CN114753860B - 预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构及其施工方法。本结构包括初期支护，所述初期支护内侧为组合二次衬砌；所述组合二次衬砌底部为预制仰拱块，顶部为预制拱顶块，两侧为现浇边墙；所述预制仰拱块、预制拱顶块和现浇边墙环向组成组合二次衬砌；所述预制仰拱块纵向拼接组成装配式仰拱结构；所述现浇边墙施做于所述装配式仰拱结构两端；所述预制拱顶块纵向拼接组成装配式拱顶结构，位于两侧现浇边墙的顶部之间。本发明结合了预制和现浇两种施工工艺，用预制仰拱、预制拱顶、现浇边墙的整体结构代替传统现浇结构，现场拼装并现浇，能够有效解决传统矿山法隧道衬砌结构的仰拱及拱顶质量缺陷。

Description

预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道及地下结构工程技术领域，具体涉及一种预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构及其施工方法。

背景技术

预制构件结构有利于减少环境污染、改善施工环境、推进机械化施工、保证施工质量和提高施工效率，越来越多的受到多个行业的青睐。由于受行业习惯及技术储备的影响，目前铁路隧道工程结构仍多采用现浇结构。对在建及运营隧道调查、统计后可知，隧道仰拱(底板)及拱顶现浇结构是在整个隧道衬砌结构中发生病害最多的两个部位，结构发生局部损坏，导致铁路降速运行甚至线路中断的事故，引起各方高度重视，并投入了巨大的人力物力进行整治。

传统钻爆法施工的隧道衬砌一般采用现浇结构形式。施工时通常先对仰拱部位绑扎钢筋并浇筑混凝土，仰拱浇筑时两侧预留边墙接茬钢筋，待仰拱往掌子面方向施作一定步距之后，再利用衬砌模板台车对边墙及拱部进行钢筋绑扎并整体浇筑混凝土，边墙脚与仰拱通过接茬钢筋连接形成整体。由于施工质量不到位，造成在建及运营过程中隧道仰拱变形、开裂、上鼓和翻浆冒泥，拱顶衬砌开裂甚至剥落掉块等病害，极大程度上威胁着线路行车安全。

因此，对现浇隧道衬砌结构进行优化，从根本上解决隧道衬砌仰拱及拱部质量缺陷问题，提高隧道工程质量，充分保证隧道内行车安全成为了隧道建设的迫切需要。预制装配式隧道仰拱及拱顶结构有利于保证结构质量、可拆卸、施工速度快、机械化施工程度高、减少隧道内施工人员数量，因此应加快预制装配式结构在隧道工程中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构及其施工方法，以至少解决现浇结构施工质量不到位、引起隧道病害的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，所述结构包括初期支护，所述初期支护内侧为组合二次衬砌；

