一种明挖装配式铁路隧道结构及其施工方法与流程

本发明属于铁路隧道工程领域，具体涉及一种明挖装配式铁路隧道结构及其施工方法。

背景技术：

目前，我国正在大力推进预制装配式结构，预制装配式结构是以预制构件作为主要构件，经装配、连接及部分现浇而成的混凝土结构。它拥有可批量生产、品质均一、施工周期短、施工精度高、建设成本低等优势。建筑工业化不仅可以提高施工效率，改善施工质量，还可以缩短工期降低成本。装配式结构大多局限在房建结构，对于地下结构，应用较多的主要有盾构法施工隧道、预制地下管廊结构以及预制地铁车站结构等。

随着我国城市规模的快速发展，急需修建大量的城际铁路隧道及城市铁路隧道。在软土地区，城市铁路隧道多采用明挖现浇法或暗挖盾构法修建，极少采用明挖装配式方法修建。

铁路隧道采用明挖装配式施工，具有经济性好、施工速度快，绿色环保等诸多优点，为解决现有铁路隧道设计施工中存在的问题提供了有效方法，因而成为未来铁路隧道结构发展的重要趋势。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种明挖装配式铁路隧道结构及其施工方法。

本发明的技术方案是：一种明挖装配式铁路隧道结构，包括沿隧道方向间隔设置的第n幅预制环、第n+1幅预制环，所述第n幅预制环、第n+1幅预制环沿隧道中线对称形成错缝拼装结构，所述第n幅预制环、第n+1幅预制环均包括底板a块，所述底板a块的两侧接头与右侧底角板b块、左侧底角板c块相连，所述右侧底角板b块上部与右侧拱角板d块相连，所述左侧底角板c块上部与左侧拱角板e块相连，所述右侧拱角板d块、左侧拱角板e块分别与顶部f块相连。

所述底板a块、右侧底角板b块、左侧底角板c块、右侧拱角板d块左侧拱角板e块、顶部f块均为环内拼装块，相邻环内拼装块之间涂抹有环氧树脂系胶结剂，然后张拉预应力钢绞线并锁紧。

所述第n幅预制环、第n+1幅预制环的端面形成拼装用相互咬合的凹凸榫。

所述凹凸榫包括环间凹凸榫凹榫、环间凹凸榫凸榫。

所述环内拼装块内形成纵向精扎螺纹钢预留孔，所述纵向精扎螺纹钢预留孔中设置有纵向锁紧用的纵向精扎螺纹钢。

所述第n幅预制环或第n+1幅预制环端面形成容纳精扎螺纹钢连接件的安装腔。

所述第n幅预制环、第n+1幅预制环以及第n幅预制环、第n+1幅预制环之间内外两侧均设置有外侧防水密封垫、内侧防水密封垫。

相连环内拼装块之间分别形成预应力钢绞线固定端、预应力钢绞线张拉端，预应力钢绞线从预应力钢绞线固定端、预应力钢绞线张拉端穿过并锁紧。

一种明挖装配式铁路隧道结构的施工方法，包括以下步骤：

ⅰ.开挖土层并架设拼装龙门吊

施作施工围挡，整平地面；坡顶设置截水天沟，刷坡线外侧设置砌砖挡水墙；对土层进行放坡开挖，及时挂网喷混，施作土钉支护，完成后方可继续开挖；开挖至冠梁高程位置，打设围护地连墙，相关段落进行基底加固及软弱下卧层加固；开挖至冠梁底以下0.5m，施作冠梁并架设第一道混凝土支撑；冠梁外侧施作砖砌挡水墙；对坑内土层进行开挖；开挖至坑底后施作垫层，随后在冠梁上架设拼装龙门吊；

ⅱ.现浇衬砌环

在初始拼装位置现浇衬砌环，现浇衬砌环作为拼装受力架和定位架；

ⅲ.吊装并定位底板a块

利用拼装龙门吊吊装第一环的底板a块，微调并定位，利用纵向预紧装置将底板a块和现浇衬砌环连接；

ⅳ.拼装相邻环的底板a块、左侧底角板c块，右侧底角板b块

利用拼装龙门吊吊装右侧底角板b块、左侧底角板c块，右侧底角板b块、左侧底角板c块与底板a块拼装就位并锁紧；利用拼装龙门吊吊装第二环底板a块，微调并定位，张拉纵向预紧装置，将第一环和第二环的底板a块锁紧，吊装第二环的右侧底角板b块、左侧底角板c块并锁紧，通过张拉纵向预紧装置，将第一环和第二环的右侧底角板b块、左侧底角板c块，重复上述内容，连续拼装四环的底板a块、左侧底角板c块，右侧底角板b块；

