CN117927270A - 一种山岭隧道预拼装衬砌结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种山岭隧道预拼装衬砌结构及施工方法，包括拱墙衬砌组件和仰拱衬砌组件，拱墙衬砌组件包括拱形支护组件和两个预制拱脚基座，拱形支护组件包括系统锚杆、沿隧道的径向由内向外依次设置的预制管片和波纹钢板，超高性能混凝土通过第一注浆孔填充在波纹钢板和预制管片之间形成灌浆结构层，泡沫混凝土通过第二注浆孔填充在围岩和波纹钢板之间形成第一灌浆填充层，仰拱衬砌组件的两端分别与对应的预制拱脚基座连接，拱墙衬砌组件和仰拱衬砌组件共同合围形成环形支护结构；并且本申请给出一套对应的施工方法。本申请能够实现装配式衬砌在山岭隧道的应用，大大减少隧道洞内施工的工作时间，加快施工进程，减少了隧道施工风险。

Description

一种山岭隧道预拼装衬砌结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道技术领域，尤其是一种山岭隧道预拼装衬砌结构及施工方法。

背景技术

目前山岭隧道施工，钻爆法仍然是主要的施工方法，并且隧道衬砌结构也是以现浇为主，而现浇结构在施工过程中易受现场的施工条件、外部环境、施工人员以及自然灾害等因素影响，现浇隧道衬砌结构施工时存在厚度不均、混凝土浇筑不密实等问题，部分隧道会出现衬砌脱空、变形、开裂等病害，降低了隧道运营期间的安全性以及隧道结构的耐久性，并且现浇混凝土结构施工工序复杂、施工时间长、结构不能及时封闭，施工安全存在风险等，这就迫切需要一种新型结构来消除现浇结构的这些缺陷。

装配式结构因其标准化生产方式，有利于节约资源，减少施工污染，改善作业环境，减少隧道洞内工作量，降低现场施工人工成本，提高劳动生产率、保证施工质量与安全等诸多优点，目前装配式结构在盾构隧道、明挖隧道、地铁车站、预制管廊等领域已经得到了广泛应用，但是在钻爆法开挖的山岭隧道中，由于钻爆法难免会出现超欠挖，对于超欠挖严重的隧道，装配式衬砌难以实施，即便能够拼装，也会大大增加注浆量，从而提高工程造价，目前装配式衬砌在这种场景的应用几乎为零。目前的施工技术与配套设施正在不断发展，隧道及地下工程产业化发展趋势必然是装配式隧道衬砌，因此对于山岭隧道预拼装衬砌结构开展研究具有十分重要的意义。

鉴于此，有必要提出一种山岭隧道预拼装衬砌结构及施工方法以解决或至少缓解上述缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种山岭隧道预拼装衬砌结构及施工方法，以解决现有技术中装配式衬砌难以应用到山岭隧道的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种山岭隧道预拼装衬砌结构，包括拱墙衬砌组件和仰拱衬砌组件，其中：

所述拱墙衬砌组件包括拱形支护组件和两个分别安装在所述拱形支护组件的两侧的预制拱脚基座，其中：

所述拱形支护组件包括系统锚杆、沿隧道的径向由内向外依次设置的预制管片和波纹钢板，所述预制管片和所述波纹钢板均呈拱形；其中：

所述预制管片的底端分别连接在对应的预制拱脚基座上，所述预制管片预留有第一注浆孔，超高性能混凝土通过所述第一注浆孔填充在所述波纹钢板和所述预制管片之间形成灌浆结构层；

所述波纹钢板的底端分别连接在对应的预制拱脚基座上，所述波纹钢板上开设有第二注浆孔以及锚杆安装孔，泡沫混凝土通过所述第二注浆孔填充在围岩和所述波纹钢板之间形成第一灌浆填充层，所述系统锚杆包括锚固端和锁紧端，所述锚固端通过贯穿所述锚杆安装孔后锚入至围岩内部，所述锁紧端与所述波纹钢板连接；

