CN113653508A - 具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构及其施工方法，属于桥隧结构领域。包括桥面板，桥面板下方宽度方向的两侧分别固定有支撑纵梁，桥面板的下端面固定有若干横向设置的支撑横梁，支撑横梁均匀间隔设置，支撑横梁的两端分别穿过支撑纵梁后与隧道内的隧道初支钢架固接为一体，隧道初支钢架的内侧为隧道二次衬砌，隧道二次衬砌的横向钢筋锚入支撑纵梁内，端部支撑横梁位于隧道内需跨越空间的两端，端部支撑横梁与支撑纵梁固结成一体，支撑纵梁向两端隧道内的非桥跨段延长一定长度并放置在围岩上，隧道内的隧道桩基设置在端部支撑横梁与支撑纵梁交叉位置。该结构具有比传统隧道内桥梁结构更大的刚度和稳定性。

Description

具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道工程和结构工程技术领域，涉及一种具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构及其施工方法。

背景技术

隧道工程中有时会遇到近距离跨越建构筑物(比如其他隧道)或跨越特殊障碍物(如地下洞室)的情况。此时一般会在隧道内设置桥梁结构来跨越这些障碍，传统的隧道内桥梁结构存在以下问题：

1.如果隧道所跨越空间的纵向长度超过隧道的横断面宽度时，隧道衬砌的荷载将全部传递到桥梁结构上，使得紧挨隧道衬砌拱脚部位的梁受力很大，中间远离隧道衬砌的梁则仅承受汽车荷载，整个结构荷载分布不均，受力不合理；

2.当隧道内桥梁需要的跨度较大时，隧道衬砌传递给桥梁的荷载会很大，传统的桥梁结构采用简支梁或简支板，需要很大的截面和配筋，造价很高；

3.隧道内的桩基础在紧挨隧道衬砌拱脚部位处受到的荷载很大，中间远离隧道衬砌的桩基则仅承受汽车荷载。荷载分布很不均匀，基础受力不合理，需要很大的承台才能分配荷载，且需要的桩基数量较多，而有的桩基受力又比较小，造成极大的工程浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构及其施工方法，以用于在洞内有跨越需要的暗挖隧道。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构，包括桥面板，桥面板下方宽度方向的两侧分别固定有支撑纵梁，桥面板的下端面固定有若干横向设置的支撑横梁，支撑横梁均匀间隔设置，支撑横梁的两端分别穿过支撑纵梁后与隧道内的隧道初支钢架固接为一体，隧道初支钢架的内侧为隧道二次衬砌，隧道二次衬砌的横向钢筋锚入支撑纵梁内，端部支撑横梁位于隧道内需跨越空间的两端，端部支撑横梁与支撑纵梁固结成一体，隧道内的隧道桩基设置在端部支撑横梁与支撑纵梁交叉位置。

进一步的，支撑纵梁向两侧隧道底部的隧道内的非桥跨段延伸，并支撑在围岩上。

进一步的，支撑纵梁向两侧隧道底部的岩体内延伸的长度为0.6B，B为需跨越空间的跨度。

进一步的，支撑横梁的间距与隧道初支钢架的间距对应，支撑横梁的间距为隧道初支钢架间距的整数倍。

具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构施工方法，主要包括以下步骤：

S1:按传统隧道的施工方法施工隧道的隧道初支钢架和隧道二次衬砌，在隧道初支钢架和隧道二次衬砌的拱脚处分别预留钢筋和型钢接头；

S2：施工隧道内的隧道桩基；

S3：施工支撑纵梁和支撑横梁；

S4：在支撑纵梁和支撑横梁的上方挖出桥面板的空间，并在空间内浇筑混凝土形成桥面板；其中：当隧道下方需跨越的空间后于隧道修建时，S3的具体步骤为：

在洞内开挖桥跨结构所需的空间，包括支撑纵梁向两端隧道内延伸的空间，还包括端部支撑横梁的空间，端部支撑横梁的位置位于隧道桩基位置处的两个支撑纵梁的浇灌空间之间；安装支撑横梁的钢结构，使其与隧道初支钢架的拱脚预留型钢接头焊接为一体；

