CN116145481A - 弧形轨道板加固措施 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弧形轨道板加固措施，包括以下步骤：S1、于斜井的下层基岩间隔预设多对连接件，一对连接件分别位于预设的两对轨道段下方；S2、通过钢构件将一对连接件的相邻的两端进行卡接，然后将一对连接件凸设于下层基岩上，再将相邻的轨道段通过榫卯连接设于一对连接件上；S3、重复步骤S1和S2，沿斜井的下层基岩弧度依次连接多对轨道段，直至连接完最后一对轨道段，形成一对弧形轨道板；S4、用膨胀砂浆将弧形轨道板与钢构件、弧形轨道板与下层基岩之间填充振实。本发明通过榫卯接连方式将钢构件限位固定于轨道，具有在不破坏弧形轨道板的基础上加固其结构的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及斜井轨道施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种弧形轨道板加固措施。
背景技术
近年来，地下工程取得了蓬勃发展，同时使隧道掘进机有了广泛应用。隧道掘进机(TBM)，是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送泥渣、拼装隧道衬砌等功能，已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
隧道掘进机广泛的适应性，已经应用在越来越多的地下领域中，如在抽水蓄能隧道的应用。随着抽水蓄能这一发电形式电站的快速发展，输水系统越来越多采用斜井布置，这主要是斜井和竖井相比具有水道短、水力过流条件好、节省投资、可以提高电站效益等优点。斜井TBM可用于斜井隧洞的开挖，斜井TBM的开挖掘进首先要进行组装和始发，例如申请公开号为CN112343608A的中国发明专利申请公开的一种斜井TBM始发系统及其始发方法，包括始发洞室，始发洞室与斜井交汇处设有步进始发台装置或弧形始发架，其中，弧形始发架包含有弧形轨道板。在挖掘好始发洞后，利用弧形轨道板将斜井TBM主机段安全推进到始发洞内再进行掘进是斜井掘进施工的常规方法。目前，弧形轨道板大多数采用的是钢筋连接成结构后用混凝土分段浇筑形成，然而，在斜井TBM步进时，始发段弧形轨道板受力极大，且由于TBM步进油缸两侧推力不均，导致弧形轨道板容易出现翘起、上浮，底部混凝土被拉裂，结构不稳定等问题，影响斜井TBM后续掘进进程。常用的加固结构方法是采用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高轨道板的承载力进行加固，但粘贴钢板加固时须采用必要的螺栓锚固措施，会不可避免地对原结构造成一定的损伤。因此，如何设计弧形轨道板加固措施，以获得在不损伤弧形轨道板结构的基础上加固其结构、防止弧形轨道板翘起和上浮的有益效果是值得深思的。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种弧形轨道板加固措施，包括以下步骤：
S1、于斜井的下层基岩间隔预设多对连接件，一对连接件分别位于预设的两对轨道段下方；
S2、通过钢构件将一对连接件的相邻的两端进行卡接，然后将一对连接件凸设于下层基岩上，再将相邻的轨道段通过榫卯连接设于一对连接件上；
S3、重复步骤S1和S2，沿斜井的下层基岩弧度依次连接多对轨道段，直至连接完最后一对轨道段，形成一对弧形轨道板；
S4、用膨胀砂浆将弧形轨道板与钢构件、弧形轨道板与下层基岩之间填充振实。
优选的是，所述连接件包括钢腹板、间隔凸设于所述钢腹板上端的多个钢榫头，多个钢榫头沿所述轨道段长度方向设置，
所述轨道段底部间隔凹设有多个与所述钢榫头相对应的榫槽，对应的钢榫头与榫槽通过形成榫卯结构配合连接。
优选的是，所述钢榫头为直角榫、燕尾榫、椭圆榫、圆榫中任意的一种。
优选的是，所述钢构件为槽钢，其包括钢底板、设于所述钢底板两端的一对钢固定板，一对钢固定板分别对应卡接于相邻轨道段的一对连接件上。
优选的是，所述连接件还包括：
侧板，其设于所述钢腹板一端；
类L形卡板，其具有竖板和设于所述竖板下端的横板，所述竖板顶端设于所述钢腹板的另一端，且所述横板自由端朝向所述侧板设置，所述类L形卡板与所述侧板、所述钢腹板形成类L形的间隙，所述固定板卡接于所述间隙内；
