CN118601615A - 一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构及施工方法，包括系统锚杆、沿隧道径向由内向外依次连接的灌浆缓冲层和箱式衬砌层，每个拱形箱式衬砌环设有环向引流槽，环向引流槽在靠近隧道拱脚位置设有集水组件，泡沫混凝土通过第一注浆孔填充在围岩和拱形箱式衬砌环之间形成灌浆缓冲层，钢纤维混凝土通过第二注浆孔填充在拱形箱式衬砌环的内部形成灌浆结构层，拱形箱式衬砌环内预埋有排水管，排水管用以将集水组件收集的围岩渗水引排至隧道既有排水系统中。本申请能够简化施工工序、减小施工风险、施工周期大幅缩短，节省大量人力和混凝土用量，并且提供了新型隧道围岩渗水排水路径，有效解决了防渗处置困难的问题。

Description

一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道技术领域，尤其是一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构及施工方法。

背景技术

目前山岭隧道暗洞衬砌结构通常采用复合式衬砌结构，即初期支护加二次衬砌，此种衬砌结构形式按照“新奥法”原理，虽然能够充分发挥围岩自稳能力，降低工程造价，但复合式衬砌结构施工步骤繁琐、施工周期长，并且大量的依赖人工操作，施工质量难以保证，防渗处置困难。

具体的，复合衬砌施工工序为：开挖掌子面，施作初期支护，施作防水层以及二次衬砌。各环节均依赖大量人工操作，并且初期支护施工还存在一定的风险，其一，施工人员会暴露在危岩体下，其二，初期支护时间长，从喷射砼、立拱架、复喷砼、打系统锚杆，一组循环需要3～4小时。防水层施作存在如下弊端，其一，防水卷材容易在施工期间被刺破，其二，防水卷材不是整铺，是通过拼接的方式铺设的，受施工工艺影响，接口位置容易发生渗漏，并且防水卷材与初期支护不密贴，导致围岩渗水在初期支护与防水卷材之间容易形成纵向通道，为后期隧道防渗处置增加困难。其三，二次衬砌施工存在如下问题，首先，二次衬砌施作滞后于初期支护，部分初期支护稳定性不足段落发生坍塌冒顶，二次衬砌不能及时有效地起到保护，导致施工人员安全存在风险，其次，二次衬砌砼浇筑施工依赖模板台车，模板台车长9～15m，当灌注的砼达到设计强度，方可移动模板台车进行下一模二次衬砌砼浇筑施工，如此导致二次衬砌施工效率低，普遍存在二次衬砌滞后掌子面距离超出规范要求，掌子面施工不得不停滞，等待二次衬砌施工，再者，二次衬砌钢筋绑扎大量依赖人工，不仅费时费力且易造成防水层破损。

因此，亟需改进传统隧道衬砌支护结构，在保证安全的前提下，可以极大的改进施工工艺，并降低施工风险。

鉴于此，有必要提出一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙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适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构及施工方法，以解决现有技术中复合衬砌存在施工步骤繁琐、施工周期长以及防渗处置困难的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，包括系统锚杆、沿隧道径向由内向外依次连接的灌浆缓冲层和箱式衬砌层，其中，所述箱式衬砌层包括多个沿隧道延伸方向依次拼装的拱形箱式衬砌环，每个所述拱形箱式衬砌环在靠近围岩侧的壁面设有用于引导围岩渗水的环向引流槽，所述环向引流槽在靠近隧道拱脚位置设有用于收集来自所述环向引流槽的围岩渗水的集水组件；

所述拱形箱式衬砌环在靠近围岩的侧壁开设有第一注浆孔、第一锚杆贯穿孔以及第一排水管安装孔，泡沫混凝土通过所述第一注浆孔填充在围岩和所述拱形箱式衬砌环之间形成所述灌浆缓冲层，所述拱形箱式衬砌环在远离围岩的侧壁开设有第二注浆孔、第二锚杆贯穿孔以及第二排水管安装孔，钢纤维混凝土通过所述第二注浆孔填充在所述拱形箱式衬砌环的内部形成灌浆结构层；

