隧道二次衬砌拱架单元及其所构成的拱架结构的制作方法

本实用新型涉及黄土隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道二次衬砌拱架单元及其所构成的拱架结构。

背景技术：

目前隧道二次衬砌施工时存在的一个技术难题就是如何定位二次衬砌的首个环向钢筋。传统的定位方法是将设计选用的钢筋通过焊接至设计长度，通过人工弯曲成型，在成型过程中，钢筋与隧道防水板之间摩擦力较大，导致防水板不同程度的受损，降低了防水板的使用寿命。同时，成型后的外层环向钢筋与防水板紧贴，泵送二次衬砌混凝土时，外层环向钢筋的混凝土保护层厚度明显达不到设计要求，改变了二次衬砌实际的力学行为。尤其是在富水隧道中，防水板破损后大大降低了其防水能力，外层环向钢筋受侵蚀而腐蚀的现象比较严重，在降低二次衬砌的寿命的同时也增大了隧道运营期间的风险。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种隧道二次衬砌拱架单元及其所构成的拱架结构，本实用新型可精确定位二次衬砌双层钢筋网的位置，保证双层钢筋的混凝土保护层厚度达到设计要求，同时可以有效避免防水板被刺破的现象发生；尤其是在大断面隧道二次衬砌钢筋布置时，可以起到防止首个二次衬砌环向钢筋布设时钢筋侧翻的作用。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种隧道二次衬砌拱架单元，包括至少三个相同长度的拱架单元主筋，所有拱架单元框架外部通过若干个箍筋固定连接成拱架单元骨架，所述拱架单元骨架两端端部分别固定连接有连接角钢，所述连接角钢上开有螺栓孔。

为了更好地实现本隧道二次衬砌拱架单元，所述箍筋沿着拱架单元框架外部的长度方向均匀间隔排列设置。

本隧道二次衬砌拱架单元进一步的技术方案是：所述连接角钢上开有两个螺栓孔，在螺栓孔中配合安装有螺栓螺母；所述连接角钢与拱架单元主筋端部固定连接。

本实用新型隧道二次衬砌拱架单元优选的技术方案是：所述拱架单元主筋由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，拱架单元主筋的直径为20mm～28mm；所述箍筋由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，箍筋的直径为10mm～14mm；所述连接角钢由Q235钢材料制造。

本实用新型第一种优选的隧道二次衬砌拱架单元实施方式：所述拱架单元主筋的数量为三个，三个拱架单元主筋共同构成一个截面为等边三角形的拱架单元框架。

本实用新型第二种优选的隧道二次衬砌拱架单元实施方式：所述拱架单元主筋的数量为四个，四个拱架单元主筋共同构成一个截面为正方形的拱架单元框架，相邻两个拱架单元主筋的净间距为350mm。

一种由隧道二次衬砌拱架单元所构成的拱架结构，包括若干个隧道二次衬砌拱架单元，相邻两个隧道二次衬砌拱架单元的连接角钢的螺栓孔中配合安装有螺栓螺母，所有隧道二次衬砌拱架单元依次按顺序通过螺栓螺母连接成圆弧形拱架；所述圆弧形拱架外侧焊接固定连接有若干个外层环向主筋，所述圆弧形拱架内侧焊接固定连接有若干个内层环向主筋；若干个圆弧形拱架平行间隔并排构成拱架组件，所述拱架组件的所有圆弧形拱架外侧通过若干个外层纵向分布筋连接固定，所有外层纵向分布筋分别对应与各个外层环向主筋连接固定；所述拱架组件的所有圆弧形拱架内侧通过若干个内层纵向分布筋连接固定，所有内层纵向分布筋分别对应与各个内层环向主筋连接固定。

本实用新型优选的拱架结构技术方案是：所述外层纵向分布筋与内层纵向分布筋一一对应设置，所述外层纵向分布筋与所对应的内层纵向分布筋之间固定连接有拉筋。

本实用新型拱架结构优选的技术方案是：所述外层环向主筋与内层环向主筋均由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，所述外层环向主筋与内层环向主筋的直径均为25mm；所述拉筋由HRB335钢筋材料制造，所述拉筋的直径均为6mm。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

