波纹板隧道初期支护结构和隧道的制作方法

本发明涉及隧道施工领域，具体而言，涉及一种波纹板隧道初期支护结构和隧道。

背景技术：

在城市地下工程施工区间隧道时，为了尽早封闭开挖面、有效减小地表沉降，土体开挖后应尽快架设刚度较大的初期支护装置。

目前矿山法地铁区间隧道施工中，均采取喷锚初期支护工法，既即喷层、锚杆与围岩共同组成环向承载结构，承受围岩压力，形成初期支护结构。此类初期支护装置是由多根钢筋通过焊接而成的钢格栅或由型钢弯曲而成的型钢格栅结构。现有技术的初期支护装置，每环的钢筋格栅钢架均由数个不同形状的格栅单元拼装而成。钢筋格栅的每榀均由主筋、加强筋与连接角钢(形成端板)焊接成型，单元之间采用高强螺栓连接。在实际应用中，放样后的钢筋格栅将按照预先设计的各单元位置进行调整并连接，架设格栅时还将向土体内打入系统锚杆以固定格栅位置。当不设置系统锚杆时，钢筋格栅也可通过锁脚锚杆来定位。在完成上述格栅架设后，尽快分层喷射混凝土，以形成钢筋格栅和喷射混凝土复合受力结构。

但是，现有技术中应用于地下工程的初期支护装置，由于地下工程初衬结构的整个施作过程包括了格栅钢架的运输、安装、连接、调整就位，以及混凝土的材料准备、空压设备、运输管道、喷射装配等两大环节的流程，因此现有初期支护装置安装时，所需的施工时间一般都较长，很难真正实现隧道开挖支护的“快封闭”原则。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种波纹板隧道初期支护结构和隧道，用于解决上述的技术问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种波纹板隧道初期支护结构，其包括通道支护、马头门组合环梁和封端墙体；

所述通道支护为筒状，所述马头门组合环梁设置在所述通道支护的一端，用于通道开洞后的结构加强，所述封端墙体设置在所述通道支护的一端，用于对所述通道支护的一端进行封堵；

所述通道支护包括波纹板和第一环形梁，多块所述波纹板依次连接形成环形的支护带环，相邻的所述支护带环通过所述第一环形梁连接；

所述马头门组合环梁包括工字钢和钢板，工字钢通过第一钢板及第二钢板焊接形成组合梁，多块组合梁通过第二钢板依次连接形成框架梁柱体系；

所述封端墙体包括可拆卸连接的第一型材和第二型材，多根所述第一型材平行设置，多根所述第二型材竖直设置，所述第一型材和所述第二型材交叉设置，形成网状结构的墙体主架。

在本发明较佳的实施例中，所述第二型材穿过所述第一型材设置；

或，所述第二型材设置在所述第一型材的一侧。

在本发明较佳的实施例中，所述第一型材为槽钢或工字钢，所述第二型材为钢筋。

在本发明较佳的实施例中，所述墙体主架上浇筑有混凝土。

在本发明较佳的实施例中，所述波纹板表面喷涂有沥青、热镀锌和/或热镀铝。

在本发明较佳的实施例中，所述波纹板上设置有第一安装端板和第二安装端板；

所述第一安装端板设置在所述波纹板的一对相对的端部，用于将所述波纹板安装在所述第一环形梁上；

所述第二安装端板设置在所述波纹板的另一对相对的端部，用于将相邻的波纹板连接在一起。

在本发明较佳的实施例中，所述第一环形梁上设置有手孔，用于便于所述第一环形梁的安装。

在本发明较佳的实施例中，所述第一安装端板与所述第一环形梁之间、两个所述第二安装端板之间均设置有防水胶垫。

在本发明较佳的实施例中，所述第一环形梁与所述支护带环同轴。

一种隧道，其包括上述任一项所述的波纹板隧道初期支护结构。

本发明实施例的有益效果是：

以波纹板为主要受力构件的初期支护结构体系，增加了结构的径向刚度；波纹板、第一环形梁、第一型材和第二型材均为预制件，其焊接及开孔作业均于工厂内完成，更有利于产品质量控制，可以有效地减少因构件精度问题而引起的洞内调整时间长，螺栓孔不易拼接等问题，主要受力构件采用全拼接工艺，简化了洞内作业工序及作业时间，真正意义上实现“快封闭”原则。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的结构示意图；

图2为图1的a-a剖视图；

图3为图2的b处局部放大图；

图4为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的通道支护的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的环形梁上手孔位置示意图；

图6为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的直线型的防水胶垫的安装示意图；

图7为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的环型的防水胶垫的安装示意图；

图8为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的马头门组合环梁的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的组合梁的连接示意图；

