CN212296396U - 一种预制临时仰拱及其隧道衬砌结构 - Google Patents
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Abstract
一种预制临时仰拱及其隧道衬砌结构，预制临时仰拱的横截面呈弧形，预制单元板包括贯穿板体的结构桩施工孔，板体的前端端面上设有连接端，后端端面上设有承接端，承接端与连接端相配合板体的左右两端端面分别居中预埋有仰拱连接件。隧道衬砌结构包括初支结构、防水层和二衬结构，初支结构由预制临时仰拱和初支其它结构围合形成。隧道衬砌结构还包括钢筋混凝土的洞内嵌岩结构桩。本实用新型可以有效控制软土地层钻爆法隧道施工引起的地层及周边环境变形，具有安装快捷、便于结构桩施工、提高施工效率等优势，可有效提高软土地层隧道的初支施工质量。
Description
技术领域
本实用新型属于隧道领域，特别是一种软土地区结构桩施工的预制临时仰拱及其隧道衬砌结构。
背景技术
随着我国地下空间的开发，软土地区隧道施工导致的地层及周边建筑物或者构筑物变形引起重视。钻爆法隧道施工过程中，为了避免洞内变形及对周围环境的影响，需设置临时仰拱，临时仰拱与边墙初支封闭成环，可以有效的减少洞内及地层变形，保护周边建筑物或者构筑物安全。临时仰拱一般采用与边墙初支相同的喷射混凝土和钢架结构。另外，由于软土地层的地基承载力不够，需设置结构桩以保证隧道投入运营后的安全与稳定。
但是软土地区钻爆法隧道结构桩的施工尚存在以下问题：a、结构桩定位易出现偏差，影响二衬及防水层的施工；b、临时仰拱部位喷射混凝土存在不易密实、强度不够、厚度不均等现象，后期施工机械作用在临时仰拱上时容易产生裂缝；c、结构桩施工时需要在临时仰拱开孔，仰拱钢架偏差导致结构桩施工时破坏仰拱的完整性及承载力。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种预制临时仰拱及其隧道衬砌结构，要解决结构桩定位易出现偏差，影响二衬及防水层的施工的技术问题，还要解决临时仰拱部位喷射混凝土质量控制困难的技术问题；还要解决结构桩施工时需要在临时仰拱开孔，仰拱钢架偏差导致结构桩施工时破坏仰拱的完整性及承载力的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种预制临时仰拱，包括钢筋混凝土的拱体，所述拱体由预制单元板纵向连接形成，所述预制单元板的横截面呈弧形，所述预制单元板包括贯穿板体的结构桩施工孔，所述结构桩施工孔沿板体纵向成排设置，所述板体的前端端面上设有沿板体纵向通长设置的连接端，所述板体的后端端面上设有沿板体纵向通长设置有与连接端相适应的承接端，所述承接端与连接端相配合，所述板体的左右两端端面分别居中预埋有仰拱连接件。
每个预制单元板上设有1-2排结构桩施工孔，每排设置2-4个结构桩施工孔。
相邻两块预制单元板纵向之间通过承接端与连接端配合连接，所述连接端居中设有一道通长的凸肋，所述承接端居中设有一道通长的凹槽，所述凸肋与凹槽相配合。
一种隧道衬砌结构，包括初支结构、防水层和二衬结构，所述初支结构由预制临时仰拱和初支其它结构围合形成，所述初支其它结构为初支边墙和初支拱顶，包括初支钢架、初支混凝土和钢架连接件，
所述初支钢架的底端部预埋有钢架连接件，所述预制临时仰拱的左右两端端面分别通过仰拱连接件与钢架连接件固定连接，所述初支混凝土喷射包覆初支钢架，还包覆仰拱连接件和钢架连接件，预制临时仰拱和初支其它结构围合形成初支结构，所述防水层整体敷设在初支结构的内壁表面，所述二衬结构整体施工在防水层的内壁表面，