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第二锚杆贯穿孔和所述第一锚杆贯穿孔后锚入至围岩内部，所述锁紧端与所述拱形箱式衬砌环连接；所述拱形箱式衬砌环内预埋有排水管，所述排水管的进水端安装于所述第一排水管安装孔并与所述集水组件连通，所述排水管的出水端安装于所述第二排水管安装孔，以将所述集水组件收集的围岩渗水引排至隧道既有排水系统中。

优选地，每个所述拱形箱式衬砌环包括靠近围岩的外波纹钢板、远离围岩的内侧钢板、沿隧道延伸方向分别连接在所述内侧钢板的两端的第一端钢板和第二端钢板，所述外波纹钢板、所述第一端钢板、所述内侧钢板以及所述第二端钢板共同合围形成内部中空的拱形箱式结构，所述外波纹钢板为所述拱形箱式衬砌环在靠近围岩的侧壁，所述外波纹钢板的波谷凹槽为所述环向引流槽，所述内侧钢板为所述拱形箱式衬砌环在远离围岩的侧壁。

优选地，每个所述拱形箱式衬砌环的所述第一端钢板沿隧道延伸方向向外凸设有插接头，所述第二端钢板沿隧道延伸方向向内凹陷有与所述插接头相对应的插接槽，所述插接头开设有供螺栓贯穿的第一径向孔，所述插接槽开设有与所述第一径向孔一一对应的第二径向孔，所述内侧钢板开设有与所述第二径向孔相对应的第三径向孔，上一个拱形箱式衬砌环的插接头插入下一个拱形箱式衬砌环的插接槽内，再通过螺栓贯穿所述第三径向孔、所述第二径向孔以及所述第一径向孔以将相邻两个拱形箱式衬砌环沿隧道延伸方向拼接。

优选地，所述插接头呈围挡状并围合于所述第一端钢板的端面。

优选地，每个所述拱形箱式衬砌环包括封顶块、分别拼接在所述封顶块两侧的第一邻接块和第二邻接块、分别位于所述封顶块两侧的第一标准块和第二标准块、分别位于所述封顶块两侧的第一拱脚块和第二拱脚块，所述第一标准块拼接在所述第一邻接块的外侧，所述第二标准块拼接在所述第二邻接块的外侧，所述第一拱脚块拼接在所述第一标准块的外侧，所述第二拱脚块拼接在所述第二标准块的外侧，所述第一拱脚块、所述第一标准块、所述第一邻接块、所述封顶块、所述第二邻接块、所述第二标准块以及所述第二拱脚块共同合围形成开口朝下的拱形衬砌结构，所述外波纹钢板在对应所述第一拱脚块和所述第二拱脚块区域均设有所述集水组件。

优选地，所述第一端钢板朝向隧道内侧还凸设有第一加固板，所述第二端钢板朝向隧道内侧还凸设有与所述第一加固板相对应的第二加固板，所述第一加固板开设有供螺栓贯穿的第一螺栓孔，所述第二加固板开设有与所述第一螺栓孔一一对应布设的第二螺栓孔，通过螺栓贯穿所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔以将上一个拱形箱式衬砌环的第二加固板和下一个拱形箱式衬砌环的第一加固板沿隧道延伸方向拼接。

优选地，所述第一加固板和所述第二加固板的横截面尺寸设置为5cm*10cm。

优选地，所述插接头包括沿隧道径向间隔设置的第一外插接头和第一内插接头，所述插接槽包括与所述第一外插接头相对应的第一外插接槽和与所述第一内插接头相对应的第一内插接槽，所述第一外插接头插接于所述第一外插接槽，所述第一内插接头插接于所述第一内插接槽。

优选地，所述第一端钢板沿隧道延伸方向向内凹陷有供防水胶条安装的安装槽，所述安装槽内安装有防水胶条，所述防水胶条设于所述第一外插接头和所述第一内插接头之间。

本发明还提供一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构的施工方法，应用于如上述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，包括步骤：

S1，开挖掌子面并清理洞渣；

S2，在隧道拱脚处铺设砼垫层，在所述砼垫层的顶部安装所述第一拱脚块和所述第二拱脚块；

S3，将所述封顶块抬升至设计位置的上方至预设高度，再按设计位置在所述第一拱脚块的顶部安装所述第一标准块以及在所述第二拱脚块的顶部安装所述第二标准块；

S4，按照设计位置在所述第一标准块的顶部安装所述第一邻接块，以及在在所述第二标准块的顶部安装所述第二邻接块，再将所述封顶块下降至设计位置，形成拱形结构，再通过螺栓将所述第一拱脚块、所述第一标准块、所述第一邻接块、所述封顶块、所述第二邻接块、所述第二标准块以及所述第二拱脚块之间初步固定；其中，所述预设高度设置在10-20cm之间；