通过本实用新型的隧道二次衬砌拱架单元可精确定位二次衬砌双层钢筋网的位置，保证双层钢筋的混凝土保护层厚度达到设计要求，同时可以有效避免防水板被刺破后二次衬砌渗漏水的现象发生；在隧道二次衬砌尤其是大断面隧道二次衬砌钢筋布置时，可以起到防止首个环向钢筋布设时钢筋侧翻的作用，工作效率明显较传统方法更高，适用价值更大，操作难度更低，工程实践性更强，具有很好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1为本实用新型隧道二次衬砌拱架单元的结构示意图；

图2为相邻两个隧道二次衬砌拱架单元通过连接角钢、螺栓螺母连接固定的结构示意图；

图3为图2中A-A向的剖视图；

图4为图2中B-B向的剖视图；

图5为本实用新型拱架结构的结构示意图；

图6为图5的C-C向的剖视图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－拱架单元主筋，2－箍筋，3－连接角钢，4－螺栓孔，5－螺栓螺母，6－外层环向主筋，7－内层环向主筋，8－外层纵向分布筋，9－内层纵向分布筋，10－拉筋。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明：

实施例一

如图1～图4所示，一种隧道二次衬砌拱架单元，包括三个相同长度的拱架单元主筋1，三个拱架单元主筋1共同构成一个截面为等边三角形的拱架单元框架，本实施例的拱架单元主筋1由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，拱架单元主筋1的直径为20mm～28mm。所有拱架单元框架外部通过若干个箍筋2固定连接成拱架单元骨架，拱架单元骨架两端端部分别固定连接有连接角钢3，连接角钢3上开有螺栓孔4，本实施例的连接角钢3由Q235钢材料制造。如图1、图2所示，箍筋2沿着拱架单元框架外部的长度方向均匀间隔排列设置；箍筋2由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，箍筋2的直径为10mm～14mm。

如图3所示，连接角钢3上开有两个螺栓孔4，在螺栓孔4中配合安装有螺栓螺母5；连接角钢3与所有拱架单元主筋1端部固定连接。本实施例的连接角钢3长度等于或略大于同侧所有拱架单元主筋1的最外缘宽度。

如图5～图6所示，一种由隧道二次衬砌拱架单元所构成的拱架结构，包括若干个隧道二次衬砌拱架单元，相邻两个隧道二次衬砌拱架单元的连接角钢3的螺栓孔4中配合安装有螺栓螺母5，所有隧道二次衬砌拱架单元依次按顺序通过螺栓螺母5拼接成圆弧形拱架；圆弧形拱架外侧焊接固定连接有若干个外层环向主筋6，圆弧形拱架内侧焊接固定连接有若干个内层环向主筋7；若干个圆弧形拱架平行间隔并排构成拱架组件，拱架组件的所有圆弧形拱架外侧通过若干个外层纵向分布筋8连接固定，所有外层纵向分布筋8分别对应与各个外层环向主筋6连接固定；拱架组件的所有圆弧形拱架内侧通过若干个内层纵向分布筋9连接固定，所有内层纵向分布筋9分别对应与各个内层环向主筋7连接固定。

如图5～图6所示，外层纵向分布筋8与内层纵向分布筋9一一对应设置，外层纵向分布筋8与所对应的内层纵向分布筋9之间固定连接有拉筋10。

本实施例的外层环向主筋6与内层环向主筋7均由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，外层环向主筋6与内层环向主筋7的直径均为25mm；拉筋10由HRB335钢筋材料制造，拉筋10的直径均为6mm。

一种隧道二次衬砌拱架单元构成拱架结构的架设方法，其方法步骤如下：

A、制备隧道二次衬砌拱架单元：将三个相同长度的拱架单元主筋1相互平行布置共同构成一个截面为等边三角形的拱架单元框架，拱架单元框架沿着拱架单元框架的长度方向均匀间隔固定连接有若干个箍筋2，拱架单元框架通过各个箍筋2连接固定成拱架单元骨架；在拱架单元骨架两端端部分别固定连接有连接角钢3，每个连接角钢3上开有上下两个螺栓孔4，即可得到一个隧道二次衬砌拱架单元；