图10为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的马头门组合环梁的加强结构示意图；

图11为图10的侧视图；

图12为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的钢支撑的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的调节装置的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的波纹板隧道初期支护结构的钢支撑的使用状态参考图。

图中：

1：通道支护；2：封端墙体；3：第一型材；4：第二型材；5：混凝土；6：波纹板；7：第一环形梁；8：第一安装端板；9：第二安装端板；10：第二环形梁；11：第一安装孔；12：固定孔；13：第二安装孔；14：手孔；15：防水胶垫；16：工字钢；17：第一钢板；18：第二钢板；19：连接孔；20：第三钢板；21：肋板；22：橡胶垫；23：调节装置；24：纵向支撑；25：横向支撑；26：核心土；27：上板；28：固定杆；29：固定套筒；30：下板；31：下调节杆；32：调节套筒；33：上调节杆；34：旋箍；35：钢支撑。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1-图5，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种波纹板隧道初期支护结构，其包括通道支护1、马头门组合环梁和封端墙体2；通道支护1为筒状，马头门组合环梁设置在通道支护的一端，用于通道开洞后的结构加强，封端墙体2设置在通道支护1的一端，用于对通道支护1的一端进行封堵；通道支护1包括波纹板6和第一环形梁7，多块波纹板6依次连接形成环形的支护带环，相邻的支护带环通过第一环形梁7连接；马头门组合环梁包括工字钢和钢板，工字钢通过第一钢板17及第二钢板18焊接形成组合梁，多块组合梁通过第二钢板18依次连接形成框架梁柱体系；封端墙体2包括可拆卸连接的第一型材3和第二型材4，多根第一型材3平行设置，多根第二型材4竖直设置，第一型材3和第二型材4交叉设置，形成网状结构的墙体主架。

具体的，在本实施例中，封端墙体2和通道支护1之间通过第二环形梁10固定连接，具体的，第二环形梁10为多个并排设置，通道支护1与第二环形梁10通过螺栓固定连接，封端墙体2与第二环形梁10的内壁固定连接。

在本实施例中，波纹板6、第一环形梁7、第一型材3和第二型材4通过在工厂进行预制生产后，运输到施工现场，利用铆接、螺栓连接或焊接等方式，将波纹板6和第一环形梁7拼接成通道支护1，将第一型材3和第二型材4通过铆接、螺栓连接或焊接等方式，拼接成网格状的墙体主架，利用墙体主架形成封端墙体2。

具体的，在本实施例中，第一环形梁7的材质为钢，更具体的，第一环形梁7为截面是方形的钢管。

具体的，第一型材3为水平设置，第二型材4为竖直设置。

需要指出的是，在本实施例中，第一型材3和第二型材4分别为水平设置和竖直设置，但其不仅仅局限于这样的设置方式，如可以是将第一型材3和第二型材4均设置为倾斜设置，或将其中一个设置为倾斜设置等，也就是说，其只要是通过交叉设置的方式，提高墙体主架的支撑强度即可。

在本实施例中，以波纹板6为主要受力构件的初期支护结构体系，波纹板6有着独特的结构优势，其轴向和径向双向承载，增加了结构的径向刚度。纵向上的波纹还可以起到位移补偿的效果，更好的适应围岩不均匀变形，尤其对于地下隧道，更大的围岩变形能发挥波纹板6环向与纵向双向承载的优势，分散竖向土压力的荷载效应，整体柔性承载大幅提高了结构的抗震能力和疲劳性能，使钢材各向同性的特点充分发挥。在使用上述的波纹板6初期支护结构时，可根据地层特性以及使用需求，调整为不同断面形式的截面类型，如马蹄形、梨形、管形、箱形、圆形等。

另外，由于本发明中波纹板6、第一环形梁7、槽钢均为工厂预制，且焊接及开孔作业均于工厂内完成，更有利于产品质量控制，可以有效地减少因构件精度问题而引起的洞内调整时间长，螺栓孔不易拼接等问题，主要受力构件采用全拼接工艺，简化了洞内作业工序及作业时间，真正意义上实现“快封闭”原则，从而减小对周围建构筑及地表的沉降影响，且拼接工作方便后期回收再利用，从而减小工程造价，此外钢结构本身具备良好的闭水性，对保证工程无水作业具有很强的结构优势，相较于传统的“钢格栅+喷射混凝土5”初支结构，本结构优势众多，更适用于地下隧道工程。

工字钢16两侧翼缘板通过两至三块第一钢板17，端头通过第二钢板18焊接为组合梁，组合梁利用高强螺栓通过第二钢板18处的连接孔19连接形成框架梁柱体系，进行结构加强，保证横通道马头门组合环梁处结构的强度足以抵抗通道开洞后的围岩压力。

在本实施例中，如图10和图11所示，为实现隧道的分层开挖，在隧道两侧台阶处的第一环形梁7处焊接有角钢，并在角钢的内部设置肋板21，使得在台阶法开挖时，能够通过台阶处角钢对隧道上部结构及覆土进行支撑。