S5，通过所述第一注浆孔在所述拱形箱式衬砌环和围岩之间注入泡沫泡沫混凝土形成灌浆缓冲层；

S6，通过所述第二锚杆贯穿孔和所述第一锚杆贯穿孔施作所述系统锚杆；

S7，通过所述第二注浆孔向所述拱形箱式衬砌环内注入钢纤维混凝土得到所述灌浆结构层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构及施工方法，包括系统锚杆、沿隧道径向由内向外依次连接的灌浆缓冲层和箱式衬砌层，每个拱形箱式衬砌环设有环向引流槽，环向引流槽在靠近隧道拱脚位置设有集水组件，泡沫混凝土通过第一注浆孔填充在围岩和拱形箱式衬砌环之间形成灌浆缓冲层，钢纤维混凝土通过第二注浆孔填充在拱形箱式衬砌环的内部形成灌浆结构层，拱形箱式衬砌环内预埋有排水管，排水管的进水端安装于第一排水管安装孔并与集水组件连通，排水管的出水端安装于第二排水管安装孔，以将集水组件收集的围岩渗水引排至隧道既有排水系统中。

区别于复合式衬砌结构，本申请采用“单层”的箱式衬砌结构，拱形箱式衬砌环之间相互拼接形成稳定可靠的衬砌结构，能够简化施工工序、工作人员不用长时间暴露在危岩体下方，减小施工风险、施工周期大幅缩短，本申请采用节段拼装式结构，节省大量人力和混凝土用量，并且提供了新型隧道围岩渗水排水路径，不存在防水卷材容易在施工期间被刺破的问题，有效解决了防渗处置困难的问题。本申请还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；能够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。

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为本发明的一实施例中的拱形箱式衬砌环的立面示意图；

图3为本发明的一实施例中的拱形箱式衬砌环的外侧展开示意图；

图4为本发明的一实施例中的拱形箱式衬砌环的横截面示意图；

图5为图4中C处放大示意图；

图6为图4中第二拱脚块沿A-A方向的结构示意图；

图7为图4中第一拱脚块沿B-B方向的结构示意图；

图8为图4中第二标准块沿A-A方向的结构示意图；

图9为图4中第一标准块沿B-B方向的结构示意图；

图10为图4中第二邻接块沿A-A方向的结构示意图；

图11为图4中第一邻接块沿B-B方向的结构示意图；

图12为本发明的一实施例中的封顶块的结构示意图；

图13为本发明的一实施例中的将封顶块抬升至设计位置的上方至预设高度时的结构示意图；

图14为本发明的一实施例中的安装完第一标准块、第二标准块、第一邻接块以及第二邻接块后的结构示意图。

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、隧道；110、砼垫层；20、隧道既有排水系统；30、拱形箱式衬砌环；310、环向引流槽；320、集水组件；330、第一注浆孔；340、排水管；341、排水管的进水端；342、排水管的出水端；350、外波纹钢板；360、内侧钢板；361、第三径向孔；370、第一端钢板；371、插接头；372、第一径向孔；373、第一加固板；374、第一螺栓孔；380、第二端钢板；381、插接槽；382、第二径向孔；383、第二加固板；384、第二螺栓孔；390、防水胶条；410、封顶块；420、第一邻接块；430、第二邻接块；440、第一标准块；450、第二标准块；460、第一拱脚块；470、第二拱脚块。

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12，本发明提供的一实施例中的一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，包括系统锚杆(图未示出)、沿隧道10径向由内向外依次连接的灌浆缓冲层(图未示出)和箱式衬砌层(图未标示)，其中，所述箱式衬砌层包括多个沿隧道10延伸方向依次拼装的拱形箱式衬砌环30，作为较佳实施方式，相邻两个拱形箱式衬砌环30之间错缝拼接，即奇偶环采用错缝拼接，避免产生沿隧道10的延伸方向延伸的纵向通缝，这种方式施作得到的拱墙衬砌结构整体性较好，环面较平整，接缝刚度分布均匀，提高了衬砌结构的纵向刚度。

