专利名称：一种预制管片隧道内围岩的加固结构的制作方法
技术领域：
本发明属于地下工程结构技术领域，具体涉及一种预制管片隧道内围岩的加固结构。
背景技术：
某煤矿运输斜井采用TBM掘进机开挖隧道，该盾构隧道采用钢筋混凝土预制管片建造，其具体的施工设计要求如下:①位于煤层段(水平段)需要在斜井侧壁开洞(即钢筋混凝土预制管片侧向考虑满足开洞施工要求)，预留开洞尺寸为高4.4m、宽为7.5m (其中钢筋混凝土管片环宽1.5m);②要求一级防水。但是上述的设计要求在具体施工中存在以下问题:一是煤层(开洞处)围岩破碎且稳定性较差，开洞施工围岩存在塌方危险；二是开洞尺寸较大，需要卸除5环宽度尺寸的管片，并且高度达4.4m,因此钢筋混凝土预制管片横断面极为不稳定。为了解决围岩以及钢筋混凝土预制管片不稳定的问题，需要进行加固作业。目前通常采用注浆锚杆对隧道围岩进行加固作业，即首先在钢筋混凝土预制管片上钻孔，孔洞深入至围岩内部，之后在围岩孔洞中插入锚杆并注浆固定，以达到加固围岩和稳定管片的效果。采用此种加固结构的缺点在于未能将预制管片和围岩连成一体的承载结构体，同时直接在管片上打设锚杆而所留下的孔洞难以满足一级防水的要求，使该隧道存在渗水隐患。因此需寻求一种新型的预制管片隧道内围岩的加固结构。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种预制管片隧道内围岩的加固结构，该加固结构通过在预制管片内预埋预制模壳、按预埋预制模壳位置向围岩钻孔、设置中注浆锚杆并向围岩内部注浆，同时由注浆锚杆的压板、螺母等将预制管片、锚杆与加固后的围岩固结为一体结构，同时通过在预制模壳的端口安装可拆卸式止水装置以达到一级防水的要求。本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种预制管片隧道内围岩的加固结构，涉及钢筋混凝土预制管片及围岩体，其特征在于所述加固结构包括预埋于所述钢筋混凝土预制管片中的预制模壳，所述预制模壳呈阶梯状，即由大圆柱壳体和小圆柱壳体轴向连接构成，其中所述小圆柱壳体的端口与所述围岩体之间通过锚杆连接锚定，并通过在所述锚杆内注浆扩散至围岩内将三者连成为一体形成共同承载结构；在所述预制模壳的尾端口，即所述大圆柱壳体的端口安装有可拆卸式的止水装置。所述大圆柱壳体端口设置有内螺纹；所述大圆柱壳体端口外壁面呈斜锥面状，以避免所述预制模壳脱离所述钢筋混凝土预制管片，所述大圆柱壳体的端口安装有可拆卸式的止水装置。所述止水装置与所述预制模壳过盈配合，具体由内压块、薄壁压条、外压块以及螺栓构成，所述薄壁压条的上端与所述内压块相互连接，所述薄壁压条的下端固结于所述外压块中，在所述内压块中预设有内螺母，所述内压块与外压块之间通过所述螺栓与所述内螺母的配合构成螺纹连接，以控制所述内压块和外压块之间的距离；所述外压块的外缘设置有外压块橡胶止水环，所述螺栓与所述外压块之间设置有螺栓橡胶止水环。所述薄壁压条与所述内压块之间的连接结构具体为:所述内压块外壁面下部沿周向间隔设置有若干竖向锥形槽，所述薄壁压条内壁面上部沿周向间隔设置有若干竖向锥形凸筋，所述竖向锥形凸筋的尺寸与所述竖向锥形槽一一匹配对应，以利用通过所述螺栓旋入将所述的内、外压块相向靠近，使得所述薄壁压条上的凸筋嵌入所述内压块锥形槽与所述预制模壳内壁面压紧。