所述隧道衬砌结构还包括钢筋混凝土的洞内嵌岩结构桩，所述洞内嵌岩结构桩的直径小于结构桩施工孔的直径，所述洞内嵌岩结构桩的个数与结构桩施工孔的个数相适应，洞内嵌岩结构桩自下而上竖向贯穿结构桩施工孔，洞内嵌岩结构桩的顶部与二衬结构固定连接，洞内嵌岩结构桩的底部嵌入隧道围岩内。
所述二衬结构是由二衬仰拱、二衬边墙和二衬拱顶围合形成，所述洞内嵌岩结构桩的纵筋顶部与二衬仰拱的主筋固定连接，所述洞内嵌岩结构桩与预制临时仰拱之间无连接。
所述预制临时仰拱的横截面弧形内轮廓与二衬仰拱的横截面外轮廓相适应，初支边墙是弧形结构，其横断面内、外轮廓均与二衬边墙的外轮廓相适应，初支拱顶是弧形结构，其横断面内、外轮廓均与二衬拱顶的外轮廓相适应。
所述仰拱连接件为矩形钢板，所述钢架连接件是尺寸与仰拱连接件相同的矩形钢板，仰拱连接件上开有第一螺栓连接孔，钢架连接件上开有与第一螺栓连接孔相对应的第二螺栓连接孔，第一螺栓连接孔与第二螺栓连接孔对齐并通过连接螺栓固定连接。
所述仰拱连接件的表面与板体的左右两端端面平齐，所述钢架连接件固定连接在初支钢架的表面外侧，
所述连接螺栓包括螺杆和两端的螺母，所述螺杆依次贯穿第一螺栓连接孔与第二螺栓连接孔，所述螺母包括预埋在预制临时仰拱内部、紧贴仰拱连接件背侧的第一螺母，还包括紧固至钢架连接件外侧的第二螺母。
与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：
本实用新型的预制临时仰拱为预制结构，保证了临时仰拱结构的施工质量和刚度；开挖完成后能够马上施作起到控制地层变形作用，且通过预留钢板与上部边墙初支结构连接后，可加速初支封闭成环，能更好更快的控制地层变形，保障施工安全。
本实用新型预制单元板之间设置了接头，临时仰拱在隧道纵向形成一个刚度很大的“梁”，可以保证其有效传递纵向荷载，控制隧道纵向的不均匀沉降，也能更好的控制隧道掌子面的稳定性。
本实用新型隧道衬砌结构中，预制临时仰拱内轮廓与二衬仰拱外轮廓弧线一致，在保障二衬施工质量的同时防止出现应力集中和二衬仰拱下空洞等现象。
本实用新型隧道衬砌结构中，还包括施工的洞内嵌岩结构桩，洞内嵌岩结构桩可将上部荷载直接传递到基岩，防止地层出现不均匀沉降和后期地层沉降引起结构变形。预制临时仰拱预留了结构桩的施工孔，预制临时仰拱在与边墙喷射混凝土初支实现快速封闭成环的同时，还可为洞内嵌岩结构桩的施工提供定位、场地等条件。结构桩施工机械放置在本结构上将具有更高的稳定性，保障了结构桩的施工质量，且嵌岩结构桩施工后与预制临时仰拱完全分离，与后期二衬浇筑成一个整体，使得上部荷载顺利传递到基岩，保障了隧道结构运营期不出现地层不均匀沉降和因土体变形而出现的结构变形。
本实用新型可以有效控制软土地层钻爆法隧道施工引起的地层及周边环境变形，具有安装快捷、便于结构桩施工、提高施工效率等优势，可有效提高软土地层隧道的初支施工质量。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
图1是预制临时仰拱的结构示意图。
图2是图1中A-A剖面的结构示意图。
图3是本实用新型隧道衬砌结构的横断面示意图。
图4是预制单元板和初支其它结构的连接结构示意图。
图5是仰拱连接件的结构示意图。
图6是钢架连接件的结构示意图。
附图标记：1－预制单元板、11－结构桩施工孔、12－连接端、13－承接端、14－仰拱连接件、2－初支其它结构、21－初支钢架、22－钢架连接件、23－初支混凝土、3－防水层、4－二衬结构、5－洞内嵌岩结构桩、6－连接螺栓、61－螺杆、62－第一螺母、63－第二螺母、7－第一螺栓连接孔、8－第二螺栓连接孔。