ⅴ.铺设钢轨、架设模板台车

在左侧底角板c块，右侧底角板b块的台阶上铺设钢轨、架设模板台车；

ⅵ.分别利用拼装龙门吊吊装右侧拱角板d块、左侧拱角板e块、顶部f块

右侧拱角板d块、左侧拱角板e块通过模板台车调整就位并锁紧，随后张拉纵向预紧装置，将第一环右侧拱角板d块、左侧拱角板e块的和现浇衬砌环锁紧，顶部f块通过模板台车调整就位并锁紧，随后张拉纵向预紧装置，将第一环顶部f块和现浇环锁紧；

ⅶ.依次拼装并回填

移动模板台车到第二环位置，按照上述内容依次拼装第二环的右侧拱角板d块、左侧拱角板e块、顶部f块，拼装六环后，进行前四环衬砌背后回填，并对拼装完成的衬砌进行接缝注浆，待隧道拼装八环之后，回填已拼装隧道拱顶覆土并回复路面至地面设计标高，直至整体隧道拼装完成。

相邻环内拼装块间通过定位螺栓穿入并锁紧，然后插入预应力钢绞线锁紧。

本发明的预制装配式构件混凝土质量可控、可批量生产、品质均一、施工周期短、施工精度高。

本发明装配式铁路隧道结构施工可减少噪声污染和环境污染、减少现场施工模板使用、减少现场建筑材料浪费、减少劳动力需求和加快施工进度。

本发明中通过凹凸榫及预应力钢绞线相连，可有效抵抗接头部位的剪力和弯矩。

本发明中相邻预制环间实现错缝拼装，增强预制环横向抗弯刚度。

本发明中设置两道防水密封垫防水，可使该预制装配式构件应用于地下水丰富的地区。

附图说明

图1是本发明中第n幅预制环的环横断面示意图；

图2是本发明中第n+1幅预制环的环横断面示意图；

图3是本发明中底板a块的俯视图；

图4是本发明中纵向精扎螺纹钢的连接示意图；

图5是本发明中纵向精扎螺纹钢的另一种连接示意图；

图6是本发明中外侧防水密封垫的布设示意图；

图7是本发明中外侧防水密封垫的局部示意图；

图8是本发明中施工方法第ⅰ步的施工示意图；

图9是本发明中施工方法第ⅱ步的施工示意图；

图10是本发明中施工方法第ⅲ步的施工示意图；

图11是本发明中施工方法第ⅳ步的施工示意图；

图12是本发明中施工方法第ⅴ步的施工示意图；

图13是本发明中施工方法第ⅵ步的施工示意图；

图14是本发明中施工方法第ⅶ步的施工示意图；

其中：

1底板a块2右侧底角板b块

3左侧底角板c块4右侧拱角板d块

5左侧拱角板e块6顶部f块

7预应力钢绞线8预应力钢绞线固定端

9预应力钢绞线张拉端10环间凹凸榫凹榫

11纵向精扎螺纹钢预留孔12外侧防水密封垫

13内侧防水密封垫14环间凹凸榫凸榫

15纵向精扎螺纹钢16精扎螺纹钢连接件

17第n幅预制环18第n+1幅预制环

19模板台车20拼装龙门吊。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1～13所示，一种明挖装配式铁路隧道结构，包括沿隧道方向间隔设置的第n幅预制环17、第n+1幅预制环18，所述第n幅预制环17、第n+1幅预制环18沿隧道中线对称形成错缝拼装结构，所述第n幅预制环17、第n+1幅预制环18均包括底板a块1，所述底板a块1的两侧接头与右侧底角板b块2、左侧底角板c块3相连，所述右侧底角板b块2上部与右侧拱角板d块4相连，所述左侧底角板c块3上部与左侧拱角板e块5相连，所述右侧拱角板d块4、左侧拱角板e块5分别与顶部f块6相连。

所述底板a块1、右侧底角板b块2、左侧底角板c块3、右侧拱角板d块4左侧拱角板e块5、顶部f块6均为环内拼装块，相邻环内拼装块之间涂抹有环氧树脂系胶结剂，然后张拉预应力钢绞线7并锁紧。