B、架设圆弧形拱架：将若干个隧道二次衬砌拱架单元依次连接并架设出圆弧形拱架，相邻两个隧道二次衬砌拱架单元的连接角钢3的螺栓孔4中配合安装有螺栓螺母5，相邻两个隧道二次衬砌拱架单元之间通过在连接角钢3螺栓孔4中的螺栓螺母5固定连接，所有隧道二次衬砌拱架单元依次按顺序通过螺栓螺母5连接成圆弧形拱架，圆弧形拱架的圆弧形状与隧道拱顶的圆形形状相匹配；

C、在隧道拱顶上沿着隧道长度方向依次均匀布置若干个圆弧形拱架并构成拱顶骨架，每个圆弧形拱架外侧焊接固定连接有若干个外层环向主筋6，每个圆弧形拱架内侧焊接固定连接有若干个内层环向主筋7；拱顶骨架外侧沿着隧道长度方向均匀平行固定有若干个外层纵向分布筋8，每个外层纵向分布筋8依次与所有圆弧形拱架外侧对应焊接固定即所有外层纵向分布筋8分别对应与圆弧形拱架外侧的各个外层环向主筋6连接固定；拱顶骨架内侧沿着隧道长度方向均匀平行固定有若干个内层环向主筋7，每个内层环向主筋7依次与所有圆弧形拱架内侧对应焊接固定即所有内层纵向分布筋9分别对应与圆弧形拱架内侧的各个内层环向主筋7连接固定；

D、拱顶骨架中的外层纵向分布筋8与内层纵向分布筋9一一对应设置，外层纵向分布筋8与所对应的内层纵向分布筋9之间固定连接有拉筋10，并最终架设出拱架结构。

本实用新型可实现精确定位二次衬砌外层环向钢筋6、内层环向钢筋7以及外层纵向分布筋8和内层纵向分布筋9的目的，保证了钢筋的混凝土保护层厚度满足设计要求，避免了传统布设方法导致的环向钢筋保护层厚度不足和防水板破损现象的发生，可保证二次衬砌钢筋的力学行为满足设计要求，提高二次衬砌的寿命，降低隧道运营期间的风险。

实施例二

如图1～图4所示，一种隧道二次衬砌拱架单元，包括四个相同长度的拱架单元主筋1，四个拱架单元主筋1共同构成一个截面为正方形的拱架单元框架，相邻两个拱架单元主筋1的净间距为350mm。所有拱架单元框架外部通过若干个箍筋2固定连接成拱架单元骨架，拱架单元骨架两端端部分别固定连接有连接角钢3，连接角钢3上开有螺栓孔4。

如图1、图2所示，箍筋2沿着拱架单元框架外部的长度方向均匀间隔排列设置。

如图3所示，连接角钢3上开有两个螺栓孔4，在螺栓孔4中配合安装有螺栓螺母5；连接角钢3与所有拱架单元主筋1端部固定连接。本实施例的连接角钢3长度等于或略大于同侧所有拱架单元主筋1的最外缘宽度。

本实施例的拱架单元主筋1由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，拱架单元主筋1的直径为20mm～28mm；箍筋2由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，箍筋2的直径为10mm～14mm；连接角钢3由Q235钢材料制造。

如图5～图6所示，一种由隧道二次衬砌拱架单元所构成的拱架结构，包括若干个隧道二次衬砌拱架单元，相邻两个隧道二次衬砌拱架单元的连接角钢3的螺栓孔4中配合安装有螺栓螺母5，所有隧道二次衬砌拱架单元依次按顺序通过螺栓螺母5拼接成圆弧形拱架；圆弧形拱架外侧焊接固定连接有若干个外层环向主筋6，圆弧形拱架内侧焊接固定连接有若干个内层环向主筋7；若干个圆弧形拱架平行间隔并排构成拱架组件，拱架组件的所有圆弧形拱架外侧通过若干个外层纵向分布筋8连接固定，所有外层纵向分布筋8分别对应与各个外层环向主筋6连接固定；所有外层纵向分布筋8分别对应与各个外层环向主筋6通过焊接或绑扎方式连接固定。所有外层纵向分布筋8分别对应与各个外层环向主筋6通过焊接或绑扎方式连接固定。拱架组件的所有圆弧形拱架内侧通过若干个内层纵向分布筋9连接固定，拱架组件的所有圆弧形拱架内侧通过若干个内层纵向分布筋9通过焊接或绑扎方式连接固定。所有内层纵向分布筋9分别对应与各个内层环向主筋7连接固定，所有内层纵向分布筋9分别对应与各个内层环向主筋7通过焊接或绑扎方式连接固定。

