一种隧道TBM步进的预制混凝土构件及施工方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种隧道tbm步进的预制混凝土构件及施工方法。

背景技术：

隧道硬岩掘进机(简称tbm)是一种系统化、智能化、工厂化的高效能隧道开挖施工机械，可一次成洞，同时完成开挖掘进、石渣运输、通风除尘、导向控制、支护衬砌及超前处理、风水电及材料供应等全过程隧道施工作业，并实现了自动化监控，适应于超长距离地下洞室的隧道施工。

如图10所示，在施工过程中，tbm组装完毕后都需要向前步进到始发掌子面才能开始掘进，这都需要步进装置来实现。传统的tbm步进一般采用后配套行走轨排18作为tbm后配套前进的支撑体系，施工过程中需随时校正加固后配套行走轨排18，安全风险大，且tbm步进后需拆除后配套行走轨排18，造成资源浪费。因此，有必要探索一种结构简单、施工成本低廉、便于施工。

如图1所示，tbm始发洞室包括初期支护1、二次衬砌2，初期支护位于tbm始发洞室的外表面，二次衬砌位于tbm始发洞室的内表面。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中需要使用后配套行走轨排18，拆卸后造成的资源浪费的问题，提供一种隧道tbm步进的预制混凝土构件及施工方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种隧道tbm步进的预制混凝土构件，其特征在于，包括预制混凝土构件本体，所述预制混凝土构件本体包括端壁；

所述预制混凝土构件本体的至少一端的端壁上设置有结合装置，所述结合装置用于连接相邻的预制混凝土构件本体；

所述预制混凝土构件本体的下部设有排水通道。

基于上述的结构，预制混凝土构件本体的端壁上设置有结合装置，结合装置可以将若干个预制混凝土构件本体拼接在一起，形成了tbm步进所需的平台，同时预制混凝土构件本体的下部还设置了排水通道，在后续不再作为tbm步进所需的平台时，不仅可以作为隧道永久路面基础及还可以作为排水通道使用，代替了传统tbm步进铺设后配套行走轨排的施工方法，因此避免了后配套行走轨排使用后，需拆卸所造成的浪费，同时也极大提高了步进过程中的安全性。

作为本发明的优选方案，结合装置包括预留槽和连接钢板，所述预留槽设置于所述端壁上，所述连接钢板固定设于所述预留槽内，所述连接钢板用于与相邻的预制混凝土构件本体上对应的所述连接钢板相连接。

作为本发明的优选方案，所述预制混凝土构件本体上端面至少预埋三个顶部吊杆，其中至少三个所述顶部吊杆呈三角形分布。

作为本发明的优选方案，所述顶部吊杆由上下两端具有扩大端头的预埋钢筋构件形成。

基于上述结构，使用了三个顶部吊杆和上下两端端头的预埋钢筋构件，这样可以便于后期构件的吊装施工及其安全性。

作为本发明的优选方案，所述预制混凝土构件本体上端面设有轨道槽，所述轨道槽形状及大小均相同且关于隧道中心线对称。

作为本发明的优选方案，每条所述轨道槽至少设有四个道钉预留孔。

基于上述结构，设置两条轨道槽来进行对tbm步进轨道单元的放置，道钉预留孔用于固定安装tbm步进轨道单元。

作为本发明的优选方案，所述预制混凝土构件本体底部设有纵向止水槽，位于所述排水通道的两侧，所述端壁上设有横向止水槽。

基于上述结构，通过横向止水槽和第一纵向止水槽可以进行膨胀止水条的安装，达到防水的目的。

一种隧道，包括tbm始发洞室，所述tbm始发洞室包括初期支护、二次衬砌，还包括至少两个所述的预制混凝土构件本体，所述预制混凝土构件本体的顶部设置有tbm步进轨道单元，所有所述预制混凝土构件本体沿隧道纵向依次连接

一种隧道tbm步进的预制混凝土构件施工方法，包括上述结构中所述的隧道tbm步进的预制混凝土构件本体，还包括以下步骤：

s1：在预制场内将预制混凝土构件本体预制成型；

s2：在步进洞室及tbm始发洞室施工tbm步进平台，沿隧道纵向预留步进导向槽及与预制混凝土构件本体中的纵向止水槽相配合的凹槽；

s3：tbm开始步进时，安装步进小车及步进机架，步进过程中同步安装预制混凝土构件本体；

s4：测量放样安装设计轴线及桩号；

s5：在预制混凝土构件本体的底部安装纵向止水条及侧面横向止水条，运输预制混凝土构件本体至tbm步进平台，沿tbm步进方向依次安装预制混凝土构件本体；

s6：相邻预制混凝土构件本体之间通过螺栓和连接钢板进行固定，相邻预制混凝土构件本体之间通过螺栓和连接钢板进行固定，相邻两个所述连接钢板通过螺栓连接后的空隙采用混凝土填充；

s7：tbm每步进一个行程，对应安装一块预制混凝土构件本体；

s8：每安装至少一块预制混凝土构件本体后，浇筑两侧混凝土至预制混凝土构件本体顶面。

在步骤s3中，tbm开始步进时，提起后支撑,利用步进油缸推动tbm主机在滑板上滑动前进。每个步进行程结束之后，由刀盘部位的举升油缸和后支撑的共同作用下将tbm主机举起，推进油缸将滑板向前推进一个行程。

