CN115263356A - 一种隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法 - Google Patents

一种隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法，其中隧道拱部预制管片衬砌结构包括若干弧形的预制管片，预制管片以两两一组环向拼接并通过贯穿两者连接部分的锚栓固定以形成拱形的管体单元，所有管体单元依次沿隧道方向拼连以形成隧道拱部的管体；管体单元的弧形外表面凹陷形成有现浇凹槽，且现浇凹槽的左右两半分别位于环向拼接的两个预制管片的接头处，现浇凹槽内设有相互固定连接的环向钢筋、横向箍筋和纵向箍筋；现浇凹槽内及其外侧通过混凝土浇筑有包覆环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋和隧道纵向钢筋的二次衬砌。本发明实现了荷载分散，改善了原有结构接缝界面集中受力情况，从而有效改进了接缝受力情况，进而降低了结构在接头处的应力强度。

Description

一种隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法。
背景技术
隧道管片是全断面隧道掘进过程中，用于衬砌支护的预制弧形片状构件，其可作为开挖的临时支护措施，也可作为隧道的永久支护措施体。若干隧道管片拼接以形成位于隧道内的管体，管片接头的处理是施工的重要环节，其很可能影响隧道的综合性能。
现有技术的隧道管片存在以下缺陷：(1)接头多采用干接头，在连接界面并没有采取一定的构造进行刚性连接，可靠性差；(2)连接设计仅考虑单向受力，忽略结构整体性，以至于容易发生连接面分离；(3)传递荷载方向的单一性，一般接头设计仅考虑结构承受弯矩及剪力作用；(4)未考虑接头柔性设计，仅注重于提高结构刚度；(5)接头自防水能力较差，现有干接头设计多依靠外部防水处理，防水处理较麻烦；(6)安装过程中的安全性缺乏保障，未设置安全结构。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法，该隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法实现了荷载分散，通过采用混凝土浇注连接换向拼接的预制管片作为整体结构，改善了原有结构接缝界面集中受力情况，从而有效改进了接缝受力情况，进而降低了结构在接头处的应力强度。
为实现上述目的，本发明提供了一种隧道拱部预制管片衬砌结构，其包括若干弧形的预制管片，所述预制管片以两两一组环向拼接并通过贯穿两者连接部分的锚栓固定以形成拱形的管体单元，所有管体单元依次沿隧道方向拼连以形成隧道拱部的管体；
所述管体单元的弧形外表面凹陷形成有现浇凹槽，且所述现浇凹槽的左右两半分别位于环向拼接的两个所述预制管片的接头处，所述现浇凹槽内设有相互固定连接的环向钢筋、横向箍筋和纵向箍筋，其中，所述环向钢筋为预制管片内预埋的且局部外漏于所述现浇凹槽中的钢筋；
所述现浇凹槽的外侧沿隧道方向设有隧道纵向钢筋，所述隧道纵向钢筋与所述纵向箍筋的顶部固定连接；
所述现浇凹槽内及其外侧通过混凝土浇筑形成有包覆所述环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋和隧道纵向钢筋的二次衬砌，且位于所述现浇凹槽外侧的二次衬砌形成位于所述管体单元外周上的凸台，依次拼连的所有管体单元上的所述凸台通过一体浇注成形，以连接隧道整体。
作为本发明的进一步优选技术方案，环向拼接的两个所述预制管片的拼接部位位于管体单元的拱顶。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述锚栓的安装孔从所述现浇凹槽的侧壁贯穿至所述预制管片的外周弧面上，且所述锚栓的中段位于所述现浇凹槽内。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述预制管片的接头处的左右侧壁形成有榫卯接头，环向拼接的两个所述预制管片通过所述榫卯接头实现拼接及定位。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋三者之间，以及所述隧道纵向钢筋与所述纵向箍筋均通过焊接或钢丝捆扎固定。