所述仰拱衬砌组件的两端分别与对应的预制拱脚基座连接，所述拱墙衬砌组件和所述仰拱衬砌组件共同合围形成环形支护结构。

优选地，所述仰拱衬砌组件包括预制仰拱组件和设于所述预制仰拱组件下方的定位组件，所述预制仰拱组件包括中部仰拱组件和两个分别连接在所述中部仰拱组件的两侧的侧部仰拱组件，每个所述侧部仰拱组件与对应的预制拱脚基座连接；其中，所述定位组件包括呈开口向上的弧形定位架，所述弧形定位架的两端分别与对应的预制拱脚基座连接，所述预制仰拱组件安装在所述弧形定位架的顶部。

优选地，所述中部仰拱组件开设有沿自身延伸方向延伸的第一预留孔，每个所述侧部仰拱组件开设有沿自身延伸方向延伸的第二预留孔以及排水通道，所述排水通道位于所述第二预留孔的外侧，每个所述侧部仰拱组件还预埋有连通所述第二预留孔的第一横向排水管，所述第一横向排水管具有朝向所述排水通道的排水坡度；

所述中部仰拱组件在靠近所述侧部仰拱组件的边部预留有第一注浆槽，所述侧部仰拱组件在靠近所述中部仰拱组件的边部预留有与所述第一注浆槽相对应的第二注浆槽，所述第一注浆槽和所述第二注浆槽拼接合围形成沿竖直方向延伸的第三注浆孔，所述第三注浆孔和所述弧形定位架在位置上错开布设，泡沫混凝土通过所述第三注浆孔填充在围岩和所述仰拱衬砌组件之间形成第二灌浆填充层。

优选地，每榀所述预制管片均包括封顶块、分别拼接在所述封顶块两侧的第一邻接块和第二邻接块、以及分别位于所述封顶块两侧的第一普通块和第二普通块，所述第一普通块拼接在所述第一邻接块的外侧，所述第二普通块拼接在所述第二邻接块的外侧，所述第一普通块、所述第一邻接块、所述封顶块、所述第二邻接块以及所述第二普通块共同合围形成开口朝下的拱形管片结构。

优选地，相邻两榀所述预制管片之间错缝拼接。

优选地，所述预制管片的外壁预留有网格状注浆槽，和/或所述预制仰拱组件在底面预留有网格状注浆槽。

优选地，每个所述预制拱脚基座的顶部预留有供所述预制管片和所述波纹钢板安装的安装槽，所述安装槽内预埋有供所述预制管片和所述波纹钢板定位的定位角钢，所述预制管片安装在所述预制拱脚基座的顶部，所述波纹钢板均与所述定位角钢连接；

所述预制拱脚基座开设有沿自身延伸方向延伸的纵向排水孔以及连通所述纵向排水孔的竖向渗水孔，所述预制拱脚基座还预埋有连通所述纵向排水孔和所述第一横向排水管的第二横向排水管，所述第二横向排水管具有朝向所述第一横向排水管的排水坡度。

优选地，所述波纹钢板的内侧连接有工字钢拱架形成波纹钢拱。

优选地，每榀所述波纹钢板的两端分别具有朝向所述预制管片弯曲的侧翼板，所述侧翼板开设有供超前锚杆贯穿的贯穿孔。

本发明还提供一种山岭隧道预拼装衬砌结构的施工方法，应用于如上述的山岭隧道预拼装衬砌结构，包括步骤：

S1，钻爆法开挖掌子面，开挖完成后清理洞渣；

S2，在隧道的拱脚处铺设混凝土垫层，将预制拱脚基座安装在所述混凝土垫层上，再将波纹钢板运至工点展开并安装到所述预制拱脚基座的顶部；

S3，通过所述波纹钢板的第二注浆孔注入泡沫混凝土，注浆顺序由下至上，将所述波纹钢板和围岩之间的空隙填充密实；通过所述波纹钢板的锚杆安装孔施工系统锚杆，再施工超前锚杆；

