一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构及施工方法技术

本发明专利技术涉及一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构及施工方法，属于隧道施工技术领域。本发明专利技术以钢管混凝土拱架为支撑安装叠合板，在叠合板桁架钢筋上绑扎纵向、环向钢筋，然后浇筑混凝土形成隧道二次衬砌结构。本发明专利技术提出一种节约空间、施工速度快、异形断面适应性强的隧道二次衬砌施工技术，改善隧道二次衬砌的施工工艺，有助于加快施工进度、节约施工成本，本发明专利技术大大提高了初期支护结构的刚度和承载力、提高了隧道衬砌施工异性断面的适应性；钢管分段预制拼装施工方便快捷。

【技术实现步骤摘要】
一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构及施工方法
本专利技术涉及一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构及施工方法，属于隧道施工

技术介绍
传统的隧道衬砌结构的初期支护主要采用格栅钢架或工字钢架作为骨架结构，格栅钢架或工字钢架的韧性好，但是抗压强度不高，在软弱围岩地段需要很大的用钢量才能满足初期支护强度的需要，同时钢拱架与喷射混凝土在承受外部荷载是很难同时发生作用；而隧道二次衬砌施工主要采用模板台车现浇施工，模板台车体型庞大、笨重，在施工期间需要占据了大量的隧道空间，对隧道内其他工序及运输造成严重干扰；同时还具有施工周期长、对异形断面适应性差等缺点。在隧道初期支护结构中如何同时发挥钢材和混凝土材料的力学特性，提高初期支护的承载效能是目前急需解决的技术难题；此外二次衬砌施工中，如何破解模板台车现浇混凝土施工技术的固有缺陷，寻求一种占用空间小、施工速度快、适用于多种断面形状的施工方法已经成为目前隧道施工领域迫切需要解决的难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：本专利技术提供一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构及施工方法，通过在隧道初期支护中用钢管混凝土拱架替代传统的格栅钢架或工字钢架，可有效降低初期支护的用钢量，同时提高初期支护的刚度和强度；此外本专利技术提出一种节约空间、施工速度快、异形断面适应性强的隧道二次衬砌施工技术，改善隧道二次衬砌的施工工艺，有助于加快施工进度、节约施工成本。本专利技术技术方案是：一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，以钢管混凝土拱架为支撑安装叠合板，在叠合板桁架钢筋上绑扎纵向、环向钢筋，然后浇筑混凝土形成隧道二次衬砌结构。本专利技术使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构具体包括锚固连接件1、钢管拱架2、钢筋网喷射混凝土3、叠合板支架4、叠合板5、叠合板桁架钢筋6；在隧道施工前在洞外分段预制钢管拱架2，分片预制叠合板5，且在围岩预留锚固连接件1，将分段预制的钢管拱架2运至工作面进行拼装，将钢管拱架2通过锚固连接件1紧贴围岩表明进行固定，通过预留灌注孔在钢管拱架2内灌注高强混凝土形成钢管混凝土拱架，在钢管混凝土拱架间及外部施工钢筋网喷射混凝土3，通过锚固连接件与钢筋网喷射混凝土一起固定钢管混凝土拱架；钢管混凝土拱架表面安装叠合板支架4，待初期支护结构施工完毕后，在叠合板支架4上固定叠合板5，在叠合板桁架钢筋6上固定二次衬砌的纵向钢筋和环向钢筋，然后在叠合板5后面浇筑混凝土完成二次衬砌施工。所述钢管拱架2采用直径为15-25cm的无缝圆钢管或采用边长为15-25cm的方钢管，钢管厚度1-2cm，由预埋锚固连接件1将钢管拱架2固定于隧道初期支护内，代替初期支护内的格栅钢架或工字钢架，各钢管拱架2之间间距0.8~1.5m，具体参数取决于隧道围岩的类型，根据计算或工程类比法确定。