如图5～图6所示，外层纵向分布筋8与内层纵向分布筋9一一对应设置，外层纵向分布筋8与所对应的内层纵向分布筋9之间固定连接有拉筋10。

本实施例的外层环向主筋6与内层环向主筋7均由HRB335钢筋材料或HRB400钢筋材料制造，外层环向主筋6与内层环向主筋7的直径均为25mm；拉筋10由HRB335钢筋材料制造，拉筋10的直径均为6mm。

一种隧道二次衬砌拱架单元构成拱架结构的架设方法，其方法步骤如下：

A、制备隧道二次衬砌拱架单元：将四个相同长度的拱架单元主筋1相互平行布置共同构成一个截面为正方形的拱架单元框架，拱架单元框架沿着拱架单元框架的长度方向均匀间隔固定连接有若干个箍筋2，拱架单元框架通过各个箍筋2连接固定成拱架单元骨架；在拱架单元骨架两端端部分别固定连接有连接角钢3，每个连接角钢3上开有上下两个螺栓孔4，即可得到一个隧道二次衬砌拱架单元；

B、架设圆弧形拱架：将若干个隧道二次衬砌拱架单元依次连接并架设出圆弧形拱架，相邻两个隧道二次衬砌拱架单元的连接角钢3的螺栓孔4中配合安装有螺栓螺母5，相邻两个隧道二次衬砌拱架单元之间通过在连接角钢3螺栓孔4中的螺栓螺母5固定连接，所有隧道二次衬砌拱架单元依次按顺序通过螺栓螺母5连接成圆弧形拱架，圆弧形拱架的圆弧形状与隧道拱顶的圆形形状相匹配；

C、在隧道拱顶上沿着隧道长度方向依次均匀布置若干个圆弧形拱架并构成拱顶骨架，每个圆弧形拱架外侧焊接固定连接有若干个外层环向主筋6，每个圆弧形拱架内侧焊接固定连接有若干个内层环向主筋7；拱顶骨架外侧沿着隧道长度方向均匀平行固定有若干个外层纵向分布筋8，每个外层纵向分布筋8依次与所有圆弧形拱架外侧对应焊接固定即所有外层纵向分布筋8分别对应与圆弧形拱架外侧的各个外层环向主筋6连接固定；拱顶骨架内侧沿着隧道长度方向均匀平行固定有若干个内层环向主筋7，每个内层环向主筋7依次与所有圆弧形拱架内侧对应焊接固定即所有内层纵向分布筋9分别对应与圆弧形拱架内侧的各个内层环向主筋7连接固定；

D、拱顶骨架中的外层纵向分布筋8与内层纵向分布筋9一一对应设置，外层纵向分布筋8与所对应的内层纵向分布筋9之间固定连接有拉筋10，并最终架设出拱架结构。

本实用新型可实现精确定位二次衬砌外层环向钢筋6、内层环向钢筋7以及外层纵向分布筋8和内层纵向分布筋9的目的，保证了钢筋的混凝土保护层厚度满足设计要求，避免了传统布设方法导致的环向钢筋保护层厚度不足和防水板破损现象的发生，可保证二次衬砌钢筋的力学行为满足设计要求，提高二次衬砌的寿命，降低隧道运营期间的风险。

上述实施方式只是本实用新型的一个优选实施例，并不是用来限制本实用新型的实施与权利范围的，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本实用新型的保护范围内。