每个所述拱形箱式衬砌环30在靠近围岩侧的壁面设有用于引导围岩渗水的环向引流槽310，所述环向引流槽310在靠近隧道10拱脚位置设有用于收集来自所述环向引流槽310的围岩渗水的集水组件320；作为较佳示例，拱形箱式衬砌环30在靠近围岩侧的侧壁采用波纹钢板，环向引流槽310为波纹钢板的波谷凹槽，可以知道的是，围岩渗水将通过环向引流槽310流至集水组件320，如图6-7，集水组件320集水半圆管或者斗状结构或者具有能够收集渗水结构均可，集水组件320的下端设有出口(图未示出)和排水管340连通。

所述拱形箱式衬砌环30在靠近围岩的侧壁开设有第一注浆孔330、第一锚杆贯穿孔(图未标示)以及第一排水管安装孔(图未标示)，泡沫混凝土通过所述第一注浆孔330填充在围岩和所述拱形箱式衬砌环30之间形成所述灌浆缓冲层，所述拱形箱式衬砌环30在远离围岩的侧壁开设有第二注浆孔(图未示出)、第二锚杆贯穿孔(图未示出)以及第二排水管安装孔(图未示出)，钢纤维混凝土通过所述第二注浆孔填充在所述拱形箱式衬砌环30的内部形成灌浆结构层(图未示出)；

本领域技术人员知晓的是，目前山岭隧道10暗洞通常采用钻爆法施工，钻爆法施工遵循“新奥法”的设计理念，即允许围岩发生一定的形变，从而充分发挥围岩的自稳能力，而钻爆法山岭隧道10不可避免地存在超欠挖问题(钻爆法开挖作业面不规则)以及隧道10初支产生收缩变形后，净空常常无法满足衬砌构件的安装尺寸要求，导致开挖作业以及初支的大量返工，进而导致工程量大、成本高的问题。同时，由于超欠挖问题、对地质条件要求高以及需要适应围岩的收缩变形，因此现有技术中山岭隧道10的衬砌依然以现浇为主，即背景技术提及的复合式衬砌形式。

本申请方案中，可以在拱形箱式衬砌环30内预留注浆管，注浆管和第一注浆孔330对应布设，待拱形箱式衬砌环30拼装完成后进行外侧泡沫混凝土注浆，拱形箱式衬砌环30的底部对应拱脚位置处的注浆管还可以兼做排水管340，例如内侧接PVC管，将集水组件320的围岩渗水引排至隧道10排水沟，外侧设集水组件320用于汇集衬砌背面地下渗水。

优选地，泡沫混凝土优选采用聚苯乙烯泡沫混凝土，能够保证拱形箱式衬砌环30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，泡沫混凝土不仅是用作围岩与拱形箱式衬砌环30之间空隙的填充，更是支护体系中的缓冲层，拱形箱式衬砌环30结合泡沫混凝土缓冲层，在限定范围内允许围岩发生形变，从而最大化发挥支护体系作用。钢纤维混凝土可以显著增加混凝土的抗拉强度和耐久性，提高混凝土的整体强度和抗裂性能，在其他实施例中，本领域技术人员还可以采用其他形式具有增加强度的混凝土。

所述系统锚杆包括锚固端(图未示出)和锁紧端(图未示出)，所述锚固端通过贯穿所述第二锚杆贯穿孔和所述第一锚杆贯穿孔后锚入至围岩内部，所述锁紧端与所述拱形箱式衬砌环30连接；所述拱形箱式衬砌环30内预埋有排水管340，所述排水管的进水端341安装于所述第一排水管安装孔并与所述集水组件320连通，所述排水管的出水端342安装于所述第二排水管安装孔，以将所述集水组件320收集的围岩渗水引排至隧道10既有排水系统中。

值得注意的是，拱形箱式衬砌环30上的第一注浆孔330以及第一锚杆贯穿孔可以是同一孔，也可以是不同孔，在较佳示例中，第一注浆孔330以及第一锚杆贯穿孔可以通用，第一排水管安装孔和第一注浆孔330也可以通用，即在注浆完成灌浆缓冲层后再将系统锚杆的锚固端通过灌浆缓冲层后再锚入围岩内部，锁紧端与拱形箱式衬砌环30连接，从而完成系统锚杆的施作。可以将排水管的进水端341安装于第一注浆孔330处，从而可以增加不同孔的通用性，系统锚杆具有锚固端和锁紧端为本领域人员熟知内容，不做赘述。

