CN212225244U - 一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，预制波纹板设有纵向法兰盘和环向法兰盘，且法兰盘上设有螺栓孔用于预制波纹板环向和纵向相互之间的连接固定；在套管孔上插接抗剪接头，用于连接相邻预制波纹板间的预应力筋套管；预应力筋套管设置在预制波纹板的背面；从锚具接口向预应力筋套管内插入预应力筋；需要在开挖形成的围岩表面和预制波纹板间填充一层混凝土，使预制结构后壁紧贴混凝土,并使混凝土包裹预应力套管；预制波纹板与填充混凝土共同组成隧道复合支护结构。既能够满足隧道快速施工和环保的技术要求，又能通过动态施加预应力进行衬砌结构承载能力增强的方法保证隧道支护安全，最大限度降低工程成本。

Description

一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构

技术领域

本实用新型涉及隧道支护领域，具体为一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构。

背景技术

为解决喷射混凝土施工具有环境污染重、工序复杂和施工效率低等问题，现有技术提出采用装配式波纹板作为隧道初期支护结构的施工方法(CN 108397215 A，CN209586398 U)。但波纹板衬砌结构强度有限，不能满足高应力围岩地区的支护需求；此外，现有的波纹板连接方法中法兰连接和搭接均存在一些弊端，其中法兰连接存在连接强度不足，在弯矩作用下易发生张开变形；搭接的连接方式需要在波纹板外部进行螺栓固定，而外部存在围岩没有足够操作空间。所以这两种拼接方式并不能适应各种复杂的隧道施工环境和支护要求；再者，由于围岩分布具有不均匀性，导致在整条线路的不同位置的围岩压力不同，如果按照最大荷载采用统一的高强度初支结构会造成材料的浪费，但如果采用较低强度的初支结构又会造成整体承载力不足，结构压垮失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，支护结构包括预制波纹板、预应力筋套管、抗剪接头和填充混凝土；

所述预制波纹板设有纵向法兰盘和环向法兰盘，且预制波纹板中间处设有开孔；

所述纵向法兰盘上设有螺栓孔，环向法兰盘上设有螺栓孔和套管孔，螺栓孔用于预制波纹板环向和纵向相互之间的连接固定；在套管孔上插接抗剪接头，用于连接相邻预制波纹板间的预应力筋套管；

所述预应力筋套管分为预应力筋套管a和预应力筋套管b；

所述预应力筋套管a由套管中段和套管端部组成，套管中段呈波纹状，且带有梅花形注浆孔，套管端部为弯头型套管；

所述预应力筋套管设置在预制波纹板的背面；

预应力筋套管a的套管端部连接在预制波纹板的开孔上，作为锚具接口，用于固定锚具，另一端连接在套管孔上；

从锚具接口向预应力筋套管内插入预应力筋；

预应力筋套管b仅由套管中段组成，且连接的是两端预制波纹板环向的套管孔；

通过预应力筋套管上的梅花形注浆孔同时向预制波纹板背后进行注浆，采取后退式注浆的方法进行施工，用于保障混凝土填充层的密实度，同时增强预应力，实现一孔多功能；

所述抗剪接头为中空圆形筒，由中部、外延部分和凸起组成；抗剪接头中部的外径与预应力筋套管内径相匹配；

所述抗剪接头两端分别穿过预制波纹板环向的套管孔，插接在预应力筋套管上，将两预制波纹板环向连接；

根据隧道空间的隧道断面设置多个预制波纹板拼装形成一个相匹配的支护结构；

隧道工程周围介质为岩土体，在采用本结构进行隧道工程支护时，需要在开挖形成的围岩表面和预制波纹板间填充一层混凝土，使预制结构后壁紧贴混凝土,并使混凝土包裹预应力套管；

预制波纹板与填充混凝土共同组成隧道复合支护结构。

所述的一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，其优选方案为所述预应力筋套管选用薄壁波纹钢套管，且将薄壁波纹钢套管在工厂预制阶段与预制波纹板焊接，薄壁波纹钢套管在预应力作用下可发生收缩变形。

所述的一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，其优选方案为所述预制波纹板板型分为A板结构和B板结构，除锚具接口数目与岩壁侧套管布设不同外，其他结构均相同；

所述A板结构的锚具接口为四个，设有四个预应力筋套管a；

所述B板结构的锚具接口为两个，设有两个预应力筋套管a和两个预应力筋套管b；

拼装时相邻两块B板应反向拼接。

所述的一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，其优选方案为可将围岩表面和预制波纹板间的填充的混凝土换成水泥砂浆。