S4，重复步骤S1~S3，开始下一循环施工作业，直至完成初期支护施作；

S5，按规范要求距离掌子面预设步距，开挖仰拱，清理浮渣，在两个所述预制拱脚基座之间安装弧形定位架；

S6，采用机械设备吊装预制仰拱组件，再通过机械设备将预制管片的底端安装在对应的预制拱脚基座上；

S7，通过所述预制管片上的第一注浆孔注入超高性能混凝土，形成灌浆结构层；

S8，重复步骤S5~S7，开始下一循环施工作业，直至完成二次衬砌施作。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本申请能够实现装配式衬砌在山岭隧道的应用，为山岭隧道设计施工产业升级提供了新思路，相比现浇结构，本申请能有效避免二次衬砌拱部脱空、衬砌厚度和混凝土强度不满足设计要求、衬砌开裂及渗漏水等质量缺陷；拱墙衬砌组件和仰拱衬砌组件可以采用预制衬砌，预制衬砌与初期支护之间空隙采用注浆可确保衬砌与初支之间的密贴，减少拱部衬砌混凝土应力集中，可以释放围岩的应力，也能解决超欠挖造成的问题，提高了山岭隧道全寿命的耐久性；预制拱脚基座可以作为拱形支护组件的安装基础，具体的，对波纹钢板起到定位与固定作用，可避免波纹钢板在开挖围岩上无法落底的问题，预制拱脚基座内预留有排水孔，保障了隧道通畅的排水路径，还能固定弧形定位架，保证预制仰拱组件的拼装精度；本申请可以采用工厂集中预制，现场直接拼装的方案，极大改善了山岭隧道施工工艺，提升了功效，减少了现场人工的依赖，简化了施工环节，缩短了施工周期，对于降低隧道施工碳排放，具有重要的意义；采用预制结构相比现有技术中的现浇结构能够产业化、衬砌结构质量稳定，减少了隧道运营期病害风险。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的一实施例中的整体结构的立面示意图；

图2为图1中沿A-A方向的剖面示意图；

图3为本发明的一实施例中的奇数环预制管片的结构示意图；

图4为本发明的一实施例中的奇数环预制管片的内弧面展开图；

图5为本发明的一实施例中的奇数环预制管片的外弧面展开图；

图6为本发明的一实施例中的偶数环预制管片的结构示意图；

图7为本发明的一实施例中的偶数环预制管片的内弧面展开图；

图8为本发明的一实施例中的偶数环预制管片的外弧面展开图；

图9为本发明的一实施例中的预制仰拱组件的立面示意图；

图10为本发明的一实施例中的预制仰拱组件的俯视图；

图11为本发明的一实施例中的预制拱脚基座和定位组件的组合结构示意图；

图12为本发明的一实施例中的预制拱脚基座处的局部示意图之一；

图13为本发明的一实施例中的预制拱脚基座处的局部示意图之二；

图14为本发明的一实施例中的预制拱脚基座处的局部示意图之三；

图15为本发明的一实施例中的施工方法的流程示意图。

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。

附图标号说明：

10、拱形支护组件；110、系统锚杆；120、预制管片；121、封顶块；122、第一邻接块；123、第二邻接块；124、第一普通块；125、第二普通块；126、网格状注浆槽；127、第一注浆孔；128、螺栓连接孔；130、灌浆结构层；140、波纹钢板；141、侧翼板；150、第一灌浆填充层；160、预制拱脚基座；161、安装槽；162、定位角钢；163、纵向排水孔；164、竖向渗水孔；165、第二横向排水管；166、连接螺栓；167、仰拱定位孔；168、管片连接孔；170、混凝土垫层；20、预制仰拱组件；210、中部仰拱组件；211、第一预留孔；220、侧部仰拱组件；221、第二预留孔；222、排水通道；223、第一横向排水管；224、第三注浆孔；230、定位组件；231、弧形定位架。

具体实施方式

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。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所述）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅附图1至图14，本发明提供的一实施例中的一种山岭隧道预拼装衬砌结构，包括拱墙衬砌组件（图未标示）和仰拱衬砌组件（图未标示），其中，所述拱墙衬砌组件包括拱形支护组件10和两个分别安装在所述拱形支护组件10的两侧的预制拱脚基座160，其中，所述拱形支护组件10包括系统锚杆110、沿隧道的径向由内向外依次设置的预制管片120和波纹钢板140，所述预制管片120和所述波纹钢板140均呈拱形；其中：

所述预制管片120的底端分别连接在对应的预制拱脚基座160上，所述预制管片120预留有第一注浆孔127，超高性能混凝土通过所述第一注浆孔127填充在所述波纹钢板140和所述预制管片120之间形成灌浆结构层130；超高性能混凝土即UHPC，UHPC具有比较高的抗压强度和抗张强度的优点，能够提高结构支护能力。