固连桩，其设于所述类L形卡板下端，所述固连桩下端设于下层基岩上。
优选的是，所述类L形卡板、所述钢腹板、所述钢榫头、所述侧板、所述固连桩一体形成。
优选的是，还包括以下步骤：
S5、于一对弧形轨道板之间用混凝土浇筑形成混凝土板，所述混凝土板沿其弧度间隔凸设多块混凝土预制块，所述混凝土预制块中部沿其长度方向开设预留孔；
S6、多块混凝土预制块通过预应力钢绞线连接，所述预应力钢绞线依穿过多块混凝土预制块的预留孔，直至所述预应力钢绞线穿过最后一块混凝土预制块，将所述预应力钢绞线两端固定位于所述弧形轨道板两端的下层基岩的锚固桩上。
优选的是，所述锚固桩制备方法包括以下步骤：
于所述弧形轨道板两端的下层基岩上开凿桩孔；
将钢筋圆柱架置于所述桩孔中；
往所述桩孔中浇筑混凝土，混凝土与钢筋圆柱架一体形成所述锚固桩。
优选的是，所述混凝土预制块为弧形块，其高度为30～50cm，长度和宽度均为40～50cm。
优选的是，所述预留孔的直径大于50mm。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明采用将钢构件卡接于连接件上、连接件与轨道段榫卯连接，使得钢构件限位固定于相邻的两轨道段上，为两轨道段连接处实施一定的预应力，提高由多对轨道对组成的一对弧形轨道板的承载力，从而加固弧形轨道板的结构，且本发明采用卡接和榫卯连接的方式将钢构件限位固定于轨道段底部，相较于传统的通过粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在轨道上，不会对轨道造成损伤。
第二、本发明采用混凝土预制块、预应力钢绞线将混凝土板和一对弧形轨道板、下层基岩形成固定结构，使得隧道掘进机对轨道的使用无影响、施工方便快捷，并能够显著提高混凝土板结构的承载能力，从而拉紧一对弧形轨道板，减少其产生形变及其上浮。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为采用本发明的其中一种技术方案的所述加固措施加固后的弧形轨道板侧视图；
图2为本发明的其中一种技术方案的所述连接件与所述钢构件的连接侧视图；
图3为本发明的其中一种技术方案的所述加固措施加固后的弧形轨道板截面剖视图；
图4为本发明的其中一种技术方案的所述加固措施加固后的弧形轨道板正视图；
图5为本发明的其中一种技术方案的所述加固措施加固后的弧形轨道板俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语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，并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发明的限制。
如图1～5所示，本发明提供一种弧形轨道板加固措施，包括以下步骤：
S1、于斜井的下层基岩1间隔预设多对连接件2，一对连接件2分别位于预设的两对轨道段4下方，每对连接件2中的两个连接件2相向设置，所述连接件2横跨一对轨道段4设置，两个连接件2分别位于预设的两对轨道段4下方，且靠近两对轨道段4连接处设置；
S2、通过钢构件3将一对连接件2的相邻的两端进行卡接，然后将一对连接件2凸设于下层基岩1上，再将相邻的轨道段4通过榫卯连接设于一对连接件2上，所述钢构件3可为槽钢或两侧设有类L形板的钢板，所述连接件2可通过设于下层基岩1上的固定环和设于所述连接件2下端的钢构、或通过于下层基岩1上的钻孔和固定插于钻孔的固连桩25来实现与所述下层基岩1的固定连接，分别设于两对轨道段4上的一对连接件2通过所述钢构件3形成一体结构，所述钢构件3将相邻的两对轨道段4连接形成整体，实现了对相邻两对轨道段4的连接位置进行加固；所述钢构件3卡接于所述连接件2上，所述连接件2通过榫卯连接与所述轨道段4实现连接，卡接与榫卯连接的方式使得所述钢构件3、所述连接件2、所述轨道段4之间连接简单，且不会和传统方法用膨胀螺栓或锚栓一样给所述轨道结构带来破坏；
S3、重复步骤S1和S2，沿斜井的下层基岩1弧度依次连接多对轨道段4，直至连接完最后一对轨道段4，形成一对弧形轨道板，沿斜井的下层基岩1弧度从上自下依次通过所述钢构件3和所述连接件2连接多对轨道段4，相邻的两轨道段4间通过传统的焊接或胶接的方式进行连接，多对轨道段4连接形成一对弧形轨道板；
