一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片的制作方法

本发明属于隧道施工技术领域，具体是涉及一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片。

背景技术：

马蹄形是水工隧洞中较为常见的类形。隧洞衬砌的施工速度对工程进度与安全影响较大，而制约衬砌施工速度往往是洞内钢筋网片的绑扎。目前，隧洞衬砌的钢筋网片绑扎和焊接均在洞内进行，由于洞内空间狭小，施工作业面有限，钢筋笼绑扎效率极低；钢筋焊接产生的烟雾、粉尘和有害气体在洞内消散缓慢，严重危害现场工作人员的身体健康；钢模台车浇筑的混凝土需达到一定强度后，才能拆除模板进行下一段浇筑，模板利用率较低。

并且为了保护围岩的稳定性，确保行车安全，隧道必须有足够强度的支护结构，简单的衬砌虽然可以短时间内确保隧洞的稳定性，但是其支护强度不足以支持其长期稳定，所以，本发明提供了一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明提供了一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片。

本发明的技术方案是：一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片，所述装配式钢筋混凝土管片由沿隧洞轴线排列设置的多个隧洞衬砌单元组成，所述每个隧洞衬砌单元包括底块、脚块、肩块和封顶块，底块、脚块、肩块和封顶块均为弧形管片，

所述底块设置在所述隧洞的底部，所述脚块共有两个，分别设置在底块的两端，所述肩块共有两个，分别设置在脚块的上端，所述封顶块设置在两个肩块之间；

底块、脚块、肩块和封顶块之间连接处分别设置对应的斜45°斜面，用高强螺栓从隧洞内侧插入进行连接。

上述的一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片，施工方法包括以下步骤：

s1：测量马蹄形隧洞参数，将马蹄形隧洞衬砌沿轴向设置隧洞衬砌单元，每个隧洞衬砌单元沿环向分割为底块、脚块、肩块和封顶块；

s2：在隧洞外的钢筋混凝土管片加工厂分别按照底块、脚块、肩块和封顶块的预设模型进行预制；

s3：按照底块、脚块、肩块、封顶块的安装顺序将底块、脚块、肩块和封顶块安装固定在马蹄形隧洞中；

s4：在所述隧洞衬砌单元与岩壁之间设置80-100mm的空隙，底块、脚块、肩块和封顶块连接处用高强螺栓插入进行连接；

s5：重复步骤s2-s4，直至完成整个马蹄形隧洞的全部衬砌，最后在隧洞衬砌单元与岩壁之间灌注豆砾石填充。

进一步地，在所述马蹄形隧洞高度大于5m时，对脚块与肩块进行拆分，拆分时应避免将拆分点置于受力较大的部位，同时在拆分位置分别设置齿槽或扣齿进行咬合连接，并用高强螺栓插入进行连接，拆分避免脚块、肩块受力过大造成损坏。

进一步地，所述底块、脚块、肩块和封顶块沿隧洞轴线向长度为2-4m，便于运输。

进一步地，所述s3中封顶块的安装方式为从隧洞轴向插入肩块之间，避免其他方式安装造成管片变形损坏。

进一步地，所述s2的底块、脚块、肩块和封顶块的预制工艺包括以下步骤：

步骤一:将钢筋原料按照施工图纸要求切割较直，长度误差为±5mm，随机挑选处理后的钢筋进行试弯操作，对发生脆断、太硬、回弹或对焊处开裂现象的试弯钢筋找出原因并处理，将试验合格的钢筋分类堆放；

步骤二：按照施工图纸要求先固定箍筋位置，然后将主筋按照施工图纸的要求依次穿入箍筋内并将箍筋与主筋连接处点焊，主筋与箍筋应从中间位置依次分别向两端进行焊接，直到主筋另一端焊牢为止，对焊接好的钢筋骨架进行检测，不合格的进行返修；

