隧道内装配式桥梁结构及其施工方法与流程

本发明涉及隧道桥梁技术领域，具体来说涉及一种隧道内装配式桥梁结构及其施工方法。

背景技术：

传统桥梁的建造模式由于施工周期长、对交通影响较大、整体耗能高、现场人工工作量大、劳动力成本高，尤其是现场作业对环境的影响严重，而预制装配式桥梁由于设计标准化，工厂工业化制作，预制施工质量统一，现场施工作业少，对环境和交通影响少，目前是国家大力创导的施工技术，尤其是在城市市政建设中迅速发展，并已有多本国家设计规范颁布实施。如今装配式桥梁得以全面发展，研发了涵盖桩基、墩柱、盖梁、桥台、挡土墙、主梁、防撞护栏的全装配式城市桥梁结构，并逐渐成为城市桥梁建设的主流。

目前装配式桥梁已取得了较多实践经验，主要表现在结构构造上结合uhpc、灌浆套筒等新材料和工艺得到发展，结构设计上形成了相关规范，但相关规定并没限制结构及构造上的创新。

与常规预制装配式桥梁不同，隧道内桥梁施工受到施工空间限制，运输吊装机械受到限制等原因，导致当前隧道内建设桥梁多采用现场施工，或者采用小构件预制，再结合现场施工作业进行装配，这导致现场需要施工的接头、接缝多，相应的现场作业量大，大大削弱了预制装配结构的优点，同时还给设计带来更多复杂构造要求，也给后期使用性能带了隐患。

现有隧道内桥梁的设计，仍借鉴常规设计思路，柱、梁、板分解标准化设计模式，因而需要预制构件多，相应的接头数量多，板承受较大弯矩，这对于无法施加横向预应力的隧道空间，必然要考虑更大截面的梁板才能保证结构受力要求。以常规隧道内桥梁设计工程为例，虽然采用了横向空心板结构，纵向梁式结构，为了保证运输、安装空间，加上考虑尽可能多的标准模块化结构，桥面板需考虑尽可能多的外侧空间，带来的问题是，桥面部分有过多现浇混凝土工作，降低了装配率。同时，由于后浇部分与预制部分存在施工阶段不同问题，预制部分由于受力弯曲，不仅截面厚度大，同时导致连带现场浇注的混凝土板或预制板向内侧受拉，在没有预应力作用下，必然会影响混凝土板的使用性能和耐久性。

技术实现要素：

鉴于上述情况，本发明提供一种隧道内装配式桥梁结构及其施工方法，可降低结构受力产生的不利弯矩，从而可减少预制桥面板厚度，更可以最大限度的减少拼接缝数量和现场现浇作业量，从而实现现场混凝土浇注作业最少，实现预制装配化率提高95％以上，解决现有的桥梁结构预制件多、接头数量多、装配率低以及影响混凝土使用性能和耐久性的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种隧道内装配式桥梁结构，包括：

在隧道内已有的支撑部件(可以是立柱，也可以是立板结构)上，横向对称设置的两个预制桥面板，两个所述预制桥面板的相对外侧分别与对应的隧道管片连接，两个所述预制桥面板之间通过中央湿接缝连接，两个所述预制桥面板分别自所述隧道管片的一侧向隧道中央向上倾斜，借助下部支撑部件，形成一个三跨连续结构，在上部荷载作用下，进而对所述隧道管片产生压应力。在预制桥面板与下部支撑连接后，就变为三跨连续刚构结构，进一步调整预制桥面板的正负弯矩。

本发明实施例中，所述支撑部件为立柱或立板。

本发明实施例中，各所述预制桥面板分别沿所述隧道的长度方向延伸，各所述预制桥面板包括沿着所述隧道长度方向拼接的梁板格结构。

本发明实施例中，两个所述预制桥面板的相对外侧分别与所述隧道管片的中下部连接。

本发明实施例中，所述预制桥面板与水平面的角度范围为1％～5％。

本发明实施例中，两个所述预制桥面板的相对外侧与对应的隧道管片之间通过管片预埋件连接固定，相邻两个所述预制桥面板之间通过钢筋对接，所述钢筋预埋于所述预制桥面板内。

本发明实施例中，所述中央湿接缝采用uhpc混凝土浇筑形成，以充分利用uhpc在最大正弯矩区的抗拉和抗压性能。

本发明另提供一种所述的隧道内装配式桥梁结构的施工方法，包括以下步骤：

s1；提供预制桥面板及下部支撑部件；

s2：将所述下部支撑部件安装就位后，将所述预制桥面板运输至下部支撑部件上以供安装：

s3：采用安装机械将一预制桥面板搁置在所述下部支撑部件上，调整所述预制桥面板的倾斜角度使得所述预制桥面板自所述隧道管片的一侧向隧道中央向上倾斜，并将所述预制桥面板的一端与隧道管片对接；