步骤s4中安装设计轴线及桩号主要是为了对预制混凝土构件本体纵向及横向位置进行准确定位。

在步骤s6中，通过此种方式来使相邻构件形成整体。

在步骤s7中，此种安装方式是为了确保构件安装与tbm步进同步。

在步骤s8中，浇筑两侧混凝土至预制混凝土构件本体顶面，可以增加预制混凝土构件本体间的整体稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

基于上述的结构，预制混凝土构件本体的端壁上设置有结合装置，结合装置可以将若干个预制混凝土构件本体拼接在一起，形成了tbm步进所需的平台，同时预制混凝土构件本体的下部还设置了排水通道，在后续不再作为tbm步进所需的平台时，不仅可以作为隧道永久路面基础及还可以作为排水通道使用，代替了传统tbm步进铺设后配套行走轨排的施工方法，因此避免了后配套行走轨排使用后，需拆卸所造成的浪费，同时也极大提高了步进过程中的安全性。

附图说明

图1为本发明隧道正面的断面结构示意图；

图2为本发明隧道的整体结构示意图

图3为本发明预制混凝土构件本体的整体结构示意图；

图4为本发明预制混凝土构件本体的正视图；

图5为本发明预制混凝土构件本体的俯视图；

图6为本发明顶部吊杆的整体结构示意图；

图7为本发明连接钢板与连接钢板之间的连接示意图；

图8为本发明的纵向止水槽的结构示意图；

图9为本发明tbm的结构示意图；

图10为本发明的现有技术示意图；

图中标记：1-初期支护，2-二次衬砌，3-预制混凝土构件本体，4-tbm步进轨道单元，5-顶部吊杆，6-轨道槽，7-预留槽，8-连接钢板，9-纵向止水槽，10-道钉预留孔，11-横向止水槽，12-螺栓，13-螺母，14-滑板，15-推进油缸，16-推进油缸，17-后支撑，18-后配套行走轨排，19-tbm后配套，20-步进导向槽，21-排水通道，22-凹槽，23-结合装置，24-端壁。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

参考图1-4和图7所示，本发明提供的一种隧道tbm步进的预制混凝土构件，包括tbm始发洞室，所述tbm始发洞室包括初期支护1、二次衬砌2和预制混凝土构件本体3，所述初期支护位于tbm始发洞室的外表面，所述二次衬砌位于tbm始发洞室的内表面。

还包括预制混凝土构件本体3，所述预制混凝土构件本体3包括端壁24，所述预制混凝土构件本体3的至少一端的端壁24上设置有结合装置23，只有一端端壁24上设置了结合装置23的放置于整个平台的首尾两端，两端端壁24上都设置了结合装置23的放置于整个平台除首尾两端的中部，所述结合装置23用于连接相邻的预制混凝土构件本体3，所述预制混凝土构件本体3的下部设有排水通道21。

基于上述的结构，预制混凝土构件本体3的端壁24上设置有结合装置23，结合装置23将若干个预制混凝土构件本体3拼接在一起，形成了tbm步进所需的平台，同时预制混凝土构件本体3的下部还设置了排水通道21，在后续不再作为tbm步进所需的平台时，不仅可以作为隧道永久路面基础及还可以作为排水通道使用，代替了传统tbm步进铺设后配套行走轨排的施工方法，因此避免了后配套行走轨排使用后，需拆卸所造成的浪费，同时也极大提高了步进过程中的安全性。

上述装置中，作为优选的是，所述结合装置23包括预留槽7和连接钢板8，所述连接钢板8固定于预留槽7内，预留槽7设置于所述端壁24上，所述连接钢板8上开设有四个螺栓孔，每相邻两个所述预制混凝土构件本体3上的连接钢板8之间通过螺栓12、螺母13和螺栓孔配合连接。

基于上述结构，其中连接钢板8是在预留槽7浇筑的过程中，直接固定于预留槽7的内部，然后通过螺栓12旋入螺栓孔内，再在螺栓12的两端加上螺母13进行固定安装，形成tbm步进所需的平台。