在挖出后的支撑纵梁的空间内安装支撑纵梁的钢筋，使支撑纵梁的钢筋与隧道二次衬砌的拱脚预留的钢筋接头通过隧道锁脚锚杆固接为整体，在端部支撑横梁的空间内安装端部支撑横梁的钢筋，使端部支撑横梁的钢筋两端分别于支撑纵梁的钢筋焊接为一体，并分别在支撑纵梁的空间内和端部支撑横梁的空间内浇筑混凝土形成钢筋混凝土梁；当跨越空间已形成时，S3的具体步骤为：

先开挖单独一侧的支撑纵梁的空间并快速浇筑混凝土形成支撑纵梁，支撑纵梁的空间内放置有支撑纵梁的钢筋，同时在支撑纵梁内预埋好支撑横梁和型钢接头；

再开挖另外一侧的支撑纵梁的空间并快速浇筑混凝土形成支撑纵梁，支撑纵梁的空间内放置有支撑纵梁的钢筋，同时在支撑纵梁内预埋好支撑横梁和型钢接头；在端部支撑横梁的空间内安装端部支撑横梁的钢筋，并在端部支撑横梁的空间内浇筑混凝土形成钢筋混凝土梁；

施工两根支撑纵梁之间中间部分剩余的支撑横梁的钢结构，与刚才支撑纵梁内预埋的支撑横梁的钢接头焊接成整体。

进一步的，隧道桩基采用人工挖孔工艺，人工挖孔后放入隧道桩基的钢筋，然后孔内浇灌混凝土形成四根用于支撑的隧道桩基。

进一步的，当隧道下方需跨越的空间后于隧道修建时，还包括步骤S5：施工隧道下方的跨越空间，直接开挖围岩至桥跨结构的边缘，不需做其他支护措施。

本发明的有益效果在于：

1、桥跨体系的主要受力结构支撑纵梁与隧道二次衬砌连接成整体，大幅提高了支撑纵梁的刚度和承载力，解决了传统的隧道内桥梁结构采用独立的桥梁结构受力不合理，且需要更大的截面和配筋，实施困难且成本较高的问题；

2、支撑横梁与隧道初支钢架连接成整体，从而可借助隧道衬砌上的隧道锁脚锚杆和系统锚杆将整个桥跨结构锁定在围岩上，进一步改善了桥跨结构的受力，解决了传统的隧道内桥梁结构，受到较大衬砌传递来的荷载时，刚度和承载力不足的问题；

3、通过向两端延长支撑纵梁，从而形成两侧的弹性地基梁与隧道桩基础共同承受荷载，大幅减少桩基础的荷载，改善其受力，避免了传统的隧道内桥梁结构需要采用大量的桩基础才能满足承载力要求，且桩基之间受力很不均匀，存在较大工程浪费的问题；

4、整个桥跨体系与隧道衬砌体系有机结合，具有比传统隧道内桥梁结构更大的刚度和稳定性，也大幅提高了经济性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明创造的横断面结构示意图；

图2为本发明创造的俯视图；

图3为本发明创造的纵断面结构示意图。

附图标记：

1、桥面板；2、支撑纵梁；3、支撑横梁；4、端部支撑横梁；5、隧道锁脚锚杆；6、隧道二次衬砌；7、隧道围岩；8、隧道初支钢架；9、隧道桩基；10、被跨越建构筑物。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

请参阅图1～图3，为一种具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构，包括桥面板1，桥面板1下方宽度方向的两侧分别固定有支撑纵梁2，桥面板1的下端面固定有若干横向设置的支撑横梁3，支撑横梁3均匀间隔设置，支撑横梁3的两端分别穿过支撑纵梁2后与隧道内的隧道初支钢架8固接为一体，隧道初支钢架8紧贴隧道的内侧壁起到支撑的作用，隧道初支钢架8的内侧为隧道二次衬砌6。隧道外侧为隧道围岩。桥面板1的下方为被跨越建构筑物10，桥面板1的两侧延伸到隧道围岩上。

