CN113914889A - 一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于输水隧洞施工领域,公开了一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构及施工方法,该结构包括预制管片和位于其内壁的钢筋混凝土内衬;管片内部设置有第一钢筋笼和第一接驳器连接钢筋,其内壁设置有手孔、钢筋接驳器并开设有凹槽,第一接驳器连接钢筋一端与钢筋接驳器螺纹连接,另一端与第一钢筋笼绑扎固定;内衬内部设置有第二钢筋笼和第二接驳器连接钢筋,手孔内设有锚板,锚板上的锚筋与第二钢筋笼绑扎固定,第二接驳器连接钢筋一端与钢筋接驳器螺纹连接,另一端与第二钢筋笼绑扎固定,内衬外壁设有与凹槽紧密嵌合的凸条。本发明叠合式结构相比复合式衬砌结构,受力状况更佳,在满足同等受力前提下,减小了衬砌厚度,节约工程投资。
Description
技术领域
本发明属于输水隧洞施工技术领域,更具体地,涉及一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构及施工方法。
背景技术
随着城市化进程加快,地上可使用面积逐渐减少,地下隧道应用越来越广泛,隧道安全问题也越来越受到人们的关注。在水工隧洞、下穿江河等隧道中,尤其是承受高内外水压的复杂运行工况下,普通的单层衬砌结构常会面临渗水、腐蚀快、耐久性差等问题,于是复合式衬砌结构应运而生。
中国专利CN211144516U公开了一种高内外水压力联合作用下的复合式隧洞衬砌结构,该复合式隧洞衬砌结构内层是筒状钢衬,外层是包围该筒状钢衬的围岩,筒状钢衬和围岩之间填充钢筋混凝土。中国专利CN212054722U公开了一种可承受高内外水压的输水隧洞衬砌结构,该结构包括外衬砌层和内衬砌层,该内衬砌层由外至内依次包括第一内衬、高强传力透水格栅和第二内衬,该第一内衬和外衬砌层之间通过灌浆连接。但是这一类复合式衬砌结构是根据刚度分配理念设计的,外衬承受外水压,内衬承受内水压,当外衬存在漏水或施工不到位的情况,外衬和内衬受力模式不明确,容易造成结构整体失效,承受力差。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构及施工方法,通过预留钢筋接驳器、在预制管片内壁设置凹槽以及手孔内设置钢筋连接锚板,将外衬结构与混凝土内衬紧固连接形成整体受力结构,旨在解决现有复合式衬砌结构由于刚度分配导致复合式结构整体受力性差的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其包括预制管片和钢筋混凝土内衬;
所述预制管片内部设置有第一钢筋笼和多根第一接驳器连接钢筋,所述预制管片内壁上均匀设置有多个手孔和多个钢筋接驳器,各所述手孔内设有锚板,所述锚板中央固定连接有锚筋,各所述第一接驳器连接钢筋一端分别与各所述钢筋接驳器螺纹连接,另一端与所述第一钢筋笼绑扎固定,所述预制管片内壁上还开设有多条凹槽;
所述钢筋混凝土内衬外壁紧贴所述预制管片内壁,所述钢筋混凝土内衬内部设置有第二钢筋笼和多根第二接驳器连接钢筋,所述锚筋远离所述锚板的一端与第二钢筋笼绑扎固定,各所述第二接驳器连接钢筋一端分别与各所述钢筋接驳器远离第一接驳器连接钢筋的一端螺纹连接,另一端与所述第二钢筋笼绑扎固定,所述钢筋混凝土内衬外壁设有多个凸条,各所述凸条分别与各所述凹槽紧密嵌合。
优选地,各所述凹槽均沿所述预制管片轴向设置,多个所述凹槽沿所述预制管片环向排布。
优选地,各所述凹槽等间距设置,间隔距离为80mm-120mm。
优选地,各所述凹槽的深度为5mm-10mm,宽度为30mm-50mm。
优选地,所述第一接驳器连接钢筋远离所述钢筋接驳器的一端为弯钩形且钩住所述第一钢筋笼上的受力钢筋,所述第二接驳器连接钢筋远离所述钢筋接驳器的一端为弯钩形且钩住所述第二钢筋笼上的受力钢筋。