作为本发明的进一步优选技术方案，环向拼接的两个所述预制管片之间的拼接缝中预埋有缓膨型遇水膨胀止水条，该拼接缝处覆盖有水泥基渗透结晶型防水涂料。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种隧道拱部预制管片衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)将两两一组的预制管片环向拼接，并通过锚栓锁紧连接，以形成拱形的管体单元，所有管体单元依次沿隧道方向拼连以形成隧道拱部的管体；
(2)在环向钢筋上沿其长度方向间隔设置多个横向箍筋，并将两者固定连接；
(3)将纵向箍筋沿环向钢筋的长度方向设置，并将纵向箍筋与所有横向箍筋及环向钢筋固定连接，形成整体；
(4)沿隧道方向将隧道纵向钢筋设置于管体外侧，并将隧道纵向钢筋与所有管体单元的纵向箍筋固定连接；
(5)向现浇凹槽内灌注混凝土浆，以包覆其内部和外部的环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋及隧道纵向钢筋以形成钢筋混凝土结构的二次衬砌，位于现浇凹槽外侧的二次衬砌形成位于管体单元外周上的凸台，依次拼连的所有管体单元上的凸台通过一体浇注形成，以连接隧道整体。
作为本发明的进一步优选技术方案，步骤(1)中，将两两一组的预制管片在榫卯结构的定位作用下实现环向拼接。
作为本发明的进一步优选技术方案，步骤(5)之前，还需对两两一组环向拼接的预制管片的拼接缝进行以下防水处理：首先，在拼接缝内预埋缓膨型遇水膨胀止水条，然后，在拼接缝的衔接壁面上涂覆水泥基渗透结晶型防水涂料。
本发明的隧道拱部预制管片衬砌结构及其施工方法，采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
1)本发明接头采用湿接头，二次浇筑将原有分块结构连接成为整体结构，现浇形成的钢筋混凝土，具有自防水能力，即整体性均有所提高；
2)本发明考虑结构多向受力情况，设计多向布筋(环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋和隧道纵向钢筋)，不仅提高了结构抵御多种外部作用的强度，而且增强了结构柔性，弥补混凝土结构缺乏柔性的问题，即提升了结构节点的动态稳定性；
3)本发明实现了荷载分散，通过采用混凝土浇注连接换向拼接的预制管片作为整体结构，改善了原有结构接缝界面集中受力情况，从而有效改进了接缝受力情况，进而降低了结构在接头处的应力强度；
4)本发明施工过程安全性提高，外加锚栓施加预紧力，初步固定预制管片，既实现了定位作用，保证了连接的精准性，又完成了初步连接，从而保障了整个施工过程的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明预制管片提供的一实例的结构示意图；
图2为两片预制管片拼接形成管体单元的结构示意图；
图3为一个管体单元与地基的装配示意图；
图4为管体单元的接头处的结构示意图；
图5为横向箍筋的装配示意图；
图6为纵向箍筋的装配示意图；
图7为纵向箍筋的隧道纵向钢筋的装配示意图；
图8为纵向箍筋的隧道纵向钢筋的装配示意图的放大图；
图9为本发明中锚栓固定预制管片的结构图；
图10为本发明的横向箍筋的另一装配示意图；
图11为本发明的纵向箍筋的另一装配示意图；
图12为本发明混凝土浇注后的结构示意图。
图中：1、榫卯接头，2、锚栓，3、环向钢筋，4、横向箍筋，5、纵向箍筋，6、隧道纵向钢筋，7、缓膨型遇水膨胀止水条，8、水泥基渗透结晶型防水涂料，9、二次衬砌，10、预制管片，11、管体单元，12、现浇凹槽，13、地基。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-12所示，本发明提供了一种隧道拱部预制管片衬砌结构，包括若干弧形的预制管片10，所述预制管片10以两两一组环向拼接并通过贯穿两者连接部分的锚栓2固定以形成拱形的管体单元11，所有管体单元11依次沿隧道方向拼连以形成隧道拱部的管体，管体单元11的两端均搁置于地基13上；