所述钢管拱架2分4段预制，各段钢管拱架2上部预留浇灌混凝土洞口，且各段钢管拱架2之间采用法兰7连接或套管连接。所述钢管拱架2之间采用钢筋网喷射混凝土进行充填，钢管拱架2外也采用钢筋网喷射混凝土3形成厚度5cm的锚固层，通过预埋锚固连接件与钢筋网喷射混凝土3一起固定好钢管混凝土拱架，钢管混凝土拱架与钢筋网喷射混凝土一起构成隧道的初期支护结构。所述叠合板5的内轮廓与隧道二次衬砌的设计内轮廓保持完全一致；当隧道处于曲线加宽段、紧急停车带的异性断面地段时，叠合板5的形状根据隧道设计内轮廓来进行预制。所述叠合板5纵向宽度与三榀钢管拱架2的距离相当；所述叠合板厚度5-8cm；所述叠合板5内部掺入聚丙烯纤维，用于增加叠合板的韧性。所述叠合板5通过螺栓8固定在叠合板支架4上，叠合板支架4采用套管固定在钢管混凝土拱架上，钢管混凝土拱架与钢筋网喷射混凝土3形成一个整体，以保持初期支护、叠合板的整体稳定性。所述钢管拱架2、叠合板5的尺寸均根据隧道断面尺寸的变化任意调整，以适应不同隧道断面的需要。一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构的施工方法，所述方法的具体步骤如下：Step1、首先在隧道外根据隧道内净空尺寸以及初期支护的厚度分段预制钢管拱架2、分片预制叠合板5；Step2、待隧道开挖清碴打设系统锚杆后，在隧道围岩内施工锚固连接件1，将分段预制的各段钢管拱架2运至工作面进行拼装，先安装钢管拱架2中的仰拱钢管拱架节段16，再安装左边墙钢管拱架节段14、右边墙钢管拱架节段15、拱部钢管拱架节段17，将拼装好的钢管拱架2通过锚固连接件紧贴围岩表面固定在设计位置，然后在钢管拱架2内部浇筑高强混凝土，形成钢管混凝土拱架结构；Step3、在钢管混凝土拱架之间及拱架外浇筑钢筋网喷射混凝土3，形成完整的初期支护结构，依靠锚固连接件与钢筋网喷射混凝土一起固定好钢管混凝土拱架；Step4、待初期支护施工完毕后，在隧道仰拱位置浇筑素混凝土，完成隧道仰拱9施工；Step5、在钢管拱架表面通过套管装置安装了叠合板支架4，待初期支护结构施工完成后，在叠合板支架4上安装叠合板5，沿隧道环向先拼装左边墙叠合板10、右边墙叠合板11，左边墙叠合板10、右边墙叠合板11立在仰拱9上，然后再拼装左拱部叠合板12、右拱部叠合板13；Step6、在叠合板桁架钢筋6上绑扎纵向钢筋与环向钢筋，通过环向钢筋将四片叠合板串联成一个整体，通过纵向钢筋将纵向相邻的叠合板串联成整体；Step7、从叠合板5的一侧浇筑混凝土，混凝土浇筑采用从低到高原则，先浇筑边墙后浇筑拱部，两边同时对称浇筑，避免两侧荷载不对称引起的叠合板变形，混凝土浇筑完毕后封闭封口模板18，当前工作面施作完成后，再施工下一段二次衬砌。所述步骤Step1中，钢管拱架2可采用直径15-25cm的无缝圆钢管，也可采用变长15-25cm的方钢管，钢管壁厚1-2cm，钢拱架分四段预制；钢管拱架的尺寸根据隧道开挖内轮廓与初期支护的厚度决定。所述步骤Step2中，施工锚固连接件1的锚固段采用全长粘结型锚杆锚固在围岩中，锚杆长度4-6m，连接端采用钢套管固定钢管拱架。所述步骤Step2中，钢管中浇筑的混凝土采用强度大于C50的高强混凝土。所述钢管混凝土拱架外部浇筑厚度不小于5cm的钢筋网喷射混凝土，钢筋网喷射混凝土与钢管混凝土拱架一起形成一个稳定的整体。所述钢管拱架与叠合板均分段、分片预制，钢管混凝土拱架2、叠合板5等构件的尺寸均可根据隧道断面尺寸的变化任意调整，以适应不同隧道断面的需要。所述步骤Step5中，叠合板支架一段采用套管固定在钢管混凝土拱架上，钢管混凝土拱架锚固在围岩中，同时埋设在初期支护内。以保证叠合板支架以及叠合板的稳定性。所述步骤Step5中，所述叠合板纵向宽度与三榀钢管拱架的距离相当；所述叠合板厚度5-8cm。所述叠合板内部掺入聚丙烯纤维，用于增加叠合板的韧性。