还值得注意的是，本申请的拱形箱式衬砌环30的外侧壁，例如采用波纹钢板，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通过环向引流槽310到集水组件320，再通过预埋的排水管340引排至隧道10既有排水系统中进行排除，缓解了水体压力；拱形箱式衬砌环30的外侧壁还能够作为灌浆缓冲层注浆时的模板，不需要单独再增加模板；灌浆缓冲层与围岩预留有空隙，空隙再采用泡沫混凝土回填，也能解决超欠挖造成的问题。

常规的隧道10排水方式是在隧道10施工初支之后，在初支背面铺设防水卷材以及防水板，并在拱脚位置预留纵向排水管，通过防水卷材将围岩渗水引排至拱脚纵向排水管内，再通过设置横向排水管，将纵向排水管内的水引至隧道10排水沟。此种排水方式存在如下弊端。其一，防水卷材耐久性较差。其二，防水卷材容易在施工期间被刺破，其三，防水卷材不是整铺，是通过拼接的方式铺设的，受施工工艺影响，接口位置容易发生渗漏。最后，防水卷材以初支并非密贴，导致渗水在衬砌与防水卷材之间易形成纵向通道，为后期隧道10防渗处置增加困难。

本申请采用拱形箱式衬砌环30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；通过改进拱形箱式衬砌环30的连接方式，达到了自防水的效果。本申请改变了现有隧道10衬砌结构的排水方式，能够将拱墙段围岩的裂隙水进行有效排出，缓解了水体压力，提高隧道10结构的稳定性和耐久性。

如图4所示，作为一优选实施方式，每个所述拱形箱式衬砌环30包括靠近围岩的外波纹钢板350、远离围岩的内侧钢板360、沿隧道10延伸方向分别连接在所述内侧钢板360的两端的第一端钢板370和第二端钢板380，所述外波纹钢板350、所述第一端钢板370、所述内侧钢板360以及所述第二端钢板380共同合围形成内部中空的拱形箱式结构，所述外波纹钢板350为所述拱形箱式衬砌环30在靠近围岩的侧壁，所述外波纹钢板350的波谷凹槽为所述环向引流槽310，所述内侧钢板360为所述拱形箱式衬砌环30在远离围岩的侧壁。

结合上文所述，现有的山岭隧道10衬砌结构采用复合式衬砌，先做初期支护，保证初期围岩的安全稳定，并允许围岩发生一定量的变形，待变形基本稳定，再进行二次衬砌的施工。反观本申请采用单层箱式衬砌结构，能够解决围岩变形控制和衬砌施工一步到位，作为较佳实施方式，外波纹钢板350、第一端钢板370、第二端钢板380、内侧钢板360相互之间采用焊接连接成整体，能够起到防止外部围岩渗水进入拱形箱式衬砌环30的内部。进一步地可以对拱形箱式衬砌环30的外壁施作常规防腐防锈材料，该部分为常规技术手段，在此不做赘述。

如图2-3所示，作为一优选实施方式，每个所述拱形箱式衬砌环30包括封顶块410、分别拼接在所述封顶块410两侧的第一邻接块420和第二邻接块430、分别位于所述封顶块410两侧的第一标准块440和第二标准块450、分别位于所述封顶块410两侧的第一拱脚块460和第二拱脚块470，所述第一标准块440拼接在所述第一邻接块420的外侧，所述第二标准块450拼接在所述第二邻接块430的外侧，所述第一拱脚块460拼接在所述第一标准块440的外侧，所述第二拱脚块470拼接在所述第二标准块450的外侧，所述第一拱脚块460、所述第一标准块440、所述第一邻接块420、所述封顶块410、所述第二邻接块430、所述第二标准块450以及所述第二拱脚块470共同合围形成开口朝下的拱形衬砌结构，所述外波纹钢板350在对应所述第一拱脚块460和所述第二拱脚块470区域均设有所述集水组件320。