所述管体单元11的弧形外表面凹陷形成有现浇凹槽12，且所述现浇凹槽12的左右两半分别位于环向拼接的两个所述预制管片10的接头处，所述现浇凹槽12内设有相互固定连接的环向钢筋3、横向箍筋4和纵向箍筋5，其通过焊接或钢丝捆扎固定，其中，所述环向钢筋3为预制管片10内预埋的且局部外漏于所述现浇凹槽12中的钢筋；
所述现浇凹槽12的外侧沿隧道方向设有隧道纵向钢筋6，所述隧道纵向钢筋6与所述纵向箍筋5的顶部通过焊接或钢丝捆扎固定；
所述现浇凹槽12内及其外侧通过混凝土浇筑形成有包覆所述环向钢筋3、横向箍筋4、纵向箍筋5和隧道纵向钢筋6的二次衬砌9，且位于所述现浇凹槽12外侧的二次衬砌9形成位于所述管体单元11外周上的凸台，依次拼连的所有管体单元11上的所述凸台通过一体浇注成形，以连接隧道整体，从而实现预制管片10的环向连接及不同管体单元11的预制管片10的轴向连接，提供了整体结构的力学性能、防水性能及施工安全性能。
优选地，环向拼接的两个所述预制管片10的拼接部位位于管体单元11的拱顶，两个所述预制管片10为管体单元11的左右两半部分，这样可使得其受力均匀，且便于混凝土的浇注施工，组装、施工方便。
进一步优选地，所述锚栓2的安装孔从所述现浇凹槽12的侧壁贯穿至所述预制管片10的外周弧面上，该外周弧面靠近现浇凹槽12设有供锚栓2穿入的孔，且所述锚栓2的中段位于所述现浇凹槽12内，锚栓2施加预紧力，初步固定管片，实现了定位作用，既保证了连接的精准性，又完成了初步连接，从而保障了整个施工过程的安全性。
优选地，所述预制管片10的接头处的左右侧壁形成有榫卯接头1，环向拼接的两个所述预制管片10通过所述榫卯接头1实现拼接及定位，其采用榫卯结构的连接方式，便于拼装定位，同时还可提高抗弯抗剪能力。榫卯结构是在两个构件上所采用的一种凹凸结合的连接方式，其中凸出部分叫榫(或榫头)；凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)，通过榫和卯咬合，可起到连接作用。
进一步优选地，混凝土浇筑实现了结构自防水能力的直接提升，在此基础上，还可实现双层防水处理，提高了拼接缝的防水能量，具体为：环向拼接的两个所述预制管片10之间的拼接缝中预埋有缓膨型遇水膨胀止水条7，该拼接缝处覆盖有水泥基渗透结晶型防水涂料8。
本发明还提供了一种采用上述隧道拱部预制管片衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将两两一组的预制管片10环向拼接，并通过锚栓2锁紧连接，以形成拱形的管体单元11，所有管体单元11依次沿隧道方向拼连以形成隧道拱部的管体，参阅图2和3所示；
步骤(2)、在环向钢筋3上沿其长度方向间隔设置多个横向箍筋4，并将两者固定连接，参阅图5或图10所示；
步骤(3)将纵向箍筋5沿环向钢筋3的长度方向设置，并将纵向箍筋5与所有横向箍筋4及环向钢筋3固定连接，形成整体，参阅图6或图11所示；
步骤(4)、沿隧道方向将隧道纵向钢筋6设置于管体外侧，并将隧道纵向钢筋6与所有管体单元11的纵向箍筋5固定连接，参阅图7所示；
步骤(5)、向现浇凹槽12内灌注混凝土浆，以包覆其内部和外部的环向钢筋3、横向箍筋4、纵向箍筋5及隧道纵向钢筋6以形成钢筋混凝土结构的二次衬砌9，位于现浇凹槽12外侧的二次衬砌9形成位于管体单元11外周上的凸台，依次拼连的所有管体单元11上的凸台通过一体浇注形成，以连接隧道整体，参阅图12所示。
优选地，步骤(1)中，采用具有相互配合的榫卯键槽和榫卯接头1的两个预制管片10为一组，将两两一组的预制管片10在榫卯结构的定位作用下实现环向拼接，为施工提供了便利，而且提高了结构的稳定性和可靠性。