具体的传力路径为：隧道上方的顶板土压力→波纹板→第一环形梁7→角钢→下方土体。

具体的，在本实施例中，角钢的设置可以是角钢型材，也可以是通过水平和竖直设置的两块第三钢板20焊接在一起，形成角钢结构，之后再通过肋板21将两块第三钢板20连接在一起，形成稳定的支撑。

在进行隧道内部施工时，采用台阶法施工，而在台阶法施工的过程中，由于环梁和波纹板均未成环，结构的受力较差，钢波纹6的顶板沉降及侧壁收敛需补充措施。

因此，在本实施例中，在波纹板两侧及拱顶施作钢支撑35，如图14所示。

如图12所示，钢支撑35包括横向支撑25和纵向支撑24，横向支撑25坐落在核心土26上，纵向支撑24立设在横向支撑25上，横向支撑25的两侧及纵向支撑25的顶部均设置有橡胶垫22，橡胶垫22对波纹板6起到支撑作用。

钢支撑35仅在结构未成环时施作，为了方便再利用，在橡胶垫22和钢支撑之间设置调节装置23，通过手拧的方式调节支撑长度。

具体的，如图13所示，调节装置23包括上板27、下板30、固定套筒29、固定杆28、上调节杆33、下调节杆31和调节套筒32。

上板27和下板30平行相对设置，多根固定杆28设置在上板27上，多根固定套筒29设置在下板30上，固定套筒29套设在固定杆28上；上调节杆33固定设置在上板27上，下调节杆31固定设置在下板30上，调节套筒32的上端与上调节杆33螺纹连接，调节套筒32的下端与下调节杆31转动连接，通过螺纹螺杆的方式，实现上板27和下板30之间的间距调节，进而能够便于钢支撑的拆卸和固定，实现可重复利用。

更具体的，下调节杆31上设置旋箍34，旋箍34外部凸起，并在旋箍34上设置钢珠，既保证了调节套筒32转动效果，又能够对调节套筒32进行轴向定位。

在本发明较佳的实施例中，第二型材4穿过第一型材3设置。

具体的，在本实施例中，第二型材4的截面面积小于第一型材3的截面面积时，在第一型材3上开孔，使第二型材4穿过第一型材3上的开孔，进而能够使得在同一竖直线上只使用一根第二型材4，进而保证了第二型材4的强度。

更具体的，在本实施例中，当第二型材4穿过第一型材3的开孔后，在第一型材3和第二型材4的连接位置进行焊接处理，以保证第一型材3和第二型材4之间的连接强度和连接稳定性。

在本发明的另一个较佳的实施例中，第二型材4设置在第一型材3的一侧。

也就是说，在本实施例中，多根第一型材3平行设置形成一个平面，多根第二型材4竖直设置形成一个平面，第二型材4设置在第一型材3的一侧，在第一型材3的一侧进行固定连接。

在本实施例中，第一型材3和第二型材4之间的固定连接方式有很多种，如可以是焊接、铆接、螺栓连接、绑定等，其只要能够实现第一型材3和第二型材4之间的固定连接即可。

具体的，在本发明较佳的实施例中，第一型材3为槽钢或工字钢，第二型材4为钢筋。

更具体的，在本实施例中，第一型材3为工字钢，其中，工字钢的左右两端与第一环形梁7的内侧壁抵接后进行焊接连接，在工字钢的内外两侧通过焊接等方式固定设置钢筋。

需要指出的是，第一型材3可以是槽钢或工字钢，但其不仅仅局限于槽钢或工字钢，其话可以是其他的型材，如还可以是角钢等；同理，第二型材4可以是钢筋，其也不仅仅局限于钢筋，其也可以是槽钢或角钢等其他的型材。也就是说，其只要是型材，能够批量生产，且便于预制，又能够保证构成的墙体主架的强度即可。

在本发明较佳的实施例中，墙体主架上浇筑有混凝土5。

在本实施例中，在墙体主架上通过喷射的方式浇筑混凝土5后，形成完整的封端墙体2，进而提高对隧道的支护作用，保证支护功能。

在本发明较佳的实施例中，波纹板6表面喷涂有沥青、热镀锌和/或热镀铝。

具体的，在本实施例中，波纹板6由低碳钢板冷弯加工而成，且表面通过喷涂沥青及热镀锌或热镀铝，以提高波纹板6的结构韧性及抗腐蚀性，保证波纹板6对隧道的支护功能。

在本发明较佳的实施例中，波纹板6上设置有第一安装端板8和第二安装端板9；第一安装端板8设置在波纹板6的一对相对的端部，用于将波纹板6安装在第一环形梁7上；第二安装端板9设置在波纹板6的另一对相对的端部，用于将相邻的波纹板6连接在一起。