作为一较佳实施方式，每个所述拱形箱式衬砌环30的所述第一端钢板370沿隧道10延伸方向向外凸设有插接头371，所述第二端钢板380沿隧道10延伸方向向内凹陷有与所述插接头371相对应的插接槽381，所述插接头371开设有供螺栓贯穿的第一径向孔372，所述插接槽381开设有与所述第一径向孔372一一对应的第二径向孔382，所述内侧钢板360开设有与所述第二径向孔382相对应的第三径向孔361，上一个拱形箱式衬砌环30的插接头371插入下一个拱形箱式衬砌环30的插接槽381内，再通过螺栓贯穿所述第三径向孔361、所述第二径向孔382以及所述第一径向孔372以将相邻两个拱形箱式衬砌环30沿隧道10延伸方向拼接。

进一步地，所述插接头371呈围挡状并围合于所述第一端钢板370的端面。具体的，作为较佳实施方式，可以在每个子块，例如第一拱脚块460、第二拱脚块470、第一标准块440、第二标准块450、第一邻接块420、第二邻接块430、封顶块410对应的第一端钢板370设置呈围挡状的插接头371，在对应的第二端钢板380设置与插接头371相对应的插接槽381，以完成每个子块的纵向拼接。

作为一较佳实施方式，所述第一端钢板370朝向隧道10内侧还凸设有第一加固板373，所述第二端钢板380朝向隧道10内侧还凸设有与所述第一加固板373相对应的第二加固板383，所述第一加固板373开设有供螺栓贯穿的第一螺栓孔374，所述第二加固板383开设有与所述第一螺栓孔374一一对应布设的第二螺栓孔384，通过螺栓贯穿所述第一螺栓孔374和所述第二螺栓孔384以将上一个拱形箱式衬砌环30的第二加固板383和下一个拱形箱式衬砌环30的第一加固板373沿隧道10延伸方向拼接。

具体的，请参阅附图6至12，可以在第一拱脚块460、第二拱脚块470、第一标准块440、第二标准块450、第一邻接块420、第二邻接块430以及封顶块410的环向接口设钢性插头及插槽，上一个拱形箱式衬砌环30的插接头371插入下一个拱形箱式衬砌环30的插接槽381内完成拼装后，再将定位螺栓贯穿所述第三径向孔361、所述第二径向孔382以及所述第一径向孔372，再通过螺栓贯穿所述第一螺栓孔374和所述第二螺栓孔384以将上一个拱形箱式衬砌环30的第二加固板383和下一个拱形箱式衬砌环30的第一加固板373沿隧道10延伸方向拼接，如此能够实现隧道10延伸方向的可靠连接，另外还可以在箱体接口设置防水胶条390，当箱体拼装后挤密防水胶条390，实现箱体的接缝防水。

作为较佳示例，所述第一加固板373和所述第二加固板383的横截面尺寸设置为5cm*10cm。在其他实施例中，本领域技术人员还可以根据需要设置为其他值。

作为另一较佳实施方式，所述插接头371包括沿隧道10径向间隔设置的第一外插接头371和第一内插接头371，所述插接槽381包括与所述第一外插接头371相对应的第一外插接槽381和与所述第一内插接头371相对应的第一内插接槽381，所述第一外插接头371插接于所述第一外插接槽381，所述第一内插接头371插接于所述第一内插接槽381。进一步地，所述第一端钢板370沿隧道10延伸方向向内凹陷有供防水胶条390安装的安装槽，所述安装槽内安装有防水胶条390，所述防水胶条390设于所述第一外插接头371和所述第一内插接头371之间。

本实施方式提供另一种形式的纵向插接形式，同样能够实现拱形箱式衬砌环30的可靠连接和防水。

请参阅附图13至14，本发明还提供一种适用于山岭隧道10暗洞的拱墙衬砌结构的施工方法，应用于如上述的适用于山岭隧道10暗洞的拱墙衬砌结构，包括步骤：

S1，开挖掌子面并清理洞渣；

S2，在隧道10拱脚处铺设砼垫层110，在所述砼垫层110的顶部安装所述第一拱脚块460和所述第二拱脚块470；优选地，砼垫层110为20cm厚C20砼垫层110；

S3，将所述封顶块410抬升至设计位置的上方至预设高度，再按设计位置在所述第一拱脚块460的顶部安装所述第一标准块440以及在所述第二拱脚块470的顶部安装所述第二标准块450；具体的，在隧道10拱脚处铺设砼垫层110，在所述砼垫层110的顶部安装所述第一拱脚块460和所述第二拱脚块470，可以将安装的拱脚块的插接槽381对准上一环的插接头371插入，在接缝处用螺栓插入加固钢板的螺栓孔内，并螺紧，再通过螺栓插入预设的螺栓孔锁紧连接；