进一步优选地，步骤(5)之前，还需对两两一组环向拼接的预制管片10的拼接缝进行以下防水处理：首先，在拼接缝内预埋缓膨型遇水膨胀止水条7，然后，在拼接缝的衔接壁面上涂覆水泥基渗透结晶型防水涂料8，以此形成一道防水结构，其与后续浇注的现浇混凝土可形成双层防水，解决了隧道拱顶部接头部位易漏水的问题。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种隧道拱部预制管片衬砌结构，其特征在于，包括若干弧形的预制管片，所述预制管片以两两一组环向拼接并通过贯穿两者连接部分的锚栓固定以形成拱形的管体单元，所有管体单元依次沿隧道方向拼连以形成隧道拱部的管体；
所述管体单元的弧形外表面凹陷形成有现浇凹槽，且所述现浇凹槽的左右两半分别位于环向拼接的两个所述预制管片的接头处，所述现浇凹槽内设有相互固定连接的环向钢筋、横向箍筋和纵向箍筋，其中，所述环向钢筋为预制管片内预埋的且局部外露于所述现浇凹槽中的钢筋；
所述现浇凹槽的外侧沿隧道方向设有隧道纵向钢筋，所述隧道纵向钢筋与所述纵向箍筋的顶部固定连接；
所述现浇凹槽内及其外侧通过混凝土浇筑形成有包覆所述环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋和隧道纵向钢筋的二次衬砌，且位于所述现浇凹槽外侧的二次衬砌形成位于所述管体单元外周上的凸台，依次拼连的所有管体单元上的所述凸台通过一体浇注成形以连接隧道整体。
2.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片衬砌结构，其特征在于，环向拼接的两个所述预制管片的拼接部位位于管体单元的拱顶。
3.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片衬砌结构，其特征在于，所述锚栓的安装孔从所述现浇凹槽的侧壁贯穿至所述预制管片的外周弧面上，且所述锚栓的中段位于所述现浇凹槽内。
4.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片衬砌结构，其特征在于，所述预制管片的接头处的左右侧壁形成有榫卯接头，环向拼接的两个所述预制管片通过所述榫卯接头实现拼接及定位。
5.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片衬砌结构，其特征在于，所述环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋三者之间，以及所述隧道纵向钢筋与所述纵向箍筋均通过焊接或钢丝捆扎固定。
6.根据权利要求1所述的隧道拱部预制管片衬砌结构，其特征在于，环向拼接的两个所述预制管片之间的拼接缝中预埋有缓膨型遇水膨胀止水条，该拼接缝处覆盖有水泥基渗透结晶型防水涂料。
7.一种权利要求1-6任一项所述的隧道拱部预制管片衬砌结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将两两一组的预制管片环向拼接，并通过锚栓锁紧连接，以形成拱形的管体单元，所有管体单元依次沿隧道方向拼连以形成隧道拱部的管体；
(2)在环向钢筋上沿其长度方向间隔设置多个横向箍筋，并将两者固定连接；
(3)将纵向箍筋沿环向钢筋的长度方向设置，并将纵向箍筋与所有横向箍筋及环向钢筋固定连接，形成整体；
(4)沿隧道方向将隧道纵向钢筋设置于管体外侧，并将隧道纵向钢筋与所有管体单元的纵向箍筋固定连接；
(5)向现浇凹槽内灌注混凝土浆，以包覆其内部和外部的环向钢筋、横向箍筋、纵向箍筋及隧道纵向钢筋以形成钢筋混凝土结构的二次衬砌，且位于现浇凹槽外侧的二次衬砌形成位于管体单元外周上的凸台，依次拼连的所有管体单元上的凸台通过一体浇注形成，以连接隧道整体。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，将两两一组的预制管片在榫卯结构的定位作用下实现环向拼接。
9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，步骤(5)之前，还需对两两一组环向拼接的预制管片的拼接缝进行以下防水处理：
首先，在拼接缝内预埋缓膨型遇水膨胀止水条，
然后，在拼接缝的衔接壁面上涂覆水泥基渗透结晶型防水涂料。
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