所述止水装置与所述预制模壳螺纹配合连接，具体由一外壁面具有外螺纹的圆柱体构成，所述圆柱体的底部外侧缘设置有橡胶止水环，所述圆柱体的底面上设置有一扳扭，其中所述止水装置的外螺纹与所述预制模壳的内螺纹相匹配。所述止水装置与所述预制模壳过盈配合，具体由一弹性圆柱体构成，所述弹性圆柱体的直径不大于所述预制模壳中的大圆柱壳体最小内径，在所述弹性圆柱体中心设置有一圆孔，所述圆孔中设置有螺栓组，用于压紧所述弹性圆柱体产生侧向膨胀。本发明的优点是，钢筋混凝土预制管片、锚杆以及围岩体之间通过注浆锚固形成有效的共同承载体，确保钢筋混凝土预制管片以及围岩的稳定；设置于锚杆一端的阻水装置可有效阻止围岩内部的渗水，并可在注浆锚固时起到止浆防溢的作用；设置于预制模壳端口的止水装置可满足隧道的防水要求，同时由于其采用可拆卸式固定结构，解决了由于橡胶止水材料老化、失效，与隧道设计使用寿命较难同期的问题；本加固结构施工简单，成本低，尤其适用于围岩质量较差、要求开洞较大的预制管片隧道采用。
图1为本发明中预制管片安装止水装置示意 图2为本发明中预制管片安装止水盖示意 图3为本发明中预制模壳结构示意 图4为本发明中预制模壳的G视 图5为本发明中预制模壳的局部放大示意 图6为本发明中锚杆示意图及其端部结构放大 图7为本发明中止水装置结构示意 图8为本发明图7中止水装置的C-C剖面 图9为本发明图7中止水装置的A-A剖面 图10为本发明中止水盖结构示意 图11为本发明图10中止水盖的H视图。
具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1-11，图中标记1-8分别为:注浆浆液I ;锚杆2 ;围岩孔洞3 ;预制模壳4、小圆柱壳体4.1、大圆柱壳体4.2、斜锥面4.3、内螺纹4.4、止水环片4.5、遇水膨胀橡胶圈4.6 ；钢筋混凝土预制管片5 ;阻水装置6、环形压板6.1、螺母6.2、外螺纹6.3、橡胶止水塞6.4 ；止水装置7、内螺母7.1、内压块7.2、锥形槽7.3、薄壁压条7.4、外压块橡胶止水环7.5、外压块7.6、六角螺栓7.7、螺栓橡胶止水环7.8 ;止水盖8、外螺纹8.1、橡胶止水环8.2、扳扭8.3。实施例:对于采用预制钢筋混凝土管片施工的隧道，并在处于围岩较破碎的地层中在隧道内侧壁面上需要开设孔洞，因此需要在孔洞开设处卸除若干块钢筋混凝土预制管片，为了确保管片卸除后孔洞周边管片的稳定，需要在孔洞周边对管片进行加固。如图1或2所示，该加固结构主要包括预埋于钢筋混凝土预制管片5内的预制模壳4，预制模壳4的顶口与围岩孔洞3相连通，预制模壳4的内腔与围岩孔洞3之间通过锚杆2连接锚定，且通过锚杆注浆浆液I扩散至围岩体内将三者连成为一体形成共同承载结构；并且在预制模壳4的尾端口安装可拆卸式止水装置7。如图1、3、4、5所示，预制模壳2预埋于钢筋混凝土预制管片5内，该预制模壳是由两节阶梯状圆柱体轴向连接构成，即位于下方的大圆柱壳体4.2以及设置于大圆柱壳体4.2顶面上的小圆柱壳体4.1。