优选地,所述锚筋远离所述锚板的一端为弯钩形且钩住所述第二钢筋笼上的受力钢筋。
优选地,所述预制管片的厚度为200mm-300mm,所述钢筋混凝土内衬的厚度为200mm-250mm。
优选地,所述钢筋混凝土内衬内壁涂覆有渗透结晶防水涂料。
按照本发明的另一方面,还提供了一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构的施工方法,其包括如下步骤:
S1、绑扎第一钢筋笼和第一接驳器连接钢筋,连接第一接驳器连接钢筋与钢筋接驳器,并预留凹槽,进行预制管片的预制施工;
S2、盾构掘进施工,进行预制管片拼装,并安装变形缝、施工缝止水带;
S3、绑扎第二钢筋笼和第二接驳器连接钢筋,连接第二接驳器连接钢筋与钢筋接驳器,在手孔内部安装锚板并将锚筋绑扎到位;
S4、安装仰拱模板,进行钢筋混凝土内衬施工,得到叠合式隧洞衬砌结构。
优选地,上述施工方法还包括步骤S5,在所述钢筋混凝土内衬内壁涂覆渗透结晶防水涂料。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)本发明采用叠合式双层衬砌结构,通过在预制管片中设置钢筋接驳器、和凹槽以及在管片手孔中安装锚板的方式与钢筋混凝土内衬连接,使得外衬结构与混凝土内衬形成整体受力结构,结构稳定性好,预制管片能够抵抗施工期高外水压的工况,通过叠合式双层结构协同受力,在运营期能够满足高内外水压作用下的复杂受力工况。
(2)本发明通过对预制管片上凹槽大小深度及排布情况的设计,使得外衬结构和内衬结构之间产生很好的叠合,这样的双层结构更稳固,更有利于内外衬之间的传力,承受力更强。
(3)本发明通过将接驳器连接钢筋和锚板上锚筋一端设置成弯钩形,钩住钢筋笼的受力钢筋并绑扎固定,强化了预制管片和钢筋混凝土内衬内部的钢筋连接,也加强了预制管片和钢筋混凝土内衬之间的连接。
(4)本发明通过在二衬内壁涂覆渗透结晶防水涂料,结合结构自防腐,形成整体密封防腐体系,密封性好,整体耐腐蚀性强。
(5)本发明叠合式隧洞衬砌结构施工方法安全性高,无需在狭小隧洞空间里进行焊接作业,污染小,施工周期短,质量高,投资成本低。
附图说明
图1是本发明提供的叠合式隧洞衬砌结构的整体结构示意图;
图2是本发明提供的预制管片内壁的结构示意图;
图3是本发明提供的预制管片和钢筋混凝土之间通过钢筋接驳器连接的示意图;
图4是本发明提供的手孔处连接关系示意图;
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-预制管片,2-钢筋混凝土内衬,3-第一接驳器连接钢筋,4-手孔,5-钢筋接驳器,6-锚板,7-锚筋,8-凹槽,9-第二接驳器连接钢筋。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明提供的一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其包括预制管片1和钢筋混凝土内衬2,钢筋混凝土内衬2外壁紧贴预制管片1内壁。
结合图2和图3,预制管片1内部设置有第一钢筋笼和多根第一接驳器连接钢筋3,钢筋混凝土内衬2内部设置有第二钢筋笼和多根第二接驳器连接钢筋9,预制管片1内部靠近其内壁均匀埋设有多个钢筋接驳器5,第一接驳器连接钢筋3、第二接驳器连接钢筋9的数量均与钢筋接驳器5的数量相同。每个钢筋接驳器5两端分别与第一接驳器连接钢筋3和第二接驳器连接钢筋9螺纹连接,第一接驳器连接钢筋3远离钢筋接驳器5的一端与第一钢筋笼绑扎固定,第二接驳器连接钢筋9远离钢筋接驳器5的一端与第二钢筋笼绑扎固定。
预制管片1内壁上还开设有多条凹槽8,钢筋混凝土内衬2外壁上对应各凹槽8设有相同数量的凸条,各凸条分别与各凹槽8紧密嵌合。