步骤三：将合格的钢筋骨架固定后，进行混凝土灌注，采用附着式风动振捣器整体振捣成型，成型的管片拆模后定时进行养护。

更为优选地，一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片，所述装配式钢筋混凝土管片由沿隧洞轴线排列设置的多个隧洞衬砌单元组成，所述每个隧洞衬砌单元包括底块、脚块、肩块和封顶块，底块、脚块、肩块和封顶块均为弧形管片，

所述底块设置在所述隧洞的底部，所述脚块共有两个，分别设置在底块的两端，所述肩块共有两个，分别设置在脚块的上端，所述封顶块设置在两个肩块之间；

底块、脚块、肩块和封顶块的侧端分别设有齿槽或扣齿，底块、脚块、肩块和封顶块之间通过齿槽、扣齿咬合连接，且底块、脚块、肩块和封顶块外侧表面分别设有螺栓槽，所述螺栓槽内均匀设有贯穿齿槽或扣齿的螺栓孔，底块、脚块、肩块和封顶块之间通过高强螺栓固定。

进一步地，在所述高强螺栓固定后，用防水缓蚀材料封闭所有所述螺栓槽，避免渗透水腐蚀管片。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种适用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片，通过在隧洞衬砌单元各部件连接处设置齿槽和扣齿，通过咬合的方式连接隧洞衬砌单元各部件，相较于现有技术中需要只通过固定螺栓固定的方式，施工快速方便，且强度高，不易产生破损，本发明改善了马蹄形隧洞衬砌在洞内绑扎钢筋的恶劣工作环境，有效减少了施工干扰，提升了马蹄形隧洞衬砌的施工效率。总之，本发明具有结构新颖、施工快速、支护强度高等优点。

附图说明

图1是本发明的爆炸效果图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明齿槽与扣齿连接示意图。

其中，1-底块、2-脚块、3-肩块、4-封顶块、5-齿槽、6-扣齿、7-螺栓槽、8-螺栓孔、9-高强螺栓、10-疏水槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-3对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：本实施例中马蹄形隧洞的高度为4.5m，该马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片由沿隧洞轴线排列设置的多个隧洞衬砌单元组成，每个隧洞衬砌单元包括底块1、脚块2、肩块3和封顶块4，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4均为弧形管片；

底块1设置在隧洞的底部，脚块2共有两个，分别设置在底块1的两端，肩块3共有两个，分别设置在脚块2的上端，封顶块4设置在两个肩块3之间；

底块1、脚块2、肩块3和封顶块4之间连接处分别设置对应的斜45°斜面，用高强螺栓9从隧洞内侧插入进行连接。

该马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片的施工方法包括以下步骤：

s1：测量马蹄形隧洞参数，将马蹄形隧洞衬砌沿轴向设置隧洞衬砌单元，每个隧洞衬砌单元沿环向分割为底块1、脚块2、肩块3和封顶块4；

s2：在隧洞外的钢筋混凝土管片加工厂分别按照底块1、脚块2、肩块3和封顶块4的预设模型进行预制，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4沿隧洞轴线向长度为4m；

s3：按照底块1、脚块2、肩块3、封顶块4的安装顺序将底块1、脚块2、肩块3和封顶块4安装固定在马蹄形隧洞中，封顶块4的安装方式为从隧洞轴向插入肩块3之间；

s4：在隧洞衬砌单元与岩壁之间设置100mm的空隙，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4连接处用高强螺栓9插入进行连接，

s5：重复步骤s2-s4，直至完成整个马蹄形隧洞的全部衬砌，最后在隧洞衬砌单元与岩壁之间灌注豆砾石填充。

实施例2：本实施例中马蹄形隧洞的高度为5m，该马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片由沿隧洞轴线排列设置的多个隧洞衬砌单元组成，如图1-3所示，每个隧洞衬砌单元包括底块1、脚块2、肩块3和封顶块4，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4均为弧形管片；