端部支撑横梁4位于隧道内需跨越空间的两端，为混凝土结构梁，与支撑纵梁2固结成一体，用于端部横向传递荷载。

隧道内的隧道桩基9设置在端部支撑横梁4与支撑纵梁2交叉位置，总共四根，用于支撑整个桥跨结构。隧道桩基9采用圆形截面的钢筋混凝土灌注桩。

支撑纵梁2跨越隧道内需跨越的空间，也就是跨越被跨越建构筑物10，支撑纵梁2为钢筋混凝土梁，可采用矩形截面或箱形截面，位置设置在隧道二次衬砌6脚部，作为桥跨的主受力结构，隧道二次衬砌6的横向钢筋通过隧道锁脚锚杆5锚入支撑纵梁内，使支撑纵梁2与上方的隧道二次衬砌6连接成整体。钢筋锚固长度满足相关规范要求。

支撑纵梁2向两侧隧道底部的隧道围岩内延伸一定长度，使得支撑纵梁2成为连续梁结构，且两端边跨范围内的梁成为弹性地基梁，可分担隧道桩基的荷载。

支撑横梁3位于两根支撑纵梁2之间，用以分配桥面荷载，支撑横梁3为钢结构梁，可采用H型钢或工字钢。

支撑横梁3两端穿过支撑纵梁2并与隧道初支钢架8焊接成整体。焊接采用焊缝连接、螺栓连接等方式。

桥面板1位于支撑纵梁2和支撑横梁3上，用以直接承受活荷载，为钢筋混凝土板。

所有的外露钢结构部件均需进行防腐处理。

具体的实施例：

支撑纵梁2跨越隧道内被跨越建构筑物10，跨度16m。支撑纵梁2为C40钢筋混凝土梁，采用矩形截面，截面尺寸3000mm×2000mm。支撑纵梁2的位置设置在隧道二次衬砌6脚部，作为桥跨的主受力结构，隧道二次衬砌6的横向钢筋锚入支撑纵梁2内，使支撑纵梁2与上方的隧道二次衬砌6连接成整体。钢筋锚固长度取30D(D为钢筋直径)。

支撑纵梁2向两侧隧道底部的岩体内延伸0.6B，B为跨度16m，使得支撑纵梁2成为连续梁结构，且两端边跨范围内的梁成为弹性地基梁，可分担隧道桩基的荷载。

端部支撑横梁4为C40混凝土结构梁，采用矩形截面，截面尺寸2000mm×2000mm。端部支撑横梁4与支撑纵梁2固结成一体，用于端部横向传递荷载。

隧道桩基9采用直径1.5m的圆形截面C30钢筋混凝土灌注桩。

支撑横梁3为钢结构梁，采用HW400型钢，支撑横梁3的间距与隧道初支钢架8的间距对应，隧道初支钢架8间距为1m，支撑横梁3的间距为2m。

支撑横梁3两端与隧道初支钢架8采用角焊缝焊接。

桥面板为C40钢筋混凝土板，板厚300mm。

本发明创造的具体施工方法分为两种：

第一种，先修建隧道，隧道下方需跨越的空间后于隧道修建。

第一步，按传统隧道的施工方法施工隧道的隧道初支钢架8和隧道二次衬砌6，在隧道初支钢架8和隧道二次衬砌6的拱脚处分别预留钢筋和型钢接头，并准备好用于固定的隧道锁脚锚杆5。

第二步，施工隧道内的隧道桩基9，隧道桩基9一般采用人工挖孔工艺，人工挖孔后放入隧道桩基9的钢筋，然后孔内浇灌混凝土形成四根用于支撑的隧道桩基9。

第三步，在洞内开挖桥跨结构所需的空间，包括支撑纵梁2向两端隧道内延伸的空间，还包括端部支撑横梁4的空间，端部支撑横梁4的位置位于隧道桩基9位置处的两个支撑纵梁2的浇灌空间之间。

第四步，安装支撑横梁3的钢结构，使其与隧道初支钢架8的拱脚预留型钢接头焊接为一体。

第五步，在挖出后的支撑纵梁2的空间内安装支撑纵梁2的钢筋，使支撑纵梁2的钢筋与隧道二次衬砌6的拱脚预留的钢筋接头通过隧道锁脚锚杆5固接为整体，在端部支撑横梁4的空间内安装端部支撑横梁4的钢筋，使端部支撑横梁4的钢筋两端分别于支撑纵梁2的钢筋焊接为一体，并分别在支撑纵梁2的空间内和端部支撑横梁4的空间内浇筑混凝土形成钢筋混凝土梁。

