一种隧道用波形钢板双层衬砌结构的制作方法

本发明涉及隧道工程领域，尤其是涉及一种隧道用波形钢板双层衬砌结构。

背景技术：

随着隧道工程的不断发展，波形钢板衬砌结构在采用钻爆法及类似工法施工的地下隧道工程中的应用案例越来越多，然而已有的案例中波形钢板衬砌结构主要用于初衬临时支护替换型钢(或格栅刚架)，配合喷射混凝土、防水板和模筑二衬等构成隧道支护和防水体系，现有的钻爆法隧道施工采用型钢(或格栅刚架)+喷射混凝土初衬和模筑钢筋混凝土二衬组成围岩支护结构，初衬和二衬间采用防水板止水构成隧道防水体系，该体系存在型钢初衬(或格栅刚架)不方便机械化施工，喷射混凝土对施工环境造成较大的污染，模筑二衬施工周期长，防水板耐久性不足等问题。随着预制拼装技术的发展，隧道二衬采用预制拼装也被提上了日程，然而现有的隧道二衬预制拼装方案，不仅管片自重大，施工困难，而且管片接头刚度不足，导致二衬整体承载能力不足。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隧道用波形钢板双层衬砌结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种隧道用波形钢板双层衬砌结构，适用于采用钻爆法及类似工法施工的隧道工程，该双层衬砌结构包括波形钢板初衬以及通过波形钢板间连接件与波形钢板初衬连接的波形钢板二衬，并且在波形钢板初衬和波形钢板二衬之间填充混凝土，共同承受围岩压力，所述的波形钢板初衬与波形钢板二衬均由多片预制的波形钢板在环向和纵向分别通过纵向接头和环向接头进行拼装成型，并且形钢板初衬的波形钢板在纵向接头和环向接头位置处分别设有钢板沟槽，并且通过在相邻波形钢板的钢板沟槽内黏贴并压紧止水密封垫实现防水密封。

所述的波形钢板的正投影形状为矩形，其垂直于波形延伸方向的边呈圆弧型，平行于波形延伸方向的边呈波浪型。

所述的环向接头包括与在波形钢板垂直于波形延伸方向的边一体成型的圆弧形翼缘以及用以连接纵向相邻两块波形钢板翼缘的接头螺栓，在轧制过程中轧制设置环向止水密封垫的环向沟槽。

所述的纵向接头包括与波形钢板平行于波形延伸方向的边焊接成型的接头钢板以及用以连接环向相邻两块波形钢板的接头钢板的第二接头螺栓，在轧制过程中轧制设置纵向止水密封垫的纵向沟槽，所述的环向止水密封垫和纵向止水密封垫均为具有压缩性的多孔橡胶密封垫，并且通过胶粘剂黏贴定位在对应沟槽中。

所述的波形钢板初衬和波形钢板二衬的波形钢板的环缝采用通缝拼装方式，环间采用错缝拼装方式。

所述的波形钢板初衬和波形钢板二衬的环向接头错位布置，波形钢板初衬和波形钢板二衬的纵向接头也错位布置。

所述的波形钢板间连接件包括固定在波形钢板初衬内侧的C型连接件以及固定在波形钢板二衬外侧的O型连接件，在拼装时，所述的O型连接件挂接在C型连接件上，所述的C型连接件上端以及O型连接件下端分别通过加劲板与波纹钢板进行焊接固定。

所述的C型连接件、O型连接件与加劲板在焊接过程中精确定位，沿加劲板方向的连接件轴线间距不大于波形钢板初衬和二衬的波形钢板净距，所述的加劲板与波形钢板在焊接过程中精确定位，沿波形钢板的波形延伸方向，加劲板轴线间距不大于波形钢板初衬和二衬的波形钢板净距。

对于软弱围岩段，波形钢板初衬采用考虑仰拱的封闭式结构，隧道底部由下至上依次设有波形钢板初衬的底部、钢筋混凝土现浇的仰拱二衬以及混凝土仰拱回填，所述的波形钢板二衬底部两端固定在仰拱二衬的左右端面处，并进行初衬、二衬间混凝土填充；