结合图2和图4,预制管片1内壁上还均匀设置有多个手孔4,各手孔4内设有锚板6,锚板6中央固定连接有锚筋7,锚筋7远离锚板6的一端与第二钢筋笼绑扎固定。本发明对预制管片1内的手孔4连接方式进行了优化,传统方式一般采用螺栓垫片上焊接连接钢筋的方式进行连接,本发明采用锚板6连接方式的优势主要体现在两方面:1)传统连接方式需要在现场进行焊接施工,在小封闭的隧洞环境内,空气较为稀薄,焊接质量较难保证,且污染隧洞内空气,而采用锚板6方式连接,避免在狭小封闭环境下进行焊接施工,极大降低了密闭空间焊接施工带来的施工风险;2)采用焊接施工,螺栓垫片上焊接范围较为有限,连接钢筋一端与螺栓垫片采用焊接连接之后,导致连接钢筋另一端与二衬钢筋很多情况下无法连接牢固,采用锚板6连接则不存在上述问题,锚板6伸入手孔4内,并将锚板6上的锚筋7与第二钢筋笼稳固连接之后,浇筑钢筋混凝土内衬2的混凝土时,手孔4内采用该混凝土浇筑封闭,提高了连接的可靠性。
作为优选实施例,各凹槽8均沿预制管片1轴向设置,多个凹槽8沿预制管片1环向排布。进一步优选地,各凹槽8等间距设置,间隔距离为80mm-120mm,各凹槽8深度为5mm-10mm,宽度为30mm-50mm。凹槽8深度不宜太浅也不宜太深,若太浅,凸条嵌合深度不足,预制管片1和钢筋混凝土内衬2之间传力弱,无法很好地协同受力;若太深,预制管片1内部缺陷较大,不利于制作第一钢筋笼,导致预制管片1承受外水压性能差。凹槽8长度最长接近预制管片1的宽度,当凹槽8需穿过手孔4、钢筋接驳器5或注浆孔时,凹槽8可截短设置以避开其他部件。
作为优选实施例,参见图3和图4,第一接驳器连接钢筋3远离钢筋接驳器5的一端为弯钩形且钩住第一钢筋笼上的受力钢筋,第二接驳器连接钢筋9远离钢筋接驳器5的一端为弯钩形且钩住第二钢筋笼上的受力钢筋。锚筋7远离锚板6的一端也可以为弯钩形且钩住第二钢筋笼上的受力钢筋。这样设置提高了预制管片1和钢筋混凝土内衬2的受力强度,同时进一步加强了预制管片1与钢筋混凝土内衬2之间的连接,使得连接更紧固,便于传递压力。
作为优选实施例,预制管片1的厚度为200mm-300mm,钢筋混凝土内衬2的厚度为200mm-250mm。相比复合式衬砌结构,其中的二衬厚度至少需要达到300mm,本发明叠合式双层衬砌结构中的二衬厚度可设计更薄,经济性更优越。
作为优选实施例,钢筋混凝土内衬2内壁涂覆有渗透结晶防水涂料。针对输水隧洞的特点,在考虑结构自身防腐性能的前提下,在钢筋混凝土内衬2内壁涂刷水泥基渗透结晶防腐涂料,增强结构整体抗腐蚀性能。
本发明在施工阶段由预制管片1承受外部水土压力,在运营阶段由预制管片1和钢筋混凝土内衬2组成的叠合式双层衬砌结构共同承受内水压及外部水土压力,内外衬间可传递压力、剪力,由于形成一个整体,受力模式明确,荷载传递明确,且防水防腐性能好,耐久性好。
另一方面,本发明还提供了一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构的施工方法,其包括如下步骤:
S1、绑扎第一钢筋笼和第一接驳器连接钢筋3,连接第一接驳器连接钢筋3与钢筋接驳器5,并预留凹槽8,进行预制管片1的预制施工;
S2、盾构掘进施工,进行预制管片1拼装,待盾构隧洞贯通后,安装变形缝、施工缝止水带;
S3、绑扎第二钢筋笼和第二接驳器连接钢筋9,连接第二接驳器连接钢筋9与钢筋接驳器5,在手孔4内部安装锚板6,并将锚筋7与第二钢筋笼绑扎固定;
S4、安装仰拱模板,在预制管片1内壁单次浇注一节段混凝土,由于预制管片1内壁预留凹槽8,在钢筋混凝土内衬2现浇过程中与预制管片1形成整体;完成前两节段仰拱施工后,开始模板台车跟进施工,以此模式循环施工,得到叠合式隧洞衬砌结构;
S5、待钢筋混凝土内衬2混凝土凝固后,在其内壁涂覆渗透结晶防水涂料。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:包括预制管片(1)和钢筋混凝土内衬(2);