所述波纹钢板140的底端分别连接在对应的预制拱脚基座160上，所述波纹钢板140上开设有第二注浆孔（图未示出）以及锚杆安装孔（图未示出），泡沫混凝土通过所述第二注浆孔填充在围岩和所述波纹钢板140之间形成第一灌浆填充层150，所述系统锚杆110包括锚固端（图未标示）和锁紧端（图未标示），所述锚固端通过贯穿所述锚杆安装孔后锚入至围岩内部，所述锁紧端与所述波纹钢板140连接；锚杆具有锚固端和锁紧端为现有成熟设备，在此不作赘述。

需要注意的是，波纹钢板140上的第二注浆孔以及锚杆安装孔可以是同一孔，也可以是不同孔，在较佳示例中，第二注浆孔以及锚杆安装孔为同一孔，即在注浆完成第一灌浆填充层150后再将系统锚杆110的锚固端通过第二注浆孔后再锚入围岩内部，锁紧端与波纹钢板140连接，从而完成系统锚杆110的施作。

值得注意的是，本申请的波纹钢板140与围岩预留有空隙，例如设置为10cm，安装波纹钢板140后，空隙再采用泡沫混凝土回填，如此，既能释放围岩的应力，也能解决超欠挖造成的问题。优选地，泡沫混凝土优选采用聚苯乙烯泡沫混凝土，能够保证波纹钢板140与围岩之间密实，同时可以释放围岩的应力，也能解决超欠挖造成的问题。

还值得注意的是，波纹钢板140不仅作为本申请的衬砌，起支护作用，还能作为拱墙段的防水主体，能够将拱墙段的围岩裂隙水最终通过仰拱衬砌组件的排水通道进行排出，缓解了水体压力；波纹钢板140还能够作为第一灌浆填充层150和灌浆结构层130注浆时的模板，不需要单独再增加模板；波纹钢板140与围岩预留有空隙，空隙再采用泡沫混凝土回填，也能解决超欠挖造成的问题；波纹钢板140很好地保证了装配式拼装的进行。

所述仰拱衬砌组件的两端分别与对应的预制拱脚基座160连接，所述拱墙衬砌组件和所述仰拱衬砌组件共同合围形成环形支护结构。

本申请能够实现装配式衬砌在山岭隧道的应用，为山岭隧道设计施工产业升级提供了新思路，相比现浇结构，本申请能有效避免二次衬砌拱部脱空、衬砌厚度和混凝土强度不满足设计要求、衬砌开裂及渗漏水等质量缺陷；拱墙衬砌组件和仰拱衬砌组件可以采用预制衬砌，预制衬砌与初期支护之间空隙采用注浆可确保衬砌与初支之间的密贴，减少拱部衬砌混凝土应力集中，可以释放围岩的应力，也能解决超欠挖造成的问题，提高了山岭隧道全寿命的耐久性；本申请可以采用工厂集中预制，现场直接拼装的方案，极大改善了山岭隧道施工工艺，提升了功效，减少了现场人工的依赖，简化了施工环节，缩短了施工周期，对于降低隧道施工碳排放，具有重要的意义；采用预制结构相比现有技术中的现浇结构能够产业化、衬砌结构质量稳定，减少了隧道运营期病害风险。

作为一优选实施方式，所述仰拱衬砌组件包括预制仰拱组件20和设于所述预制仰拱组件20下方的定位组件230，所述预制仰拱组件20包括中部仰拱组件210和两个分别连接在所述中部仰拱组件210的两侧的侧部仰拱组件220，每个所述侧部仰拱组件220与对应的预制拱脚基座160连接；其中，所述定位组件230包括呈开口向上的弧形定位架231，所述弧形定位架231的两端分别与对应的预制拱脚基座160连接，所述预制仰拱组件20安装在所述弧形定位架231的顶部。

具体的，在安装时，仰拱衬砌组件进行拼装时可安置在弧形定位架231上，作为较佳示例，弧形定位架231采用T型钢形式，侧部仰拱组件220可以通过预留定位螺栓孔与预制拱脚基座160连接固定。在较佳示例中，如图11所示，所述预制拱脚基座160开设有仰拱定位孔167，以供弧形定位架231进行定位和连接，例如通过螺栓将所述弧形定位架231连接在仰拱定位孔167内，从而将弧形定位架231安装在两个预制拱脚基座160之间。