对于稳定围岩段，采用不考虑仰拱的开放式结构，波形钢板初衬和二衬底部两端直接固定在隧道底面两侧，并进行波形钢板初衬和二衬间的混凝土填充。

该双层衬砌结构的构造方法包括以下步骤：

1)预制衬砌结构用波形钢板，波形钢板初衬设置环向接头和纵向接头，接头钢板上设置用于黏贴止水密封垫的沟槽，波形钢板二衬的波形钢板上仅设置环形接头和纵向接头；

2)进行C型连接件、O型连接件以及加劲板的加工，在C型连接件和O型连接件定位后分别与加劲板焊接；

3)将加劲板与波形钢板焊接；

4)在波形钢板初衬接头钢板的沟槽内黏贴止水密封垫；

5)按设计进尺进行隧道全断面开挖；

6)进行初衬波形钢板的抓取、定位及螺栓安装，完成初衬波形钢板结构的拼装；

7)进行波形钢板衬砌环端头封堵以及隧道围岩与波形钢板间空隙注浆填充，完成波形钢板初衬施工；

8)待波形钢板初衬变形稳定后，进行波形钢板二衬的拼装，并在拼装过程中确保初衬和二衬连接件的有效连接；

9)沿隧道纵向波形钢板二衬拼装完成设定长度后，进行二衬波形钢板衬砌环端头封以及波形钢板初衬与二衬间混凝土填充，完成隧道双层衬砌结构的施工。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明所提出的波形钢板构造形式简单，便于工厂预制、管片制作精度高、刚度大、质量轻，在简化施工工序，加快施工进度，降低工程造价等方面具有重要的工程意义，特别适用于隧道的机械化施工，是隧道工程领域智能建造的一个重要方向。

二、本发明考虑初衬钢板结构防水与初衬、二衬波形钢板混凝土填充自防水相结合的防水体系，其耐久性和耐水压能力较传统防水板更优。

三、本发明采用钢连接件将初衬、二衬进行有效连接，连接件的间距进行严格控制，确保混凝土填充后，初衬、二衬间受力协调，衬砌结构刚度得到有效保证。

四、本发明所采用的波形钢板及其配件经过严格的防腐处理，或采用不锈钢材料进行轧制，有利于提高隧道工程的耐久性，降低后期运营维修费用。

附图说明

图1为有仰拱隧道用波形钢板双层衬砌横断面图，即图2中的A-A截面。

图2为有仰拱隧道用波形钢板双层衬砌纵断面图，即图1中的1-1截面。

图3为无仰拱隧道用波形钢板双层衬砌横断面图，即图4中的B-B截面。

图4为无仰拱隧道用波形钢板双层衬砌纵断面图，即图3中的2-2截面。

图5为隧道用波形钢板双层衬砌环向接头详图。

图6为隧道用波形钢板双层衬砌纵向接头详图。

图7为波形钢板初衬止水密封垫拼装定位后压缩前示意图。

图8为波形钢板初衬接头钢板轮廓。

图9为波形钢板二衬接头钢板轮廓。

图10为C型连接件与加劲板(沿隧道断面环向)。

图11为O型连接件与加劲板(沿隧道轴线方向)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1-2和图3-4所示，本发明提供一种隧道用波形钢板双层衬砌结构，适用于采用钻爆法及类似工法施工的隧道工程，该双层衬砌结构包括波形钢板初衬以及通过波形钢板间连接件与波形钢板初衬连接的波形钢板二衬，波形钢板初衬与波形钢板二衬均由多片预制的波形钢板在环向和纵向分别通过纵向接头和环向接头进行拼装成型，波形钢板初衬的接头钢板在纵向接头和环向接头位置处分别设有钢板沟槽，通过在相邻波形钢板的钢板沟槽内黏贴并压紧止水密封垫实现防水密封，波形钢板的正投影形状为矩形，其垂直于波形延伸方向的边呈圆弧型，平行于波形延伸方向的边呈波浪型。

如图5所示，环向接头包括与在波形钢板垂直于波形延伸方向的边一体成型的圆弧形翼缘以及用以连接纵向相邻两块波形钢板翼缘的接头螺栓，在轧制过程中轧制设置环向止水密封垫的环向沟槽，如图6所示，纵向接头包括与波形钢板平行于波形延伸方向的边焊接成型的接头钢板以及用以连接环向相邻两块波形钢板的接头钢板的第二接头螺栓，在轧制过程中轧制设置纵向止水密封垫的纵向沟槽，如图7所示，环向止水密封垫和纵向止水密封垫均为具有压缩性的多孔橡胶密封垫，并且通过胶粘剂黏贴定位在对应沟槽中。

波形钢板初衬和波形钢板二衬的波形钢板环缝采用通缝拼装方式，环间采用错缝拼装方式，波形钢板初衬和波形钢板二衬的环向接头错位布置，波形钢板初衬和波形钢板二衬的纵向接头也错位布置。

如图10和11所示，波形钢板间连接件包括固定在波形钢板初衬内侧的C型连接件以及固定在波形钢板二衬外侧的O型连接件，O型连接件挂接在C型连接件上，C型连接件上端以及O型连接件下端分别通过加劲板进行焊接固定。