所述组合二次衬砌底部为预制仰拱块，顶部为预制拱顶块，两侧为现浇边墙；所述预制仰拱块、预制拱顶块和现浇边墙环向组成组合二次衬砌；

所述预制仰拱块纵向拼接组成装配式仰拱结构；所述现浇边墙施做于所述装配式仰拱结构两端；所述预制拱顶块纵向拼接组成装配式拱顶结构，位于两侧现浇边墙的顶部之间。

进一步地，所述预制仰拱块顶部为平面，底部为下凹的弧面，具有纵向的孔洞；

所述预制仰拱块内预设有纵向的精轧螺纹钢，所述精轧螺纹钢端部设置有连接器；多个预制仰拱块纵向拼接时通过精轧螺纹钢和连接器实现连接。

进一步地，所述预制仰拱块纵向两端的端面设置有弧形槽，弧形槽内设置有第一复合型膨胀止水带；

所述预制仰拱块环向两端的端面设置有条形槽，条形槽内设置有第一纵向遇水膨胀橡胶止水条。

进一步地，所述预制仰拱块设置有径向的吊孔，所述吊孔兼做注浆孔。

进一步地，所述预制拱顶块纵向两端的端面设置有螺孔，多个预制拱顶块纵向拼接时通过纵向连接螺栓实现连接。

进一步地，所述预制拱顶块的螺孔为弯螺孔或斜螺孔，对应的纵向连接螺栓为弯螺栓或斜螺栓。

进一步地，所述预制拱顶块纵向两端的端面设置有弧形槽，弧形槽内设置有第二复合型膨胀止水带；

所述预制拱顶块环向两端的端面设置有纵向的凸条，凸条上设置有条形槽，条形槽内设置有第二纵向遇水膨胀橡胶止水条。

进一步地，所述预制拱顶块设置有径向的注浆孔。

进一步地，所述装配式仰拱结构下方设置有碎石垫层，上方设置有混凝土填充找平层。

另一方面，预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构的施工方法，所述方法包括以下步骤：

将预制仰拱块沿隧道的延伸方向拼接，组成装配式仰拱结构；

沿隧道纵向分段浇筑拱脚、边墙衬砌，形成现浇边墙；

将预制拱顶块运输至施工位置，举高、顶推至安装位置；

将预制拱顶块沿隧道的延伸方向拼接，组成装配式拱顶结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明结合了预制和现浇两种施工工艺，用预制仰拱、预制拱顶、现浇边墙的整体结构代替传统现浇结构，现场拼装并现浇，获得预制结合现浇的装配式隧道衬砌结构，能够有效解决传统矿山法隧道衬砌结构的仰拱及拱顶质量缺陷。

本发明的结构中，仰拱及拱顶衬砌采用预制拼装结构，预制件在预制厂中批量生产，然后运到现场采用机械化拼装，可有效减少环境污染、改善施工环境、推进机械化施工和提高施工效率。结构采用工厂化预制，可有效保确保结构质量，避免由于现浇工艺问题带来的仰拱、拱顶衬砌质量缺陷，减少仰拱、顶衬砌病害发生，减少运营期保养，维修费用，保证行车安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是本发明结构的断面图。

图2是预制仰拱块的结构图。

图3是预制仰拱块的纵向连接图。

图4是预制拱顶块的结构图。

图5是基于弯螺栓的预制拱顶块纵向连接图。

图6是基于斜螺栓的预制拱顶块纵向连接图。

图7是本发明的方法过程示意图(一)。

图8是本发明的方法过程示意图(二)。

图9是本发明的方法过程示意图(三)。

图10是本发明的方法过程示意图(四)。

图中标识为：

1.初期支护；2.防水系统；3.碎石垫层；4.预制仰拱块；5.现浇边墙；6.预制拱顶块；7.混凝土填充找平层；8.侧沟；9.电缆槽；

41.精轧螺纹钢；42.连接器；43.第一复合型膨胀止水带；44.第一纵向遇水膨胀橡胶止水条；45.吊孔；46.垫板；

61.纵向连接螺栓；62.第二纵向遇水膨胀橡胶止水条；63.注浆孔；64.第二复合型膨胀止水带。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，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，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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在本专利中的具体含义。

本发明涉及了一种预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，该结构包括初期支护1和二次衬砌，其中二次衬砌为组合式结构，部分构件为预制件，工厂预制后运输到实地，现场拼装，其余结构采用现浇方式在实地现场施工构筑，本发明结合了预制和现浇两种工艺各自的优势，在现浇结构的基础上构建出能克服质量缺陷的装配式仰拱结构和装配式拱顶结构，有效提升了施工速度，还在施工技术上更加的标准化。

如图1，本发明的结构包括初期支护1，初期支护1内侧为组合二次衬砌。组合二次衬砌底部为预制仰拱块4，顶部为预制拱顶块6，两侧为现浇边墙5。预制仰拱块4、预制拱顶块6和现浇边墙5环向组成组合二次衬砌。沿隧道延伸方向定义为“纵向”，上述结构中：预制仰拱块4纵向拼接组成装配式仰拱结构；现浇边墙5施做于装配式仰拱结构两端；预制拱顶块6纵向拼接组成装配式拱顶结构，位于两侧现浇边墙5的顶部之间。

本发明的结构中，仰拱和拱顶为预制结构，边墙为现浇结构。预制结构涉及了两类，一类为预制仰拱块4，另一类为预制拱顶块6。

1、预制仰拱块4：

如图2，本发明涉及的预制仰拱块4顶部为平面，底部为下凹的弧面，具有纵向的孔洞，整体呈箱形。图2中所示的预制仰拱块4具有纵向的三个孔洞，由两道竖向的隔板隔开，这样的结构综合考虑了自身结果和填充，不仅减轻了自重，中间的隔板还为上部结构提供更好的支撑力。