其中小圆柱壳体4.1与围岩孔洞3经钻孔后相通，在大圆柱壳体4.2与小圆柱壳体4.1的连接处外侧设置有止水环片4.5，在止水环片4.5上设置遇水膨胀橡胶圈4.6，两者与钢筋混凝土预制管片5之间紧密贴合，以达到止水效果；大圆柱壳体4.2的端口外轮廓呈斜锥面4.3的构造，设置斜锥面4.3的目的在于注浆过程可抵御使中空注浆锚杆2后退的注浆压力，该压力作用于注浆过程中的止推件上，通过止推件与预制模壳4间的螺纹传递给钢筋混凝土预制管片5，所述大圆柱壳体4.2端口外壁面呈斜锥面状可避免预制模壳脱离钢筋混凝土预制管片5 ;而在大圆柱壳体4.2的底部内壁面上设置有内螺纹4.4，内螺纹4.4主要用于连接后续安装的止水装置7或止水盖8。如图1、3、6所示，注浆浆液I位于围岩孔洞3以及小圆柱壳体4.1之内，并与小圆柱壳体4.1的底口齐平，而锚杆5的一端超出小圆柱壳体4.1并延伸至大圆柱壳体4.2的内腔中，为了达到良好的止浆阻水效果，在锚杆5的尾端安装阻水装置6，包括螺母6.2、环形压板6.1和橡胶止水塞6.4，具体地说该阻水装置6位于大圆柱壳体4.2和小圆柱壳体
4.1连接处的内侧，包括紧密贴合于注浆浆液I底面的环形压板6.1、位于环形压板6.1与注浆浆液I底面之间的橡胶止水塞6.4以及用于紧固环形压板6.1的螺母6.2，为了方便螺母6.2的旋入以及施工中注浆设备的接入，在锚杆5的尾端设置有外螺纹6.3 ;其中锚杆5具体为一根中空注衆锚杆体，环形压板6.1的直径大于小圆柱壳体4.1的直径。如图1、7、8、9所示，止水装置7具体采用挤压产生侧向膨胀的原理与预制模壳4内壁斜锥面之间进行过盈配合。止水装置7为一止水组件，自上而下主要包括内压块7.2、薄壁压条7.4以及外压块7.6，同时通过贯穿内压块7.2和外压块7.6的六角螺栓7.7和内螺母7.1之间的螺纹配合压紧固定。其中薄壁压条7.4采用较薄的枝条结构，当受到六角螺栓7.7拧紧产生的压紧力之后即嵌入内压块7.2的锥形槽7.3中，向外扩张并与预制模壳4内斜锥面压紧。薄壁压条7.4的下部固结于外压块7.6之中以形成一体结构，而其上部则与内压块7.2之间限位固定，具体为沿周向每隔一定的夹角在内压块7.2的外侧面上开设竖向的锥形槽7.3，薄壁压条7.4上的竖向锥形凸筋布置位置和断面尺寸与内压块7.2的锥形槽7.3两者的尺寸与位置一一对应。为了更好的达到严密的防水效果，在六角螺栓7.7与外压块7.6的底面凹槽之间设置有螺栓橡胶止水环7.8，以防水从六角螺栓7.7与止水装置7的圆孔内壁面之间渗出；同时在外压块7.6的底部外缘设置有一圈外压块橡胶止水块7.5，以防水从止水装置7与预制模壳4的内壁面之间渗出。与中注浆锚杆2上的阻水装置6共同形成两道防水线，以满足一级防水要求。当止水装置7泄漏或老化时，可通过旋松六角螺栓7.7以取出止水装置7，更换较为方便。如图2、10、11所示，止水装置也可采用止水盖8的形式，止水盖8与预制模壳4之间螺纹配合连接，具体结构为在一圆柱体的外侧面上设置外螺纹8.1，该外螺纹8.1与预制模壳4内腔中的内螺纹4.4相匹配,在该圆柱体的底面上设置有一扳扭8.3以方便旋转止水盖，并且在该圆柱体的底部外缘设置有橡胶止水环8.2，以防水从该圆柱体与预制模壳4的内壁面之间渗出。与中注浆锚杆2上的止水装置共同形成两道防水线，以满足一级防水要求。当止水盖8老化失效时，更换较为方便。上述防水装置等机构较为简单且成本不高，适用于具有较高防水要求的地下建
Λ-Α-巩。
权利要求