具体实施方式
实施例参见图1-2所示，一种预制临时仰拱，包括钢筋混凝土的拱体，所述拱体由预制单元板1纵向连接形成，所述预制单元板1的横截面呈弧形，所述预制单元板1包括贯穿板体的结构桩施工孔11，所述结构桩施工孔11沿板体纵向成排设置，所述板体的前端端面上设有沿板体纵向通长设置的连接端12，所述板体的后端端面上设有沿板体纵向通长设置有与连接端12相适应的承接端13，所述承接端13与连接端12相配合，所述板体的左右两端端面分别居中预埋有仰拱连接件14。
每个预制单元板1上设有1-2排结构桩施工孔11，每排设置2-4个结构桩施工孔11。本实施例中，每个预制单元板1上设有2排构桩施工孔11，每排设置2个结构桩施工孔11。相邻两块预制单元板1纵向之间通过承接端13与连接端12配合连接，所述连接端12居中设有一道通长的凸肋，所述承接端13居中设有一道通长的凹槽，所述凸肋与凹槽相配合榫卯连接。
参见图3-6所示，一种隧道衬砌结构，包括初支结构、防水层3和二衬结构4，所述初支结构由预制临时仰拱和初支其它结构围合形成，所述初支其它结构2为初支边墙和初支拱顶，包括初支钢架21、初支混凝土23和钢架连接件22。
所述初支钢架21的底端部预埋有钢架连接件22，所述预制临时仰拱的左右两端端面分别通过仰拱连接件14与钢架连接件22固定连接，所述初支混凝土23喷射包覆初支钢架21，还包覆仰拱连接件14和钢架连接件22，预制临时仰拱和初支其它结构围合形成初支结构，所述防水层3整体敷设在初支结构的内壁表面，所述二衬结构4整体施工在防水层3的内壁表面，
所述隧道衬砌结构还包括钢筋混凝土的洞内嵌岩结构桩5，所述洞内嵌岩结构桩5的直径小于结构桩施工孔11的直径，所述洞内嵌岩结构桩5的个数与结构桩施工孔11的个数相适应，洞内嵌岩结构桩5自下而上竖向贯穿结构桩施工孔11，洞内嵌岩结构桩5的顶部与二衬结构4固定连接，洞内嵌岩结构桩5的底部嵌入隧道围岩内。
所述二衬结构4是由二衬仰拱、二衬边墙和二衬拱顶围合形成，所述洞内嵌岩结构桩5的纵筋顶部与二衬仰拱的主筋固定连接，所述洞内嵌岩结构桩5与预制临时仰拱之间无连接。
所述预制临时仰拱的横截面弧形内轮廓与二衬仰拱的横截面外轮廓相适应，初支边墙是弧形结构，其横断面内、外轮廓均与二衬边墙的外轮廓相适应，初支拱顶是弧形结构，其横断面内、外轮廓均与二衬拱顶的外轮廓相适应。
所述仰拱连接件14的表面与板体的左右两端端面平齐，所述钢架连接件22固定连接在初支钢架21的表面外侧。所述仰拱连接件14为矩形钢板，所述钢架连接件22是尺寸与仰拱连接件14相同的矩形钢板，仰拱连接件14上开有第一螺栓连接孔7，钢架连接件22上开有与第一螺栓连接孔7相对应的第二螺栓连接孔8，第一螺栓连接孔7与第二螺栓连接孔8对齐并通过连接螺栓6固定连接。本实施例中，第一螺栓连接孔7与第二螺栓连接孔8在每块钢板上均在四角处设有四个。所述连接螺栓6包括螺杆61和两端的螺母，所述螺杆61依次贯穿第一螺栓连接孔7与第二螺栓连接孔8，所述螺母包括预埋在预制临时仰拱内部、紧贴仰拱连接件14背侧的第一螺母62，还包括紧固至钢架连接件22外侧的第二螺母63。
一种隧道衬砌结构的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，预制临时仰拱的设计与预制：按照隧道初支设计图纸制作模板，然后制作一组预制单元板1，将仰拱连接件14预埋至预制单元板1内，并按照图纸确定结构桩施工孔11位置、大小和排列方式进行预制；同一条隧道所有预制临时仰拱可用一套模板制成。