S4、用膨胀砂浆5将弧形轨道板与钢构件3、弧形轨道板与下层基岩1之间填充振实，所述膨胀砂浆5通过砂浆泵从侧边灌注入弧形轨道板与钢构件3、弧形轨道板与下层基岩1之间(为便于直观理解所述钢构件3、所述连接件2与所述轨道段4之间的结构关系，附图1中只展示了弧形轨道板与下层基岩1之间的膨胀砂浆5)，并填充振实，使所述弧形轨道板、所述钢构件3、所述下层基岩1连接，不会造成所述弧形轨道板底部脱空从而加剧结构的不稳定。
在上述技术中，先通过钻孔机沿斜井的下层基岩1弧度钻多对钻孔，相邻两对钻孔之间的间距和钻孔的数量分别由一对轨道段4的长度和预设的弧形轨道长度所决定，其中，所述轨道段4采用C30钢筋混凝土，配C22@200面层钢筋形成，所述轨道段4长度为3063～3276mm，轨道段4高度为0.85m、宽度为0.65m；将一钢构件3两端通过卡接的方式先设于一对连接件2上，再将一对连接件2通过下端设置的固连桩25插入钻孔以及在钻孔内灌注混凝土与下层基岩1固定连接，其中，钻孔深度为3m；再将一对轨道段4通过榫卯连接的方式与一对连接件2连接，所述钢构件3的宽度大于两对轨道段4之间的间距，所述钢构件3、所连接件2的长度大于一对轨道段4之间的距离，一对轨道段4之间的间距由隧道掘进机(TBM)决定；重复步骤S1和S2，沿斜井的下层基岩1弧度依次连接多对轨道段4，直至连接完最后一对轨道段4，形成一对弧形轨道板后，于弧形轨道板与钢构件3、弧形轨道板与下层基岩1之间通过砂浆泵从侧边灌注M35微膨胀砂浆5，并填满振实；所述钢构件3通过一对连接件2限位固定于所述弧形轨道板的受拉缘或薄弱部位(两轨道段4的连接处)，与所述弧形轨道板形成整体结构，为所述弧形轨道板施加一定初始应力(即预应力)，能够较大幅度提高弧形轨道的承载能力，相较于传统的通过粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在轨道上，本发明采用卡接和榫卯连接的方式将钢构件3限位固定于轨道底部，不会对轨道造成损伤。
在另一种技术方案中，所述连接件2包括钢腹板22、间隔凸设于所述钢腹板22上端的多个钢榫头21，多个钢榫头21沿所述轨道段4长度方向设置，
所述轨道段4底部间隔凹设有多个与所述钢榫头21相对应的榫槽，对应的钢榫头21与榫槽通过形成榫卯结构配合连接，所述钢榫头21按形状分可为直角榫、燕尾榫、椭圆榫或圆榫，所述轨道段4在制备时可通过下端模板的设置留有与所述钢榫头21对应的榫槽，所述榫槽可设置为与对应所述钢榫头21的沟槽，所述沟槽内的槽与所述钢榫头21相对应，通过吊机将所述轨道段4吊至所述连接件2上方，从侧边或上边将所述榫槽对应咬合于所述钢榫头21上，所述钢榫头21和所述榫槽形成榫卯结构，使得卡接有钢构件3的连接件2与所述轨道段4实现榫卯连接，不用破坏轨道段4结构即可将所述钢构件3限位固定于轨道段4底部，进而对轨道段4提供一定的预应力，提高轨道段4的承载能力，加固轨道段4结构稳定性。
在另一种技术方案中于，所述钢榫头21为直角榫、燕尾榫、椭圆榫、圆榫中任意的一种，所述钢榫头21的截面形状可为直角、椭圆或圆形，所述钢榫头21为直角榫、燕尾榫、椭圆榫、圆榫中任意的一种的设置，为所述钢榫头21和所述榫槽提供更多种不同榫卯结构。
在另一种技术方案中，所述钢构件3为槽钢，其包括钢底板31、设于所述钢底板31两端的一对钢固定板32，一对钢固定板32分别对应卡接于相邻轨道段4的一对连接件2上，所述钢构件3亦可为两侧设有类U形的固定侧板23的长条钢，所述钢构件3的材质为碳素钢材质，将所述槽钢从侧边插入所述连接件2上，所述钢构件3在一对连接件2内可限位活动，会抵消轨道段4在外部荷载作用下产生的拉应力，使其内力重分布，提高轨道段4承载能力，以此达到由多对轨道段4形成的弧形轨道板进行加固的目的。
在另一种技术方案中，所述连接件2还包括：
侧板23，其设于所述钢腹板22一端，所述侧板23的材质可为碳素钢或混凝土钢筋材质，所述材质使得所述侧板23具有一定的强度和硬度；
类L形卡板24，其具有竖板和设于所述竖板下端的横板，所述竖板顶端设于所述钢腹板22的另一端，且所述横板自由端朝向所述侧板23设置，所述类L形卡板24与所述侧板23、所述钢腹板22形成类L形的间隙，所述固定板卡接于所述间隙内，所述类L形卡板24的材质可为碳素钢或混凝土钢筋材质，所述材质使得所述类L形卡板24具有一定的强度和硬度，所述类L形卡板24与所述侧板23、所述钢腹板22形成类L形的间隙，从侧边将所述钢构件3插入所述间隙内，并使其限位活动于所述间隙内，以实现所述钢构件3卡接于所述连接件2上；