S4，按照设计位置在所述第一标准块440的顶部安装所述第一邻接块420，以及在在所述第二标准块450的顶部安装所述第二邻接块430，再将所述封顶块410下降至设计位置，形成拱形结构，再通过螺栓将所述第一拱脚块460、所述第一标准块440、所述第一邻接块420、所述封顶块410、所述第二邻接块430、所述第二标准块450以及所述第二拱脚块470之间初步固定；其中，所述预设高度设置在10-20cm之间，具体可以参阅附图13-14中距离D值。在拼接安装时，依次将接缝处第一加固板373和第二加固板383进行螺栓加固，最后将螺栓插入封顶块410对应的插接头371和插接槽381预留的螺栓孔，完成整个拱形箱式衬砌环30的初步固定。

S5，通过所述第一注浆孔330在所述拱形箱式衬砌环30和围岩之间注入泡沫泡沫混凝土形成灌浆缓冲层；

S6，通过所述第二锚杆贯穿孔和所述第一锚杆贯穿孔施作所述系统锚杆；

S7，通过所述第二注浆孔向所述拱形箱式衬砌环30内注入钢纤维混凝土得到灌浆结构层。

值得注意的是，本申请的各子块拼装后先通过螺栓或者滑轨初步固定，再通过预留的注浆管进行外侧泡沫砼的填充，待泡沫砼初凝，可以通过变形吸收一定量的围岩压力，并将过多的围岩压力均匀传递到衬砌结构上，拱形衬砌结构受压后，使各子块连接进一步固定，巧妙地利用了围岩压力进一步固定各个子块之间的连接稳定性。此外，采用本申请施工方法能够适应隧道10洞内狭小的施作空间，换句话说，采用传统盾构隧道的施工方法无法适应山岭隧道暗洞内狭小空间，不具有足够的作业空间。

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)

1.一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，包括系统锚杆、沿隧道径向由内向外依次连接的灌浆缓冲层和箱式衬砌层，其中，

所述箱式衬砌层包括多个沿隧道延伸方向依次拼装的拱形箱式衬砌环，每个所述拱形箱式衬砌环在靠近围岩侧的壁面设有用于引导围岩渗水的环向引流槽，所述环向引流槽在靠近隧道拱脚位置设有用于收集来自所述环向引流槽的围岩渗水的集水组件；

所述拱形箱式衬砌环在靠近围岩的侧壁开设有第一注浆孔、第一锚杆贯穿孔以及第一排水管安装孔，泡沫混凝土通过所述第一注浆孔填充在围岩和所述拱形箱式衬砌环之间形成所述灌浆缓冲层，所述拱形箱式衬砌环在远离围岩的侧壁开设有第二注浆孔、第二锚杆贯穿孔以及第二排水管安装孔，钢纤维混凝土通过所述第二注浆孔填充在所述拱形箱式衬砌环的内部形成灌浆结构层；

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第二锚杆贯穿孔和所述第一锚杆贯穿孔后锚入至围岩内部，所述锁紧端与所述拱形箱式衬砌环连接；所述拱形箱式衬砌环内预埋有排水管，所述排水管的进水端安装于所述第一排水管安装孔并与所述集水组件连通，所述排水管的出水端安装于所述第二排水管安装孔，以将所述集水组件收集的围岩渗水引排至隧道既有排水系统中。

2.根据权利要求1所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，每个所述拱形箱式衬砌环包括靠近围岩的外波纹钢板、远离围岩的内侧钢板、沿隧道延伸方向分别连接在所述内侧钢板的两端的第一端钢板和第二端钢板，所述外波纹钢板、所述第一端钢板、所述内侧钢板以及所述第二端钢板共同合围形成内部中空的拱形箱式结构，所述外波纹钢板为所述拱形箱式衬砌环在靠近围岩的侧壁，所述外波纹钢板的波谷凹槽为所述环向引流槽，所述内侧钢板为所述拱形箱式衬砌环在远离围岩的侧壁。