步骤一中，预制临时仰拱的幅宽根据地层条件、地层参数、埋深、周边环境变形控制标准计算确定预制临时仰拱的形式，预制临时仰拱的形式包括厚度、幅宽、混凝土强度和配筋，幅宽为0.5m~1.5m，根据隧道跨度、预制临时仰拱的幅宽和地层参数确定。
步骤二，软土地层隧道上部土体开挖：开挖一段隧道，开挖进尺与预制单元板1的幅宽一致，采用机械分部分进行开挖，首先开挖上部土体。
步骤三，初支钢架21的架立：开挖完成后立即在隧道内架立初支钢架21，初支钢架21上对应仰拱连接件14的位置预设钢架连接件22。
步骤四，下部土体开挖及预制临时仰拱施作：开挖至仰拱时，保证预制临时仰拱与软土地层充分接触，然后平整仰拱场地，通过机械吊装的方式将制临时仰拱放置在开挖段的设计位置，然后将仰拱连接件14与钢架连接件22之间固定连接封闭成环。
步骤五，初支结构封闭：喷射初支混凝土23包覆初支钢架21、仰拱连接件14和钢架连接件22，形成一个初支结构的作业循环。快速实现初支闭合成环，能够更好的控制地层变形。
步骤六，洞内嵌岩结构桩5施作：洞内嵌岩结构桩5的长度根据基岩深度确定，嵌岩深度大于3m。洞内嵌岩结构桩5的施工机械放置在预制临时仰拱上，在围岩上施作洞内嵌岩结构桩5，洞内嵌岩结构桩5的顶部贯穿结构桩施工孔11，洞内嵌岩结构桩5逐根完成，洞内嵌岩结构桩5与预制临时仰拱为分离式结构。
步骤七，防水层3施作：在初支结构的内轮廓上施作防水层3；洞内嵌岩结构桩5与二衬结构4之间的防水层3在二衬施工时施作。
步骤八，施作二衬结构4：二衬结构4施工时，将洞内嵌岩结构桩5的纵筋顶部与二衬仰拱的主筋固定连接，形成永久受力结构。
步骤九，施工下一个作业循环，重复步骤二至步骤三。
步骤十，平整仰拱场地，将预制单元板1置于开挖段位置，并将下一个预制单元板1的连接端12对齐上一个预制单元板1的承接端13，然后榫卯连接，然后将仰拱连接件14与钢架连接件22固定连接封闭成环；通过榫卯连接实现纵向定位，可以保证隧道纵向的稳定性，纵向连接成一个整体，更好控制地层变形。
步骤十一，重复步骤五至步骤八完成该作业循环。
步骤十二，重复步骤九至步骤十一直至隧道衬砌结构施工完成。
Claims (8)
1.一种预制临时仰拱，包括钢筋混凝土的拱体，其特征在于：所述拱体由预制单元板（1）纵向连接形成，所述预制单元板（1）的横截面呈弧形，所述预制单元板（1）包括贯穿板体的结构桩施工孔（11），所述结构桩施工孔（11）沿板体纵向成排设置，所述板体的前端端面上设有沿板体纵向通长设置的连接端（12），所述板体的后端端面上设有沿板体纵向通长设置有与连接端（12）相适应的承接端（13），所述承接端（13）与连接端（12）相配合，所述板体的左右两端端面分别居中预埋有仰拱连接件（14）。
2.根据权利要求1所述的预制临时仰拱，其特征在于：每个预制单元板（1）上设有1-2排结构桩施工孔（11），每排设置2-4个结构桩施工孔（11）。
3.根据权利要求1或2所述的预制临时仰拱，其特征在于：相邻两块预制单元板（1）纵向之间通过承接端（13）与连接端（12）配合连接，所述连接端（12）居中设有一道通长的凸肋，所述承接端（13）居中设有一道通长的凹槽，所述凸肋与凹槽相配合。
4.一种隧道衬砌结构，包括初支结构、防水层（3）和二衬结构（4），其特征在于：所述初支结构由权利要求1-3任意一项所述的预制临时仰拱和初支其它结构围合形成，所述初支其它结构（2）为初支边墙和初支拱顶，包括初支钢架（21）、初支混凝土（23）和钢架连接件（22），
