CN206053968U

CN206053968U - 隧道衬砌支护结构

Info

Publication number: CN206053968U
Application number: CN201621050650.8U
Authority: CN
Inventors: 战福军
Original assignee: Nanjing Lianzhong Construction Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Lianzhong Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2026-09-13

Abstract

本实用新型公开了一种隧道衬砌支护结构，包括由板管组合单元沿隧道内壁周向和轴向拼装形成的支护结构，其中，所述板管组合单元由波纹板片和管材构成；在整个支护结构中，波纹板片的波纹线方向与隧道中心线保持一致，管材的延伸方向与隧道周向保持一致，且相邻管材首尾相接构成波纹板片的支撑结构。该支护结构将传统的初次衬砌与二次衬砌合二为一，其承载受压力、抗坍塌、抗开裂、承载能力均得到较大地提升，还具有病害隧道修复加固功能；支护结构横截面惯性矩比一般的加强方式提高很多，壁厚可以大大减薄，降低了材料的成本；同时，拼装式结构各部件可以工厂预制单元板片然后现场拼装，施工速度快、施工工期短。

Description

隧道衬砌支护结构

技术领域

本实用新型涉及一种支护结构，尤其涉及一种隧道衬砌支护结构，用于公路、铁路、输水或防空工程隧道内部。

背景技术

隧道衬砌是为了防止隧道内围岩变形或坍塌，沿隧道洞身上部周向拱璧用钢拱架及钢—混凝土材料修筑的永久性支护结构。现有的隧道衬砌一般都设置初支护层及二次衬砌层。初支护层结构由工字钢、拱架、钢筋网、锚杆及喷射混凝土构成，用来承受隧道开挖后岩洞上方结构塑性变形产生的压力，防止围岩变形或塌落。在设置了初支护层的基础上要进行二次衬砌，二次衬砌由防水布、混凝土等修筑成隧道最内层的衬砌，一是用来加固初支护层；二是与初支护层共同承受岩洞变形产生的压力；三是美化外观，线路优化，方便设置照明、通讯、排水等设施。上述结构及施工方法存在如下问题：①、一般来说，隧道的初支护层(即初次衬砌层)承受岩洞上部的大部分荷载，但初支护层的承载能力不仅取决于内部的钢拱架，还取决于混凝土的配合与支持，而混凝土浇筑时是不会立即起到承载作用的，需要凝固和硬化时间，在这段时间支护强度是得不到严格保证的，特别是在地壳复杂地带，继而会经常发生隧道工程坍塌事故。②、混凝土凝固后是纯刚性材料，不易变形、不抗震、易开裂，开裂后易渗水，并且很难修复，这是隧道运行后的通病。③、衬砌层太厚，一般都超过0.5米，在V类以上级别时，围岩要达到0.7米甚至更厚，这样就加大了断面开挖面积和工程开挖量，延长了工期。④、混凝土工程需要凝固和硬化的时间，影响工程进度。⑤、需要专用的大型初砌台车，设备投入大。⑥、钢筋绑扎是用人施工，用工量大，速度慢。

因此，亟待解决上述技术难题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种将初次衬砌与二次衬砌合二为一的隧道衬砌支护结构。

技术方案：本实用新型所述的隧道衬砌支护结构，包括由板管组合单元沿隧道内壁周向和轴向拼装形成的支护结构，其中，所述板管组合单元由波纹板片和管材构成；在整个支护结构中，波纹板片的波纹线方向与隧道中心线保持一致，管材的延伸方向与隧道周向保持一致，且相邻管材首尾相接构成波纹板片的支撑结构。

所述板管组合单元带有弧度，可与隧道的内壁弧度保持一致。

所述管材内部及波纹板片与隧道内壁之间填充混凝土，或者波纹板片与隧道内壁之间填充混凝土，前者能获得最好的受力性能。

所述波纹板片周向及轴向的连接方式为焊接、栓接、铆接中的至少一种；其中，采用栓接方式时，相邻波纹板片通过法兰连接，或波纹板片自身弯折形成法兰。

所述法兰为平钢板、圆弧钢板、平型钢或圆弧形型钢。

所述板管组合单元中，波纹板片与管材之间采用焊接、栓接、铆接中的至少一种。

所述支护结构的截面为圆形、半圆形或拱形，其中，支护结构的截面与隧道本身的截面是一致的。

所述波纹板片相邻波纹之间通过封堵板封堵，以形成闭合截面的支护结构。

上述波纹板片、管材可以使用钢质材料。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为：首先，该支护结构由板管组合单元构成，其中，波形钢板为半柔性结构，抗震性能好，抗沉降性能好，可吸收微量变形且不易开裂，管材作为整个支护结构的支撑大梁，极大地提高了整体强度，拼装后能立即起到支护作用，将传统的初次衬砌与二次衬砌合二为一，其承载受压力、抗坍塌、抗开裂、承载能力强；其次，支护结构的横截面惯性矩比一般的加强方式提高很多，承载能力提高，壁厚可以大大减薄，降低了材料的成本；同时，拼装式结构各部件可以工厂预制单元板片然后现场拼装，施工速度快、施工工期短；最后，该支护结构具有病害隧道修复加固功能。