第六步，在支撑纵梁2和支撑横梁3的上方挖出桥面板1的空间，并在空间内浇筑混凝土形成桥面板1。

第七步，施工隧道下方的跨越空间，可直接开挖围岩至桥跨结构的边缘，不需做其他支护措施。

第二种下方跨越空间已形成。

第一步，按传统隧道的施工方法施工隧道的隧道初支钢架8和隧道二次衬砌6，在隧道初支钢架8和隧道二次衬砌6的拱脚预留钢筋和型钢接头，并准备好隧道锁脚锚杆5。

第二步，施工隧道内的隧道桩基9，隧道桩基9一般采用人工挖孔工艺，人工挖孔后放入隧道桩基9的钢筋，然后孔内浇灌混凝土形成四根用于支撑的隧道桩基9。

第三步，先开挖单独一侧的支撑纵梁2的空间并快速浇筑混凝土形成支撑纵梁2，支撑纵梁2的空间内放置有支撑纵梁2的钢筋，同时在支撑纵梁2内预埋好支撑横梁3和型钢接头。

第四步，再开挖另外一侧的支撑纵梁的空间并快速浇筑混凝土形成支撑纵梁2，支撑纵梁2的空间内放置有支撑纵梁2的钢筋，同时在支撑纵梁2内预埋好支撑横梁3和型钢接头；在端部支撑横梁4的空间内安装端部支撑横梁4的钢筋，并在端部支撑横梁4的空间内浇筑混凝土形成钢筋混凝土梁；

第五步，施工两根支撑纵梁2之间中间部分剩余的支撑横梁3的钢结构，与刚才支撑纵梁2内预埋的支撑横梁3的钢接头焊接成整体；

第六步，在支撑纵梁2和支撑横梁3的上方挖出桥面板1的空间，并在空间内浇筑混凝土形成桥面板1。

本发明将传统的隧道内设置的桥梁结构与隧道的衬砌结构结合为一体，形成了具有桥跨功能的衬砌结构，或具有衬砌功能的桥跨结构。这样的联合结构包含两个技术特点：1)桥跨体系的主要受力结构支撑纵梁2与隧道二次衬砌6连接成整体，从而增加了支撑纵梁2的刚度，使得支撑纵梁2不需要太大的截面和配筋就能够承受隧道围岩传递下来的很大的围岩荷载。2)钢结构的支撑横梁3与隧道初支钢架8焊接成整体，可借助隧道二次衬砌6上的锁脚锚杆和系统锚杆将整个桥跨结构锁定在围岩上，使得桥跨结构变成了半弹性地基梁，进而抑制支撑纵梁2变形，改善桥跨结构的受力。由于一般情况隧道的初支衬砌和二次衬砌是分离的，初支一般采用喷射混凝土+型钢骨架+锚杆结构，并与围岩紧贴；而二次衬砌一般采用钢筋混凝土结构，与初支结构分离。故以上技术要点一方面是将桥跨结构与隧道二次衬砌6结合，另一方面是通过钢结构的支撑横梁3将桥跨结构与隧道初支钢架8结合。

本发明还对桥跨结构中主受力构件的支撑纵梁2的受力形式进行了优化处理。通过将支撑纵梁2向两端延长，从而形成两侧的弹性地基梁与隧道桩基础共同承受荷载，一方面大幅减少了桩基础的荷载，改善基础受力。另一方面，也减少了梁的内力(从简支梁优化为边跨有弹性支撑的连续梁，弯矩大幅减少)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构，其特征在于：包括桥面板(1)，桥面板(1)下方宽度方向的两侧分别固定有支撑纵梁(2)，桥面板(1)的下端面固定有若干横向设置的支撑横梁(3)，支撑横梁(3)均匀间隔设置，支撑横梁(3)的两端分别穿过支撑纵梁后(2)与隧道内的隧道初支钢架(8)固接为一体，隧道初支钢架(8)的内侧为隧道二次衬砌(6)，隧道二次衬砌(6)的横向钢筋锚入支撑纵梁(2)内，端部支撑横梁(4)位于隧道内需跨越空间的两端，端部支撑横梁(4)与支撑纵梁(2)固结成一体，隧道内的隧道桩基(9)设置在端部支撑横梁(4)与支撑纵梁(2)交叉位置。