作为一较佳实施方式，所述中部仰拱组件210开设有沿自身延伸方向延伸的第一预留孔211，每个所述侧部仰拱组件220开设有沿自身延伸方向延伸的第二预留孔221以及排水通道222，所述排水通道222位于所述第二预留孔221的外侧，每个所述侧部仰拱组件220还预埋有连通所述第二预留孔221的第一横向排水管223，所述第一横向排水管223具有朝向所述排水通道222的排水坡度；该排水坡度优选设置为不小于2%。

所述中部仰拱组件210在靠近所述侧部仰拱组件220的边部预留有第一注浆槽（图未标示），所述侧部仰拱组件220在靠近所述中部仰拱组件210的边部预留有与所述第一注浆槽相对应的第二注浆槽（图未标示），所述第一注浆槽和所述第二注浆槽拼接合围形成沿竖直方向延伸的第三注浆孔224，所述第三注浆孔224和所述弧形定位架231在位置上错开布设，泡沫混凝土通过所述第三注浆孔224填充在围岩和所述仰拱衬砌组件之间形成第二灌浆填充层（图未示出）。具体的，待中部仰拱组件210和侧部仰拱组件220拼装完成后，通过第三注浆孔224向外侧（朝向底部围岩一侧）填充泡沫混凝土，优选采用聚苯乙烯，保证仰拱与底部围岩之间密实，同时可以释放围岩的应力，也能解决超欠挖造成的问题。

值得注意的是，预制仰拱组件20设计时首先考虑到应便于运输安装，因此组成单元不宜过大，且不宜过重，在较佳示例中，将预制仰拱组件20划分为三块，一块中部仰拱组件210，两块侧部仰拱组件220分别设置在所述中部仰拱组件210的两侧，并在内部采用类似于桥梁的箱梁结构，预留第一预留孔211或者是第二预留孔221，减少配重；另外，在较佳示例中，考虑到预制仰拱组件20从功能上分区，使左右两块侧部仰拱组件220用于布置电缆沟、排水沟能功能区，中间块做路面，如此可避免车道中间出现施工缝，降低后期路面发生病害的风险，如图9和图10所示，其中，为了便于本领域技术人员更好地理解图9，图9中的中部仰拱组件210和相邻的侧部仰拱组件220之间用虚线连接示意，虚线自身没有实际含义，以示意三者可以拼装成一个整体。

作为一优选实施方式，每榀所述预制管片120均包括封顶块121、分别拼接在所述封顶块121两侧的第一邻接块122和第二邻接块123、以及分别位于所述封顶块121两侧的第一普通块124和第二普通块125，所述第一普通块124拼接在所述第一邻接块122的外侧，所述第二普通块125拼接在所述第二邻接块123的外侧，所述第一普通块124、所述第一邻接块122、所述封顶块121、所述第二邻接块123以及所述第二普通块125共同合围形成开口朝下的拱形管片结构。

具体的，以图3所示的奇数环预制管片120为例进行说明，奇数环预制管片120包括一块封顶块121，一块第一邻接块122，一块第二邻接块123，三块第一普通块124和两块第二普通块125，在拼装过程中，依次对称安装两侧底部的第一普通块124和第二普通块125，再安装下一第一普通块124和第二普通块125，再安装剩余的第一普通块124、第二邻接块123以及第一邻接块122，最后安装封顶块121，沿纵向顶入，最后通过螺栓连接固定，从而完成奇数环预制管片120的安装，对于偶数环预制管片120的拼接方式和奇数环预制管片120的拼接方式同理，最后安装封顶块121。待所有预制管片120安装完毕后，通过第一注浆孔127向预制管片120外侧与波纹钢板140之间填充UHPC形成拱形骨架与管片共同承担荷载。

值得注意的是，预制管片120尺寸不宜过大，便于运输和安装，因此本申请中预制管片120每环宽度优选为2m，环向长度优选控制在4m以内。考虑到预制管片120尽量多采用标准尺寸便于批量生产及安装，因此除与预制拱脚基座160相连的第一普通块124和第二普通块125，以及封顶块121、第一邻接块122和第二邻接块123，全部采用标准块形式，封顶块121采用楔形，预制管片120安装时可使全断面管片挤密。