固连桩25，其设于所述类L形卡板24下端，所述固连桩25下端通过钻孔设于下层基岩1上，所述固连桩25的材质可为混凝土钢筋或碳素钢材质，所述固连桩25设于所述横板下端，将固连桩25插入钻孔后用混凝土或固锚剂固定所述固连桩25，从而实现所述连接件2凸设于所述下层基岩1上。
在上述技术方案种，所述侧板23、所述钢腹板22、所述类L形卡板24之间形成了具有一定空间的间隙，将纲构件从侧边插入所述间隙内，实现了所述钢构件3卡接于所述连接件2上，且所述钢构件3可在所述连接件2内限位活动，以适应所述轨道段4受到外部荷载作用下产生的微小形变；所述固连桩25的设置可将所述连接件2与所述下层基岩1连接成一体，继而将所述钢构件3、所述轨道段4固定于所述下层基岩1上，以免隧道掘进机(TBM)在掘进时带动所述轨道段4移动。
在另一种技术方案中，所述类L形卡板24、所述钢腹板22、所述钢榫头21、所述侧板23、所述固连桩25一体形成，所述类L形卡板24、所述钢腹板22、所述钢榫头21、所述侧板23、所述固连桩25共同构成所述连接件2，其一体形成使得所连接件2具有高强度以适应所述钢构件3对所述轨道段4的固定，而不会因外部荷载过大造成两轨道段4连接处分裂，所述连接件2因强度不够使得所述钢构件3无法固定于所述轨道段4上。
在另一种技术方案中，还包括以下步骤：
S5、于一对弧形轨道板之间用混凝土浇筑形成混凝土板6，所述混凝土板6沿其弧度间隔凸设多块混凝土预制块71，所述混凝土预制块71中部沿其长度方向开设预留孔，亦可于每对轨道段4之间用混凝土以及钢筋浇筑形成多块混凝土板6，所述混凝土板6连接一对弧形轨道板，为一对弧形轨道板提供固定拉力，以防弧形轨道在外部荷载的作用下产生向外的形变，所述混凝土预制块71通过涂抹水泥砂浆凸设固定于所述混凝土板6上；
S6、多块混凝土预制块71通过预应力钢绞线72连接，所述预应力钢绞线72依穿过多块混凝土预制块71的预留孔，直至所述预应力钢绞线72穿过最后一块混凝土预制块71，将所述预应力钢绞线72两端固定位于所述弧形轨道板两端的下层基岩1的锚固桩8上，所述预应力钢绞线72一端固定于位于所述弧形轨道板上端的下层基岩1的锚固桩8上，然后依次穿过多块混凝土预制块71的预留孔，再通过在所述混凝土预制块71底部涂抹水泥砂浆将所述混凝土预制块71固定粘贴于所述混凝土板6上；所述预应力钢绞线72两端固定位于所述弧形轨道板两端的下层基岩1的锚固桩8上的设置，使得所述混凝土板6、所述混凝土预制块71和预应力钢绞线72联合起来共同受力，张拉预应力钢绞线72产生的压应力，可防止所述混凝土板6以及一同连接的所述弧形轨道板上浮和翘起。
在上述技术方案中，所述预应力钢绞线72一端固定于位于所述弧形轨道板上端的下层基岩1的锚固桩8上，然后穿过C30混凝土预制块71，其中，预留孔的孔径为6cm，混凝土预制块71高度为50cm，再通过在所述混凝土预制块71底部涂抹水泥砂浆将所述混凝土预制块71固定粘贴于所述混凝土板6上，重复操作，依次穿过多块混凝土预制块71，直至完成最后一块混凝土预制块71的粘贴固定，将所述预应力钢绞线72的下端固定于位于所述弧形轨道板上端的下层基岩1的锚固桩8上，所述混凝土板6、所述混凝土预制块71和预应力钢绞线72联合起来共同受力，张拉预应力钢绞线72产生的压应力，会抵消混凝土板6在外部荷载作用下产生的拉应力，为所述混凝土板6和一同连接的所述弧形轨道板提高其承载力，防止所述弧形轨道板因负荷过大翘起和上浮。
在另一种技术方案中，所述锚固桩8制备方法包括以下步骤：
于所述弧形轨道板两端的下层基岩1上开凿桩孔，所述桩孔可为圆柱形、类长方形或圆锥形；
将钢筋圆柱架置于所述桩孔中，所述钢筋圆柱架由多个钢筋一体构成；
往所述桩孔中浇筑混凝土，混凝土与钢筋圆柱架一体形成所述锚固桩8，所述混凝土为C30混凝土。
在上述技术方案中，先用钻孔机于所述弧形轨道板两端的下层基岩1上开凿直径为60cm，深度为70cm的桩孔，并清除所述桩孔中的沉渣，将所述钢筋圆柱架平整置于所述桩孔中，往所述桩孔中浇筑C30混凝土，混凝土与钢筋圆柱架一体形成所述锚固桩8，上下两端的锚固桩8为所述预应力钢绞线72提供固定装置。