s4：将另一预制桥面板采用步骤s3中的方式与所述预制桥面板对称安装就位，所述预制桥面板与所述另一预制桥面板之间预留接缝；

s5：利用uhpc混凝土浇注两预制桥面板之间的接缝以连接所述两预制桥面板。

s6：利用uhpc将预制桥面板与下部支撑部件的接头处连接。

本发明实施例中，还包括在所述预制桥面板与隧道管片之间的壁缝间注浆。

本发明实施例中，所述预制桥面板包括沿着所述隧道长度方向拼接的多个梁板格结构，各所述预制桥面板沿着隧道长度方向分段安装，且位于所述接缝两侧的所述梁板格结构对称安装，隧道长度方向上相邻的所述梁板格结构之间通过混凝土浇筑连接。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

(1)本发明横向对称设置的两预制桥面板之间设置中央湿接缝连接，减少现有多个湿接缝为一个湿接缝，同时省略了现有技术中预制桥面板与隧道管片间的现浇板施工。

(2)与简支板相比，由于简支板只有正弯矩，为抵抗正弯矩需要更大的抗弯刚度，因此简支板需要更厚的板厚；采用中央湿接缝后由简支板变为连续板后，相应的正弯矩减少。

本发明两个所述预制桥面板受上部载荷及自重产生向相对外侧的推力，所述中央湿接缝位于跨中最大弯矩区，，所述中央湿接缝依靠自身的抗压和抗拉特性克服已有减少的正弯矩后，进而相应地可减少了预制桥面板的厚度、减少预制桥面板的自重及吊装重量(减少自重有利于安装或在相同吊装条件下可做更大的预制件)、减少材料用量、减轻下部支撑截面尺寸，更可以最大限度的减少拼接缝数量和现浇板作业量，从而实现现场混凝土浇注作业最少，实现预制装配化率提高95％以上。

同时由于正弯矩产生的最大应力值(下缘拉和上缘压)就是中央湿接缝处，而这一位置恰好就是我们要用到的uhpc材料，从而充分发挥uhpc施工快速和抗拉强度高的特点，防止中央湿接缝位置被拉坏。

(3)本发明所述横向推力作用于对应的隧道管片并对所述隧道管片产生压应力，所述隧道管片对应地产生作用于所述预制桥面板的横向反力以抵抗因预制桥面板上部荷载及自重产生的弯矩效应；由于存在所述压应力，预制桥面板与隧道管片结构可以始终处于受压状态，改变了原有隧道内桥梁结构因横向无法施加预应力导致与隧道管片与预制桥面板之间的连接开裂的状况；另外，由于两个支撑部件之间车辆是主要荷载，预制桥面板会产生下挠，把边侧上的人行板向中央拉，从而导致混凝土板拉坏，通过所述横向反力能够防止混凝土被拉坏。

(4)本发明预制桥面板的纵向预制长度灵活，可采用梁板格式结构，便于运输和装配施工。

(5)本发明预制件包括预制桥面板及支撑部件，预制件数量少，接头数量少，隧道内部可操作空间更加灵活；预制桥面板与隧道管片之间不存在现浇板，不会出现因预制部分与后浇部分存在施工阶段不同问题，预制部分由于受力弯曲，导致现场浇注的混凝土板或预制板向内侧受拉，在没有预应力作用下，会影响混凝土板的使用性能和耐久性。