具体的，在本实施例中，波纹板6为方形板，其四周围设有用于与其他部件连接的安装端板，其中，两块第一安装端板8相对设置，用于将波纹板6与第一环形梁7进行固定连接，两块第二安装端板9设置在波纹板6的另外两个端面上，用于将相邻的波纹板6进行连接。

更具体的，在本实施例中，第一安装端板8上设置至少一个第一安装孔11，在第一环形梁7上也设置有至少一个固定孔12，第一安装孔11与固定孔12的位置和数量均相对应设置，通过固定螺栓穿过第一安装孔11和固定孔12后，再使用固定螺母进行紧固，实现第一安装端板8与第一环形梁7之间的固定连接，进一步实现将波纹板6安装在第一环形梁7上的目的。

在本实施例中，第二安装端板9上设置至少一个第二安装孔13，波纹板6的第二安装端板9的侧面与相邻的波纹板6上的第二安装端板9的侧面抵接后，第二安装孔13相对应设置，通过固定螺栓穿过两个第二安装端板9上的第二安装孔13，再使用固定螺母拧紧，进而实现将相邻的两块波纹板6进行固定的目的。

更具体的，在本实施例中，第一安装端板8和第二安装端板9均通过焊接的方式与波纹板6固定连接。

需要指出的是，第一安装端板8在波纹板6上的固定连接方式，以及第二安装端板9在波纹板6上的固定连接方式，可以是上述的焊接，也可以是其他的固定连接方式，固定连接方式可以是相同的，也可以是不相同的，其只要能够实现将第一安装端板8和第二安装端板9固定设置在波纹板6上即可。

在本实施例中，在第一安装端板8与第一环形梁7之间、两个第二安装端板9之间均设置有防水胶垫15，能够保证连接的密封性，进一步保证隧道内不会产生渗水等现象。

防水胶垫15的设置方式，具体可以有以下几种：

直线型：如图6所示，沿第一安装端板8或第二安装端板9的长度方向设置，且防水胶垫15的长度与第一安装端板8或第二安装端板9的长度相同，进而将波纹板6的相对两侧进行隔离。

直线型的防水胶垫15的设置位置可以是第一安装端板8或第二安装端板9靠近波纹板6的一端，也可以是远离波纹板6的一端，或其他位置，其只要能够绕开第一安装孔11和第二安装孔13的位置，避免将第一安装孔11和第二安装孔13覆盖即可。

优选的，防水胶垫15设置在第一安装孔11或第二安装孔13靠近波纹板6的一侧，避免被波纹板6封住的混凝土或砂浆从第一安装孔11或第二安装孔13渗出，保证了防水性能。

环型：如图7所示，将防水胶垫15绕第一安装端板8或第二安装端板9的外沿设置，形成环形，能够从各个方向实现封闭，保证防水效果。

在本发明较佳的实施例中，第一环形梁7上设置有手孔14，用于便于第一环形梁7的安装。

在本实施例中，由于第一环形梁7为管状，为便于将固定螺栓穿过固定孔12后，通过固定螺母实现紧固的目的，在第一环形梁7上设置了手孔14，通过手孔14的设置，保证能够将固定螺栓插入到第一环形梁7的内部。

具体的，在本实施例中，在进行安装时，固定螺栓从手孔14进入第一环形梁7的内部，依次穿过固定孔12和第一安装孔11后，在外部使用固定螺母，便于进行操作，既便于操作，又能够减小手孔14的面积，保证第一环形梁7的强度。

具体的，第一环形梁7每环设置不少于三处第一环形梁7手孔14，手孔14内进行纵向波纹板6螺栓及槽钢螺栓的拼接作业。

在本发明较佳的实施例中，手孔14为圆形孔或方形孔。

具体的，在本实施例中，手孔14的形状为方形孔，更具体的，为长方形孔，保证固定螺栓能够进入到第一环形梁7内与固定孔12进行对应安装。

在本发明较佳的实施例中，第一环形梁7与支护带环同轴。

第一环形梁7与支护带环同轴设置的方式，能够保证第一环形梁7对支护带环的支撑力度，保证了支护带环的支护功能。

一种隧道，其包括上述任一项所述的波纹板隧道初期支护结构。

本发明实施例的有益效果是：

以波纹板6为主要受力构件的初期支护结构体系，增加了结构的径向刚度；波纹板6、第一环形梁7、第一型材3和第二型材4均为预制件，其焊接及开孔作业均于工厂内完成，更有利于产品质量控制，可以有效地减少因构件精度问题而引起的洞内调整时间长，螺栓孔不易拼接等问题，主要受力构件采用全拼接工艺，简化了洞内作业工序及作业时间，真正意义上实现“快封闭”原则。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。