所述预制管片(1)内部设置有第一钢筋笼和多根第一接驳器连接钢筋(3),所述预制管片(1)内壁上均匀设置有多个手孔(4)和多个钢筋接驳器(5),各所述手孔(4)内设有锚板(6),所述锚板(6)中央固定连接有锚筋(7),各所述第一接驳器连接钢筋(3)一端分别与各所述钢筋接驳器(5)螺纹连接,另一端与所述第一钢筋笼绑扎固定,所述预制管片(1)内壁上还开设有多条凹槽(8);
所述钢筋混凝土内衬(2)外壁紧贴所述预制管片(1)内壁,所述钢筋混凝土内衬(2)内部设置有第二钢筋笼和多根第二接驳器连接钢筋(9),所述锚筋(7)远离所述锚板(6)的一端与第二钢筋笼绑扎固定,各所述第二接驳器连接钢筋(9)一端分别与各所述钢筋接驳器(5)远离第一接驳器连接钢筋(3)的一端螺纹连接,另一端与所述第二钢筋笼绑扎固定,所述钢筋混凝土内衬(2)外壁设有多个凸条,各所述凸条分别与各所述凹槽(8)紧密嵌合。
2.根据权利要求1所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:各所述凹槽(8)均沿所述预制管片(1)轴向设置,多个所述凹槽(8)沿所述预制管片(1)环向排布。
3.根据权利要求2所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:各所述凹槽(8)等间距设置,间隔距离为80mm-120mm。
4.根据权利要求2所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:各所述凹槽(8)的深度为5mm-10mm,宽度为30mm-50mm。
5.根据权利要求1所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:所述第一接驳器连接钢筋(3)远离所述钢筋接驳器(5)的一端为弯钩形且钩住所述第一钢筋笼上的受力钢筋,所述第二接驳器连接钢筋(9)远离所述钢筋接驳器(5)的一端为弯钩形且钩住所述第二钢筋笼上的受力钢筋。
6.根据权利要求1所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:所述锚筋(7)远离所述锚板(6)的一端为弯钩形且钩住所述第二钢筋笼上的受力钢筋。
7.根据权利要求1所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:所述预制管片(1)的厚度为200mm-300mm,所述钢筋混凝土内衬(2)的厚度为200mm-250mm。
8.根据权利要求1所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构,其特征在于:所述钢筋混凝土内衬(2)内壁涂覆有渗透结晶防水涂料。
9.一种权利要求1-8任一所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、绑扎第一钢筋笼和第一接驳器连接钢筋(3),连接第一接驳器连接钢筋(3)与钢筋接驳器(5),并预留凹槽(8),进行预制管片(1)的预制施工;
S2、盾构掘进施工,进行预制管片(1)拼装,并安装变形缝、施工缝止水带;
S3、绑扎第二钢筋笼和第二接驳器连接钢筋(9),连接第二接驳器连接钢筋(9)与钢筋接驳器(5),在手孔(4)内部安装锚板(6)并将锚筋(7)绑扎到位;
S4、安装仰拱模板,进行钢筋混凝土内衬(2)施工,得到叠合式隧洞衬砌结构。
10.根据权利要求9所述的可承受高内外水压的叠合式隧洞衬砌结构的施工方法,其特征在于:还包括步骤S5,在所述钢筋混凝土内衬(2)内壁涂覆渗透结晶防水涂料。
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