附图说明

图1是本发明隧道内装配式桥梁结构的断面布置示意图。

图2是本发明1-1剖线的剖视示意图。

图3是本发明隧道内装配式桥梁结构的受力原理示意图。

附图标记与部件的对应关系如下：

支撑部件1；预制桥面板2；梁板格结构21；横向湿接缝22；隧道管片3；中央湿接缝4；干接缝5。

具体实施方式

为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。

请参阅图1所示，本发明提供一种隧道内装配式桥梁结构，包括在隧道安装的下部支撑部件1上横向对称设置的两个预制桥面板2，所述预制桥面板2设于所述下部支撑部件1上，两个所述预制桥面板2的相对外侧分别与对应的隧道管片3连接，两个所述预制桥面板2之间通过中央湿接缝4连接，两个所述预制桥面板2分别自所述隧道管片3的一侧向隧道中央向上倾斜，进而所述预制桥面板2对所述隧道管片3产生压应力。

本发明实施例中，两个所述预制桥面板2受上部载荷及自重产生沿着所述预制桥面板2的倾斜方向推力，所述推力作用于所述中央湿接缝4对所述中央湿接缝4产生拉力，所述中央湿接缝4依靠自身的抗拉抗压特性抵抗所述预制桥面板2受上部载荷及自重产生的正弯矩产生的拉压应力；所述推力作用于对应的隧道管片3并对所述隧道管片3产生压应力，所述隧道管片3对应地产生作用于所述预制桥面板2的反力以抵抗因预制桥面板2上部荷载及自重产生的正弯矩。

本发明实施例中，两个所述预制桥面板2为平直板结构，与预制弧形板结构相比，能够降低预制难度，方便预制施工；两个所述预制桥面板2的相对外侧分别与所述隧道管片3的中下部连接，所述预制桥面板2与水平面的角度范围为1％～5％。实际施工中，根据隧道跨度的不同，可以设置不同的角度以产生不同大小的推力，当隧道直径较大时，相应的增加预制桥面板2的倾斜角度以产生较大的推力，当隧道直径较小时，相应的减少预制桥面板2的倾斜角度以产生较小的推力。

如图2所示，所述下部支撑部件1为立柱或立板，所述下部支撑部件1沿着所述隧道的长度方向延伸以支撑其上方的预制桥面板2；所述下部支撑部件1的数量为两个，对称设于隧道内预制桥面板2的下方。较优地，还包括设于所述预制桥面板2下方的临时支撑(图未示)，所述临时支撑可在隧道内移动以在预制桥面板2安装时提供临时支撑。

本发明各所述预制桥面板2分别沿所述隧道的长度方向延伸，各所述预制桥面板2包括沿着所述隧道长度方向拼接的梁板格结构21，所述梁板格结构21包括主板及固定于主板下方的肋板，所述肋板用于加固所述主板，所述肋板可以沿着所述主板的长度方向设置，也可以沿着所述主板的宽度方向设置，或者在所述主板的下方纵横设置；各所述梁板格结构21的纵向长度受隧道内搬动机械工作能力和隧道曲线半径限制，所述梁板格结构21能够方便预制桥面板2在隧道空间内的运输和装配施工。

本发明预制桥面板2只有左右对称的两块，使得具有更大施工空间(近一半的隧道空间)，隧道内部可操作空间更加灵活，可采用多个梁板格结构21拼接形成，相邻所述梁板格结构21之间通过混凝土浇筑连接，如图2所示为相邻梁板格结构21之间的横向湿接缝22，与简支梁相比，所述梁板格结构21受力条件好，能够缩减预制桥面板2的厚度，使得预制桥面板2结构轻薄，节省材料，同时便于运输和装配施工。

本发明实施例中，所述预制桥面板2与支撑部件1之间可以整体预制，也可以考虑分开预制，以减少现场施工工程量，本发明下部支撑部件1需要考虑因推力产生的结构转动绞11，转动绞11位置根据支撑点受力决定其在下部支撑部件1上的位置；当所述预制桥面板2与下部支撑部件1顶部提前连接成整体时时，转动铰11设于下部支撑部件1的底部，当预制桥面板2与下部支撑部件1为分开预制时，所述预制桥面板2与下部支撑部件1的连接部位设置转动铰11；所述转动铰11为临时设置，当预制桥面板2安装定位后，通过混凝土浇筑等施工方式消除所述转动铰11。在预制桥面板2实际安装施工时，可采用的措施很多，比如通过测量高度确定好预制桥面板2的倾角或某点高度后，将预制桥面板2与隧道管片3采用临时措施固定、预制桥面板2下方与下部支撑部件1临时固定、预制桥面板2的相对内侧临时固定，所述预制桥面板2借助上述支撑就可形成想要的倾斜角度。