进一步地，相邻两榀所述预制管片120之间错缝拼接。本实施例的错缝拼接即前后两榀预制管片120的纵缝错开不在一条直线上的拼装，避免产生沿隧道的延伸方向延伸的纵向通缝，这种方式建造的隧道整体性较好，环面较平整，接缝刚度分布均匀，提高了管片衬砌的纵向刚度。具体的，如图3和图6所示，本申请为避免产生纵向通缝，预制管片120采用奇偶环设计，即在奇数环安装如图3所示的管片结构，在偶数环安装如图6所示的管片结构，如此实现错缝拼接。

进一步地，所述预制管片120的外壁预留有网格状注浆槽126，和/或所述预制仰拱组件20在底面预留有网格状注浆槽126。需要注意的是，在预制管片120的外壁预留有网格状注浆槽126一方面可以使超高性能混凝土（即UHPC）注浆时能有更好的流动性，确保浆液均匀分布，另一方面是使超高性能混凝土凝结后形成网格骨架，更好地参与到衬砌结构的受力中。同样的，在预制仰拱组件20在底面预留有网格状注浆槽126，可以使泡沫混凝土注浆时能有更好的流动性，确保浆液均匀分布。

作为一较佳实施方式，每个所述预制拱脚基座160的顶部预留有供所述预制管片120和所述波纹钢板140安装的安装槽161，所述安装槽161内预埋有供所述预制管片120和所述波纹钢板140定位的定位角钢162，所述预制管片120安装在所述预制拱脚基座160的顶部，所述波纹钢板140均与所述定位角钢162连接；如图11-14所示，定位角钢162用于定位波纹钢板140和预制管片120并提供连接基础，在较佳示例中，所述预制拱脚基座160的顶部设有管片连接孔168，预制管片120上预留有与所述管片连接孔168相对应的紧固件连接孔，例如螺栓，通过螺栓贯穿所述紧固件连接孔和所述管片连接孔168从而将预制管片120连接在所述预制拱脚基座160上。所述波纹钢板140可以和所述定位角钢162通过螺栓可拆卸连接，也可以和定位角钢162之间焊接。

所述预制拱脚基座160开设有沿自身延伸方向延伸的纵向排水孔163以及连通所述纵向排水孔163的竖向渗水孔164，所述预制拱脚基座160还预埋有连通所述纵向排水孔163和所述第一横向排水管223的第二横向排水管，所述第二横向排水管具有朝向所述第一横向排水管223的排水坡度。如图14所示，竖向渗水孔164的数量和位置本领域技术人员可以根据需要设定，例如相邻两个竖向渗水孔164之间的间隔距离设置为40cm，多个竖向渗水孔164沿隧道的延伸方向间隔排布，优选地将竖向渗水孔164设置在波纹钢板140的外侧，例如图14这种形式。

值得注意的是，隧道常规的防水措施是采用初支满铺防水卷材，防水卷材采用柔性材料，施工过程中容易造成破损，导致渗漏水，并引发隧道其它病害。

本申请采用钢波纹板作为支护结构，既起到了支护作用，又起到了防水作用，并且材料为刚性，施工过程中不易发生破损，保证了后期不会发生渗水病害；通过改进波纹钢板140的连接方式，达到了自防水的效果，波纹钢板140的波谷凹槽使围岩的水全部汇集到预制拱脚基座160处，通过预制拱脚基座160的竖向渗水孔164把水排到预制拱脚基座160内的纵向排水孔163中，再由第二横向排水管接第一横向排水管223，再进入侧向排水通道222，形成通畅的排水路径，排水坡度可以采用现有技术中隧道排水的一般采用的坡度。改变了现有隧道衬砌结构的排水方式，能够将拱墙段围岩的裂隙水最终通过仰拱衬砌组件的排水通道222进行排出，缓解了水体压力，也能够在一定程度上提高隧道结构的稳定性和耐久性。

作为另一较佳实施方式，所述波纹钢板140的内侧连接有工字钢拱架形成波纹钢拱。对于较差围岩段，可以在波纹钢板140的内侧设置工字钢拱架，工字钢拱架底部的两端安装在预制拱脚基座160的顶部，例如安装槽161内，置于波纹钢板140的内侧即可，形成更加强劲稳定的波纹钢拱进行支护。