1.一种预制管片隧道内围岩的加固结构，涉及钢筋混凝土预制管片及围岩体，其特征在于所述加固结构包括预埋于所述钢筋混凝土预制管片中的预制模壳，所述预制模壳呈阶梯状，即由大圆柱壳体和小圆柱壳体轴向连接构成，其中所述小圆柱壳体的端口与所述围岩体之间通过锚杆连接锚定，并通过在所述锚杆内注浆扩散至围岩内将三者连成为一体形成共同承载结构；在所述预制模壳的尾端口，即所述大圆柱壳体的端口安装有可拆卸式的止水装置。
2.根据权利要求1所述的一种预制管片隧道内围岩的加固结构，其特征在于所述大圆柱壳体端口设置有内螺纹；所述大圆柱壳体端口外壁面呈斜锥面状，以避免所述预制模壳脱离所述钢筋混凝土预制管片，所述大圆柱壳体的端口安装有可拆卸式的止水装置。
3.根据权利要求1所述的一种预制管片隧道内围岩的加固结构，其特征在于所述止水装置与所述预制模壳过盈配合，具体由内压块、薄壁压条、外压块以及螺栓构成，所述薄壁压条的上端与所述内压块相互连接，所述薄壁压条的下端固结于所述外压块中，在所述内压块中预设有内螺母，所述内压块与外压块之间通过所述螺栓与所述内螺母的配合构成螺纹连接，以控制所述内压块和外压块之间的距离；所述外压块的外缘设置有外压块橡胶止水环，所述螺栓与所述外压块之间设置有螺栓橡胶止水环。
4.根据权利要求3所述的一种预制管片隧道内围岩的加固结构，其特征在于所述薄壁压条与所述内压块之间的连接结构具体为:所述内压块外壁面下部沿周向间隔设置有若干竖向锥形槽，所述薄壁压条内壁面上部沿周向间隔设置有若干竖向锥形凸筋，所述竖向锥形凸筋的尺寸与所述竖向锥形槽一一匹配对应，以利用通过所述螺栓旋入将所述的内、夕卜压块相向靠近，使得所述薄壁压条上的凸筋嵌入所述内压块锥形槽与所述预制模壳内壁面压紧。
5.根据权利要求1或2所述的一种预制管片隧道内围岩的加固结构，其特征在于所述止水装置与所述预制模壳螺纹配合连接，具体由一外壁面具有外螺纹的圆柱体构成，所述圆柱体的底部外侧缘设置有橡胶止水环，所述圆柱体的底面上设置有一扳扭，其中所述止水装置的外螺纹与所述预制模壳的内螺纹相匹配。
6.根据权利要求1所述的一种预制管片隧道内围岩的加固结构，其特征在于所述止水装置与所述预制模壳过盈配合，具体由一弹性圆柱体构成，所述弹性圆柱体的直径不大于所述预制模壳中的大圆柱壳体最小内径，在所述弹性圆柱体中心设置有一圆孔，所述圆孔中设置有螺栓组，用于压紧所述弹性圆柱体产生侧向膨胀。
全文摘要
本发明属于地下工程结构技术领域，具体涉及一种预制管片隧道内围岩的加固结构，其特征在于所述加固结构包括预埋于所述钢筋混凝土预制管片中的预制模壳，所述预制模壳呈阶梯状，即由大圆柱壳体和小圆柱壳体轴向连接构成，其中所述小圆柱壳体的端口与所述围岩体之间通过锚杆连接锚定，并通过在所述锚杆内注浆扩散至围岩内将三者连成为一体形成共同承载结构；在所述预制模壳的尾端口，即所述大圆柱壳体的端口安装有可拆卸式的止水装置。本发明的优点是，结构简单，易施工，成本低，可有效确保钢筋混凝土预制管片以及围岩的稳定，并且防水效果好，止水装置可更换。
文档编号E21D21/00GK103206223SQ20131013773
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月20日 优先权日2013年4月20日
发明者薛勇 申请人:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司