一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构的施工方法，步骤如下：

步骤一：按照隧道设计断面开挖隧道，隧道断面可以是圆形、马蹄形、直墙拱形等，可以根据设计的不同断面形式预制不同的波纹板结构；

步骤二：在已开挖的隧道空间内拼装与隧道断面相匹配的预制波纹板结构，通过螺栓及抗剪接头使之形成闭环结构，按照A板-B板-B板-A板-B板-B板的顺序进行拼装预制波纹板；该结构封闭速度快，能够保障施工安全；

步骤三：从锚具接口向套管内插入预应力筋，放置锚具，张拉预应力筋后，向套管内注入砂浆或者混凝土，通过套管上的梅花形注浆孔同时向波纹板背后进行注浆；

步骤四：对于在隧道支护施工过程中遇到的附加荷载或特殊地质等情况，根据需求增减预应力钢筋数量，提高隧道支护结构的总体承载力，保障特殊线路段的隧道支护安全的同时降低材料的使用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)采用施加预应力的方法对拼装好的波纹板复合支护结构进行二次加强，从本质上提高装配式波纹板支护结构强度，并且解决法兰拼接结构不牢固的问题；

2)改善和提高了波纹板的受力性能。由于预应力的存在，控制了构件裂缝的出现及裂缝开展宽度，提高了构件的刚度，从而提高了波纹板的抗弯性；

3)实现了支护结构动态加强和装配式施工，降低施工成本，可根据需求增减预应力钢筋数量。实现对隧道支护的装配化施工，有效提高施工效率，改善施工作业环境，降低施工成本；

4)减少了充填混凝土裂缝，提高了防水性能，避免了波纹板腐蚀。充填混凝土在预应力作用下不易产生裂缝，从而避免地下水侵入，提高了支护结构的整体防水性能，同时也可以避免波纹板遭受腐蚀。

附图说明

图1为预制波纹板法兰盘示意图；

图2为A板岩壁侧示意图；

图3为A板隧道侧示意图；

图4为B板岩壁侧示意图；

图5为B板隧道侧示意图；

图6为预应力筋套管端部示意图；

图7为抗剪接头示意图；

图8环向法兰连接示意图；

图9隧道断面图；

图10拼装成形示例。

图中：1、预制波纹板，2、抗剪接头，3、混凝土，4、纵向法兰盘，5、环向法兰盘，6、开孔，7、螺栓孔，8、套管孔，9、预应力筋套管a，10、预应力筋套管b，11、套管中段，12、套管端部，13、梅花形注浆孔，14、中部，15、外延部分，16、凸起，17、隧道断面,18、锚具。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1-10所示的一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，支护结构包括预制波纹板1、预应力筋套管、抗剪接头2和填充混凝土3；

所述预制波纹板1设有纵向法兰盘4和环向法兰盘5，且预制波纹板1中间处设有开孔6；

所述纵向法兰盘4上设有螺栓孔7，环向法兰盘上设有螺栓孔7和套管孔8，螺栓孔用于预制波纹板环向和纵向相互之间的连接固定；在套管孔8上插接抗剪接头2，用于连接相邻预制波纹板1间的预应力筋套管；

所述预应力筋套管分为预应力筋套管a9和预应力筋套管b10；

所述预应力筋套管a由套管中段11和套管端部12组成，套管中段11呈波纹状，且带有梅花形注浆孔13，套管端部12为弯头型套管；

所述预应力筋套管设置在预制波纹板1的背面；

预应力筋套管a的套管端部12连接在预制波纹板1的开孔6上，作为锚具接口，用于固定锚具，另一端连接在套管孔8上；

从锚具接口向预应力筋套管内插入预应力筋；

预应力筋套管b仅由套管中段11组成，且连接的是两端预制波纹板1环向的套管孔8；

通过预应力筋套管上的梅花形注浆孔13同时向预制波纹板1背后进行注浆，采取后退式注浆的方法进行施工，用于保障混凝土填充层的密实度，同时增强预应力，实现一孔多功能；

所述抗剪接头2为中空圆形筒，由中部14、外延部分15和凸起16组成；抗剪接头2中部14的外径与预应力筋套管内径相匹配；

所述抗剪接头2两端分别穿过预制波纹板1环向的套管孔8，插接在预应力筋套管上，将两预制波纹板1环向连接；

根据隧道空间的隧道断面设置多个预制波纹板1拼装形成一个相匹配的支护结构；

隧道工程周围介质为岩土体，在采用本结构进行隧道工程支护时，需要在开挖形成的围岩表面和预制波纹板间填充一层混凝土3，使预制结构后壁紧贴混凝土，并使混凝土包裹预应力套管；