进一步地，每榀所述波纹钢板140的两端分别具有朝向所述预制管片120弯曲的侧翼板141，所述侧翼板141开设有供超前锚杆贯穿的贯穿孔（图未示出）。值得注意的是，如图14所示，侧翼板141呈弯折状，通过在波纹钢板140的两端设置所述侧翼板141，在施工下一循环进尺的超前锚杆时，超前锚杆穿过侧翼板141的贯穿孔，以将超前锚杆的另一端搭接在波纹钢板140上，从而为超前锚杆的施作提供支点，搭接的长度优选≥1m。

请参阅附图15，本发明还提供一种山岭隧道预拼装衬砌结构的施工方法，应用于如上述的山岭隧道预拼装衬砌结构，包括步骤：

S1，钻爆法开挖掌子面，开挖完成后清理洞渣；在较佳示例中，进尺控制在1.2~1.5m；

S2，在隧道的拱脚处铺设混凝土垫层170，将预制拱脚基座160安装在所述混凝土垫层170上，再将波纹钢板140运至工点展开并安装到所述预制拱脚基座160的顶部；优选地，混凝土垫层170采用10cm厚的C20混凝土垫层170，可以通过螺栓将预制拱脚基座160连接在混凝土垫层170的顶部；波纹钢板140安装在预制拱脚基座160上的安装槽161内，如图13和14所示，波纹钢板140可以通过连接螺栓166进行连接，即在预制拱脚基座160开设供连接螺栓166贯穿的连接孔，在波纹钢板140开设对应的连接孔，从而完成连接。

S3，通过所述波纹钢板140的第二注浆孔注入泡沫混凝土，注浆顺序由下至上，将所述波纹钢板140和围岩之间的空隙填充密实；通过所述波纹钢板140的锚杆安装孔施工系统锚杆110，再施工超前锚杆；优选地，系统锚杆110的锚杆长3~4.5m；超前锚杆的锚杆长2.5m，超前锚杆搭接在波纹钢板140的长度不小于1m。

S4，重复步骤S1~S3，开始下一循环施工作业，直至完成初期支护施作；

S5，按规范要求距离掌子面预设步距，开挖仰拱，清理浮渣，在两个所述预制拱脚基座160之间安装弧形定位架231；

S6，采用机械设备吊装预制仰拱组件20，再通过机械设备将预制管片120的底端安装在对应的预制拱脚基座160上；

S7，通过所述预制管片120上的第一注浆孔127注入超高性能混凝土，形成灌浆结构层130；

S8，重复步骤S5~S7，开始下一循环施工作业，直至完成二次衬砌施作。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，包括拱墙衬砌组件和仰拱衬砌组件，其中：

所述拱墙衬砌组件包括拱形支护组件和两个分别安装在所述拱形支护组件的两侧的预制拱脚基座，其中：

所述拱形支护组件包括系统锚杆、沿隧道的径向由内向外依次设置的预制管片和波纹钢板，所述预制管片和所述波纹钢板均呈拱形；其中：

所述预制管片的底端分别连接在对应的预制拱脚基座上，所述预制管片预留有第一注浆孔，超高性能混凝土通过所述第一注浆孔填充在所述波纹钢板和所述预制管片之间形成灌浆结构层；

所述波纹钢板的底端分别连接在对应的预制拱脚基座上，所述波纹钢板上开设有第二注浆孔以及锚杆安装孔，泡沫混凝土通过所述第二注浆孔填充在围岩和所述波纹钢板之间形成第一灌浆填充层，所述系统锚杆包括锚固端和锁紧端，所述锚固端通过贯穿所述锚杆安装孔后锚入至围岩内部，所述锁紧端与所述波纹钢板连接；

所述仰拱衬砌组件的两端分别与对应的预制拱脚基座连接，所述拱墙衬砌组件和所述仰拱衬砌组件共同合围形成环形支护结构。

2.根据权利要求1所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，所述仰拱衬砌组件包括预制仰拱组件和设于所述预制仰拱组件下方的定位组件，所述预制仰拱组件包括中部仰拱组件和两个分别连接在所述中部仰拱组件的两侧的侧部仰拱组件，每个所述侧部仰拱组件与对应的预制拱脚基座连接；其中，所述定位组件包括呈开口向上的弧形定位架，所述弧形定位架的两端分别与对应的预制拱脚基座连接，所述预制仰拱组件安装在所述弧形定位架的顶部。