3.根据权利要求2所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，每个所述拱形箱式衬砌环的所述第一端钢板沿隧道延伸方向向外凸设有插接头，所述第二端钢板沿隧道延伸方向向内凹陷有与所述插接头相对应的插接槽，所述插接头开设有供螺栓贯穿的第一径向孔，所述插接槽开设有与所述第一径向孔一一对应的第二径向孔，所述内侧钢板开设有与所述第二径向孔相对应的第三径向孔，上一个拱形箱式衬砌环的插接头插入下一个拱形箱式衬砌环的插接槽内，再通过螺栓贯穿所述第三径向孔、所述第二径向孔以及所述第一径向孔以将相邻两个拱形箱式衬砌环沿隧道延伸方向拼接。

4.根据权利要求3所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，所述插接头呈围挡状并围合于所述第一端钢板的端面。

5.根据权利要求2所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，每个所述拱形箱式衬砌环包括封顶块、分别拼接在所述封顶块两侧的第一邻接块和第二邻接块、分别位于所述封顶块两侧的第一标准块和第二标准块、分别位于所述封顶块两侧的第一拱脚块和第二拱脚块，所述第一标准块拼接在所述第一邻接块的外侧，所述第二标准块拼接在所述第二邻接块的外侧，所述第一拱脚块拼接在所述第一标准块的外侧，所述第二拱脚块拼接在所述第二标准块的外侧，所述第一拱脚块、所述第一标准块、所述第一邻接块、所述封顶块、所述第二邻接块、所述第二标准块以及所述第二拱脚块共同合围形成开口朝下的拱形衬砌结构，所述外波纹钢板在对应所述第一拱脚块和所述第二拱脚块区域均设有所述集水组件。

6.根据权利要求4所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，所述第一端钢板朝向隧道内侧还凸设有第一加固板，所述第二端钢板朝向隧道内侧还凸设有与所述第一加固板相对应的第二加固板，所述第一加固板开设有供螺栓贯穿的第一螺栓孔，所述第二加固板开设有与所述第一螺栓孔一一对应布设的第二螺栓孔，通过螺栓贯穿所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔以将上一个拱形箱式衬砌环的第二加固板和下一个拱形箱式衬砌环的第一加固板沿隧道延伸方向拼接。

7.根据权利要求6所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，所述第一加固板和所述第二加固板的横截面尺寸设置为5cm*10cm。

8.根据权利要求3所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，所述插接头包括沿隧道径向间隔设置的第一外插接头和第一内插接头，所述插接槽包括与所述第一外插接头相对应的第一外插接槽和与所述第一内插接头相对应的第一内插接槽，所述第一外插接头插接于所述第一外插接槽，所述第一内插接头插接于所述第一内插接槽。

9.根据权利要求4所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，所述第一端钢板沿隧道延伸方向向内凹陷有供防水胶条安装的安装槽，所述安装槽内安装有防水胶条，所述防水胶条设于所述第一外插接头和所述第一内插接头之间。

10.一种适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构的施工方法，应用于如权利要求5所述的适用于山岭隧道暗洞的拱墙衬砌结构，其特征在于，包括步骤：

S1，开挖掌子面并清理洞渣；

S2，在隧道拱脚处铺设砼垫层，在所述砼垫层的顶部安装所述第一拱脚块和所述第二拱脚块；

S3，将所述封顶块抬升至设计位置的上方至预设高度，再按设计位置在所述第一拱脚块的顶部安装所述第一标准块以及在所述第二拱脚块的顶部安装所述第二标准块；

S4，按照设计位置在所述第一标准块的顶部安装所述第一邻接块，以及在在所述第二标准块的顶部安装所述第二邻接块，再将所述封顶块下降至设计位置，形成拱形结构，再通过螺栓将所述第一拱脚块、所述第一标准块、所述第一邻接块、所述封顶块、所述第二邻接块、所述第二标准块以及所述第二拱脚块之间初步固定；其中，所述预设高度设置在10-20cm之间；

S5，通过所述第一注浆孔在所述拱形箱式衬砌环和围岩之间注入泡沫泡沫混凝土形成灌浆缓冲层；

S6，通过所述第二锚杆贯穿孔和所述第一锚杆贯穿孔施作所述系统锚杆；

S7，通过所述第二注浆孔向所述拱形箱式衬砌环内注入钢纤维混凝土得到所述灌浆结构层。