本发明实施例中，所述预制桥面板2和隧道管片3对接采用干接缝，所述隧道管片3上设有与所述预制桥面板2连接的预埋件，所述预制桥面板2上设有对应的连接结构，较优地，所述预制桥面板2与所述隧道管片之间的缝隙内填充有环氧胶。

所述装配式桥梁结构还包括人行道和辅助通道，所述人行道及所述辅助通道位于所述预制桥面板2的边侧。

本发明实施例中，所述中央湿接缝4采用uhpc快速浇筑，既可以加快施工进度，同时也可以对预制桥面板2产生预压力，避免完全由结构克服预制桥面板2受弯所导致的厚度要求，充分发挥uhpc强度与工作性特点。优选地，相邻两个所述预制桥面板2之间通过钢筋对接，所述钢筋分别预埋于所述预制桥面板2内。

通过在两个预制桥面板之间设置纵向的中央湿接缝4及预制桥面板的相对外侧与对应的隧道管片连接，可实现(1)减少现有多个湿接缝为一个湿接缝；(2)省略预制桥面板2两侧与隧道管片3间的现浇板施工；(3)预制桥面板2与隧道管片3/隧道壁结构可以始终处于受压状态，改变了原有隧道内桥梁结构因横向无法施加预应力导致桥面板与隧道间的连接开裂的状况；(4)通过湿接缝位于行车道正中央位置，充分利用uhpc的抗拉特性，发挥其抗压、抗拉和工作性优点，实现快速施工；(5)通过减少正弯矩，可以减薄预制桥面板2厚度，从而节省材料和吊装重量，并可减轻下部支撑等截面尺寸。

如图3所示，从受力角度解释，因为采用预拱式预制桥面板支撑于下部支撑部件1上，预制桥面板2会在使用荷载和结构自重f1作用下产生推力f2，该推力f2依靠隧道管片3/隧道壁的环向约束变形会产生反力f3作用于所述预制桥面板2，使得预制桥面板2克服因受荷载产生的正弯矩，预制桥面板2在下部支撑部件1顶部转动铰11传递，整体荷载作用则由下部支撑部件1的支撑力f4来平衡。

需要说明的是，当隧道直径较大，内部车道数较多时，仍然可以采用上述方式，在跨中增设预制平板，通过改变下部支撑为斜腿等形式，调整湿接缝宽度，与上述预制结构(预制桥面板+支撑部件)连接，实现拱效应，达到相同效果。

以上具体介绍本发明隧道内装配式桥梁结构，以下说明其施工方法，包括以下步骤：

s1；提供所述预制桥面板2及所述下部支撑部件1；

s2：将所述下部支撑部件1安装就位后，将所述预制桥面板2运输至下部支撑部件1上以供安装：

s3：采用安装机械将所述一预制桥面板2搁置在所述下部支撑部件1上，调整所述预制桥面板的倾斜角度使得所述预制桥面板自所述隧道管片的一侧向隧道中央向上倾斜，并将所述一预制桥面板的一端与隧道管片对接；

较优地，还包括在预制桥面板2下方设置临时支撑，采用安装机械将一预制桥面板2搁置在所述下部支撑部件1上及所述临时支撑上，所述临时支撑可在隧道内行走，以根据需要移动至需要安装的预制桥面板2下方；

s4：将另一预制桥面板2采用步骤s3中的方式与所述一预制桥面板2对称安装就位，所述一预制桥面板2与所述另一预制桥面板2之间预留接缝；

本发明实施例中，所述预制桥面板2包括沿着所述隧道长度方向拼接的多个梁板格结构21，各所述预制桥面板2沿着隧道长度方向分段安装，且所述接缝两侧的所述梁板格结构21对称安装；隧道长度方向上相邻的所述梁板格结构21之间通过uhpc混凝土浇筑连接；当对称的两梁板格结构21安装完成后，移动临时支撑至相邻的下一节梁板格结构21重复施工；

s5：所有梁板格结构21安装完成后，混凝土浇注两预制桥面板2之间的接缝以连接所述两预制桥面板。

较优地，待安装长度达到设置伸缩缝处时，安装铺装层及防撞墙等辅助结构，桥面板结构与隧道管片间产生更多的足够作用力，进行预制桥面2板与隧道管片3壁缝间注浆。

s6：利用uhpc将预制板与下部支撑部件1(立柱或立板)的接头处连接。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。