3.根据权利要求2所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，所述中部仰拱组件开设有沿自身延伸方向延伸的第一预留孔，每个所述侧部仰拱组件开设有沿自身延伸方向延伸的第二预留孔以及排水通道，所述排水通道位于所述第二预留孔的外侧，每个所述侧部仰拱组件还预埋有连通所述第二预留孔的第一横向排水管，所述第一横向排水管具有朝向所述排水通道的排水坡度；

所述中部仰拱组件在靠近所述侧部仰拱组件的边部预留有第一注浆槽，所述侧部仰拱组件在靠近所述中部仰拱组件的边部预留有与所述第一注浆槽相对应的第二注浆槽，所述第一注浆槽和所述第二注浆槽拼接合围形成沿竖直方向延伸的第三注浆孔，所述第三注浆孔和所述弧形定位架在位置上错开布设，泡沫混凝土通过所述第三注浆孔填充在围岩和所述仰拱衬砌组件之间形成第二灌浆填充层。

4.根据权利要求2所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，每榀所述预制管片均包括封顶块、分别拼接在所述封顶块两侧的第一邻接块和第二邻接块、以及分别位于所述封顶块两侧的第一普通块和第二普通块，所述第一普通块拼接在所述第一邻接块的外侧，所述第二普通块拼接在所述第二邻接块的外侧，所述第一普通块、所述第一邻接块、所述封顶块、所述第二邻接块以及所述第二普通块共同合围形成开口朝下的拱形管片结构。

5.根据权利要求4所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，相邻两榀所述预制管片之间错缝拼接。

6.根据权利要求3所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，所述预制管片的外壁预留有网格状注浆槽，和/或所述预制仰拱组件在底面预留有网格状注浆槽。

7.根据权利要求3所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，每个所述预制拱脚基座的顶部预留有供所述预制管片和所述波纹钢板安装的安装槽，所述安装槽内预埋有供所述预制管片和所述波纹钢板定位的定位角钢，所述预制管片安装在所述预制拱脚基座的顶部，所述波纹钢板均与所述定位角钢连接；

所述预制拱脚基座开设有沿自身延伸方向延伸的纵向排水孔以及连通所述纵向排水孔的竖向渗水孔，所述预制拱脚基座还预埋有连通所述纵向排水孔和所述第一横向排水管的第二横向排水管，所述第二横向排水管具有朝向所述第一横向排水管的排水坡度。

8.根据权利要求1所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，所述波纹钢板的内侧连接有工字钢拱架形成波纹钢拱。

9.根据权利要求1所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，每榀所述波纹钢板的两端分别具有朝向所述预制管片弯曲的侧翼板，所述侧翼板开设有供超前锚杆贯穿的贯穿孔。

10.一种山岭隧道预拼装衬砌结构的施工方法，应用于如权利要求1-9任意一项所述的山岭隧道预拼装衬砌结构，其特征在于，包括步骤：

S1，钻爆法开挖掌子面，开挖完成后清理洞渣；

S2，在隧道的拱脚处铺设混凝土垫层，将预制拱脚基座安装在所述混凝土垫层上，再将波纹钢板运至工点展开并安装到所述预制拱脚基座的顶部；

S3，通过所述波纹钢板的第二注浆孔注入泡沫混凝土，注浆顺序由下至上，将所述波纹钢板和围岩之间的空隙填充密实；通过所述波纹钢板的锚杆安装孔施工系统锚杆，再施工超前锚杆；

S4，重复步骤S1~S3，开始下一循环施工作业，直至完成初期支护施作；

S5，按规范要求距离掌子面预设步距，开挖仰拱，清理浮渣，在两个所述预制拱脚基座之间安装弧形定位架；

S6，采用机械设备吊装预制仰拱组件，再通过机械设备将预制管片的底端安装在对应的预制拱脚基座上；

S7，通过所述预制管片上的第一注浆孔注入超高性能混凝土，形成灌浆结构层；

S8，重复步骤S5~S7，开始下一循环施工作业，直至完成二次衬砌施作。