参考图6所示，上述装置中，作为优选的是，所述预制混凝土构件本体3上端面预埋三个顶部吊杆5，且呈三角形分吊杆5的一端是沉埋于预制混凝土构件本体3的内部的，所述顶部吊杆5由上下两端具有扩大端头的预埋钢筋构件形成，扩大端头指的是如图6所示的两端相对于钢筋构柱体有更大直径的端头，这样能够便于后期构件的吊装施工及其安全性。

参考图5所示，上述装置中，作为优选的是，所述预制混凝土构件本体3上端面设有两条轨道槽6，另一方面，轨道槽6形状及大小均相同且关于隧道中心线对称，轨道槽6主要用来放置和定位tbm步进轨道单元4的安装位置，每条所述轨道槽6设有四个道钉预留孔10，预留孔10的大小和深度均可根据实际情况而定，道钉预留孔用于固定安装tbm步进轨道单元4。

参考图4和图9所示，所述预制混凝土构件本体3底部分别设有纵向止水槽9，位于排水通道21的两侧，前后两端壁24设有横向止水槽11，纵向止水槽9沿隧道纵向设置。

用以在施工过程中安装遇水膨胀止水条，达到防水的目的。

实施例2

参考图1-图10所示，提供一种隧道tbm步进的预制混凝土构件施工方法，包括实施例1中的所介绍的一种混凝土构件，具体为：包括预制混凝土构件本体3，所述预制混凝土构件本体3包括端壁24，所述预制混凝土构件本体3的至少一端的端壁24上设置有结合装置23，所述结合装置23用于连接相邻的预制混凝土构件本体3，所述预制混凝土构件本体3的下部设有排水通道21，所述结合装置23包括预留槽7和连接钢板8，所述预留槽7设置于所述端壁24上，所述连接钢板8固定设于所述预留槽7内，所述连接钢板8用于与相邻的预制混凝土构件本体3上对应的所述连接钢板8相连接，所述预制混凝土构件本体3底部设有纵向止水槽9，位于所述排水通道21的两侧，所述端壁24上设有横向止水槽11。在进一步的结合tbm步进的具体结构进行对本发明的详细解释以及说明，还包括以下步骤：

s1：在预制场内将预制混凝土构件预制成型；

s2：在步进洞室及tbm始发洞室施工tbm步进平台，沿隧道纵向预留步进导向槽20及与预制混凝土构件本体3中的纵向止水槽9相配合的凹槽22；

s3：tbm开始步进时，安装步进小车及步进机架，步进过程中同步安装预制混凝土构件本体3；

在步骤s3中，tbm开始步进时，提起后支撑17,利用推进油缸16推动tbm主机在滑板14上滑动前进。每个步进行程结束之后，由刀盘部位的举升油缸15和后支撑17的共同作用下将tbm主机举起，推进油缸15将滑板14向前推进一个行程。

s4：测量放样安装设计轴线及桩号；

在步骤s4中安装设计轴线及桩号主要是为了对预制混凝土构件本体3纵向及横向位置进行准确定位。

s5：在预制混凝土构件本体3的底部安装纵向止水条及侧面横向止水条，运输预制混凝土构件本体3至tbm步进平台，沿tbm步进方向依次安装预制混凝土构件本体3；

s6：相邻预制混凝土构件本体3之间通过螺栓13和连接钢板8进行固定，相邻两个所述连接钢板8通过螺栓13连接后的空隙采用混凝土填充；

在步骤s6中，通过此种方式来使相邻构件形成整体。

s7：tbm每步进一个行程，安装一块预制混凝土构件本体3；

在步骤s7中，此种安装方式是为了确保构件安装与tbm步进同步。

s8：每安装至少一块预制混凝土构件本体3后，浇筑两侧混凝土至预制混凝土构件本体3顶面；

在步骤s8中，浇筑两侧混凝土至预制混凝土构件本体3顶面，可以增加预制混凝土构件本体3间的整体稳定性。

需要说明的是，结合现有技术中图10所示，进一步的来支持解释说明本发明的有益效果，如下所述：

tbm后配套19步进都是需要下面有后配套行走轨排18的，本发明轨道安装在混凝土构件上，可以拆卸，重复使用，以前的下面的后配套行走轨排18都是利用工字钢一类的进行加工的，使用过后，这些工字钢就要进行拆卸，后面的空间还需要后续再浇筑混凝土或者其他处理，浪费了材料，而本发明通过预制混凝土构件本体3来代替后配套行走轨排18作为tbm步进所需的平台，拆卸了tbm步进轨道单元4后可在后续施工中作为隧道永久路面结构及排水通道，大大减小了现有技术中对后配套行走轨排18使用后拆卸造成的浪费，同时也极大提高了步进过程中的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。