2.根据权利要求1所述的具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构，其特征在于：支撑纵梁(2)向两侧隧道内的非桥跨段延伸，并支撑在围岩上。

3.根据权利要求2所述的具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构，其特征在于：支撑纵梁(2)向两侧隧道底部的岩体内延伸的长度为0.6B，B为需跨越空间的跨度。

4.根据权利要求1所述的具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构，其特征在于：支撑横梁(3)的间距与隧道初支钢架(8)的间距对应，支撑横梁(3)的间距为隧道初支钢架(8)间距的整数倍。

5.具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构施工方法，其特征在于主要包括以下步骤：

S1:按传统隧道的施工方法施工隧道的隧道初支钢架(8)和隧道二次衬砌(6)，在隧道初支钢架(8)和隧道二次衬砌(6)的拱脚处分别预留钢筋和型钢接头；

S2：施工隧道内的隧道桩基；

S3：施工支撑纵梁(2)和支撑横梁(3)；

S4：在支撑纵梁(2)和支撑横梁(3)的上方挖出桥面板(1)的空间，并在空间内浇筑混凝土形成桥面板(1)；其中：当隧道下方需跨越的空间后于隧道修建时，S3的具体步骤为：

在洞内开挖桥跨结构所需的空间，包括支撑纵梁(2)向两端隧道内延伸的空间，还包括端部支撑横梁(4)的空间，端部支撑横梁(4)的位置位于隧道桩基(9)位置处的两个支撑纵梁(2)的浇灌空间之间；安装支撑横梁(3)的钢结构，使其与隧道初支钢架(8)的拱脚预留型钢接头焊接为一体；

在挖出后的支撑纵梁(2)的空间内安装支撑纵梁(2)的钢筋，使支撑纵梁(2)的钢筋与隧道二次衬砌(6)的拱脚预留的钢筋接头通过隧道锁脚锚杆(5)固接为整体，在端部支撑横梁(4)的空间内安装端部支撑横梁(4)的钢筋，使端部支撑横梁(4)的钢筋两端分别于支撑纵梁(2)的钢筋焊接为一体，并分别在支撑纵梁(2)的空间内和端部支撑横梁(4)的空间内浇筑混凝土形成钢筋混凝土梁；当跨越空间已形成时，S3的具体步骤为：

先开挖单独一侧的支撑纵梁(2)的空间并快速浇筑混凝土形成支撑纵梁(2)，支撑纵梁(2)的空间内放置有支撑纵梁(2)的钢筋，同时在支撑纵梁(2)内预埋好支撑横梁(3)和型钢接头；

再开挖另外一侧的支撑纵梁(2)的空间并快速浇筑混凝土形成支撑纵梁(2)，支撑纵梁(2)的空间内放置有支撑纵梁(2)的钢筋，同时在支撑纵梁(2)内预埋好支撑横梁(3)和型钢接头；在端部支撑横梁(4)的空间内安装端部支撑横梁(4)的钢筋，并在端部支撑横梁(4)的空间内浇筑混凝土形成钢筋混凝土梁；

施工两根支撑纵梁(2)之间中间部分剩余的支撑横梁(3)的钢结构，与刚才支撑纵梁(2)内预埋的支撑横梁(3)的钢接头焊接成整体。

6.根据权利要求5所述的具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构施工方法，其特征在于：隧道桩基(9)采用人工挖孔工艺，人工挖孔后放入隧道桩基(9)的钢筋，然后孔内浇灌混凝土形成四根用于支撑的隧道桩基(9)。

7.根据权利要求5所述的具有隧道内跨越功能的桥梁—衬砌联合结构施工方法，其特征在于：当隧道下方需跨越的空间后于隧道修建时，还包括步骤S5：施工隧道下方的跨越空间，直接开挖围岩至桥跨结构的边缘，不需做其他支护措施。

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