预制仰拱块4内预设有纵向的精轧螺纹钢41，所述精轧螺纹钢41端部设置有连接器42。多个预制仰拱块4纵向拼接时通过精轧螺纹钢41和连接器42实现连接。图2中所示的预制仰拱块4具有四根精轧螺纹钢41，位于预制仰拱块4两侧和中间部位，环向均匀布置。

如图3，连接器42为钢筋接驳器，所在位置处的预制仰拱块4端部具有扩大孔洞，连接器42一端的精轧螺纹钢41上环套有垫板46，垫板46直径大于连接器42直径并位于孔洞底部。

如图2，所述预制仰拱块4纵向两端的端面设置有弧形槽，弧形槽内设置有第一复合型膨胀止水带43。预制仰拱块4前后拼接时，第一复合型膨胀止水带43能起到密封防水及缓冲作用。所述预制仰拱块4环向两端的端面不为平面，且设置有条形槽，条形槽内设置有第一纵向遇水膨胀橡胶止水条44。预制仰拱块4端部上方施做现浇边墙5时，非平面的接缝能提供更大的接触面积，第一纵向遇水膨胀橡胶止水条44也可以起到密封防水作用。

如图2，所述预制仰拱块4设置有径向的吊孔45，所述吊孔45也可兼做注浆孔。吊孔45位于隔板的位置。

2、预制拱顶块6：

如图3，所述预制拱顶块6纵向两端的端面设置有螺孔，多个预制拱顶块6纵向拼接时通过纵向连接螺栓61实现连接。如图4和图5，所述预制拱顶块6的螺孔为弯螺孔或斜螺孔，对应的纵向连接螺栓61为弯螺栓或斜螺栓。

如图4和图5，所述预制拱顶块6纵向两端的端面设置有弧形槽，弧形槽内设置有第二复合型膨胀止水带64。多个如图4和图5前后拼接时，第二复合型膨胀止水带64可以起到密封防水作用。

如图4，所述预制拱顶块6环向两端的端面设置有纵向的凸条，凸条上设置有条形槽，条形槽内设置有第二纵向遇水膨胀橡胶止水条62。凸条的设置令预制拱顶块6环向两端的端面形成台阶，可以与现浇边墙5形成更大面积的接触，还能起到防止错位的作用。第二纵向遇水膨胀橡胶止水条62也可以起到密封防水作用。

如图4，所述预制拱顶块6设置有径向的注浆孔63。

组合二衬结构还具有其他辅助结构，如图1，所述装配式仰拱结构下方设置有碎石垫层3，上方设置有混凝土填充找平层7。

如图7-10，上述预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：开挖隧道轮廓；

步骤二：及时施作初期支护1；

步骤三：在初期支护1内侧施作防水系统2；

步骤四：滞后掌子面一定距离，在仰拱位置施作碎石垫层3，以解决仰拱开挖面凹凸不平的问题，便于预制仰拱块4的定位及安装；

步骤五：将预制仰拱块4运至施工位置，现场拼装，采用精轧螺纹钢41通过连接器42进行纵向连接，组成装配式仰拱结构，结构上部表面可满足洞内施工期间的通行需求；

步骤六：沿隧道纵向分段浇筑拱脚、边墙衬砌，形成现浇边墙5，装配式仰拱预制块4两侧与现浇二次衬砌5相接处采用形、“L”形或者凹凸榫等形式进行连接。当围岩条件好、受力满足要求时，装配式仰拱预制块4与现浇二次衬砌5之间钢筋可不拉通连接。当围岩条件较差时，需要将仰拱预制块钢筋与现浇结构连接时，应在装配式仰拱预制块4端部预留钢筋接头，长度满足钢筋连接规范要求，后期现浇二次衬砌5施工时，进行钢筋连接，满足隧道结构受力需要。