所述初支钢架（21）的底端部预埋有钢架连接件（22），所述预制临时仰拱的左右两端端面分别通过仰拱连接件（14）与钢架连接件（22）固定连接，所述初支混凝土（23）喷射包覆初支钢架（21），还包覆仰拱连接件（14）和钢架连接件（22），预制临时仰拱和初支其它结构围合形成初支结构，所述防水层（3）整体敷设在初支结构的内壁表面，所述二衬结构（4）整体施工在防水层（3）的内壁表面，
所述隧道衬砌结构还包括钢筋混凝土的洞内嵌岩结构桩（5），所述洞内嵌岩结构桩（5）的直径小于结构桩施工孔（11）的直径，所述洞内嵌岩结构桩（5）的个数与结构桩施工孔（11）的个数相适应，洞内嵌岩结构桩（5）自下而上竖向贯穿结构桩施工孔（11），洞内嵌岩结构桩（5）的顶部与二衬结构（4）固定连接，洞内嵌岩结构桩（5）的底部嵌入隧道围岩内。
5.根据权利要求4所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述二衬结构（4）是由二衬仰拱、二衬边墙和二衬拱顶围合形成，所述洞内嵌岩结构桩（5）的纵筋顶部与二衬仰拱的主筋固定连接，所述洞内嵌岩结构桩（5）与预制临时仰拱之间无连接。
6.根据权利要求5所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述预制临时仰拱的横截面弧形内轮廓与二衬仰拱的横截面外轮廓相适应，初支边墙是弧形结构，其横断面内、外轮廓均与二衬边墙的外轮廓相适应，初支拱顶是弧形结构，其横断面内、外轮廓均与二衬拱顶的外轮廓相适应。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述仰拱连接件（14）为矩形钢板，所述钢架连接件（22）是尺寸与仰拱连接件（14）相同的矩形钢板，仰拱连接件（14）上开有第一螺栓连接孔（7），钢架连接件（22）上开有与第一螺栓连接孔（7）相对应的第二螺栓连接孔（8），第一螺栓连接孔（7）与第二螺栓连接孔（8）对齐并通过连接螺栓（6）固定连接。
8.根据权利要求7所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述仰拱连接件（14）的表面与板体的左右两端端面平齐，所述钢架连接件（22）固定连接在初支钢架（21）的表面外侧，
所述连接螺栓（6）包括螺杆（61）和两端的螺母，所述螺杆（61）依次贯穿第一螺栓连接孔（7）与第二螺栓连接孔（8），所述螺母包括预埋在预制临时仰拱内部、紧贴仰拱连接件（14）背侧的第一螺母（62），还包括紧固至钢架连接件（22）外侧的第二螺母（63）。
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Cited By (2)
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| CN114060062A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-02-18 | 刁志刚 | 一种洞桩法暗挖车站施工中边洞初支扣拱的施工方法 |
| CN114183168A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-03-15 | 江苏隧锦五金制造有限公司 | 一种隧道用预制边板连接结构及其安装方法 |
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