底块1设置在隧洞的底部，脚块2共有两个，分别设置在底块1的两端，肩块3共有两个，分别设置在脚块2的上端，封顶块4设置在两个肩块3之间；

底块1、脚块2、肩块3和封顶块4的侧端分别设有齿槽5或扣齿6，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4之间通过齿槽5、扣齿6咬合连接，且底块1、脚块2、肩块3和封顶块4外侧表面分别设有螺栓槽7，螺栓槽7内均匀设有贯穿齿槽5或扣齿6的螺栓孔8，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4之间通过高强螺栓9固定，肩块3和封顶块4上均匀设有疏水槽10。

该马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋混凝土管片的施工方法包括以下步骤：

s1：测量马蹄形隧洞参数，将马蹄形隧洞衬砌沿轴向设置隧洞衬砌单元，每个隧洞衬砌单元沿环向分割为底块1、脚块2、肩块3和封顶块4；

s2：在隧洞外的钢筋混凝土管片加工厂分别按照底块1、脚块2、肩块3和封顶块4的预设模型进行预制，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4沿隧洞轴线向长度为3m；

s3：按照底块1、脚块2、肩块3、封顶块4的安装顺序将底块1、脚块2、肩块3和封顶块4安装固定在马蹄形隧洞中，封顶块4的安装方式为从隧洞轴向插入肩块3之间；

s4：在隧洞衬砌单元与岩壁之间设置100mm的空隙，底块1、脚块2、肩块3和封顶块4连接处用高强螺栓9插入进行连接，

s5：重复步骤s2-s4，直至完成整个马蹄形隧洞的全部衬砌，最后在隧洞衬砌单元与岩壁之间灌注豆砾石填充。

实施例3：本实施例中马蹄形隧洞的高度为5.5m，本实施例中与实施例2基本相同，不同之处在于：在s2中对脚块2与肩块3进行拆分，拆分时避免将拆分点置于受力较大的部位，同时在拆分位置分别设置齿槽5或扣齿6进行咬合连接，并用高强螺栓9插入进行连接，在高强螺栓9固定后，用聚脲防水防腐涂料封闭所有螺栓槽7。

实施例4：实施例1-3中底块、脚块、肩块和封顶块的预制工艺包括以下步骤：

步骤一:将钢筋原料按照施工图纸要求切割较直，长度误差为±5mm，随机挑选处理后的钢筋进行试弯操作，对发生脆断、太硬、回弹或对焊处开裂现象的试弯钢筋找出原因并处理，将试验合格的钢筋分类堆放；

步骤二：按照施工图纸要求先固定箍筋位置，然后将主筋按照施工图纸的要求依次穿入箍筋内并将箍筋与主筋连接处点焊，主筋与箍筋应从中间位置依次分别向两端进行焊接，直到主筋另一端焊牢为止，对焊接好的钢筋骨架进行检测，不合格的进行返修；

步骤三：将合格的钢筋骨架固定后，进行混凝土灌注，采用附着式风动振捣器整体振捣成型，成型的管片拆模后定时进行养护。

实验例：研究实施例1、实施例2提供的管片的优缺点。

实验条件：对实施例1、实施例2提供的管片分别进行现场实施，并模拟管片运行和受力情况，实施条件和受力情况均相同。

结果：实施例1提供的管片在实施过程中由于斜面容易造成管片各部件在安装时发生相对位移，对施工造成了很大影响，并且在施工完成后对管片进行模拟受力，伴随着受力的不断增大，其使用高强螺栓连接处出现了不同程度的裂纹；

而实施例2提供的管片在实施过程中因为齿槽和扣齿的咬合连接，施工十分方便快捷，总体施工时间较实施例1管片施工时间缩短了45min，并且在进行模拟受力时，管片连接处没有出现明显裂纹和破损，直至将模拟受力增大到实施例1管片受力的3倍时，其管片连接处才出现了一丝不明显的裂纹，而正常条件下，管片的受力不会达到模拟的力度。

结论：本发明实施例2提供的装配式钢筋混凝土管片具有强度高、便于施工的优点。