设有第一加强配筋(3)，以增强顶部拼接位置处的强度，浇筑后的边墙(2)顶部沿纵向设置有一列半球形凹槽(4)，相邻两个半球形凹槽(4)的距离等于单个拱部预制管片(5)的厚度；
步骤B、拱部预制管片洞外预制；
所述拱部预制管片(5)在隧道洞外预制成型，预制管片钢筋笼(6)的左右两端增设有第二加强配筋(7)，以增强端头拼接位置处的强度，拱部预制管片(5)的两端底部设置有半球形凸起(8)；
步骤C、在隧道洞外采用吊车，将拱部预制管片(5)两端前后摆放在装入管片运输车上；
步骤D、管片运输车运输到衬砌台车下方后，运输车上部旋转90°，使拱部预制管片(5)的两端左右摆放；
步骤E、采用管片门吊将拱部预制管片(5)从管片运输车上吊装至台车端头液压起降机上；
步骤F、台车端头液压起降机顶升至一定高度后，衬砌台车上部管片运输小车行走至拱部预制管片(5)下方，在此过程中，调整衬砌台车上部管片运输小车与拱部预制管片(5)偏距，使两者中线处于同一位置；
步骤G、衬砌台车上部管片运输小车顶升至衬砌的边墙(2)高度，由大里程往小里程方向行驶，在行驶过程中，观察拱部预制管片(5)底部是否与边墙(2)顶部摩擦，衬砌台车上部管片运输小车行走至合适里程后，将拱部预制管片(5)平稳地搁置在左右边墙(2)上，此时，拱部预制管片(5)的半球形凸起(8)正好落入边墙(2)的半球形凹槽(4)内，拱部预制管片(5)底部的宽度小于边墙(2)顶部的宽度，且拱部预制管片(5)的内壁与边墙(2)的内壁齐平，再插入螺栓将拱部预制管片(5)与两侧边墙(2)连接成一个整体；
步骤H、每4-6片拱部预制管片(5)为一组，每安装一组拱部预制管片(5)后，对该组拱部预制管片(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；
步骤I、重复步骤C-步骤H，进行下一组拱部预制管片(5)的拼装。
2.根据权利要求1所述的边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，其特征在于：拱部预制管片(5)在隧道洞外预制完成后，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；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(12)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(13)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(13)外，拱部预留观察窗口；
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(14)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。
3.根据权利要求1所述的边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，其特征在于：所述边墙(2)上的半球形凹槽(4)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(4)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。
4.根据权利要求1所述的边墙现浇与拱部预制管片球形接头拼装的衬砌施工方法，其特征在于：所述第一加强配筋(3)靠近边墙钢筋笼(1)顶部设置，所述第二加强配筋(7)靠近预制管片钢筋笼(6)的左右两端设置，第一加强配筋(3)、第二加强配筋(7)均是由外侧环向加强筋、内侧环向加强筋、径向筋和纵向筋围成的网状结构，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，第一加强配筋(3)、第二加强配筋(7)采用φ12mm的钢筋制成。
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