步骤七：将预制拱顶块6运输至施工位置，举高、顶推至安装位置；

步骤八：采用纵向连接螺栓61将预制拱顶块6拼装连接为一体，组成装配式拱顶结构；

步骤九：通过吊孔45和注浆孔63向装配式仰拱结构及装配式拱顶结构背后注浆，填充背后空腔。

步骤十：在预制仰拱块4上方施做混凝土填充找平层7，在隧道两侧设置纵向的侧沟8及电缆槽9。

现浇方式施工的隧道衬砌结构中，仰拱容易在服役运营过程中出现变形、开裂、上鼓和翻浆冒泥，拱顶容易在服役运营过程中发生掉块、脱空。本申请的结构中，拱顶和仰拱部分均为预制拼接结构，质量可控，能有效克服这两部分衬砌结构病害出现的问题，是局部预制的衬砌结构。

全部预制和全部现浇，工程上都有实践。全部预制的形式，初支施工完成后，容易造成表面凹凸不平。全部采用装配式衬砌，背后密贴性差，注浆量大。但预制和现浇两种施工模式也都是具有技术优势的：预制模式中，构件质量可控，施工效率高；现浇模式则可以避免预制构件的精度控制问题，也可以根据现场情况对构件结构进行灵活调整。

本申请将容易出现病害的部分设计为预制结构，其他部分设计为现浇结构，为了更好的融合两种形式的结构，在节点部位、在施工步骤中均采用了针对性的手段，在经济性和施工效率方面做了折中，充分发挥两种施工方式的优势。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，其特征在于：

所述结构包括初期支护（1），所述初期支护（1）内侧为组合二次衬砌；

所述组合二次衬砌底部为预制仰拱块（4），顶部为预制拱顶块（6），两侧为现浇边墙（5）；所述预制仰拱块（4）、预制拱顶块（6）和现浇边墙（5）环向组成组合二次衬砌；

所述预制仰拱块（4）纵向拼接组成装配式仰拱结构；所述现浇边墙（5）施做于所述装配式仰拱结构两端；所述预制拱顶块（6）纵向拼接组成装配式拱顶结构，位于两侧现浇边墙（5）的顶部之间；

所述预制仰拱块（4）顶部为平面，底部为下凹的弧面，具有纵向的孔洞；

所述预制仰拱块（4）内预设有纵向的精轧螺纹钢（41），所述精轧螺纹钢（41）端部设置有连接器（42）；多个预制仰拱块（4）纵向拼接时通过精轧螺纹钢（41）和连接器（42）实现连接；

所述预制仰拱块（4）纵向两端的端面设置有弧形槽，弧形槽内设置有第一复合型膨胀止水带（43）；

所述预制仰拱块（4）环向两端的端面设置有条形槽，条形槽内设置有第一纵向遇水膨胀橡胶止水条（44）。

2.根据权利要求1所述的预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，其特征在于：

所述预制仰拱块（4）设置有径向的吊孔（45），所述吊孔（45）兼做注浆孔。

3.根据权利要求2所述的预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，其特征在于：

所述预制拱顶块（6）纵向两端的端面设置有螺孔，多个预制拱顶块（6）纵向拼接时通过纵向连接螺栓（61）实现连接。

4.根据权利要求3所述的预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，其特征在于：

所述预制拱顶块（6）的螺孔为弯螺孔或斜螺孔，对应的纵向连接螺栓（61）为弯螺栓或斜螺栓。

5.根据权利要求4所述的预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，其特征在于：

所述预制拱顶块（6）纵向两端的端面设置有弧形槽，弧形槽内设置有第二复合型膨胀止水带（64）；

所述预制拱顶块（6）环向两端的端面设置有纵向的凸条，凸条上设置有条形槽，条形槽内设置有第二纵向遇水膨胀橡胶止水条（62）。

6.根据权利要求5所述的预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，其特征在于：

所述预制拱顶块（6）设置有径向的注浆孔（63）。

7.根据权利要求6所述的预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构，其特征在于：

所述装配式仰拱结构下方设置有碎石垫层（3），上方设置有混凝土填充找平层（7）。

8.如权利要求1-7任一所述的预制结合现浇的钻爆法隧道组合衬砌结构的施工方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

将预制仰拱块（4）沿隧道的延伸方向拼接，组成装配式仰拱结构；

沿隧道纵向分段浇筑拱脚、边墙衬砌，形成现浇边墙（5）；

将预制拱顶块（6）运输至施工位置，举高、顶推至安装位置；

将预制拱顶块（6）沿隧道的延伸方向拼接，组成装配式拱顶结构。