所述步骤Step7中，浇筑混凝土时，混凝土从两侧按照从低到高的顺序先浇筑边墙后浇筑拱部，两边对称浇筑直至完成，避免两侧荷载不对称引起的叠合板变形。本专利技术的有益效果是：1、使用钢管混凝土拱架替代格栅钢架或工字钢架，在减少用钢量的同时，通过钢管和混凝土共同发生作用，大大提高了初期支护结构的刚度和承载力；钢管分段预制拼装施工方便快捷，具有显著的经济效益；2、采用钢管混凝土拱架为骨架安装叠合板，取消对模板台车的使用，节省了隧道内的施工空间；利用叠合板方便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，其特征在于：以钢管混凝土拱架为支撑安装叠合板，在叠合板桁架钢筋上绑扎纵向、环向钢筋，然后浇筑混凝土形成隧道二次衬砌结构。

【技术特征摘要】
1.一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，其特征在于：以钢管混凝土拱架为支撑安装叠合板，在叠合板桁架钢筋上绑扎纵向、环向钢筋，然后浇筑混凝土形成隧道二次衬砌结构。2.根据权利要求1所述的使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，其特征在于：具体包括锚固连接件（1）、钢管拱架（2）、钢筋网喷射混凝土（3）、叠合板支架（4）、叠合板（5）、叠合板桁架钢筋（6）；在隧道施工前在洞外分段预制钢管拱架（2），分片预制叠合板（5），且在围岩预留锚固连接件（1），将分段预制的钢管拱架（2）运至工作面进行拼装，将钢管拱架（2）通过锚固连接件（1）紧贴围岩表明进行固定，通过预留灌注孔在钢管拱架（2）内灌注高强混凝土形成钢管混凝土拱架，在钢管混凝土拱架间及外部施工钢筋网喷射混凝土（3），通过锚固连接件与钢筋网喷射混凝土一起固定钢管混凝土拱架；钢管混凝土拱架表面安装叠合板支架（4），待初期支护结构施工完毕后，在叠合板支架（4）上固定叠合板（5），在叠合板桁架钢筋（6）上固定二次衬砌的纵向钢筋和环向钢筋，然后在叠合板（5）后面浇筑混凝土完成二次衬砌施工。3.根据权利要求1-2所述的一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，其特征在于：所述钢管拱架（2）采用直径为15-25cm的无缝圆钢管或采用边长为15-25cm的方钢管，钢管厚度1-2cm，由预埋锚固连接件（1）将钢管拱架（2）固定于隧道初期支护内，代替初期支护内的格栅钢架或工字钢架，各钢管拱架（2）之间间距0.8~1.5m，具体参数取决于隧道围岩的类型，根据计算或工程类比法确定。4.根据权利要求1-2所述的一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，其特征在于：所述钢管拱架（2）分4段预制，各段钢管拱架（2）上部预留浇灌混凝土洞口，且各段钢管拱架（2）之间采用法兰（7）连接或套管连接。5.根据权利要求1-2所述的一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，其特征在于：所述钢管拱架（2）之间采用钢筋网喷射混凝土进行充填，钢管拱架（2）外也采用钢筋网喷射混凝土（3）形成厚度5cm的锚固层，通过预埋锚固连接件与钢筋网喷射混凝土（3）一起固定好钢管混凝土拱架，钢管混凝土拱架与钢筋网喷射混凝土一起构成隧道的初期支护结构。6.根据权利要求1-2所述的一种使用钢管混凝土和叠合板的隧道衬砌结构，其特征在于：所述叠合板（5）的内轮廓与隧道二次衬砌的设计内轮廓保持完全一致；当隧道处于曲线加宽段、紧急停车带的异性断面地段时，叠合板（5）的形状根据隧道设计内轮廓来进行预制。7.根据权利要求1-2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢洪涛，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53