附图说明

图1(a)-1(c)分别为本实用新型支护结构的钢管混凝土结构横截面图；

图2(a)、2(b)分别为本实用新型支护结构混凝土受力示意图；

图3(a)-3(c)分别为混凝土柱、钢管及钢管混凝土柱的轴向受力示意图；

图4(a)-4(m)分别为本实用新型波纹板片开口截面图；

图5(a)-5(h)分别为本实用新型波纹板片部分闭合截面图；

图6为本实用新型板管组合单元的结构示意图；

图7为本实用新型开口截面结构的局部横截面示意图；

图8为本实用新型闭合截面结构的局部横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实用新型主要应用了大惯性矩原理、钢管混凝土原理和管土共同受力原理。其中，大惯性矩原理通过在平直钢板成型成带有凸起状钢板后其截面惯性矩大大提高，使其承载能力相比之前也大大提高，其程度取决于凸起形状及尺寸。管土共同受力原理是借助管道周围土石与管道构件协同受力，将施加在管道上的载荷转化为管道壁的环向内压力，以提高管道的承载力，有利于减薄墙板的厚度，降低造价。钢管混凝土原理是钢管混凝土结构是指在钢管中填充混凝土而形成的钢管及其核心混凝土共同承受外荷载作用的结构构件，按截面形式不同，可分为圆形、方形和矩形钢管混凝土及多边形钢管混凝土等，如图1(a)-1(c)所示。

钢管混凝土作为受压构件能充分发挥混凝土所具有的优越抗压性能和钢材所具有的优越抗拉性能。钢管混凝土结构承受压力时，混凝土的径向受到钢管的约束，在钢管与混凝土之间产生了相互作用力，称之为紧箍力。这种紧箍力改变了混凝土的受力状态，将单向受压改变为三向受压，从而使得核心混凝土具有更强的抗压强度和抵抗变形能力，如下图2(a)、2(b)所示。同时钢管紧箍作用大大提高了混凝土的力学性能，使混凝土的脆性得到了克服。另一方面混凝土填于钢管内增强了钢管管壁的稳定性，受力性能得到极大的提高。薄壁钢管很容易发生局部屈曲破坏，然而钢管混凝土结构中的钢管因为内部充填了混凝土，提高了管壁的侧向刚度。

钢管混凝土结构性能特点有以下几点：

(1)优越的力学性能；经实验和理论计算分析证明钢管混凝土结构受压强度承载力可以达到相应的钢管和混凝土单独承载力之和的1.7～2.0倍，如下图3(a)-3(c)所示，N₃＝(1.7～2.0)×(N₁+N₂)，其中，N₁、N₂、N₃分别代表各种结构的最大承载力。

(2)良好的塑性、韧性和抗震性能；钢管混凝土在压弯剪循环荷载作用下，结构的吸能性能特别好，基本无刚度退化，抗震性能大大优越于钢筋混凝土结构。

(3)节省原材料、经济效果显著；在承载力相同的条件下，采用钢管混凝土结构替代钢结构时，可以减少约50％用钢量；替代钢筋混凝土时，可以节约50％以上的混凝土量、减轻50％以上结构自重、减小50％以上结构截面面积，节省100％的模板。

本实用新型将钢管、混凝土及波形钢板有机的结合为一体，并充分发挥各自的特点及优势，在整体结构中分别承担不同的作用，该结构易于实现，在工程实际应用用较为方便，不需要特殊的加工设备。

如图6所示，隧道衬砌支护结构包括由板管组合单元1沿隧道内壁周向和轴向拼装形成的支护结构，其中，所述板管组合单元1由波纹板片2和设于其一侧的管材3构成；在整个支护结构中，波纹板片2的波纹线方向与隧道中心线保持一致，管材3的延伸方向与隧道周向保持一致，且相邻管材首尾相接构成波纹板片的支撑结构。其中，板管组合单元1带有一定的弧度，即波纹板片2和管材3都弯曲带有一定的弧度，且与隧道的内壁弧度保持一致。波纹板材的横截面形式主要分为开口型和闭合型，参见图4(a)-4(m)及5(a)-4(h)，在管材与波纹板片的接触面上开混凝土连通孔4，在管材上还分别开设混凝土灌注孔5和溢出孔6。如图7所示，可以在管材内部及波纹板片与隧道内壁之间填充混凝土7，以获得最好的受力性能；同时，沿隧道周向的相邻波纹板片自身弯折形成法兰8，该法兰8通过螺栓9连接，此时形成带有开口截面的支护结构。如图8所示，同样沿隧道周向，在波纹板片相邻波纹之间通过封堵板10搭接，以形成闭合截面的支护结构，同时在封堵板上开封堵板溢出孔11，以便于混凝土从波纹板片闭合截面流通到波纹板片与隧道墙板之间的间隙，继而组成波纹板片、钢管及混凝土一体化隧道衬砌支护结构。

Claims

1.一种隧道衬砌支护结构，其特征在于：包括由板管组合单元沿隧道内壁周向和轴向拼装形成的支护结构，其中，所述板管组合单元由波纹板片和管材构成；在整个支护结构中，波纹板片的波纹线方向与隧道中心线保持一致，管材的延伸方向与隧道周向保持一致，且相邻管材首尾相接构成波纹板片的支撑结构。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述板管组合单元带有弧度。

3.根据权利要求1所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述管材内部及波纹板片与隧道内壁之间填充混凝土。

4.根据权利要求1所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述波纹板片与隧道内壁之间填充混凝土。

5.根据权利要求1所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述波纹板片周向及轴向的连接方式为焊接、栓接、铆接中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：采用所述栓接方式时，相邻波纹板片通过法兰连接，或波纹板片自身弯折形成法兰。

7.根据权利要求6所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述法兰为平钢板、圆弧钢板、平型钢或圆弧形型钢。

8.根据权利要求1所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述板管组合单元中，波纹板片与管材之间采用焊接、栓接、铆接中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述支护结构的截面为圆形、半圆形或拱形。

10.根据权利要求1所述的隧道衬砌支护结构，其特征在于：所述波纹板片相邻波纹之间通过封堵板封堵。