所述第n幅预制环17、第n+1幅预制环18的端面形成拼装用相互咬合的凹凸榫。

所述凹凸榫包括环间凹凸榫凹榫10、环间凹凸榫凸榫14。

所述环内拼装块内形成纵向精扎螺纹钢预留孔11，所述纵向精扎螺纹钢预留孔11中设置有纵向锁紧用的纵向精扎螺纹钢15。

所述第n幅预制环17或第n+1幅预制环18端面形成容纳精扎螺纹钢连接件16的安装腔。

所述安装腔也可位于环间凹凸榫凹榫10中。

所述第n幅预制环17、第n+1幅预制环18以及第n幅预制环17、第n+1幅预制环18之间内外两侧均设置有外侧防水密封垫12、内侧防水密封垫13。

相连环内拼装块之间分别形成预应力钢绞线固定端8、预应力钢绞线张拉端9，预应力钢绞线7从预应力钢绞线固定端8、预应力钢绞线张拉端9穿过并锁紧。

所述第n幅预制环17、第n+1幅预制环18中n为大于等于1的自然数。

一种明挖装配式铁路隧道结构的施工方法，包括以下步骤：

ⅰ.开挖土层并架设拼装龙门吊

施作施工围挡，整平地面；坡顶设置截水天沟，刷坡线外侧设置砌砖挡水墙；对土层进行放坡开挖，及时挂网喷混，施作土钉支护，完成后方可继续开挖；开挖至冠梁高程位置，打设围护地连墙，相关段落进行基底加固及软弱下卧层加固；开挖至冠梁底以下0.5m，施作冠梁并架设第一道混凝土支撑；冠梁外侧施作砖砌挡水墙；对坑内土层进行开挖；开挖至坑底后施作垫层，随后在冠梁上架设拼装龙门吊20；

ⅱ.现浇衬砌环

在初始拼装位置现浇衬砌环，现浇衬砌环作为拼装受力架和定位架；

ⅲ.吊装并定位底板a块

利用拼装龙门吊20吊装第一环的底板a块1，微调并定位，利用纵向预紧装置将底板a块1和现浇衬砌环连接；

ⅳ.拼装相邻环的底板a块、左侧底角板c块，右侧底角板b块

利用拼装龙门吊20吊装右侧底角板b块2、左侧底角板c块3，右侧底角板b块2、左侧底角板c块3与底板a块1拼装就位并锁紧；利用拼装龙门吊20吊装第二环底板a块1，微调并定位，张拉纵向预紧装置，将第一环和第二环的底板a块1锁紧，吊装第二环的右侧底角板b块2、左侧底角板c块3并锁紧，通过张拉纵向预紧装置，将第一环和第二环的右侧底角板b块2、左侧底角板c块3，重复上述内容，连续拼装四环的底板a块1、左侧底角板c块3，右侧底角板b块2；

ⅴ.铺设钢轨、架设模板台车

在左侧底角板c块3，右侧底角板b块2的台阶上铺设钢轨、架设模板台车19；

ⅵ.分别利用拼装龙门吊吊装右侧拱角板d块、左侧拱角板e块、顶部f块

右侧拱角板d块4、左侧拱角板e块5通过模板台车19调整就位并锁紧，随后张拉纵向预紧装置，将第一环右侧拱角板d块4、左侧拱角板e块5的和现浇衬砌环锁紧，顶部f块通过模板台车19调整就位并锁紧，随后张拉纵向预紧装置，将第一环顶部f块6和现浇环锁紧；

ⅶ.依次拼装并回填

移动模板台车19到第二环位置，按照上述内容依次拼装第二环的右侧拱角板d块4、左侧拱角板e块5、顶部f块6，拼装六环后，进行前四环衬砌背后回填，并对拼装完成的衬砌进行接缝注浆，待隧道拼装八环之后，回填已拼装隧道拱顶覆土并回复路面至地面设计标高，直至整体隧道拼装完成。

相邻环内拼装块间通过定位螺栓穿入并锁紧，然后插入预应力钢绞线7锁紧。

所述底板a块1、右侧底角板b块2、左侧底角板c块3、右侧拱角板d块4、左侧拱角板e块5、顶部f块6均为预制构件。

所述底板a块1与右侧底角板b块2、左侧底角板c块3之间的定位螺栓位于水平方向。

所述右侧底角板b块2与右侧拱角板d块4，左侧底角板c块3与左侧拱角板e块5之间的定位螺栓位于竖直外侧壁。

本发明的预制装配式构件混凝土质量可控、可批量生产、品质均一、施工周期短、施工精度高。

本发明装配式铁路隧道结构施工可减少噪声污染和环境污染、减少现场施工模板使用、减少现场建筑材料浪费、减少劳动力需求和加快施工进度。

本发明中通过凹凸榫及预应力钢绞线相连，可有效抵抗接头部位的剪力和弯矩。

本发明中相邻预制环间实现错缝拼装，增强预制环横向抗弯刚度。

本发明中设置两道防水密封垫防水，可使该预制装配式构件应用于地下水丰富的地区。