预制波纹板1与填充混凝土3共同组成隧道复合支护结构。

所述预应力筋套管选用薄壁波纹钢套管，且将薄壁波纹钢套管在工厂预制阶段与预制波纹板焊接，薄壁波纹钢套管在预应力作用下可发生收缩变形。

所述预制波纹板板型分为A板结构和B板结构，除锚具接口数目与岩壁侧套管布设不同外，其他结构均相同；

所述A板结构的锚具接口为四个，设有四个预应力筋套管a9；

所述B板结构的锚具接口为两个，设有两个预应力筋套管a9和两个预应力筋套管b10；

拼装时相邻两块B板应反向拼接。

可将围岩表面和预制波纹板间的填充的混凝土换成水泥砂浆。

一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构的施工方法，步骤如下：

步骤一：按照隧道设计断面开挖隧道，隧道断面17可以是圆形、马蹄形、直墙拱形等，可以根据设计的不同断面形式预制不同的波纹板结构；

步骤二：在已开挖的隧道空间内拼装与隧道断面17相匹配的预制波纹板1结构，通过螺栓及抗剪接头2使之形成闭环结构，按照A板-B板-B板-A板-B板-B板的顺序进行拼装预制波纹板1；该结构封闭速度快，能够保障施工安全；

步骤三：从锚具接口向套管内插入预应力筋，放置锚具18，张拉预应力筋后，向套管内注入砂浆或者混凝土3，通过套管上的梅花形注浆孔13同时向波纹板背后进行注浆；

步骤四：对于在隧道支护施工过程中遇到的附加荷载或特殊地质等情况，根据需求增减预应力钢筋数量，提高隧道支护结构的总体承载力，保障特殊线路段的隧道支护安全的同时降低材料的使用。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。

Claims (4)

1.一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，其特征在于：支护结构包括预制波纹板、预应力筋套管、抗剪接头和填充混凝土；

所述预制波纹板设有纵向法兰盘和环向法兰盘，且预制波纹板中间处设有开孔；

所述纵向法兰盘上设有螺栓孔，环向法兰盘上设有螺栓孔和套管孔，螺栓孔用于预制波纹板环向和纵向相互之间的连接固定；在套管孔上插接抗剪接头，用于连接相邻预制波纹板间的预应力筋套管；

所述预应力筋套管分为预应力筋套管a和预应力筋套管b；

所述预应力筋套管a由套管中段和套管端部组成，套管中段呈波纹状，且带有梅花形注浆孔，套管端部为弯头型套管；

所述预应力筋套管设置在预制波纹板的背面；

预应力筋套管a的套管端部连接在预制波纹板的开孔上，作为锚具接口，用于固定锚具，另一端连接在套管孔上；

从锚具接口向预应力筋套管内插入预应力筋；

预应力筋套管b仅由套管中段组成，且连接的是两端预制波纹板环向的套管孔；

通过预应力筋套管上的梅花形注浆孔同时向预制波纹板背后进行注浆，采取后退式注浆的方法进行施工，用于保障混凝土填充层的密实度，同时增强预应力，实现一孔多功能；

所述抗剪接头为中空圆形筒，由中部、外延部分和凸起组成；抗剪接头中部的外径与预应力筋套管内径相匹配；

所述抗剪接头两端分别穿过预制波纹板环向的套管孔，插接在预应力筋套管上，将两预制波纹板环向连接；

根据隧道空间的隧道断面设置多个预制波纹板拼装形成一个相匹配的支护结构；

隧道工程周围介质为岩土体，在采用本结构进行隧道工程支护时，需要在开挖形成的围岩表面和预制波纹板间填充一层混凝土，使预制结构后壁紧贴混凝土,并使混凝土包裹预应力套管；

预制波纹板与填充混凝土共同组成隧道复合支护结构。

2.根据权利要求1所述的一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，其特征在于：所述预应力筋套管选用薄壁波纹钢套管，且将薄壁波纹钢套管在工厂预制阶段与预制波纹板焊接，薄壁波纹钢套管在预应力作用下可发生收缩变形。

3.根据权利要求1所述的一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，其特征在于：所述预制波纹板板型分为A板结构和B板结构，除锚具接口数目与岩壁侧套管布设不同外，其他结构均相同；

所述A板结构的锚具接口为四个，设有四个预应力筋套管a；

所述B板结构的锚具接口为两个，设有两个预应力筋套管a和两个预应力筋套管b；

拼装时相邻两块B板应反向拼接。

4.根据权利要求1所述的一种预应力增强式波纹板隧道复合支护结构，其特征在于：可将围岩表面和预制波纹板间的填充的混凝土换成水泥砂浆。

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