C型连接件、O型连接件与加劲板在焊接过程中精确定位，沿加劲板方向的连接件轴线间距不大于波形钢板初衬和二衬的波形钢板净距，加劲板与波形钢板在焊接过程中精确定位，沿波形钢板的波形延伸方向，加劲板轴线间距不大于波形钢板初衬和二衬的波形钢板净距。

本发明采用的波形钢板具有方便工厂标准化预制、管片制作精度高、刚度大、质量轻等优点，特别适合机械化拼装，有利于加快施工进度，引入橡胶止水密封垫构造波形钢板初衬防水体系；止水密封垫具有大的耐水压能力，其耐久性和施工质量控制也远好于传统防水板；波形钢板初衬与围岩间，以及双层波形钢板间填充混凝土形成整体结构；该双层衬砌结构取消了防水板和二衬模筑施工，尽量减少喷射混凝土施工，对加快施工进度，提高施工效率、减少环境污染、降低工程造价、推进隧道工程建设的机械化、智能化发展等方面具有重要的工程意义。

该双层衬砌结构的构造方法包括以下步骤：

1)进行隧道衬砌结构的波形钢板预制，在波形钢板初衬的波形钢板纵向和环向分别设置沟槽，波形钢板二衬的波形钢板四周为平板(无需沟槽和密封垫密封)，具体结构如图8和9所示；

2)分别进行波形钢板C型连接件、O型连接件以及加劲板的加工，进行连接件的精确定位并分别与加劲板焊接，如图10和11所示；

3)将加劲板与波形钢板焊接；

4)在初衬的波形钢板沟槽内黏贴止水密封垫，如图7所示；

5)按设计进尺进行隧道全断面开挖，如图1-2和图3-4所示；

6)行波形钢板抓取、定位及螺栓安装，完成波形钢板衬砌结构的拼装，节点详图如图5和图6所示；

7)进行初衬波形钢板衬砌环端头封堵，进行隧道围岩与波形钢板间空隙注浆填充，完成波形钢板初衬施工；

8)待波形钢板初衬变形稳定后，进行波形钢板二衬的拼装，拼装过程中确保初衬和二衬连接件的有效连接；

9)二衬拼装完成一定长度后，进行初衬、二衬间混凝土填充，完成隧道衬砌结构的施工，如图1-2和图3-4所示。

在步骤1)中，确定波形钢板宽度后，垂直于波形方向的初衬波形钢板两侧翼缘在轧制过程中需要轧制止水密封垫的沟槽，平行于波形钢板波形方向的波形钢板两边，采用钢板作为接头板，初衬接头钢板需轧制止水密封垫的沟槽，接头钢板与波形钢板在工厂焊接为整体，确保焊接质量。

在步骤2)中，根据止水密封水压力的要求，进行接头止水密封垫的设计，所采用的止水密封垫为多孔橡胶材料，确保密封垫具有较大的压缩性，且密封防水能力能达到设计要求。

C型连接件、O型连接件与加劲板焊接过程中应精确定位，沿加劲板方向连接件轴线间距不得大于设计关于初衬、二衬波形钢板的净距。

加劲板与波形钢板焊接应精确定位，沿钢板波形方向加劲板轴线间距不得大于设计关于初衬、二衬波形钢板的净距。

在步骤4)中，采用单组份管片专用胶粘剂将止水密封垫黏贴定位在初衬波形钢板的沟槽内。

在步骤5)中，要求隧道采用全断面施工，波形钢板初衬拼装一次成环；当存在仰拱时，应预先进行仰拱边界整理，设置必要的垫块，确保波形钢板拼装后，衬砌结构底部具有有效的支撑。

步骤9)中，波形钢板二衬拼装完成一定长度后，进行二衬波形钢板衬砌环端头封堵，进行初衬和二衬波形钢板衬砌环间空隙混凝土填充。

考虑地下工程耐久性要求，所采用的波形钢板及其配件应经过严格的防腐处理，或采用不锈钢材料进行轧制。

初衬和二衬波形钢板环缝为通缝拼装，环间为错缝拼装。初衬与二衬间环缝，除特殊需要外，不应设置在同一垂面内。

初衬和二衬波形钢板连接所采用的螺栓应考虑防脱落措施。

本发明提出的隧道用波形钢板双层衬砌结构的构造方法，包括软弱围岩段考虑仰拱的封闭式波形钢板衬砌、稳定围岩段不考虑仰拱的开放式波形钢板衬砌形式；初衬和二衬可以采用同一波形的波形钢板衬砌、初衬和二衬也可以采用不同波形的波形钢板衬砌；波形钢板间连接件可以采用C型和O型连接件或其他形式的连接件；连接件可以通过加劲板与波形钢板连接或者连接件直接与波形钢板连接等形式；以及其他与本申请相似思路的双层钢板衬砌结构。