在另一种技术方案中，所述混凝土预制块71为弧形块，其高度为30～50cm，长度和宽度均为40～50cm，所述混凝土预制块71为底部是弧形的弧形块，所述弧形有助于所述混凝土预制块71底部更加牢固地粘贴于所述混凝土板6上；所述混凝土预制块71的高度、长度、宽度尺寸设置使得所述混凝土预制块71为混凝土板6提供一定的压力，但又不影响所述弧形轨道板的使用。
在另一种技术方案中，所述预留孔的直径大于50mm，所述预留孔的尺寸略大于所述预应力钢绞线72的直径，所述尺寸使得所述预应力钢绞线顺穿过的同时，不削减所述混凝土预制块71的强度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.弧形轨道板加固措施，其特征在于，包括以下步骤：
S1、于斜井的下层基岩间隔预设多对连接件，一对连接件分别位于预设的两对轨道段下方；
S2、通过钢构件将一对连接件的相邻的两端进行卡接，然后将一对连接件凸设于下层基岩上，再将相邻的轨道段通过榫卯连接设于一对连接件上；
S3、重复步骤S1和S2，沿斜井的下层基岩弧度依次连接多对轨道段，直至连接完最后一对轨道段，形成一对弧形轨道板；
S4、用膨胀砂浆将弧形轨道板与钢构件、弧形轨道板与下层基岩之间填充振实。
2.如权利要求1所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述连接件包括钢腹板、间隔凸设于所述钢腹板上端的多个钢榫头，多个钢榫头沿所述轨道段长度方向设置，
所述轨道段底部间隔凹设有多个与所述钢榫头相对应的榫槽，对应的钢榫头与榫槽通过形成榫卯结构配合连接。
3.如权利要求2所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述钢榫头为直角榫、燕尾榫、椭圆榫、圆榫中任意的一种。
4.如权利要求1所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述钢构件为槽钢，其包括钢底板、设于所述钢底板两端的一对钢固定板，一对钢固定板分别对应卡接于相邻轨道段的一对连接件上。
5.如权利要求4所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述连接件还包括：
侧板，其设于所述钢腹板一端；
类L形卡板，其具有竖板和设于所述竖板下端的横板，所述竖板顶端设于所述钢腹板的另一端，且所述横板自由端朝向所述侧板设置，所述类L形卡板与所述侧板、所述钢腹板形成类L形的间隙，所述固定板卡接于所述间隙内；
固连桩，其设于所述类L形卡板下端，所述固连桩下端通过钻孔设于下层基岩上。
6.如权利要求5所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述类L形卡板、所述钢腹板、所述钢榫头、所述侧板、所述固连桩一体形成。
7.如权利要求1所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，还包括以下步骤：
S5、于一对弧形轨道板之间用混凝土浇筑形成混凝土板，所述混凝土板沿其弧度间隔凸设多块混凝土预制块，所述混凝土预制块中部沿其长度方向开设预留孔；
S6、多块混凝土预制块通过预应力钢绞线连接，所述预应力钢绞线依穿过多块混凝土预制块的预留孔，直至所述预应力钢绞线穿过最后一块混凝土预制块，将所述预应力钢绞线两端固定位于所述弧形轨道板两端的下层基岩的锚固桩上。
8.如权利要求7所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述锚固桩制备方法包括以下步骤：
于所述弧形轨道板两端的下层基岩上开凿桩孔；
将钢筋圆柱架置于所述桩孔中；
往所述桩孔中浇筑混凝土，混凝土与钢筋圆柱架一体形成所述锚固桩。
9.如权利要求7所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述混凝土预制块为弧形块，其高度为30～50cm，长度和宽度均为40～50cm。
10.如权利要求7所述的弧形轨道板加固措施，其特征在于，所述预留孔的直径大于50mm。
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